(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は本実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図であり、図2は本実施の形態に係るHfO2膜形成前のウェハWを模式的に示した図である。
図1に示されるように、成膜装置1は、Alから形成された処理チャンバ2を備えている。なお、Alに限らず、SiC、ステンレス鋼、或いはハステロイ等により処理チャンバを形成してもよい。また、処理チャンバ2は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)コーティング、或いはアルマイト処理等の表面処理が施されていてもよい。
処理チャンバ2の側部には開口2aが形成されており、開口2a付近にはウェハWを処理チャンバ2内に搬入する際及びウェハWを処理チャンバ2内から搬出する際に開閉するゲートバルブ3が取り付けられている。
処理チャンバ2内には、ウェハWを載置する略円板状のサセプタ4が配設されている。サセプタ4は、例えばAlNやAl2O3等のセラミックスから形成されている。ここで、サセプタ4に載置されるウェハWについて説明する。
図2に示されるようにウェハWは、P型Si基板101を備えている。なお、P型Si基板101に限らず、N型Si基板であってもよい。P型Si基板101の上部には、フィールド酸化膜として作用するSiO2膜102が形成されている。SiO2膜102は、約1000Åの厚さで形成されている。また、P型Si基板101上及びSiO2102膜上には、ゲート絶縁膜として作用するSiON膜103が形成されている。SiON膜103は約10Å以下の厚さで形成されている。なお、SiON膜103に限らず、その他のSi含有膜を形成してもよい。このようなSi含有膜としては、例えば、SiO2膜、SiN膜等が挙げられる。
サセプタ4内には、下部電極として作用する電極5が配設されている。なお、電極5は、接地されている。また、サセプタ4内には、サセプタ4を所定の温度に加熱するヒータ6が配設されている。ヒータ6に電流が流されることにより、サセプタ4が所定の温度に加熱され、サセプタ4に載置されたウェハWが所定の温度に加熱される。
サセプタ4の3箇所にはウェハWを昇降させるための孔4aが上下方向に形成されており、孔4aの下方には孔4aに挿入可能なウェハ昇降ピン7がそれぞれ配設されている。ウェハ昇降ピン7は、ウェハ昇降ピン7が立設するようにウェハ昇降ピン支持台8に固定されている。ウェハ昇降ピン支持台8には、エアシリンダ9が固定されている。エアシリンダ9の駆動でエアシリンダ9のロッド9aが縮退することにより、ウェハ昇降ピン7が下降して、ウェハWがサセプタ4に載置される。また、エアシリンダ9の駆動でロッド9aが伸長することにより、ウェハ昇降ピン7が上昇して、ウェハWがサセプタ4から離れる。
処理チャンバ2内部には、ロッド9aを覆う伸縮自在なベローズ10が配設されている。ベローズ10でロッド9aを覆うことにより、処理チャンバ2内の気密性が保持される。
処理チャンバ2の外側には、処理チャンバ2を所定の温度に加熱するヒータ11が巻回されている。ヒータ11に電流が流されることにより、処理チャンバ2が所定の温度に加熱される。
処理チャンバ2の上部には、開口が形成されている。この開口には、Hf(t−OC4H9)4等のガスをサセプタ4に向けて供給するとともに上部電極として作用するシャワーヘッド12が嵌め込まれている。
シャワーヘッド12には、高周波電源13が接続されている。処理チャンバ2内に後述する第2のクリーニングガスが供給された状態で、高周波電源13が作動することにより、シャワーヘッド12と電極5との間に高周波電圧が印加され、第2のクリーニングガスがプラズマ化される。
シャワーヘッド12は、Hf(t−OC4H9)4等のガスを供給するガス供給部12aと、O2等のガスを供給するガス供給部12bとに分かれた構造になっている。シャワーヘッド12をこのような構造にすることにより、Hf(t−OC4H9)4とO2とがシャワーヘッド12の外部で混合される。ガス供給部12a、12bには、ガスを吐出する多数のガス供給孔がそれぞれ形成されている。
ガス供給部12aには先端が4方向に分かれたガス供給配管14が接続されており、ガス供給部12bには先端が3方向に分かれたガス供給配管15が接続されている。ガス供給配管14の先端には、成膜ガスを構成するためのHf(t−OC4H9)4を収容したHf(t−OC4H9)4供給源16が接続されている。ガス供給配管14には、Hf(t−OC4H9)4を供給するための開閉自在なバルブ17及びHf(t−OC4H9)4の流量を調節するマスフローコントローラ(MFC)18が介在している。マスフローコントローラ18が調節された状態で、バルブ17が開かれることにより、Hf(t−OC4H9)4供給源16から所定の流量でHf(t−OC4H9)4が処理チャンバ2内に供給される。
ガス供給配管14の先端には、第1のクリーニングガスを構成するためのヘキサフルオロアセチルアセトン(CF3COCH2COCF3:Hhfac)を収容したHhfac供給源19が接続されている。なお、Hhfacに限らず、その他のβ−ジケトンを使用してもよい。このようなβ−ジケトンとしては、例えば、テトラメチルへプタンジオン((CH3)3CCOCH2COC(CH3)3:Hthd)、アセチルアセトン(CH3COCH2COCH3)等が挙げられる。ガス供給配管14には、Hhfacを供給するための開閉自在なバルブ20及びHhfacの流量を調節するマスフローコントローラ(MFC)21が介在している。マスフローコントローラ21が調節された状態で、バルブ20が開かれることにより、Hhfac供給源19から所定の流量でHhfacが処理チャンバ2内に供給される。
ガス供給配管14の先端には、第1のクリーニングガスを構成するためのH2Oを収容したH2O供給源22が接続されている。なお、H2Oの代わりにアルコールを使用してもよい。このようなアルコールとしては、例えばエタノール(C2H5OH)等が挙げられる。ガス供給配管14には、H2Oを供給するための開閉自在なバルブ23及びH2Oの流量を調節するマスフローコントローラ24が介在している。マスフローコントローラ24が調節された状態で、バルブ23が開かれることにより、H2O供給源22から所定の流量でH2Oが処理チャンバ2内に供給される。
ガス供給配管14の先端には、第1のクリーニングガスを構成するためのN2を収容したN2供給源25が接続されている。ガス供給配管14には、N2を供給するための開閉自在なバルブ26及びN2の流量を調節するマスフローコントローラ27が介在している。マスフローコントローラ27が調節された状態で、バルブ26が開かれることにより、N2供給源25から所定の流量でN2が処理チャンバ2内に供給される。
ガス供給配管15の先端には、成膜ガス及び第1のクリーニングガスを構成するためのO2を収容したO2供給源28が接続されている。ガス供給配管15には、O2を供給するための開閉自在なバルブ29及びO2の流量を調節するマスフローコントローラ30が介在している。マスフローコントローラ30が調節された状態で、バルブ29が開かれることにより、O2供給源28から所定の流量でO2が処理チャンバ2内に供給される。
ガス供給配管15の先端には、第2のクリーニングガスを構成するためのNF3を収容したNF3供給源31が接続されている。ガス供給配管15には、NF3を供給するための開閉自在なバルブ32及びNF3の流量を調節するマスフローコントローラ(MFC)33が介在している。マスフローコントローラ33が調節された状態で、バルブ32が開かれることにより、NF3供給源31から所定の流量でNF3が処理チャンバ2内に供給される。
ガス供給配管15の先端には、第2のクリーニングガスを構成するためのArを収容したAr供給源34が接続されている。なお、Arに限らず、その他の希ガスを使用してもよい。ガス供給配管15には、Arを供給するための開閉自在なバルブ35及びArの流量を調節するマスフローコントローラ(MFC)36が介在している。マスフローコントローラ36が調節された状態で、バルブ35が開かれることにより、Ar供給源34から所定の流量でArが処理チャンバ2内に供給される。
処理チャンバ2の底部には開口2bが形成されており、開口2bの縁部には処理チャンバ2内を排気する排気配管37の一端が接続されている。排気配管37の他端は、減圧ポンプ38に接続されている。減圧ポンプ38が作動することにより、排気配管37を介して処理チャンバ2内が排気される。
排気配管37には、処理チャンバ2内の排気を開始或いは停止させるシャットオフバルブ39及び処理チャンバ2内の圧力を制御するオートプレッシャコントローラ(APC)40が介在している。シャットオフバルブ39が開かれた状態で、オートプレッシャコントローラ40でコンダクタンスを調節することにより、処理チャンバ2内の圧力が所定の圧力に制御される。
以下、成膜装置1で行われる成膜について図3に沿って説明する。図3は本実施の形態に係る成膜装置1で行われる成膜の流れを示したフローチャートであり、図4は本実施の形態に係るHfO2膜形成後のウェハWを模式的に示した図である。
まず、減圧ポンプ38が作動して、処理チャンバ2内の真空引きが行われる(ステップ101)。次いで、ヒータ6に電流が流されて、サセプタ4が加熱される(ステップ102)。
処理チャンバ2内の圧力が1.33×10〜1.33×103Paまで低下し、かつサセプタ6の温度が350〜700℃まで上昇した後、ゲートバルブ3が開かれ、ウェハWを保持した図示しない搬送アームが伸長して、処理チャンバ2内にウェハWが搬入される(ステップ103)。
その後、この搬送アームが縮退して、ウェハWがウェハ昇降ピン7に載置される。ウェハWがウェハ昇降ピン7に載置された後、エアシリンダ9の駆動によりウェハ昇降ピン7が下降して、ウェハWがサセプタ4に載置される(ステップ104)。
ウェハWの温度が300〜700℃に安定した後、バルブ17、29が開かれて、処理チャンバ2内に成膜ガスが供給される(ステップ105)。これにより、HfO2膜の形成が開始される。成膜ガスは、主に、Hf(t−OC4H9)とO2とから構成されている。Hf(t−OC4H9)とO2とは、それぞれ10〜100mg/min、及び10〜1000sccmの流量で処理チャンバ2内に供給される。処理チャンバ2内に成膜ガスが供給されると、成膜ガスに含まれているHf(t−OC4H9)とO2とが反応し、図4に示されるようにウェハW上にHfO2膜104が形成される。
所定時間経過後、バルブ17、29が閉じられて、成膜ガスの供給が停止される(ステップ106)。これにより、HfO2膜104の形成が終了される。HfO2膜104の形成が終了された後、エアシリンダ9の駆動によりウェハ昇降ピン7が上昇して、ウェハWがサセプタ4から離れる(ステップ107)。
その後、ゲートバルブ3が開かれ、図示しない搬送アームが伸長して、搬送アームにウェハWが保持される。最後に、搬送アームが縮退して、ウェハWが処理チャンバ2から搬出される(ステップ108)。
以下、成膜装置1で行われるクリーニングについて図5〜図7に沿って説明する。図5は本実施の形態に係る成膜装置1で行われるクリーニングの流れを示したフローチャートであり、図6(a)は本実施の形態で使用されるHhfacの化学構造を模式的に示した図であり、図6(b)は本実施の形態で生成されるHf錯体の化学構造を模式的に示した図である。図7(a)及び図7(b)は本実施の形態に係る成膜装置1で行われるクリーニングを模式的に示した図である。
まず、減圧ポンプ38が作動して、処理チャンバ2内の真空引きが行われる(ステップ201a)。次いで、ヒータ6、11に電流が流されて、サセプタ4及び処理チャンバ2が加熱される(ステップ202a)。
処理チャンバ2内の圧力が1.33×102〜2.66×104Paまで低下し、かつ処理チャンバ2が300〜500℃まで上昇した後、バルブ20、23、26、29が開かれて、図7(a)に示されるように、処理チャンバ2内に第1のクリーニングガスが供給される(ステップ203a)。これにより、Hhfacクリーニングが開始される。第1のクリーニングガスは、主に、Hhfac、O2、H2O、及びN2から構成されている。Hhfac、O2、及びN2は、それぞれ320〜380sccm、10〜50sccm、100〜300sccmの流量で処理チャンバ2内に供給される。また、H2Oは、濃度が約50〜5000ppm、好ましくは100〜1000ppmになるように処理チャンバ2内に供給される。なお、第1のクリーニングガスからHhfac以外のものを取り除いてもよい。第1のクリーニングガスが処理チャンバ2内に供給されると、第1のクリーニングガスに含まれているHhfacとサセプタ4等に付着しているHfO2とが反応して、サセプタ4等からHfO2が取り除かれる。反応機構は次の通りである。Hhfacは互変異性を備えている。そのため、図6(a)に示されるようにHhfacは構造Iと構造IIとの2つの構造をとり得る。構造IIでは、C=O結合とC−C結合との間にわたって共有電子が非局在化するのでO−H結合が切れ易い。そして、このO−H結合が切れると、HhfacがHfO2のHfに配位して、図6(b)に示されるようなHf錯体が形成される。生成されたHf錯体は、気化し、サセプタ4等から離間する。このような反応機構でHhfacによりサセプタ4等に付着したHfO2が取り除かれる。なお、サセプタ4等から離間したHf錯体は、排気により処理チャンバ2外に排出される。
所定時間経過後、バルブ20、23、26、29が閉じられて、第1のクリーニングガスの供給が停止される(ステップ204a)。これにより、Hhfacクリーニングが終了される。
次いで、バルブ32、35が開かれて、処理チャンバ2内に第2のクリーニングガスが供給される。また、高周波電源13が作動して、図7(b)に示されるように、シャワーヘッド12と電極5との間に高周波電圧が印加される(ステップ205a)。これにより、プラズマクリーニングが開始される。第2のクリーニングガスは、主に、NF3及びArから構成されている。NF3及びArは、それぞれ100〜1000sccm、300〜3000sccmの流量で処理チャンバ2内に供給される。なお、第2のクリーニングガスからNF3及びArのいずれか一方を取り除いてもよい。第2のクリーニングガスが供給されている状態で、シャワーヘッド12と電極5との間に高周波電圧が印加されると、第2のクリーニングガスがプラズマ化され、Fラジカル及びArイオンが発生する。Fラジカルは、HfO2等と反応し、HfF4を生成させる。生成されたHfF4は、気化し、サセプタ4等から離間する。一方、Arイオンは、高周波電圧の印加により加速され、HfO2等をスパッタリングする。これらにより、サセプタ4等からHfO2等が取り除かれる。なお、サセプタ4等から離間したHfF4等は、排気により処理チャンバ2外に排出される。
所定時間経過後、バルブ32、35が閉じられて、第2のクリーニングガスの供給が停止される。また、高周波電源13の作動が停止されて、高周波電圧の印加が停止される(ステップ206a)。これにより、プラズマクリーニングが終了される。
本実施の形態では、Hhfacクリーニングを行い、その後プラズマクリーニングを行うので、処理チャンバ2内から十分にHfO2等を取り除くことができる。即ち、Hhfacクリーニングを行った後に更にプラズマクリーニングを行うことにより、Hhfacクリーニングで取り除くことができなかったHfO2等を処理チャンバ2内から取り除くことができる。ここで、プラズマクリーニングは、処理チャンバ2内で第2のクリーニングガスをプラズマ化することにより行われる。このため、発生したFラジカルが失活し難く、多くのHfO2と反応させることができる。また、ArイオンによるHfO2等のスパッタリングを生じさせることができる。それ故、処理チャンバ2内から十分にHfO2等を取り除くことができる。
本実施の形態では、Hhfacクリーニングとプラズマクリーニングとを行うので、プラズマクリーニングのみ行う場合よりもサセプタ4等の損傷を低減させることができる。即ち、処理チャンバ内で第2のクリーニングガスをプラズマ化すると、Arイオンが処理チャンバ内で加速されるので、サセプタ等がスパッタリングされ、サセプタ等が損傷してしまう。これに対し、本実施の形態では、第1のクリーニングガスをプラズマ化しないで行うHhfacクリーニングとプラズマクリーニングとを行うので、プラズマクリーニングのみ行う場合よりもサセプタ4等の損傷を低減させることができる。
本実施の形態では、Hhfacクリーニングとプラズマクリーニングとを行うので、Hhfacクリーニングのみ行う場合よりもコストを低減させることができる。即ち、Hhfacは高価なものである。それ故、Hhfacクリーニングのみで処理チャンバ内のクリーニングすると、高コストになってしまう。これに対し、本実施の形態では、Hhfacクリーニングとプラズマクリーニングとを行うので、Hhfacの使用量を低減させることができる。それ故、Hhfacクリ−ニングのみでクリーニングする場合よりもコストを低減させることができる。
(実施例1)
以下、実施例1について説明する。本実施例では、第1の実施の形態と同じクリーニング方法でHfO2を取り除いたときのHfO2の残留状態を観察した。
観察条件について説明する。本実施例では、サセプタ等に付着しているHfO2を取り除くのではなく、サセプタ上にHfO2の薄膜が形成されたウェハを載置し、このHfO2の薄膜を第1のクリーニングガスによりエッチングした。第1のクリーニングガスにはHhfac、O2、N2、及びH2Oから構成されているものを使用し、第2のクリーニングガスにはNF3及びArから構成されているものを使用した。Hhfac、O2、N2の流量は、それぞれ375sccm、50sccm、200sccmであり、第1のクリーニングガス中のH2Oの濃度は1000ppmであった。また、処理チャンバ内の圧力は、約6.65×103Paであった。このような条件下で、第1のクリーニングガスによりHfO2の薄膜をエッチングし、その後プラズマ化した第2のクリーニングガスによりHfO2の薄膜をエッチングした。なお、本実施例と比較するために、比較例としてHhfacのみでエッチングした場合についてもHfO2の残留状態を観察した。
観察結果について説明する。比較例のウェハ上にはHfO2が残留していた。これに対し、本実施例のウェハ上にはHfO2がほぼ残留していなかった。
上記結果から、本実施例のクリーニング方法でクリーニングした場合には、処理チャンバから十分にHfO2を取り除くことができるということが確認された。なお、HfO2の薄膜の代わりにAl2O3の薄膜をウェハ上に形成した場合も結果は同様であった。
(実施例2)
以下、実施例2について説明する。本実施例では、Hhfacクリーニングを行う場合におけるサセプタ等の最適温度について調べた。
測定条件について説明する。本実施例では、第1のクリーニングガスによりウェハ上に形成されたHfO2及びAl2O3の薄膜をそれぞれエッチングした。第1のクリーニングガスには、Hhfac、O2、N2、及びH2Oから構成されたものを使用した。Hhfac、O2、N2の流量は、それぞれ375sccm、50sccm、200sccmであり、第1のクリーニングガス中のH2Oの濃度は1000ppmであった。また、処理チャンバ内の圧力は、約6.65×103Paであった。このような条件下で、サセプタの温度を変えながら第1のクリーニングガスによりHfO2及びAl2O3のエッチングを行った。
次に、測定結果について説明する。図8(a)は、本実施例に係るサセプタの温度とHfO2のエッチレートとの関係を示したグラフであり、図8(b)は、本実施例に係るサセプタの温度とAl2O3のエッチレートとの関係を示したグラフである。
図8(a)のグラフから分かるように、本実施例のHfO2のエッチングにおいては、サセプタの温度が380〜420℃の場合に高いエッチレートが得られた。一方、図8(b)のグラフから分かるように、本実施例のAl2O3のエッチングにおいては、サセプタの温度が300〜400℃の場合に高いエッチレートが得られた。
上記結果から、Hhfacクリーニングにより処理チャンバ内からHfO2を取り除く場合においては、サセプタ等の温度を380〜420℃に維持することが好ましいと考えられる。また、Hhfacクリーニングにより処理チャンバ内からAl2O3を取り除く場合においては、サセプタ等の温度を300〜400℃に維持することが好ましいと考えられる。
(実施例3)
以下、実施例3について説明する。本実施例では、Hhfacクリーニングを行う場合におけるO2の最適流量について調べた。
測定条件について説明する。本実施例では、第1のクリーニングガスによりウェハ上に形成されたHfO2の薄膜をエッチングした。第1のクリーニングには、Hhfac、O2、N2、及びH2Oから構成されたものを使用した。Hhfac、N2の流量は、それぞれ375sccm、200sccmであり、第1のクリーニングガス中のH2Oの濃度は1000ppmであった。また、処理チャンバ内の圧力は、約6.65×103Paであった。このような条件下で、O2の流量を変えながら第1のクリーニングガスによりHfO2のエッチングを行った。
測定結果について説明する。図9は、本実施例に係るO2の流量とエッチレートとの関係を示したグラフである。図9のグラフから分かるように、O2の流量が10〜50sccmの場合に高いエッチレートが得られた。
上記結果から、Hhfacクリーニングを行う場合においては、O2の流量を10〜50sccmにすることが好ましいと考えられる。
(実施例4)
以下、実施例4について説明する。本実施例では、Hhfacクリーニングを行う場合における処理チャンバ内の最適圧力について調べた。
測定条件について説明する。本実施例では、第1のクリーニングガスによりウェハ上に形成されたHfO2の薄膜をエッチングした。第1のクリーニングガスには、Hhfac、O2、N2、及びH2Oから構成されたものを使用した。Hhfac、O2、N2の流量は、それぞれ375sccm、50sccm、200sccmであり、第1のクリーニングガス中のH2Oの濃度は1000ppmであった。また、サセプタの温度は、約400℃であった。このような条件下で、処理チャンバ内の圧力を変えながら第1のクリーニングガスによりHfO2のエッチングを行った。
測定結果について説明する。図10は、本実施例に係る処理チャンバ内の圧力とエッチレートとの関係を示したグラフである。図10のグラフから分かるように、チャンバ内の圧力が5.0×103〜9.0×103Paの場合に高いエッチレートが得られた。
上記結果から、Hhfacクリーニングを行う場合においては、処理チャンバ内の圧力を5.0×103〜9.0×103Paに維持することが好ましいと考えられる。
(実施例5)
以下、実施例5について説明する。本実施例では、Hhfacクリーニングを行う場合におけるHhfacの最適流量について調べた。
測定条件について説明する。本実施例では、第1のクリーニングガスによりウェハ上に形成されたHfO2の薄膜をエッチングした。第1のクリーニングガスには、Hhfac、O2、N2、及びH2Oから構成されたものを使用した。Hhfac、O2、N2は、それぞれ15:2:8になるように供給され、第1のクリーニングガス中のH2Oの濃度は1000ppmであった。また、処理チャンバ内の圧力は約6.65×103Paであり、サセプタの温度は約400℃であった。このような条件下で、Hhfacの流量を変えながら第1のクリーニングガスによりHfO2のエッチングを行った。
測定結果について説明する。図11は、本実施例に係るHhfacとエッチレートとの関係を示したグラフである。図11のグラフから分かるように、Hhfacの流量が320〜380sccmの場合に高いエッチレートが得られた。
上記結果から、Hhfacクリーニングを行う場合においては、Hhfacを320〜380sccmの流量で流すことが好ましいと考えられる。
(実施例6)
以下、実施例6について説明する。本実施例では、Hhfacクリーニングを行う場合におけるH2Oの最適濃度について調べた。
測定条件について説明する。本実施例では、第1のクリーニングガスによりウェハ上に形成されたHfO2の薄膜をエッチングした。第1のクリーニングガスには、Hhfac、O2、N2、及びH2Oから構成されたものを使用した。Hhfac、O2、N2の流量は、それぞれ375sccm、50sccm、200sccmであった。また、処理チャンバ内の圧力は約6.65×103Paであり、サセプタの温度は約400℃であった。このような条件下で、H2Oの濃度を変えながら第1のクリーニングガスによりHfO2のエッチングを行った。
測定結果について説明する。図12は、本実施例に係るH2Oの濃度とエッチレートとの関係を示したグラフである。図12のグラフから分かるように、H2Oの濃度が100〜1000ppmの場合に高いエッチレートが得られた。
上記結果から、Hhfacクリーニングを行う場合においては、H2Oの濃度を100〜1000ppmに維持することが好ましいと考えられる。
(実施例7)
以下、実施例7について説明する。本実施例では、Hhfacクリーニングを行う場合におけるC2H5OHの最適濃度について調べた。
測定条件について説明する。本実施例では、第1のクリーニングガスによりウェハ上に形成されたHfO2をエッチングした。第1のクリーニングガスには、Hhfac、O2、N2、及びC2H5OHから構成されたものを使用した。Hhfac、O2、N2の流量は、それぞれ375sccm、50sccm、200sccmであった。また、処理チャンバ内の圧力は約6.65×103Paであり、サセプタの温度は約400℃であった。このような条件下で、C2H5OHの濃度を変えながら第1のクリーニングガスによりHfO2のエッチングを行った。
次に、測定結果について説明する。図13は、本実施例に係るC2H5OHの濃度とエッチレートとの関係を示したグラフである。図13のグラフから分かるように、C2H5OHの濃度が500〜1000ppmの場合に高いエッチレートが得られた。
上記結果から、Hhfacクリーニングを行う場合においては、C2H5OHの濃度を500〜1000ppmに維持することが好ましいと考えられる。
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、以下本実施の形態以降の実施の形態のうち先行する実施の形態と重複する内容については説明を省略することもある。本実施の形態では、プラズマクリーニングを行った後に、Hhfacクリーニングを行う例について説明する。図14は本実施の形態に係る成膜装置1で行われるクリーニングの流れを示したフローチャートである。
まず、減圧ポンプ38が作動して、処理チャンバ2内の真空引きが行われる(ステップ201b)。次いで、ヒータ6、11に電流が流されて、サセプタ4及び処理チャンバ2が加熱される(ステップ202b)。
処理チャンバ2内の圧力が1.33×102〜2.66×104Paまで低下し、かつ処理チャンバ2が300〜500℃まで上昇した後、バルブ32、35が開かれて、処理チャンバ2内に第2のクリーニングガスが供給される。また、高周波電源13が作動して、シャワーヘッド12と電極5との間に高周波電圧が印加される(ステップ203b)。
所定時間経過後、バルブ32、35が閉じられて、第2のクリーニングガスの供給が停止される。また、高周波電源13の作動が停止されて、高周波電圧の印加が停止される(ステップ204b)。
次いで、バルブ20、23、26、29が開かれて、処理チャンバ2内に第1のクリーニングガスが供給される(ステップ205b)。所定時間経過後、バルブ20、23、26、29が閉じられて、第1のクリーニングガスの供給が停止される(ステップ206b)。
本実施の形態では、プラズマクリーニングを行い、その後Hhfacクリーニングを行うので、Hhfacクリーニングを行い、その後プラズマクリーニングを行う場合よりもサセプタ4等の損傷を低減させることができる。即ち、まず、Hhfacクリーニングを行うと、HhfacクリーニングによりHfO2等がある程度取り除かれるので、HfO2等が存在しない領域が増加する。このため、その後にプラズマクリーニングを行うと、サセプタ等にArイオン等のイオンが衝突する割合が大きくなる。これに対し、本実施の形態では、まず、プラズマクリーニングを行うので、HfO2等が存在しない領域が比較的少ない状態でこのクリーニングを行うことができる。その結果、Hhfacクリーニングを行い、その後プラズマクリーニングを行う場合よりもサセプタ4等に衝突するイオンが低減する。それ故に、Hhfacクリーニングを行った後にプラズマクリーニングを行う場合よりもサセプタ4等の損傷を低減させることができる。
(第3の実施の形態)
以下、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態では、NF3等から第1のクリーニングガスを構成した例について説明する。図15は本実施の形態に係る成膜装置の模式的な構成図である。
図15に示されるように、本実施の形態の成膜装置1は、処理チャンバ2から離れたリモートチャンバ51を備えている。リモートチャンバ51には、NF3等のガスをリモートチャンバ51に供給するための先端が2方向に分かれたガス供給配管52が接続されている。
ガス供給配管52の一方の先端は、NF3供給源31に接続されている。ガス供給配管52には、バルブ53及びNF3の流量を調節するマスフローコントローラ(MFC)54が介在している。マスフローコントローラ54が調節された状態で、バルブ53が開かれることにより、NF3供給源31から所定の流量でNF3がリモートチャンバ51内に供給される。
ガス供給配管52の他方の先端は、Ar供給源34に接続されている。ガス供給配管52には、バルブ55及びArの流量を調節するマスフローコントローラ(MFC)56が介在している。マスフローコントローラ56が調節された状態で、バルブ55が開かれることにより、Ar供給源34から所定の流量でArがリモートチャンバ51内に供給される。
リモートチャンバ51の周囲には、リモートチャンバ51内に供給されたNF3を励起させて、NF3からFラジカルを発生させるラジカル発生機構57が配設されている。ラジカル発生機構57は、主に、リモートチャンバ51に巻回された金属線58と金属線58に接続された高周波電源59とから構成されている。高周波電源59の作動で金属線58に高周波電流が流されることにより、リモートチャンバ51内に供給されたNF3が励起して、Fラジカルが発生する。なお、Fラジカルの他にArイオン等のイオンも発生する。
リモートチャンバ51及び処理チャンバ2には、リモートチャンバ51内で発生したFラジカル等を処理チャンバ2内に輸送するため輸送配管60が接続されている。輸送配管60には、ゲートバルブ61が介在している。
以下、成膜装置1で行われるクリーニングについて図16〜図17に沿って説明する。図16は本実施の形態に係る成膜装置1で行われるクリーニングの流れを示したフローチャートであり、図17は本実施の形態に係る成膜装置1で行われるクリーニングの模式的な図である。
まず、ゲートバルブ61が開かれた状態で、減圧ポンプ38が作動して、処理チャンバ2内の真空引きが行われる(ステップ201c)。次いで、ヒータ6、11に電流が流されて、サセプタ4及び処理チャンバ2が加熱される(ステップ202c)。
処理チャンバ2内の圧力が1.33×102〜2.66×104Paまで低下し、かつ処理チャンバが300〜500℃まで上昇した後、バルブ53、55が開かれて、リモートチャンバ51内に第1のクリーニングガスが供給される。また、図17に示されるように、高周波電源59が作動して、金属線58に高周波電流が供給される(ステップ203c)。これにより、リモートプラズマクリーニングが開始される。本実施の形態の第1のクリーニングガスは、NF3及びArから構成されている。NF3及びArは、それぞれ100〜1000sccm、300〜3000sccmの流量でリモートチャンバ51内に供給される。第1のクリーニングガスが供給されている状態で、銅線58に高周波電流が供給されると、第1のクリーニングガスがプラズマ化し、Fラジカル及びArイオン等が発生する。Fラジカル及びArイオン等は、輸送配管60を介して処理チャンバ2内に送られる。そして、処理チャンバ2内に送られたFラジカルがHfO2と反応し、HfF4等を生成させる。これにより、サセプタ4等からHfO2等が取り除かれる。
所定時間経過後、バルブ53、55及びゲートバルブ61が閉じられて、第1のクリーニングガスの供給が停止される。また、高周波電源59の作動が停止されて、高周波電流の供給が停止される(ステップ204c)。これにより、リモートプラズマクリーニングが終了される。
次いで、バルブ32、35が開かれて、処理チャンバ2内に第2のクリーニングガスが供給される。また、高周波電源13が作動して、シャワーヘッド12と電極5との間に高周波電圧が印加される(ステップ205c)。
所定時間経過後、バルブ32、35が閉じられて、第2のクリーニングガスの供給が停止される。また、高周波電源13の作動が停止されて、高周波電圧の印加が停止される(ステップ206c)。
(実施例8)
以下、実施例8について説明する。本実施例では、リモートプラズマクリーニングを行う場合におけるサセプタ等の最適温度について調べた。
測定条件について説明する。本実施例では、第1のクリーニングガスによりウェハ上に形成されたHfO2の薄膜をそれぞれエッチングした。第1のクリーニングガスには、NF3及びArから構成されたものを使用した。NF3及びArの流量は、それぞれ500sccm、500sccmであった。また、処理チャンバ内の圧力は、約2.00×102Paであった。このような条件下で、サセプタの温度を変えながら第1のクリーニングガスによりHfO2のエッチングを行った。
次に、測定結果について説明する。図18は、本実施例に係るサセプタの温度とエッチレートとの関係を示したグラフである。図18のグラフから分かるように、サセプタの温度が400〜500℃の場合に高いエッチレートが得られた。
上記結果から、リモートプラズマクリーニングを行う場合においては、サセプタ等の温度を400〜450℃に維持することが好ましいと考えられる。
なお、本発明は、上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記第1〜第3の実施の形態では、処理チャンバ2内からHfO2等を取り除いているが、HfO2等に限らず、その他の金属酸化物及び金属を取り除くことも可能である。金属酸化物としては、例えばHfSiO4、Al2O3、ZrO2、ZrSiO4、La2O3、Y2O3、CeO2、Ce2O3、Pr2O3、Pr6O11、及びPrO2等が挙げられる。また、金属としては、例えば、Al、Zr、La、Y、Ce、及びPr等が挙げられる。
上記第1〜第3の実施の形態では、平行平板型方式で第2のクリーニングガスをプラズマ化しているが、その他の方式により第2のクリーニングガスをプラズマ化してもよい。その他の方式としては、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)方式が挙げられる。ICP方式で、第2のクリーニングガスをプラズマ化した場合には、Fラジカルが処理チャンバ2の隅々まで行き届く。
上記第1〜第3の実施の形態では、Hf(t−OC4H9)4とO2とを同時に処理チャンバ2内に供給しているが、交互に供給してもよい。Hf(t−OC4H9)4とO2とを交互に供給した場合には、ウェハW上にステップカバレージに優れたHfO2膜が形成される。また、第1〜第3の実施の形態では、ウェハWを使用しているが、ガラス基板を使用してもよい。