JP4294619B2 - 薄膜製造装置、薄膜製造方法およびクリーニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、チャンバ（真空チャンバ：真空槽）を用いて薄膜を形成する薄膜製造装置、薄膜製造方法および薄膜製造装置のクリーニング方法に関する。

酸化膜、窒化膜など半導体装置の製造に適用される薄膜の製造工程あるいは薄膜製造装置では、多種類のガス、化学物質を使用しており、発生する排ガス、生成物は、人体、環境にとって有害な場合もあることから、除害装置を用いて除外することにより無害化を図っている。

また、除害装置に至るまでに発生し堆積した副生成物も、人体、環境にとって有害な場合があるだけでなく薄膜製造装置の内部、排気配管、排気装置などに付着堆積する場合がある。この副生成物を放置すれば、薄膜製造装置、排気配管、排気装置などの性能低下、故障、あるいは製品の品質低下などの原因となることから、定期的に清掃を行って除去するようにしている。

その他に、フィルタなどを用いて捕捉する方法も提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。また、フッ素化合物などのエッチングガスを用いたクリーニング方法が知られている。
実用新案登録 第３０２７３６９号公報 実用新案登録 第３０３４７３２号公報

従来の副生成物除去方法では、排ガス中に浮遊する副生成物についてはフィルタ等を用いて捕捉することはできるとしても、薄膜製造装置の内面を始め配管壁面などに堆積した副生成物を効率良く収集捕捉することは困難であった。

また、フッ素化合物などのエッチングガスを用いたクリーニング方法では、装置が高価となり、また、ガスのランニングコストがかさみ、さらにはクリーニングガスの除害コストなどが必要となることから副生成物を安価に処理することができなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、薄膜製造装置のチャンバと成膜部との間に副生成物の付着を防止する防着板と、防着板の外周面に配置された振動発生部とを備えることにより、副生成物の収集捕捉を効率良く、安価に行うことができ、チャンバおよび排気配管などへの副生成物の付着を防止することが可能な薄膜製造装置、薄膜製造方法、および薄膜製造装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。

本発明に係る薄膜製造装置は、チャンバと、該チャンバ内に配置されて薄膜を生成する成膜部と、前記チャンバと成膜部との間に配置され前記チャンバへの副生成物の付着を防止する防着板とを備える薄膜製造装置において、前記防着板は、外周面に配置された振動発生部と、排気配管に連通した狭窄路とを備え、前記狭窄路は、加熱部と、前記加熱部と前記排気配管との間に設けられた第１ゲート弁と、前記加熱部が配置された第１副生成物捕捉部とを備えることを特徴とする。

この構成により、副生成物がチャンバに付着することを防止でき、また、防着板を振動させることにより、防着板の内周面に付着した副生成物を防着板から分離、剥離することができるのでチャンバの内壁を清浄に維持することができ、清浄な状態のチャンバによる成膜が可能となり、薄膜製造の製造効率を向上し、製造コストを低減した、経済的な薄膜製造装置とすることが可能となる。また、第１副生成物捕捉部で捕捉した副生成物を加熱して除外（不燃化）することが可能となり、安全性の高い安定した処理を行うことが可能となる。また、加熱部を外気から分離できることから、確実に副生成物を加熱処理することが可能となり、加熱処理を施した後に、副生成物を外気（排気配管）へ導出することが可能となる。

本発明に係る薄膜製造装置では、前記振動発生部は、流体駆動により振動を発生する構成としてあることを特徴とする。

この構成により、プラズマ発生下でも誤動作を生じることがなく、可燃性ガスの雰囲気中でも火花などの発生のない安全性が高く安定した薄膜製造装置となる。

本発明に係る薄膜製造装置では、前記防着板は、温度制御部を備えることを特徴とする。

この構成により、防着板の温度を自由に設定することができることから、副生成物の発生量（付着度合い）を適宜調整することが可能となる。

本発明に係る薄膜製造装置では、前記防着板は、副生成物捕捉用の狭窄路を有するホッパ部を備えることを特徴とする。

この構成により、狭窄路に副生成物を誘導して捕捉することが可能となり、捕捉した副生成物を確実に処理することができる。

本発明に係る薄膜製造装置では、前記成膜部はプラズマＣＶＤにより成膜することを特徴とする。

この構成により、副生成物の捕捉収集を容易に行うことができることから、製造効率の高い安定したプラズマＣＶＤを行うことが可能となる。

本発明に係る薄膜製造方法は、チャンバと、該チャンバ内に配置されて薄膜を生成する成膜部と、前記チャンバと成膜部との間に配置されてチャンバへの副生成物の付着を防止する防着板とを備え、前記防着板は、外周面に配置された振動発生部と、排気配管に連通した狭窄路とを備え、前記狭窄路は、加熱部と、前記加熱部と前記排気配管との間に設けられた第１ゲート弁と、前記加熱部が配置された第１副生成物捕捉部とを備える薄膜製造装置による薄膜製造方法において、前記防着板を振動させた後、振動を中止して薄膜を生成し、前記第１副生成物捕捉部で捕捉した副生成物を前記加熱部で加熱処理することを特徴とする。

この構成により、副生成物を防着板から分離、剥離して収集、捕捉し、チャンバをクリーニングした後に、薄膜を生成することとなるから、清浄な状態としたチャンバで薄膜を生成することができるので、信頼性の高い清浄な薄膜を生成することができ、製造効率を向上し、製造コストを低減することにより、経済的な薄膜製造方法とすることができる。また、第１副生成物捕捉部で捕捉した副生成物を除外（不燃化）することが可能となることから、副生成物を安全に処理することが可能となる。

本発明に係る薄膜製造方法では、前記防着板の振動は、流体駆動により発生させることを特徴とする。

この構成により、安全で安定した振動を発生させることができ、製造効率の良い薄膜製造方法となる。

本発明に係る薄膜製造方法では、前記防着板の温度を制御することを特徴とする。

この構成により、副生成物の発生量の制御を容易に行うことが可能となる。

本発明に係るクリーニング方法は、チャンバと、該チャンバ内に配置されて薄膜を生成する成膜部と、前記チャンバと成膜部との間に配置されてチャンバへの副生成物の付着を防止する防着板とを備え、前記防着板は、外周面に配置された振動発生部と、排気配管に連通した狭窄路とを備え、前記狭窄路は、加熱部と、前記加熱部と前記排気配管との間に設けられた第１ゲート弁と、前記加熱部が配置された第１副生成物捕捉部とを備える薄膜製造装置のクリーニング方法において、前記防着板を振動させて前記第１副生成物捕捉部で副生成物を捕捉し、捕捉した副生成物を前記加熱部で加熱処理することを特徴とするクリーニング方法。

本発明に係るクリーニング方法では、前記防着板の温度を制御することを特徴とする。

本発明に係るクリーニング方法の構成によれば、本発明に係る薄膜製造方法と同様の作用を実現する。

本発明に係る薄膜製造装置によれば、チャンバと成膜部との間にチャンバへの副生成物の付着を防止する防着板と、該防着板の外周面に配置された振動発生部とを備えることにより、チャンバへの副生成物の付着を防止し、また、振動発生部により防着板を振動させて副生成物を防着板から分離、剥離して除去することから、清浄な状態のチャンバで成膜することが可能となり、清浄で信頼性の高い薄膜の製造を容易に行うことができ、製造効率の良い、経済的な薄膜製造装置を実現できるという効果を奏する。また、第１副生成物捕捉部で捕捉した副生成物を加熱して除外（不燃化）することが可能となり、安全性の高い安定した処理を行うことが可能となる。また、加熱部を外気から分離できることから、確実に副生成物を加熱処理することが可能となり、加熱処理を施した後に、副生成物を外気（排気配管）へ導出することが可能となる。

本発明に係る薄膜製造方法およびクリーニング方法によれば、防着板に設けた振動発生部により防着板を振動させて防着板の表面に堆積した副生成物を除去した後に薄膜を生成することから、清浄で信頼性の高い薄膜の製造を容易に行うことができ、製造効率の良い、経済的な薄膜製造方法およびクリーニング方法を実現できるという効果を奏する。また、第１副生成物捕捉部で捕捉した副生成物を除外（不燃化）することが可能となることから、副生成物を安全に処理することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置の中央部概要を断面的に示した概略説明図である。なお、一部のハッチングは省略している。

本実施の形態に係る薄膜製造装置は、副生成物の発生が複雑であり、価格も高価であるプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）により成膜するプラズマＣＶＤ装置に適用することが好ましいが、その他の薄膜製造装置に適用可能であることは言うまでもない。

本実施の形態に係る薄膜製造装置は、プラズマを発生するのに必要な真空を確保する空間を構成するチャンバ１、排気してチャンバ１を真空状態にするためにチャンバ１に連通して設けられた排気配管１５ａ、排気配管１５ａに設けられチャンバ１を排気して真空を確保する真空弁７ａ、圧力制御弁１２、および排気装置としてのポンプ６を備える。

チャンバ１内には成膜部４が配置され、成膜部４に連通して設けられたガス供給系１３から薄膜製造に必要なガス（キャリアガス、反応ガス）および反応物質が供給される。成膜部４は、成膜部４に適宜載置された半導体基板（不図示）に薄膜を生成する。成膜部４は、薄膜を生成するためのプラズマが発生するようにカソード電極およびアノード電極を有し、電極間に電界を加える構成としてある。

チャンバ１と成膜部４の間にはチャンバ１への副生成物の付着を防止する防着板２を配置している。防着板２は、振動発生部としての振動子５を備える。つまり、防着板２の下部（防着板２の延長部）は、ホッパ部３を構成しており、ホッパ部３の外周面（チャンバ１に対向する面）にはホッパ部３（防着板２）に振動を与える振動発生部としての振動子５が配置してある。また、ホッパ部３は、先端に副生成物捕捉用の狭窄路３ｐを有する構成としてある。なお、振動子５は、振動が効率良く発生するように適宜の位置に配置することが可能であり、図示したようなホッパ部３に限らす、防着板２の側面（外周面）に配置しても良いことは言うまでもない。

振動子５としては、プラズマ発生雰囲気下で誤動作せず、また可燃性ガス雰囲気中で使用しても火花などの発生がないことから、流体駆動方式の振動子を使用した。流体には不活性ガスの使用が望ましく、窒素を使用した。

ホッパ部３（ホッパ下部）は狭窄路３ｐに連通してあり、狭窄路３ｐには加熱部８が配置してある。また、狭窄路３ｐには排ガスを排出するために排気配管１５ｂが連通してあり、捕捉した副生成物の排出をオンオフ制御して、外部（外気）へ排出するための第１ゲート弁９が、加熱部８と排気配管１５ｂとの間に備えてある。排気配管１５ｂは適宜の真空弁７ｂを介して圧力制御弁１２（排気配管１５ａ）へ接続されている。

防着板２、ホッパ部３は、温度制御部２ｔにより適宜温度制御される。成膜部４から排出された排ガスは防着板２、ホッパ部３に沿って流れて行き、その過程で副生成物が発生し、防着板２（およびホッパ部３）に付着して堆積する。通常、副生成物は低温で多量に発生することから、防着板２（およびホッパ部３）の温度を温度制御部２ｔにより適宜に制御することで、副生成物の発生量を制御することができる。

たとえば、排ガス中の副生成物を積極的に捕捉する場合は、防着板２を冷却し、副生成物の発生を抑える場合には防着板２を加熱すればよい。本実施の形態では、防着板２に積極的に副生成物を捕捉するために低温に保つように温度制御を実施し、温度を約５０℃±５℃に保った。

防着板２（およびホッパ部３）に付着して堆積する堆積物は、通常粉体であることから、堆積した副生成物は、適当な期間を設定し振動子５で防着板２を振動させることにより、重力方向（狭窄路３ｐ方向）に振り落とされ防着板２（およびホッパ部３）はクリーニングされる。ホッパ部３は、振り落とされた副生成物を狭窄路３ｐへ誘導して捕捉し、狭窄路３ｐで構成される第１副生成物捕捉部１０に収集、捕捉する。

振動子５の振動によりクリーニングした後、振動を中止して、薄膜を成膜するプロセスを開始することにより、クリーニングした清浄なチャンバ１で成膜を行うことから、歩留まりの良い成膜が可能となる。

第１副生成物捕捉部１０に収集、捕捉された副生成物が、反応性の物質であるような場合は、加熱部８により加熱処理することで除外し、安全で安定な物質に変換することが可能となる。例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）の反応により副生成された可燃性のポリシリコン粉体は約２００℃に加熱することで不燃化することができた。なお、加熱部８のヒーターとしてはセラミックヒーターを使用することにより加熱部８の信頼性を向上することができる。

狭窄路３ｐには、第１ゲート弁９と同様に第２ゲート弁１４が設けてあり、第１ゲート弁９と第２ゲート弁１４との間の狭窄路３ｐ部は、第２副生成物捕捉部１１を構成している。また、排気配管１５ｂは、第１ゲート弁９と第２ゲート弁１４との間の空間（第２副生成物捕捉部１１）に接続してある。

第１副生成物捕捉部１０で安定化、安全化された副生成物は、第１ゲート弁９を開放することにより加熱部８とは分離されている第２副生成物捕捉部１１に移動することができる。第２副生成物捕捉部１１には、排気配管１５ｂが接続してあることから、排気配管１５ａと別系統の排気配管１５ｂから排ガス（気体）を適宜排出することができるので、チャンバ１の清浄度を維持保全することができる。

また、副生成物を第１副生成物捕捉部１０で安定化、安全化することから、排気配管１５ａ、排気配管１５ｂへの副生成物の流出を防止することができるので、配管系への副生成物の付着を防止することができる。

また、固体の副生成物は、第１ゲート弁９を再度閉鎖し、その後、第２ゲート弁１４を開放することで外部に取り出すことが容易にできる。第１ゲート弁９を閉鎖した状態で副生成物を外部へ取り出すことから、チャンバ１の清浄度を維持した状態で副生成物を効率良く確実に回収することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置を側面から見て中央部概要を断面図的に示した側面概略図である。

符号の説明

１ チャンバ
２ 防着板
２ｔ 温度制御部
３ ホッパ部
３ｐ 狭窄路
４ 成膜部
５ 振動子（振動発生部）
６ ポンプ（排気装置）
７ａ、７ｂ 真空弁
８ 加熱部
９ 第１ゲート弁
１０ 第１副生成物捕捉部
１１ 第２副生成物捕捉部
１２ 圧力制御弁
１３ ガス供給系
１４ 第２ゲート弁
１５ａ、１５ｂ 排気配管

Claims (10)

1. チャンバと、該チャンバ内に配置されて薄膜を生成する成膜部と、前記チャンバと成膜部との間に配置され前記チャンバへの副生成物の付着を防止する防着板とを備える薄膜製造装置において、
   前記防着板は、外周面に配置された振動発生部と、排気配管に連通した狭窄路とを備え、前記狭窄路は、加熱部と、前記加熱部と前記排気配管との間に設けられた第１ゲート弁と、前記加熱部が配置された第１副生成物捕捉部とを備えることを特徴とする薄膜製造装置。
2. 前記振動発生部は、流体駆動により振動を発生する構成としてあることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
3. 前記防着板は、温度制御部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜製造装置。
4. 前記防着板は、前記狭窄路を有するホッパ部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の薄膜製造装置。
5. 前記成膜部はプラズマＣＶＤにより成膜することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の薄膜製造装置。
6. チャンバと、該チャンバ内に配置されて薄膜を生成する成膜部と、前記チャンバと成膜部との間に配置されてチャンバへの副生成物の付着を防止する防着板とを備え、前記防着板は、外周面に配置された振動発生部と、排気配管に連通した狭窄路とを備え、前記狭窄路は、加熱部と、前記加熱部と前記排気配管との間に設けられた第１ゲート弁と、前記加熱部が配置された第１副生成物捕捉部とを備える薄膜製造装置による薄膜製造方法において、
   前記防着板を振動させた後、振動を中止して薄膜を生成し、前記第１副生成物捕捉部で捕捉した副生成物を前記加熱部で加熱処理することを特徴とする薄膜製造方法。
7. 前記防着板の振動は、流体駆動により発生させることを特徴とする請求項６に記載の薄膜製造方法。
8. 前記防着板の温度を制御することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の薄膜製造方法。
9. チャンバと、該チャンバ内に配置されて薄膜を生成する成膜部と、前記チャンバと成膜部との間に配置されてチャンバへの副生成物の付着を防止する防着板とを備え、前記防着板は、外周面に配置された振動発生部と、排気配管に連通した狭窄路とを備え、前記狭窄路は、加熱部と、前記加熱部と前記排気配管との間に設けられた第１ゲート弁と、前記加熱部が配置された第１副生成物捕捉部とを備える薄膜製造装置のクリーニング方法において、
   前記防着板を振動させて前記第１副生成物捕捉部で副生成物を捕捉し、捕捉した副生成物を前記加熱部で加熱処理することを特徴とするクリーニング方法。
10. 前記防着板の温度を制御することを特徴とする請求項９に記載のクリーニング方法。

Images