JP4599701B2 - 成膜装置の排気系構造及び不純物ガスの除去方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜装置の排気ガス系構造及び不純物ガスの除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＩＣなどの集積回路や論理素子を形成するためには、半導体ウエハ、ガラス基板、ＬＣＤ基板等の表面に、所望の薄い成膜を施す行程やこれを所望のパターンにエッチングする行程が繰り返して行なわれる。
ところで、成膜工程を例にとれば、この工程においては、所定の処理ガス（原料ガス）を処理容器内にて反応させることによってシリコンの薄膜、シリコンの酸化物や窒化物の薄膜、或いは金属の薄膜、金属の酸化物や窒化物の薄膜等を被処理体の表面に形成するが、この成膜反応と同時に余分な反応副生成物が発生し、これが排気ガスと共に排出されてしまう。また、未反応の処理ガスも排出される。
【０００３】
この反応副生成物や未反応の処理ガスは、そのまま大気中に放出されると環境汚染等の原因になることから、これを防止するために一般的には処理容器から延びる排気ガス系にトラップ機構を介設し、これにより排気ガス中に含まれている反応副生成物や未反応の処理ガス等を捕獲して除去するようになっている。
このトラップ機構の構成は、捕獲除去すべき反応副生成物等の特性に応じて種々提案されているが、例えば常温で液化乃至固化して凝縮する反応副生成物を除去する場合には、このトラップ機構はその一例として排気ガスの導入口と排出口を有する筐体内に多数のフィンを設けて構成されている。そして、このフィンは、排気ガスの流れる方向に対して、順次配列してこれらのフィン間を排気ガスが通過する時に排気ガス中の反応副生成物等をフィン表面に付着させて捕獲するようになっている。また、このフィンを冷却流体等により冷却して捕獲効率を上げることも行なわれている。
【０００４】
ここで、原料ガスとして高融点金属ハロゲン化合物のＴｉＣｌ4 （四塩化チタン）を用いてＴｉ金属膜を成膜する場合を例にとって説明すると、原料ガスとしてはＴｉＣｌ4 の他にＨ2 ガスを用い、これをＡｒガスの存在下にてプラズマにより活性化して水素で還元し、Ｔｉ膜を半導体ウエハ表面に堆積させている。この時、反応副生成物としてＴｉＣｌｘ（Ｘ＜４）が発生し、また、未反応のＴｉＣｌ4 ガスも存在し、これらのＴｉＣｌｘやＴｉＣｌ4 等が排気ガスに含まれて流出する。これらのＴｉＣｌｘやＴｉＣｌ4 等は大気汚染等の原因となる不純物ガスであることから、上記したようなトラップ機構により捕獲されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した未反応ガスであるＴｉＣｌ4 や反応副生成物であるＴｉＣｌｘ等の不純物ガスは、比較的蒸気圧が高いため、上述したようにトラップ機構内を冷却していても、このトラップ機構内で完全に捕獲して除去することがかなり困難であり、十分な回収率が得られない場合があった。このため、トラップ機構よりも下流側に設けられている除害装置で、上記トラップ機構を通り抜けた不純物ガスを完全に除去して無害化するためにかなりの負担がかかり、この除害装置のランニングコストが高騰するのみならず、この除害装置自体の寿命も短くなる、といった問題があった。このような問題は、ＴｉＣｌ4 やＷＦ6 や（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 （ペントエトキシタンタル）などの高融点金属化合物ガスを用いる成膜装置の共通の問題である。
【０００６】
また、ＴｉＣｌ4 を用いる他の成膜方法として、ＴｉＮ膜を成膜する方法が知られている。すなわち、原料ガスとして高融点金属ハロゲン化合物のＴｉＣｌ4 （四塩化チタン）を用いてＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明すると、原料ガスとしてはＴｉＣｌ4 の他にＮＨ3 ガスを用い、両ガスを反応させることによってＴｉＮ膜を半導体ウエハ表面に堆積させている。この時、反応副生成物としてＮＨ4 ＣｌやＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎ（ｎは正の整数）が発生し、また、未反応のＴｉＣｌ4 ガスも存在し、これらのガス成分は排気ガスに含まれて流出し、上記したようなトラップ機構により捕獲されることになる。
【０００７】
また、成膜装置の処理容器の内壁面や容器内構造物の表面には、上記成膜処理に伴ってパーティクルの原因となる不要な膜が付着するので、必要に応じて定期的に、或いは不定期的にクリーニングガスを処理容器内へ流して上記不要な膜を除去するクリーニング操作が行われる。この場合、クリーニングガスとして種々のフッ素ハロゲン系ガス、例えばＣｌＦ3 ガスが用いられる。このＣｌＦ3 ガスは、上記容器内壁面等に付着した不要な膜をエッチングにより除去すると同時に、トラップ機構内にて捕獲されているＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎ反応副生成物と反応して別の反応副生成物であるＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎ等を形成することになる。
【０００８】
ところで、上述したように、トラップ機構内には反応副生成物としてＮＨ4 Ｃｌ、ＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎ、ＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎ等が順次蓄積して行くので、このトラップ機構は定期的に、或いは不定期的に真空排気系より取り外し、内部を開放して上記反応副生成物を洗浄により除去することが行われる。この場合、トラップ機構を開放する時、ＮＨ4 Ｃｌは比較的安定していることからそれほど問題は生じないが、ＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎやＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎは大気中の酸素と接触すると、下記の化１、化２に示すように、人体に対して好ましからざる影響を与えるＨＣｌガス、ＨＦガス、ＮＨ3 ガスを発生することから、何らかの対策が望まれていた。
ＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎ＋Ｏ2 →ＴｉＯ2 ＋ＨＣｌ＋ＮＨ3 … 化１
ＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎ＋Ｏ2 →ＴｉＯ2 ＋ＨＦ＋ＮＨ3 … 化２
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、未反応の原料ガスやその反応副生成物等を完全に除去することが可能な成膜装置の排気系構造及び不純物ガスの除去方法を提供することにある。本発明の他の目的は、トラップ機構で捕獲された反応副生成物を安定化させることができる不純物ガスの除去方法及び成膜装置の排気系構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置の排気系構造において、前記成膜装置に接続されて未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスを排気する排気通路と、この排気通路に介設されて排気ガス中に含まれる前記反応副生成物を除去するためのトラップ機構と、このトラップ機構、或いはこのトラップ機構よりも上流側の前記排気通路に設けられて前記成膜処理時に、前記トラップ機構内、或いは前記排気通路内に前記不純物ガス中の前記未反応ガスと反応して前記トラップ機構で捕獲されるべき化合物を形成する反応ガスを導入する反応ガス導入手段とを備えるようにしたものである。
これにより、反応ガス導入手段から反応ガスをトラップ機構、或いはその上流側の排気通路内へ導入するようにしたので、この反応ガスは排気ガス中の原料ガスの未反応ガスと反応して、これよりも蒸気圧が小さな化合物となり、この化合物は、元の不純物ガスよりも蒸気圧が小さいので、トラップ機構により容易に凝縮させて液化し、捕獲することが可能となる。
【００１０】
この場合、請求項２に規定するように、前記反応ガス導入手段を、前記成膜装置の排気口の近傍に位置させて設けることにより、排気ガスがトラップ機構に到達するまでの間に、反応ガスと排気ガスとの混合拡散が促進されるので、その分、反応が促進し、高融点金属化合物ガス等の不純物ガスをより確実に捕獲して除去することが可能となる。
また、請求項３に規定するように、例えば前記高融点金属化合物は、チタン含有ガスとタングステン含有ガスとタンタル含有ガスの内のいずれか１つである。
また、請求項４に規定するように、例えば前記反応ガスは、アンモニアガスと酸素含有ガスと水蒸気の内の少なくともいずれか１つである。
【００１１】
また、請求項５に規定するように、前記トラップ機構或いは前記トラップ機構よりも上流側であって前記反応ガス導入手段よりも下流側の前記排気通路には、前記トラップ機構内に捕獲された捕獲物と反応して酸化させる酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入手段が設けられる。
これによれば、トラップ機構を排気系から外す前に、この排気系に酸化性ガスを流すことにより不安定な反応副生成物を酸化してこれを安定化させることができる。これにより、トラップ機構を排気系より取り外して、これを安全に開放して内部を洗浄等することが可能になる。
また請求項６に規定するように、前記トラップ機構を迂回するように前記成膜装置側へ接続されたバイパス通路を有する。
また請求項７に規定するように、前記酸化性ガスは、酸素含有ガスと水蒸気の内の少なくともいずれか１つである。
更に、請求項８に規定する発明は、上記成膜装置の排気系構造で行なわれる方法発明を規定したものであり、高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置から排出される排気ガス中の未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスを除去する不純物ガスの除去方法において、前記成膜処理を施すときに前記排気ガス中に前記不純物ガス中の前記未反応ガスと反応を起こし易い反応ガスを混入させて化合物を形成し、この化合物と前記反応副生成物をトラップ機構によって捕獲するようにしたものである。
【００１２】
本発明の関連技術は、高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置の排気系構造において、前記成膜装置に接続されて未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスを排気する排気通路と、前記排気通路に介設されて排気ガス中に含まれる前記不純物ガスを捕獲して除去するトラップ機構と、このトラップ機構或いは前記トラップ機構よりも上流側の前記排気通路に設けられて前記トラップ機構内で捕獲された捕獲物と反応して酸化させる酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入手段と、前記トラップ機構を迂回するように前記成膜装置側へ接続されて、前記酸化性ガスと前記捕獲物とを接触させる時に前記成膜装置と前記排気通路とを連通する排気バイパス通路と、を備えたことを特徴とする成膜装置の排気系構造である。
本発明の他の関連技術は、上記装置発明を用いて実施される方法発明であり、すなわち、高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置から排出される排気ガス中の未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスをトラップ機構により捕獲して除去する不純物ガスの除去方法において、前記トラップ機構内で捕獲された捕獲物に酸化性ガスを接触させて酸化させることにより前記捕獲物を安定化させると共に、前記トラップ機構内にて前記酸化性ガスと前記捕獲物とを接触させている時には前記トラップ機構を迂回するように設けた排気バイパス通路を介して前記成膜装置側を真空引きするようにすることを特徴とする不純物ガスの除去方法である。
【００１３】
このように、トラップ機構を排気系から外す前に、この排気系に酸化性ガスを流すことにより不安定な反応副生成物を酸化してこれを安定化させることができる。これにより、トラップ機構を排気系より取り外して、これを安全に開放して内部を洗浄等することが可能になる。
これにより、成膜装置側へ酸化性ガスが逆拡散して流入することを防止することができるので、例えば成膜装置の処理容器内壁等に形成してあるプリコート膜等が酸化性ガスにより変質されることを防止することが可能となる。
【００１４】
また、例えば請求項１１に規定するように、前記反応副生成物を安定化させる工程は、前記トラップ機構内に真空引き時よりも高い圧力で前記酸化性ガスを閉じ込めるステップと、前記閉じ込めた酸化性ガスを排気するステップとを順次複数回繰り返し行うようにしてもよい。
これによれば、真空引き時よりも高い圧力で酸化性ガスをトラップ機構内に閉じ込めるようにしているので、反応副生成物と酸化性ガスとの反応が促進されることになり、反応副生成物の安定化操作を迅速に行うことが可能となる。
この場合、例えば請求項１２に規定するように、前記高融点金属化合物は、チタン含有ガスとタングステン含有ガスとタンタル含有ガスの内のいずれか１つである。
また、例えば請求項１３に規定するように、前記酸化性ガスは、酸素含有ガスと水蒸気の内の少なくともいずれか１つである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の成膜装置の排気系構造及び不純物ガスの除去方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜装置の排気系構造を示す構成図、図２は反応ガスノズルの取り付け状態を示す断面図である。
本実施例では、被処理体としての半導体ウエハの表面に高融点金属化合物ガスとして高融点金属ハロゲン化合物ガスであるＴｉＣｌ4 ガスを用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
図１に示すように、この成膜システムは、半導体ウエハＷに対してＴｉ膜の成膜を実際に施す成膜装置２と、この成膜装置２内の雰囲気を真空引きして排気する排気系構造４とにより主に構成される。
【００１６】
まず、成膜装置２について説明すると、この成膜装置２は、例えばアルミニウム製の筒体状の処理容器６を有しており、この処理容器６は接地されている。この処理容器６内には、底部より導電性の支柱８を介して載置台１０が設けられており、この上面に半導体ウエハＷを載置して保持するようになっている。この載置台１０は、例えばＮｉ等の導電性材料よりなって下部電極を兼用するものであり、内部には、半導体ウエハＷを加熱する抵抗加熱ヒータ１２が埋め込まれている。
【００１７】
また、処理容器６の天井部には、原料ガス等の必要なガスを処理容器６内へ導入するシャワーヘッド１４が絶縁材１６を介して設けられており、このシャワーヘッド１４には、途中に供給側開閉弁１８を介設したガス供給通路２０が接続されて、それぞれ流量制御されたＴｉＣｌ4 ガス、Ｈ2 ガス、Ａｒガス等の必要なガスを供給できるようになっている。尚、各ガスをそれぞれ独立した供給通路から供給するようにしてもよい。
また、このシャワーヘッド１４は、上部電極を兼ねるものであり、これには、マッチング回路２２を介して例えば４５０ｋＨｚの高周波電源２４が接続されて、載置台１０とシャワーヘッド１４との間に高周波によるプラズマを発生させるようになっている。
また、処理容器６の側壁には、ウエハＷの搬出入を行なうゲートバルブ２６が設けられ、底部周辺部には排気口２８が設けられる。
【００１８】
一方、上述のように形成された成膜装置２に接続される排気系構造４は、上記排気口２８に接続される、例えば内径が１０ｃｍ程度のステンレス製の排気通路３０を有している。この排気通路３０には、排気ガス中の不純物ガスを除去するためのトラップ機構３２、処理容器６内の雰囲気を真空引きする真空ポンプ３３及び排気ガス中に残留する不純物ガスを完全に除去する除害装置３４が、この順序で下流側に向けて順次介設されている。
また、この排気通路３０の最上流側には、この排気通路３０を開閉する排気開閉弁３６及び排気通路３０の流路面積を制御する圧力制御弁３８がそれぞれ介設される。また、前記ガス供給通路２０と上記圧力制御弁３８の直ぐ下流側の排気通路３０とを連絡するようにして、途中にバイパス開閉弁４２を介設したバイパス通路４０が接続されており、ガス流量を安定化させる時などに流す原料ガスを、処理容器６を経ることなく直接的に排気通路３０側へ廃棄するようになっている。
【００１９】
そして、上記排気口２８の近傍の排気通路３０、具体的には、上記バイパス通路４０の排気通路３０に対する接続部Ｐ１の直ぐ下流側には、本発明の特徴とする反応ガス導入手段４４が接続されている。具体的には、この反応ガス導入手段４４は、図２にも示すように上記排気通路３０内にその側壁を貫通させて先端を挿入した反応ガスノズル４６と、これに接続された反応ガス通路４８と、反応ガス源５０とにより構成される。そして、この反応ガス通路４８には、反応ガス開閉弁５２及び反応ガスの流量を制御する流量制御器５４が順次介設される。この反応ガスとしては、排気ガス中に含まれる不純物ガス、ここではＴｉＣｌ4 ガスと反応して元のガスよりも蒸気圧が低くなるような化合物を形成するガス、すなわちここではＮＨ3 （アンモニア）ガスが用いられる。
【００２０】
また、上記トラップ機構３２には、常温の、或いは図示例のように冷却水により冷却される多数のフィン３２Ａが設けられる。そして、上記ガス供給通路２０、バイパス通路４０及びトラップ機構３２よりも上流側の排気通路３０には、それぞれ図中点線で示すようにテープヒータ５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃが巻回されて、それぞれの通路を所定の温度に加熱しており、通路内でガス成分が凝縮して液化することを防止している。
【００２１】
次に、以上のように構成された成膜装置と排気系構造に基づいて行なわれる不純物ガスの除去方法について説明する。
まず、Ｔｉ膜の成膜時には、処理容器６内の載置台１０上に半導体ウエハＷを載置し、そして、これを所定の温度に昇温加熱維持する。これと同時に、下部電極である載置台１０と上部電極であるシャワーヘッド１４との間に高周波電圧を印加し、また、シャワーヘッド１４からＴｉＣｌ4 ガス、Ｈ2 ガス、Ａｒガス等の所定のガスを流量制御しつつ流し、処理空間にプラズマを立ててＴｉ膜の成膜を行なう。これと同時に、排気系構造４も駆動して処理容器６内の雰囲気を真空引きして内部を所定の圧力に維持する。
【００２２】
この時のプロセス条件に関しては、ウエハサイズが８インチサイズと仮定すると、プロセス圧力は６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）、プロセス温度は６５０℃程度、ＴｉＣｌ4 ガスの流量は５ｓｃｃｍ程度、Ｈ2 ガスの流量は２０００ｓｃｃｍ程度、Ａｒガス流量は５００ｓｃｃｍ程度である。
上記Ｔｉ膜の成膜反応により、ＴｉＣｌ4 ガスは約１０％程度消費されるが、残りの約９０％程度は未反応ガスとして、また、ＴｉＣｌ2 やＴｉＣｌ3 やＨＣｌなどの反応副生成物として排気ガスと共に排気口２８より排気通路３０内へ流入してこれを流下し、排気ガスは更にトラップ機構３２、真空ポンプ３３及び除害装置３４の順に順次流れて行く。ここで、上記未反応ガスや反応副生成物の内、特にＴｉＣｌ4 ガスは比較的蒸気圧が高いので、トラップ機構３２で十分に除去しきれない場合がある。
【００２３】
そこで、本発明では、反応ガス導入手段４４の反応ガスノズル４６から反応ガスとしてＮＨ3 ガスを排気通路３０中に導入しており、これにより、ＮＨ3 ガスと主にＴｉＣｌ4 ガスとを反応させてＴｉＣｌ4 ・２ＮＨ3 の錯体よりなる化合物を形成している。この錯体は、ＴｉＣｌ4 ガスよりもかなり蒸気圧が低く、例えば図３に示すようにＴｉＣｌ4 ガスは２１．３℃において１３００Ｐａであるが、上記錯体は２１．３℃において１×１０-4Ｐａ程度である。また、ＨＣｌガスもＮＨ3 ガスと反応してＮＨ4 Ｃｌガスとなるが、これも蒸気圧が低い。尚、図３中には、ＴｉＣｌ3 、ＮＨ4 Ｃｌの蒸気圧曲線も併せて記載してある。
【００２４】
このように、主として未反応ガスを、ＮＨ３ ガスと反応させて蒸気圧の低い化合物に変換するようにしたので、また、反応副生成物であるＨＣｌをＮＨ３ ガスと反応させて蒸気圧の低い化合物に変換するようにしたので、これをトラップ機構３２内で容易に且つ略完全に凝縮固化させて、捕獲することが可能となる。この場合、トラップ機構３２内の温度及び圧力は、上記蒸気圧曲線に基づいて上記錯体やＮＨ４ Ｃｌ等の化合物を凝縮固化（液化）し得るような条件に設定しておけばよい。例えば、上記錯体に着目すると、トラップ機構３２内の温度が２１．３℃ならば、この圧力を１３００Ｐａ以下に設定すればよい。当然のこととして、収率をより高くするには、冷却水等によりフィン３２Ａをより低温に維持するのがよい。
【００２５】
この場合、他の反応副生成物、ＴｉＣｌ2 、ＴｉＣｌ3 及びＮＨ4 Ｃｌ等は上記ＴｉＣｌ4 ガスよりも蒸気圧が低いので、これらの生成物もトラップ機構により捕獲されて除去されるのは勿論である。また、上記した不純物ガスを確実に除去するには、ＴｉＣｌ4 ガスの供給量５ｓｃｃｍの２倍以上、例えば１０ｓｃｃｍ以上のＮＨ3 ガスを供給するのが好ましい。
このように、上記したような各不純物ガスの収率を向上させたので、トラップ機構３２の下流側に位置する除害装置３４のランニングコストも低減でき、また、この寿命も長期化できる。更に、真空ポンプ３２内に上記不純物ガス成分が凝縮して付着することも防止できる。
【００２６】
また、ここでは、排気通路３０の最も上流側に反応ガスノズル４６を設けているので、排気ガスがトラップ機構３２に到達するまでに反応ガスが排気ガス中に十分に拡散し、ＴｉＣｌ4 ガスとの反応を促進させることができるので、その分、更に収率を向上させることが可能となる。尚、トラップ機構３２よりも上流側の排気通路３０はテープヒータ５５Ｃにより、上記化合物の内で蒸気圧が最も高いＴｉＣｌ4 ・２ＮＨ3 錯体の凝縮温度よりも高い温度、例えば１７０℃程度に加熱されているので、これが途中で凝縮して配管詰まりを起こすこともない。
また、成膜処理に先立って、ＴｉＣｌ4 ガス等の流れを安定化できる目的で、ＴｉＣｌ4 ガス等を、処理容器６内へ流すことなくバイパス通路４０を介して直接排気通路３０へ流す場合もあるが、この場合にも、上記反応ガスとしてＮＨ3 ガスを排気通路３０内へ流すことにより、前述したようにＴｉＣｌ4 ガスを確実に除去することができる。
【００２７】
また、上記実施例では、図２に示すように反応ガスノズル４６の先端４６Ａは、排気通路３０の側壁よりも僅かに内側に臨ませただけであるが、これに限定されず、例えば図４（Ａ）に示すように反応ガスノズル４６の先端４６Ａを排気通路３０の断面の略中心に位置させ、導入した反応ガスの拡散を促進させるようにしてもよい。
また、上記したようなパイプ構造のノズル形状に限定されず、図４（Ｂ）に示すように、ノズル４６の先端にリング状の環状管５６を接続し、この環状管５６に多数のガス噴射孔５８を設けて反応ガスを供給するようにしてもよいし、更には、図４（Ｃ）に示すように上記環状管５６に連通させてクロス状に直管６０を設け、この直管６０にもガス噴射孔５８を設けて反応ガスを供給するようにしてもよい。
【００２８】
図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示す構造によれば、導入した反応ガスの拡散を一層高めることができ、収率を更に向上させることが可能となる。
また、図１に示す装置例では、排気通路３０の上流側に反応ガスノズル４６を設けたが、これに限定されず、トラップ機構３０よりも上流側の排気通路３０ならどこでもよく、更には、図５に示すように、トラップ機構３２自体に設けてもよい。このトラップ機構３２に反応ガスノズル４６を設ける場合には、できるだけこのトラップ機構３２のガス導入口３２Ａの近傍に設けるのが、反応効率を上げる上から好ましい。
【００２９】
また、上記実施例では、ＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスとＡｒガス（プラズマ用）とを用いてプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えばＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスとを用いて熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜する場合にも本発明を適用し得る。この点については後述する。この場合、ＮＨ3 ガスが原料ガスとして予め含まれているが、ＴｉＣｌ4 ガスの流量安定化のために、ＮＨ3 ガスを流さないでＴｉＣｌ4 ガスのみをバイパス通路に流す場合もあるし、或いは、ＮＨ3 ガスを化学当量的に不足気味に流す場合もあるので、このような場合に、排気ガス中に残留するＴｉＣｌ4 ガスを、排気通路に導入したＮＨ3 ガスと反応させて確実に除去する。
【００３０】
更には、ここでは高融点金属ハロゲン化合物ガスとしてＴｉＣｌ4 ガスを用いた場合を例にとって説明したが、他の化合物、例えばＷＦ6 を用いた場合にも適用することができる。例えばＷＦ6 ガスとＮＨ3 ガスを用いてＷＮ膜を形成する場合、ＷＦ6 ガスとＳｉＨ4 ガスを用いてタングステン膜を形成する場合、ＷＦ6 ガスとＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスを用いてＷＳｉ膜を形成する場合等にも、本発明を適用することができる。
また、高融点金属化合物ガスとして高融点金属有機化合物ガスの（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 ガスを用いた場合は、（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 とＯ2 により、Ｔａ2 Ｏ5 膜を形成する場合にも、本発明は適用可能である。
更には、ここでは反応ガスとしてＮＨ3 ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに代えて、Ｏ2 含有ガス（純粋な酸素を含む）或いはＨ2 Ｏ（水蒸気）を排気ガス中へ導入するようにしてもよい。この場合には、ＴｉＣｌ4 ガスがＯ2 含有ガス或いはＨ2 Ｏと化合してＴｉＯ2 化合物を形成することになる。このＴｉＯ2 は蒸気圧がかなり低くて例えば排気通路３０の加熱温度である１７０℃でも容易に凝縮固化するので、Ｏ2 含有ガス或いは水蒸気を排気ガス中に供給する場合は、トラップ機構３２内に直接導入するのがよい。
【００３１】
次に、ＴｉＮ膜を成膜する際に形成される反応副生成物を安定化させる方法について説明する。この方法は、後述するように前述したＴｉ膜の形成時に発生する反応副生成物を安定化させる際にも用いることができる。
図６は本発明に係る成膜装置の排気系構造の他の実施例を示す構成図である。
本実施例では、被処理体としての半導体ウエハの表面に高融点金属化合物ガスとして高融点金属ハロゲン化合物ガスであるＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスとを用いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
図６に示すように、この成膜システムは、半導体ウエハＷに対してＴｉＮ膜の成膜を実際に施す成膜装置１０２と、この成膜装置１０２内の雰囲気を真空引きして排気する排気系構造１０４とにより主に構成される。
【００３２】
まず、成膜装置１０２について説明すると、この成膜装置１０２は、例えばアルミニウム製の筒体状の処理容器１０６を有している。この処理容器１０６内には、底部より支柱１０８を介して載置台１１０が設けられており、この上面に半導体ウエハＷを載置して保持するようになっている。この載置台１１０は、例えば窒化アルミニウム等のセラミックスよりなり、内部には、半導体ウエハＷを加熱する抵抗加熱ヒータ１１２が埋め込まれている。
また、処理容器１０６の天井部には、原料ガス等の必要なガスを処理容器１０６内へ導入するシャワーヘッド１１４が設けられており、このシャワーヘッド１１４には、途中に供給側開閉弁１１６を介設したガス供給通路１１８が接続されて、それぞれ流量制御されたＴｉＣｌ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2 ガス等の必要なガスを供給できるようになっている。尚、各ガスをそれぞれ独立した供給通路から供給するようにしてもよい。また、Ｎ2 ガスは例えばＴｉＣｌ4 ガスのキャリアガスとして用いられたり、必要に応じて単独でも流すことができるようになっている。
また、処理容器１０６の側壁には、ウエハＷの搬出入を行なうゲートバルブ１２０が設けられ、底部周辺部には排気口１２２及びバイパス用排気口１２４が設けられる。
【００３３】
一方、上述のように形成された成膜装置１０２に接続される排気系構造１０４は、上記排気口１２２に接続される、例えば内径が１０ｃｍ程度のステンレス製の排気通路１３０を有している。この排気通路１３０には、排気ガス中の不純物ガスを除去するためのトラップ機構１３２、処理容器１０６内の雰囲気を真空引きする真空ポンプ１３４及び排気ガス中に残留する不純物ガスを完全に除去する除害装置１３６が、この順序で下流側に向けて順次介設されている。
また、この排気通路１３０の最上流側には、排気通路１３０の流路面積を制御する圧力制御弁１３８及びこの排気通路１３０を開閉する第１排気用開閉弁１４０がそれぞれ介設される。この第１排気用開閉弁１４０の直ぐ下流側の排気通路１３０と上記ガス供給通路１１８との間に、必要時に上記処理容器１０６を迂回させてガスを流すために、途中にバイパス開閉弁１３１を介設したバイパス通路１３３が接続されている。
【００３４】
また、トラップ機構１３２の直ぐ上流側及び下流側には、このトラップ機構１３２内を密閉する時に閉じる密閉用開閉弁１４２、１４４が設けられると共に、これらの直ぐ上流側及び下流側には、それぞれこのトラップ機構１３２を排気通路１３０に接続する時に接合する上流側フランジ継手１４６及び下流側フランジ継手１４８が設けられている。
また、この下流側フランジ継手１４８と真空ポンプ１３４との間には、第２排気用開閉弁１５０が設けられている。そして、上記処理容器１０６のバイパス用排気口１２４とこの第２排気用開閉弁１５０の直ぐ下流側の排気通路１３０とを連絡するようにして排気バイパス通路１５２が設けられており、このバイパス通路１５２には、バイパス開閉弁１５４が介設されている。このバイパス通路１５２の内径は、メイン排気を行うことになる上記排気通路１３０の内径よりも遥かに小さく、例えば２０ｍｍ程度に設定されており、後述するように逆拡散係数が大きい状態で処理容器１０６内を真空引きできるようになっている。
【００３５】
そして、上記第１排気用開閉弁１４０の直ぐ下流側の排気通路１３０には、本発明の特徴とする酸化性ガス導入手段１６０が接続されている。具体的には、この酸化性ガス導入手段１６０は、上記排気通路１３０内にその側壁を貫通させて先端を挿入したガスノズル１６２と、これに接続された酸化性ガス通路１６４と、酸化性ガス源１６６とにより構成される。そして、この酸化性ガス通路１６４には、酸化性ガス開閉弁１６８及び酸化性ガスの流量を制御する流量制御器１７０が順次介設される。この酸化性ガスとしては、反応副生成物を酸化して安定化させるガスであれば、どのようなガスでもよく、ここではＯ2 ガスを用いるが、他にＯ3 （オゾン）、乾燥空気等等の酸素含有ガス、或いはＨ2 Ｏ（水蒸気）を用いることができる。尚、このノズル１６２をトラップ機構１３２に設けて、この中に直接的に酸化性ガスを導入するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記トラップ機構１３２の外周は筐体１７２として構成され、その内部には、常温の、或いは図示例のように冷却水により冷却される多数のフィン１７４が設けられ、このフィン１７４に反応副生成物等が付着して捕獲されることになる。トラップ機構１３２よりも上流側の排気通路１３０には、それぞれ図中点線で示すようにテープヒータ１７６が巻回されて、通路を所定の温度に加熱しており、通路内でガス成分が凝縮して液化することを防止している。また、上記ガス供給通路１１８及びパイパス通路１３３にも、同様に原料ガスの液化を防止するテープヒータ１８０が巻回されている。
【００３７】
次に、以上のように構成された成膜装置と排気系構造に基づいて行なわれる不純物ガスの除去方法について図７及び図８も参照して説明する。
まず、ＴｉＮ膜の成膜時には、処理容器１０６内の載置台１１０上に半導体ウエハＷを載置し、そして、これを所定の温度に昇温加熱維持する。これと同時に、シャワーヘッド１１４からＴｉＣｌ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2 ガス等の所定のガスを流量制御しつつ流し、処理空間内で反応させてＴｉＮ膜の成膜を行なう。これと同時に、排気系構造１０４も駆動して処理容器１０６内の雰囲気を真空引きして内部を所定の圧力に維持する。
【００３８】
この時のプロセス条件に関しては、例えばウエハサイズが８インチサイズと仮定すると、プロセス圧力は３９．９Ｐａ（≒０．３Ｔｏｒｒ）、プロセス温度は６８０℃程度、ＴｉＣｌ4 ガスの流量は３０ｓｃｃｍ程度、ＮＨ3 ガスの流量は４００ｓｃｃｍ程度、Ｎ2 ガス流量は３４０ｓｃｃｍ程度である。
上記ＴｉＮ膜の成膜反応により、ＮＨ4 ＣｌやＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎなどが反応副生成物として排気ガスと共に排気口１２２より排気通路１３０内へ流入してこれを流下し、排気ガスは更にトラップ機構１３２、真空ポンプ１３４及び除害装置１３６の順に順次流れて行く。また、未反応のＴｉＣｌ4 ガスも排気ガスと共に流下して行く。ここで、上記未反応ガスや反応副生成物ガスはトラップ機構１３２で冷却されて液化し、このトラップ機構１３２で除去されることになる。
【００３９】
また、このトラップ機構１３２にて除去しきれない不純物ガスは下流側に流れて除外装置１３６により略確実に除去されて排気ガスは無害化される。
ここで、ある程度の枚数のウエハに対して成膜処理が完了すると、処理容器１０６の内壁面や載置台１１０の表面等にパーティクル発生の原因となる不要な膜が付着するので、定期的或いは不定期的にクリーニング処理を行って上記不要な膜を除去することになる。この場合、前述したように、クリーニングガスとして例えばＣｌＦ3 ガスを用い、このガスをシャワーヘッド１１４から処理容器１０６内へ供給しつつクリーニング効率を上げるために載置台１１０を例えば２５０℃に加熱維持し、容器内部を真空引きする。この時、トラップ機構１３２内を流れるＣｌＦ3 ガスはここで捕獲されていたＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎと反応して反応副生成物としてＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎが生成されることになる。
【００４０】
このようにして、成膜処理とクリーニング処理とを適当回数繰り返して行って行くと、トラップ機構１３２には次第に上述したような反応副生成物が蓄積されてくるので、このトラップ機構１３２を排気系から取り外して反応副生成物を洗浄して除去する必要が生ずる。
ここで、何ら処理することなく、トラップ機構１３２を大気開放すると、反応副生成物が空気と接触して前述した化１、化２に示す反応が生じて反応副生成物から人体に対して好ましからざる影響を与える不純物ガスが発生するので好ましくない。そこで、本発明では、トラップ機構１３２を排気系から取り外す前に、これに酸化性ガスとして例えばＯ2 ガスを流して上記化１、化２に示す反応を予め生じさせ、反応副生成物を安定化させてからトラップ機構１３２を排気系から取り外すようにしている。この反応副生成物の安定化処理の一例について図７を参照しつつ具体的に説明する。
【００４１】
まず、成膜処理或いはクリーニング処理が終了したならば、成膜ガスやクリーニングガスの供給を停止し、そして、真空ポンプ１３４の回転は適当回転数を維持して真空引きを継続して行う（Ｓ１）。そして、載置台１１０の温度を室温程度まで下げると、この昇降温に時間を要してスループットの低下の原因となることから、ここでは載置台１１０の温度をプロセス温度に維持したまま、或いは室温よりも温度の高い所定のアイドリング温度まで降温してその温度を維持したまま（Ｓ２）、この処理容器１０６内へ所定の流量のＮ2 ガスを流しておく（Ｓ３）。このようにＮ2 ガスを流す理由は、高温状態の処理容器１０６の壁面や載置台１１０から発生する不要な金属成分やガス成分を排除するためである。
【００４２】
次に、まず、排気通路１３０の第１排気用開閉弁１４０を閉にして排気通路１３０を遮断すると共に、排気バイパス通路１５２のバイパス開閉弁を開にしてこの排気バイパス通路１５２を連通させる（Ｓ４）。これにより、処理容器１０６内へ供給されていたＮ2 ガスはメイン排気通路１３０よりも内径の細い排気バイパス通路１５２を介して真空ポンプ１３４により真空引きされることになる。
この状態を維持しつつ、次に、酸化性ガス通路１６４に介設してある酸化性ガス開閉弁１６８を開にして所定の流量で酸化性ガス、すなわちＯ2 ガスを供給する（Ｓ５）。このＯ2 ガスは、トラップ機構１３２内に流れ込んで更に下流側へ真空引きされて行くが、トラップ機構１３２内にてここに捕獲されている前述した反応副生成物と接触して先に示したような化１、化２の反応が行われて安定化して行く。すなわち、化１、化２に示したようにＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎやＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎはＯ2 と反応してＴｉＯ2 、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＨ3 ガスを発生させるが、ＴｉＯ2 は安定な化合物であってトラップ機構１３２内に固着しており、また、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＨ3 はそれぞれガス化して下流側に流れて行き、除外装置１３６にてそれぞれ無害化されることになる。この時のトラップ機構１３２内は例えば６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）程度である。そして、このような反応副生成物の安定化処理を十分な長さだけ所定の時間、例えば数時間程度行ったならば（Ｓ６）、先の酸化性ガス開閉弁１６８を閉にしてトラップ機構１３２に対するＯ2 ガスの供給を停止する（Ｓ７）。
【００４３】
次に、排気通路１３０の下流側の第２排気用開閉弁１５０を閉にすると共に（Ｓ８）、トラップ機構１３２の上下流側の両密閉用開閉弁１４２、１４４を閉にしてトラップ機構１３２内を密閉状態としてこれを孤立化させる（Ｓ９）。
次に、トラップ機構１３２を排気系に接続している両フランジ継手１４６、１４８を緩めてトラップ機構１３２を排気通路１３０から取り外す（Ｓ１０）。この状態では、前述したように処理容器１０６内へはＮ2 ガスが供給されて排気バイパス通路１５２を介して継続して真空引きされている。そして、取り外したトラップ機構１３２を所定の場所にて開放して内部に付着しているＴｉＯ2 等を洗浄して除去すればよい（Ｓ１１）。この際、上記した反応副生成物は酸化されてＴｉＯ2 等に変換されて安定化しているので、トラップ機構１３２の開放時に、人体に対して好ましからざる影響を与える不純物ガスがほとんど発生することはない。
【００４４】
このように、本発明ではトラップ機構１３２を排気通路１３０から取り外す前に、トラップ機構１３２内へ酸化性ガスを供給して捕獲されている反応副生成物を酸化させて安定化しまうので、トラップ機構１３２を取り外してからこの内部を安全に洗浄することが可能となる。
また、酸化性ガスが逆流して処理容器１０６内に入ると、この壁面等に付着していたプリコート膜に悪影響を与えるので好ましくないが、本実施例では酸化性ガス供給中は、排気バイパス通路１５２を介して逆拡散係数が大きい状態で処理容器１０６内を真空引きしているので、酸化性ガスが処理容器１０６内へ逆流することを防止でき、従って、載置台１１０を加熱状態でトラップ機構１３２の取り外し洗浄を行うことができることから、スループットも向上させることができる。
【００４５】
ここで上記排気バイパス通路１５２の逆拡散係数について説明する。
上記した処理中において排気バイパス通路１５２におけるペクレ数Ｐｅが１０以上であれば、一応、酸化性ガスが逆拡散して処理容器１０６内へ逆流することは略生じないものと経験的に略実証されている。ここで、ペクレ数Ｐｅとは無次元数で逆拡散係数と呼ばれるものであり、次の式で表される。
Ｐｅ＝Ｖｓ・Ｌｓ／Ｄ
ここで、Ｖｓは排気バイパス通路１５２内のガスの流速、Ｌｓは排気バイパス通路１５２の長さ、Ｄはガスの拡散定数（相互拡散）である。本実施例において、排気バイパス通路１５２の長さを２．５ｍ程度、内径を２０ｍｍ程度に設定するとＰｅ≒１７０程度となり、このペクレ数は”１０”よりも十分に大きいことから、酸化性ガスの処理容器１０６内への逆流は略確実に阻止することができる。
【００４６】
また、ここでは例えば６６５Ｐａの圧力で所定の時間、例えば数時間だけＯ2 ガスを流すことにより反応副生成物の安定化処理を行ったが、これに限定されず、図８に示すように酸化性ガスを加圧状態でトラップ機構内に一時的に閉じ込めるステップとこれを排気するステップとを繰り返し行うようにしてもよい。この図８に示すフローは、図７に示すフロー中のＡ１〜Ａ２のステップを入れ替えたフローとなる。
すなわち、図７中のＳ４に示す工程が終了したら、すなわち第１排気用開閉弁１４０を閉にし、且つバイパス用開閉弁１５４を開にしたならば、図８中のＳ２１に示すように、第２排気用開閉弁１５０を閉にし、且つ酸化性ガス開閉弁１６８を開にしてＯ2 ガスをトラップ機構１３２内へ流し込んでこれを貯留する。
尚、第２排気用開閉弁１５０に代えて、下流側の密閉用開閉弁１４４を閉にしてもよい。
【００４７】
このＯ２ ガスの貯留はトラップ機構１３２内が所定の圧力、例えば大気圧になるまで行う（Ｓ２２）。そして、トラップ機構１３２内が大気圧になったならば、上記酸化性ガス開閉弁１６８を閉にしてＯ２ ガスの供給を停止すると共に、トラップ機構１３２を孤立化させる（Ｓ２３）。尚、この酸化性ガス開閉弁１６８に代えて上流側の密閉用開閉弁１４２を閉にしてもよい。
このようにして、Ｏ２ ガスを真空引き時よりも高い圧力、すなわち大気圧下で所定の時間だけ閉じ込めておくことにより、トラップ機構１３２内の反応副生成物の酸化安定化反応は、単にＯ２ ガスを流していた場合と比較して促進されることになる。
このように所定の時間、例えば２０〜４０分程度の閉じ込めが終了したならば（Ｓ２４のＹＥＳ）、第２排気用開閉弁１５０を開にして、トラップ機構１３２内で発生した不純物ガス成分を真空引きする（Ｓ２５）。この時、酸化性ガス開閉弁１６８を開にしてＯ２ ガスも流して不純物ガスの排出を促進させるようにしてもよい。このようにフロー中のＡ１から今までの一連の工程を所定の回数を行うまで（Ｓ２６のＮＯ）、上記Ｓ２１〜Ｓ２５の各ステップを繰り返し行う。そして、これらの一連のステップを所定の回数繰り返し行ったならば、図７に示すステップＳ８へ移行する。
【００４８】
このように、トラップ機構１３２内に真空引きよりも高い圧力で酸化性ガスを閉じ込めたり、これを排気する操作を複数回行うことにより、反応副生成物の安定化をより迅速に行うことが可能となる。尚、図８に示すフローにおいては、Ｏ2 ガスをトラップ機構１３２内へ閉じ込めた状態で所定の時間放置するようにしたが、これに限定されず、所定の時間経過することなく直ちに排気するようにしてもよい。
また、本実施例ではスループット向上の見地より、載置台１１０を加熱した状態で反応副生成物の安定化及びトラップ機構の洗浄を行ったが、これに限定されず、載置台１１０を室温まで完全に冷却してから、上記したような一連の操作を行ってもよい。
【００４９】
また、ここでは反応副生成物を安定化後、トラップ機構１３２を排気系より取り外して洗浄することにしたが、これに限定されず、Ｏ2 ガス導入による反応副生成物の安定化処理を行ったならば、トラップ機構１３２の取り外し洗浄を行うことなく、直ちに通常の成膜処理を行うようにしてもよい。これによれば、Ｏ2 ガス導入による反応副生成物の安定化処理により、トラップ機構１３２内の内容物の体積を低減でき、その分、トラップ機構１３２の取り外し洗浄サイクルを長くでき、このトラップ機構１３２の長寿命も図ることが可能となる。
また、ここではＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、例えばＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスとを用いてＴｉ膜を成膜する場合にも適用することができる。この場合には、特に、Ｔｉ膜成膜後にＮＨ3 ガスを流して表面窒化処理を行うので、上述したと全く同様な化学反応を生ずることになる。
【００５０】
更には、ここでは高融点金属ハロゲン化合物ガスとしてＴｉＣｌ4 ガスを用いた場合を例にとって説明したが、他の化合物、例えばＷＦ6 を用いた場合にも適用することができる。例えばＷＦ6 ガスとＮＨ3 ガスを用いてＷＮ膜を形成する場合、ＷＦ6 ガスとＳｉＨ4 ガスを用いてタングステン膜を形成する場合、ＷＦ6 ガスとＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスを用いてＷＳｉ膜を形成する場合等にも、本発明を適用することができる。
また、高融点金属化合物ガスとして高融点金属有機化合物ガスの（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 （ペントエトキシタンタル）ガスを用いた場合は、（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 とＯ2 により、Ｔａ2 Ｏ5 膜を形成する場合にも、本発明は適用可能である。
【００５１】
また、図９に示すように、上記酸化性ガス源１６６や酸化性ガス通路１６４やガスノズル１６２等よりなる酸化性ガス導入手段１６０を、図１に示した排気系構造４の排気通路３０、或いはトラップ機構３２に接続するようにしてもよい（図示例では排気通路３０に接続している）。この場合にも、バイパス開閉弁１５４を途中に介設した排気バイパス通路１５２を、処理容器６に形成したバイパス用排気口１２４と真空ポンプの直ぐ上流側とを接続して形成するのがよい。尚、他の開閉弁等の記載は省略している。これによれば、反応ガス導入手段４４から供給したＮＨ3 ガスと反応して生成されたトラップ機構３２内の反応副生成物を、前述したように酸化させて、これを安定化させることができる。
尚、上記各実施例では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用できるのは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の成膜装置の排気系構造及び不純物ガスの除去方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、８及びこれらを引用する請求項の発明によれば、反応ガス導入手段から反応ガスをトラップ機構、或いはその上流側の排気通路内へ導入するようにしたので、この反応ガスは排気ガス中の原料ガスの未反応ガスと反応して、これよりも蒸気圧が小さな化合物となり、この化合物は、元の不純物ガスよりも蒸気圧が小さいので、トラップ機構により容易に凝縮させて液化し、捕獲することができる。
特に請求項２の発明によれば、排気ガスがトラップ機構に到達するまでの間に、反応ガスと排気ガスとの混合拡散が促進されるので、その分、反応が促進し、高融点金属化合物ガス等の不純物ガスをより確実に捕獲して除去することができる。
本発明の関連技術によれば、トラップ機構を排気系から外す前に、この排気系に酸化性ガスを流すことにより不安定な反応副生成物を酸化してこれを安定化させることができる。これにより、トラップ機構を排気系より取り外して、これを安全に開放して内部を洗浄等することができる。
また、成膜装置側へ酸化性ガスが逆拡散して流入することを防止することができるので、例えば成膜装置の処理容器内壁等に形成してあるプリコート膜等が酸化性ガスにより変質されることを防止することができる。
また、真空引き時よりも高い圧力で酸化性ガスをトラップ機構内に閉じ込めるようにしているので、反応副生成物と酸化性ガスとの反応が促進されることになり、反応副生成物の安定化操作を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置の排気系構造を示す構成図である。
【図２】反応ガスノズルの取り付け状態を示す断面図である。
【図３】ＴｉＣｌ4 、ＴｉＣｌ3 、ＮＨ4 Ｃｌの蒸気圧曲線を示す図である。
【図４】反応ガスノズルの変形例を示す図である。
【図５】反応ガスノズルをトラップ機構に設けたときの状態を示す図である。
【図６】本発明に係る成膜装置の排気系構造の他の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明の不純物ガスの除去方法の一例を示すフローである。
【図８】本発明の不純物ガスの除去方法の他の一例を示すフローである。
【図９】本発明に係る成膜装置の排気系構造の更に他の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
２ 成膜装置
４ 排気系構造
６ 処理容器
１０ 載置台
１４ シャワーヘッド
２０ ガス供給通路
３０ 排気通路
３２ トラップ機構
３３ 真空ポンプ
３４ 除害装置
４０ バイパス通路
４４ 反応ガス導入手段
４６ 反応ガスノズル
４８ 反応ガス通路
５０ 反応ガス源
５２ 反応ガス開閉弁
５４ 流量制御弁
１０２ 成膜装置
１０４ 排気系構造
１０６ 処理容器
１１０ 載置台
１１４ シャワーヘッド
１３０ 排気通路
１３２ トラップ機構
１３４ 真空ポンプ
１３６ 除害装置
１５２ バイパス通路
１６０ 酸化性ガス導入手段
１６２ ガスノズル
１６４ 酸化性ガス通路
１６６ 酸化性ガス源
１６８ 酸化性ガス開閉弁
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜装置の排気ガス系構造及び不純物ガスの除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＩＣなどの集積回路や論理素子を形成するためには、半導体ウエハ、ガラス基板、ＬＣＤ基板等の表面に、所望の薄い成膜を施す行程やこれを所望のパターンにエッチングする行程が繰り返して行なわれる。
ところで、成膜工程を例にとれば、この工程においては、所定の処理ガス（原料ガス）を処理容器内にて反応させることによってシリコンの薄膜、シリコンの酸化物や窒化物の薄膜、或いは金属の薄膜、金属の酸化物や窒化物の薄膜等を被処理体の表面に形成するが、この成膜反応と同時に余分な反応副生成物が発生し、これが排気ガスと共に排出されてしまう。また、未反応の処理ガスも排出される。
【０００３】
この反応副生成物や未反応の処理ガスは、そのまま大気中に放出されると環境汚染等の原因になることから、これを防止するために一般的には処理容器から延びる排気ガス系にトラップ機構を介設し、これにより排気ガス中に含まれている反応副生成物や未反応の処理ガス等を捕獲して除去するようになっている。
このトラップ機構の構成は、捕獲除去すべき反応副生成物等の特性に応じて種々提案されているが、例えば常温で液化乃至固化して凝縮する反応副生成物を除去する場合には、このトラップ機構はその一例として排気ガスの導入口と排出口を有する筐体内に多数のフィンを設けて構成されている。そして、このフィンは、排気ガスの流れる方向に対して、順次配列してこれらのフィン間を排気ガスが通過する時に排気ガス中の反応副生成物等をフィン表面に付着させて捕獲するようになっている。また、このフィンを冷却流体等により冷却して捕獲効率を上げることも行なわれている。
【０００４】
ここで、原料ガスとして高融点金属ハロゲン化合物のＴｉＣｌ4 （四塩化チタン）を用いてＴｉ金属膜を成膜する場合を例にとって説明すると、原料ガスとしてはＴｉＣｌ4 の他にＨ2 ガスを用い、これをＡｒガスの存在下にてプラズマにより活性化して水素で還元し、Ｔｉ膜を半導体ウエハ表面に堆積させている。この時、反応副生成物としてＴｉＣｌｘ（Ｘ＜４）が発生し、また、未反応のＴｉＣｌ4 ガスも存在し、これらのＴｉＣｌｘやＴｉＣｌ4 等が排気ガスに含まれて流出する。これらのＴｉＣｌｘやＴｉＣｌ4 等は大気汚染等の原因となる不純物ガスであることから、上記したようなトラップ機構により捕獲されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した未反応ガスであるＴｉＣｌ4 や反応副生成物であるＴｉＣｌｘ等の不純物ガスは、比較的蒸気圧が高いため、上述したようにトラップ機構内を冷却していても、このトラップ機構内で完全に捕獲して除去することがかなり困難であり、十分な回収率が得られない場合があった。このため、トラップ機構よりも下流側に設けられている除害装置で、上記トラップ機構を通り抜けた不純物ガスを完全に除去して無害化するためにかなりの負担がかかり、この除害装置のランニングコストが高騰するのみならず、この除害装置自体の寿命も短くなる、といった問題があった。このような問題は、ＴｉＣｌ4 やＷＦ6 や（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 （ペントエトキシタンタル）などの高融点金属化合物ガスを用いる成膜装置の共通の問題である。
【０００６】
また、ＴｉＣｌ4 を用いる他の成膜方法として、ＴｉＮ膜を成膜する方法が知られている。すなわち、原料ガスとして高融点金属ハロゲン化合物のＴｉＣｌ4 （四塩化チタン）を用いてＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明すると、原料ガスとしてはＴｉＣｌ4 の他にＮＨ3 ガスを用い、両ガスを反応させることによってＴｉＮ膜を半導体ウエハ表面に堆積させている。この時、反応副生成物としてＮＨ4 ＣｌやＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎ（ｎは正の整数）が発生し、また、未反応のＴｉＣｌ4 ガスも存在し、これらのガス成分は排気ガスに含まれて流出し、上記したようなトラップ機構により捕獲されることになる。
【０００７】
また、成膜装置の処理容器の内壁面や容器内構造物の表面には、上記成膜処理に伴ってパーティクルの原因となる不要な膜が付着するので、必要に応じて定期的に、或いは不定期的にクリーニングガスを処理容器内へ流して上記不要な膜を除去するクリーニング操作が行われる。この場合、クリーニングガスとして種々のフッ素ハロゲン系ガス、例えばＣｌＦ3 ガスが用いられる。このＣｌＦ3 ガスは、上記容器内壁面等に付着した不要な膜をエッチングにより除去すると同時に、トラップ機構内にて捕獲されているＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎ反応副生成物と反応して別の反応副生成物であるＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎ等を形成することになる。
【０００８】
ところで、上述したように、トラップ機構内には反応副生成物としてＮＨ4 Ｃｌ、ＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎ、ＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎ等が順次蓄積して行くので、このトラップ機構は定期的に、或いは不定期的に真空排気系より取り外し、内部を開放して上記反応副生成物を洗浄により除去することが行われる。この場合、トラップ機構を開放する時、ＮＨ4 Ｃｌは比較的安定していることからそれほど問題は生じないが、ＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎやＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎは大気中の酸素と接触すると、下記の化１、化２に示すように、人体に対して好ましからざる影響を与えるＨＣｌガス、ＨＦガス、ＮＨ3 ガスを発生することから、何らかの対策が望まれていた。
ＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎ＋Ｏ2 →ＴｉＯ2 ＋ＨＣｌ＋ＮＨ3 … 化１
ＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎ＋Ｏ2 →ＴｉＯ2 ＋ＨＦ＋ＮＨ3 … 化２
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、未反応の原料ガスやその反応副生成物等を完全に除去することが可能な成膜装置の排気系構造及び不純物ガスの除去方法を提供することにある。本発明の他の目的は、トラップ機構で捕獲された反応副生成物を安定化させることができる不純物ガスの除去方法及び成膜装置の排気系構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置の排気系構造において、前記成膜装置に接続されて未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスを排気する排気通路と、この排気通路に介設されて排気ガス中に含まれる前記反応副生成物を除去するためのトラップ機構と、このトラップ機構、或いはこのトラップ機構よりも上流側の前記排気通路に設けられて前記成膜処理時に、前記トラップ機構内、或いは前記排気通路内に前記不純物ガス中の前記未反応ガスと反応して前記トラップ機構で捕獲されるべき化合物を形成する反応ガスを導入する反応ガス導入手段とを備えるようにしたものである。
これにより、反応ガス導入手段から反応ガスをトラップ機構、或いはその上流側の排気通路内へ導入するようにしたので、この反応ガスは排気ガス中の原料ガスの未反応ガスと反応して、これよりも蒸気圧が小さな化合物となり、この化合物は、元の不純物ガスよりも蒸気圧が小さいので、トラップ機構により容易に凝縮させて液化し、捕獲することが可能となる。
【００１０】
この場合、請求項２に規定するように、前記反応ガス導入手段を、前記成膜装置の排気口の近傍に位置させて設けることにより、排気ガスがトラップ機構に到達するまでの間に、反応ガスと排気ガスとの混合拡散が促進されるので、その分、反応が促進し、高融点金属化合物ガス等の不純物ガスをより確実に捕獲して除去することが可能となる。
また、請求項３に規定するように、例えば前記高融点金属化合物は、チタン含有ガスとタングステン含有ガスとタンタル含有ガスの内のいずれか１つである。
また、請求項４に規定するように、例えば前記反応ガスは、アンモニアガスと酸素含有ガスと水蒸気の内の少なくともいずれか１つである。
【００１１】
また、請求項５に規定するように、前記トラップ機構或いは前記トラップ機構よりも上流側であって前記反応ガス導入手段よりも下流側の前記排気通路には、前記トラップ機構内に捕獲された捕獲物と反応して酸化させる酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入手段が設けられる。
これによれば、トラップ機構を排気系から外す前に、この排気系に酸化性ガスを流すことにより不安定な反応副生成物を酸化してこれを安定化させることができる。これにより、トラップ機構を排気系より取り外して、これを安全に開放して内部を洗浄等することが可能になる。
また請求項６に規定するように、前記トラップ機構を迂回するように前記成膜装置側へ接続されたバイパス通路を有する。
また請求項７に規定するように、前記酸化性ガスは、酸素含有ガスと水蒸気の内の少なくともいずれか１つである。
更に、請求項８に規定する発明は、上記成膜装置の排気系構造で行なわれる方法発明を規定したものであり、高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置から排出される排気ガス中の未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスを除去する不純物ガスの除去方法において、前記成膜処理を施すときに前記排気ガス中に前記不純物ガス中の前記未反応ガスと反応を起こし易い反応ガスを混入させて化合物を形成し、この化合物と前記反応副生成物をトラップ機構によって捕獲するようにしたものである。
【００１２】
本発明の関連技術は、高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置の排気系構造において、前記成膜装置に接続されて未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスを排気する排気通路と、前記排気通路に介設されて排気ガス中に含まれる前記不純物ガスを捕獲して除去するトラップ機構と、このトラップ機構或いは前記トラップ機構よりも上流側の前記排気通路に設けられて前記トラップ機構内で捕獲された捕獲物と反応して酸化させる酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入手段と、前記トラップ機構を迂回するように前記成膜装置側へ接続されて、前記酸化性ガスと前記捕獲物とを接触させる時に前記成膜装置と前記排気通路とを連通する排気バイパス通路と、を備えたことを特徴とする成膜装置の排気系構造である。
本発明の他の関連技術は、上記装置発明を用いて実施される方法発明であり、すなわち、高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置から排出される排気ガス中の未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスをトラップ機構により捕獲して除去する不純物ガスの除去方法において、前記トラップ機構内で捕獲された捕獲物に酸化性ガスを接触させて酸化させることにより前記捕獲物を安定化させると共に、前記トラップ機構内にて前記酸化性ガスと前記捕獲物とを接触させている時には前記トラップ機構を迂回するように設けた排気バイパス通路を介して前記成膜装置側を真空引きするようにすることを特徴とする不純物ガスの除去方法である。
【００１３】
このように、トラップ機構を排気系から外す前に、この排気系に酸化性ガスを流すことにより不安定な反応副生成物を酸化してこれを安定化させることができる。これにより、トラップ機構を排気系より取り外して、これを安全に開放して内部を洗浄等することが可能になる。
これにより、成膜装置側へ酸化性ガスが逆拡散して流入することを防止することができるので、例えば成膜装置の処理容器内壁等に形成してあるプリコート膜等が酸化性ガスにより変質されることを防止することが可能となる。
【００１４】
また、例えば請求項１１に規定するように、前記反応副生成物を安定化させる工程は、前記トラップ機構内に真空引き時よりも高い圧力で前記酸化性ガスを閉じ込めるステップと、前記閉じ込めた酸化性ガスを排気するステップとを順次複数回繰り返し行うようにしてもよい。
これによれば、真空引き時よりも高い圧力で酸化性ガスをトラップ機構内に閉じ込めるようにしているので、反応副生成物と酸化性ガスとの反応が促進されることになり、反応副生成物の安定化操作を迅速に行うことが可能となる。
この場合、例えば請求項１２に規定するように、前記高融点金属化合物は、チタン含有ガスとタングステン含有ガスとタンタル含有ガスの内のいずれか１つである。
また、例えば請求項１３に規定するように、前記酸化性ガスは、酸素含有ガスと水蒸気の内の少なくともいずれか１つである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の成膜装置の排気系構造及び不純物ガスの除去方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る成膜装置の排気系構造を示す構成図、図２は反応ガスノズルの取り付け状態を示す断面図である。
本実施例では、被処理体としての半導体ウエハの表面に高融点金属化合物ガスとして高融点金属ハロゲン化合物ガスであるＴｉＣｌ4 ガスを用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
図１に示すように、この成膜システムは、半導体ウエハＷに対してＴｉ膜の成膜を実際に施す成膜装置２と、この成膜装置２内の雰囲気を真空引きして排気する排気系構造４とにより主に構成される。
【００１６】
まず、成膜装置２について説明すると、この成膜装置２は、例えばアルミニウム製の筒体状の処理容器６を有しており、この処理容器６は接地されている。この処理容器６内には、底部より導電性の支柱８を介して載置台１０が設けられており、この上面に半導体ウエハＷを載置して保持するようになっている。この載置台１０は、例えばＮｉ等の導電性材料よりなって下部電極を兼用するものであり、内部には、半導体ウエハＷを加熱する抵抗加熱ヒータ１２が埋め込まれている。
【００１７】
また、処理容器６の天井部には、原料ガス等の必要なガスを処理容器６内へ導入するシャワーヘッド１４が絶縁材１６を介して設けられており、このシャワーヘッド１４には、途中に供給側開閉弁１８を介設したガス供給通路２０が接続されて、それぞれ流量制御されたＴｉＣｌ4 ガス、Ｈ2 ガス、Ａｒガス等の必要なガスを供給できるようになっている。尚、各ガスをそれぞれ独立した供給通路から供給するようにしてもよい。
また、このシャワーヘッド１４は、上部電極を兼ねるものであり、これには、マッチング回路２２を介して例えば４５０ｋＨｚの高周波電源２４が接続されて、載置台１０とシャワーヘッド１４との間に高周波によるプラズマを発生させるようになっている。
また、処理容器６の側壁には、ウエハＷの搬出入を行なうゲートバルブ２６が設けられ、底部周辺部には排気口２８が設けられる。
【００１８】
一方、上述のように形成された成膜装置２に接続される排気系構造４は、上記排気口２８に接続される、例えば内径が１０ｃｍ程度のステンレス製の排気通路３０を有している。この排気通路３０には、排気ガス中の不純物ガスを除去するためのトラップ機構３２、処理容器６内の雰囲気を真空引きする真空ポンプ３３及び排気ガス中に残留する不純物ガスを完全に除去する除害装置３４が、この順序で下流側に向けて順次介設されている。
また、この排気通路３０の最上流側には、この排気通路３０を開閉する排気開閉弁３６及び排気通路３０の流路面積を制御する圧力制御弁３８がそれぞれ介設される。また、前記ガス供給通路２０と上記圧力制御弁３８の直ぐ下流側の排気通路３０とを連絡するようにして、途中にバイパス開閉弁４２を介設したバイパス通路４０が接続されており、ガス流量を安定化させる時などに流す原料ガスを、処理容器６を経ることなく直接的に排気通路３０側へ廃棄するようになっている。
【００１９】
そして、上記排気口２８の近傍の排気通路３０、具体的には、上記バイパス通路４０の排気通路３０に対する接続部Ｐ１の直ぐ下流側には、本発明の特徴とする反応ガス導入手段４４が接続されている。具体的には、この反応ガス導入手段４４は、図２にも示すように上記排気通路３０内にその側壁を貫通させて先端を挿入した反応ガスノズル４６と、これに接続された反応ガス通路４８と、反応ガス源５０とにより構成される。そして、この反応ガス通路４８には、反応ガス開閉弁５２及び反応ガスの流量を制御する流量制御器５４が順次介設される。この反応ガスとしては、排気ガス中に含まれる不純物ガス、ここではＴｉＣｌ4 ガスと反応して元のガスよりも蒸気圧が低くなるような化合物を形成するガス、すなわちここではＮＨ3 （アンモニア）ガスが用いられる。
【００２０】
また、上記トラップ機構３２には、常温の、或いは図示例のように冷却水により冷却される多数のフィン３２Ａが設けられる。そして、上記ガス供給通路２０、バイパス通路４０及びトラップ機構３２よりも上流側の排気通路３０には、それぞれ図中点線で示すようにテープヒータ５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃが巻回されて、それぞれの通路を所定の温度に加熱しており、通路内でガス成分が凝縮して液化することを防止している。
【００２１】
次に、以上のように構成された成膜装置と排気系構造に基づいて行なわれる不純物ガスの除去方法について説明する。
まず、Ｔｉ膜の成膜時には、処理容器６内の載置台１０上に半導体ウエハＷを載置し、そして、これを所定の温度に昇温加熱維持する。これと同時に、下部電極である載置台１０と上部電極であるシャワーヘッド１４との間に高周波電圧を印加し、また、シャワーヘッド１４からＴｉＣｌ4 ガス、Ｈ2 ガス、Ａｒガス等の所定のガスを流量制御しつつ流し、処理空間にプラズマを立ててＴｉ膜の成膜を行なう。これと同時に、排気系構造４も駆動して処理容器６内の雰囲気を真空引きして内部を所定の圧力に維持する。
【００２２】
この時のプロセス条件に関しては、ウエハサイズが８インチサイズと仮定すると、プロセス圧力は６６５Ｐａ（≒５Ｔｏｒｒ）、プロセス温度は６５０℃程度、ＴｉＣｌ4 ガスの流量は５ｓｃｃｍ程度、Ｈ2 ガスの流量は２０００ｓｃｃｍ程度、Ａｒガス流量は５００ｓｃｃｍ程度である。
上記Ｔｉ膜の成膜反応により、ＴｉＣｌ4 ガスは約１０％程度消費されるが、残りの約９０％程度は未反応ガスとして、また、ＴｉＣｌ2 やＴｉＣｌ3 やＨＣｌなどの反応副生成物として排気ガスと共に排気口２８より排気通路３０内へ流入してこれを流下し、排気ガスは更にトラップ機構３２、真空ポンプ３３及び除害装置３４の順に順次流れて行く。ここで、上記未反応ガスや反応副生成物の内、特にＴｉＣｌ4 ガスは比較的蒸気圧が高いので、トラップ機構３２で十分に除去しきれない場合がある。
【００２３】
そこで、本発明では、反応ガス導入手段４４の反応ガスノズル４６から反応ガスとしてＮＨ3 ガスを排気通路３０中に導入しており、これにより、ＮＨ3 ガスと主にＴｉＣｌ4 ガスとを反応させてＴｉＣｌ4 ・２ＮＨ3 の錯体よりなる化合物を形成している。この錯体は、ＴｉＣｌ4 ガスよりもかなり蒸気圧が低く、例えば図３に示すようにＴｉＣｌ4 ガスは２１．３℃において１３００Ｐａであるが、上記錯体は２１．３℃において１×１０-4Ｐａ程度である。また、ＨＣｌガスもＮＨ3 ガスと反応してＮＨ4 Ｃｌガスとなるが、これも蒸気圧が低い。尚、図３中には、ＴｉＣｌ3 、ＮＨ4 Ｃｌの蒸気圧曲線も併せて記載してある。
【００２４】
このように、主として未反応ガスを、ＮＨ３ ガスと反応させて蒸気圧の低い化合物に変換するようにしたので、また、反応副生成物であるＨＣｌをＮＨ３ ガスと反応させて蒸気圧の低い化合物に変換するようにしたので、これをトラップ機構３２内で容易に且つ略完全に凝縮固化させて、捕獲することが可能となる。この場合、トラップ機構３２内の温度及び圧力は、上記蒸気圧曲線に基づいて上記錯体やＮＨ４ Ｃｌ等の化合物を凝縮固化（液化）し得るような条件に設定しておけばよい。例えば、上記錯体に着目すると、トラップ機構３２内の温度が２１．３℃ならば、この圧力を１３００Ｐａ以下に設定すればよい。当然のこととして、収率をより高くするには、冷却水等によりフィン３２Ａをより低温に維持するのがよい。
【００２５】
この場合、他の反応副生成物、ＴｉＣｌ2 、ＴｉＣｌ3 及びＮＨ4 Ｃｌ等は上記ＴｉＣｌ4 ガスよりも蒸気圧が低いので、これらの生成物もトラップ機構により捕獲されて除去されるのは勿論である。また、上記した不純物ガスを確実に除去するには、ＴｉＣｌ4 ガスの供給量５ｓｃｃｍの２倍以上、例えば１０ｓｃｃｍ以上のＮＨ3 ガスを供給するのが好ましい。
このように、上記したような各不純物ガスの収率を向上させたので、トラップ機構３２の下流側に位置する除害装置３４のランニングコストも低減でき、また、この寿命も長期化できる。更に、真空ポンプ３２内に上記不純物ガス成分が凝縮して付着することも防止できる。
【００２６】
また、ここでは、排気通路３０の最も上流側に反応ガスノズル４６を設けているので、排気ガスがトラップ機構３２に到達するまでに反応ガスが排気ガス中に十分に拡散し、ＴｉＣｌ4 ガスとの反応を促進させることができるので、その分、更に収率を向上させることが可能となる。尚、トラップ機構３２よりも上流側の排気通路３０はテープヒータ５５Ｃにより、上記化合物の内で蒸気圧が最も高いＴｉＣｌ4 ・２ＮＨ3 錯体の凝縮温度よりも高い温度、例えば１７０℃程度に加熱されているので、これが途中で凝縮して配管詰まりを起こすこともない。
また、成膜処理に先立って、ＴｉＣｌ4 ガス等の流れを安定化できる目的で、ＴｉＣｌ4 ガス等を、処理容器６内へ流すことなくバイパス通路４０を介して直接排気通路３０へ流す場合もあるが、この場合にも、上記反応ガスとしてＮＨ3 ガスを排気通路３０内へ流すことにより、前述したようにＴｉＣｌ4 ガスを確実に除去することができる。
【００２７】
また、上記実施例では、図２に示すように反応ガスノズル４６の先端４６Ａは、排気通路３０の側壁よりも僅かに内側に臨ませただけであるが、これに限定されず、例えば図４（Ａ）に示すように反応ガスノズル４６の先端４６Ａを排気通路３０の断面の略中心に位置させ、導入した反応ガスの拡散を促進させるようにしてもよい。
また、上記したようなパイプ構造のノズル形状に限定されず、図４（Ｂ）に示すように、ノズル４６の先端にリング状の環状管５６を接続し、この環状管５６に多数のガス噴射孔５８を設けて反応ガスを供給するようにしてもよいし、更には、図４（Ｃ）に示すように上記環状管５６に連通させてクロス状に直管６０を設け、この直管６０にもガス噴射孔５８を設けて反応ガスを供給するようにしてもよい。
【００２８】
図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示す構造によれば、導入した反応ガスの拡散を一層高めることができ、収率を更に向上させることが可能となる。
また、図１に示す装置例では、排気通路３０の上流側に反応ガスノズル４６を設けたが、これに限定されず、トラップ機構３０よりも上流側の排気通路３０ならどこでもよく、更には、図５に示すように、トラップ機構３２自体に設けてもよい。このトラップ機構３２に反応ガスノズル４６を設ける場合には、できるだけこのトラップ機構３２のガス導入口３２Ａの近傍に設けるのが、反応効率を上げる上から好ましい。
【００２９】
また、上記実施例では、ＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスとＡｒガス（プラズマ用）とを用いてプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えばＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスとを用いて熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜する場合にも本発明を適用し得る。この点については後述する。この場合、ＮＨ3 ガスが原料ガスとして予め含まれているが、ＴｉＣｌ4 ガスの流量安定化のために、ＮＨ3 ガスを流さないでＴｉＣｌ4 ガスのみをバイパス通路に流す場合もあるし、或いは、ＮＨ3 ガスを化学当量的に不足気味に流す場合もあるので、このような場合に、排気ガス中に残留するＴｉＣｌ4 ガスを、排気通路に導入したＮＨ3 ガスと反応させて確実に除去する。
【００３０】
更には、ここでは高融点金属ハロゲン化合物ガスとしてＴｉＣｌ4 ガスを用いた場合を例にとって説明したが、他の化合物、例えばＷＦ6 を用いた場合にも適用することができる。例えばＷＦ6 ガスとＮＨ3 ガスを用いてＷＮ膜を形成する場合、ＷＦ6 ガスとＳｉＨ4 ガスを用いてタングステン膜を形成する場合、ＷＦ6 ガスとＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスを用いてＷＳｉ膜を形成する場合等にも、本発明を適用することができる。
また、高融点金属化合物ガスとして高融点金属有機化合物ガスの（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 ガスを用いた場合は、（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 とＯ2 により、Ｔａ2 Ｏ5 膜を形成する場合にも、本発明は適用可能である。
更には、ここでは反応ガスとしてＮＨ3 ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに代えて、Ｏ2 含有ガス（純粋な酸素を含む）或いはＨ2 Ｏ（水蒸気）を排気ガス中へ導入するようにしてもよい。この場合には、ＴｉＣｌ4 ガスがＯ2 含有ガス或いはＨ2 Ｏと化合してＴｉＯ2 化合物を形成することになる。このＴｉＯ2 は蒸気圧がかなり低くて例えば排気通路３０の加熱温度である１７０℃でも容易に凝縮固化するので、Ｏ2 含有ガス或いは水蒸気を排気ガス中に供給する場合は、トラップ機構３２内に直接導入するのがよい。
【００３１】
次に、ＴｉＮ膜を成膜する際に形成される反応副生成物を安定化させる方法について説明する。この方法は、後述するように前述したＴｉ膜の形成時に発生する反応副生成物を安定化させる際にも用いることができる。
図６は本発明に係る成膜装置の排気系構造の他の実施例を示す構成図である。
本実施例では、被処理体としての半導体ウエハの表面に高融点金属化合物ガスとして高融点金属ハロゲン化合物ガスであるＴｉＣｌ4 ガスとＮＨ3 ガスとを用いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
図６に示すように、この成膜システムは、半導体ウエハＷに対してＴｉＮ膜の成膜を実際に施す成膜装置１０２と、この成膜装置１０２内の雰囲気を真空引きして排気する排気系構造１０４とにより主に構成される。
【００３２】
まず、成膜装置１０２について説明すると、この成膜装置１０２は、例えばアルミニウム製の筒体状の処理容器１０６を有している。この処理容器１０６内には、底部より支柱１０８を介して載置台１１０が設けられており、この上面に半導体ウエハＷを載置して保持するようになっている。この載置台１１０は、例えば窒化アルミニウム等のセラミックスよりなり、内部には、半導体ウエハＷを加熱する抵抗加熱ヒータ１１２が埋め込まれている。
また、処理容器１０６の天井部には、原料ガス等の必要なガスを処理容器１０６内へ導入するシャワーヘッド１１４が設けられており、このシャワーヘッド１１４には、途中に供給側開閉弁１１６を介設したガス供給通路１１８が接続されて、それぞれ流量制御されたＴｉＣｌ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2 ガス等の必要なガスを供給できるようになっている。尚、各ガスをそれぞれ独立した供給通路から供給するようにしてもよい。また、Ｎ2 ガスは例えばＴｉＣｌ4 ガスのキャリアガスとして用いられたり、必要に応じて単独でも流すことができるようになっている。
また、処理容器１０６の側壁には、ウエハＷの搬出入を行なうゲートバルブ１２０が設けられ、底部周辺部には排気口１２２及びバイパス用排気口１２４が設けられる。
【００３３】
一方、上述のように形成された成膜装置１０２に接続される排気系構造１０４は、上記排気口１２２に接続される、例えば内径が１０ｃｍ程度のステンレス製の排気通路１３０を有している。この排気通路１３０には、排気ガス中の不純物ガスを除去するためのトラップ機構１３２、処理容器１０６内の雰囲気を真空引きする真空ポンプ１３４及び排気ガス中に残留する不純物ガスを完全に除去する除害装置１３６が、この順序で下流側に向けて順次介設されている。
また、この排気通路１３０の最上流側には、排気通路１３０の流路面積を制御する圧力制御弁１３８及びこの排気通路１３０を開閉する第１排気用開閉弁１４０がそれぞれ介設される。この第１排気用開閉弁１４０の直ぐ下流側の排気通路１３０と上記ガス供給通路１１８との間に、必要時に上記処理容器１０６を迂回させてガスを流すために、途中にバイパス開閉弁１３１を介設したバイパス通路１３３が接続されている。
【００３４】
また、トラップ機構１３２の直ぐ上流側及び下流側には、このトラップ機構１３２内を密閉する時に閉じる密閉用開閉弁１４２、１４４が設けられると共に、これらの直ぐ上流側及び下流側には、それぞれこのトラップ機構１３２を排気通路１３０に接続する時に接合する上流側フランジ継手１４６及び下流側フランジ継手１４８が設けられている。
また、この下流側フランジ継手１４８と真空ポンプ１３４との間には、第２排気用開閉弁１５０が設けられている。そして、上記処理容器１０６のバイパス用排気口１２４とこの第２排気用開閉弁１５０の直ぐ下流側の排気通路１３０とを連絡するようにして排気バイパス通路１５２が設けられており、このバイパス通路１５２には、バイパス開閉弁１５４が介設されている。このバイパス通路１５２の内径は、メイン排気を行うことになる上記排気通路１３０の内径よりも遥かに小さく、例えば２０ｍｍ程度に設定されており、後述するように逆拡散係数が大きい状態で処理容器１０６内を真空引きできるようになっている。
【００３５】
そして、上記第１排気用開閉弁１４０の直ぐ下流側の排気通路１３０には、本発明の特徴とする酸化性ガス導入手段１６０が接続されている。具体的には、この酸化性ガス導入手段１６０は、上記排気通路１３０内にその側壁を貫通させて先端を挿入したガスノズル１６２と、これに接続された酸化性ガス通路１６４と、酸化性ガス源１６６とにより構成される。そして、この酸化性ガス通路１６４には、酸化性ガス開閉弁１６８及び酸化性ガスの流量を制御する流量制御器１７０が順次介設される。この酸化性ガスとしては、反応副生成物を酸化して安定化させるガスであれば、どのようなガスでもよく、ここではＯ2 ガスを用いるが、他にＯ3 （オゾン）、乾燥空気等等の酸素含有ガス、或いはＨ2 Ｏ（水蒸気）を用いることができる。尚、このノズル１６２をトラップ機構１３２に設けて、この中に直接的に酸化性ガスを導入するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記トラップ機構１３２の外周は筐体１７２として構成され、その内部には、常温の、或いは図示例のように冷却水により冷却される多数のフィン１７４が設けられ、このフィン１７４に反応副生成物等が付着して捕獲されることになる。トラップ機構１３２よりも上流側の排気通路１３０には、それぞれ図中点線で示すようにテープヒータ１７６が巻回されて、通路を所定の温度に加熱しており、通路内でガス成分が凝縮して液化することを防止している。また、上記ガス供給通路１１８及びパイパス通路１３３にも、同様に原料ガスの液化を防止するテープヒータ１８０が巻回されている。
【００３７】
次に、以上のように構成された成膜装置と排気系構造に基づいて行なわれる不純物ガスの除去方法について図７及び図８も参照して説明する。
まず、ＴｉＮ膜の成膜時には、処理容器１０６内の載置台１１０上に半導体ウエハＷを載置し、そして、これを所定の温度に昇温加熱維持する。これと同時に、シャワーヘッド１１４からＴｉＣｌ4 ガス、ＮＨ3 ガス、Ｎ2 ガス等の所定のガスを流量制御しつつ流し、処理空間内で反応させてＴｉＮ膜の成膜を行なう。これと同時に、排気系構造１０４も駆動して処理容器１０６内の雰囲気を真空引きして内部を所定の圧力に維持する。
【００３８】
この時のプロセス条件に関しては、例えばウエハサイズが８インチサイズと仮定すると、プロセス圧力は３９．９Ｐａ（≒０．３Ｔｏｒｒ）、プロセス温度は６８０℃程度、ＴｉＣｌ4 ガスの流量は３０ｓｃｃｍ程度、ＮＨ3 ガスの流量は４００ｓｃｃｍ程度、Ｎ2 ガス流量は３４０ｓｃｃｍ程度である。
上記ＴｉＮ膜の成膜反応により、ＮＨ4 ＣｌやＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎなどが反応副生成物として排気ガスと共に排気口１２２より排気通路１３０内へ流入してこれを流下し、排気ガスは更にトラップ機構１３２、真空ポンプ１３４及び除害装置１３６の順に順次流れて行く。また、未反応のＴｉＣｌ4 ガスも排気ガスと共に流下して行く。ここで、上記未反応ガスや反応副生成物ガスはトラップ機構１３２で冷却されて液化し、このトラップ機構１３２で除去されることになる。
【００３９】
また、このトラップ機構１３２にて除去しきれない不純物ガスは下流側に流れて除外装置１３６により略確実に除去されて排気ガスは無害化される。
ここで、ある程度の枚数のウエハに対して成膜処理が完了すると、処理容器１０６の内壁面や載置台１１０の表面等にパーティクル発生の原因となる不要な膜が付着するので、定期的或いは不定期的にクリーニング処理を行って上記不要な膜を除去することになる。この場合、前述したように、クリーニングガスとして例えばＣｌＦ3 ガスを用い、このガスをシャワーヘッド１１４から処理容器１０６内へ供給しつつクリーニング効率を上げるために載置台１１０を例えば２５０℃に加熱維持し、容器内部を真空引きする。この時、トラップ機構１３２内を流れるＣｌＦ3 ガスはここで捕獲されていたＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎと反応して反応副生成物としてＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎが生成されることになる。
【００４０】
このようにして、成膜処理とクリーニング処理とを適当回数繰り返して行って行くと、トラップ機構１３２には次第に上述したような反応副生成物が蓄積されてくるので、このトラップ機構１３２を排気系から取り外して反応副生成物を洗浄して除去する必要が生ずる。
ここで、何ら処理することなく、トラップ機構１３２を大気開放すると、反応副生成物が空気と接触して前述した化１、化２に示す反応が生じて反応副生成物から人体に対して好ましからざる影響を与える不純物ガスが発生するので好ましくない。そこで、本発明では、トラップ機構１３２を排気系から取り外す前に、これに酸化性ガスとして例えばＯ2 ガスを流して上記化１、化２に示す反応を予め生じさせ、反応副生成物を安定化させてからトラップ機構１３２を排気系から取り外すようにしている。この反応副生成物の安定化処理の一例について図７を参照しつつ具体的に説明する。
【００４１】
まず、成膜処理或いはクリーニング処理が終了したならば、成膜ガスやクリーニングガスの供給を停止し、そして、真空ポンプ１３４の回転は適当回転数を維持して真空引きを継続して行う（Ｓ１）。そして、載置台１１０の温度を室温程度まで下げると、この昇降温に時間を要してスループットの低下の原因となることから、ここでは載置台１１０の温度をプロセス温度に維持したまま、或いは室温よりも温度の高い所定のアイドリング温度まで降温してその温度を維持したまま（Ｓ２）、この処理容器１０６内へ所定の流量のＮ2 ガスを流しておく（Ｓ３）。このようにＮ2 ガスを流す理由は、高温状態の処理容器１０６の壁面や載置台１１０から発生する不要な金属成分やガス成分を排除するためである。
【００４２】
次に、まず、排気通路１３０の第１排気用開閉弁１４０を閉にして排気通路１３０を遮断すると共に、排気バイパス通路１５２のバイパス開閉弁を開にしてこの排気バイパス通路１５２を連通させる（Ｓ４）。これにより、処理容器１０６内へ供給されていたＮ2 ガスはメイン排気通路１３０よりも内径の細い排気バイパス通路１５２を介して真空ポンプ１３４により真空引きされることになる。
この状態を維持しつつ、次に、酸化性ガス通路１６４に介設してある酸化性ガス開閉弁１６８を開にして所定の流量で酸化性ガス、すなわちＯ2 ガスを供給する（Ｓ５）。このＯ2 ガスは、トラップ機構１３２内に流れ込んで更に下流側へ真空引きされて行くが、トラップ機構１３２内にてここに捕獲されている前述した反応副生成物と接触して先に示したような化１、化２の反応が行われて安定化して行く。すなわち、化１、化２に示したようにＴｉＣｌ4 （ＮＨ3 ）ｎやＴｉＦ4 （ＮＨ3 ）ｎはＯ2 と反応してＴｉＯ2 、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＨ3 ガスを発生させるが、ＴｉＯ2 は安定な化合物であってトラップ機構１３２内に固着しており、また、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＨ3 はそれぞれガス化して下流側に流れて行き、除外装置１３６にてそれぞれ無害化されることになる。この時のトラップ機構１３２内は例えば６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）程度である。そして、このような反応副生成物の安定化処理を十分な長さだけ所定の時間、例えば数時間程度行ったならば（Ｓ６）、先の酸化性ガス開閉弁１６８を閉にしてトラップ機構１３２に対するＯ2 ガスの供給を停止する（Ｓ７）。
【００４３】
次に、排気通路１３０の下流側の第２排気用開閉弁１５０を閉にすると共に（Ｓ８）、トラップ機構１３２の上下流側の両密閉用開閉弁１４２、１４４を閉にしてトラップ機構１３２内を密閉状態としてこれを孤立化させる（Ｓ９）。
次に、トラップ機構１３２を排気系に接続している両フランジ継手１４６、１４８を緩めてトラップ機構１３２を排気通路１３０から取り外す（Ｓ１０）。この状態では、前述したように処理容器１０６内へはＮ2 ガスが供給されて排気バイパス通路１５２を介して継続して真空引きされている。そして、取り外したトラップ機構１３２を所定の場所にて開放して内部に付着しているＴｉＯ2 等を洗浄して除去すればよい（Ｓ１１）。この際、上記した反応副生成物は酸化されてＴｉＯ2 等に変換されて安定化しているので、トラップ機構１３２の開放時に、人体に対して好ましからざる影響を与える不純物ガスがほとんど発生することはない。
【００４４】
このように、本発明ではトラップ機構１３２を排気通路１３０から取り外す前に、トラップ機構１３２内へ酸化性ガスを供給して捕獲されている反応副生成物を酸化させて安定化しまうので、トラップ機構１３２を取り外してからこの内部を安全に洗浄することが可能となる。
また、酸化性ガスが逆流して処理容器１０６内に入ると、この壁面等に付着していたプリコート膜に悪影響を与えるので好ましくないが、本実施例では酸化性ガス供給中は、排気バイパス通路１５２を介して逆拡散係数が大きい状態で処理容器１０６内を真空引きしているので、酸化性ガスが処理容器１０６内へ逆流することを防止でき、従って、載置台１１０を加熱状態でトラップ機構１３２の取り外し洗浄を行うことができることから、スループットも向上させることができる。
【００４５】
ここで上記排気バイパス通路１５２の逆拡散係数について説明する。
上記した処理中において排気バイパス通路１５２におけるペクレ数Ｐｅが１０以上であれば、一応、酸化性ガスが逆拡散して処理容器１０６内へ逆流することは略生じないものと経験的に略実証されている。ここで、ペクレ数Ｐｅとは無次元数で逆拡散係数と呼ばれるものであり、次の式で表される。
Ｐｅ＝Ｖｓ・Ｌｓ／Ｄ
ここで、Ｖｓは排気バイパス通路１５２内のガスの流速、Ｌｓは排気バイパス通路１５２の長さ、Ｄはガスの拡散定数（相互拡散）である。本実施例において、排気バイパス通路１５２の長さを２．５ｍ程度、内径を２０ｍｍ程度に設定するとＰｅ≒１７０程度となり、このペクレ数は”１０”よりも十分に大きいことから、酸化性ガスの処理容器１０６内への逆流は略確実に阻止することができる。
【００４６】
また、ここでは例えば６６５Ｐａの圧力で所定の時間、例えば数時間だけＯ2 ガスを流すことにより反応副生成物の安定化処理を行ったが、これに限定されず、図８に示すように酸化性ガスを加圧状態でトラップ機構内に一時的に閉じ込めるステップとこれを排気するステップとを繰り返し行うようにしてもよい。この図８に示すフローは、図７に示すフロー中のＡ１〜Ａ２のステップを入れ替えたフローとなる。
すなわち、図７中のＳ４に示す工程が終了したら、すなわち第１排気用開閉弁１４０を閉にし、且つバイパス用開閉弁１５４を開にしたならば、図８中のＳ２１に示すように、第２排気用開閉弁１５０を閉にし、且つ酸化性ガス開閉弁１６８を開にしてＯ2 ガスをトラップ機構１３２内へ流し込んでこれを貯留する。
尚、第２排気用開閉弁１５０に代えて、下流側の密閉用開閉弁１４４を閉にしてもよい。
【００４７】
このＯ２ ガスの貯留はトラップ機構１３２内が所定の圧力、例えば大気圧になるまで行う（Ｓ２２）。そして、トラップ機構１３２内が大気圧になったならば、上記酸化性ガス開閉弁１６８を閉にしてＯ２ ガスの供給を停止すると共に、トラップ機構１３２を孤立化させる（Ｓ２３）。尚、この酸化性ガス開閉弁１６８に代えて上流側の密閉用開閉弁１４２を閉にしてもよい。
このようにして、Ｏ２ ガスを真空引き時よりも高い圧力、すなわち大気圧下で所定の時間だけ閉じ込めておくことにより、トラップ機構１３２内の反応副生成物の酸化安定化反応は、単にＯ２ ガスを流していた場合と比較して促進されることになる。
このように所定の時間、例えば２０〜４０分程度の閉じ込めが終了したならば（Ｓ２４のＹＥＳ）、第２排気用開閉弁１５０を開にして、トラップ機構１３２内で発生した不純物ガス成分を真空引きする（Ｓ２５）。この時、酸化性ガス開閉弁１６８を開にしてＯ２ ガスも流して不純物ガスの排出を促進させるようにしてもよい。このようにフロー中のＡ１から今までの一連の工程を所定の回数を行うまで（Ｓ２６のＮＯ）、上記Ｓ２１〜Ｓ２５の各ステップを繰り返し行う。そして、これらの一連のステップを所定の回数繰り返し行ったならば、図７に示すステップＳ８へ移行する。
【００４８】
このように、トラップ機構１３２内に真空引きよりも高い圧力で酸化性ガスを閉じ込めたり、これを排気する操作を複数回行うことにより、反応副生成物の安定化をより迅速に行うことが可能となる。尚、図８に示すフローにおいては、Ｏ2 ガスをトラップ機構１３２内へ閉じ込めた状態で所定の時間放置するようにしたが、これに限定されず、所定の時間経過することなく直ちに排気するようにしてもよい。
また、本実施例ではスループット向上の見地より、載置台１１０を加熱した状態で反応副生成物の安定化及びトラップ機構の洗浄を行ったが、これに限定されず、載置台１１０を室温まで完全に冷却してから、上記したような一連の操作を行ってもよい。
【００４９】
また、ここでは反応副生成物を安定化後、トラップ機構１３２を排気系より取り外して洗浄することにしたが、これに限定されず、Ｏ2 ガス導入による反応副生成物の安定化処理を行ったならば、トラップ機構１３２の取り外し洗浄を行うことなく、直ちに通常の成膜処理を行うようにしてもよい。これによれば、Ｏ2 ガス導入による反応副生成物の安定化処理により、トラップ機構１３２内の内容物の体積を低減でき、その分、トラップ機構１３２の取り外し洗浄サイクルを長くでき、このトラップ機構１３２の長寿命も図ることが可能となる。
また、ここではＴｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、例えばＴｉＣｌ4 ガスとＨ2 ガスとを用いてＴｉ膜を成膜する場合にも適用することができる。この場合には、特に、Ｔｉ膜成膜後にＮＨ3 ガスを流して表面窒化処理を行うので、上述したと全く同様な化学反応を生ずることになる。
【００５０】
更には、ここでは高融点金属ハロゲン化合物ガスとしてＴｉＣｌ4 ガスを用いた場合を例にとって説明したが、他の化合物、例えばＷＦ6 を用いた場合にも適用することができる。例えばＷＦ6 ガスとＮＨ3 ガスを用いてＷＮ膜を形成する場合、ＷＦ6 ガスとＳｉＨ4 ガスを用いてタングステン膜を形成する場合、ＷＦ6 ガスとＳｉＨ2 Ｃｌ2 ガスを用いてＷＳｉ膜を形成する場合等にも、本発明を適用することができる。
また、高融点金属化合物ガスとして高融点金属有機化合物ガスの（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 （ペントエトキシタンタル）ガスを用いた場合は、（Ｔａ（ＯＥ）5 ）2 とＯ2 により、Ｔａ2 Ｏ5 膜を形成する場合にも、本発明は適用可能である。
【００５１】
また、図９に示すように、上記酸化性ガス源１６６や酸化性ガス通路１６４やガスノズル１６２等よりなる酸化性ガス導入手段１６０を、図１に示した排気系構造４の排気通路３０、或いはトラップ機構３２に接続するようにしてもよい（図示例では排気通路３０に接続している）。この場合にも、バイパス開閉弁１５４を途中に介設した排気バイパス通路１５２を、処理容器６に形成したバイパス用排気口１２４と真空ポンプの直ぐ上流側とを接続して形成するのがよい。尚、他の開閉弁等の記載は省略している。これによれば、反応ガス導入手段４４から供給したＮＨ3 ガスと反応して生成されたトラップ機構３２内の反応副生成物を、前述したように酸化させて、これを安定化させることができる。
尚、上記各実施例では、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板等にも適用できるのは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の成膜装置の排気系構造及び不純物ガスの除去方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、８及びこれらを引用する請求項の発明によれば、反応ガス導入手段から反応ガスをトラップ機構、或いはその上流側の排気通路内へ導入するようにしたので、この反応ガスは排気ガス中の原料ガスの未反応ガスと反応して、これよりも蒸気圧が小さな化合物となり、この化合物は、元の不純物ガスよりも蒸気圧が小さいので、トラップ機構により容易に凝縮させて液化し、捕獲することができる。
特に請求項２の発明によれば、排気ガスがトラップ機構に到達するまでの間に、反応ガスと排気ガスとの混合拡散が促進されるので、その分、反応が促進し、高融点金属化合物ガス等の不純物ガスをより確実に捕獲して除去することができる。
本発明の関連技術によれば、トラップ機構を排気系から外す前に、この排気系に酸化性ガスを流すことにより不安定な反応副生成物を酸化してこれを安定化させることができる。これにより、トラップ機構を排気系より取り外して、これを安全に開放して内部を洗浄等することができる。
また、成膜装置側へ酸化性ガスが逆拡散して流入することを防止することができるので、例えば成膜装置の処理容器内壁等に形成してあるプリコート膜等が酸化性ガスにより変質されることを防止することができる。
また、真空引き時よりも高い圧力で酸化性ガスをトラップ機構内に閉じ込めるようにしているので、反応副生成物と酸化性ガスとの反応が促進されることになり、反応副生成物の安定化操作を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置の排気系構造を示す構成図である。
【図２】反応ガスノズルの取り付け状態を示す断面図である。
【図３】ＴｉＣｌ4 、ＴｉＣｌ3 、ＮＨ4 Ｃｌの蒸気圧曲線を示す図である。
【図４】反応ガスノズルの変形例を示す図である。
【図５】反応ガスノズルをトラップ機構に設けたときの状態を示す図である。
【図６】本発明に係る成膜装置の排気系構造の他の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明の不純物ガスの除去方法の一例を示すフローである。
【図８】本発明の不純物ガスの除去方法の他の一例を示すフローである。
【図９】本発明に係る成膜装置の排気系構造の更に他の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
２ 成膜装置
４ 排気系構造
６ 処理容器
１０ 載置台
１４ シャワーヘッド
２０ ガス供給通路
３０ 排気通路
３２ トラップ機構
３３ 真空ポンプ
３４ 除害装置
４０ バイパス通路
４４ 反応ガス導入手段
４６ 反応ガスノズル
４８ 反応ガス通路
５０ 反応ガス源
５２ 反応ガス開閉弁
５４ 流量制御弁
１０２ 成膜装置
１０４ 排気系構造
１０６ 処理容器
１１０ 載置台
１１４ シャワーヘッド
１３０ 排気通路
１３２ トラップ機構
１３４ 真空ポンプ
１３６ 除害装置
１５２ バイパス通路
１６０ 酸化性ガス導入手段
１６２ ガスノズル
１６４ 酸化性ガス通路
１６６ 酸化性ガス源
１６８ 酸化性ガス開閉弁
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
Claims (8)
- 高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置の排気系構造において、前記成膜装置に接続されて未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスを排気する排気通路と、この排気通路に介設されて排気ガス中に含まれる前記反応副生成物を除去するためのトラップ機構と、このトラップ機構、或いはこのトラップ機構よりも上流側の前記排気通路に設けられて前記成膜処理時に、前記トラップ機構内、或いは前記排気通路内に前記不純物ガス中の前記未反応ガスと反応して前記トラップ機構で捕獲されるべき化合物を形成する反応ガスを導入する反応ガス導入手段とを備えたことを特徴とする成膜装置の排気系構造。
- 前記反応ガス導入手段は、前記成膜装置の排気口の近傍に位置させて設けられることを特徴とする請求項１記載の成膜装置の排気系構造。
- 前記高融点金属化合物は、チタン含有ガスとタングステン含有ガスとタンタル含有ガスの内のいずれか１つであることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置の排気系構造。
- 前記反応ガスは、アンモニアガスと酸素含有ガスと水蒸気の内の少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置の排気系構造。
- 前記トラップ機構或いは前記トラップ機構よりも上流側であって前記反応ガス導入手段よりも下流側の前記排気通路には、前記トラップ機構内に捕獲された捕獲物と反応して酸化させる酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入手段が設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置の排気系構造。
- 前記トラップ機構を迂回するように前記成膜装置側へ接続されたバイパス通路を有することを特徴とする請求項５記載の成膜装置の排気系構造。
- 前記酸化性ガスは、酸素含有ガスと水蒸気の内の少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項５又は６記載の成膜装置の排気系構造。
- 高融点金属化合物ガスを用いて被処理体に成膜処理を施す成膜装置から排出される排気ガス中の未反応ガスと反応副生成物とを含む不純物ガスを除去する不純物ガスの除去方法において、前記成膜処理を施すときに前記排気ガス中に前記不純物ガス中の前記未反応ガスと反応を起こし易い反応ガスを混入させて化合物を形成し、この化合物と前記反応副生成物をトラップ機構によって捕獲するようにしたことを特徴とする不純物ガスの除去方法。
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