JP5654613B2 - 成膜装置及び成膜装置のクリーニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、成膜装置及び成膜装置のクリーニング方法に関する。

化学反応を利用して基板に薄膜を形成する化学的気相成長法（ＣＶＤ:Chemical Vapor Deposition）としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ホットワイヤＣＶＤ法及び触媒ＣＶＤ法が知られている。ホットワイヤＣＶＤ法及び触媒ＣＶＤ法は、加熱したタングステン等の金属ワイヤに原料ガスを接触させて成膜種に分解する方法であって、基板や下地膜への電気的損傷及び熱的損傷を大幅に抑制できるといった利点を有する。

ところで、ＣＶＤ法を用いて連続的に成膜処理を実行する場合、成膜に関わる化学反応が成膜室内で繰り返されるため、成膜種の一部がチャンバ内部に残渣として堆積し続けてしまう。成膜室内に堆積する成膜残渣は、壁面から剥離して、パーティクルの要因となったり、薄膜中に混入して歩留まりを低下させたり、成膜プロセスの変動を招いたりする虞がある。そのため、ＣＶＤ装置では、成膜室にハロゲン等の活性種を含むクリーニングガスを供給して成膜残渣を化学的に除去するクリーニングが定期的に行われている。このクリーニング法では、クリーニング後、成膜室内を大気に曝すことなく成膜処理を続けて実行できる利点を有する。

しかし、このクリーニング方法をホットワイヤＣＶＤ装置又は触媒ＣＶＤ装置に採用した場合、触媒線としてのワイヤがクリーニングガスによって浸食され、徐々に線径が小さくなる。浸食された触媒線を交換する際には、成膜室を大気に曝さなくてはならないが、触媒線の交換の度に成膜室を大気に曝すと、成膜室の真空度や温度等が大きく変動し、メンテナンス時間に多大な時間が費やされる。

これに対し、特許文献１では、触媒線である発熱体を２０００℃以上に加熱保持することにより、クリーニングガスと触媒線との反応性を低下させる方法が記載されている。

また、特許文献２では、触媒線を成膜室から退避させている。

特許４４５９３２９号公報 特開２００９−１０８３９０号公報

しかし、特許文献１に記載された方法では、２０００℃以上といった高温で触媒線発熱体を加熱するため、触媒線中の金属原子や不純物が飛散し、成膜工程の際に薄膜中に混入する虞がある。

特許文献２の方法では、装置が複雑化する問題がある。さらに、基板上方に触媒を退避させる稼動部があると、パーティクルが発生したり、成膜プロセスの変動が生じることがあり好ましくない。

本発明は、上記した従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、歩留りを低下させることなく発熱体の浸食を抑制することができる成膜装置及び成膜装置のクリーニング方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、装置を複雑化させることなく発熱体の浸食を抑制することができる成膜装置及び成膜装置のクリーニング方法を提供することにある。

本発明の第一の態様は、成膜装置である。成膜装置は、チャンバ内に導入された成膜ガスと接触して成膜種を生成する発熱体と、前記成膜ガスを前記チャンバ内に供給する成膜ガス供給系と、前記チャンバ内に付着した成膜残渣を排出するクリーニングの際にタングステンの発熱体を非加熱状態にする制御部と、ＣｌＦ_３を含むクリーニングガスを前記チャンバ内に供給するクリーニングガス供給系と、前記クリーニングの際に前記チャンバ内を１００℃以上２００℃以下の目標温度に調整する温度調整部と、前記成膜残渣と前記クリーニングガスとが反応して生成された反応生成物を前記チャンバから排出する排出系と、を備え、前記温度調整部は、前記目標温度以上の沸点を有する熱媒を用いて該熱媒と前記チャンバとの間で熱交換を行う温度調整機構を含み、前記温度調整機構は、前記熱媒を冷却する冷却部と、前記熱媒が前記目標温度未満である場合に前記熱媒を加熱する加熱部とを備える。

この構成によれば、クリーニングの際に発熱体が非加熱状態に制御されるため、クリーニングガスによる発熱体の浸食を抑制することができる。つまり、本構成では、チャンバ内を上記温度範囲にすることにより、クリーニングガスが、発熱体から熱を吸収しなくても自発的に熱分解するので、発熱体を、構成原子が飛散するような高温に加熱する必要がない。このため、発熱体から飛散した構成原子が不純物として薄膜内に混入することを防止することができる。従って、クリーニングの際に発熱体の浸食を抑制しつつ、歩留まりの低下を抑制することができる。また、発熱体を非加熱状態としてもチャンバの温度調整を行うことで発熱体の浸食を抑制しながらクリーニングを行うことができるため、発熱体を退避させる機構のような装置が不要となり、装置の複雑化を抑制できる。
また、この構成によれば、チャンバを冷却する冷却機構と、チャンバを加熱する加熱機構とを一体化することができるため、装置の大型化を抑制することができる。

好ましくは、前記成膜ガス供給系は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＦ_６、ＨｆＣｌ_４、Ｔｉ、Ｔａ、Ｔｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＳｉＣ及びＧｅのうち、少なくともいずれか一つを含む薄膜、又は有機系薄膜を形成するための前記成膜ガスを供給する。

この構成によれば、成膜装置によって形成される薄膜残渣を、ＣｌＦ_３を含むクリーニングガスを用い且つチャンバ内を上記目標温度にすることによって効率的に除去することができる。

好ましくは、前記成膜装置は前記チャンバ内を密封状態に封止するシール部材をさらに備え、前記シール部材は、パーフロロゴム系、又はパーフロロエラストマー系からなる。

この構成によれば、チャンバを封止するシール部材は、クリーニングガスに含まれるＣｌＦ_３に対して耐食性を有し、かつ１００℃以上２００℃以下に調整されるチャンバ内の温度に対して耐熱性を有するものとなる。これにより、クリーニングの実施によるシール部材の浸食を抑制して好適なシール性を提供することができる。

本発明の第二の態様は、成膜工程とクリーニング工程とを実施する成膜装置のクリーニング方法である。成膜工程では、成膜装置は、チャンバ内に設けられた発熱体に成膜ガスを接触させて成膜種を生成することにより基板に薄膜を形成する。クリーニング工程は、前記チャンバ内に付着した成膜残渣を除去するために成膜工程の後に実施される。本発明の第二の態様によるクリーニング方法は、タングステンの発熱体を非加熱状態にする工程と、前記チャンバ内を１００℃以上２００℃以下の目標温度に調整する温度調整工程と、ＣｌＦ_３を含むクリーニングガスを前記チャンバ内に導入し、前記クリーニングガスと前記チャンバ内に付着した成膜残渣とを反応させて、生成された反応性生物を排出する工程とを備える。前記温度調整工程は、前記目標温度以上の沸点を有する熱媒と前記チャンバとの間で熱交換を行う温度調整部を用いて、クリーニングの際に前記チャンバ内の温度を前記目標温度に調整する。

この方法によれば、クリーニングの際に発熱体が非加熱状態に制御されるため、クリーニングガスによる発熱体の浸食を抑制することができる。つまり、本方法では、チャンバ内を上記温度範囲にすることにより、クリーニングガスが、発熱体から熱を吸収しなくても自発的に熱分解するので、発熱体を、構成原子が飛散するような高温に加熱する必要がない。このため、発熱体から飛散した構成原子が不純物として薄膜内に混入することを防止することができる。従って、クリーニングの際に発熱体の浸食を抑制しつつ、歩留まりの低下を抑制することができる。また、発熱体を非加熱状態としてもチャンバの温度調整を行うことで発熱体の浸食を抑制しながらクリーニングを行うことができるため、発熱体を退避させる機構のような装置が不要となり、装置の複雑化を抑制できる。

触媒ＣＶＤ装置の模式図。 触媒ＣＶＤ装置の温調機構を示す模式図。 各種ゴムをＣｌＦ_３ガスに曝した際の重量変化を示すグラフ。 ＣｌＦ_３ガスによるエッチングレートの温度依存性を示すグラフ。 クリーニング前後の触媒線の電圧変化を示すグラフ。 ＣｌＦ_３ガスによるエッチングレートの温度依存性を示す表。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。

図１に示すように、成膜装置１は、触媒ＣＶＤ装置であって、内側に成膜室１１を有するチャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、筒状のチャンバ本体１０ａと、チャンバ本体１０ａの上部開口を覆う蓋部１０ｂとを備えている。蓋部１０ｂとチャンバ本体１０ａとの間には、成膜室１１を密閉状態に封止するシール部材１０ｆが介装されている。

また、チャンバ本体１０ａには、成膜室１１に各種ガスを導入するためのガス導入部１０ｄが設けられている。ガス導入部１０ｄには、ガス供給路１０ｅが貫通形成されている。チャンバ本体１０ａの側壁には、チャンバ本体１０ａを介して成膜室１１の温度を上昇させるヒータ１０ｈが設けられている。ヒータ１０ｈは図示しない電源に接続され、電流を供給されることでチャンバ本体１０ａを介して成膜室１１内を加熱する。

またチャンバ１０内には、ヒータ１０ｈによる熱が直接伝達されないような位置に、温度センサＳ１が設けられている（図２参照）。温度センサＳ１は、成膜室１１内の温度を検出する。

このチャンバ１０は、支持体１２に固定されている。チャンバ１０と支持体１２との間には、環状のシール部材１０ｃが介装されている。このシール部材１０ｃは、成膜室１１内を密閉状態に封止する。

この支持体１２には、ガス供給路１２ａが形成されている。このガス供給路１２ａは、支持体１２にチャンバ１０を固定した際に、チャンバ１０のガス供給路１０ｅと連結される。

支持体１２のガス供給路１２ａには、成膜ガス供給系１３が接続されている。成膜ガス供給系１３は、四塩化チタン（ＴｉＣl_４）ガス、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、窒素（Ｎ_２）ガス等の成膜ガスをそれぞれ充填した各種ガス供給源１４ａ〜１４ｃと、マスフローコントローラ１５と、供給バルブ１６とを含む。

また支持体１２には、成膜室１１内の気体を排気する排出路１２ｂが設けられている。排出路１２ｂには図示しないターボ分子ポンプ等のポンプが接続され、ポンプが駆動することにより成膜室１１内の流体が吸引排気される。排出路１２ｂは排出系の一例である。

また、成膜室１１内には、クリーニングガスを成膜室１１内に噴射するシャワープレート２０が設けられている。シャワープレート２０は、略円盤状に形成されており、底壁部２０ａと、該底壁部２０ａを囲むように設けられた側壁部２０ｂとから構成されている。底壁部２０ａ及び側壁部２０ｂによって囲まれる内側の空間は、クリーニングガスを一時貯留するバッファ２０ｃとして機能する。また底壁部２０ａには、複数のノズル２０ｎが貫通形成されている。

このシャワープレート２０は、チャンバ１０の外側に設けられたクリーニングガス供給系２１に接続されている。クリーニングガス供給系２１は、三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）ガス、及びアルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ_２）ガス等の不活性ガスをそれぞれ充填したクリーニングガス供給源２２ａ〜２２ｂと、マスフローコントローラ２３と、供給バルブ２４とを含む。尚、不活性ガスの種類は特に限定されない。

ＣｌＦ_３ガスは高い腐食性を有する。また、本実施形態では、クリーニング工程や成膜工程の際には成膜室１１内が１００℃〜２００℃程度に加熱される。このため、クリーニングガスとしてＣｌＦ_３ガスが用いられる場合、成膜室１１を封止する上記シール部材１０ｃには、耐食性及び耐熱性が要求される。シール部材の材料について検討した結果を図３に示す。図３は、従来使用されていたフッ素ゴムと、一般的に耐食性を有するとされているパーフロロエラストマ及びパーフロロゴムとを比較したものであり、各種ゴムを同じ形状及び大きさにした試料をＣｌＦ_３ガスに１２０℃程度の温度下で２時間曝して、各資料の重量変化を測定したものである。尚、パーフロロゴムの測定にはそれぞれ組成が異なる２つのものを用いた。パーフロロエラストマー、パーフロロゴムＡ，Ｂは、フッ素ゴムよりも重量変化率が低かった。パーフロロエラストマーはパーフロロゴムＡ，Ｂよりも重量変化率が大きいが、その差はわずかであるため、パーフロロエラストマー、パーフロロゴムＡ，Ｂのいずれも使用可能であることがわかった。

このシャワープレート２０の下方には、図１に示すように、触媒線３０が設けられている。触媒線３０は、発熱体の一例である。触媒線３０の材料と形状は特に限定されないが、本実施形態では触媒線３０はタングステンから形成され、２つの屈曲部を有するように折り曲げられている。触媒線３０の両端はチャンバ１０の蓋部１０ｂに固定されている。触媒線３０は２つの屈曲部の間に位置する直線部を含み、この直線部は成膜室１１の上方を水平方向に横切るように配置されている。この触媒線３０の直線部は、シャワープレート２０の下面に近接している。触媒線３０は、定電流電源３１に接続され、定電流電源３１は制御部１Ｃによってオン及びオフされる。触媒線３０は、定電流電源３１から電流を供給されることで発熱し、成膜時には１７００℃〜２０００℃に到達する。高温加熱された触媒線３０にアンモニアガスを接触させてアンモニアガスを加熱分解し、ラジカル種を生成する。そして、このラジカル種とＴｉＣｌ_４とを反応させることにより成膜種を生成する。

また、成膜室１１の底部には基板ステージ３５が設けられている。基板ステージ３５は、基板Ｓを静電気力で吸着する静電チャック（図示略）を備えるとともに、基板ステージ３５を所定温度に加熱するヒータ３６を内蔵している。このヒータ３６及びチャンバ１０のヒータ１０ｈは、制御部１Ｃによって通電及び非通電を制御される。

さらにシャワープレート２０とチャンバ１０の蓋部１０ｂとの間には、チャンバ１０等を冷却、加熱するための温度調整プレート２５が設けられている。シャワープレート２０の上面は、温度調整プレート２５に密着し、温度調整プレート２５はチャンバ１０の蓋部１０ｂに固定されている。このため、温度調整プレート２５とチャンバ１０との間、温度調整プレート２５とシャワープレート２０との間で効率よく熱交換を行うことができる。

図２は温度調整プレート２５を含む温度調整機構２６の模式図である。温度調整機構２６は、略円盤状の温度調整プレート２５の他に、熱媒を貯留する熱媒貯留部２７と、熱媒を圧送するポンプ２８と、熱媒を冷却する第１熱交換器２９Ａと、熱媒を加熱する第２熱交換器２９Ｂと、熱媒貯留部２７、温度調整プレート２５等を連結し、熱媒を循環させる熱媒管２６ａとを含む。第１熱交換器２９Ａは冷却部の一例であり、第２熱交換器２９は加熱部の一例である。

熱媒貯留部２７は、熱媒を流入する入口と熱媒を流出する出口とを備える液槽である。熱媒管２６ａの途中に設けられたポンプ２８は、熱媒貯留部２７に貯留された熱媒を温度調整プレート２５に圧送する。また、熱媒管２６ａの管路内であって熱媒貯留部２７と温度調整プレート２５との間には、温度センサＳ２が設けられている。温度センサＳ２は、温度調整プレート２５へと送出される熱媒の温度を検出し、温度検出信号を温度コントローラ２６ｃに出力する。

温度調整プレート２５は、シャワープレート２０の形状に合わせて略円盤状に形成されている。また、温度調整プレート２５は、熱媒導入口２５ａと熱媒導出口２５ｂとを備え、その内側には熱媒を流す流路を備えている。この流路の形状は特に限定されないが、例えば、熱媒を貯留する空間のみから構成してもよいし、温度調整プレート２５内を複数回折れ曲がる屈曲形状（又はつづら折形状）でもよい。

また、温度調整プレート２５と熱媒貯留部２７との間には、熱媒との間で熱交換を行う第１熱交換器２９Ａ及び第２熱交換器２９Ｂが設けられている。第１熱交換器２９Ａの構成は特に限定されないが、例えば冷媒が循環する管路と、気体状の冷媒を圧縮して液状にするコンプレッサ、高圧の冷媒の圧力を開放する減圧バルブ、液状の冷媒を気化させて冷却する蒸発器等を備え、冷媒と熱媒との間で熱交換するように構成してもよい。

第１熱交換器２９Ａは、温度センサＳ２から温度検出信号を入力した温度コントローラ２６ｃから、温度検出信号に応じて生成されたフィードバック信号を入力する。そして、このフィードバック信号に基づいて、熱媒を目標温度に調整する。例えば、成膜工程の際には、熱媒を成膜用温度Ｔ１（１２０℃程度）に調整する必要があるが、管路内の熱媒が成膜用温度Ｔ１よりも高い場合には、第１熱交換器２９Ａには熱媒の温度を降下させるようにフィードバック信号が出力される。成膜用温度Ｔ１付近に温度を保持された熱媒は、成膜時に１７００℃〜２０００℃に昇温された触媒線３０によって高温となった蓋部１０ｂやシャワープレート２０を冷却して成膜室１１の温度をほぼ一定に保ち、成膜プロセス変動を抑制する。尚、熱媒を冷却する第１熱交換器２９Ａが駆動されている際には、第２熱交換器２９Ｂは駆動されず熱媒を通過させるのみである。

一方、第２熱交換器２９Ｂは、第１熱交換器２９Ａが熱媒を冷却するのに対し、熱媒を加熱する。第２熱交換器２９Ｂの構成は特に限定されないが、例えば熱媒が流れる管路に対し伝熱板を接触させて、伝熱板から発せられる熱を管路を介して熱媒に供給する構成でもよい。この第２熱交換器２９Ｂもまた、温度コントローラ２６ｃからフィードバック信号を入力し、該フィードバック信号に基づいて熱媒の温度を調整する。例えば、クリーニング工程の際には、熱媒をクリーニング用温度Ｔ２にするため、管路内の熱媒がクリーニング用温度Ｔ２よりも低い場合には、第２熱交換器２９Ｂに対して熱媒の温度を上昇させるようにフィードバック信号が出力される。クリーニング用温度Ｔ２付近に温度調整された熱媒は、成膜室１１内の温度を上昇させてクリーニングに適した温度に調整する。尚、熱媒を加熱する第２熱交換器２９Ｂが駆動されている際には、第１熱交換器２９Ａは駆動されない。

また、温度コントローラ２６ｃは、チャンバ１０に設けられた温度センサＳ１から温度検出信号を入力して、成膜室１１が各工程に対して設定された目標温度に保持されているか否かを判断する。温度センサＳ１の検出温度が目標温度に対して所定温度以上離れている場合には、各熱交換器２９Ａ，２９Ｂや、各ヒータ１０ｈ，３６を制御することにより、成膜室１１の温度を調整する。本実施形態では、温度調整機構２６及びヒータ１０ｈ，３６はそれぞれ、温度調整部の一例である。

クリーニング工程の際に、ＴｉＮからなる成膜残渣を除去するには、成膜室１１の温度を、クリーニングガスが熱分解し、且つ少なくとも分解したガスと触媒線３０との反応速度が小さく、複数回クリーニングを繰り返しても触媒線３０が劣化しない温度に調整することが好ましい。図４は、ＴｉＮ膜をＣｌＦ_３でエッチングした際のエッチング速度と成膜室１１の温度との相関関係を示している。ここでの例では、ＣｌＦ_３を２００ｓｃｃｍで供給するとともに、Ａｒガスを２００ｓｃｃｍで成膜室１１内に供給した。また、圧力を６６７Ｐａとした。

熱媒の温度を上昇させると、成膜室１１の温度が上昇する。成膜室１１の温度が１００℃以上で、ＣｌＦ_３ガスによりＴｉＮがエッチングされる。１００℃〜１６０℃付近までは成膜室１１の温度が上昇するに従いエッチング速度は大きくなり、１６０℃を超えると１０００ｎｍ／ｍｉｎ付近に収束する。このため、チャンバ１０内、即ち成膜室１１の温度は１００℃以上が好ましい。しかしながら、２００℃を超えると、シール部材１０ｃが劣化する速度が大きくなる。また、２００℃を越える温度域では、液状を維持して温度調整機構２６に安定供給できる熱媒が少ない。よって熱媒のクリーニング用温度Ｔ２としては、１００℃以上２００℃以下が好ましい。また、プロセス上、効率的なエッチング速度は、１００ｎｍ／ｍｉｎ以上であり、このエッチング速度に到達する際の熱媒温度は１２０℃程度である。このため、クリーニング工程の際の目標温度は１２０℃以上１６０℃以下がより好ましい。

また、図６に、１００ｎｍの厚さに形成したＴａＮ薄膜をＣｌＦ_３でエッチングした際のエッチング速度と成膜室１１の温度との相関関係を示した。エッチング条件はＴｉＮ膜の場合と同じである。成膜室１１の温度が４０℃では、ＴａＮ薄膜は殆どエッチングされないが、１００℃以上において、下地であるＳｉ層が露出された。このため、ＴａＮ薄膜においても１００℃以上２００℃以下の温度が好ましい。

また熱媒は、温度調整機構２６内を安定して循環するために、クリーニング用温度Ｔ２でも、液状であることが好ましい。従って、熱媒が水である場合、循環させる際の安定性を確保できない。このため、例えばガルデンＨＴ（登録商標）といった、沸点ｂｐが１５０℃以上のパーフルオロポリエーテル系のフッ素系熱媒を好適に用いることができる。また、アルキルジフェニール系熱媒、シリコーンオイル系熱媒も好適に用いることができる。尚、沸点ｂｐは、成膜室１１の目標温度よりも高いものとする。

＜成膜工程＞
次に、成膜工程の一例として、ＴｉＮ薄膜を形成する工程について説明する。まず、排出路１２ｂに接続されたポンプ（図示略）を駆動して、成膜室１１内を所定の真空度に到達するまで真空排気する。そして、成膜装置１に連結されたゲートバルブ（図示略）を介して外部から基板Ｓを搬入し、基板ステージ３５上に載置する。そして静電チャック（図示略）を駆動して、基板Ｓを静電チャックに吸着させる。

さらにゲートバルブを閉状態とし、再び上記ポンプを駆動して成膜室１１内を真空排気する。そして、制御部１Ｃの制御により、定電流電源３１から触媒線３０に電流が供給される。この通電より触媒線３０は発熱し、その温度は１７００℃〜２０００℃に到達する。

また、チャンバ１０に設けられたヒータ１０ｈを通電することにより、ヒータ１０ｈを例えば１２０℃程度に加熱する。また、基板ステージ３５に設けられたヒータ３６にも通電してこのヒータ３６の温度を例えば１２０℃程度にする。

さらに、熱媒の温度を成膜用の成膜用温度Ｔ１に保持するために、温度コントローラ２６ｃにより、第１熱交換器２９Ａ又は第２熱交換器２９Ｂを駆動する。本実施形態では、成膜用温度Ｔ１は１２０℃に設定されている。例えば、熱媒の温度が成膜用温度Ｔ１よりも低い場合には、第２熱交換器２９Ｂを駆動して熱媒の温度を上昇させ、熱媒の温度が成膜用温度Ｔ１よりも高い場合には、第１熱交換器２９Ａを駆動して、熱媒の温度を降下させる。成膜用温度Ｔ１に到達した熱媒は、触媒線３０の発熱により熱せられたチャンバ１０の蓋部１０ｂ、シャワープレート２０等を冷却し、それらの部材を１２０℃付近に保持して温度平衡状態を保つ。

触媒線３０及びヒータ１０ｈ，３６が上記温度にそれぞれ到達すると、成膜ガス供給系１３が駆動されて、ＴｉＣｌ_４，ＮＨ_３といった成膜ガスが、ガス供給路１０ｅを介して成膜室１１内に供給される。成膜室１１内に供給された成膜ガスのうち、ＮＨ_３ガスは、高温に熱せられた触媒線３０に接触して分解されてラジカル種となる。このラジカル種は、ＴｉＣｌ_４とラジカル反応を連鎖的に進行させ、最終的に成膜種になる。そしてその成膜種は、成膜室１１を拡散しつつ、基板Ｓの表面に堆積してＴｉＮ薄膜を形成する。このとき、ラジカル反応における中間生成物や、成膜室１１を拡散した成膜種が、チャンバ１０の内壁等に付着してＴｉＮからなる成膜残渣を形成する。また、触媒線３０は１７００℃以上の高温になるため、成膜ガスは触媒線３０の表面に付着せず、接触してもすぐに分解されて成膜室１１内へ拡散する。

成膜が完了すると、成膜ガス供給系１３からの成膜ガス供給が停止されるとともに、静電チャックの駆動が解除され、基板Ｓがゲートバルブを介してチャンバ外へと搬送されて、１ロットの成膜工程が終了する。

＜クリーニング工程＞
この成膜工程を複数ロット繰り返し、ロット数が所定回数に到達すると、クリーニング工程が実行される。本実施形態では、クリーニングガスとして、ＣｌＦ_３ガス及びＡｒガスを用い、成膜室１１の目標温度を１３０℃にした場合について説明する。

まず、成膜工程の際に導入された成膜ガスを排出するために、上記ポンプを駆動して排気を行う。排気により成膜室１１内が所定の真空度に到達すると、制御部１Ｃにより触媒線３０への通電を停止して非通電状態とする。通電が停止されると、触媒線３０は成膜室１１の温度とほぼ同じ温度まで急速に冷却される。尚、排気段階と触媒線３０への通電の停止段階は、順番を逆にしてもよい。

さらに、チャンバ１０に設けられたヒータ１０ｈを通電して、ヒータ１０ｈを目標温度付近の温度（例えば１３０℃）とするとともに、基板ステージ３５のヒータ３６もヒータ１０ｈの温度付近に保持する。尚、ヒータ１０ｈ，３５の温度は、成膜室１１の目標温度に応じて設定されており、１００℃以上２００℃以下が好ましい。

さらに、温度コントローラ２６ｃの制御により、熱媒を、本実施形態のクリーニング用温度Ｔ２である例えば１３０℃に保持する。これにより成膜室１１内は１３０℃付近に保たれる。本実施形態では、成膜工程が終了した後では、熱媒は成膜用温度Ｔ１である１２０℃付近であり、クリーニング用温度Ｔ２に到達させるためには熱媒を加熱する必要がある。このため温度コントローラ２６ｃは、第２熱交換器２９Ｂを駆動して、熱媒を加熱する。

温度コントローラ２６ｃは、チャンバ内に設けられた温度センサＳ１により、成膜室１１内が目標温度付近に保持されているか否かを判断する。温度センサＳ１の検出温度が目標温度よりも所定温度以上高い場合、第１熱交換器２９Ａを制御して、熱媒の温度を下げるか、又はヒータ１０ｈ，３６の少なくとも一方をオフ状態にするための信号を制御部１Ｃに出力する。検出温度が目標温度よりも所定温度以上低い場合、第２熱交換器２９Ｂを制御して、熱媒の温度を上げる。このように温度コントローラ２６ｃがフィードバック制御することにより、成膜室１１は１３０℃付近に保持される。

成膜室１１が１３０℃付近に保持されると、制御部１Ｃにより、クリーニングガス供給系２１を駆動し、シャワープレート２０を介して、ＣｌＦ_３ガス及びＡｒガスを成膜室１１内に導入する。ＣｌＦ_３ガスの流量は１００ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下が好ましい。１００ｓｃｃｍ未満の場合、成膜残渣に対するＣｌＦ_３ガスのエッチング速度が遅くなり、５００ｓｃｃｍを超えるとエッチング速度は変わらない状態でガス消費量が多くなる。また、Ａｒガス等の不活性ガスは、調圧のために用いられるため、０ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下の流量が好ましい。また圧力は、６６５Ｐａ以上が好ましい。

このとき成膜室１１は、１３０℃付近に保持されているため、ＣｌＦ_３ガスは成膜室１１内の熱エネルギーを吸収するのみによって分解する。熱分解したガスは、チャンバ内壁等に付着した成膜残渣と反応して、ＴｉＦ、ＴｉＣｌ等といった反応生成物となる。この反応生成物は、成膜室１１内を拡散した後、上記ポンプの駆動により排出路１２ｂから成膜室１１外へと排出される。

このとき、触媒線３０とクリーニングガスとは殆ど反応しないため、数回のクリーニングでは触媒線３０は殆ど浸食されない。図５に、クリーニング工程の前後の触媒線３０の電圧変化について検証した結果を示す。ここでは触媒線３０には定電流（例えば１４．２Ａ）を供給しているため、触媒線３０が浸食された場合には、その抵抗が大きくなり、触媒線３０に印加される電圧が変化する。１ロット〜２５ロットの間は触媒線３０の電圧は変化が見られなかった。そして、２５ロットの後にクリーニング工程を行った後に電圧を測定したが、クリーニング工程前と変化がみられなかった。即ち、１２０℃以上の温度下でＣｌＦ_３ガスを導入すると、熱分解されたＣｌＦ_３ガスは主にＴｉＮとの間で反応が進み、タングステンからなる触媒線３０は殆ど浸食されない。これは、上記温度範囲では、熱分解されたＣｌＦ_３とＴｉＮとの反応が主であり、タングステンと熱分解されたＣｌＦ_３ガスの反応は進みにくいためであると想定される。このため、触媒線３０の構成分子を成膜室１１に飛散させたり、触媒線３０を浸食することなくクリーニング工程を行うことができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）上記実施形態では、成膜装置１は、ＴｉＮからなる薄膜を形成するための成膜ガスを供給する成膜ガス供給系１３と、ＣｌＦ_３を含むクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系２１と、チャンバ１０内に付着した成膜残渣を排出するクリーニングの際に、触媒線３０を非加熱状態にする制御部１Ｃとを備えた。また、チャンバ１０内を、目標温度（１００℃以上２００℃以下）に温度調整する温度調整機構２６と、成膜残渣とクリーニングガスとが反応して生成された反応生成物をチャンバから排出する排出路１２ｂとを備えた。即ち、チャンバ１０内を上記目標温度にすることにより、クリーニングガスによる触媒線３０の浸食を抑制することができる。また、チャンバ１０内を目標温度にすることにより、クリーニングガスが、触媒線３０から熱を吸収しなくても自発的に熱分解するので、触媒線３０を金属原子が飛散するような高温に加熱する必要がない。このため、触媒線３０から飛散した構成原子が不純物として薄膜内に混入することを防止することができる。従って、クリーニングの際に触媒線３０の浸食を抑制しつつ、歩留まりの低下を抑制することができる。また、クリーニングの際には、触媒線３０を非加熱状態とし、チャンバ１０の温度調整を行うのみでよいため、触媒線３０を退避させる機構のような装置が不要となり、装置の複雑化を抑制できる。

（２）上記実施形態では、温度調整機構２６は、少なくとも目標以上の沸点を有する熱媒を備え、この熱媒とチャンバ１０との間で熱交換を行う。温度調整機構２６は、成膜工程の際に熱媒を冷却して、加熱されたチャンバ１０を冷却する第１熱交換器２９Ａと、クリーニングの際に熱媒を加熱してチャンバ１０を加熱する第２熱交換器２９Ｂとを備えた。このため、チャンバを冷却する冷却機構と、チャンバを加熱する加熱機構とを一体化することができるため、装置の大型化を抑制することができる。

（３）上記実施形態では、成膜室１１を密封状態に封止するシール部材１０ｃをパーフロロゴム系（又はパーフロロエラストマー系）から形成した。このため、クリーニングの際にＣｌＦ_３ガスを用いても、シール部材が浸食される速度を抑制することができる。

尚、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、温度調整機構２６により、チャンバ１０等の冷却及び加熱を行うようにしたが、冷却部及び加熱部はそれぞれ別に設けてもよい。例えば、シャワープレート２０上方の温度調整機構２６を冷却部のみとして機能させ、チャンバ１０内のヒータ１０ｈや或いはヒータ３６を加熱部として機能させてもよい。また、温度調整機構２６の熱媒は、安定性が確保できる場合には気体でもよい。

・上記実施形態では、成膜工程の際の熱媒の成膜用温度Ｔ１が、クリーニング工程の際のクリーニング用温度Ｔ２よりも低い場合について説明したが、成膜用温度Ｔ１がクリーニング用温度Ｔ２よりも高くてもよい。この場合、成膜工程において熱媒に蓄えられた熱エネルギーを利用して、成膜工程の後のクリーニング工程の際に熱媒に蓄えられた熱を放出させて、成膜室１１の温度をクリーニング用温度Ｔ２に保つようにしてもよい。

・上記実施形態では、温度調節機構２６の冷却部及び加熱部を、熱媒管２６ａの途中に設けたが、熱媒貯留部２７内に設けてもよい。また、温度センサＳ２は熱媒管２６ａの管路内に設けたが、熱媒貯留部２７内に設けてもよい。

・上記実施形態では、成膜装置１は、ＴｉＮを成膜する装置に具体化したが、ＴａＮ、ＷＦ_６、ＨｆＣｌ_４、Ｔｉ、Ｔａ、Ｔｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＳｉＣ及びＧｅのうち少なくともいずれか一つを含む薄膜、又は有機系薄膜を成膜する装置に具体化してもよい。この場合でも、ＣｌＦ_３を含むクリーニングガスを用いて、成膜残渣を除去することができる。

・上記実施形態では、本発明の成膜装置を触媒ＣＶＤ装置として具体化したが、触媒作用のない発熱線（ホットワイヤ）を備え、該発熱線により成膜ガスを分解するホットワイヤ装置に具体化してもよい。ホットワイヤ装置は、触媒ＣＶＤ装置と同様な構成である。

Claims (4)

1. チャンバ内に導入された成膜ガスと接触して成膜種を生成する発熱体を備えた成膜装置において、
   前記成膜ガスを前記チャンバ内に供給する成膜ガス供給系と、
   前記チャンバ内に付着した成膜残渣を排出するクリーニングの際にタングステンの発熱体を非加熱状態にする制御部と、
   ＣｌＦ_３を含むクリーニングガスを前記チャンバ内に供給するクリーニングガス供給系と、
   前記クリーニングの際に前記チャンバ内を１００℃以上２００℃以下の目標温度に調整する温度調整部と、
   前記成膜残渣と前記クリーニングガスとが反応して生成された反応生成物を前記チャンバから排出する排出系と、を備え、
   前記温度調整部は、前記目標温度以上の沸点を有する熱媒を用いて該熱媒と前記チャンバとの間で熱交換を行う温度調整機構を含み、
   前記温度調整機構は、前記熱媒を冷却する冷却部と、クリーニングの際に前記熱媒が前記目標温度未満である場合に前記熱媒を加熱する加熱部とを備えることを特徴とする成膜装置。
2. 前記成膜ガス供給系は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＦ_６、ＨｆＣｌ_４、Ｔｉ、Ｔａ、Ｔｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＳｉＣ及びＧｅのうち、少なくともいずれか一つを含む薄膜、又は有機系薄膜を形成するための前記成膜ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記チャンバ内を密封状態に封止するシール部材をさらに備え、
   前記シール部材は、パーフロロゴム系、又はパーフロロエラストマー系からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
4. チャンバ内に設けられた発熱体に成膜ガスを接触させて成膜種を生成することにより基板に薄膜を形成する成膜工程の後に、前記チャンバ内に付着した成膜残渣を除去するクリーニング工程を行う成膜装置のクリーニング方法において、
   タングステンの発熱体を非加熱状態にする工程と、
   前記チャンバ内を１００℃以上２００℃以下の目標温度に調整する温度調整工程と、
   ＣｌＦ_３を含むクリーニングガスを前記チャンバ内に導入し、前記クリーニングガスと前記チャンバ内に付着した成膜残渣とを反応させて、生成された反応性生物を排出する工程とを備え、
   前記温度調整工程は、前記目標温度以上の沸点を有する熱媒と前記チャンバとの間で熱交換を行う温度調整部を用いて、クリーニングの際に前記チャンバ内の温度を前記目標温度に調整することを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。

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