JP6763274B2 - 成膜装置、成膜装置のクリーニング方法及び記憶媒体 - Google Patents

成膜装置、成膜装置のクリーニング方法及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、基板に対して成膜処理を行う成膜装置の処理容器内をクリーニングする技術に関する。
半導体装置の製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に対してＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)などによる成膜処理が行われる。これらの成膜処理は、例えば処理容器内に設けられたガスシャワーヘッドからステージに載置されたウエハに処理ガスを供給し、電極板として構成された当該ガスシャワーヘッドと、電極板が設けられた当該ステージとの間に処理ガスの容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を形成する成膜装置を用いて行われる場合が有る。
上記の成膜処理を行うと、ウエハの他に処理ガスが供給される処理容器内の各部に対しても膜が形成されてしまう。この膜はパーティクルが発生する原因となるので、処理容器内にクリーニングガスを供給して当該膜を除去するクリーニングが行われる。このクリーニングは比較的低い温度で速やかに行うことが求められており、そのためにクリーニングガスはプラズマ化させることが検討されている。
ところで、例えば上記のＣＣＰを形成する成膜装置においては、成膜によりガスシャワーヘッドの孔径が縮小されることを防ぐため、当該孔内においてはプラズマの形成が抑制されるように装置が設計されるが、処理を続ければこのシャワーヘッドの孔内にも成膜がなされ、クリーニングを行う必要が生じる。つまり、処理容器内において、ＣＣＰが形成される領域と、成膜がなされてクリーニングを行う必要が有る領域とは一致していない。このように処理容器内の各部に形成された膜を比較的短い時間で、装置にダメージを与えることなくクリーニングすることができる技術が求められている。特許文献１では、このＣＣＰを形成する機構とは別個に、処理容器の外部でクリーニングガスをプラズマ化する機構を設け、プラズマ化したクリーニングガスが処理容器内の各部に行き渡るように供給される成膜装置が示されている。しかし、このようにクリーニング専用のリモートプラズマ形成機構を設けることは、装置の製造コストを増加させてしまう。
特開２００５−１０９１９４号公報
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、製造コストを抑えると共に、処理ガスによって処理容器内に形成された膜のクリーニングを確実に行うための技術を提供することである。
本発明の成膜装置は、プラズマ化した処理ガスを基板に供給することで成膜を行う成膜装置において、
真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられ、前記基板が載置される載置部と、
前記載置部に対向する対向面部と、当該対向面部に開口する複数のガス吐出口と、を備える処理ガス吐出部と、
前記処理容器内に形成された膜を除去するためのクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、
前記処理容器内に供給された処理ガス及び前記クリーニングガスの各々のプラズマ化に共用されるプラズマ化機構と、
前記プラズマ化機構により前記クリーニングガスのプラズマ化が行われる間に前記処理ガス吐出部に接続される排気路を排気する排気機構と、
前記排気路に設けられたタンクと、
前記排気路において前記タンクと前記処理ガス吐出部との間に設けられ、前記タンク内の圧力を低下させるために閉じられ、次いでプラズマ化した前記クリーニングガスを前記処理容器内から前記処理ガス吐出部を介して前記タンクに引き込むために開かれるバルブと、
を備えることを特徴とする。
本発明の成膜装置のクリーニング方法は、プラズマ化した処理ガスを基板に供給することで成膜を行う成膜装置のクリーニング方法において、
クリーニングガス供給部から処理容器内に形成された膜を除去するためのクリーニングガスを供給する工程と、
前記処理容器内に供給された処理ガス及びクリーニングガスに共用されるプラズマ化機構により、当該クリーニングガスをプラズマ化する工程と、
前記プラズマ化機構により前記クリーニングガスのプラズマ化が行われる間に排気機構により、前記処理容器内に前記処理ガスを吐出する処理ガス吐出部に接続されると共にタンクが設けられた排気路を排気する工程と、
前記排気路において前記タンクと前記処理ガス吐出部との間に設けられるバルブを、前記タンク内の圧力を低下させるために閉じる工程と、
次いでプラズマ化した前記クリーニングガスを前記処理容器内から前記処理ガス吐出部を介して前記タンクに引き込むために前記バルブを開く工程と、
を備えることを特徴とする。
本発明の記憶媒体は、基板に対して成膜処理を行う成膜装置に用いられるコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上記の成膜装置のクリーニング方法を実施することを特徴とする。
本発明によれば、処理容器内に供給されたクリーニングガス及び処理ガスのプラズマ化に共用されるプラズマ化機構と、処理ガス吐出部に接続される排気路を排気する排気機構と、排気路に設けられたタンクと、排気路においてタンクと処理ガス吐出部との間に設けられるバルブと、を備えている。このような構成により、バルブを閉じてタンク内を排気して比較的大きな負圧が形成した後、バルブを開いてプラズマ化したクリーニングガスを処理ガス吐出部に引き込むことができる。従って、確実に処理ガス吐出部をクリーニングすることができる。また、プラズマ化機構を複数設ける必要が無いので、成膜装置の製造コストの上昇を抑えることができる。
本発明に係る成膜装置の縦断側面図である。 前記成膜装置を構成する処理容器の天井部の斜視図である。 前記成膜装置におけるバルブの開閉状態を示す説明図である。 前記成膜装置におけるバルブの開閉状態を示す説明図である。 前記成膜装置におけるバルブの開閉状態を示す説明図である。 前記成膜装置における各ガスの供給状態、及び高周波電源のオンオフの状態を示すチャート図である。 前記成膜装置におけるバルブの開閉状態を示す説明図である。 前記成膜装置におけるバルブの開閉状態を示す説明図である。 前記成膜装置におけるバルブの開閉状態を示す説明図である。 前記成膜装置における各ガスの供給状態、及び高周波電源のオンオフの状態を示すチャート図である。 前記成膜装置を構成するシャワーヘッドの周囲のガスの活性種の流れを示す説明図である。 本発明の他の成膜装置の概略図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。
本発明の成膜装置の一実施形態である成膜装置１について、図１の縦断側面図を参照して説明する。この成膜装置１は、ウエハＷを格納して処理を行う真空容器である処理容器１１を備えており、Ｓｉ（シリコン）を含有するＳｉ原料ガスと、処理ガスであるＯ２（酸素）ガスとを交互に繰り返し複数回、処理容器１１内に供給して、ＡＬＤによりウエハＷにＳｉＯ２（酸化シリコン）膜を形成する。Ｓｉ原料ガスは、例えばＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）、ＨＣＤＳ（ヘキサクロロジシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）である。Ｓｉ原料ガスと反応する反応ガスであるＯ２ガスは、プラズマ化されてウエハＷに供給される。つまり、成膜装置１はプラズマＡＬＤ装置として構成されている。また、成膜装置１ではプラズマＡＬＤによって成膜処理が行われた後、クリーニングガスとしてＮＦ３（三フッ化窒素）ガスが処理容器１１内に供給されて処理容器１１内のクリーニングが行われる。このＮＦ３ガスについてもプラズマ化される。
上記の処理容器１１は概ね扁平な円形に構成されている。その側壁には、成膜処理時及びクリーニング時において、当該側壁を所定の温度に加熱するためのヒーターが設けられているが、当該ヒーターの図示は省略している。また、当該処理容器１１の側壁には、ウエハの搬入出口１２と、この搬入出口１２を開閉するゲートバルブ１３とが設けられている。
搬入出口１２よりも上部側には、処理容器１１の側壁の一部をなす、縦断面の形状が角型のダクトを円環状に湾曲させて構成した排気ダクト１４が設けられている。排気ダクト１４の内周面には、周方向に沿って伸びるスリット状の開口部１５が形成されており、処理容器１１の排気口をなす。また、この排気ダクト１４には、排気管１６の一端が接続されている。排気管１６の他端は真空ポンプにより構成される排気機構１７に接続されている。排気管１６には、圧力調整用のバルブにより構成される圧力調整機構１８が介設されている。この圧力調整機構１８は、排気管１６の圧力に相当する検出信号を後述の制御部１０に出力する。つまり、圧力調整機構は圧力計として構成されている。そして、制御部１０から出力される制御信号に基づき、圧力調整機構１８を構成するバルブの開度が調整され、排気管１６内、即ち処理容器１１内の圧力が所望の真空圧力となるように調整される。
処理容器１１の下部の側方には、処理容器１１内にＮＦ３ガスを供給するクリーニングガス供給口２１が開口している。処理容器１１の外側には当該クリーニングガス供給口２１にＮＦ３ガスを供給する供給管２２の一端が接続され、供給管２２の他端はバルブＶ１を介して、クリーニングガス供給部をなすＮＦ３ガスの供給源２３に接続されている。
処理容器１１内にはウエハＷを水平に載置する円形の載置台３１が設けられている。載置部をなす載置台３１の内部には、ウエハＷを加熱するためのヒーター３２と、接地された電極板３０とが埋設されている。
載置台３１の下面側中央部には処理容器１１の底部を貫通し、上下方向に伸びる支持部材３４の上端が接続されており、この支持部材３４の下端は昇降機構３５に接続されている。この昇降機構３５によって載置台３１は、図１に鎖線で示す下方側の位置と、図１に実線で示す上方側の位置との間を昇降することができる。下方側の位置は、上記の搬入出口１２から処理容器１１内に進入するウエハＷの搬送機構との間で当該ウエハＷの受け渡しを行うための受け渡し位置である。上方側の位置は、ウエハＷに処理が行われる処理位置である。
図中３６は、支持部材３４において処理容器１１の底部の下方に設けられるフランジである。図中３７は伸縮自在なベローズであり、上端が処理容器１１の底部に、下端がフランジ３６に夫々接続され、処理容器１１内の気密性を担保する。図中３８は３本（図では２本のみ表示している）の支持ピンであり、図中３９は支持ピン３８を昇降させる昇降機構である。載置台３１が受け渡し位置に位置したときに、載置台３１に設けられる貫通孔１９を介して支持ピン３８が昇降して、載置台３１の上面を突没し、載置台３１と上記の搬送機構との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
上記の排気ダクト１４の上側には、処理容器１１内を上側から塞ぐように支持板４１が設けられている。支持板４１の下面側の中央部には天板部材４２が設けられており、これら支持板４１及び天板部材４２によって、処理容器１１の天井部が形成されている。また、天板部材４２の下面側の中央部には、円形の凹部が形成されている。天板部材４２の下方には、当該天板部材４２の下面全体を覆うと共に載置台３１に対向するように、水平な板状のシャワーヘッド４３が設けられており、上記の天板部材４２の凹部は、後述するようにガス供給部５１から供給されたガスが拡散する扁平な円形の拡散空間４４として構成される。シャワーヘッド４３及び拡散空間４４を形成する天板部材４２の下面は、ウエハＷに処理ガスを吐出する処理ガス吐出部をなす。
図２は、シャワーヘッド４３の一部を切り欠くことで、上記の拡散空間４４を示す斜視図であり、この図２も参照して説明を続ける。シャワーヘッド４３の下面の周縁は下方に突出して環状突起４５を形成し、処理位置における載置台３１に近接する。シャワーヘッド４３の下面において、この環状突起４５の内側領域は、載置台３１に載置されたウエハＷの表面に対向する対向面部をなし、この内側領域には、拡散空間４４に開口する多数のガス吐出口４６が分散して配設されている。なお図２では、一部のガス吐出口４６のみを表示している。
また、上記の天板部材４２の下面には、拡散空間４４に突出するように例えば９個のガス供給部５１が設けられている。９個のガス供給部５１のうちの８個は、拡散空間４４の周方向に沿って間隔をおいて設けられており、他の１個は８個のガス供給部５１から離れるように拡散空間４４の中央部に設けられている。ガス供給部５１は円形に構成されており、ガス供給部５１の側面には周方向に沿って間隔をおいて多数のガス供給口５２が水平方向に開口している。このガス供給部５１の上部には図示しないガス導入口が形成されており、当該ガス導入口から導入された各ガスが、ガス供給部５１内に形成される流路を介してガス供給口５２から拡散空間４４に吐出される。そして、このように拡散空間４４に吐出されたガスがシャワーヘッド４３のガス吐出口４６から吐出される。なお、図２中５３は、拡散空間４４においてシャワーヘッド４３と天板部材４２とを接続する接続部材である。
図１に戻って説明を続ける。シャワーヘッド４３の下面及び環状突起４５と、載置台３１の上面とによって囲まれた空間は、上記の成膜処理が行われる処理空間４０をなす。また、シャワーヘッド４３は載置台３１の電極板３０と対になり、処理空間４０に容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を形成するための電極板として構成されている。シャワーヘッド４３には図示しない整合器を介して高周波電源４７が接続されており、当該高周波電源４７から当該シャワーヘッド４３を介して処理空間４０に供給されたガスに高周波電力が供給されることで、上記のＣＣＰが形成される。シャワーヘッド４３、電極板３０及び高周波電源４７はプラズマ化機構を構成し、後述するようにクリーニング時及び成膜処理時で、プラズマを形成するために共用される。なお高周波電源４７は、シャワーヘッド４３に接続される代わりに載置台３１の電極板３０に接続され、シャワーヘッド４３が接地されるようにしてもよい。
図中５３は、天板部材４２の上部側の中央部に設けられる扁平な拡散空間である。図中５４は、拡散空間５３から上記のガス供給部５１のガス導入口に向けて延出されるように形成されたガス供給路であり、ガス供給部５１毎に独立して形成されている。図中５５、５６は、支持板４１において互いに独立して形成されたガス供給路であり、これらのガス供給路５５、５６の下流端は、上記の拡散空間５３に接続されている。ガス供給路５５に供給されたガスと、ガス供給路５６に供給されたガスとは拡散空間５３にて互いに混合されて、ガス供給路５４を介してガス供給部５１に供給される。従って、上記のようにシャワーヘッド４３から処理空間４０に吐出されるガスは、ガス供給路５５、５６に供給されたガスが互いに混合されたものである。
ガス供給路５５の上流端には、ガス供給管６１の下流端が接続されており、ガス供給管６１の上流端はバルブＶ２、タンク６２、バルブＶ３をこの順に介してＳｉ原料ガスの供給源６３に接続されている。このタンク６２は、成膜処理時においてＳｉ原料ガスが処理空間４０へ比較的短い時間で比較的大きな流量で供給されることでＳｉ原料ガスをウエハＷに吸着する工程に要する時間を短縮化できるように、当該Ｓｉ原料ガスを貯留するために設けられている。また、詳しくは後述するが、タンク６２はクリーニング時においてその内部が排気されることで、処理空間４０に形成されたＮＦ３ガスのプラズマの活性種を引き込む役割を有する。
ガス供給管６１においてバルブＶ３とタンクと６２の間には排気管６４の一端及びガス供給管６５の一端が接続されており、排気管６４の他端はバルブＶ４を介して上記の排気管１６における圧力調整機構１８と排気機構１７との間に接続されている。この排気管６４は、既述のようにタンク６２を排気する役割を有する。なお、上記のＳｉ原料ガス供給源６３においてＳｉ原料ガスは例えば液体を気化させることで生成するため、例えば装置の稼働開始時などはＳｉ原料ガス供給源６３からガス供給管６１に供給されるＳｉ原料ガスに含まれるＳｉの濃度は不安定である。そのようにＳｉの濃度が不安定となる期間、排気管６４はＳｉ原料ガスが処理空間４０に供給されないように排気する役割も有する。
上記のガス供給管６５の他端は、バルブＶ５を介して供給管２２のバルブＶ１と、ＮＦ３ガス供給源２３との間に接続されている。さらにガス供給管６１のバルブＶ２の下流側にはガス供給管６６の一端が接続されており、ガス供給管６６の他端はバルブＶ６を介してＮ２（窒素）ガスの供給源６７に接続されている。
支持板４１のガス供給路５６の上流端には、ガス供給管７１の下流端が接続されており、ガス供給管７１の上流端はバルブＶ７を介してＯ２ガスの供給源７２に接続されている。また、このガス供給管７１においてバルブＶ７の下流側にはガス供給管７３の一端が接続されており、ガス供給管７３の他端はバルブＶ８を介してＮ２ガスの供給源７４に接続されている。なお、Ｎ２ガスの供給源６７と７４とは別個のものとすることに限られず、共通化されていてもよい。
上記のＮ２ガスは成膜処理中に常時、ガス供給路５５、５６に連続して供給される。このように供給されるＮ２ガスは、ガス供給路５５、５６にＳｉ原料ガス、Ｏ２ガスが供給されていないときには、処理空間４０に残留するＳｉ原料ガスまたはＯ２ガスを除去するパージガスとして作用する。そしてガス供給路５５、５６に夫々Ｓｉ原料ガス、Ｏ２ガスが供給されるときには、これらＳｉ原料ガス、Ｏ２ガスを処理空間４０に安定して導入するためのキャリアガスとして作用する。
また、成膜装置１には、コンピュータからなる制御部１０が設けられている。制御部１０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。プログラムには、制御部１０から成膜装置１の各部に制御信号を送り、後述する成膜処理及びクリーニングを実行することができるように命令（ステップ）が組み込まれている。具体的には、各バルブＶの開閉のタイミング、高周波電源４７のオンオフのタイミング、圧力調整機構１８による処理空間４０の圧力、ヒーター３２によるウエハＷの温度や、ヒーター３２及び処理容器１１の側壁のヒーターによる処理空間４０の温度などが、上記のプログラムによって制御される。このプログラムは、例えば、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶媒体に格納されて制御部１０にインストールされる。
続いて、成膜装置１による成膜処理についてバルブＶ１〜Ｖ７の開閉状態と高周波電源４７のオンオフの状態を示す図３〜図５を参照しながら説明する。図３〜図５では、閉じられているバルブを黒く塗りつぶし、開かれているバルブはこのような塗りつぶしを行わないことで、各バルブの開閉状態を示している。また、図３〜図５では矢印により、各ガスの流れを示している。さらに、図６のタイミングチャートも適宜参照して説明する。このタイミングチャートは、各ガスについて、処理容器１１内への供給が行われるタイミング及び供給が停止されるタイミングを示している。また、当該タイミングチャートは、高周波電源４７のオンオフのタイミングと、後述の各ステップＳ１〜Ｓ４が実施されるタイミングと、についても示している。
先ず、バルブＶ１〜Ｖ７が閉じられ且つ高周波電源４７がオフの状態から、バルブＶ３、Ｖ２が開かれ、Ｓｉ原料ガスの供給源６３からガス供給管６１に供給されたＳｉ原料ガスが処理容器１１内に供給され、排気ダクト１４から排気される。この排気が例えば所定の時間続けられてＳｉ原料ガス中のＳｉの濃度が安定した後、バルブＶ３、Ｖ２が閉じられる。
そして、処理容器１１内が排気されて、所定の圧力の真空雰囲気とされた状態でゲートバルブ１３が開かれ、処理容器１１に隣接する真空雰囲気の搬送室から搬送機構によってウエハＷが受け渡し位置に位置する載置台３１上に搬送される。支持ピン３８の昇降による載置台３１へのウエハＷの受け渡し、及び搬送機構の処理容器１１からの退出が行われると、ゲートバルブ１３が閉鎖され、載置台３１が処理位置へと上昇して処理空間４０が形成される。この載置台３１の上昇中に、当該載置台３１のヒーター３２によってウエハＷは所定の温度になるように加熱される。
バルブＶ６、Ｖ８が開かれ、処理空間４０にＮ２ガスが供給される（図６のチャート中、時刻ｔ１）。続いてバルブＶ３が開かれて、Ｓｉ原料ガス供給源６３からＳｉ原料ガスがタンク６２に供給されて、タンク６２内の圧力が上昇する（図３）。然る後、バルブＶ２が開放され、タンク６２に貯留されていたＳｉ原料ガスは比較的大きな流量でガス供給部５１を介してシャワーヘッド４３から処理空間４０に吐出され（時刻ｔ２）、ウエハＷに吸着される（図４、ステップＳ１）。
続いて、バルブＶ２が閉じられ、シャワーヘッド４３からのウエハＷへのＳｉ原料ガスの供給が停止する（時刻ｔ３）。そして、シャワーヘッド４３から供給されるＮ２ガスによって処理空間４０に残留し、ウエハＷに吸着されていないＳｉ原料ガスがパージされる（ステップＳ２）。続いて、バルブＶ７が開放されてシャワーヘッド４３から処理空間４０にＯ２ガスが供給されると共に高周波電源４７がオンになる（時刻ｔ４）。それによって、当該処理空間４０のＯ２ガスがプラズマ化して、プラズマＰ１が形成される。このプラズマＰ１により、ウエハＷに吸着されたＳｉ原料ガスが酸化されて、ＳｉＯ２の原子層が反応生成物として形成される（図５、ステップＳ３）。
然る後、高周波電源４７がオフになると共にバルブＶ７が閉じられ、処理空間４０におけるプラズマＰ１の形成及び処理空間４０へのＯ２ガスの供給が停止する（時刻ｔ５）。そして、シャワーヘッド４３から供給されるＮ２ガスによって、処理空間４０に残留しているＯ２ガス及び失活したプラズマの活性種がパージされて、当該処理空間４０から除去される。従って、バルブＶ１〜Ｖ８は図３に示した開閉状態となる（ステップＳ４）。
然る後、バルブＶ２が開放され、ガス供給部５１を介して、シャワーヘッド４３からウエハＷにＳｉ原料ガスが供給される（時刻ｔ６）。つまり、図４に示した上記のステップＳ１が行われる。以降、ステップＳ２〜Ｓ４が行われ、その後はさらにステップＳ１〜Ｓ４が行われる。このようにステップＳ１〜Ｓ４が繰り返し複数回行われることで、ＳｉＯ２の原子層がウエハＷの表面に積層されてＳｉＯ２膜が形成される。ステップＳ１〜Ｓ４が所定の回数、繰り返し行われると、載置台３１が下降し、処理容器１１への搬入時とは逆の手順で、ウエハＷの処理容器１１からの搬出が行われて、成膜処理が終了する。
例えば所定の枚数のウエハＷに上記の成膜処理が行われると、クリーニングが行われる。このクリーニングについて、図７〜図９を参照して説明する。図７〜図９は、図３〜図５と同様にバルブの開閉状態、各ガスの流れ、高周波電源４７のオンオフの状態を示している。さらに、図１０のタイミングチャートも適宜参照して説明する。このタイミングチャートは、ＮＦ３ガスについて、処理容器１１内への供給が行われるタイミング及び当該供給が停止されるタイミングを示している。また、当該タイミングチャートは、高周波電源４７のオンオフのタイミングと、後述の各ステップＴ１〜Ｔ２が実施されるタイミングと、についても示している。先ず、バルブＶ１〜Ｖ８が閉じられ、高周波電源４７がオフであり、且つウエハＷが載置台３１に載置されていない状態で、当該載置台３１が受け渡し位置から処理位置に上昇して、処理空間４０が形成される。処理容器１１のヒーター及び載置台３１のヒーター３２により、例えば処理容器１１内が６０℃〜１７０℃になるように加熱される。また、圧力調整機構１８により、処理容器１１内の圧力が所定の圧力の真空雰囲気となるように調整される。
続いて、バルブＶ１が開かれてガス供給口２１からＮＦ３ガスが処理容器１１内に供給され、処理空間４０に流入する。そして、高周波電源４７がオンになり（図１０のチャート中、時刻ｔ１１）、処理空間４０にＮＦ３ガスのプラズマＰ２が形成され、処理空間４０に面するシャワーヘッド４３の下面及び載置台３１の上面のＳｉＯ２膜の除去が進行する。そして、このプラズマＰ２の形成に並行してバルブＶ４が開かれてタンク６２内が排気され、当該タンク６２内の圧力が低下する（図７、ステップＴ１）。然る後、バルブＶ２が開かれ（時刻ｔ１２）、タンク６２内と処理空間４０とが連通する（図８、ステップＴ２）。このバルブＶ２が開かれるとき、タンク６２内の圧力は処理空間４０の圧力よりも低い圧力であり、タンク６２内の圧力と処理空間４０の圧力との差は例えば６７Ｐａ〜８００Ｐａとなっている
上記のようにタンク６２内と処理空間４０との間に差圧が形成されていることから、ＮＦ３ガスのプラズマを構成するイオンやラジカルなどの活性種が、この差圧を解消するように比較的大きな流量で、処理空間４０からシャワーヘッド４３のガス吐出口４６を通過して拡散空間４４へ流れ、さらにガス供給部５１からタンク６２へと引き込まれる。図１１は、このように活性種がタンク６２へ引き込まれるときのシャワーヘッド４３の周囲のＮＦ３ガスの活性種の流れを矢印で示している。この図１１に示すように、拡散空間４４に引き込まれたＮＦ３ガスの活性種に曝されることで、ガス吐出口４６の口内を含むシャワーヘッド４３の表面に成膜されたＳｉＯ２膜７０が分解されて除去される。タンク６２に引き込まれたＮＦ３ガスの活性種は、ＳｉＯ２膜７０の分解物と共に排気機構１７へと流れて除去される。
上記のようにバルブＶ２が開かれてから所定の時間が経過すると、バルブＶ２が閉じられ（時刻ｔ１３）、図７で説明したようにタンク６２内の圧力を低下させるステップＴ１が再度行われる。そして、バルブＶ２が閉じられてから所定の時間が経過すると当該バルブＶ２が再度開かれ（時刻ｔ１４）、図８で説明したようにＮＦ３ガスの活性種をシャワーヘッド４３を介してタンク６２へ向けて引き込むステップＴ２が再度行われる。これ以降もバルブＶ２の閉鎖と開放とが複数回繰り返される。つまりステップＴ１、Ｔ２は複数回交互に繰り返し行われる。バルブＶ２が閉じられてから次に当該バルブＶ２が開かれるまでの時間、即ち１回のステップＴ１が行われる時間は例えば０．１秒〜１秒である。バルブＶ２が開かれてから次に当該バルブＶ２が閉じられるまでの時間、即ち１回のステップＴ２が行われる時間は例えば０．１秒〜１秒である。つまり、バルブＶ２の開閉のタイミングは、当該バルブが開いてからの予め設定された経過時間及び当該バルブが閉じてからの予め設定された経過時間に基づいて制御されている。
ステップＴ１、Ｔ２が所定の回数繰り返し行われると、バルブＶ１が閉じられると共に高周波電源４７がオフになり、ガス供給口２１から処理容器１１内へのＮＦ３ガスの供給と、処理空間４０におけるプラズマＰ２の形成とが停止する。そして、圧力調整機構１８により処理容器１１内が所定の圧力になるように調整される。続いて、図９に示すようにバルブＶ２、Ｖ５が開かれて、ＮＦ３ガスがタンク６２、ガス供給部５１、拡散空間４４に順次供給されて、シャワーヘッド４３のガス吐出口４６から処理空間４０に吐出されると共に、高周波電源４７がオンになり、処理空間４０にＮＦ３ガスのプラズマＰ２が形成される。
このプラズマＰ２を構成するＮＦ３ガスの活性種は、シャワーヘッド４３と載置台３１との間の隙間から処理空間４０の外側へ広がり、排気ダクト１４から排気されて除去される。このように流れるＮＦ３ガスの活性種に曝されて、処理容器１１内において処理空間４０の外側の壁面に形成されたＳｉＯ２膜が除去される。然る後、バルブＶ２、Ｖ５が閉じられると共に高周波電源４７がオフになり、プラズマＰ２の形成と処理空間４０へのＮＦ３ガスの供給とが停止して、クリーニングが終了する。その後は再度処理容器１１内にウエハＷが搬入され、ステップＳ１〜Ｓ４で説明した成膜処理が再度行われる。
この成膜装置１によれば、Ｓｉ原料ガスを供給するためにシャワーヘッド４３に接続されるガス供給管６１に、上流側に向かってバルブＶ２、タンク６２がこの順で介設されており、処理空間４０にＮＦ３ガスのプラズマが形成されるときに、ガス供給管６１においてタンク６２の上流側に接続された排気管６４により当該ガス供給管６１が排気され、バルブＶ２が閉じた状態から開いた状態になる。それによって、処理空間４０に形成されたプラズマを構成する活性種がシャワーヘッド４３のガス吐出口４６からタンク６２へ向けて引き込まれ、ガス吐出口４６内に形成されたＳｉＯ２膜を速やかに、且つ確実性高く除去することができる。
そのようにＮＦ３ガスの活性種を引き込み、ガス吐出口４６内のＳｉＯ２膜を除去することができるので、成膜処理時に各ガス吐出口４６の口径が、クリーニングにより除去されずに口内に残留したＳｉＯ２膜によって不均一になることが抑えられ、ウエハＷに形成されるＳｉＯ２膜の膜厚がウエハＷの面内で不均一になることを抑制することができる。また、このようにＮＦ３ガスをプラズマ化するためのシャワーヘッド４３、載置台３１及び高周波電源４７からなるプラズマ化機構は、ＳｉＯ２膜の成膜を行うためにＯ２ガスをプラズマ化するものが用いられる。従って、クリーニング専用のプラズマ化機構を設ける必要が無いので、成膜装置１の製造コストの上昇を抑制することができる。
また、上記のようにガス吐出口４６内のＳｉＯ２膜を速やか且つ確実性高く除去できるということは、クリーニングに要する時間の短縮化を図れるということである。従って、処理容器１１内においてガス吐出口４６内以外の各部が、表面に形成されたＳｉＯ２膜が除去された後、ＮＦ３ガスのプラズマに長時間曝されてエッチングされることにより、ダメージを受けてしまうことを抑制することができる。
さらに、成膜装置１においてはクリーニング中にバルブＶ２の開閉によりタンク６２内の排気とタンク６２内へ向けてのＮＦ３ガスの活性種の引き込みとが、複数回繰り返し行われるので、後述の評価試験で示すように比較的多くの量の活性種を引き込むことができるため、ガス吐出口４６内に形成されたＳｉＯ２膜をより速やかに、且つより確実性高く除去することができる。また、成膜処理時においてはＳｉ原料ガスを供給するガス供給管６１をクリーニング時に処理容器１１内を排気する排気管として用い、成膜処理時にはＳｉ原料ガスを処理容器１１内に供給するために用いたタンク６２及びバルブＶ２を、クリーニング時におけるＮＦ３ガスのプラズマの引き込みに用いている。それ故に、成膜装置１を構成する配管の数、タンク６２の数及びバルブＶ２の数が抑制されている。従って、成膜装置１の製造コストをより確実に低下させることができる。
ところで、上記のステップＴ１、Ｔ２のクリーニング中に、排気ダクト１４からの排気を行わなくてもよい。具体的に、処理容器１１内に供給されるＮＦ３ガスの流量と、バルブＶ２が閉じてから開くまでの時間と、バルブＶ２が開いてから閉じるまでの時間とを適切に設定することで、バルブＶ２が開くときに処理空間４０の圧力がタンク６２内の圧力よりも高くなるようにし、上記のタンク６２へのプラズマの活性種の引き込みが行われるようにすることができる。
また、クリーニング時におけるバルブＶ２の開閉のタイミングは、上記のように時間によって制御されることに限られない。例えば、クリーニング時においては、圧力調整部１８により処理容器１１内が一定の排気量で排気されるようにする。そして、図７で説明したようにバルブＶ２が閉じた状態でタンク６２内が排気される一方で処理容器１１内にはＮＦ３ガスのプラズマが形成され、続いて圧力調整部１８によって検出される圧力が所定の第１の圧力となったときに、バルブＶ２を開く。それによって、タンク６２にプラズマ化したＮＦ３ガスが流れる。このタンク６２へのＮＦ３ガスの流れによって、処理容器１１内の圧力が変動し、圧力調整部１８によって検出される圧力が所定の第２の圧力となると、バルブＶ２が閉じられるようにする。その後、検出される圧力が再度第１の圧力になると、バルブＶ２が再度開かれる。このように圧力調整部１８により検出される圧力に基づいて、バルブＶ２の開閉が制御されてもよい。
図１２には、成膜装置１とは異なる配管系を備えた成膜装置について示している。この成膜装置８の配管系における、成膜装置１の配管系との差異点としては、Ｏ２ガスを処理容器１１に供給する配管７１において、バルブＶ７の下流側には処理容器１１に向けてタンク８１、バルブＶ１０がこの順に介設されていることが挙げられる。タンク８１は、上記のタンク６２と同様に構成されている。また、排気管６４の上流端は、ガス供給管６１に接続される代わりにガス供給管７１においてタンク８１とバルブＶ７との間に接続されている。この成膜装置８では、Ｏ２ガスはＳｉガスと同様に、タンク８１に貯留されてから処理容器１１に供給される。そして、クリーニングを行う際には、バルブＶ２の代わりにバルブＶ１０が図７〜図８で説明したバルブＶ２と同様に開閉し、タンク８１にプラズマ化したクリーニングガスが引き込まれる。つまり、タンク８１が設けられるガス供給管７１が、排気管として兼用される。即ち、上記の成膜装置１のように、原料ガスを供給する供給路に、クリーニングガスのプラズマを引き込むタンクが設けられることには限られない。
なお、クリーニングガスとしてはＮＦ３ガスに限られず、例えばＣｌＦ３（三フッ化塩素）ガスなどのガスも使用することができるが、ＮＦ３ガスを用いることで、処理容器１１内を比較的低い温度としてクリーニングを行うことができるので好ましい。また、本発明は成膜装置１のようなプラズマＡＬＤを行う装置に適用されることに限られず、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を行う装置に適用されてもよい。また、処理ガス吐出部を構成するウエハＷに対向する対向面部としてはシャワーヘッド４３により構成されることに限られず、例えばウエハＷの周に沿ったスリット状のガス吐出口を複数備えたものであってもよい。このように本発明は既述した実施形態には限られず、適宜、変更することが可能である。
（評価試験）
続いて、本発明に関連して行われた評価試験について説明する。評価試験１として、シミュレーションにより上記の成膜装置１において、バルブＶ２を閉じた状態から開いた状態に切り替えたときに、処理空間４０からタンク６２を設けたガス供給管６１へ流れるガスの積算流量の経時変化を測定した。このバルブＶ２を閉じた状態から開いた状態に切り替える瞬間を開放瞬間とすると、開放瞬間におけるガス供給管６１のバルブＶ２の上流側、下流側は１Ｔｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）、６Ｔｏｒｒ（８００Ｐａ）に夫々設定した。また、比較試験１としてシミュレーションにより、成膜装置において処理空間４０からガス供給管６１へ流れるガスの積算流量の経時変化を測定した。ただしこの比較試験１で用いた成膜装置ではタンク６２が設けられていない。この差違を除いて、比較試験１の条件は評価試験１の条件と同様である。
図１３のグラフは、評価試験１及び比較試験１の結果を示している。グラフの横軸は、開放瞬間の５秒前を０秒とした経過時間を示している。つまり、経過時間５秒が開放瞬間である。グラフの縦軸は処理空間４０から流れるガスの積算流量（単位：ｓｃｃ）を示している。評価試験１の結果を実線のグラフで、比較試験１の結果を点線のグラフで夫々示している。
この図１３に示すように経過時間が５秒〜５．８秒の間は、比較試験１よりも評価試験１の方がガスの積算流量が大きく、５．８秒以降は評価試験１と比較試験１との間でガスの積算流量が概ね等しい。従って、タンク６２を設けることで、バルブＶ２の開放瞬間の直後はバルブＶ２の下流側から上流側へ引き込まれるガスの流量を大きくすることができることが確認された。つまり、タンク６２を設けた方が、開放瞬間の直後における処理空間４０からガス供給管６１へのガスの引き込み量を大きくすることができることが分かる。従って、この評価試験１から本発明の効果が確認された。そして、開放瞬間から時間が経過するにつれて評価試験１と比較試験１とで積算流量が揃うことから、発明の実施の形態で説明したようにバルブＶ２を比較的短い周期で開閉を繰り返すことで、クリーニング中にＮＦ３ガスの活性種がタンクへ引き込まれる量を多くすることができることが分かる。
Ｖ１〜Ｖ８ バルブ
Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１０ 制御部
１８ 圧力調整機構
３１ 載置部
４３ シャワーヘッド
４７ 高周波電源
６１ ガス供給管
６２ タンク
６４ 排気管

Claims (10)

  1. プラズマ化した処理ガスを基板に供給することで成膜を行う成膜装置において、
    真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられ、前記基板が載置される載置部と、
    前記載置部に対向する対向面部と、当該対向面部に開口する複数のガス吐出口と、を備える処理ガス吐出部と、
    前記処理容器内に形成された膜を除去するためのクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、
    前記処理容器内に供給された処理ガス及び前記クリーニングガスの各々のプラズマ化に共用されるプラズマ化機構と、
    前記プラズマ化機構により前記クリーニングガスのプラズマ化が行われる間に前記処理ガス吐出部に接続される排気路を排気する排気機構と、
    前記排気路に設けられたタンクと、
    前記排気路において前記タンクと前記処理ガス吐出部との間に設けられ、前記タンク内の圧力を低下させるために閉じられ、次いでプラズマ化した前記クリーニングガスを前記処理容器内から前記処理ガス吐出部を介して前記タンクに引き込むために開かれるバルブと、
    を備えることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記処理ガス吐出部は、原料ガスと、前記処理ガスであると共に前記原料ガスと反応して反応生成物を形成する反応ガスとを交互に前記基板に供給して当該基板に成膜を行い、
    前記タンクは前記原料ガスを前記処理ガス吐出部に供給する供給路に設けられ、当該供給路が前記排気路として兼用されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
  3. 前記処理ガス吐出部は、前記原料ガスと、前記処理ガスであると共に前記原料ガスと反応して反応生成物を形成する前記反応ガスとを交互に前記基板に供給して当該基板に成膜を行い、
    前記タンクは前記反応ガスを前記処理ガス吐出部に供給する供給路に設けられ、当該供給路が前記排気路として兼用されていることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
  4. 前記プラズマ化機構により前記クリーニングガスのプラズマ化が行われる間、前記バルブが閉じた状態から開いた状態へ、開いた状態から閉じた状態へ夫々複数回切り替わることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。
  5. 前記プラズマ化機構は、前記処理ガス吐出部、前記載置部に各々設けられる電極間に高周波電力を供給して容量結合プラズマを形成するための高周波電源を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜装置。
  6. 前記クリーニングガスのプラズマ化が行われる間、成膜処理時に排気が行われる排気口からの排気を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の成膜装置。
  7. 前記排気口に接続される排気路に設けられる圧力計を用いて、前記バルブの開閉が制御されることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
  8. 前記クリーニングガスのプラズマ化が行われる間、前記バルブは開かれてから予め設定された時間が経過すると閉じられ、閉じられてから予め設定された時間が経過すると開かれることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の成膜装置。
  9. プラズマ化した処理ガスを基板に供給することで成膜を行う成膜装置のクリーニング方法において、
    クリーニングガス供給部から処理容器内に形成された膜を除去するためのクリーニングガスを供給する工程と、
    前記処理容器内に供給された処理ガス及びクリーニングガスに共用されるプラズマ化機構により、当該クリーニングガスをプラズマ化する工程と、
    前記プラズマ化機構により前記クリーニングガスのプラズマ化が行われる間に排気機構により、前記処理容器内に前記処理ガスを吐出する処理ガス吐出部に接続されると共にタンクが設けられた排気路を排気する工程と、
    前記排気路において前記タンクと前記処理ガス吐出部との間に設けられるバルブを、前記タンク内の圧力を低下させるために閉じる工程と、
    次いでプラズマ化した前記クリーニングガスを前記処理容器内から前記処理ガス吐出部を介して前記タンクに引き込むために前記バルブを開く工程と、
    を備えることを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。
  10. 基板に対して成膜処理を行う成膜装置に用いられるコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項９記載の成膜装置のクリーニング方法を実施することを特徴とする記憶媒体。
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