JP6964515B2 - サセプターのクリーニング方法 - Google Patents

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Description

本発明は、成膜装置に適用されるサセプターのクリーニング方法に関する。
従来から、複数の半導体ウエハ等の基板を載置するサセプターである、回転テーブルが真空容器内に備えられた成膜装置を用いて、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）等の薄膜を成膜する方法が知られている。成膜処理の進行により、回転テーブルの表面に堆積膜が形成されるが、この堆積膜の剥がれはパーティクルの原因となる。そこで、成膜装置にクリーニングガスノズルを設けておき、所定回数の成膜処理の後、クリーニングガスノズルからフッ素系ガス等のクリーニングガスを回転テーブルに供給してドライクリーニング処理をおこなう方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５−１４２０３８号公報
ところで、基板に成膜される絶縁膜や保護膜等においては、サセプターに付着した堆積膜がフッ素系ガス等のクリーニングガスでも十分に洗浄し難いものがあり、一例として、ＨｆＯ、ＺｒＯやＡｌＯ等からなるＨｉｇｈ−Ｋ膜が挙げられる。このような堆積膜の洗浄においては、成膜装置からサセプターを取り外し、洗浄液内にサセプターを浸漬等するウェットクリーニングが行われる。
しかしながら、洗浄液にてクリーニングを行う場合に、堆積膜が洗浄されることに加えてサセプターが洗浄液にてエッチングされ、サセプターの再使用が困難になり、サセプターの寿命が短くなるといった問題が生じ得る。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、クリーニング時にサセプターがエッチングされることを抑制してサセプターの再使用を可能とする、サセプターのクリーニング方法を提供することを目的としている。
前記目的を達成すべく、本発明によるサセプターのクリーニング方法の一態様は、処理室内において基板を載置するサセプターのクリーニング方法であって、
前記処理室内に前記サセプターを設置し、該サセプターの表面にプレコーティング膜を形成するプレコーティング膜形成工程と、
前記プレコーティング膜が形成された前記サセプター上に基板を載置して成膜処理を実行し、該成膜処理の過程で前記サセプターの表面に堆積膜が形成される堆積膜形成工程と、
前記堆積膜にクラックを発生させるクラック導入工程と、
前記処理室内にプレコーティング膜除去用ガスを供給し、前記クラックを介して該プレコーティング膜除去用ガスを前記プレコーティング膜に到達させ、該プレコーティング膜を除去するプレコーティング膜除去工程と、
前記堆積膜を除去する堆積膜除去工程と、を有することを特徴とする。
本発明のサセプターのクリーニング方法によれば、クリーニング時にサセプターがエッチングされることを抑制して、サセプターの再使用を図ることができる。
本発明の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法が適用される成膜装置の縦断面図である。 図１の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。 図１の成膜装置の内部の概略構成を示す平面図であって、制御部の内部構成を共に示した図である。 図１の成膜装置における供給領域及び分離領域の一例を示す縦断面図である。 分離領域のサイズを説明するための図である。 図１の成膜装置の他の縦断面図である。 図１の成膜装置のさらに他の縦断面図である。 図１の成膜装置の一部破断斜視図である。 本発明の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法のフローチャートである。 第１の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法のフローを模式的に示す図である。 第２の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法のフローを模式的に示す図である。
以下、本発明の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法について、添付の図面を参照しながら説明する。以下の説明では、まず、本発明のクリーニング方法が適用される成膜装置について説明し、次いで、この成膜装置を用いた本発明の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［本発明の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法が適用される成膜装置］
まず、本発明の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法が適用される成膜装置について説明する。本発明の実施形態に係るクリーニング方法は、種々の成膜装置に適用され得るが、以下、本発明の実施形態に係るクリーニング方法が好適に適用され得る一実施形態に係る成膜装置について説明する。ここで、図１は、本発明の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法が適用される成膜装置の縦断面図であり、図２は、図１の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。また、図３は、図１の成膜装置の内部の概略構成を示す平面図であって、制御部の内部構成を共に示した図である。また、図４は、図１の成膜装置における供給領域及び分離領域の一例を示す縦断面図であり、図５は、分離領域のサイズを説明するための図である。さらに、図６及び図７は成膜装置の他の縦断面図であり、図８は、図１の成膜装置の一部破断斜視図である。
図１（図３のＡ−Ａ線に沿った断面図）及び図２に示すように、サセプターのクリーニング方法が適用される成膜装置１０００は、概ね円形の平面形状で扁平な真空容器１と、真空容器１の中心に回転中心を有するサセプター２と、から構成される処理室１００と、装置全体の動作をコントロールする制御部２００とを備える。真空容器１は、基板であるウエハＷを内部に収容し、ウエハＷの表面上に成膜処理を施すための処理室である。真空容器１は、容器本体１２と、容器本体１２から分離可能な天板１１とから構成されている。天板１１は、例えばＯ−リングなどの封止部材１３を介して容器本体１２に取り付けられ、これにより真空容器１が気密に密閉される。天板１１及び容器本体１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で作製することができる。また、サセプター２は、例えば、石英で作製することができる。
図１に示すように、サセプター２は円盤状の回転テーブルであり、中央に円形の開口部を有しており、開口部の周りにおいて、円筒形状のコア部２１によって上下から挟まれて保持されている。コア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は容器本体１２の底面部１４を貫通し、その下端が回転軸２２を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。この構成により、サセプター２はその中心軸を回転中心として回転することができる。なお、回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０は、その上面に設けられたフランジ部分を介して真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、これにより、ケース体２０の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離されている。
図２及び図３に示すように、サセプター２の上面には、ウエハＷが載置される複数（図示例では５つ）の平面視円形の凹部２４が等角度間隔で形成されている。ただし、図３には、ウエハＷを１枚のみを示している。
図４（ａ）に、サセプター２における凹部２４に載置されたウエハＷとの縦断面を示す。図示するように、凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに（例えば４ｍｍ）大きな直径を有している。さらに、凹部２４の深さはウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとなっている。凹部２４の深さとウエハＷの厚さがほぼ等しいことから、ウエハＷが凹部２４内に載置された際に、ウエハＷの表面は、サセプター２の凹部２４以外の領域の表面とほぼ同じ高さになる。仮に、ウエハＷと、サセプター２の凹部２４以外の領域との間に比較的大きな段差があると、この段差によってガスの流れに乱流が生じ、ウエハＷ上での膜厚均一性が影響を受ける。この影響を低減するために、ウエハＷと、サセプター２の凹部２４以外の領域との表面をほぼ同じ高さにしている。ここで、「ほぼ同じ高さ」とは、高さの差が例えば５ｍｍ程度以下を意味しているが、加工精度が許容する範囲内において可及的にゼロに近いことが好ましい。
図２乃至図４に示すように、サセプター２の回転方向（例えば図３の矢印ＲＤ）に沿って、互いに離間した２つの凸部４が設けられている。なお、図２及び図３では、真空容器１の内部の説明を容易にするべく、天板１１の図示を省略している。図４に示すように、凸部４は天板１１の下面に設けられている。また、図３から分かるように、凸部４は、略扇形の平面形状を有しており、略扇形の頂部は真空容器１の略中心に位置しており、略扇形の円弧は容器本体１２の内周壁に沿って位置している。さらに、図４（ａ）に示すように、凸部４は、その下面４４が回転テーブル２や凹部２４内に載置されたウエハＷから高さｈ１に位置するように配置されている。
また、図３及び図４に示すように、凸部４は、自身が二分割されるように半径方向に延びる溝部４３を有しており、溝部４３には分離ガスノズル４１（４２）が収容されている。本実施形態において、溝部４３は凸部４を二等分するように形成されるが、例えば、凸部４における回転テーブル２の回転方向上流側が広くなるように溝部４３を形成してもよい。図３に示すように、分離ガスノズル４１（４２）は、容器本体１２の周壁部から真空容器１内へ導入され、その基端部であるガス導入ポート４１ａ（４２ａ）を容器本体１２の外周壁に取り付けることにより支持されている。
分離ガスノズル４１（４２）は、分離ガスのガス供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスとしては、例えばチッ素（Ｎ２）ガスや不活性ガスなどが適用できるが、成膜に影響を与えないガスであればその種類は特に限定されない。本実施形態においては、分離ガスとしてＮ２ガスが利用される。また、分離ガスノズル４１（４２）は、サセプター２の表面に向けてＮ２ガスを吐出するための吐出孔４０（図４）を有している。吐出孔４０は、長さ方向に所定の間隔で配置されている。本実施形態において、吐出孔４０は、約０．５ｍｍの口径を有し、分離ガスノズル４１（４２）の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。
以上の構成により、分離ガスノズル４１とこれに対応する凸部４とにより、分離空間Ｈを画成する分離領域Ｄ１が提供される。同様に、分離ガスノズル４２とこれに対応する凸部４とにより、分離空間Ｈを画成する分離領域Ｄ２が提供される。また、分離領域Ｄ１に対して回転テーブル２の回転方向下流側には、分離領域Ｄ１，Ｄ２と、回転テーブル２と、天板１１の下面４５（以下、天井面４５）と、容器本体１２の内周壁とにより概ね囲まれる第１の領域４８Ａ（第１の供給領域）が形成されている。さらに、分離領域Ｄ１に対して回転テーブル２の回転方向上流側には、分離領域Ｄ１，Ｄ２と、回転テーブル２と、天井面４５と、容器本体１２の内周壁とにより概ね囲まれる第２の領域４８Ｂ（第２の供給領域）が形成されている。分離領域Ｄ１，Ｄ２において、分離ガスノズル４１，４２からＮ２ガスが吐出されると、分離空間Ｈは比較的高い圧力となり、Ｎ２ガスは分離空間Ｈから第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂに向かって流れる。すなわち、分離領域Ｄ１，Ｄ２における凸部４により、分離ガスノズル４１，４２から提供されるＮ２ガスが第１の領域４８Ａと第２の領域４８Ｂへ案内される。
また、図２及び図３に示すように、第１の領域４８Ａにおいて、容器本体１２の周壁部から回転テーブル２の半径方向に原料ガスノズル３１及びプレコーティングガスノズル３６が導入され、第２の領域４８Ｂにおいて、容器本体１２の周壁部から回転テーブルの半径方向にオゾン等の酸化ガスを供給する酸化ガスノズル３２が導入されている。これら原料ガスノズル３１と酸化ガスノズル３２は、分離ガスノズル４１，４２と同様に、基端部であるガス導入ポート３１ａ，３２ａを容器本体１２の外周壁に取り付けることにより支持されている。なお、適用される酸化ガスとしては、オゾンの他に、酸素であってもよい。また、本実施形態に係るサセプターのクリーニング方法では、ウエハＷの表面にＨｉｇｈ−Ｋ膜（高誘電体膜）を成膜することを前提とし、プレコーティングガスとしてＨｉｇｈ−Ｋ膜形成用のガスである有機金属ガス等とは異種の反応ガスを適用することから、原料ガスノズル３１とプレコーティングガスノズル３６を個別のガスノズルとしている。しなしながら、例えば、プレコーティングガスノズル３６を廃して、原料ガスノズル３１が切換え弁を介して原料ガス供給源とプレコーティングガス供給源に連通する構成とし、各ガスをサセプター２に供給する際に切換え弁の切り替えを実行する形態であってもよい。
原料ガスノズル３１と酸化ガスノズル３２は、サセプター２の上面（ウエハを載置する凹部２４のある面）に向けて反応ガスを吐出するための複数の吐出孔３３，３４を有している（図４参照）。また、プレコーティングガスノズル３６も同様に、サセプター２の上面に向けてプレコーティングガスを吐出するための複数の吐出孔を有している（図示せず）。本実施形態において、吐出孔３３、３４は、約０．５ｍｍの口径を有するとともに、原料ガスノズル３１及び酸化ガスノズル３２の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。なお、プレコーティングガスノズル３６においても、吐出孔の口径や配列間隔は同様である。
原料ガスノズル３１は原料ガス供給源（図示せず）に接続され、プレコーティングガスノズル３６はプレコーティングガス供給源（図示せず）に接続され、酸化ガスノズル３２はオゾンガス供給源（図示せず）に接続されている。原料ガスとしては種々のガスを使用できるが、本実施形態においては、有機金属ガス又は有機半金属ガスを使用するものとし、形成する絶縁膜や保護膜等の種類に応じて選択される。例えば、有機金属ガスは、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜の成膜に用いられる有機金属ガスが用いられてもよく、この場合は、トリ（ジメチルアミノ）シクロペンタジエニルジルコニウム（Ｃ１１Ｈ２３Ｎ３Ｚｒ）等のガスが用いられる。以下、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜の成膜に用いられる有機金属ガスが利用された例を挙げて説明する。また、以下の説明において、原料ガスノズル３１の下方の領域に関し、有機金属ガスをウエハに吸着させる領域を処理領域Ｐ１といい、酸化ガスノズル３２の下方の領域に関し、Ｏ３ガスをウエハに吸着した有機金属ガスと反応（酸化）させるための領域を処理領域Ｐ２という場合がある。
また、第１の領域４８Ａには、クリーニングガスノズル３５が設けられている。クリーニングガスノズル３５は、成膜処理時には使用されず、成膜処理を継続し、サセプター２の表面や真空容器１内に酸化膜が多く堆積して堆積膜を形成し、この堆積膜を除去した方がよいと判断されて、サセプター２を含む真空容器１内のドライクリーニングを行うクリーニング方法を実行する際に用いられる。本発明のサセプターのクリーニング方法の一つの実施形態では、成膜処理に先行してサセプター２の表面にプレコーティング膜を形成し、成膜処理の後、クリーニングガスノズル３５からＣｌＦ３等のフッ素系ガスを供給する。このサセプターのクリーニング方法の詳細については後で詳説する。
再び図４を参照すると、分離領域Ｄ１には平坦な低い天井面４４があり（図示していないが分離領域Ｄ２においても同様）、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂには、天井面４４よりも高い天井面４５がある。このため、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂの容積は、分離領域Ｄ１，Ｄ２における分離空間Ｈの容積よりも大きい。また、後述するように、本実施形態による真空容器１には、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂをそれぞれ排気するための排気口６１，６２が設けられている。これらの排気口６１，６２により、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂを、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈに比べて低い圧力に維持することができる。この場合、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈの圧力が高いために、第１の領域４８Ａにおいて原料ガスノズル３１から吐出される有機金属ガスは、分離空間Ｈを通り抜けて第２の領域４８Ｂへ到達することができない。また、同様に、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈの圧力が高いために、第２の領域４８Ｂにおいて酸化ガスノズル３２から吐出されるＯ３ガスは、分離空間Ｈを通り抜けて第１の領域４８Ａへ到達することができない。従って、両反応ガスは、分離領域Ｄ１，Ｄ２によって分離され、真空容器１内の気相中で混合されることは殆ど無い。
なお、低い天井面４４の回転テーブル２の上面から測った高さｈ１（図４（ａ））は、分離ガスノズル４１（４２）からのＮ２ガスの供給量にもよるが、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈの圧力を第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂの圧力よりも高くできるように設定される。高さｈ１は、例えば０．５ｍｍ乃至１０ｍｍに設定されていることが好ましく、中でも可及的に低く設定されていることが好ましい。ただし、回転テーブル２の回転ぶれによって回転テーブル２が天井面４４に衝突することを避けるべく、高さｈ１は、上記数値範囲の中でも３．５ｍｍ乃至６．５ｍｍ程度に設定されることがより好ましい。また、凸部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４２（４１）の下端から回転テーブル２の表面までの高さｈ２（図４（ａ））は、高さｈ１と同様の理由から、０．５ｍｍ乃至４ｍｍに設定されることがよい。
また、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、凸部４において、ウエハ中心ＷＯが通る経路に対応する円弧の長さＬは、ウエハＷの直径の約１／１０乃至約１／１に設定され、約１／６以上に設定されることが好ましい。円弧の長さＬがこの数値範囲にあることにより、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈを確実に高い圧力に維持することが可能になる。
以上の構成を有する分離領域Ｄ１，Ｄ２によれば、サセプター２が例えば約２４０ｒｐｍの回転速度で回転した場合においても、有機金属ガスとＯ３ガスとをより確実に分離することができる。
図１乃至図３を再び参照すると、天板１１の天井面４５には、コア部２１を取り囲むように環状の突出部５が設けられている。突出部５は、コア部２１よりも外側の領域においてサセプター２と対向している。本実施形態においては、図７に明瞭に示すように、空間５０の下面の回転テーブル２からの高さｈ１５は、空間Ｈの高さｈ１よりも僅かに低い。これは、サセプター２の中心部近傍での回転ぶれが小さいためである。具体的には、高さｈ１５は１．０ｍｍ乃至２．０ｍｍ程度に設定されてよい。なお、他の実施形態においては、高さｈ１５とｈ１は等しくてもよく、また、突出部５と凸部４は一体に形成されても、別体として形成されて結合されてもよい。なお、図２及び図３は、凸部４を真空容器１内に残したまま天板１１を取り外した真空容器１の内部を示している。
図１の約半分の拡大図である図６を参照すると、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されており、この構成により、天板１１とコア部２１との間の空間５２にＮ２ガスが供給される。この空間５２に供給されたＮ２ガスにより、突出部５とサセプター２との狭い隙間５０は、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂに比べて高い圧力に維持され得る。このため、第１の領域４８Ａにおいて原料ガスノズル３１から吐出される有機金属ガスは、圧力の高い隙間５０を通り抜けて第２の領域４８Ｂへ到達することができない。また、第２の領域４８Ｂにおいて酸化ガスノズル３２から吐出されるＯ３ガスは、圧力の高い隙間５０を通り抜けて第１の領域４８Ａへ到達することができない。したがって、両反応ガスは、隙間５０により分離され、真空容器１内の気相中で混合されることは殆ど無い。すなわち、本実施形態の成膜装置においては、有機金属ガスとＯ３ガスとを分離するために、回転テーブル２の回転中心部と真空容器１とにより画成されて、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂよりも高い圧力に維持される中心領域Ｃが設けられている。
図７は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図の約半分を示し、ここには、凸部４と、凸部４と一体に形成された突出部５とが図示されている。図示の通り、凸部４は、その外縁においてＬ字状に屈曲する屈曲部４６を有している。屈曲部４６は、サセプター２と容器本体１２との間の空間を概ね埋めており、原料ガスノズル３１からの有機金属ガスと酸化ガスノズル３２からのＯ３ガスとがこの隙間を通して混合するのを阻止する。屈曲部４６と容器本体１２との間の隙間、及び屈曲部４６と回転テーブル２との間の隙間は、例えば、サセプター２から凸部４の天井面４４までの高さｈ１とほぼ同一に設定されてよい。また、屈曲部４６があるため、分離ガスノズル４１，４２（図３）からのＮ２ガスは、サセプター２の外側に向かっては流れ難い。従って、分離領域Ｄ１，Ｄ２から第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８ＢへのＮ２ガスの流れが促進される。なお、屈曲部４６の下方にブロック部材７１ｂを設けることにより、分離ガスが回転テーブル２の下方まで流れるのを更に抑制することができる。
なお、屈曲部４６と回転テーブル２との間の隙間は、回転テーブル２の熱膨張を考慮し、回転テーブル２が後述のヒータユニットにより加熱された場合に、上記の間隔（ｈ１程度）となるように設定することが好ましい。
一方、図３に示すように、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂにおいて、容器本体１２の内周壁は外方側に窪み、ここに排気領域６が形成されている。この排気領域６の底部には、図３及び図６に示すように、例えば排気口６１，６２が設けられている。これら排気口６１，６２は、それぞれ排気管６３を介して真空排気装置である例えば共通の真空ポンプ６４（図１参照）に接続されている。この構成により、主に第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂが排気され、上述の通り、第１の領域４８Ａ及び第２の領域４８Ｂの圧力を、分離領域Ｄ１，Ｄ２の分離空間Ｈの圧力よりも低くすることができる。なお、図３では、容器本体１２の内周壁が外方側に窪んだ箇所に排気領域６が設けられているが、この構成は必須ではなく、底部に排気口６１、６２が設けられていれる様々な構成が適用可能である。
また、図３に示すように、第１の領域４８Ａに対応する排気口６１は、サセプター２の外側（排気領域６）において原料ガスノズル３１の下方に位置している。これにより、原料ガスノズル３１の吐出孔３３（図４）から吐出される有機金属ガスは、回転テーブル２の上面に沿って、原料ガスノズル３１の長手方向に排気口６１へ向かって流れることができる。
再び図１を参照すると、排気管６３には圧力調整器６５が設けられ、これにより真空容器１内の圧力が調整される。複数の圧力調整器６５を、対応する排気口６１，６２に対して設けてもよい。また、排気口６１，６２は、排気領域６の底部（真空容器１の底部１４）に限らず、真空容器の容器本体１２の周壁部に設けてもよい。また、排気口６１，６２は、排気領域６における天板１１に設けてもよい。ただし、天板１１に排気口６１，６２を設ける場合、真空容器１内のガスが上方へ流れるため、真空容器１内のパーティクルが巻き上げられて、ウエハＷが汚染されるおそれがある。このため、排気口６１，６２は、図示のように底部に設けるか、容器本体１２の周壁部に設けることが好ましい。また、排気口６１，６２を底部に設けることにより、排気管６３、圧力調整器６５、及び真空ポンプ６４を真空容器１の下方に設置することができるため、成膜装置１０００のフットプリントを縮小する点で有利である。
図１、及び図６乃至図８に示すように、サセプター２と容器本体１２の底部１４との間の空間には、加熱部としての環状のヒータユニット７が設けられ、これにより、サセプター２が所定の温度に加熱されるとともに、サセプター２上にウエハＷが載置される場合はサセプター２を介してウエハＷが所定の温度に加熱される。また、サセプター２の下方及び外周の近くに、ヒータユニット７を取り囲むようにしてブロック部材７１ａが設けられていることにより、ヒータユニット７が置かれている空間がヒータユニット７の外側の領域から区画される。また、ブロック部材７１ａより内側にガスが流入することを防止するために、ブロック部材７１ａの上面と回転テーブル２の下面との間には僅かな隙間が形成されている。ヒータユニット７が収容される領域には、この領域をパージするべく、複数のパージガス供給管７３が、容器本体１２の底部を貫通するように所定の角度間隔をおいて接続されている。なお、ヒータユニット７の上方において、ヒータユニット７を保護する保護プレート７ａが、ブロック部材７１ａと、後述する隆起部Ｒとにより支持されており、これにより、ヒータユニット７が設けられる空間に有機金属ガスやＯ３ガスが仮に流入したとしても、ヒータユニット７をこれらの反応ガスから保護することができる。保護プレート７ａは、例えば石英から作製することが好ましい。
図６に示すように、底部１４は、環状のヒータユニット７の内側に隆起部Ｒを有している。隆起部Ｒの上面は、回転テーブル２及びコア部２１に接近しており、隆起部Ｒの上面と回転テーブル２の裏面との間、及び隆起部Ｒの上面とコア部２１の裏面との間に僅かな隙間を残している。また、底部１４は、回転軸２２が通り抜ける中心孔を有している。この中心孔の内径は、回転軸２２の直径よりも僅かに大きく、フランジ部２０ａを通してケース体２０と連通する隙間を残している。また、フランジ部２０ａの上部にはパージガス供給管７２が接続されている。
このような構成により、図６に示すように、回転軸２２と底部１４の中心孔との間の隙間、コア部２１と底部１４の隆起部Ｒとの間の隙間、及び底部１４の隆起部Ｒと回転テーブル２の裏面との間の隙間を通して、パージガス供給管７２からサセプター２の下方空間へＮ２ガスが流れる。また、パージガス供給管７３からヒータユニット７の下方空間へＮ２ガスが流れる。そして、これらのＮ２ガスは、ブロック部材７１ａと回転テーブル２の裏面との間の隙間を通して排気口６１へ流れ込む。このように流れるＮ２ガスは、有機金属ガス（もしくはＯ３ガス）が、回転テーブル２の下方空間を回流してＯ３ガス（有機金属ガス）と混合することを防止する分離ガスとして働く。
図２、図３及び図８に示すように、容器本体１２の周壁部には搬送口１５が形成されている。ウエハＷは、搬送口１５を通して搬送アーム１０により真空容器１の中へ、又は真空容器１から外へと搬送される。この搬送口１５にはゲートバルブ（図示せず）が設けられ、これにより搬送口１５が開閉される。また、凹部２４の底面には３つの貫通孔（図示せず）が形成されており、これらの貫通孔を通して、３本の昇降ピン１６（図８参照）が上下動することができる。昇降ピン１６は、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを昇降させ、ウエハＷの搬送アーム１０との間で受け渡しを行う。
また、図３に示すように、実施形態に係る成膜装置１０００は、装置全体の動作のコントロールを行うための制御部２００を備えている。この制御部２００は、例えばコンピュータで構成されるプロセスコントローラ２００ａと、ユーザインタフェース部２００ｂと、メモリ装置２００ｃとを有する。ユーザインタフェース部２００ｂは、成膜装置の動作状況を表示するディスプレイや、成膜装置の操作者がプロセスレシピを選択したり、プロセス管理者がプロセスレシピのパラメータを変更したりするためのキーボードやタッチパネル（図示せず）などを有する。
なお、制御部２００は、後述するサセプターのクリーニング方法を実行するための制御も行う。
メモリ装置２００ｃは、プロセスコントローラ２００ａに種々のプロセスを実施させる制御プログラム、プロセスレシピ、及び各種プロセスにおけるパラメータなどを記憶している。また、これらのプログラムには、例えば後述するクリーニング方法を行わせるためのステップ群を有しているものがある。これらの制御プログラムやプロセスレシピは、ユーザインタフェース部２００ｂからの指示に従って、プロセスコントローラ２００ａにより読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体２００ｄに格納され、これらに対応した入出力装置（図示せず）を通してメモリ装置２００ｃにインストールしてよい。コンピュータ可読記憶媒体２００ｄは、ハードディスク、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ、フレキシブルディスク、半導体メモリなどであってよい。また、プログラムは通信回線を通してメモリ装置２００ｃへダウンロードしてもよい。
［第１の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法］
次に、図９及び図１０を用いて、第１の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法を説明する。ここで、図９は、本発明の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法のフローチャートであり、図１０は、第１の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法のフローを模式的に示す図である。
図９，１０に示すように、第１の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法において、まず、処理室１００内にサセプター２をセットし、サセプター２はウエハＷを載置しない状態として、サセプター２の表面にプレコーティング膜９０を形成する、プレコーティング膜形成工程を実行する（ステップＳ３００）。
プレコーティング膜形成工程では、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を成膜するのと実質的に同様の方法を適用して、ウエハＷの表面ではなく、サセプター２の表面にシリコン酸化膜を形成する。
処理室１００内では、内部を真空雰囲気とし、ヒータユニット７を作動させてサセプター２を加熱し、加熱されたサセプター２を所定の回転速度で回転させる。回転するサセプター２に対し、分離ガスノズル４１，４２から分離ガスであるＮ２ガスを供給し、プレコーティングガスノズル３６からプレコーティングガスを供給し、酸化ガスノズル３２から酸化ガスであるオゾンガスを供給する。これら複数種のガスの供給を同時に行い、従って、反応ガスと分離ガスがサセプター２に対して同時に供給される。
ここで、プレコーティングガスとしてシリコン含有ガスが適用される。具体的には、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２）３Ｈ）、４ＤＭＡＳ（テトラキスジメチルアミノシラン Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２）４）等のアミノシラン系や、ＴＣＳ（テトラクロロシラン ＳｉＣｌ４）、ＤＣＳ（ジクロロシラン ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＳｉＨ４（モノシラン）、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン Ｓｉ２Ｃｌ６）等が適用される。
このように、プレコーティングガスとしてシリコン含有ガスが適用されること、及び、原料ガスノズル３１からもシリコン含有ガスが提供されることから、本実施形態では、プレコーティングガスノズル３６を使用せず、原料ガスノズル３１を使用してプレコーティングガスを供給してもよい。
すなわち、ウエハＷの表面にシリコン酸化物を形成する方法と同様に、サセプター２の回転を継続しながら、サセプター２の表面へのシリコン含有ガスの吸着と、サセプター２の表面に吸着したシリコン含有ガスの酸化をこの順番で多数回に亘って行う原子層成膜法（ＡＬＤ法：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を実行する。
この成膜法により、サセプター２の表面にシリコン酸化膜のプレコーティング膜９０を形成する。例えば、厚みが３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜からなるプレコーティング膜９０を形成する。なお、反応ガスである酸化ガスは、オゾンガスの他に酸素ガスであってもよい。
上記するように、本実施形態では、ウエハＷの表面にＨｉｇｈ−Ｋ膜を形成するが、プレコーティング膜形成工程にて形成されるプレコーティング膜は、成膜処理の際に形成される絶縁膜もしくは保護膜（本実施形態では絶縁膜であるＨｉｇｈ−Ｋ膜）とエッチングレート（もしくはエッチング選択比）の異なる膜を形成する。ＨｆＯ、ＺｒＯやＡｌＯ等からなるＨｉｇｈ−Ｋ膜と、ＳｉＯ２膜とのエッチングレートは大きく異なっており、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜に対してＳｉＯ２膜のエッチングレートは高い。
このように、第１の実施形態に係るクリーニング方法では、プレコーティング膜と、成膜処理にてウエハ表面に形成される成膜（及びサセプター２表面の堆積膜）とのエッチングレートが異なるように双方の膜種を選択する。より具体的には、成膜処理にてウエハ表面に形成される成膜よりもエッチングレートの高いプレコーティング膜９０をサセプター２の表面に形成する。従って、本実施形態のようにＨｉｇｈ−Ｋ膜が成膜される場合においては、プレコーティング膜として、本実施形態にて取り上げるシリコン酸化膜の他にも、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜よりもエッチングレートの高いシリコン窒化膜等が適用されてもよい。
シリコン窒化膜からなるプレコーティング膜を形成する場合は、プレコーティングガスノズル３６から例えば上記と同様のシリコン含有ガスを吐出し、酸化ガスノズル３２は窒化ガスノズルとして使用して、窒化ガスノズルを介して反応ガスであるＮＨ３等の窒素含有ガスを吐出することにより、シリコン窒化膜からなるプレコーティング膜が形成される。
処理室１００内において、サセプター２の表面にシリコン酸化膜からなるプレコーティング膜９０を形成した後、処理室１００の搬送口１５を介して基板であるウエハＷを処理室１００内にロードし、サセプター２の各凹部２４にウエハＷを載置する。そして、処理室１００内を真空雰囲気とし、ヒータユニット７を作動させてウエハＷを載置するサセプター２を加熱して所定の回転速度で回転させ、分離ガスノズル４１，４２から分離ガスであるＮ２ガスを供給し、原料ガスノズル３１から原料ガスである有機金属ガス等を供給する。
この有機金属ガスとしては、トリ（ジメチルアミノ）シクロペンタジエニルジルコニウム（Ｃ１１Ｈ２３Ｎ３Ｚｒ）等のガスが用いられてよく、その他、アルミニウム、ハフニウム、チタン等の金属又はシラン等の半金属を含む有機金属化合物を蒸発させた有機金属ガスが用いられてもよい。一方、酸化ガスノズル３２からオゾンガスが供給され、有機金属ガスが酸化ガスと反応して酸化することにより、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜９５が成膜されていく。なお、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜９５は、比較的低温の３００℃程度の温度雰囲気下にて成膜される。
サセプター２の回転を継続しながら、ウエハＷ及びサセプター２の表面への有機金属ガスの吸着と、ウエハＷ及びサセプター２の表面に吸着した有機金属ガスの酸化をこの順番で多数回に亘って行う原子層成膜法を実行する。この成膜法により、ウエハＷの表面には所定厚のＨｉｇｈ−Ｋ膜９５が成膜され、ウエハＷを収容する凹部２４以外のサセプター２の表面にはクリーニング対象であるＨｉｇｈ−Ｋ膜からなる堆積膜９６が形成される（堆積膜形成工程、ステップＳ３０２）。
ウエハＷの表面に数ｎｍ程度の膜厚のＨｉｇｈ−Ｋ膜９５が成膜された段階で、処理室１００からウエハＷをアンロードし、別途のウエハＷを処理室１００内にロードしてサセプター２上に載置する。そして、上記と同様の成膜処理を実行し、ウエハＷ表面に数ｎｍ程度の膜厚のＨｉｇｈ−Ｋ膜９５を同様に成膜し、成膜後、処理室１００からアンロードする。以上の成膜処理を所定回数実行することにより、サセプター２の凹部２４以外の箇所においてはクリーニング対象のＨｉｇｈ−Ｋ膜からなる堆積膜９６が堆積形成されていく。例えば、堆積膜９６の膜厚が２０μｍ程度になった段階で、サセプター２から堆積膜９６を除去するクリーニング処理を実行する。
このクリーニング処理では、堆積膜９６に対してクラックを発生させるクラック導入工程を実行する（ステップＳ３０４）。成膜処理時に真空雰囲気下に置かれていた処理室１００を大気開放して大気圧雰囲気下に置くとともに、ヒータユニット７にて高温雰囲気であった処理室１００内を室温雰囲気とすることにより、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜からなる堆積膜９６には、外側表面からサセプター２に接触する内側に通じる多数のクラック９７が自動的に発生する。
堆積膜９６に多数のクラック９７を発生させた後、サセプター２を再度回転させ、処理室１００内において、分離ガスノズル４１，４２から分離ガスであるＮ２ガスを供給し、クリーニングガスノズル３５からプレコーティング膜除去用ガスであるＣｌＦ３等のフッ素系ガスをサセプター２に供給する。サセプター２に供給されたフッ素系ガスは、堆積膜９６内をクラック９７を介して浸透してサセプター２まで到達する。サセプター２の表面にはプレコーティング膜９０が存在しているが、堆積膜９６よりもエッチングレートの高いプレコーティング膜９０はフッ素系ガスにてエッチングされ、ガス化されて消散する（以上、プレコーティング膜除去工程、ステップＳ３０６）。
このプレコーティング膜除去工程では、フッ素系ガスにてプレコーティング膜９０がエッチングされる一方で、石英等からなるサセプター２のフッ素系ガスによるエッチングは効果的に抑制される。
プレコーティング膜除去工程によってプレコーティング膜９０が消散した後、堆積膜除去工程を実行する（ステップＳ３０８）。なお、ここで言う堆積膜除去工程は、堆積膜９６をサセプター２の表面から完全に排除処理する工程を意味しているが、実際には、プレコーティング膜９０が消散することにより、その外側にある堆積膜９６はサセプター２からそのままリフトオフされることになる。従って、堆積膜９６のリフトオフにてクリーニングが完了であるとする場合は、プレコーティング膜除去工程の終了により、自動的に堆積膜除去工程も終了するとしてよい。そして、この場合には、プレコーティング膜除去工程の終了により、第１の実施形態にかかるサセプターのクリーニング方法は終了する。なお、以上のクリーニング方法はドライクリーニング方法による。
しかしながら、堆積膜９６がリフトオフされた状態では、サセプター２の表面においてクラック９７が発生してふさふさの状態の堆積膜９６が存在している。堆積膜９６が存在している状態では、サセプター２の表面が完全にクリーニングされたとは言えない。そこで、堆積膜除去工程では、処理室１００内を大気開放し、真空掃除機９８を使用して堆積膜９６のバキューム吸引除去を実行する。
この真空掃除機９８による堆積膜９６のバキューム吸引除去により、堆積膜９６が完全に除去されたと判断できる場合は、このバキューム吸引除去までが堆積膜除去工程となり、ここで、第１の実施形態にかかるサセプターのクリーニング方法は終了する。
ところで、真空掃除機９８によるバキューム吸引除去が終了した段階では、サセプター２の表面にリフトオフされずに付着したままの微小な堆積膜９６が存在し得る。そして、このように微小な堆積物９６がサセプター２の表面に残存している状態でサセプター２の再使用を図ると、残存している微小な堆積物９６がパーティクルの原因となり得る。そこで、堆積膜除去工程の仕上げ工程として、処理室１００からサセプター２を取り出し、洗浄液９９内にサセプター２を浸漬するウェットクリーニング処理を実行する。
堆積膜９６が上記するＨｉｇｈ−Ｋ膜からなる場合、洗浄液９９には、フッ酸液（ＨＦ）や希フッ酸液（ＤＨＦ）、バッファードフッ酸液（ＢＨＦ（ＮＨ４／ＨＦ／Ｈ２０））等を適用することにより、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜がこれらの洗浄液９９によって溶け、サセプター２の表面から効果的に洗い流すことができる。
多くの堆積膜９６は前工程にてサセプター２の表面からリフトオフされていることから、ウェットクリーニングによる洗浄時間は短くてよく、ＤＨＦ等によるウェット洗浄におけるサセプター２のエッチングを抑制することができる。なお、堆積膜９６の残渣が多くない場合には、純水によるウェットクリーニングを適用してもよい。
このように、第１の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法によれば、石英からなるサセプター２が、フッ素系ガスによってエッチングされることや、ＤＨＦ等の洗浄液によってエッチングされることを抑制できる。そのため、サセプター２を定期的にクリーニング（メンテナンス）しながら、サセプター２の再使用回数を増加させ、サセプター２の寿命を長期化させることが可能になる。
［第２の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法］
次に、図９及び図１１を用いて、第２の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法を説明する。ここで、図１２は、第２の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法のフローを模式的に示す図である。
第１の実施形態に係るクリーニング方法と第２の実施形態に係るクリーニング方法の違いは、プレコーティング膜形成工程にて形成するプレコーティング膜の膜種が異なること、及び、この膜種の相違に起因して、プレコーティング膜除去工程において適用する反応ガス種が異なることである。第１の実施形態に係るクリーニング方法が、プレコーティング膜と堆積膜（成膜処理による成膜）との間の異なるエッチングレートに基づいてプレコーティング膜をエッチングしたのに対して、第２の実施形態に係るクリーニング方法ではプレコーティング膜を酸化し、アッシングすることによって除去する点が最大の相違点である。以下、第１の実施形態に係るクリーニング方法と同様の処理方法に関する重複した説明は省略する。
まず、プレコーティング膜形成工程では、処理室１００内にサセプター２を設置した後、サセプター２を加熱して回転させ、分離ガスであるＮ２ガスを供給し、プレコーティングガスノズル３６からプレコーティングガスとして炭素系ガスを供給する。サセプター２が加熱され、処理室１００内が高温雰囲気下にあることにより、炭素系ガスがサセプター２の表面に蒸着する化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＣＶＤ−炭素系膜からなるプレコーティング膜９０Ａが形成される。なお、図示例は、熱エネルギーによってＣＶＤ膜を形成する方法を示しているが、処理室１００に高周波電源を装備しておき、プラズマエネルギーによるプラズマＣＶＤ膜を形成する方法であってもよい。
堆積膜形成工程にて、Ｈｉｇｈ−Ｋ膜９５を形成するとともにサセプター２の表面に堆積膜９６が形成され、所定厚の堆積膜９６が形成された段階で、クラック導入工程にて堆積膜９６にクラック９７を発生させる。
本実施形態に係るクリーニング方法において、プレコーティング膜除去工程では、酸化ガスノズル３３から、プレコーティング膜除去用ガスであるＯ３等の酸化ガスをサセプター２に供給する。
クラック９７を介して堆積膜９６内を浸透し、ＣＶＤ−炭素系膜からなるプレコーティング膜９０Ａに到達した酸化ガスは、ＣＶＤ−炭素系膜をアッシングする。なお、プレコーティング膜除去用ガスとして酸素ガスを適用してもよく、酸素ガスを適用する場合は、さらにプラズマ処理された酸素ガスを使用してＣＶＤ−炭素系膜をプラズマアッシングしてもよい。
ＣＶＤ−炭素系膜からなるプレコーティング膜９０Ａが酸化ガスにてアッシングされることにより、サセプター２から堆積膜９６がリフトオフされる。第１の実施形態に係るクリーニング方法と同様に、リフトオフされた堆積膜９６は、必要に応じてバキューム吸引除去され、さらには、洗浄液によるウェットクリーニングされてよい。
第２の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法によっても、石英からなるサセプター２が、フッ素系ガスによってエッチングされることや、ＤＨＦ等の洗浄液によってエッチングされることを抑制できる。そのため、サセプター２を定期的にクリーニング（メンテナンス）しながら、サセプター２の再使用回数を増加させ、サセプター２の寿命を長期化させることが可能になる。
［さらに他の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法］
図示を省略するが、以下、さらに他の実施形態に係るサセプターのクリーニング方法を説明する。
まず、第１、第２の実施形態に係るクリーニング方法では、成膜処理にて使用される処理室１００を使用して、サセプターの表面にプレコーティング膜を形成しているが、成膜処理にて使用される処理室１００とは異なる処理室（チャンバー）にてサセプターにプレコーティング膜を形成する方法であってもよい。別途のチャンバーでプレコーティング膜が形成されたサセプターを成膜処理にて使用される処理室１００に収容し、以後、上記で説明する堆積膜形成工程やクラック導入工程等を実行する。
なお、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
１ 真空容器
２ サセプター（回転テーブル）
４ 凸部
２４ 凹部
３１ 原料ガスノズル
３２ 酸化ガスノズル
３５ クリーニングガスノズル
３６ プレコーティングガスノズル
４１，４２ 分離ガスノズル
５１ 分離ガス供給管
６１，６２，６３ 排気口
６３ 排気管
６５ 圧力調整器
７ ヒータユニット
７２，７３ パージガス供給管
８１ 分離ガス供給管
９０、９０Ａ プレコーティング膜
９５ Ｈｉｇｈ−Ｋ膜
９６ 堆積膜
９７ クラック
９８ 真空掃除機
９９ 洗浄液
１００ 処理室
２００ 制御部
１０００ 成膜装置
Ｗ ウエハ（基板）
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｄ 分離領域
Ｃ 中心領域

Claims (7)

  1. 処理室内において基板を載置するサセプターのクリーニング方法であって、
    前記処理室内に前記サセプターを設置し、該サセプターの表面に炭素系膜からなるプレコーティング膜を形成するプレコーティング膜形成工程と、
    前記プレコーティング膜が形成された前記サセプター上に基板を載置して成膜処理を実行し、該成膜処理の過程で前記サセプターの表面に堆積膜が形成される堆積膜形成工程と、
    前記堆積膜にクラックを発生させるクラック導入工程と、
    前記処理室内にオゾン又は酸素からなるプレコーティング膜除去用ガスを供給し、前記クラックを介して該プレコーティング膜除去用ガスを前記プレコーティング膜に到達させ、該プレコーティング膜をアッシングして除去するプレコーティング膜除去工程と、
    前記堆積膜を除去する堆積膜除去工程と、を有することを特徴とする、サセプターのクリーニング方法。
  2. 前記堆積膜がＨｉｇｈ−Ｋ膜であることを特徴とする、請求項１に記載のサセプターのクリーニング方法。
  3. 前記堆積膜形成工程は、前記処理室内を真空雰囲気にして実行し、
    前記クラック導入工程は、前記処理室内を大気圧雰囲気にすることにより、前記プレコーティング膜にクラックを導入することを特徴とする、請求項１又は２に記載のサセプターのクリーニング方法。
  4. 前記堆積膜除去工程では、前記プレコーティング膜除去工程において前記プレコーティング膜が除去されることにより、前記堆積膜が前記サセプターからリフトオフされ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サセプターのクリーニング方法。
  5. 前記堆積膜除去工程では、リフトオフされずに残った前記堆積膜の残渣をさらにバキューム吸引除去することを特徴とする、請求項４に記載のサセプターのクリーニング方法。
  6. 前記堆積膜除去工程では、前記バキューム吸引除去に続いて洗浄処理を行うことを特徴とする、請求項５に記載のサセプターのクリーニング方法。
  7. 前記洗浄処理では、フッ酸液（ＨＦ）、希フッ酸液（ＤＨＦ）、バッファードフッ酸液（ＢＨＦ（ＮＨ４／ＨＦ／Ｈ２０））、純水のいずれか一種を使用することを特徴とする、請求項６に記載のサセプターのクリーニング方法。
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