JPH111773A

JPH111773A - 排気装置および排気方法

Info

Publication number: JPH111773A
Application number: JP9164879A
Authority: JP
Inventors: Teruo Iwata; 輝夫岩田; Yuichiro Fujikawa; 雄一郎藤川; Takashi Horiuchi; 孝堀内; Kazuichi Hayashi; 和一林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2017-06-09
Also published as: JP3563565B2

Abstract

(57)【要約】【課題】クリーニングの際に用いられるトラップのメ
ンテナンスの際に装置を停止する必要がなく、しかもト
ラップを取り外した際にその中の反応生成物が化学反応
を起こすおそれがない排気装置および排気方法を提供す
ること。【解決手段】基板Wを収容するチャンバー1と、チャン
バー1内に成膜ガスを導入する成膜ガス導入系と、チャ
ンバー1内にクリーニングガスを導入するクリーニング
ガス導入系と、チャンバー1内を排気する排気系9とを具
備する。排気系9は、主排気ライン31と、主排気ライン3
1に設けられた排気ポンプ33と、主排気ライン31をバイ
パスするバイパスライン32と、バイパスライン32に設け
られたトラップ34と、トラップ34内を真空封入するため
のバルブ37,38と、バイパスライン32のトラップ34の前
段部および後段部にガスを封入するためのガス供給系4
0,41と、主排気ラインを開閉するバルブ35と、バイパス
ラインを開閉するバルブ36とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、例えばＴｉ膜など
の薄膜を成膜する成膜装置に用いられる排気装置に関
し、特にクリーニング処理の際に排気系に用いられるト
ラップのメンテナンスを考慮した排気装置および排気方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスにおいては、金属配線層
や、下層のデバイスと上層の配線層との接続部であるコ
ンタクトホール、上下の配線層同士の接続部であるビア
ホールなどの層間の電気的接続のための埋め込み層、さ
らには埋め込み層形成に先立って拡散防止のために形成
される、Ｔｉ（チタン）膜およびＴｉＮ（窒化チタン）
膜の２層構造のバリア層など金属系の薄膜が用いられ
る。

【０００３】このような金属系の薄膜は物理的蒸着（Ｐ
ＶＤ）を用いて成膜されていたが、最近のようにデバイ
スの微細化および高集積化が特に要求され、デザインル
ールが特に厳しくなって、それにともなって線幅やホー
ルの開口径が一層小さくなり、しかも高アスペクト比化
されるにつれ、特に、バリア層を構成するＴｉ膜やＴｉ
Ｎ膜においてはＰＶＤ膜ではホール底に成膜することが
困難となってきた。

【０００４】そこで、バリア層を構成するＴｉ膜および
ＴｉＮ膜を、より良質の膜を形成することが期待できる
化学的蒸着（ＣＶＤ）で成膜することが行われている。
そして、ＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する場合には、反応
ガスとしてＴｉＣｌ₄（四塩化チタン）およびＨ₂（水
素）が用いられ、ＴｉＮ膜を成膜する場合には、反応ガ
スとしてＴｉＣｌ₄とＮＨ₃（アンモニア）またはＭＭＨ
（モノメチルヒドラジン）とが用いられる。

【０００５】ところで、ＣＶＤによって上記のような薄
膜を成膜する場合には、被成膜基板である半導体ウエハ
に膜が堆積するとともに、チャンバー壁にも堆積物が付
着する。このため、成膜終了後、次の成膜に先だってチ
ャンバー内をクリーニングする。この際のクリーニング
においては、近時、チャンバー壁およびサセプターを加
熱するとともにＣｌＦ₃ガスをチャンバー内に導入して
堆積物を分解する方法が採用されている。

【０００６】Ｔｉ膜成膜後のクリーニングに際しては、
ＣｌＦ₃ガスとＴｉとが反応してＴｉＦ₄が反応生成物と
して発生するため、排気系にはこれを捕捉するためのト
ラップが設けられている。そして、このようなトラップ
のメンテナンスの際には、従来、排気系を停止させ、排
気系全てを大気圧にした後、トラップを取り外してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トラッ
プのメンテナンスの際には排気系を停止するため、成膜
装置を停止せざるを得ず、効率が悪い。これに対して、
トラップが設けられた２つ排気経路のいずれか一方で排
気を行うダブルトラップ方式が開示されているが（例え
ば特開平８−１７６８２９号公報）、装置が大型化して
好ましくない。また、メンテナンスの際にトラップを取
り外すと、その中が大気圧になるため、トラップ内の反
応生成物が化学反応を起こす可能性がある。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、クリーニングの際に用いられるトラップの
メンテナンスの際に装置を停止する必要がなく、装置も
大型化せず、しかもトラップを取り外した際にその中の
反応生成物が化学反応を起こすおそれがない排気装置お
よび排気方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、チャンバー内に被処理基板を設置し、
被処理基板に対して成膜処理行い、その後チャンバー内
にクリーニングガスを導入してクリーニング処理を行う
成膜装置に用いられる排気装置であって、前記チャンバ
ーに接続された主排気ラインと、前記主排気ラインに設
けられた排気ポンプと、前記主排気ラインをバイパスす
るバイパスラインと、前記バイパスラインに取り外し可
能に設けられたトラップと、前記トラップ内を真空封入
するための真空封入バルブと、前記バイパスラインの前
記トラップの前段部および後段部にガスを封入するため
のガス供給手段と、前記主排気ラインを開閉する第１の
開閉バルブと、前記バイパスラインを開閉する第２の開
閉バルブとを有することを特徴とする排気装置を提供す
る。

【００１０】第２発明は、第１発明において、前記バイ
パスラインの前記トラップに至るまでの部分を加熱する
加熱装置をさらに具備することを特徴とする排気装置を
提供する。

【００１１】第３発明は、第１発明の排気装置を用いて
排気を行う排気方法であって、成膜処理の際は、前記第
１の開閉バルブを開にして前記主排気ラインを通って排
気を行い、クリーニング処理の際は、前記第２の開閉バ
ルブを開にして前記バイパスラインを通って排気を行
い、前記トラップを取り外す際には、トラップ内を減圧
した後真空封入バルブを閉じて真空封入し、前記ガス供
給手段により前記バイパスラインの前記トラップの前段
部および後段部にガスを封入して大気圧にした後に行う
ことを特徴とする排気方法を提供する。

【００１２】第４発明は、第３発明において、前記主排
気ラインを通って排気しつつ成膜処理を行うと同時に、
前記トラップのメンテナンスを行うことを特徴とする成
膜方法を提供する。

【００１３】本発明においては、排気系を主排気ライン
とバイパスラインとに分け、バイパスラインにトラップ
を設け、主排気ラインとバイパスラインとをバルブで開
閉可能にしたので、成膜処理の際には排気系の主排気ラ
インを通って排気を行い、クリーニング処理の際には、
トラップが設けられ前記主排気ラインをバイパスするバ
イパスラインを通って排気を行い、トラップを取り外す
際には、トラップ内を減圧した後真空封入し、バイパス
ラインのトラップの前段部および後段部にガスを封入し
て大気圧にした後に行うことができる。したがってトラ
ップのメンテナンス時に主排気ラインを使用して成膜処
理を行うことができ、しかもトラップ内の反応生成物に
化学反応が生じるおそれがない。

【００１４】また、第２発明のように、バイパスライン
のトラップに至るまでの部分を加熱装置で加熱すること
により、クリーニングの際に発生した反応生成物がバイ
パスラインに付着することを防止することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発
明の一実施形態に係るＣＶＤ−Ｔｉ成膜装置を示す断面
図である。この成膜装置は、気密に構成された略円筒状
のチャンバー１を有しており、その中には被処理体であ
る半導体ウエハＷを水平に支持するためのサセプター２
が円筒状の支持部材３により支持された状態で配置され
ている。サセプター２の外縁部には半導体ウエハＷをガ
イドするためのガイドリング４が設けられている。ま
た、サセプター２にはヒーター５が埋め込まれており、
このヒーター５は電源６から給電されることにより被処
理体である半導体ウエハＷを所定の温度に加熱する。電
源６にはコントローラー７が接続されており、これによ
り図示しない温度センサーの信号に応じてヒーター５の
出力が制御される。

【００１６】チャンバー１の天壁１ａには、シャワーヘ
ッド１０がサセプター２に支持された半導体ウエハＷと
対向するように設けられており、そのウエハＷと対向す
る下面には多数のガス吐出孔１０ａが形成されている。
シャワーヘッド１０の内部には空間１１が形成されてお
り、その中に水平に多数の孔が形成された分散板１２が
設けられている。チャンバー１の天壁１ａの中央にはシ
ャワーヘッド１０内部の空間１１にガスを導入するガス
導入口１３が形成されており、このガス導入口１３には
ガス供給管１５が接続されている。

【００１７】ガス供給管１５には、Ｈ₂源１６、Ａｒ源
１７、ＴｉＣｌ₄源１８、ＣｌＦ₃源１９が配管１５ａを
介して接続されており、これらガス源から所望のガスが
ガス供給管１５およびシャワーヘッド１０を通ってチャ
ンバー１内に供給される。成膜の際には、Ｈ₂源１６、
Ａｒ源１７およびＴｉＣｌ₄源１８から、それぞれＨ₂ガ
ス、ＡｒガスおよびＴｉＣｌ₄ガスが供給され、これら
により半導体ウエハＷにＴｉ膜が形成される。さらに、
チャンバー１内をクリーニングする場合には、ＣｌＦ₃
源１９からＣｌＦ₃ガスが供給される。なお、各ガス源
からの配管１５ａには、いずれもバルブ２６およびマス
フローコントローラー２７が設けられている。

【００１８】チャンバー１の天壁１ａにはマッチング回
路２２を介して高周波電源２３が接続されており、この
高周波電源２３から天壁１ａに高周波電力が印可され得
るようになっている。この高周波電力により、チャンバ
ー１内に成膜ガスのプラズマが形成される。なお、チャ
ンバー１の天壁１ａとチャンバー１の側壁との間は、絶
縁部材１４により電気的に絶縁されており、チャンバー
１は接地されている。

【００１９】チャンバー１の底壁１ｂには、排気ポート
８が設けられており、この排気ポート８にはチャンバー
１内を排気するための排気系９が接続されている。この
排気系９は、図２に示すように、主排気ライン３１を備
えており、この主排気ライン３１がチャンバー１の排気
ポート８に接続されている。そして、この主排気ライン
３１には排気のための真空ポンプ３３が設けられてい
る。

【００２０】主排気ライン３１の排気ポート８近傍部分
（分岐点Ａ）にはバイパスライン３２が分岐して設けら
れており、このバイパスライン３２は主排気ライン３１
の真空ポンプ３３の前段部分（合流点Ｂ）に接続されて
いる。このバイパスライン３２には反応生成物を捕捉す
るためのトラップ３４が設けられている。トラップ３４
の上流側および下流側にはバルブ３７，３８が設けられ
ており、トラップ３４内が真空排気された後、これらバ
ルブ３７，３８を閉じることにより、トラップ３４内を
真空封入することができるようになっている。バルブ３
７，３８の外側には取り外し部ＣおよびＤが存在し、こ
の取り外し部ＣおよびＤにおいてトラップ３４の取り外
しが可能となっている。

【００２１】主排気ライン３１およびバイパスライン３
２の分岐点Ａ近傍下流側には、それぞれバルブ３５およ
びバルブ３６が設けられており、これらバルブにより、
主排気ライン３１およびバイパスライン３２を開閉する
ようになっている。また、バイパスライン３２の下流側
の取り外し部Ｄのさらに下流側には開閉用のバルブ３９
が設けられている。

【００２２】一方、バイパスライン３２のバルブ３６と
バルブ３７の間、およびバルブ３８とバルブ３９の間に
はガス供給ライン４０が接続されている。このガス供給
ライン４０にはＮ₂ガスボンベ４１が接続されており、
バイパスライン３２のバルブ３６とバルブ３７の間、お
よびバルブ３８とバルブ３９の間の部分にＮ₂ガスを供
給することができるようになっている。ガス供給ライン
４０にはバルブ４２が設けられており、これによりＮ₂
ガスの供給および停止を行う。なお、この際に使用する
ガスとしては、Ｎ₂に限らずＡｒガス等の他の不活性ガ
スを用いることができる。なた、各バルブ間には圧力モ
ニター用のセンサーを安全のために設置することが好ま
しい。

【００２３】このように構成される装置においては、ま
ず、チャンバー１内に半導体ウエハＷを装入し、ヒータ
ー５によりウエハＷを例えば４５０〜６００℃の温度に
加熱しながら、排気系９のバルブ３５を開にし、バルブ
３８および４０を閉じて、排気経路を主排気ライン３１
側にした状態で、真空ポンプ３３により真空引きして高
真空状態にし、チャンバー１内を例えば０．１〜１Torr
にし、Ａｒガス、Ｈ₂ガスおよびＴｉＣｌ₄を所定の流量
で５〜２０秒間程度プリフローし、引き続き同じ条件で
ガスをフローさせてＴｉ膜の成膜を所定時間行う。そし
て、成膜終了後、半導体ウエハＷをチャンバー１から搬
出する。

【００２４】成膜後のチャンバー１およびサセプター２
にはＴｉが堆積しているため、チャンバー１内のクリー
ニングを行う。このクリーニングに際しては、成膜用の
ＴｉＣｌ₄ガスおよびＨ₂ガスの供給を停止し、チャンバ
ー１内へＣｌＦ₃ガスを供給する。この際に、サセプタ
ー２のヒーター５およびチャンバーの壁部に設けられた
ヒーター（図示せず）によりサセプター２およびチャン
バー壁を例えば３００℃程度に加熱する。ＣｌＦ₃は反
応性が高いため、このように加熱するのみでＴｉと反応
して所定温度以上でガス化する四フッ化チタン（ＴｉＦ
₄）を生成し、チャンバー外へ排出することができる。
すなわちクリーニングガスとしてＣｌＦ₃を用いること
によりプラズマレスクリーニングが可能であり、極めて
簡便にクリーニングを行うことができる。

【００２５】この場合に、バルブ３６を開にし、バルブ
３５を閉じて、排気経路をバイパスライン３２側にした
状態で、真空ポンプ３３によりバイパスライン３２を通
って排気を行う。バイパスライン３２に導かれた排ガス
中のＴｉＦ₄はトラップ３５で捕捉される。

【００２６】トラップ３４のメンテナンスを行う場合に
は、バルブ３５，３６，３７を閉にし、バルブ３８，３
９を開にした状態で、真空ポンプ３３を作動させ、トラ
ップ３４内を排気して減圧状態とし、その後バルブ３
８，３９を閉じてトラップ３４内を真空封入する。そし
て、バルブ４２を開にしてＮ₂ガスボンベ４１からバイ
パスライン３２のバルブ３６とバルブ３７の間、および
バルブ３８とバルブ３９の間の部分にＮ₂ガスを供給し
て、これらの部分を大気圧にし、取り外し部ＣおよびＤ
からトラップ３４を取り外す。一方、上記のようにバル
ブ３８，３９を閉じた時点でバルブ３５を開にすること
により、主排気ライン３１による排気動作が可能とな
り、成膜処理を行うことができる。

【００２７】したがって、トラップ３４のメンテナンス
の際に、それと同時に成膜処理を行うことができ、トラ
ップ３４を取り外した状態でも成膜処理を続行すること
ができる。このように、トラップのメンテナンス時にお
いても成膜プロセスを実行することができるので極めて
効率が高い。

【００２８】また、上述のようにして取り外されたトラ
ップ３４は、真空封入されているので、その中の反応生
成物に化学反応が生じるおそれがない。この状態のトラ
ップ３４は、メンテナンス場所まで搬送され、そこでＮ
₂パージされ、洗浄される。

【００２９】なお、クリーニングガスを排気する際に
は、反応生成物であるＴｉＦ₄が排気ラインに付着する
おそれがあるため、図３に示すように、バイパスライン
３２のトラップ３４に至るまでの部分および主排気ライ
ンの分岐点Ａに至る部分に加熱装置４３を設け、これら
の部分をＴｉＦ₄のガス化温度以上に加熱する。これに
より、ＴｉＦ₄が付着することによる悪影響が回避され
る。

【００３０】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れることなく種々変形可能である。例えば上記実施の形
態では、ＣＶＤによってＴｉ膜を成膜し、ＣｌＦ₃ガス
でクリーニングする例を示したが、これに限るものでは
なく、特に、成膜の際には排気系への付着が問題になら
ないが、クリーニングの際に排気系に付着する反応生成
物を生成する場合に有効である。

【００３１】また、上記実施の形態では被処理基板とし
て半導体ウエハを用いた場合について説明したが、これ
に限らずＬＣＤ基板等他のものであってもよく、また、
基板上に他の層を形成したものであってもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排気系を主排気ラインとバイパスラインとに分け、バイ
パスラインにトラップを設け、主排気ラインとバイパス
ラインとをバルブで開閉可能にしたので、成膜処理の際
には排気系の主排気ラインを通って排気を行い、クリー
ニング処理の際には、トラップが設けられ主排気ライン
をバイパスするバイパスラインを通って排気を行い、ト
ラップを取り外す際には、トラップ内を減圧した後真空
封入し、バイパスラインのトラップの前段部および後段
部にガスを封入して大気圧にした後に行うことができ
る。したがって、トラップのメンテナンス時に主排気ラ
インを使用して成膜処理を行うことができ、ダブルトラ
ップのように装置を大型化することなく効率を高めるこ
とができると共に、トラップ内の反応生成物に化学反応
が生じるおそれを回避することができる。

【００３３】また、第２発明によれば、バイパスライン
のトラップに至るまでの部分を加熱装置で加熱するの
で、クリーニングの際に発生した反応生成物がバイパス
ラインに付着することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す断面
図。

【図２】図１の成膜装置の排気系を示す図。

【図３】排気系の他の例を示す図。

【符号の説明】

１……チャンバー２……サセプター８……排気ポート９……排気系１０……シャワーヘッド１０ａ……ガス吐出孔１６……Ｈ₂源１７……Ａｒ源１８……ＴｉＣｌ₄源１９……ＣｌＦ₃源３１……主排気ライン３２……バイパスライン３３……真空ポンプ３４……トラップ３５，３６，３７，３８，３９，４２……バルブ４０……ガス供給ライン４１……Ｎ₂ガスボンベ４３……加熱装置Ｗ……半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林和一山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンバー内に被処理基板を設置し、被
処理基板に対して成膜処理行い、その後チャンバー内に
クリーニングガスを導入してクリーニング処理を行う成
膜装置に用いられる排気装置であって、前記チャンバーに接続された主排気ラインと、前記主排気ラインに設けられた排気ポンプと、前記主排気ラインをバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに取り外し可能に設けられたトラッ
プと、前記トラップ内を真空封入するための真空封入バルブ
と、前記バイパスラインの前記トラップの前段部および後段
部にガスを封入するためのガス供給手段と、前記主排気ラインを開閉する第１の開閉バルブと、前記バイパスラインを開閉する第２の開閉バルブとを有
することを特徴とする排気装置。
【請求項２】前記バイパスラインの前記トラップに至
るまでの部分を加熱する加熱装置をさらに具備すること
を特徴とする請求項１に記載の排気装置。
【請求項３】請求項１の排気装置を用いて排気を行う
排気方法であって、成膜処理の際は、前記第１の開閉バ
ルブを開にして前記主排気ラインを通って排気を行い、
クリーニング処理の際は、前記第２の開閉バルブを開に
して前記バイパスラインを通って排気を行い、前記トラップを取り外す際には、トラップ内を減圧した
後真空封入バルブを閉じて真空封入し、前記ガス供給手
段により前記バイパスラインの前記トラップの前段部お
よび後段部にガスを封入して大気圧にした後に行うこと
を特徴とする排気方法。
【請求項４】前記主排気ラインを通って排気しつつ成
膜処理を行うと同時に、前記トラップを取り外すことを
特徴とする請求項３に記載の排気方法。