JPH11222678A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成膜プロセス中において、プロセスチャンバ
内の圧力を成膜プロセスに適した高圧の圧力範囲に維持
する。 【解決手段】 プロセスチャンバの排気を排気特性の異
なる２つの排気系を用いて行うことによって、プロセス
チャンバ内の達成圧力に応じた排気系による排気動作を
行うものであり、高真空用の真空ポンプ（ターボ分子ポ
ンプ２）を備える排気系とドライポンプ３を備える排気
系の２系統の排気系をプロセスチャンバ１に切り替え可
能とし、この排気系の切り替えにおいて、成膜プロセス
中はドライポンプを備えた排気系に切り替える構成とす
る。２系統の排気系によってプロセスチャンバ１を排気
して高真空状態とし、プロセスチャンバの内壁面に付着
しているガス成分の除去を行い、成膜プロセスでは、ド
ライポンプを備える排気系のみでプロセスチャンバの排
気を行い、プロセスチャンバ内の圧力を成膜プロセスに
適した高圧の圧力範囲に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜装置に関し、
特にプロセスチャンバの排気を行う排気系に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ヘッドやディスク等の半導体装置や
半導体素子のプロセス工程では、チャンバ内に配置した
基板上で種々の薄膜を形成する成膜装置が用いられてい
る。成膜装置としては種々の装置が知られており、例え
ば、プラズマ放電エネルギーを利用して化学反応を推進
することによって、熱的に励起されにくい分子を活性化
し、低温で膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置があり、こ
のプラズマＣＶＤ装置として電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）を用いて膜形成を行うＥＣＲＣＶＤ装置が知
られている。

【０００３】図４はＥＣＲＣＶＤ装置を説明するための
概略図である。図４において、ＥＣＲＣＶＤ装置はプラ
ズマチャンバ２２とプロセスチャンバ２１を備える。プ
ラズマチャンバ２２内には、プラズマ発生用ガスを導入
するとともに、マイクロ波電源（図示していない）から
周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力を導波管２０を
介してプラズマチャンバ２２に導入することによって放
電が励起される。

【０００４】プラズマチャンバ２２の周囲に設置した磁
場発生用のコイル２３が発せする磁場は、プラズマ中の
電子をプラズマチャンバ２２の内壁に沿って回転させ
る。この回転周波数をマイクロ波の周波数と一致させる
ことによって、マイクロ波のエネルギーを電子に効率良
く吸収させることができる。プラズマチャンバ２２内で
形成されたイオン流は、プラズマ取り出し窓２４を通し
てプロセスチャンバ２１内に導入され、プロセスチャン
バ２１内に設置された基板２５を低エネルギーで衝撃し
て成膜反応を支援する。チャンバ２１，２２内の減圧
は、プロセスチャンバ２１の排気口２６に接続された排
気装置によって行われる。

【０００５】図５は、成膜装置において、従来より用い
られている排気系を説明するための概略ブロック図であ
る。成膜装置では大気圧から高真空までの排気を行う必
要があるため、低真空排気ポンプと高真空排気ポンプと
組み合わせた排気系を構成している。図５に示す成膜装
置の排気系では、プロセスチャンバ１に調圧バルブ１４
を介してロータリポンプ８とターボ分子ポンプ２とを直
列に接続している。

【０００６】ターボ分子ポンプは１．５Ｔｏｒｒから１
０^-8Ｔｏｒｒあるいは超高真空タイプでは１０^-10Ｔｏ
ｒｒまで範囲の排気を行うことができ、また、油回転ポ
ンプ等のロータリポンプは大気圧から１０^-1Ｔｏｒｒ〜
１Ｔｏｒｒまでの排気を行うことができる。

【０００７】図６はロータリポンプとターボ分子ポンプ
の排気速度と吸入圧力との関係を示す図である。図６に
おいて、ターボ分子ポンプの排気速度−吸入圧力曲線は
Ａで示し、ロータリポンプ排気速度−吸入圧力曲線はＢ
で示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の成膜装置に用い
られるような、ロータリポンプとターボ分子ポンプとを
直列接続した排気系によってプロセスチャンバ内を減圧
する構成では、成膜プロセス中において、プロセスチャ
ンバ内の圧力を高圧に維持することが困難であり、プロ
セスチャンバ内の圧力制御の点で問題がある。

【０００９】ＥＣＲＣＶＤ装置等の成膜装置において、
成膜プロセス中におけるプロセスチャンバ内の圧力は通
常１０^-1Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒ程度の低真空（高圧）
の圧力で行われる。これに対して、ターボ分子ポンプの
圧力範囲は１．５Ｔｏｒｒから１０^-8Ｔｏｒｒの高真空
から超高真空の圧力範囲であって低真空での排気速度が
低く、また、配管や調圧バルブ等によるコンダクタンス
によって排気速度がさらに低下するため、ターボ分子ポ
ンプによってプロセスチャンバ内の圧力を成膜プロセス
に適した高圧の圧力範囲に維持することは困難である。

【００１０】そこで、本発明は前記した従来の成膜装置
の問題点を解決し、成膜プロセス中において、プロセス
チャンバ内の圧力を成膜プロセスに適した高圧の圧力範
囲に維持することができる成膜装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の成膜装置は、プ
ロセスチャンバの排気を排気特性の異なる２つの排気系
を用いて行うことによって、プロセスチャンバ内の達成
圧力に応じた排気系による排気動作を行うものであり、
高真空用の真空ポンプを備える排気系とドライポンプを
備える排気系の２系統の排気系をプロセスチャンバに切
り替え可能とし、この排気系の切り替えにおいて、成膜
プロセス中はドライポンプを備えた排気系に切り替える
構成とする。

【００１２】高真空用の真空ポンプを備える排気系は、
プロセスチャンバを高真空の圧力状態とする排気系であ
り、成膜プロセスの前処理において、ベーキング等の処
理によってプロセスチャンバの内壁面に付着するガス成
分の除去を行い、成膜の汚染を防止する。

【００１３】また、ドライポンプを備える排気系は、プ
ロセスチャンバを低真空の圧力状態に維持する排気系で
あり、成膜プロセス中において、プロセスチャンバ内の
圧力を成膜処理に適した圧力に維持し、良好な成膜条件
を得る。

【００１４】また、本発明の成膜装置は、前記２つの排
気系をプロセスチャンバに対して切り替え可能に接続
し、プロセスチャンバでの処理内容に応じて切り替えを
行う構成とする。

【００１５】本発明の成膜装置によれば、成膜プロセス
を行う前の前処理において、真空ポンプを備える排気系
とドライポンプを備える排気系の２系統の排気系によっ
てプロセスチャンバを排気し、プロセスチャンバ内の圧
力を高真空状態とする。これによって、プロセスチャン
バの内壁面に付着しているガス成分の除去を行う。

【００１６】前記前処理の後、成膜プロセスを行う。こ
の成膜プロセスでは、前記２系統の排気系からドライポ
ンプを備える排気系の１系統の排気系に切り替え、ドラ
イポンプを備える排気系のみでプロセスチャンバの排気
を行う。これによって、プロセスチャンバ内の圧力を成
膜プロセスに適した高圧の圧力範囲に維持する。

【００１７】したがって、本発明の構成によれば、成膜
プロセスにおいて、プロセスチャンバ内の圧力を成膜プ
ロセスに適した高圧の圧力範囲に維持することができ、
良好な成膜条件を得ることができる。また、ドライポン
プを用いることによって、オイルフリーな状態で排気を
行うことができ、オイルから放出されるハイドロカーボ
ンによる汚染を防止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の成膜装
置の排気系を説明するための概略ブロック図である。な
お、図１では、排気系の主要な部分のみを示し、成膜装
置の他の構成については省略して示している。図１にお
いて、プロセスチャンバ１の排気は、ターボ分子ポンプ
２を備える排気系とドライポンプ３を備える排気系の切
り替え可能な２つの排気系によって行われる。ドライポ
ンプ３は低真空用のポンプであり、プロセスチャンバ１
に対してバルブ１３及び調圧バルブ１４を介して接続さ
れる。調圧バルブ１４はドライポンプ３による吸入量を
調節するバルブであり、これによって、プロセスチャン
バ１内の圧力の調節を行う。ターボ分子ポンプ２は高真
空用のポンプであり、プロセスチャンバ１に対してバル
ブ１１を介して接続され、また、ドライポンプ３に対し
てバルブ１２を介して接続される。

【００１９】上記構成において、ドライポンプ３はプロ
セスチャンバ１に常時接続した状態とし、ターボ分子ポ
ンプ２はバルブ１１，１２によってプロセスチャンバ１
に対して接続切り替え可能な構成としている。したがっ
て、バルブ１１，１２を開いた場合には、プロセスチャ
ンバ１にはドライポンプ３による排気系とターボ分子ポ
ンプ２による排気系の２つの排気系によって排気が行わ
れ、バルブ１１，１２を閉じた場合には、プロセスチャ
ンバ１にはドライポンプ３のみの１つの排気系によって
排気が行われる。

【００２０】ターボ分子ポンプ２は高真空用のポンプで
あり、このポンプで排気を行うことによってプロセスチ
ャンバ内を高真空とし、成膜プロセスの前処理におい
て、プロセスチャンバの内壁に付着しているガス成分を
除去することができる。また、プロセスチャンバ１には
ゲート６を介して他のチャンバ７が接続される場合があ
る。ターボ分子ポンプ２は、このチャンバ７から流入す
るガス成分の除去に適用することもできる。

【００２１】また、ドライポンプ３は低真空用のポンプ
であり、このポンプで排気を行うことによってプロセス
チャンバ内を低真空とし、成膜プロセスに適した圧力に
維持することができる。

【００２２】バルブ１１，１２の切り替え及び調圧バル
ブ１４の調整は、制御装置１０によって制御することが
できる。この制御は、プロセスチャンバ１に真空計５を
設け、該真空計５で測定したプロセスチャンバ１内の圧
力に基づいて行うことができる。

【００２３】なお、プロセスチャンバ１内への反応ガス
の導入は、流量調整用のマスフローコントローラ４を介
して行われる。

【００２４】次に、本発明の成膜装置の動作について図
２のフローチャート及び図３のプロセスチャンバ内の圧
力と駆動排気系との関係を説明するための図を用いて説
明する。

【００２５】バルブ１３を開いてドライポンプ３をプロ
セスチャンバ１に接続するとともに、バルブ１１，１２
を開いてターボ分子ポンプ２をプロセスチャンバ１及び
ドライポンプ３に接続し、両ポンプ２，３を駆動してプ
ロセスチャンバ１内の排気を行う。図３（ｂ），（ｃ）
はターボ分子ポンプとドライポンプの駆動状態を表して
いる（ステップＳ１）。

【００２６】ターボ分子ポンプとドライポンプによる排
気によって、プロセスチャンバ１内の圧力は大気圧から
減圧される。プロセスチャンバ１内の圧力は、チャンバ
に設けた真空計５で測定することができる。

【００２７】成膜プロセスの前処理において、ターボ分
子ポンプとドライポンプの２つの排気系を用いた排気動
作によってプロセスチャンバ１内を高真空とし、これに
よってプロセスチャンバの内壁に付着しているガス成分
の除去を行う。このとき、プロセスチャンバ１を加熱す
ることによってベーキング処理を行うこともできる。ま
た、この高真空によって、プロセスチャンバ１に接続さ
れた他のチャンバ７からのガス成分を除去することもで
きる。

【００２８】プロセスチャンバ１内の圧力が高真空に達
して前処理が終了した後（ステップＳ２）、バルブ１
１，１２を閉じてターボ分子ポンプ２による排気系をプ
ロセスチャンバ１から切り離し（図３（ｂ））、ドライ
ポンプ３のみの排気に切り替える。ターボ分子ポンプと
ドライポンプの２つの排気系からドライポンプのみの１
つの排気系への切り替えは、例えば、前処理を行う高真
空の圧力ｐ１を設定しておき、真空計５で測定して求め
られる圧力と該圧力ｐ１との比較によって行うことがで
きる（ステップＳ３）。

【００２９】ドライポンプ３のみによる排気に切り替え
た後、このドライポンプ３のみでプロセスチャンバ１内
の排気を行って、プロセスチャンバ１内の圧力を成膜プ
ロセスに適した低真空に圧力制御する（ステップＳ
４）。

【００３０】プロセスチャンバ１内の圧力が成膜プロセ
スに適した低真空に達成した後、マスフローコントロー
ラ４を制御してプロセスチャンバ１内に反応性ガスを導
入し（図３（ｄ））（ステップＳ５）、プロセスチャン
バ１内の圧力が成膜プロセスに適した圧力に維持される
ように圧力制御を行う。上記した、プロセスチャンバ１
内の圧力を成膜プロセスに適した低真空に制御する圧力
制御は、例えば、制御プロセスに適した圧力ｐ２を設定
し、真空計５で測定して求められる圧力が該圧力ｐ２と
なるように調圧バルブ１４を制御することによって行う
ことができる（ステップＳ６）。マスフローコントロー
ラ４を通して反応性ガスをプロセスチャンバ１内に導入
するとともに、調圧バルブ１４を制御することによって
プロセスチャンバ１内の圧力を成膜プロセスに適した低
真空に維持し、成膜処理を行う（ステップＳ７）。

【００３１】ドライポンプ３は、大気圧から１０^-4Ｔｏ
ｒｒ程度の排気を行うことができ、低真空ないし中真空
の圧力領域の排気に適し、吸入室にシール油を入れない
機械的真空ポンプであり、成膜プロセスに適した１０^-1
Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒ程度の低真空の圧力の維持を容
易に行うことができる。また、ドライポンプ３はオイル
フリーとすることができるため、ハイドロカーボンによ
る成膜の汚染を防止することができる。

【００３２】なお、ドライポンプとして、容積移送式と
運動輸送式があり、容積移送式としてピストン形，隔膜
形の往復動式や、ルーツ型，クロー型，スクリュー型，
ベーン型等の回転式や、スクロール型の揺動式が知ら
れ、また、運動輸送式として、ターボ形，渦形の機械式
や、エジェクタ型の流体作動式が知られている。

【００３３】本発明の成膜装置によれば、ターボ分子ポ
ンプ等の高真空を形成するための真空ポンプは、成膜プ
ロセスの前処理において、ドライポンプとともに使用す
るものであって成膜プロセス中では不要であるため、小
型のポンプで十分機能を達成することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜装置
によれば、成膜プロセス中において、プロセスチャンバ
内の圧力を成膜プロセスに適した高圧の圧力範囲に維持
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成膜装置の排気系を説明するための概
略ブロック図である。

【図２】本発明の成膜装置の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図３】本発明の成膜装置において、プロセスチャンバ
内の圧力と駆動排気系との関係を説明するための図であ
る。

【図４】ＥＣＲＣＶＤ装置を説明するための概略図であ
る。

【図５】成膜装置において、従来より用いられている排
気系を説明するための概略ブロック図である。

【図６】ロータリポンプとターボ分子ポンプの排気速度
と吸入圧力との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…プロセスチャンバ、２…ターボ分子ポンプ、３…ド
ライポンプ、４…マスフローコントローラ４、５…真空
計、６…ゲート、７…チャンバ、１０…制御装置、１
１，１２，１３…バルブ、１４…調圧バルブ、２０…導
入管、２１…プロセスチャンバ、２２…プラズマチャン
バ、２３…マグネット、２４…プラズマ取り出し窓、２
５…基板、２６…排気口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高真空用の真空ポンプを備える排気系と
   ドライポンプを備える排気系の２系統の排気系をプロセ
   スチャンバに切り替え可能に備え、成膜プロセス中には
   ドライポンプを備えた排気系に切り替える、成膜装置。