JP2000273638A - 化学的気相成長装置 - Google Patents

化学的気相成長装置

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JP2000273638A
JP2000273638A JP11080474A JP8047499A JP2000273638A JP 2000273638 A JP2000273638 A JP 2000273638A JP 11080474 A JP11080474 A JP 11080474A JP 8047499 A JP8047499 A JP 8047499A JP 2000273638 A JP2000273638 A JP 2000273638A
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Japan
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vapor deposition
chemical vapor
gas dispersion
cleaning
gas
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Masao Saito
真佐雄 斉藤
Yukio Fukunaga
由紀夫 福永
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス分散板に堆積する反応生成物を重点的に
除去することができるクリーニング手段を設け、所定枚
数の成膜ごとに行っているガス分散板のウエットクリー
ニングの回数を減少させ、装置の稼働率を大幅に向上さ
せることができる化学的気相成長装置を提供すること。 【解決手段】 気密な反応室1の内部に原料ガスを均一
に供給するガス分散板2と被成膜基板が対向して配置さ
れた化学的気相成長装置において、ガス分散板2の被成
膜基板に対向する面に堆積した反応生成物を高周波スパ
ッタリングで除去するクリーニング手段を設け、該クリ
ーニング手段でガス分散板2をクリーニングすることに
より、ウエットクリーニングの回数を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は反応室内に原料ガス
を被成膜基板面上に均一に供給するガス分散板を配置し
た構成の化学的気相成長装置に関し、特に該ガス分散板
に堆積した反応生成物を除去するクリーニング手段を具
備する化学的気相成長装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の化学的気相成長装置において
は、反応ガスが気相中で分解してできたパーティクルが
被成膜基板に付着し、膜質が劣化するという問題が生じ
る。このためこの種の化学的気相成長装置では、一定枚
数の被成膜基板の成膜処理が終了した後、(a)プラズ
マクリーニング、(b)ガスクリーニング等のクリーニ
ングが実施されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の(a)のプ
ラズマクリーニングは、多くの薄膜がハロゲン化合物の
蒸気圧が高い性質を利用してハロゲンプラズマで化学的
気相成長装置内の堆積物を除去する方法である。このた
めハロゲン化合物の蒸気圧が高い付着物(SiO 2,P
oly−Si,α−Si,W)に対しては有効だが、最
近、高集積メモリーや不揮発性メモリーの誘電体膜とし
て研究がなされている強誘電体(BST,SBT)につ
いてはハロゲン化合物の蒸気圧が低くクリーニング効果
がないうえに、反応室の主な構成材料であるステンレス
鋼が腐食を起こしたり、酸化反応分解しやすい強誘電体
化学的気相成長装置用の有機金属原料が被成膜基板に達
する前に内壁に残留するハロゲンとの反応で分解してし
まって輸送できず、成膜できなくなるという問題があっ
て応用できなかった。
【0004】これに対して上記従来の(b)のガスクリ
ーニングは反応室内部の堆積物をクリーニングガスと化
学反応させて生じた反応生成物を排気することによって
クリーニングを行う方法で、堆積物との化学反応で蒸気
圧の高い化合物ができれば有効な方法である。このクリ
ーニングガスとしては、(b−1)ClF3、(b−
2)HFAC (1,1,1,5,5,5-hexafloro-2,4-pentanedio
ne)がある。
【0005】上記クリーニングガスのうちClF3はB
STをクリーニングするとTiについては蒸気圧が高い
ためクリーニング可能であるが、Ba、Srについては
800℃近くまで加熱しないとハロゲン化合物の蒸気気
圧が高くできないため、いわゆるコールドウォール方式
の強誘電体CVD装置には適用できない。
【0006】一方、HFACについては200℃程度と
いった比較的低温でもCu、Feといった重金属をクリ
ーニング可能といった報告もあるが、本発明の対象であ
るBa、Srのような希土類元素については実用し得る
クリーニング速度が実現できないという難点があった。
また、HFACについても被成膜基板までの輸送経路の
管理などに付着して残留するものによってBa、Sr、
Tiの有機金属原料の分解反応が起きて正常な成膜がで
きなくなることも懸念される。
【0007】一方、本特許出願の発明者らの独自の調査
結果によると、反応室内に配置されたガス分散板に被成
膜基板を対向させて成膜する縦型枚葉式の化学的気相成
膜装置において、被成膜基板に付着しているパーティク
ルの多くは被成膜基板と相対するガス分散板への堆積物
が剥離してできたものであることが判明した。これは最
も高温になっている被成膜基板からの輻射熱による加熱
でガス分散板が加熱されて原料ガスの分解反応によって
堆積したものと考えられる。この調査結果をもとに、ガ
ス分散板を重点的にクリーニングすれば、被成膜基板に
落下するパーティクルの数を大幅に減少できると考えら
れる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、ガス分散板に堆積する堆積物を重
点的に除去することができるクリーニング手段を設け、
該ガス分散板に堆積する反応生成物を除去し、クリーニ
ングすることにより、所定枚数の成膜ごとに行っている
ガス分散板のウエットクリーニングの回数を減少させ、
装置の稼働率を大幅に向上させることができる化学的気
相成長装置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
請求項1に記載の発明は、気密な反応室の内部に原料ガ
スを均一に供給するガス分散板と被成膜基板が対向して
配置された化学的気相成長装置において、ガス分散板の
被成膜基板に対向する面に堆積した反応生成物を高周波
スパッタリングで除去するクリーニング手段を設けたこ
とを特徴とする。
【0010】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の化学的気相成長装置において、ガス分散板に対
向する位置に付着部材を配置し、クリーニング手段で除
去した反応生成物を該付着部材に付着させて回収する回
収手段を設けたことを特徴とする。
【0011】また、請求項3に記載の発明は、請求項2
に記載の化学的気相成長装置において、回収手段は、付
着部材を反応室から出し入れする搬送手段を具備するこ
とを特徴とする。
【0012】また、請求項4に記載の発明は請求項2又
は3に記載の化学的気相成長装置において、付着部材は
中心部が平板状で外周部が筒状になっていることを特徴
とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図1は本発明に係る化学的気相
成長装置の構成例を示す図である。図1において、1は
反応室(成膜室)であり、該反応室1には多数の孔が形
成されたガス分散板2が配置され、該ガス分散板2の下
方には被成膜基板(図示せず)を載置する基板載置台1
0が配置され、該基板載置台10には被成膜基板を加熱
するための基板ヒータ(図示せず)が内蔵されている。
【0014】反応室1の上部に原料ガスを生成する気化
器8が配置されている。反応室1は絶縁継手7−1を介
してガス分散板2を境に上下に電気的に区分され、更に
絶縁継手7−2を介して反応室1と気化器8は電気的に
区分されている。基板載置台10には板状の付着部材3
が載置されている。14は反応室1の外部に設けられた
付着部材収納室であり、該付着部材収納室14は付着部
材搬出入口11及びバルブ12を介して反応室1に接続
されている。また、付着部材収納室14にはロボットア
ーム等の付着部材3を搬送するための付着部材搬送手段
13が設けられている。
【0015】また、反応室1には真空ポンプ6が接続さ
れており、反応室1内の真空度は真空計9で検出できる
ようになっている。前記絶縁継手7−1で電気的に上下
に区分された反応室1の上部には整合回路5を介して高
周波電源(RF電源)4が接続されている。
【0016】上記構成の化学的気相成長装置において、
ガス分散板2に堆積した反応生成物を除去しクリーニン
グを行うときは、バルブ12を開放し付着部材搬送手段
13で付着部材収納室14に収納されている付着部材3
を反応室1内に搬入し、基板載置台10上に載置する。
この状態で、バルブ12を閉じ、真空ポンプ6で反応室
1を排気しながら、アルゴン(Ar)ガスを気化器8を
経由して導入する。絶縁継手7−1及び7−2で反応室
1及び気化器8と電気的に絶縁されたガス分散板2に高
周波電源4から整合回路5を通して高周波電圧を印加す
ることにより、反応室1内にアルゴンプラズマが発生す
る。
【0017】上記アルゴンプラズマ中では、アルゴンイ
オンがガス分散板2の前面(下面)に生じたイオンシー
スで加速され、アルゴンイオンのスパッタ作用でガス分
散板2に堆積した反応生成物が除去される。この除去さ
れた反応生成物は該ガス分散板2と相対する付着部材3
に付着する。このアルゴンガス放電処理を一定時間施
し、ガス分散板2のクリーニング完了後、高周波電源4
の電力をゼロとし、アルゴンガスの供給を停止する。そ
の後バルブ12を開放し付着部材搬送手段13を動作さ
せて付着部材3を付着部材収納室14に移送し、バルブ
12を閉じてクリーニングを完了する。
【0018】なお、付着部材3としては、SiC、Al
Nに代表される専用の治具を用いるのが好ましいが、ダ
ミーウエハで代用させることも可能である。
【0019】上記構成の化学的気相成長装置において、
8インチ径のシリコンウエハに膜厚500ÅのBST膜
を成膜する条件で100枚成膜するごとに、以下の条件
でクリーニングを行った。
【0020】 (クリーニング条件) 放電ガス アルゴン(Ar)ガス 放電時の圧力 0.1Torr ガス分散板2と付着部材3との距離 30mm RF周波数 13.56MHz RF電力 1KW 放電時間 5分
【0021】上記条件でクリーニングを行い、ガス分散
板2に付着している反応生成物が剥離して被成膜基板で
あるシリコンウエハに落下して付着したパーティクル個
数をカウントした。その結果、上記本発明によるクリー
ニングを実施した場合は、本発明によるクリーニングを
実施しない場合に比べてパーティクルの付着量が2桁低
いレベルに抑えることができることが判明した。
【0022】図1に示す例では、付着部材3の形状が平
坦な板状部材である。そのためガス分散板2からスパッ
タリングされた付着物の全ては付着部材3に付着せず外
周方向に飛び散っていったものは回収されず、これがパ
ーティクル源となる恐れがある。そこで、図2に示すよ
うに、付着部材3の外周を円管状に突起部3aを設ける
ことにより、ガス分散板2の外周方向にスパッタされた
ものについても回収することが可能となる。
【0023】なお、図1、図2とも付着部材3を付着部
材搬送手段13により、付着部材収納室14から反応室
1へ供給、また反応室1から該付着部材収納室14への
回収時には、基板載置台昇降機構15により、基板載置
台10が実線図示のように下降し、本発明に係るクリー
ニングの時は、付着部材3に除去された反応生成物が付
着しやすいように、基板載置台10が一点鎖線図示のよ
うに上昇する。
【0024】図3は上記構成の化学的気相成長装置によ
り、例えば、チタン酸バリウム/ストロンチウム等の高
誘電体又は強誘電体薄膜を形成する場合を説明するため
の図である。基板載置台10の上にはシリコンウエハの
成膜基板が載置され、真空ポンプ6で反応室1内を排気
する。気化器8には液体原料G1及びキャリヤガスG2
が供給され該気化器8で気化された原料ガスとなる。該
原料ガスは酸素ガス(O2)と共に、ガス分散板2上部
の反応ガス供給部16に供給される。
【0025】図3においては、付着部材搬送手段13が
ウエハWを搬送し、付着部材収納室14にウエハWを収
納している。付着部材搬送手段13により、反応室1と
付着部材収納室14の間でウエハWの搬送(反応室1へ
のウエハWの供給、回収)時に、基板載置台昇降機構1
5により基板載置台10が実線図示するように下降し、
成膜時には基板載置台10が一点鎖線図示するように昇
降する。
【0026】成膜基板は基板載置台10に内蔵している
ヒータにより加熱され、所定の温度に維持されている。
この成膜基板に向けガス分散板2から原料ガスと酸素ガ
スの混合ガス(反応ガス)を均一に噴射することによ
り、成膜基板上に高誘電体又は強誘電体膜が形成され
る。
【0027】なお、上記構成の化学的気相成長装置で
は、反応室1の上部に配置されたガス分散板2の上部に
反応ガス供給部16を形成する構成としているが、ガス
供給部、即ちシャワーヘッドの構成はこれに限定される
ものではなく、被成膜基板と相対し均一に反応ガスを噴
射できるガス分散板を具備し、反応室及び気化器とは電
気的に絶縁され該ガス分散板に高周波電源から高周波電
圧を印加できるように構成されていれば、その具体的構
成は特に限定されるものではない。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば、ガス分散板の被成膜基板に対向する面に堆
積した反応生成物を高周波スパッタリングで除去するク
リーニング手段を設けたので、ガス分散板に堆積した反
応生成物を容易に除去することができる。従って、これ
まで例えば100枚の被成膜基板に成膜するごとに実施
していたウエットクリーニングを1000枚の成膜ごと
にすることができ、化学的気相成長装置の稼働率を大幅
に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る化学的気相成長装置の構成例を示
す図である。
【図2】本発明に係る化学的気相成長装置の構成例を示
す図である。
【図3】本発明に係る化学的気相成長装置の構成例を示
す図である。
【符号の説明】
1 反応室 2 ガス分散板 3 付着部材 4 高周波電源(RF電源) 5 整合回路 6 真空ポンプ 7−1 絶縁継手 7−2 絶縁継手 8 気化器 9 真空計 10 基板載置台 11 付着部材搬出入口 12 バルブ 13 付着部材搬送手段 14 付着部材収納室 15 基板載置台昇降機構 16 反応ガス供給部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G077 TG02 TH13 4K030 AA14 BA42 CA04 DA06 EA01 EA05 EA06 FA03 GA02 GA12 KA12 KA17 KA45 5F045 AF19 BB08 BB10 BB14 EB02 EB05 EB08 EH05 EN08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気密な反応室の内部に原料ガスを均一に
    供給するガス分散板と被成膜基板が対向して配置された
    化学的気相成長装置において、 前記ガス分散板の被成膜基板に対向する面に堆積した反
    応生成物を高周波スパッタリングで除去するクリーニン
    グ手段を設けたことを特徴とする化学的気相成長装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の化学的気相成長装置に
    おいて、 前記ガス分散板に対向する位置に付着部材を配置し、前
    記クリーニング手段で除去した反応生成物を該付着部材
    に付着させて回収する回収手段を設けたことを特徴とす
    る化学的気相成長装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の化学的気相成長装置に
    おいて、 前記回収手段は、前記付着部材を前記反応室から出し入
    れする搬送手段を具備することを特徴とする化学的気相
    成長装置。
  4. 【請求項4】 請求項2又は3に記載の化学的気相成長
    装置において、 前記付着部材は中心部が平板状で外周部が筒状になって
    いることを特徴とする化学的気相成長装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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