JP2001049437A - 発熱体cvd装置及び付着膜の除去方法 - Google Patents
発熱体cvd装置及び付着膜の除去方法Info
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Abstract
能な付着膜の除去方法、さらには、in situ クリーニン
グ可能な発熱体CVD装置及びそのクリーニング法を提
供することを目的とする。 【解決手段】 処理室内に少なくとも表面が白金により
構成された発熱体を配設し、処理室内を排気した後、発
熱体を加熱保持し、該発熱体により分解及び/又は活性
化して生成する活性種が付着膜と反応して付着膜を気体
状物質に変換させるクリーニングガスを導入し、生成し
た気体状物質を排気することにより付着膜を除去するこ
とを特徴とする。
Description
された発熱体を用いて所定の膜を作製する発熱体CVD
装置及び付着膜の除去方法に係り、特に、in situ(そ
の場)クリーニングが可能な発熱体CVD装置及びその
クリーニング法に関する。
各種半導体デバイスやLCD(液晶ディスプレイ)等の
作製においては、基板上に所定の薄膜を作製するプロセ
スのlつとして化学気相堆積(Chemical Vapor Deposit
ion,CVD)法が広く用いられている。
を分解及び/又は活性化させて成膜を行うプラズマCV
D法や基板を加熱してその熱により化学反応を生じさせ
て成膜を行う熱CVD法等の他に、所定の高温に維持し
た発熱体により原料ガスを分解及び/又は活性化させて
成膜を行う方式のCVD法(以下、発熱体CVD法と呼
ぶ)がある。
体CVD装置)は、真空排気可能な処理室内に基板を配
置し、処理室内に設けられたタングステン等の高融点金
属からなる発熱体を1000〜1800℃程度の温度に
維持しながら原料ガスを導入するよう構成されている。
導入された原料ガスは、発熱体の表面を通過する際に分
解や活性化され、これらが基板に到達することにより最
終的な目的物である材料の膜が基板の表面に堆積する。
なお、このような発熱体CVD法のうち、ワイヤ状の発
熱体を用いるものについてはホットワイヤ(Hot Wire)
CVD法と呼ばれ、また、発熱体による原料ガスの分解
あるいは活性化において発熱体の触媒反応を利用してい
ると考えられているものについては触媒CVD(または
Cat-CVD:Catalytic-CVD)法と呼ばれる。
化は、発熱体の表面を通過する際に起こるため、基板の
熱のみによって反応を生じさせる熱CVD法に比べて基
板の温度を低くできるという長所がある。また、プラズ
マCVD法のようにプラズマを形成することがないの
で、プラズマによる基板のダメージといった問題からも
無縁である。このようなことから、発熱体CVD法は、
高集積化や高機能化が益々進む次世代の半導体デバイス
や表示デバイス等の成膜方法として有望視されている。
より基板上に膜を堆積する成膜処理装置では、成膜中
に、基板以外の成膜処理装置内部の構成部材にも膜が付
着する。成膜処理装置の内部に付着した膜は、厚くなる
と剥離してゴミの原因となる。基板上の膜中に取り込ま
れたり膜表面に付着したゴミは、デバイスの欠陥原因と
なり製品歩留まりを低下させてしまう。そのため、基板
上への膜堆積を連続して繰り返し行う工程の途中で、付
着膜が剥離する前の適宜なタイミングで成膜処理装置内
部に付着した膜を除去する必要がある。
方法としては、成膜処理室内面を適当な防着板等の部材
で覆い、この部材に膜を付着させて、これを定期的に交
換する方法がある。しかし、例えば、CVD装置では狭
い隙間やこれら部材の裏など細部にまで膜が付着するた
め、これらの膜の剥離によるゴミの発生を完全に防止す
ることは困難である。
室内に所定のクリーニングガスを導入してプラズマや熱
のエネルギーの作用により、クリーニングガスと付着膜
とを反応させ、付着膜を気体状の生成物にして排気除去
する方法( in situ(その場)クリーニング法と呼ばれ
る)がある。この方法は、処理室を大気に曝さずに処理
できるため、安定した膜特性を継続して得ることができ
るとともに、部材交換、処理室を大気圧から所定の圧力
まで排気する必要もないため、クリーニング工程に要す
る時間が短く、生産性において有利である。しかも、細
部に付着した膜も除去できるのでゴミの発生を抑制する
のに効果的である。
例えばシリコンや窒化シリコンの成膜を行うプラズマC
VD装置の場合、成膜を繰り返し行った後、適宜なタイ
ミングで、処理室内にNF3やCF4、CCl4等のク
リーニングガスを導入してプラズマを発生させる。プラ
ズマにより分解及び/又は活性化したクリーニングガス
は付着膜と反応し、シリコン膜の場合は四フッ化シリコ
ン(SiF4)や四塩化シリコン(SiCl4)、窒化
シリコン膜の場合はこれらと窒素(N2)といった気体
状の生成物にして排気除去する。一方、クリーニングガ
スにClF3のように分解しやすいガスを用いる場合
は、プラズマを用いることなしに、成膜処理室を加熱す
るだけで、付着膜を気体状生成物として排気除去でき
る。しかしながら、実用上の除去速度を得るためには成
膜室を200℃程度に加熱する必要があるため、真空シ
ールの劣化の問題の他、成膜処理室の加熱、冷却に長時
間を要し、実質的なクリーニング処理時間が長くなると
いう問題もある。
処理室の in situ クリーニングは、安定した膜特性を
継続して堆積するためには極めて重要なプロセスであ
る。そこで、本発明者は、今後発展が見込まれる発熱体
CVD法によって膜堆積を行う成膜処理装置について i
n situ クリーニング法の検討を行ったところ、上記し
た従来の in situ クリーニング法では、高融点金属か
らなる発熱体自体がクリーニングガスと反応してしま
い、ワイヤの線径が減少してしまうことが分かった。即
ち、発熱体CVD装置の成膜処理室内に予めプラズマ発
生用の電極を配設しておき、クリーニングガスを導入し
てプラズマを発生させてクリーニングを行うと、付着膜
は除去できるものの、発熱体自身も反応して細線化して
しまい、次に成膜しようとすると所望の発熱特性が得ら
れなくなるという問題が起こることが分かった。
い、成膜処理室をヒータで外部から200℃に加熱し、
ガスを導入してクリーニングを行った場合も、同様に発
熱体がクリーニングガスと反応し、細線化するという問
題が起こることが分かった。
ング法は、発熱体CVD装置に適用することは不可能で
ある。しかしながら、発熱体CVD法による成膜を安定
かつ継続して行うことができ、常に高特性の膜を堆積す
るためには in situ クリーニングは不可欠な技術であ
ることから、本発明者は、発熱体CVD装置の in situ
クリーニング技術を確立すべく、発熱体CVD装置の
構成並びにクリーニング条件の検討を行った。
究により、初めて完成できたものであり、本発明の目的
とするところは、複雑な形状の部材であっても、部材の
加熱手段を設けて加熱することなしに、その表面に付着
した膜を効率よく完全に除去可能な付着膜の除去方法を
提供することにある。また、本発明の目的は、所定の温
度に維持された発熱体を用いて所定の膜を作製する発熱
体CVD装置において、処理室を大気に戻すことなく成
膜処理室の内部に付着した膜を除去できる insitu クリ
ーニング法を提供することにある。さらには、in situ
クリーニング可能な発熱体CVD装置を提供することを
目的とする。
法は、真空排気可能な処理室の内部及び/又は該処理室
内に配置された部材に付着した付着膜の除去方法であっ
て、前記処理室内を排気した後、内部に配設した少なく
とも表面が白金により構成された発熱体を加熱保持する
とともに、該発熱体により分解及び/又は活性化して生
成する活性種が付着膜と反応して付着膜を気体状物質に
変換させるクリーニングガスを導入し、生成した気体状
物質を排気することにより付着膜を除去することを特徴
とする。
れた前記発熱体によって分解及び/又は活性化させ、基
板上に前記原料ガスの構成元素の少なくとも1つを含む
膜を堆積させる発熱体CVD装置の処理室であることを
特徴とする。
白金とすることにより、発熱体とクリーニングガスとの
反応を実質的に防止でき、発熱体の消耗を防止すること
が可能となる。しかも、表面を白金としたことで、クリ
ーニングガスの分解及び/又は活性化させて活性種の生
成を低温で効率よく行え、成膜処理装置の内部に付着し
た膜を効果的に除去することができる。また、このよう
にして得られる活性種の寿命は長く、複雑な形状、パイ
プの内部に付着した膜も除去することが可能となる。さ
らには、高特性膜の安定した継続成膜に必要不可欠な成
膜処理室の in situクリーニングが可能となる。
(F2)、塩素(Cl2)、三フッ化窒素(NF3)、
四フッ化メタン(CF4)、六フッ化エタン(C
2F6)、八フッ化プロパン(C3F8)、四塩化炭素
(CCl4)、五フッ化塩化エタン(C2ClF5)、
三フッ化塩素(ClF3)、三フッ化塩化メタン(CC
lF3)若しくは六フッ化硫黄(SF6)のいずれか、
又は少なくとも1種を含む混合ガスとするのが好まし
い。
持された発熱体によりクリーニングガスは分解及び/又
は活性化され、付着膜と反応して気体状物質を効率よく
生成することができ、付着膜を効果的に除去することが
可能となる。
能な処理室内に所定の温度に設定可能な発熱体を設け、
原料ガスを前記発熱体を加熱することにより分解及び/
又は活性化させ、基板上に前記原料ガスの構成元素の少
なくとも1つを含む膜を堆積させる発熱体CVD装置で
あって、分解及び/活性化して生成した活性種が付着膜
と反応し、付着膜を気体状物質に変換するクリーニング
ガスのガス供給系を設け、かつ、前記発熱体は少なくと
もその表面を白金で構成することにより、大気に開放す
ることなく前記処理室内に付着した膜の除去を可能とし
たことを特徴とする。
しない構成としたため、成膜後、そのままの状態で、ク
リーニングガスを流し、発熱体を加熱して付着膜を除去
することができる。即ち、装置の in situ クリーニン
グが可能となる。
電極を設けたことを特徴とする。本発明の発熱体をクリ
ーニングガスとも反応せず、かつそのプラズマとも反応
しない構成としたことから、従来のプラズマクリーニン
グをそのまま用いることができる。さらに、プラズマと
発熱体による加熱とを併用してガスの分解及び/又は活
性化が行えるため、成膜及びクリーニング処理条件の自
由度が増え、堆積膜の特性改良並びにクリーニング効率
の一層の向上を図ることが可能になる。
を添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る
in situ クリーニング方法が実施可能な発熱体CVD
法を用いた成膜処理装置(発熱体CVD装置)の一構成
例を示す概念図である。
処理室内を真空排気するための排気系11と,膜堆積用
原料ガス及びクリーニングガス供給系23,25と、基
板を搬出入するためのゲートバルブ5とから構成され、
処理室内部には、ガス供給系23,25と接続されたガ
ス供給器2,基板ホルダー4、白金被膜が形成された発
熱体3が配設されている。
ス供給器2への供給切換はバルブ22,24により行わ
れる。また、ガスの供給量はガス供給系23,25のそ
れぞれに設けられた流量調整器(不図示)により制御さ
れる。ガス供給器2は中空構造となっており、基板ホル
ダー4と対向する面に多数のガス吹き出し口210が形
成されている。一方、排気系11は、排気速度調整機能
を有するメインバルブ12を介して処理室1と接続され
ており、この調整機能により処理室内の圧力が制御され
る。
所定の温度に加熱・維持するためのエネルギー供給機構
30に接続されている。エネルギー供給機構30には、
通常、直流電源又は交流電源が用いられる。発熱体3
は、電源から電流が供給されて、通電加熱により所定の
温度に設定されるようになっている。この発熱体を高温
加熱することにより、成膜時には原料ガスを、クリーニ
ング時にはクリーニングガスを分解及び/又は活性化
し、成膜又はクリーニングを効率よく行うことができ
る。
す平面概念図である。図2の例においては、発熱体3は
線状の部材からなるものであり、鋸歯状に折り曲げら
れ、支持体31に保持されている。
た発熱体3について、図3を用いてさらに詳しく説明す
る。図3は、図2の線状発熱体3の矢視a−a’におけ
る断面図である。図3に示すように、発熱体3は、基体
301と、基体301の表面に形成された被膜302と
からなるものである。基体301は、特に規定するもの
ではないが、発熱体3の構成部材であるため、その材質
は、被膜302である白金よりも融点の高い材料である
ことが望ましい。具体的には、タングステン、タンタ
ル、ニオブ、炭素、イリジウム、モリブデン、ロジウ
ム、炭化珪素、PBN(Pyrolitic Boron Nitride,熱
分解窒化棚素)若しくはアルミナ等である。そして、被
膜302は白金である。この白金の被膜302は、電子
ビーム蒸着法あるいはスパッタリング法、メッキ、ライ
ニング等により形成される。なお、本発明において、発
熱体全体が白金でもよいことはいうまでもない。
ーニング方法の一例を説明する。 (成膜)まず、ゲートバルブ5を介して不図示のロード
ロック室から基板を搬入し、基板ホルダー4の上に載置
する。次に、処理室1内を排気系11により、所定の圧
力まで真空排気した後、エネルギー供給機構30である
直流電源または交流電源から発熱体3に電流を流し、所
定の温度に加熱保持する。この温度は、堆積膜及び原料
ガスの種類により適宜選択されるが、例えばシリコン膜
の堆積に(SiH 4)と水素(H2)を用いる場合は、
1000℃程度の温度が用いられる。
ガスを処理室内に導入し、メインバルブ12の排気速度
調整機能により、処理室内の圧力を所定の圧力に設定す
る。ガス供給器2に供給された原料ガスは、ガス吹き出
し口210から発熱体方向に吹き出され、高温の発熱体
表面の白金の作用により分解及び/又は活性化され、活
性種を生成する。この活性種は、基板上に到達して所望
の膜を堆積する。基板上に所望の膜厚が堆積した時点
で、原料ガスの供給と発熱体へのエネルギー供給を停止
し、処理室内部を真空排気した後、ゲートバルブ5を介
して基板をロードロック室へ搬出して、成膜を終了す
る。
うと、処理室内壁、基板ホルダー、ガス供給器、支持体
等にも膜が付着することになる。この付着膜が厚くなる
と、剥離して成膜中に堆積膜に混入したり表面に付着し
て、膜特性を劣化させたりデバイスの欠陥原因となるた
め、付着膜が剥離しゴミを発生する厚さになる前に、以
下に示すクリーニング処理を行う。なお、付着膜の膜厚
は光学式モニタ等で監視してもよいし、また、トータル
の堆積時間から見積るようにしてもよい。
を全開にし、処理室内を真空排気する。その後、直流電
源又は交流電源30から発熱体に通電し、所定の温度に
加熱・保持する。次に、バルブ24を開け、所定のクリ
ーニングガスを処理室1に導入し、メインバルブ12の
排気速度調整機構により処理室内圧力を所定の圧力に制
御する。
スは、加熱された発熱体表面の白金の作用により、効率
的に分解及び/又は活性化され、付着膜と反応性の高い
活性種を生成する。例えば、クリーニングガスにNF3
を用いた場合は400℃程度以上に、CF4の場合は1
000℃程度以上に発熱体を加熱するのが好ましく、白
金の触媒作用により付着膜と反応性の高い活性種を生成
する。また、白金はこれらクリーニングガスの活性種に
対し安定であり、その後の成膜に影響を与えるものでは
ない。この活性種は、処理室内壁、基板ホルダー等の上
に付着した膜と反応し、付着膜を気体状物質に変換させ
る。気体状物質は排気系により外部に排出されるため、
付着膜は徐々に除去されることになる。
除去された後、バルブ24を閉じ、クリーニングガスの
供給を停止し、発熱体への通電停止、処理室内部の真空
排気を行う。以上でクリーニングを終了する。
は本発明のクリーニング方法の一例であり、これに限ら
れるものではない。本発明においては、発熱体3を通電
加熱しつつクリーニングガスを導入してクリーニングが
行われることが重要であり、例えば、クリーニング時に
ダミー基板等を基板ホルダー4上に載置してもよく、バ
ルブ22、24とメインバルブ12の開閉や圧力調整の
順序も本実施形態に限られるものではない。また、図1
では、クリーニングガスの導入をガス供給器2を介して
行っているが、このクリーニングガスの導入は、これに
限るものではない。クリーニングガスの処理室1内への
導入は、例えば、原料ガスの導入経路とは別の経路であ
ってもよく、単なるノズルであってもよい。また、発熱
体の配置位置も図1の場合に限らず、例えばガス供給器
の内部に設けてもよい。
の壁や基板ホルダー4、ガス供給器2等の温度について
は特に記述しなかったが、クリーニングガスの付着膜と
の反応速度は温度が高いほど速いので、クリーニング工
程の一層の時間短縮のために、これらにヒーターを付設
して加熱しながら処理することもできる。しかしなが
ら、本発明により、加熱しなくても十分短時間でクリー
ニング処理が行えるため、必要に応じて加熱の有無を選
択すればよい。ClF3ガスのようなガス種の場合で
も、従来は実質的な除去速度を得るのに成膜処理室の加
熱を必要としていたが、本発明ではその必要がなく、長
時間を要していた成膜処理室の加熱、冷却が省け、実質
的なクリーニング処理時間を短縮できる。
リーニング法について説明したが、本発明の付着膜の除
去方法はこれに限ることはなく、他の処理装置や種々の
部材に付着した膜を除去する場合にも、好適に適用され
る。なお、ここで、部材には、真空装置で用いられる種
々の測定器、センサー、バルブ等も含まれる意味であ
る。
空容器にクリーニングガス導入口を設け、そして容器内
部に少なくともその表面が白金で構成された発熱体を外
部から通電加熱可能に配置し、発熱体を所定の温度に加
熱保持してクリーニングガスを流すことにより、付着膜
を除去することができる。また、部材の場合は、この真
空容器内に部材を配置し、同様に処理すればよい。ま
た、ある程度の長さを有するパイプの場合は、パイプの
上流側に発熱体を配設し、ガスがパイプ内部を流れるよ
うに構成すればよい。また、パイプ、部材で真空容器の
一部を構成するようにしてもよい。
や配管内に付着した膜であっても、効率よく除去できる
のは、白金からなる発熱体を加熱することにより、クリ
ーニングガスを付着膜と反応性が極めて高い活性種とす
ることができることと、このようにして生成した活性種
は寿命が長いためであると考えられる。
グガスの種類やクリーニング条件を適宜適正化すること
により種々の付着膜に適用することができる。例えば、
フッ素系若しくは塩素系のクリーニングガスを用いた場
合は、シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン等の種々
の半導体や絶縁物の付着膜の他、W、Ta、Ti等の金
属付着膜等、成膜により付着する膜に適用することがで
きる。
処理条件、成膜処理室の材質等により、適宜選択される
が、特にフッ素系ガス、塩素系ガスが好適に用いられ、
この中でもNF3、F2、Cl2、CF4、C2F6、
C3F8、CCl4、C2ClF5、ClF3、CCl
F3、SF6を用いるのがより好ましい。これらのガス
は100%として用いても、また、例えばAr,He等
のガスで希釈したもの、あるいはこれらの混合ガスとし
て用いてもよい。
状等、種々の形状のものが用いられ、また、さらに、線
状発熱体では、コイル状等にして配置してもよい。
室内部にプラズマ発生用電極を設けてもよい。すなわ
ち、クリーニング時は、発熱体を通電加熱する代わり
に、処理室内にプラズマ発生用の電極を配置し、フッ素
系あるいは塩素系のクリーニングガスを放電プラズマに
より分解及び/又は活性化して処理室内に付着した膜を
除去するプラズマクリーニングを行うことができる。本
発明の発熱体は、プラズマとも実質的に反応しないこと
が確認され、クリーニングに際して処理室内を大気に戻
す必要がなく、in situ クリーニングが可能である。さ
らに、成膜及びクリーニング時に、発熱体の加熱及びプ
ラズマ発生とを同時に行ってもよく、両者の相互作用に
より、膜特性の改良及びクリーニング効率の一層の向上
を図ることができる。
い、処理室等の加熱によりガスを熱分解して in situ
クリーニングを行う場合でも、発熱体はClF3ガスと
実質上反応しないため、処理室や部材の材質が許す範囲
内で、同様に実施可能である。
も表面を白金としてこれを所定の温度に加熱し、クリー
ニングガスを作用させることにより、付着膜と反応性の
高い活性種を生成させることができ、かつ発熱体自体は
安定に保てるため、種々の成膜装置や部材に付着した膜
を効果的に除去し得る付着膜の除去方法を提供すること
が可能となる。その結果、in situ クリーニング可能な
発熱体CVD装置を提供することができ、高特性膜の作
製手段として有望視されている発熱体CVD法による成
膜を安定して行うことが可能となり、半導体デバイス、
表示デバイス等の一層の高特性化、その開発促進、生産
性の向上に貢献することができる。
発熱体CVD法を用いた成膜処理装置の一構成例を示す
概念図である。
である。
を示す概念図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 真空排気可能な処理室の内部及び/又は
該処理室内に配置された部材に付着した付着膜の除去方
法であって、 前記処理室内を排気した後、内部に配設した少なくとも
表面が白金により構成された発熱体を加熱保持するとと
もに、該発熱体により分解及び/又は活性化して生成す
る活性種が付着膜と反応して付着膜を気体状物質に変換
させるクリーニングガスを導入し、生成した気体状物質
を排気することにより付着膜を除去することを特徴とす
る付着膜の除去方法。 - 【請求項2】 前記処理室は、原料ガスを加熱された前
記発熱体によって分解及び/又は活性化させ、基板上に
前記原料ガスの構成元素の少なくとも1つを含む膜を堆
積させる発熱体CVD装置の処理室であることを特徴と
する請求項1に記載の付着膜の除去方法。 - 【請求項3】 前記クリーニングガスは、フッ素
(F2)、塩素(Cl2)、三フッ化窒素(NF3)、
四フッ化メタン(CF4)、六フッ化エタン(C
2F6)、八フッ化プロパン(C3F8)、四塩化炭素
(CCl4)、五フッ化塩化エタン(C2ClF5)、
三フッ化塩素(ClF3)、三フッ化塩化メタン(CC
lF3)若しくは六フッ化硫黄(SF6)のいずれか、
又は少なくとも1種を含む混合ガスであることを特徴と
する請求項1又は2に記載の付着膜の除去方法。 - 【請求項4】 真空排気可能な処理室内に所定の温度に
設定可能な発熱体を設け、原料ガスを前記発熱体を加熱
することにより分解及び/又は活性化させ、基板上に前
記原料ガスの構成元素の少なくとも1つを含む膜を堆積
させる発熱体CVD装置であって、 分解及び/活性化して生成した活性種が付着膜と反応
し、付着膜を気体状物質に変換するクリーニングガスの
ガス供給系を設け、かつ、前記発熱体は少なくともその
表面を白金で構成することにより、大気に開放すること
なく前記処理室内に付着した膜の除去を可能としたこと
を特徴とする発熱体CVD装置。 - 【請求項5】 前記処理室内部にプラズマ発生用の電極
を設けたことを特徴とする請求項4に記載の発熱体CV
D装置。
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