JP2008081756A

JP2008081756A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2008081756A
Application number: JP2006259786A
Authority: JP
Inventors: Ken Ogura; 謙小椋; Yugo Tomita; 祐吾富田; Masaru Osada; 優長田; Takayuki Sekine; 隆之関根
Original assignee: Phyzchemix Corp
Current assignee: Phyzchemix Corp
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】被処理体とは独立して機能部材、例えば、被エッチング部材等の扱いを容易に行うことができる半導体製造装置を提供する。
【解決手段】基板３が収容される空間と被エッチング部材１２が収容される空間にチャンバ１内を仕切るゲート弁３１を備え、ゲート弁３１を用いて一つの処理を行うチャンバ１内を仕切ることで、基板３が収容される空間とは無関係に被エッチング部材１２の取り扱いを行い、真空装置１８の不具合をなくしてメンテナンス性の向上を図る。
【選択図】図２

Description

本発明は、被処理体とは独立して機能部材、例えば、被エッチング部材等の扱いを容易に行うことができる半導体製造装置に関する。

現在、半導体等の製造においては、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置とは、真空処理容器としてのチャンバ内に導入した膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である。

これに対し、本発明者等は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属成分であって、成膜を望む金属成分からなる被エッチング部材をチャンバに設置し、ハロゲンガスをプラズマ化して前記被エッチング部材をハロゲンのラジカルによりエッチングすることで金属成分のハロゲン化物である前駆体を生成させるとともに、前駆体の金属成分のみを基板上に成膜するプラズマＣＶＤ装置（以下、新方式のプラズマＣＶＤ装置という）および成膜方法を開発した（例えば、下記、特許文献１参照）。

上記新方式のプラズマＣＶＤ装置では、成膜される金属源となる被エッチング部材の温度に対して基板の温度が低くなるように制御して基板に当該金属膜を成膜している。例えば、被エッチング部材の金属をＭ、ハロゲンガスをＣｌ₂とした場合、被エッチング部材を高温（例えば３００℃〜７００℃）に、また基板を低温（例えば２００℃程度）に制御することにより、前記基板にＭ薄膜を形成することができる。これは、次のような反応によるものと考えられる。

（i）プラズマの解離反応；Ｃｌ₂→２Ｃｌ^*
（ii）エッチング反応；Ｍ＋Ｃｌ^*→ＭＣｌ（ｇ）
（iii）基板への吸着反応；ＭＣｌ（ｇ）→ＭＣｌ（ａｄ）
（iv）成膜反応；ＭＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ^* →Ｍ＋Ｃｌ₂↑

ここで、Ｃｌ^*はＣｌのラジカルであることを、（ｇ）はガス状態であることを、（ａｄ）は吸着状態であることをそれぞれ表している。

新方式のＣＶＤ装置においては、ＭＣｌとＣｌ^*との割合を適正に保つことで、成膜反応が適切に行われる。即ち、成膜条件として、Ｃｌ₂ガスの流量、圧力、パワー、基板及び被エッチング部材の温度、基板と被エッチング部材との距離等を適正に設定することで、ＭＣｌとＣｌ^*との割合をほぼ等しく制御することができ、成膜速度を低下させることなく、しかも、基板に対してＣｌ^*によるエッチング過多が生じることなくＭが析出される。

新方式のＣＶＤ装置における被エッチング部材は消耗品であるため、成膜反応を一定の期間にわたり繰り返した後は、外部に取り出して洗浄したり交換することが必要である。この場合、チャンバ内の真空状態を解除して被エッチング部材の搬出・搬入を行うことになる。

この時、チャンバ内部のパーティクルが落下したり、取り扱いを間違えると被エッチング部材自体が落下する虞がある。パーティクルや被エッチング部材が落下して破片がチャンバ内に飛散すると、真空排気を行って成膜処理を実施する際に、排気系に破片等が引き込まれて機器の不具合が生じる虞がある。また、また、被エッチング部材だけのメンテナンスのために被エッチング部材の取り出しを行おうとする場合であっても、チャンバ全体を大気開放する必要があり、効率が悪い作業になってしまう。

特開２００３−１４７５３４号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、被処理体とは独立して機能部材、例えば、被エッチング部材等の扱いを容易に行うことができる半導体製造装置を提供し、機器の不具合をなくしてメンテナンス性の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の半導体製造装置は、被処理体及び機能部材が収容され一つの処理を行う圧力制御可能なチャンバと、被処理体に所定の処理を施すためのプラズマ発生手段と、被処理体が収容される空間と機能部材が収容される空間にチャンバ内を仕切るゲート弁とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、一つの処理を行うチャンバ内を、被処理体が収容される空間と機能部材が収容される空間とにゲート弁を用いて仕切ることができる。

そして、請求項２に係る本発明の半導体製造装置は、請求項１に記載の半導体製造装置において、ゲート弁によりチャンバ内が仕切られた際にチャンバの圧力制御を行う手段が接続されていない側の空間を所定の圧力に調整する圧力調整手段を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、圧力調整手段により、チャンバの圧力制御を行う手段が接続されていない側の空間を独立して圧力調整することができる。

上記目的を達成するための請求項３に係る本発明の半導体製造装置は、被処理体が収容され圧力制御可能なチャンバと、被処理体の上方に設けられ、原料を含有する金属製の被エッチング部材と、ハロゲンを含有するガスを供給するハロゲン含有ガス供給手段と、チャンバの内部をプラズマ化し、ハロゲン含有ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、ハロゲンラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとからなる前駆体を生成するプラズマ発生手段と、被処理体が収容される空間と被エッチング部材が収容される空間にチャンバ内を仕切るゲート弁とを備えたことを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、一つの処理を行うチャンバ内を、被処理体が収容される空間と被エッチング部材が収容される空間とにゲート弁を用いて仕切ることができる。

そして、請求項４に係る本発明の半導体製造装置は、請求項３に記載の半導体製造装置において、被処理体の下側に接続されてチャンバの圧力制御を行う排気手段と、ゲート弁によりチャンバ内が仕切られた際に被エッチング部材が収容される空間を所定の圧力に調整する圧力調整手段とを備えたことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、排気手段による排気制御とは独立して被エッチング部材が収容される空間を圧力調整手段により圧力調整することができる。

また、請求項５に係る本発明の半導体製造装置は、請求項３もしくは請求項４に記載の半導体製造装置において、被処理体の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分を成膜させる温度制御手段を備えたことを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、前駆体の金属成分を成膜させる半導体製造装置に適用することができる。

本発明の半導体製造装置は、被処理体とは独立して機能部材、例えば、被エッチング部材等の扱いを容易に行うことができ、機器の不具合をなくしてメンテナンス性の向上を図ることができる。

図１には本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略斜視状況、図２には本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略断面、図３には図２中の要部平面を示してある。

本実施形態例は、半導体製造装置として薄膜作製装置を適用したものであり、金属としての銅（Ｃｕ）製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含有する作用ガスとしてのＣｌ₂ガスを供給し、誘導プラズマを発生させてＣｌ₂ガスプラズマを発生させて塩素ラジカル（Ｃｌ^*）を生成し、塩素ラジカル（Ｃｌ^*）で被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれるＣｕ成分とＣｌ₂ガス成分との前駆体ＣｕＣｌを生成し、基板側の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることにより、前駆体ＣｕＣｌが塩素ラジカル（Ｃｌ^*）で還元された状態のＣｕ成分を基板の表面に吸着（堆積）させるようにした薄膜作製装置である。

尚、金属としては、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属であれば銅に限らず種々の金属を適用することが可能である。また、ハロゲン含有ガスとしてＣｌ₂ガスを適用した例を説明してあるが、フッ素等の他のハロゲン含有ガスを適用することが可能である。

図に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には被処理体としての基板３が載置される。支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられ、支持台２は温度制御手段６により所定温度(例えば、基板３が１００℃から３００℃に維持される温度)に制御される。尚、チャンバの形状は円筒状に限らず、例えば、矩形状のチャンバを適用することも可能である。また、基板３の温度を制御する温度制御手段６としては、ヒータ４及び冷媒流通手段５に限らず、基板３の温度を所定の温度に制御できるものであればよい。

チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、石英製)の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波が供給される。プラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。

チャンバ１には金属として銅（Ｃｕ）製の被エッチング部材１２が絶縁体製の円環部材１３に支持され、被エッチング部材１２は格子状とされている。被エッチング部材１２は格子状とされることで、プラズマアンテナ８の電気の流れに対して基板３と天井板７の間に不連続状態で配置された状態になっている。即ち、被エッチング部材１２はプラズマアンテナ８の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。

尚、プラズマアンテナ８の電気の流れに対して不連続状態にする被エッチング部材の構成としては、円環部材１３の内側にチャンバ１の中心側に延びる突起部を設けたり、網目状に構成する等とすることも可能である。また、被エッチング部材としては、タンタル、タングステン、チタンを始めハロゲン化物形成金属であれば銅に限定されない。

被エッチング部材１２の上方におけるチャンバ１の筒部にはチャンバ１の内部にハロゲンとしての塩素を含有する塩素含有ガス（Ｃｌ₂ガス）１４を供給するガスノズル１５が設けられている。ガスノズル１５には流量及び圧力が制御される流量制御器１６を介してＣｌ₂ガス１４が送られる（ハロゲン含有ガス供給手段）。

チャンバ１の底部には排気口１７が設けられ、排気口１７には排気手段としての真空装置１８が接続されている。成膜に関与しないガス等は排気口１７から排気され、天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置１８によって所定の圧力に維持される。

一方、チャンバ１の円環部材１３の下側にはゲート弁３１が設けられ、ゲート弁３１はチャンバ１に対して抜き差し移動するようになっている。通常、ゲート弁３１はチャンバ１の外に抜かれた状態にあり、チャンバ１内で一つの処理（薄膜形成処理）が行われる。ゲート弁３１がチャンバ１に挿入されることにより、基板３が収容される空間と被エッチング部材１２が収容される空間とにチャンバ１の内部が仕切られる。

被エッチング部材１２側の空間のチャンバ１の外壁には排気ノズル３２が設けられ、排気ノズル３２は図示しない排気手段（圧力調整手段）に接続されている。チャンバ１の内部がゲート弁３１で仕切られた際に、被エッチング部材１２が収容される空間が図示しない排気手段により所定の圧力に独立して調整される。

上述した薄膜作製装置による成膜状況を説明する。通常、成膜を実施する場合にはゲート弁３１はチャンバ１の外に抜かれた状態にあり、チャンバ１内は基板３が収容される空間と被エッチング部材１２が収容される空間が一つの空間とされている。

チャンバ１の内部にガスノズル１５からＣｌ₂ガス１４を供給する。プラズマアンテナ８から電磁波をチャンバ１の内部に入射することで、Ｃｌ₂ガス１４をイオン化してＣｌ₂ガスプラズマ２０を発生させ、チャンバ１内にＣｌラジカルを生成する。この時の反応は、次式で表すことができる。
Ｃｌ₂→２Ｃｌ^* ・・・・（１）
ここで、Ｃｌ^*は塩素ラジカルを表す。

生成されたガスプラズマ２０がＣｕ製の被エッチング部材１２に作用することにより、被エッチング部材１２が加熱されると共に、Ｃｕに均一な分布でエッチング反応が生じる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ^*→ＣｕＣｌ（ｇ）・・・・（２）
ここで、ｓは固体状態、ｇはガス状態を表す。式（２）は、Ｃｕがガスプラズマ（塩素ラジカルＣｌ^*）２０によりエッチングされ、前駆体１９とされた状態である。

ガスプラズマ２０を発生させることにより被エッチング部材１２を加熱し（例えば、３００℃〜７００℃）、更に、温度制御手段６により基板３の温度を被エッチング部材１２の温度よりも低い温度（例えば、１００℃〜３００℃）に設定する。この結果、均一に分布された前駆体１９は基板３に吸着(堆積)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ｇ）→ＣｕＣｌ（ａｄ）・・・・（３）

基板３に吸着したＣｕＣｌは、塩素ラジカルＣｌ^*により還元されてＣｕ成分となる。この時の反応式は、例えば、次式で表される。
ＣｕＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ^*→Ｃｕ（ｓ）＋Ｃｌ₂↑ ・・・・（４）

被エッチング部材１２の交換や洗浄を行う場合、ゲート弁３１をチャンバ１に挿入して、基板３が収容される空間と被エッチング部材１２が収容される空間とにチャンバ１の内部を仕切る。基板３が収容される空間の真空状態を保ったまま被エッチング部材１２が収容される空間を大気開放し、被エッチング部材１２をチャンバ１の外部に取り出す。

この時、チャンバ１の内部が仕切られているので、基板３が収容される空間にパーティクルが落下したり、被エッチング部材１２が基板３の上に落下することがない。このため、真空装置１８にパーティクルや破片が吸い込まれることがなくなり、真空装置１８の不具合の原因をなくすことができる。また、被エッチング部材１２が収容される空間だけが大気開放されるため、基板３が収容される空間の真空状態を維持することができ、被エッチング部材１２だけの取出しが可能になる。このため、チャンバ１の全体を大気開放する必要がなく、効率よくメンテナンスを行うことが可能になる。

メンテナンスが終了した後、被エッチング部材１２を再びチャンバ１の内部にセットし、排気ノズル３２を介して被エッチング部材１２が収容される空間を減圧し、ゲート弁３１を抜きながら真空装置１８によりチャンバ１内を所定の真空雰囲気にする。尚、排気ノズル３２を真空装置１８に接続し、真空装置１８により被エッチング部材１２が収容される空間を減圧することも可能である。

上述した薄膜作製装置は、基板３とは独立して被エッチング部材１２の扱いを容易に行うことができ、真空装置１８等の不具合をなくしてメンテナンス性の向上を図ることができる。

上述した実施形態例では、基板３に薄膜を作成する薄膜作製装置を例に挙げて説明したが、本願発明は被処理体と機能部材が一つのチャンバに収容されて処理を行う半導体製造装置、例えば、エッチング装置に適用することが可能である。また、薄膜作製装置の被エッチング部材１２の交換等に限らず、ガスノズル１５や排気ノズル３２、天井板７、円環部材１３等の機能部材のメンテナンス等を行う場合にも、ゲート弁３１で一つの処理を行うチャンバ１の内部を仕切ることが可能である。

本発明は、被処理体とは独立して機能部材、例えば、被エッチング部材等の扱いを容易に行うことができる半導体製造装置の産業分野で利用することができる。

本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略斜視図である。本発明の一実施形態例に係る薄膜作製装置の概略断面図である。図２中の要部平面図である。

符号の説明

１チャンバ
２支持台
３基板
４ヒータ
５冷媒流通手段
６温度制御手段
７天井板
８プラズマアンテナ
９整合器
１０電源
１２被エッチング部材
１３円環部材
１４塩素含有ガス（Ｃｌ₂ガス）
１５ガスノズル
１６流量制御器
１８真空装置
１９前駆体
２０ガスプラズマ
３１ゲート弁
３２排気ノズル

Claims

被処理体及び機能部材が収容され一つの処理を行う圧力制御可能なチャンバと、
被処理体に所定の処理を施すためのプラズマ発生手段と、
被処理体が収容される空間と機能部材が収容される空間にチャンバ内を仕切るゲート弁と
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
請求項１に記載の半導体製造装置において、
ゲート弁によりチャンバ内が仕切られた際にチャンバの圧力制御を行う手段が接続されていない側の空間を所定の圧力に調整する圧力調整手段を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
被処理体が収容され圧力制御可能なチャンバと、
被処理体の上方に設けられ、原料を含有する金属製の被エッチング部材と、
ハロゲンを含有するガスを供給するハロゲン含有ガス供給手段と、
チャンバの内部をプラズマ化し、ハロゲン含有ガスプラズマを発生させてハロゲンラジカルを生成し、ハロゲンラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンとからなる前駆体を生成するプラズマ発生手段と、
被処理体が収容される空間と被エッチング部材が収容される空間にチャンバ内を仕切るゲート弁と
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
請求項３に記載の半導体製造装置において、
被処理体の下側に接続されてチャンバの圧力制御を行う排気手段と、
ゲート弁によりチャンバ内が仕切られた際に被エッチング部材が収容される空間を所定の圧力に調整する圧力調整手段と
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
請求項３もしくは請求項４に記載の半導体製造装置において、
被処理体の温度を被エッチング部材の温度よりも低くすることで前駆体の金属成分を成膜させる温度制御手段を備えたことを特徴とする半導体製造装置。