(57)【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。
【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（ＰＶＤ）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ＴｉＮ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３７，３８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３２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（ＴｉＦ４）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３８，３９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３８，３９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Ｎ２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
【図１】
0003563565.tif 000002
【図２】
0003563565.tif 000003
【図３】
0003563565.tif 000004