(57)【要約】【課題】金属膜を成膜するＣＶＤ成膜装置のチャンバをフロロカーボン系ガスを用いてクリーニングする。【解決手段】チャンバ２内部のクリーニング時において、四重極型質量分析計ＱＭＳを用いてチャンバ２内部にて検出されるＷＦ５＋、ＷＯＦ４＋およびＣＯ＋のうち少なくとも一種のイオンピーク強度を測定し、そのイオンピーク強度の増加または減少がほぼ飽和した時点でクリーニング終点と判断し、チャンバ２のプラズマ放電の停止および流入ポート１６へのＣ３Ｆ８ガス（クリーニングガス）の流入を停止する。【選択図】　　図１
2004137556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハに対して化学的成膜手段により薄膜を成膜し、所定枚数の前記半導体ウェハに対して前記薄膜の成膜処理を施した後に成膜処理室内のクリーニングが行われる半導体製造装置であって、前記クリーニングは、（ａ）フロロカーボン系ガスを用いた反応処理により、前記成膜処理室内に付着した堆積物を除去する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程中において、前記成膜処理室内にて前記反応処理によって生じる第１イオンのイオンピーク強度を観察し、前記第１イオンのイオンピーク強度の変化が飽和した時点で前記反応処理を停止する工程と、
を含む工程によって行われることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
半導体ウェハに対して化学的成膜手段により薄膜を成膜し、所定枚数の前記半導体ウェハに対して前記薄膜の成膜処理を施した後に成膜処理室内のクリーニングが行われる半導体製造装置であって、前記クリーニングは、（ａ）フロロカーボン系ガスを用いた反応処理により、前記成膜処理室内に付着した堆積物を除去する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程中において、前記成膜処理室内にて前記反応処理によって生じる第１イオンのイオンピーク強度を観察し、前記第１イオンのイオンピーク強度の変化が飽和した時点で前記反応処理を停止する工程と、
を含む工程によって行われ、前記フロロカーボン系ガスはＣ３Ｆ８ガスであることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
半導体ウェハに対して化学的成膜手段により金属膜を成膜し、所定枚数の前記半導体ウェハに対して前記金属膜の成膜処理を施した後に成膜処理室内のクリーニングが行われる半導体製造装置であって、前記クリーニングは、
（ａ）フロロカーボン系ガスを用いた反応処理により、前記成膜処理室内に付着した堆積物を除去する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程中において、前記成膜処理室内にて前記反応処理によって生じる第１イオンのイオンピーク強度を観察し、前記第１イオンのイオンピーク強度の変化が飽和した時点で前記反応処理を停止する工程と、
を含む工程によって行われることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
半導体ウェハに対して化学的成膜手段により金属膜を成膜し、所定枚数の前記半導体ウェハに対して前記金属膜の成膜処理を施した後に成膜処理室内のクリーニングが行われる半導体製造装置であって、前記クリーニングは、
（ａ）フロロカーボン系ガスを用いた反応処理により、前記成膜処理室内に付着した堆積物を除去する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程中において、前記成膜処理室内にて前記反応処理によって生じる第１イオンのイオンピーク強度を観察し、前記第１イオンのイオンピーク強度の変化が飽和した時点で前記反応処理を停止する工程と、
を含む工程によって行われ、前記金属膜はタングステンを含み、前記第１イオンはＷＦ５＋、ＷＯＦ４＋およびＣＯ＋のうちの少なくとも一種であることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
半導体ウェハに対して化学的成膜手段により金属膜を成膜し、所定枚数の前記半導体ウェハに対して前記金属膜の成膜処理を施した後に成膜処理室内のクリーニングが行われる半導体製造装置であって、前記クリーニングは、
（ａ）フロロカーボン系ガスを用いた反応処理により、前記成膜処理室内に付着した堆積物を除去する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程中において、前記成膜処理室内にて前記反応処理によって生じる第１イオンのイオンピーク強度を観察し、前記第１イオンのイオンピーク強度の変化が飽和した時点で前記反応処理を停止する工程と、
を含む工程によって行われ、前記フロロカーボン系ガスはＣ３Ｆ８ガスであることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜装置のチャンバ内のクリーニング工程に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ成膜装置においては、半導体ウェハ（以下、単にウェハと記す）への成膜処理を繰り返すに従って、成膜処理が行われるチャンバの内壁に反応生成物が堆積していく。金属膜を成膜するＣＶＤ成膜装置において、この反応生成物がチャンバの内壁から剥離し、成膜処理が施されているウェハ上に落下した場合には、成膜中の金属膜への異物多発を招き、ウェハ上に形成される集積回路においては短絡や断線などの発生といった歩留りの低下が懸念される。そのため、所定枚数のウェハに対しての成膜処理が終了する毎にチャンバ内のクリーニングが行われる。
【０００３】
たとえば、酸化シリコン膜のような絶縁膜を成膜するＣＶＤ成膜装置においては、フロロカーボン系ガスを用いたプラズマクリーニングによってチャンバ内のクリーニングが行われている。特に、そのフロロカーボン系ガスとしては、Ｃ３Ｆ８ガスの適用が検討されている。Ｃ３Ｆ８ガスは、Ｃ２Ｆ６ガスに比べてフッ素ラジカルの量が多くなり、クリーニング時に使用されるガス量が少なく済むことから、コストが安く温暖化係数（地球温暖化への寄与を数値化したもの）が小さくなる。また、絶縁膜を成膜するＣＶＤ成膜装置においては、たとえば発光プラズマモニタや赤外吸収分光（Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ；ＦＴ−ＩＲ）分析装置（たとえば非特許文献１参照）などを用いてクリーニング過程の測定を行い、クリーニングの終点検出を行っている。
【０００４】
【非特許文献１】
「分析機器総覧」，１９９９年版，社団法人日本分析機器工業会，平成１１年９月１日，第４章分析機器解説，ｐ．１６
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、たとえばＷ（タングステン）のような金属膜を成膜するＣＶＤ成膜装置のチャンバ内のクリーニング工程において、Ｃ３Ｆ８ガスを用いたプラズマクリーニングを行う手段について検討している。その中で、本発明者らは、以下のような課題を見出した。
【０００６】
すなわち、金属膜を成膜するＣＶＤ成膜装置においては、成膜工程中に発生する副生成物（たとえばＷＦ（フッ化タングステン）など）によって、チャンバ内を観察するための観察窓などの光学系が汚れてしまう。そのため、発光プラズマモニタやＦＴ−ＩＲ分析装置などのように、チャンバ内を観察するための光学系を利用してクリーニングの終点検出を行う分析装置では、クリーニングの終点検出が困難になる課題が存在する。
【０００７】
本発明の目的は、金属膜を成膜するＣＶＤ成膜装置のチャンバをフロロカーボン系ガスを用いてクリーニングできる技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
すなわち、本発明は、半導体ウェハに対して化学的成膜手段により薄膜を成膜し、所定枚数の前記半導体ウェハに対して前記薄膜の成膜処理を施した後に成膜処理室内のクリーニングが行われるものであり、前記クリーニングは、フロロカーボン系ガスを用いた反応処理により、前記成膜処理室内に付着した堆積物を除去する工程と、前記堆積物を除去する工程中において、前記成膜処理室内にて前記反応処理によって生じる第１イオンのイオンピーク強度を観察し、前記第１イオンのイオンピーク強度の変化が飽和した時点で前記反応処理を停止する工程とを含む工程によって行われるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
図１は、本実施の形態の半導体製造装置であるＣＶＤ成膜装置の要部構成を示す説明図である。
【００１３】
図１に示した本実施の形態のＣＶＤ成膜装置は、たとえばＣＶＤ法（化学的成膜手段）によりウェハ１に対してＷ（タングステン）膜（薄膜、金属膜）の成膜処理を施すものである。本実施の形態のＣＶＤ成膜装置は、たとえばチャンバ（成膜処理室）２、チャンバ２内にてウェハ１を載置するためのサセプタ３、サセプタ３に対向して設置されウェハ１に反応ガスを均一に噴射するためのシャワーヘッド４、チャンバ２内から排気するための排気口５などから形成されている。
【００１４】
チャンバ２の側面には開口部８が設けられ、チャンバ２はゲートバルブ９を介してウェハ１を搬入および搬出するための搬送室（図示は省略）と接続されている。
【００１５】
上記サセプタ３は、アルミニウム合金などから形成され、プラズマ放電の一方の電極とするために接地電位と電気的に接続されている。サセプタ３の内部には、円環状の発熱体１０が埋設されており、温度制御器（図示は省略）によってウェハ１が所定の温度となるように制御している。サセプタ３は、支持体１１を介してサセプタ３を上下に移動するための駆動機構１２に接続されている。
【００１６】
上記シャワーヘッド４の下側表面には、反応ガスをウェハ１に噴出するための細孔（図示は省略）が多数個設けられている。シャワーヘッド４は、整合回路１３を介して高周波発振器１４と電気的に接続されており、プラズマ放電の他方の電極を形成し、所定の周波数の高周波発信出力エネルギーによってラジカルを生成する。シャワーヘッド４には、反応ガスを導入するための導入管１５が接続されている。この導入管１５は１本に限定されるものではなく、反応ガスの種類に応じた数だけ設けることが可能である。導入管１５の一端は、反応ガスを流し込むための流入ポート１６を形成し、他端はシャワーヘッド４にガスを流出するための流出ポート１７を形成している。導入管１５の途中には、ガス流量制御器（図示は省略）およびバルブ１８が設けられている。
【００１７】
上記排気口５は、チャンバ２の側壁に設けられ、配管１９を介して真空排気ポンプ（図示は省略）と接続されている。排気口５とその真空排気ポンプとの間には、チャンバ２内の圧力を調節するためのコンダクタンス調節バルブ２０が設けられている。このコンダクタンス調節バルブ２０は、チャンバ２の外部に配置された制御装置２１に電気的に接続されている。また、この制御装置２１には、チャンバ２内の圧力を測定するための圧力計２２を電気的に接続しても良い。
【００１８】
本実施の形態において、上記流入ポート１６から流入させるクリーニングガスとしては、フロロカーボン系ガス、塩素のフッ化物ガスまたはそれらのガスと酸素もしくは不活性ガスとの混合ガスを例示することができるが、具体的にはＣ３Ｆ８ガスを用いることが好ましい。Ｃ３Ｆ８ガスは、たとえばＣ２Ｆ６ガスに比べてフッ素ラジカルの量が多くなり、クリーニング時に使用されるガス量が少なく済むことから、コストが安く温暖化係数が小さくなる。
【００１９】
配管１９には、配管２６を介して四重極型質量分析計ＱＭＳが設置されている。この四重極型質量分析計ＱＭＳは、チャンバ２内のクリーニング中において、チャンバ２内に発生するイオンのピーク強度を測定するものである。この四重極型質量分析計ＱＭＳを用いた本実施の形態のＣＶＤ成膜装置のチャンバ２内のクリーニング工程について図２および図３を用いて説明する。
【００２０】
図２は、チャンバ２内のクリーニング工程をフローチャート化したものである。前述したように、本実施の形態のＣＶＤ成膜装置は、たとえばウェハ１に対してＷ膜の成膜処理を施す（工程Ｐ１）。この成膜処理が繰り返されることによって、チャンバ２の内壁およびサセプタ３の表面に反応生成物（堆積物）が堆積していく。この反応生成物が剥がれ、Ｗ膜の成膜処理が施されているウェハ１上に落下した場合には、成膜中のＷ膜の異物多発を招き、ウェハ１上に形成される集積回路においては短絡や断線などの発生といった歩留りの低下が懸念される。そこで、所定枚（たとえば１ロット分（２５枚））のウェハ１に対してＷ膜の成膜処理を施した後、チャンバ２内部のクリーニングを行い、その反応生成物の除去を行う（工程Ｐ２）。以下、そのチャンバ２内部のクリーニング工程について説明する。
【００２１】
本実施の形態におけるクリーニングガスであるＣ３Ｆ８ガスは、所定の流量に制御されて流入ポート１６に流入された後、チャンバ２に導入される。チャンバ２の内部では、高周波発振器１４から整合回路１３を介してＣ３Ｆ８ガスに対して、たとえば１３．５６ＭＨｚ程度の高周波出力が３００Ｗ〜７５０Ｗの電力で供給される。このエネルギーによって、Ｃ３Ｆ８ガスが一定の効率で解離および活性化され、フッ素ラジカルが生成される。
【００２２】
チャンバ２内部に生成されたフッ素ラジカルは、チャンバ２の内壁およびサセプタ３の表面などに付着している上記反応生成物と化学反応を起こし、その反応生成物を気体物質へと変化させることによって、反応生成物を除去する。
【００２３】
このクリーニング工程時においては、上記四重極型質量分析計ＱＭＳにてチャンバ２内部にて検出されるガスのイオンピーク強度を測定する。本発明者らは、チャンバ２内部にて検出されるガスのイオンピーク強度をクリーニング開始時から測定した。その結果、図３に示すように、クリーニング終点時（反応生成物の除去がほぼ完了した時点）で、そのガスのイオンのうちＷＦ５＋、ＷＯＦ４＋およびＣＯ＋のイオンピーク強度の増加または減少がほぼ飽和することがわかった。
【００２４】
すなわち、本実施の形態においては、チャンバ２内部のクリーニング工程時においては、四重極型質量分析計ＱＭＳを用いてチャンバ２内部にて検出されるＷＦ５＋、ＷＯＦ４＋およびＣＯ＋のうち少なくとも一種のイオンピーク強度を測定し、そのイオンピーク強度の増加または減少がほぼ飽和した時点でクリーニング終点と判断し、チャンバ２のプラズマ放電の停止およびＣ３Ｆ８ガスの供給の停止を行う。それにより、Ｗ膜のような金属膜を成膜する本実施の形態のＣＶＤ成膜装置にて、Ｃ３Ｆ８ガスのようなフロロカーボン系ガスをクリーニングガスとして用いてチャンバ２内部のクリーニングを行った場合でも、そのクリーニング終点を検出することが可能となる。また、フロロカーボン系ガスの代わりに塩素のフッ化物ガス、フロロカーボン系ガスと酸素もしくは不活性ガスとの混合ガス、または塩素のフッ化物ガスと酸素もしくは不活性ガスとの混合ガスなどを用いた場合でも、四重極型質量分析計ＱＭＳにてチャンバ２内部にて検出されるガスのイオンピーク強度を測定することにより、クリーニング終点を検出することができる。
【００２５】
ところで、クリーニング終点を過ぎてもクリーニング処理を続けた場合には、チャンバ２の内壁およびサセプタ３の表面などがエッチングされ、チャンバ２内部の部材の損傷が懸念されるが、上記の本実施の形態によれば、クリーニング終点を検出しクリーニング処理を停止できるので、そのような損傷を防ぐことができる。すなわち、本実施の形態によれば、チャンバ２内部に配置された部材の長寿命化を実現することができる。
【００２６】
上記クリーニング工程後、ウェハ１をチャンバ２内部に搬入せずにＷ膜の成膜処理を行うことにより、チャンバ２の内壁およびサセプタ３の表面にＷ膜を堆積（プリコート）する（工程Ｐ３）。上記クリーニング工程によって生じたフッ素ラジカルがチャンバ２内壁およびサセプタ３の表面に残存している場合には、実際にウェハ１に対してＷ膜の成膜処理を施す際にそのフッ素ラジカルが反応ガスと化学反応を起こして異物となり、Ｗ膜の成膜処理が施されているウェハ１上に落下して成膜中のＷ膜への異物多発を招いてしまうことが懸念される。そこで、チャンバ２内部のクリーニング後、予めチャンバ２の内壁およびサセプタ３の表面にＷ膜をプリコートしておくことにより、そのような異物の発生を防ぐことができる。
【００２７】
このようなプリコート工程の後、再びウェハ１に対してのＷ膜の成膜処理を再開する。
【００２８】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００２９】
前記実施の形態においては、Ｗ膜の成膜を行うＣＶＤ成膜装置に対して本発明を適用する場合について例示したが、Ｗ膜以外の金属膜または酸化シリコン膜などの絶縁膜の成膜を行うＣＶＤ成膜装置にも適用可能である。たとえば、ＴｉＮ膜の成膜を行うＣＶＤ成膜装置のチャンバをフロロカーボン系ガスまたは塩素のフッ化物ガスをクリーニングガスとしてクリーニングする場合には、クリーニング中におけるチャンバ内のＴｉＦ３＋またはＴｉＣｌ３＋のイオンピーク濃度を測定することによりクリーニング終点を検出することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００３１】
すなわち、ＣＶＤ成膜装置のチャンバ内部のクリーニング時において、四重極型質量分析計にてチャンバ内部にて検出されるガスのイオンピーク強度を測定することによりクリーニング終点を検出できるので、チャンバ内部を過不足なくクリーニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体製造装置の要部構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態である半導体製造装置に含まれるチャンバ内のクリーニング工程のフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態である半導体製造装置に含まれるチャンバ内のクリーニング工程時において、本発明者らが行ったチャンバ内にて検出されるガスのイオンピーク強度についての実験結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１　ウェハ
２　チャンバ（成膜処理室）
３　サセプタ
４　シャワーヘッド
５　排気口
８　開口部
９　ゲートバルブ
１０　発熱体
１１　支持体
１２　駆動機構
１３　整合回路
１４　高周波発振器
１５　導入管
１６　流入ポート
１７　流出ポート
１８　バルブ
１９　配管
２０　コンダクタンス調節バルブ
２１　制御装置
２２　圧力計
２６　配管
Ｐ１〜Ｐ３　工程
ＱＭＳ　四重極型質量分析計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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