(57)【要約】【課題】所望の高密度の副生成物を安定して捕捉することができる、成膜装置の排気系構造を提供すること。【解決手段】処理容器１１内にＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ３ガスを供給して処理容器１１内に配置された基板Ｗ上にＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する成膜装置１００の排気系構造３００は、処理容器１１内の排ガスを排出する排気管５１と、排気管５１に設けられ、排ガス中の副生成物を捕捉するためのトラップ機構５４と、排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を得るための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給する加熱反応ガス供給機構６０とを具備し、加熱反応ガスとしてＮＨ３ガスを供給し、副生成物としてＮＨ４Ｃｌを生成する。【選択図】図１
2007300074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に処理ガスを供給して処理容器内に配置された基板上にＣＶＤにより膜を形成する成膜装置の排気系構造であって、
前記処理容器内の排ガスを排出する排気管と、
前記排気管に設けられ、排ガス中の副生成物を捕捉するためのトラップ機構と、
前記排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を生じさせるための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給する加熱反応ガス供給機構と
を具備することを特徴とする成膜装置の排気系構造。
【請求項２】
処理容器内に処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ３ガスを供給して処理容器内に配置された基板上にＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する成膜装置の排気系構造であって、
前記処理容器内の排ガスを排出する排気管と、
前記排気管に設けられ、排ガス中の副生成物を捕捉するためのトラップ機構と、
前記排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を得るための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給する加熱反応ガス供給機構と
を具備し、
前記加熱反応ガスとしてＮＨ３ガスを供給し、前記副生成物としてＮＨ４Ｃｌを生成することを特徴とする成膜装置の排気系構造。
【請求項３】
前記加熱反応ガスとしてのＮＨ３ガスは１７０℃以上に加熱された状態で供給されることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置の排気系構造。
【請求項４】
前記加熱反応ガス供給機構は、前記排気管の前記トラップ機構の上流側に配管を介して加熱された反応ガスを供給することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成膜装置の排気系構造。
【請求項５】
前記加熱反応ガス供給機構は、前記トラップ機構に配管を介して加熱された反応ガスを供給することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成膜装置の排気系構造。
【請求項６】
前記加熱反応ガス供給機構は、反応ガスを加熱する反応ガス加熱部を有し、前記反応ガス加熱部は、その中で反応ガスが加熱される加熱容器と、前記加熱容器内に配置された巻き線加工された発熱体とを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜装置の排気系構造。
【請求項７】
処理ガスを前記処理容器を介さずに排気するバイパス配管をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の成膜装置の排気系構造。
【請求項８】
前記バイパス配管を流れる処理ガスと前記加熱反応ガス供給機構から供給された加熱反応ガスとを加熱混合する加熱混合容器をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の成膜装置の排気系構造。
【請求項９】
基板が配置される処理容器と、
基板が配置された処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理ガスにエネルギーを与えて基板上で成膜反応を生じさせる手段と、
前記処理容器から排ガスを排出させ、排ガスを処理する排気系構造と
を具備し、
基板上に膜を形成する成膜装置であって、
前記排気系構造は、
前記処理容器内の排ガスを排出する排気管と、
前記排気管に設けられ、排ガス中の副生成物を捕捉するためのトラップ機構と、
前記排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を得るための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給する加熱反応ガス供給機構とを有することを特徴とする成膜装置。
【請求項１０】
基板が配置される処理容器と、
基板が配置された処理容器内に処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとを供給する処理ガス供給機構と、
基板を加熱することにより処理ガスにエネルギーを与えて基板上で成膜反応を生じさせる手段と、
前記処理容器から排ガスを排出させ、排ガスを処理する排気系構造と
を具備し、
基板上にＴｉＮ膜を形成する成膜装置であって、
前記排気系構造は、
前記処理容器内の排ガスを排出する排気管と、
前記排気管に設けられ、排ガス中の副生成物を捕捉するためのトラップ機構と、
前記排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を得るための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給する加熱反応ガス供給機構と
を有し、
前記加熱反応ガスとしてＮＨ３ガスを供給し、前記副生成物としてＮＨ４Ｃｌを生成することを特徴とする成膜装置。
【請求項１１】
処理容器内に処理ガスを供給して処理容器内に配置された基板上にＣＶＤにより膜を形成する成膜装置における排ガスの処理方法であって、
前記処理容器内の排ガスを排気管に排出し、
この排気管を通流する排ガス中に加熱された反応ガスを供給して、排ガス中の所定の成分との間で所定の副生成物を形成する反応を進行させ、
形成された副生成物をトラップ機構にトラップさせることを特徴とする排ガスの処理方法。
【請求項１２】
処理容器内に処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスを供給して処理容器内に配置された基板上にＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する成膜装置における排ガスの処理方法であって、
前記処理容器内の排ガスを排気管に排出し、
この排気管を通流する排ガス中に加熱された反応ガスとしてＮＨ３ガスを供給して、排ガス中のＴｉＣｌ４との間で副生成物としてのＮＨ４Ｃｌを形成する反応を進行させ、
形成された副生成物としてのＮＨ４Ｃｌをトラップ機構にトラップさせることを特徴とする排ガスの処理方法。
【請求項１３】
コンピュータに制御プログラムを実行させるソフトウエアが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、請求項１１または請求項１２のいずれかの排ガスの処理方法が実施されるようにコンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶＤにより所定の膜を成膜する成膜装置の排気系構造、およびそのような排気系構造を備えた成膜装置、ならびに排ガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに対して、成膜処理、改質処理、酸化拡散処理、エッチング処理等の各種の処理が行われる。
【０００３】
この中で、成膜処理としては、半導体ウエハを収容したチャンバー内に所定の処理ガスを導入して化学反応により所定の膜を成膜するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が多用されている。ＣＶＤ法においては、被処理基板である半導体ウエハ上で処理ガスを反応させて成膜させるが、この際に反応に寄与する処理ガスは１０％程度であり、大部分が未反応のままである。
【０００４】
このような未反応の処理ガスはチャンバー内で、または排気管にこれと反応するガスを導入することにより排気管を通流する途中で反応して副生成物となり、ＴｉＮ生成の際に形成された副生成物とともに流れるが、このような副生成物が冷却されると配管を閉塞させたり、真空ポンプを破損させたりするため、一般的にはチャンバーから延びる排気管にトラップ機構を設け、これにより副生成物を捕捉している。
【０００５】
ところで、トラップ機構では、捕捉しやすく比較的構造が安定な化合物の状態でトラップされることが望まれるが、成膜処理の際の各処理ガスの流量比では生成する副生成物は必ずしも所望の化合物とはならない。これに対し、特許文献１には、トラップ機構に直接またはその上流側の配管に、チャンバーから排出された不純物ガスと反応するガスを導入し、これらを反応させてトラップ可能な副生成物を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２１４２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、理論的には所定の反応ガスを導入することによりトラップされやすい所望の安定的な副生成物が生成されるような場合でも、実際には、十分な反応が生じず、不安定な副生成物が生成されたり、錯体等の不確定な構造の副生成物が生成される場合が生じる。このような場合には、トラップにて捕捉し難いためトラップを大型化する必要性が生じることや、反応生成物の生成状態（密度など）のバラツキによるトラップ機構の閉塞時期のバラツキ等の懸念がある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、所望の高密度の副生成物を安定して捕捉することができる、成膜装置の排気系構造、およびそのような排気系構造を有する成膜装置、および排ガスの処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、処理容器内に処理ガスを供給して処理容器内に配置された基板上にＣＶＤにより膜を形成する成膜装置の排気系構造であって、前記処理容器内の排ガスを排出する排気管と、前記排気管に設けられ、排ガス中の副生成物を捕捉するためのトラップ機構と、前記排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を生じさせるための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給する加熱反応ガス供給機構とを具備することを特徴とする成膜装置の排気系構造を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点では、処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ３ガスを供給して処理容器内に配置された基板上にＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する成膜装置の排気系構造であって、前記処理容器内の排ガスを排出する排気管、前記排気管に設けられ、排ガス中の副生成物を捕捉するためのトラップ機構と、前記排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を得るための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給する加熱反応ガス供給機構とを具備し、前記加熱反応ガスとしてＮＨ３ガスを供給し、前記副生成物としてＮＨ４Ｃｌを生成することを特徴とする成膜装置の排気系構造を提供する。
【００１０】
上記第２の観点において、前記加熱反応ガスとしてのＮＨ３ガスは１７０℃以上に加熱された状態で供給されることが好ましい。
【００１１】
上記第１または第２の観点において、前記加熱反応ガス供給機構は、前記排気管の前記トラップ機構の上流側に加熱された反応ガスを配管を介して供給するように構成することができる。また、前記加熱反応ガス供給機構は、前記トラップ機構に配管を介して加熱された反応ガスを供給することもできる。
【００１２】
さらに、第１または第２の観点において、前記加熱反応ガス供給機構は、反応ガスを加熱する反応ガス加熱部を有し、前記反応ガス加熱部は、その中で反応ガスが加熱される加熱容器と、前記加熱容器内に配置された巻き線加工された発熱体とを有する構成とすることができる。また、処理ガスを前記処理容器を介さずに排気するバイパス配管をさらに具備する構成とすることもできる。この場合に、前記バイパス配管を流れる処理ガスと前記加熱反応ガス供給機構から供給された加熱反応ガスとを加熱混合する加熱混合容器をさらに具備するように構成することもできる。
【００１３】
本発明の第３の観点では、基板が配置される処理容器と、基板が配置された処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理ガスにエネルギーを与えて基板上で成膜反応を生じさせる手段と、前記処理容器から排ガスを排出させ、排ガスを処理する排気系構造とを具備し、基板上に膜を形成する成膜装置であって、前記排気系構造は、前記処理容器内の排ガスを排出する排気管と、前記排気管に設けられ、排ガス中の副生成物を捕捉するためのトラップ機構と、前記排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を得るための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給する加熱反応ガス供給機構とを有することを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１４】
本発明の第４の観点では、基板が配置される処理容器と、基板が配置された処理容器内に処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとを供給する処理ガス供給機構と、基板を加熱することにより処理ガスにエネルギーを与えて基板上で成膜反応を生じさせる手段と、前記処理容器から排ガスを排出させ、排ガスを処理する排気系構造とを具備し、基板上にＴｉＮ膜を形成する成膜装置であって、前記排気系構造は、前記処理容器内の排ガスを排出する排気管と、前記排気管に設けられ、排ガス中の副生成物を捕捉するためのトラップ機構と、前記排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を得るための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給する加熱反応ガス供給機構とを有し、前記加熱反応ガスとしてＮＨ３ガスを供給し、前記副生成物としてＮＨ４Ｃｌを生成することを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１５】
本発明の第５の観点では、処理容器内に処理ガスを供給して処理容器内に配置された基板上にＣＶＤにより膜を形成する成膜装置における排ガスの処理方法であって、前記処理容器内の排ガスを排気管に排出し、この排気管を通流する排ガス中に加熱された反応ガスを供給して、排ガス中の所定の成分との間で所定の副生成物を形成する反応を進行させ、形成された副生成物をトラップ機構にトラップさせることを特徴とする排ガスの処理方法を提供する。
【００１６】
本発明の第６の観点では、処理容器内に処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスを供給して処理容器内に配置された基板上にＣＶＤによりＴｉＮ膜を形成する成膜装置における排ガスの処理方法であって、前記処理容器内の排ガスを排気管に排出し、この排気管を通流する排ガス中に加熱された反応ガスとしてＮＨ３ガスを供給して、排ガス中のＴｉＣｌ４との間で副生成物としてのＮＨ４Ｃｌを形成する反応を進行させ、形成された副生成物としてのＮＨ４Ｃｌをトラップ機構にトラップさせることを特徴とする排ガスの処理方法を提供する。
【００１７】
本発明の第７の観点では、コンピュータに制御プログラムを実行させるソフトウエアが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第５または第６の観点の排ガスの処理方法が実施されるようにコンピュータに成膜装置を制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、排ガス中の成分と反応して所定の副生成物を生じさせるための反応ガスを加熱した状態で排ガス中に供給するので、その副生成物が生成する反応の反応性を高めて十分に進行させることができ、安定した副生成物のみを生成させるトラップ機構に捕捉させることができる。このため、不確定要素の高い副生成物の生成を抑制することができ、トラップ効率を高めることができる。
【００１９】
特に、処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ３ガスを用い排気管に加熱反応ガス供給機構としてＮＨ３ガスを供給する場合には、密度が高く安定的なＮＨ４Ｃｌを副生成物として生成することができる。この副生成物は捕捉しやすく、トラップ機構閉塞時期のバラツキ等も生じ難いので、トラップ機構を大型化することなく効率良く捕捉することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、被処理基板として半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）の表面にＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜する装置を例にとって説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る排気系構造を備えた成膜装置を示す模式図である。この成膜装置１００は、成膜処理部２００と、排気系３００とに大別される。
【００２２】
成膜処理部２００は、アルミニウムまたはアルミニウム合金（例えばＪＩＳ  Ａ５０５２）からなる略円筒状のチャンバー１１を有している。チャンバー１１の内部には、被処理基板であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ１２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材１３により支持された状態で配置されている。サセプタ１２にはヒーター１４が埋め込まれており、このヒーター１４は被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。
【００２３】
チャンバー１１の上部には、ガス吐出部材であるシャワーヘッド２０が設けられている。このシャワーヘッド２０は円盤状をなし、内部にガス拡散空間２１を有し、下部には多数のガス吐出孔２２が形成されている。また、その上部中央にはガス供給口２３が設けられている。
【００２４】
チャンバー１１の底壁の中央部には円形の穴３１が形成されており、チャンバー１１の底壁にはこの穴３１を覆うように下方に向けて突出する排気室３２が設けられている。排気室３２の底面には排気口３３が形成されている。また、チャンバー１１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口３５が形成されており、この搬入出口３５はゲートバルブ３６により開閉可能となっている。
【００２５】
上記シャワーヘッド２０には、配管４１を介して成膜のための処理ガスを供給する処理ガス供給系４０が接続されており、この配管４１の途中には開閉バルブ４２が設けられている。処理ガス供給系４０は、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガス等をそれぞれ供給するための複数のガス供給源を有しておりこれらはマスフローコントローラのような流量制御装置により流量制御されて配管４１およびシャワーヘッド２０を介してチャンバー１１内に供給可能となっている。なお、配管４１は便宜上１本で表しているが、各ガスを個別な配管で供給するようにしてもよい。
【００２６】
一方、排気系３００は、上記排気口３３に接続された排気管５１を有している。この排気管５１はステンレス鋼製であり、内径が５〜１０ｃｍ程度のものが用いられる。この排気管５１には、上流側から順に、開閉バルブ５２、圧力調整バルブ５３、排気ガス中の反応副生成物を捕捉するためのトラップ機構５４、チャンバー１１を排気するための真空ポンプ５５、および排ガス中に残留する不純物を完全に除去する除害装置５６が設けられている。なお、圧力調整バルブ５３は、図１において、トラップ５４と真空ポンプ５５との間に設けても良い。これにより、圧力調整バルブ５３内へ付着する反応副生成物が減るので、圧力調整バルブ５３のメンテナンス周期を延長することが可能となる。
【００２７】
前記配管４１における開閉バルブ４２の上流部分と前記排気管５１における圧力調整バルブ５３のすぐ下流の部分とを連結するように、バイパス配管５８が接続されている。このバイパス配管５８には開閉バルブ５９が設けられている。このバイパス配管５８は、ガス流量を安定化させる時などに流す処理ガスを、チャンバー１１を経ることなく直接排気管５１へ排気するためのものである。
【００２８】
排気管５１におけるトラップ機構５４の上流側部分には、ノズル６２を介して加熱反応ガス供給機構６０から繋がる配管６１が接続されている。加熱反応ガス供給配管６１には、マスフローコントローラのような流量制御器６３と開閉バルブ６４が設けられている。そして、加熱反応ガス供給機構６０から加熱反応ガス供給配管６１およびノズル６２を経て、排気管５１を通流する未反応の処理ガスや副生成物に加熱された反応ガスを供給することにより、トラップ機構５４で捕捉しやすく、かつ安定で密度の高い副生物を生成することが可能となっている。本実施形態の場合にはこのような加熱された反応ガスとして、典型的には加熱されたＮＨ３ガスが供給されるようになっている。
【００２９】
この加熱反応ガス供給機構６０は、図２に示すように、反応ガス供給源６５と、反応ガス加熱部６６とを有しており、反応ガス加熱部６６は反応ガスが加熱されるガス加熱容器６７と、その中に配置された発熱体６８とを有している。この発熱体６８は、特殊形状に巻き線加工して発熱面積を著しく大きくしたものであり、ガス加熱容器６７に供給された反応ガスを瞬時に加熱するようになっている。発熱体６８には電源６９が接続されており、この電源６９の出力を制御することにより、反応ガスを所望の温度に加熱する。この際に、加熱反応ガスの温度は所望の反応を確実に進行させる観点から１７０℃以上が好ましい。また、設備上および安全上等の観点から４００℃以下が好ましい。さらに好ましくは２００〜３５０℃である。なお、処理ガス供給系４０に反応ガスが含まれる場合は、反応ガス供給源６５を省略し、処理ガス供給系から反応ガスを供給することも可能である。
【００３０】
上記トラップ機構５４は、図３の拡大図にも示すように、円筒状の筐体７１を有している。筐体７１の側壁上部には排ガス導入部７２と排ガス排出部７３が設けられている。筐体７１の排ガス排出部７３側には筐体７１に対して偏心した状態で円筒状の冷却室７４が形成されており、筐体７１内において冷却室７４とその外側とは筐体７１底部で繋がっている。筐体７１内の冷却室７４の外側部分には多数のガス通過孔７５ａを有するトラップ板７５が水平状態で高さ方向に複数取り付けられている。一方、冷却室７４内にも多数のガス通過孔７６ａを有するトラップ板７６が水平状態で高さ方向に複数取り付けられている。冷却室７４には複数のトラップ板７６を貫通するように冷却水配管７７が設けられており、この冷却水配管７７に冷却水を通流することによりトラップ板７６が冷却されるようになっている。なお、筐体７１の外側には冷却水配管７７に接続される冷却水供給管７８ａと冷却水排出管７８ｂが設けられている。
【００３１】
このトラップ機構５４においては、排ガス導入部７２から筐体７１内に導入された排ガスがトラップ板７５のガス通過孔７５ａを通って下方に導かれ、筐体７１の底部において冷却室７４に至り、冷却室７４においては、下方から冷却されたトラップ板７６のガス通過孔７６ａを通って、排ガス排出部７３から排出される。これにより副生成物がトラップ板７５，７６にトラップされることとなる。このとき、トラップ板７６は冷却水により冷却されているのでトラップ効率を高めることができる。
【００３２】
配管４１、バイパス配管５８、排気管５１には、それぞれ図中破線で示すように、テープヒーター８１、８２、８３が巻回されており、これによりそれぞれを所定の温度に加熱することによって管内でガス成分が凝縮することを防止している。また、加熱反応ガス供給配管６１にもテープヒーター８４が巻回されており、これにより、加熱反応ガス供給機構６０から供給された加熱反応ガスの温度低下を防止している。
【００３３】
成膜装置１００の構成部は、マイクロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ１１０に接続されて制御される構成となっている。また、プロセスコントローラ１１０には、工程管理者が成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プロセスコントローラ１１０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１１１が接続されている。さらに、プロセスコントローラ１１０には、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ１１０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてエッチング装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部１１２が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部１１２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１１１からの指示等にて任意のレシピを記憶部１１２から呼び出してプロセスコントローラ１１０に実行させることで、プロセスコントローラ１１０の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
【００３４】
次に、以上のように構成された成膜装置１００の処理動作について説明する。
まず、排気系３００を作動させてチャンバー１１内を真空引きし、次に、ウエハＷをチャンバー１１内に搬入し、サセプタ１２上に載置する。そして、ヒーター１４によりウエハＷを所定の温度に加熱する。この状態で、処理ガス供給係４０から、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガスを所定流量で、最初にバイパス配管５８に流してプリフローを行い、流量が安定したら配管４１に切り替え、シャワーヘッド２０を介してチャンバー１１内に供給するとともに圧力調整バルブ５３を動作させ、チャンバー１１内を所定圧力に保持する。この状態で、サセプタ１２に載置され、所定温度に保持されたウエハＷ上でＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスが反応してウエハＷ表面にＴｉＮ膜が堆積される。
【００３５】
このようにしてＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガスを供給してＴｉＮ膜を成膜する場合には、排ガスが排気管５１を通って排気される。この場合に、反応に消費される処理ガスは１０％程度であり、大部分が未反応のままである。このような未反応の処理ガスはチャンバー１１内で、または排気管にこれと反応するガスを導入することにより排気管５１を通流する途中で反応して副生成物となり、ＴｉＮ生成の際に形成された副生成物とともに排気管５１を流れる。
【００３６】
このとき、チャンバー１１内および排気管５１においては、以下の（１）式の反応を生じさせて副生成物としてＮＨ４Ｃｌを主に生じさせることができれば、トラップ機構５４により捕捉しやすく、密度が高く安定した副生成物として捕捉することができる。すなわち、ＮＨ４Ｃｌが本実施形態においてトラップ機構５４で捕捉すべき副生成物である。
６ＴｉＣｌ４＋３２ＮＨ３  →  ６ＴｉＮ＋２４ＮＨ４Ｃｌ＋Ｎ２  …（１）
【００３７】
一方、ＴｉＮ膜の成膜に際しては、処理ガスであるＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスとをほぼ等量チャンバー１１に導入するから、上記（１）の反応を生じさせるためにはＮＨ３ガスが不足することとなる。そこで、本実施形態では、加熱反応ガス供給機構６０から加熱されたＮＨ３ガスを配管５１に供給してＮＨ３ガスを補い、上記（１）式を生じさせるようにする。このときのＮＨ３ガスの供給量は、（１）式からすると成膜のためのＮＨ３流量の４倍程度の流量でよい。
【００３８】
この場合に、ＮＨ３ガスを常温のまま導入すると、トラップ機構５４でのトラップ率は上昇するものの、上記（１）式の反応が十分に生じず、不確定要素として以下の（２）式により生成される錯体（ＴｉＣｌ４・４ＮＨ３）が生じる。このＴｉＣｌ４・４ＮＨ３はトラップ機構５４に捕捉され難いためトラップ機構５４を大型化せざるを得ず、またＴｉＣｌ４・４ＮＨ３は、密度が低く体積が大きいため、これが多く形成されるとトラップ機構５４が早期に閉塞してしまう場合もある。そして、このＴｉＣｌ４・４ＮＨ３の生成量は不確定であるため、トラップ閉塞時期がばらついてしまう。
ＴｉＣｌ４＋４ＮＨ３  →  ＴｉＣｌ４・４ＮＨ３  …（２）
【００３９】
このような不都合が生じる原因について検討を重ねた結果、単にＮＨ３ガスを排気管５１に導入した場合には、上記（１）の反応を進行させるための熱エネルギーが不足するためであることが判明した。そして、上記（２）式を抑制して（１）式を優勢にするためには、排気管５１にＮＨ３ガスを加熱して供給すればよいことを見出した。
【００４０】
そこで、本実施形態では、排気管５１に加熱反応ガス供給機構６０から加熱されたＮＨ３ガスを導入し、上記（２）の反応を抑制しつつ上記（１）に従って生成されたＮＨ４Ｃｌを主体とする副生成物をトラップ機構５４に捕捉させる。このときのＮＨ３ガスの温度は上記（１）式を確実に進行させる観点から１７０℃以上が好ましい。また、設備上および安全上等の観点から４００℃以下が好ましい。トラップ機構５４ではトラップ板７５，７６に副生成物が捕捉されるが、冷却室７４においてトラップ７６が冷却されているので、それによりＮＨ４Ｃｌが冷却されて捕捉効率をより高く維持することができる。
【００４１】
ここで、不確定要素であるＴｉＣｌ４・４ＮＨ３は、ＴｉＣｌ４に４つのＮＨ３が配位結合したものであり、ＮＨ４Ｃｌは化学結合力がより強いイオン結合した塩であるので、ＴｉＣｌ４・４ＮＨ３の生成を抑制してＮＨ４Ｃｌを主体とする副生成物を生成させることにより、密度が高く安定しており、捕捉しやすい副生成物を得ることができる。また、トラップ機構５４の閉塞時期がばらつくおそれも小さい。このため、トラップ機構５４を大型化することなく、確実にかつ効率良く副生成物を捕捉することができ、トラップ機構のメンテナンス周期を著しく延ばすことができる。また、平均のメンテナンス周期を同等にした場合には、トラップ機構５４をコンパクト化することができる。
【００４２】
ちなみに、トラップ機構５４として従来使用していたものと同じものを使用して実験を行った結果、副生成物の体積を１／３程度にすることができ、トラップ機構５４のメンテナンス周期を３倍に延ばすことができた。
【００４３】
以上のようにしてトラップ機構５４に副生成物が捕捉された後の残余の排ガスは真空ポンプ５５を経て除害装置５６に送られそこで不純物成分が完全に除去されるが、上記（１）式に従って反応を進行させることによりＮＨ４ＣｌとともにＴｉＮもトラップ機構５４で捕捉することができ、Ｎ２は無害なガス成分であるから、トラップ機構５４で捕捉されない有害な不純物成分の量を極めて少なくすることができるので、除害装置５６の負担を軽減することができる。このため、除害装置５６のランニングコストの低減と寿命の長期化を実現することもできる。
【００４４】
加熱反応ガス供給機構６０から供給される加熱されたＮＨ３ガスは配管６１により供給されるため、排気管５１に達した際における温度低下が懸念されるが、テープヒーター８４により配管６１を加熱することにより、ＮＨ３ガスの温度低下を抑制して所望の温度で供給することができる。
【００４５】
本実施形態では、このように加熱されたＮＨ３ガスを排気管５１に導入するので反応性が高い。このため、加熱されたＮＨ３ガスを排気管５１に供給する際には、単にノズル６２を排気管５１に差し込むだけで十分である。また、このように反応性が高いため、図４に示すように、トラップ機構５４にガス導入口７９を設け、そこに配管６１を繋いで加熱されたＮＨ３ガスを直接トラップ機構５４に導入するようにしてもよい。
【００４６】
また、バイパス配管５８を直接配管５１に繋ぐ代わりに、図５に示すように、配管６１の途中に加熱混合室８５を設け、そこにバイパス配管５８を繋ぐようにすることもできる。これによりバイパス配管５８を流れてきた処理ガスを加熱されたＮＨ３ガスと加熱混合してから排気管５１に流すことができ、これによりバイパス配管５８を流れてきた処理ガスのトラップ効率を一層向上させることができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ＴｉＣｌ４ガス、ＮＨ３ガスを用いてＴｉＮを成膜する場合を例にとって示したが、これに限らず以下に例示する種々の成膜処理に適用することが可能である。
（１）ＴｉＣｌ４ガス、Ｈ２ガスを用いてＴｉ膜を成膜する際に本発明を適用した場合、ＨＣｌが捕捉すべき副生成物であり、排ガス中に加熱反応ガスとして加熱したＨ２を供給することにより、ＨＣｌを安定的に捕捉することができる。
（２）ＷＦ６ガスとＳｉＨ４ガスを原料としてＷ膜を成膜する際に本発明を適用した場合、ＳｉＦ４、ＨＦが捕捉すべき副生成物であり、排ガス中に加熱反応ガスとして加熱したＳｉＨ４ガスを供給することにより、ＳｉＦ４、ＨＦを安定的に捕捉することができる。
（３）ＷＦ６ガスとＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを原料としてＷ膜を成膜する際に本発明を適用した場合には、ＳｉＦ４、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｃｌ２等が捕捉すべき副生成物であり、排ガス中に加熱反応ガスとして加熱したＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを供給することにより、ＳｉＦ４、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｃｌ２等を安定的に捕捉することができる。
（４）Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）ガスを用いて、高誘電率材料であるＴａ２Ｏ５膜を成膜する場合には、排ガス中に加熱反応ガスとして加熱した水蒸気または加熱したＯ２ガスを供給することにより、組成は特定できていないが密度の高い固形物を安定的に捕捉することができる。
【００４８】
また、上記実施形態では反応ガスであるＮＨ３ガスの加熱を、ガス加熱容器６７中に特殊形状に巻き線加工して発熱面積を著しく大きくした発熱体６８を配置してその中にＮＨ３ガスを通すことにより行う例を示したが、これに限らず、従来知られているガス加熱手段を広く用いることができる。
【００４９】
さらに、トラップ機構５４の構造も特に限定されるものではなく、従来用いられている構造のトラップ機構であれば適用可能である。
【００５０】
さらにまた、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを例示したが、これに限らず、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレー（ＦＰＤ）用のガラス基板等、他の基板にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気系構造を備えた成膜装置を示す模式図。
【図２】図１に示す成膜装置の排気系に用いられている加熱反応ガス供給機構を示す模式図。
【図３】図１に示す成膜装置の排気系に用いられているトラップ機構を一部切り欠いて示す斜視図。
【図４】図１に示す成膜装置の排気系における加熱反応ガス供給機構の接続形態の他の例を示す模式図。
【図５】図１に示す成膜装置の排気系においてバイパス配管を流れる処理ガスと加熱反応ガスを加熱混合室で混合した例を示す模式図。
【符号の説明】
【００５２】
１１；チャンバー
１２；サセプタ
１４；ヒーター
２０；シャワーヘッド
３２；排気室
３３；排気口
４０；処理ガス供給係
４１；配管
５１；排気管
５４；トラップ機構
５５；真空ポンプ
５６；除害装置
５８；バイパス配管
６０；加熱反応ガス供給機構
６１；配管
６２；ノズル
１００；成膜装置
２００；成膜処理部
３００；排気系
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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