(57)【要約】【課題】既存の基板処理装置に対して新たな設備の導入負荷を少なくし、基板処理装置内壁に付着した厚い堆積膜の除去を行うことができる基板処理装置を得ること。【解決手段】チャンバ１１と、チャンバ１１内で基板を保持するステージ１２と、基板に対する処理によってチャンバ１１内に付着した堆積物を除去するクリーニングガスを前記チャンバ内に供給するクリーニングガス供給系６０と、チャンバ１１内のガスをチャンバ１１の底壁に設けられたガス排出口１５から排出する排気系３０と、を備える基板処理装置１において、チャンバ１１内のガス排出口１５の周囲に溝１６を備える。【選択図】図１
2012227209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内で基板を保持する基板保持手段と、
前記基板に対する処理によって前記チャンバ内に付着した堆積物を除去するクリーニングガスを前記チャンバ内に供給するクリーニングガス供給手段と、
前記チャンバ内のガスを前記チャンバの底壁に設けられたガス排出口から排出する排出手段と、
を備える基板処理装置において、
前記チャンバ内の前記ガス排出口の周囲に溝を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記溝内に溜まった堆積物粉の拡散を防止する拡散防止手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記溝内を加熱する加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記ガス排出口の端部は、前記チャンバの前記溝付近の前記底壁の上面に比して高い位置に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記チャンバの前記底壁には、前記チャンバの側壁から前記底壁の溝に向かって低くなる傾斜面を有する斜面構成部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記傾斜面を振動させる振動手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記傾斜面は、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって構成されることを特徴とする請求項５または６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記チャンバの前記底壁は、前記チャンバの側壁との境界から前記溝の形成位置に向かって低くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスでは、被処理基板に対して成膜処理、改質処理、酸化拡散処理およびエッチング処理が行われ、半導体装置が製造される。このうち、成膜処理については、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法が多用されている。成膜処理では、成膜室内壁に成膜される材料が堆積するため、定期的にラジカルガスを流して内壁の堆積膜と反応させるクリーニングを行い、堆積膜を除去している。しかし、ＣＶＤ装置における堆積膜の除去の際に、Ｓｉ系粉が発生し、ＣＶＤ装置の排気系で目詰まりを起こすために定期的な洗浄が行われている。
【０００３】
そこで、従来では、Ｓｉ系膜を形成する成膜装置の排気系において、配管内に堆積したＳｉ系粉を落下させて収容する収容部を設けると共に、該収容部のＳｉ系粉を外部へ取り出す開閉自在なフランジを設ける構造のものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７３１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の技術のように、成膜装置の排気系に収容部やフランジを設けることで、既存の成膜装置に新たな機構の導入を要し、場合によっては活性化したＳｉ系粉の除外設備が必要になるという問題点があった。また、従来のＬＳＩ（Large  Scale  Integrated  Circuit）の製造工程に比べて、アモルファスシリコン太陽電池や薄膜トランジスタ、光センサ、半導体保護膜などの各種電子デバイスに使用される薄膜は大面積化しており、このような大面積薄膜の製造にはプラズマＣＶＤ装置が用いられるのが一般的である。大面積薄膜の製造に伴い、プラズマＣＶＤ装置の内壁には厚い堆積膜が付着するが、この厚い堆積膜をクリーニングガスによって除去すると、Ｓｉ系粉が大量に発生するため、より処理能力の高い設備が必要となる。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、既存の基板処理装置に対して新たな設備の導入負荷を少なくし、基板処理装置内壁に付着した厚い堆積膜の除去を行うことができる基板処理装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明にかかる基板処理装置は、チャンバと、前記チャンバ内で基板を保持する基板保持手段と、前記基板に対する処理によって前記チャンバ内に付着した堆積物を除去するクリーニングガスを前記チャンバ内に供給するクリーニングガス供給手段と、前記チャンバ内のガスを前記チャンバの底壁に設けられたガス排出口から排出する排出手段と、を備える基板処理装置において、前記チャンバ内の前記ガス排出口の周囲に溝を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、チャンバ底部の排気口の周囲にチャンバ内壁に付着した堆積物粉のトラップとなる溝を設けたので、溝内部の堆積物粉をクリーニングガスと反応させて効率よく気化させて除去することができる。また、堆積物粉を気化することによって既存の燃焼除外装置で処理することができ、成膜室内を初期化するクリーニングガスを、溝にトラップされた堆積物粉を気化させる際に利用できるので、既存の設備に対する導入負荷が少ないという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１による基板処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、実施の形態２によるガス排気口周囲の溝の構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる基板処理装置を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による基板処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、基板処理装置としてプラズマＣＶＤ装置を例に挙げる。基板処理装置１は、成膜処理部１０、排気系３０およびガス供給系４０に大別することができる。
【００１２】
成膜処理部１０は、たとえばアルミニウム製またはアルミニウム合金製のチャンバ１１を有している。チャンバ１１は、たとえば円筒形状を有している。チャンバ１１内部には、処理対象である基板を水平に支持する基板保持手段であるステージ１２が配置されている。ステージ１２は、チャンバ１１内の水平方向の中央部付近に配置され、チャンバ１１内部で図示しない支持部材によって支持されている。また、ステージ１２は、ヒータなどの基板加熱手段や、基板を真空吸着などの方法で保持する保持機構などを内蔵している。ヒータは、基板を処理する際に所定の温度に加熱する際に使用される。また、チャンバ１１の側壁には、図示しないが基板の搬入出口が設けられており、図示しないゲートバルブによって開閉可能な構成となっている。
【００１３】
チャンバ１１内のステージ１２の基板保持面に対向するように、ステージ１２の上部にガス吐出部材であるシャワーヘッド１３が設けられている。このシャワーヘッド１３は、上部電極としても機能し、チャンバ１１の側壁に絶縁部材１４を介して支持されている。シャワーヘッド１３には、多数の吐出孔１３Ａが設けられており、チャンバ１１上部から供給されるガスをシャワー状にチャンバ１１内の空間へと供給する。また、図示していないがシャワーヘッド１３には、高周波電力をシャワーヘッド１３に供給する高周波電源供給部が給電線を介して接続されている。このように、ステージ１２とシャワーヘッド１３とは、一対の平行平板電極を構成している。
【００１４】
チャンバ１１の底部の中央部付近には、ガス排気口１５が設けられている。ガス排気口１５は、たとえば円形の開口を有している。また、ガス排気口１５の周囲には、基板処理後のクリーニングなどで生じた堆積物粉をトラップする溝１６と、クリーニングガスで主に溝１６にトラップされた堆積物粉の気化反応を促進する加熱部１７と、が設けられている。
【００１５】
さらに、チャンバ１１の底部のガス排気口１５の周囲には、チャンバ１１の側壁の溝１６の位置を基準とした所定の高さから溝１６に向かって傾斜をなすすり鉢状の斜面構成部材１８が設けられている。この斜面構成部材１８は、クリーニング時に除去し、チャンバ１１下方へと落下した堆積物粉が、自重によってさらに溝１６に到達するように設けられる。
【００１６】
斜面構成部材１８の傾斜面１８Ａは、熱伝導率のよいたとえばアルミニウム製またはアルミニウム合金製とすることができる。熱伝導率のよいアルミニウム製またはアルミニウム合金製の傾斜面１８Ａとすることで、斜面構成部材１８を加熱しながら効率的にクリーニングガスによって堆積物粉を気化することができる。
【００１７】
また、斜面構成部材１８の傾斜面１８Ａに、傾斜面１８Ａを振動させる図示しない振動部を設けるようにしてもよい。振動部で傾斜面１８Ａに振動を与えることよって、傾斜面１８Ａ上に留まった堆積物粉を溝１６に向かって移動させることができる。振動部として、圧電素子に交流電圧を印加して超音波を傾斜面１８Ａに伝える超音波発生装置などを用いることができる。また、ガス排気口１５と溝１６の間には、斜面構成部材１８上を滑り落ちてくる堆積物粉が直接にガス排気口１５に入り込んでしまうことを防ぐ遮断部材１９が設けられている。この遮断部材１９は、ガス排気口１５の端部がチャンバ１１の底面よりも上に位置するように、ガス排気口１５を構成する部材をチャンバ１１内部へと延長した構成を有する。なお、ここでは、チャンバ１１の底部に斜面構成部材１８を設ける場合を示したが、これに限定されるものではなく、たとえばチャンバ１１として、底部のガス排気口１５に向かって凸形状となるような構造のもの、すなわち底部を構成する面が側壁との境界からガス排気口１５に向かって低くなるように傾斜したすり鉢状の面によって構成するものでもよい。
【００１８】
チャンバ１１底部のガス排気口１５には、排気系３０が設けられる。排気系３０は、チャンバ１１底部のガス排気口１５に接続される配管３１と、配管３１に接続される排気手段である真空ポンプ３２と、真空ポンプ３２によるチャンバ１１内のガスの排気の度合いを切り替えるバルブ３３と、有する。
【００１９】
チャンバ１１の上部付近には、ガス供給口２０，２１が設けられている。この図では、チャンバ１１の上面の中央部付近には処理ガスを供給するガス供給口２０が設けられ、チャンバ１１の側壁にはクリーニングガスを供給するガス供給口２１が設けられている。
【００２０】
ガス供給系４０は、処理ガスを供給する処理ガス供給系５０と、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系６０と、を有する。処理ガス供給系５０は、チャンバ１１の上部に設けられるガス供給口２０に接続される配管５１と、配管５１のもう一方の端部に設けられるガス供給源５２と、ガス供給源５２からチャンバ１１内への処理ガスの供給のオン／オフを切り替える配管５１上に設けられるガスバルブ５３と、を備える。ガス供給源５２に使用されるガスとして、Ｓｉ膜を形成する場合には、たとえばＳｉＨ3ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガスなどを用いることができる。なお、図中では、配管５１、ガス供給源５２およびガスバルブ５３がそれぞれ１つのみ図示されているが、ガス供給源５２ごとにガスバルブ５３や配管５１が設けられる。
【００２１】
クリーニングガス供給系６０は、チャンバ１１の側壁に設けられるガス供給口２１に接続される配管６１と、配管６１のもう一方の端部に設けられるガス供給源６２と、ガス供給源６２からチャンバ１１内へのクリーニングガスの供給のオン／オフを切り替える配管６１上に設けられるガスバルブ６３と、を備える。クリーニングガスとしては、Ｓｉ系膜のクリーニングを行う場合には、Ｆ2，ＮＦ3，ＣｌＦ3，ＣＦ4などのフッ素を含むガスまたはこれらを１種類以上含む混合ガスと、Ｎ2，Ａｒ，Ｈｅ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｎｅなどの不活性ガスまたはこれらを１種類以上含む混合ガスと、を含むものを用いることができる。これらクリーニングガス供給後、チャンバ１１の上下に設けられている電極に高周波電力供給部から高周波電力を印加することでシャワーヘッド１３とステージ１２との間の空間にプラズマを生成させる。ガス供給源６２としては、上記のガスのうち使用されるガスに対応するものが設けられる。なお、図中では、配管６１、ガス供給源６２およびガスバルブ６３がそれぞれ１つのみ図示されているが、ガス供給源６２ごとにガスバルブ６３や配管６１が設けられる。また、クリーニングガスとして、リモートプラズマによるこれらのクリーニングガスがラジカルとして供給されるものであってもよい。
【００２２】
つぎに、このような構成の基板処理装置１における処理の概要について、Ｓｉ膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。まず、図示しない基板の搬入出口から基板がチャンバ１１内へと搬入され、ステージ１２上に載置され、真空チャック機構などの保持機構によって固定される。ついで、排気系３０によってチャンバ１１内のガスが排気され、チャンバ１１内を所定の真空度とする。また、成膜を行う際に必要とされる温度までステージ１２を加熱する。
【００２３】
その後、処理ガス供給系５０からたとえばＳｉ膜を形成する際に使用される処理ガス（たとえばＳｉＨ3ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガスなど）がガス供給口２０を介してチャンバ１１内に供給され、シャワーヘッド１３の吐出孔１３Ａを介してシャワーヘッド１３とステージ１２との間の空間に供給される。チャンバ１１内の圧力が所定の圧力に達すると、下部電極であるステージ１２を接地した状態で、上部電極であるシャワーヘッド１３に高周波電力供給部から高周波電力を印加して、シャワーヘッド１３とステージ１２との間の空間にプラズマを生成させる。これによって、処理ガス供給系５０から供給される処理ガスが活性化され、基板上に所望の被膜（ここではＳｉ膜）が形成される。このとき、プラズマと接するチャンバ１１内の構成部材にも基板上と同様に膜が堆積される。
【００２４】
所定の厚さの被膜（Ｓｉ膜）が基板上に形成されると、高周波電力供給部からの高周波電力の供給が停止され、チャンバ１１内を十分に排気した後、バルブ３３を閉じ、チャンバ１１内に窒素ガスや不活性ガスなどを供給して所定の圧力とし、基板の搬入出口からステージ１２上の基板がチャンバ１１外へと搬出される。以上が、基板処理装置１における成膜処理の概要である。
【００２５】
つぎに、基板処理装置１におけるクリーニング処理の概要について説明する。成膜処理が終了し、チャンバ１１の搬入出口から基板が搬出されると、搬入出口が閉じられ、排気系３０によってチャンバ１１内を所定の真空度となるように排気する。
【００２６】
ついで、クリーニングガス供給系６０からクリーニングガスやそのラジカルをチャンバ１１内に供給する。このとき、成膜処理で生じたチャンバ１１内壁の成膜材がフッ素などのクリーニングガスやそのラジカルによってフッ化シリコンのような形で気化するが、成膜材の一部が堆積物粉として未反応のまま、チャンバ１１の下方の斜面構成部材１８上へと落下する。落下した堆積物粉は、チャンバ１１底部に設けられた斜面構成部材１８を構成する傾斜面１８Ａ上を自重によって滑り落ち、チャンバ１１底部中央付近のガス排気口１５周囲に形成された溝１６へと誘導される。このとき、ガス排気口１５周囲の遮断部材１９によって、落下した堆積物粉が直接にガス排気口１５へと入り込んでしまうことを防ぐことができる。また、斜面構成部材１８の傾斜面１８Ａ上に落下した未反応の堆積物粉が傾斜面１８Ａ上で留まってしまうことを防ぐために、傾斜面１８Ａを振動部によって振動させるようにしてもよい。
【００２７】
溝１６に設けられた加熱部１７は、溝１６内部が所定の温度となるように加熱し、溝１６に落ち込んだ未反応の堆積物粉の加熱反応を促進する。これによって、未反応の堆積物粉が気化され、溝１６内の堆積物磁場粉が除去される。また、加熱部１７による溝１６の加熱によって、斜面構成部材１８にも熱が伝達し、斜面構成部材１８の傾斜面１８Ａ上に滞留してしまった堆積物粉も効率的に気化させて除去することができる。以上のようにして、クリーニング処理が行われる。クリーニング処理が行われると、つぎの成膜処理が開始される。なお、クリーニング処理は、成膜処理のたびに行ってもよいし、成膜処理を続けて複数回行った後に１回行ってもよいし、またはチャンバ１１内の側壁に付着した堆積物の厚さが所定の厚さになってから行ってもよい。
【００２８】
この実施の形態１によれば、基板処理装置１のチャンバ１１の底面の中央部付近に設けられたガス排気口１５の周囲に溝１６を設け、加熱部１７によって溝１６を加熱可能な構成としたので、チャンバ１１内のクリーニング処理を行う際に、チャンバ１１の内壁に付着した成膜材がクリーニング処理中に堆積物粉として落下した場合に、溝１６内に未反応の堆積物粉を集中させることができる。そして、加熱反応によって堆積物粉とクリーニングガスとの反応を促進させて、チャンバ１１内壁などに付着した成膜材を効率的に除去することができる。また、このような構造は、既存の設備に容易に設けることが可能であるので、新たなプロセスの導入負荷を少なくすることができるとともに、効果的にチャンバ１１内壁に付着した成膜材を除去することができるという効果を有する。その結果、排気系３０での目詰まりなどの懸念を抑えることができる。
【００２９】
実施の形態２．
図２は、実施の形態２によるガス排気口周囲の溝の構造を模式的に示す図である。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。この図に示されるように、ガス排気口１５の周囲に設けられる溝１６の上部付近に、さらに堆積物粉の拡散を防止する拡散防止手段であるオリフィス２５を備える。オリフィス２５は、溝１６内にトラップされた堆積物粉が舞い上がってしまうことを防ぎ、仮に堆積物粉が舞い上がってしまった場合でも、オリフィス２５によって遮られ、ガス排気口１５へと到達することを防ぐことができる。
【００３０】
この実施の形態２によれば、溝１６の上部付近にオリフィス２５を設けたので、溝１６に落ち込んだ堆積物粉が舞い上がってしまった場合でも、その舞い上がった堆積物粉のガス排気口１５への侵入を防ぎ、排気系、特に真空ポンプを閉塞させたり、破損させたりすることを防ぐことができるという効果を有する。
【００３１】
なお、上述した説明では、基板処理装置１としてプラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明したが、処理中にチャンバ１１内壁に堆積物が付着するような装置全般に関して上記した実施の形態を適用することができる。たとえば、一般的なＣＶＤ装置、スパッタ装置、ＡＬＤ（Atomic  Layer  Deposition）装置、真空蒸着装置、レーザアブレーション装置などの成膜装置のほかに、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）装置やアッシング装置、ＣＤＥ（Chemical  Dry  Etching）装置などのエッチング装置などに対しても適用することができる。
【００３２】
また、上述した説明では、Ｓｉ膜を基板上に成膜した場合にチャンバ１１内壁に付着する堆積物を除去する場合を例に挙げて説明したが、Ｓｉ膜に限定されるものではなく、他の材料を成膜したりエッチングしたりして、チャンバ１１内壁に堆積物が付着するような場合にも同様に上記した実施の形態を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、この発明にかかる基板処理装置は、大面積の薄膜を形成することができる成膜装置に有用であり、特に、プラズマＣＶＤ装置に適している。
【符号の説明】
【００３４】
１  基板処理装置
１０  成膜処理部
１１  チャンバ
１２  ステージ
１３  シャワーヘッド
１３Ａ  吐出孔
１４  絶縁部材
１５  ガス排気口
１６  溝
１７  加熱部
１８  斜面構成部材
１８Ａ  傾斜面
１９  遮断部材
２０，２１  ガス供給口
２５  オリフィス
３０  排気系
３１，５１，６１  配管
３２  真空ポンプ
３３  バルブ
４０  ガス供給系
５０  処理ガス供給系
５２，６２  ガス供給源
５３，６３  ガスバルブ
６０  クリーニングガス供給系
【図１】
2012227209.tif 000003
【図２】
2012227209.tif 000004