薄膜製造装置
【課題】供給系の配管閉塞が生じることなく、プロセスガスの安定供給が可能な薄膜製造装置を提供する。
【解決手段】基板上に薄膜を成膜するリアクター２９と、リアクター２９に第１プロセスガスを供給する第１供給経路Ｌ１０と、リアクター２９に第２プロセスガスを供給する第２供給経路Ｌ２０と、リアクター２９にクリーニングガスを供給する第３供給経路Ｌ３０と、を少なくとも備え、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０とが合流する合流点Ｇが、リアクター２９の近傍に設けられるとともに、第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０には、合流点Ｇの上流側に、経路を遮断する遮断手段２２，３２がそれぞれ設けられていることを特徴とする薄膜製造装置６０を選択する。
【解決手段】基板上に薄膜を成膜するリアクター２９と、リアクター２９に第１プロセスガスを供給する第１供給経路Ｌ１０と、リアクター２９に第２プロセスガスを供給する第２供給経路Ｌ２０と、リアクター２９にクリーニングガスを供給する第３供給経路Ｌ３０と、を少なくとも備え、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０とが合流する合流点Ｇが、リアクター２９の近傍に設けられるとともに、第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０には、合流点Ｇの上流側に、経路を遮断する遮断手段２２，３２がそれぞれ設けられていることを特徴とする薄膜製造装置６０を選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜製造装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池に代表される薄膜の製造方法では、Ａｌ配線の形成後の基板の表面上にパッシベーション膜を設けて基板の表面を保護することが一般的である。
【０００３】
パッシベーション膜としては、通常プラズマＣＶＤ装置によって成膜される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜が用いられている。そして、ＳｉＮ膜は、プロセスガス供給系からシランガス（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）、一酸化二窒素ガス（Ｎ２Ｏ）、窒素ガス（Ｎ２）を流して基板上に形成する方法が知られている（非特許文献１）。
【０００４】
ところで、薄膜製造装置のリアクターにおいて、連続して薄膜の形成を行っていると、基板以外のリアクター内壁などに、安定な酸化シリコン（ＳｉＯ２）、可燃性を持つＳｉＯｘＮｙＨｚ、毒性を持つ（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が反応副生成物として発生することが知られている（非特許文献１）。
【０００５】
そこで、この堆積膜を定期的に除去する必要が生じる。堆積膜除去の具体的な方法としては、クリーニングガス供給系から炭化フッ素系（ＰＦＣ）のクリーニングガスと酸素ガス（Ｏ２）とをプラズマ源で分解し、フッ素ラジカルを形成させる方法が知られている。当該方法によってリアクター内壁に付着した上記堆積膜を効率的に除去することができる。
【０００６】
ここで、従来からクリーニングガスとしてヘキサフルオロエタンガス（Ｃ２Ｆ６）が使用されてきたが、このガスは温室効果ガスであり、高い地球温暖化係数（ＧＷＰ＝９２００、１９９６年度値）を持つため、京都議定書に代表されるような温室効果ガス排出量削減の流れにそぐわないクリーニングガスとなっている。
【０００７】
そこで、Ｃ２Ｆ６ガスの代替のクリーニングガスとしてフッ素ガス（Ｆ２）（ＧＷＰ＝０）やフッ化カルボニルガス（ＣＯＦ２）（ＧＷＰ＝１）といった低い地球温暖化係数のガスが開発されている（非特許文献２）。
【０００８】
ところで、図５に示すように、従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置１６０では、成膜ガス供給系Ｐとクリーニングガス供給系Ｃとが自動開閉弁を隔てることなくマスフローコントローラー１１７，１１８出口付近で直接合流しており、これらのガスがそれぞれ自動開閉弁１２２、マスフローメーター１２４、自動開閉弁１２７の順に通過してリアクター１２９に供給されている。
【０００９】
成膜ガス及びクリーニングガスのガス供給経路が一部共有されている理由としては、クリーニングガスのＣ２Ｆ６ガスと成膜ガスのＮＨ３とが反応しないことを前提に装置設計されているため、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とを分離する必要がなく、シンプルで部品数が少なく、メンテナンスがしやすいシステムに構成できる利点があったためと考えられる。
【００１０】
また、成膜装置の中古市場の利用や、リアクターへの再配管といった大きな改造をすることなく既存の設備をできるだけそのまま使いたいといったニーズも多く存在した。
【００１１】
しかしながら、成膜ガス及びクリーニングガスのガス供給経路が一部共有されている成膜装置において、Ｆ２ガスやＣＯＦ２ガスといったＮＨ３に対して活性な代替ガスをクリーニングガスとして使用すると、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とが合流する枝配管とチャンバーとの間の距離が長くなるため、枝配管部分のパージが困難であるという問題があった。これにより、例えば、成膜プロセスからクリーニングプロセスへとプロセスを切り替えた時に、枝配管部分（図５中の符号１２０部分）の残留ＮＨ３ガスとＦ２ガスとが下記式（１）に示すような反応が生じ、反応生成物としてＮＨ４Ｆが発生するという問題があった（非特許文献３）。
４ＮＨ３＋３Ｆ２→ＮＦ３＋３ＮＨ４Ｆ ・・・（１）
【００１２】
ここで、従来の成膜装置では、クリーニングガスとしてＦ２ガスやＣＯＦ２ガスを使用することを想定していなかったため、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系との系統分離が不十分であった。この結果、供給系の配管閉塞を生じてしまい、プロセスガスの安定供給が困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】吉見武夫．環境クリーン化のための排ガス処理装置の動向と課題、クリーンテクノロジー．２００２、（６）、ｐ．１−４．
【非特許文献２】別所達郎．半導体ＣＶＤ洗浄プロジェクト：代替ガス・システムの開発．ＲＩＴＥ ＮＯＷ．２００１、（４２）、ｐ．１８−１９．
【非特許文献３】Ｓ． Ｉ． Ｍｏｒｒｏｗ ｅｔ ａｌ． Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｍｏｎｉａ． Ｊ． Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ． １９６０、 ８２ （２０）、 ５３１０−５３０４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、供給系の配管閉塞が生じることなく、プロセスガスの安定供給が可能な薄膜製造装置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】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、基板上に薄膜を成膜するリアクターと、
前記リアクターに第１プロセスガスを供給する第１供給経路と、
前記リアクターに第２プロセスガスを供給する第２供給経路と、
前記リアクターにクリーニングガスを供給する第３供給経路と、を少なくとも備え、
前記第２供給経路と前記第３供給経路とが合流する薄膜製造装置であって、
前記第２供給経路と前記第３供給経路とが合流する合流点が、前記リアクターの近傍に設けられるとともに、
前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、前記合流点の上流側に、経路を遮断する遮断手段がそれぞれ設けられていることを特徴とする薄膜製造装置。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記遮断手段が、前記合流点の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置である。
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記遮断手段が、自動開閉弁であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜製造装置である。
また、本発明の請求項４に係る発明は、前記第２プロセスガスの少なくとも一つがアンモニアガスであり、
前記クリーニングガスが、フッ素ガス又はフッ化カルボニルガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜製造装置である。
【００１７】
また、本発明の請求項５に係る発明は、前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、ガスボンベ、自動開閉弁、マスフローコントローラー、自動開閉弁がそれぞれこの順に設けられており、
前記第２プロセスガス及び前記クリーニングガスが、前記自動開閉弁の切り替えによって前記リアクターに供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜製造装置である。
【００１８】
また、本発明の請求項６に係る発明は、前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、ガスボンベ、自動開閉弁、マスフローコントローラー、自動開閉弁、マスフローメーター、自動開閉弁がそれぞれこの順に設けられており、
前記第２プロセスガス及び前記クリーニングガスが、前記自動開閉弁の切り替えによって前記リアクターに供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜製造装置である。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の薄膜製造装置によれば、リアクターに第２プロセスガスを供給する第２供給経路と、リアクターにクリーニングガスを供給する第３供給経路との合流点がリアクターの近傍に設けられており、第２供給経路及び第３供給経路の上記合流点の上流側には経路を遮断する遮断手段がそれぞれ設けられている。これにより、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とが合流する枝配管と、チャンバーとの距離が短くなるため、枝配管部分の真空パージを充分行うことができる。この結果、クリーニングプロセス時において、枝配管部分の残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの化学反応に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。したがって、供給系の配管閉塞が生じることなく、プロセスガスを安定供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明を適用した薄膜製造装置の一実施形態を示すガス系統図である。
【図２】図２は、本発明を適用した一実施形態である薄膜製造装置の成膜プロセスのステップを示すフロー図である。
【図３】図３は、本発明を適用した一実施形態である薄膜製造装置のクリーニングプロセスのステップを示すフロー図である。
【図４】図４は、本発明を適用した薄膜製造装置の他の実施形態を示すガス系統図である。
【図５】図５は、従来の薄膜製造装置のガス系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した実施形態である薄膜製造装置の一例について、これを用いた成膜プロセス及びクリーニングプロセスとともに、図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２２】
図１は、本発明の薄膜製造装置を適用した一実施形態として、プラズマＣＶＤ装置に適用した例を示すガス系統図である。
なお、図１中の符号７〜１３，２１〜２２，２５〜２８及び３２〜３３は、空圧弁又は電磁弁等の自動開閉弁（遮断手段）である。また、符号１４〜１９はマスフローコントローラー（ＭＦＣ）であり、符号２３〜２４はマスフローメーター（ＭＦＭ）である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置（薄膜製造装置）６０は、基板上に薄膜を成膜するリアクター２９と、このリアクター２９に第１プロセスガスを供給する第１供給経路Ｌ１０と、第２プロセスガスを供給する第２供給経路Ｌ２０と、クリーニングガスを供給する第３供給経路Ｌ３０と、を少なくとも備えて概略構成されている。
【００２４】
第１供給経路Ｌ１０は、図１に示すように、ガス供給経路Ｌ１及びＬ２が接続されて構成されている。ここで、ガス供給経路Ｌ１には、窒素（Ｎ２）ガス供給源１が接続されており、窒素ガスを供給可能とされている。また、ガス供給経路Ｌ２には、シラン（ＳｉＨ４）ガス供給源２が接続されており、シランガスを供給可能とされている。すなわち、上記第１プロセスガスは、上記窒素ガス及びシランガスから構成されている。
【００２５】
第２供給経路Ｌ２０は、図１に示すように、ガス供給経路Ｌ３及びＬ４が接続されて構成されている。ここで、ガス供給経路Ｌ３には、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガス供給源３が接続されており、一酸化二窒素ガスを供給可能とされている。また、ガス供給経路Ｌ４には、アンモニア（ＮＨ３）ガス供給源４が接続されており、アンモニアガスを供給可能とされている。すなわち、上記第２プロセスガスは、上記一酸化二窒素ガス及びアンモニアガスから構成されている。
【００２６】
なお、図１に示すように、上記ガス供給経路Ｌ１〜Ｌ４により、成膜ガス供給系Ｐが構成されている。
【００２７】
第３供給経路Ｌ３０は、図１に示すように、ガス供給経路Ｌ５及びＬ６が接続されて構成されている。ここで、ガス供給経路Ｌ５には、クリーニングガス供給源５が接続されており、クリーニングガスを供給可能とされている。また、ガス供給経路Ｌ６には、酸素（Ｏ２）ガス供給源６が接続されており、酸素ガスを供給可能とされている。
【００２８】
本実施形態のクリーニングガスとしては、上記第２プロセスガスの一つであるアンモニアと反応性を有するガスであれば、特に限定されるものではない。上記ガスとしては、例えば、フッ素（Ｆ２）ガスやフッ化カルボニル（ＣＯＦ２）ガスが挙げられる。
【００２９】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０は、図１に示すように、第１及び第２供給経路Ｌ１０，Ｌ２０がリアクター２９の手前で合流しており、第１及び第２プロセスガスをリアクター２９に供給可能とされている。
【００３０】
また、第２供給経路Ｌ２０は、第１供給経路Ｌ１０との合流点の上流側で第３供給経路Ｌ３０と合流している。
第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０には、合流するまでに、それぞれガス供給源（ガスボンベ）４，５、自動開閉弁（空圧弁又は電磁弁）１１，１２、マスフローコントローラー１７，１８、自動開閉弁２２，３２がそれぞれこの順に設けられている。
第２プロセスガス及びクリーニングガスは、自動開閉弁２２，３２の切り替えによってリアクター２９に供給される。
【００３１】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０は、図１に示すように、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０とが合流する合流点Ｇが、リアクター２９の近傍に設けられていることを特徴としている。また、第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０には、上記合流点Ｇの上流側に、経路Ｌ２０，Ｌ３０を遮断する自動開閉弁２２，３２がそれぞれ設けられている。なお、自動開閉弁２２，３２は、合流点Ｇの近傍に設けられていることが好ましい。
【００３２】
次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０を用いた一般的な成膜プロセス及びクリーニングプロセスを図２及び図３に示す。図２中に示すＳ１〜Ｓ９が成膜プロセスであり、図３中に示すＳ１０〜Ｓ１８がクリーニングプロセスである。プラズマＣＶＤ装置６０では、成膜プロセスとクリーニングプロセスとが交互に実行される。
【００３３】
ところで、図５に示すように、従来のプラズマＣＶＤ装置１６０によれば、成膜ガス供給系Ｐのガス供給経路Ｌ１２０とクリーニングガス供給系Ｃのガス供給経路Ｌ１３０とが、自動開閉弁で隔てることなくそれぞれのマスフローコントローラー１１７，１１８の直近の合流点Ｇで合流している。このため、図２中のＳ８〜Ｓ９のステップにおいて合流点Ｇとマスフローコントローラー１１７との間の枝配管１２０部分にＮＨ３ガスが残留する。そして、図３中のＳ１３のステップにおいて、上記枝配管１２０部分に残留するＮＨ３ガスを十分にパージすることができず、Ｓ１７のステップにおいて残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとが反応して副生成物を発生する。
【００３４】
すなわち、従来のプラズマＣＶＤ装置１６０の構造では、合流点Ｇとマスフローコントローラー１１７との間の枝配管１２０部分がパージ不足となり、ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの反応によって粒子状の副生成物が生じてしまうという問題があった。
【００３５】
これに対して、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０は、図１に示すように、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０との合流点Ｇをリアクター２９にできるだけ近い位置に設けるとともに、第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０にそれぞれ自動開閉弁２２，３２を設けてそれぞれ隔てて供給している。これにより、自動開閉弁２２，３２及びマスフローメーター２４の間の枝配管３１とチャンバー２９との距離が従来のプラズマ装置よりも短くなるため、枝配管３１部分がパージ不足とはならず、ＮＨ３とクリーニングガスの反応による副生成物が生じない。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０によれば、リアクター２９に第２プロセスガスを供給する第２供給経路Ｌ２０と、リアクター２９にクリーニングガスを供給する第３供給経路Ｌ３０との合流点Ｇがリアクター２９の近傍に設けられており、第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０の上記合流点Ｇの上流側には自動開閉弁２２，３２がそれぞれ設けられている。これにより、成膜ガス供給系Ｐとクリーニングガス供給系Ｃとが合流する枝配管３１と、チャンバー２９との距離が短くなるため、枝配管３１部分の真空パージを充分行うことができる。この結果、クリーニングプロセス時において、枝配管３１部分の残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの化学反応に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。したがって、供給系の配管閉塞が生じることなく、プロセスガスを安定供給することができる。
【００３７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０とが合流するまでに、第２供給経路Ｌ２０には、ガス供給源（ガスボンベ）４、自動開閉弁１１、マスフローコントローラー１７、自動開閉弁２２がこの順に設けられ、第２プロセスガス及びクリーニングガスが自動開閉弁２２，３２の切り替えによってリアクター２９に供給される構成としているが、これに限定されるものではない。
【００３８】
例えば、図４に示すプラズマＣＶＤ装置７０のように、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０とが合流するまでに、第２供給経路Ｌ２０には、ガス供給源４、自動開閉弁１１、マスフローコントローラー１７、自動開閉弁２２、マスフローメーター２４及び自動開閉弁２７がそれぞれこの順に設けられており、第２プロセスガス及びクリーニングガスが自動開閉弁２７，３２の切り替えによってリアクター２９に供給される構成としてもよい。
【００３９】
以下、具体例を示す。
（実施例１）
実施例１として、図１に示す平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、成膜プロセス及びクリーニングプロセスを行なった。このプラズマＣＶＤ装置によれば、ＮＨ３ガス供給系とクリーニングガス供給系とがリアクター上流の自動開閉弁を隔ててリアクター近傍で合流しているため、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とが合流する枝配管と、チャンバーとの距離が短くなっている。これにより、枝配管部分の真空パージを充分に行うことができるため、クリーニングプロセス時に枝配管部分の残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの化学反応を抑制することができた。その結果、枝配管部分でのパーティクルの発生を抑制することができた。
【００４０】
（実施例２）
実施例２として、図４に示す平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、成膜プロセス及びクリーニングプロセスを行なった。この例によれば、ＮＨ３ガス供給系とクリーニングガス供給系とが上記実施例１よりもさらにリアクター上流で自動開閉弁を隔ててリアクター近傍で合流しているため、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とが合流する枝配管と、チャンバーとの距離が短くなっている。これにより、枝配管部分の真空パージを充分に行うことができるため、クリーニングプロセス時に枝配管部分の残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの化学反応を抑制することができた。その結果、枝配管部分でのパーティクルの発生を抑制することができた。
【００４１】
（比較例）
比較例として、図５に示す平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、成膜プロセス及びクリーニングプロセスを行なった。この例によれば、ＮＨ３ガス供給系と、Ｃ２Ｆ６ガスを前提としたクリーニングガス供給系とが空圧弁、電磁弁等の自動開閉弁で隔てられることなくマスフローコントローラー出口で合流しているため、クリーニングガスとしてＦ２ガスまたはＣＯＦ２ガスに変更すると枝配管部分がパージ不足となり、ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの反応による副生成物が生じた。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・窒素（Ｎ２）ガス供給源
２・・・シラン（ＳｉＨ４）ガス供給源
３・・・一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガス供給源
４・・・アンモニア（ＮＨ３）ガス供給源４
５・・・クリーニングガス供給源
６・・・酸素（Ｏ２）ガス供給源６
７〜１３，２１〜２２，２５〜２８，３２〜３３・・・自動開閉弁（遮断手段）
１４〜１９・・・マスフローコントローラー（ＭＦＣ）
２３〜２４・・・マスフローメーター（ＭＦＭ）
２９・・・リアクター
３１・・・枝配管
６０，７０・・・プラズマＣＶＤ装置（薄膜製造装置）
Ｌ１〜Ｌ６・・・ガス供給経路
Ｌ１０・・・第１供給経路
Ｌ２０・・・第２供給経路
Ｌ３０・・・第３供給経路
Ｇ・・・合流点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜製造装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池に代表される薄膜の製造方法では、Ａｌ配線の形成後の基板の表面上にパッシベーション膜を設けて基板の表面を保護することが一般的である。
【０００３】
パッシベーション膜としては、通常プラズマＣＶＤ装置によって成膜される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜が用いられている。そして、ＳｉＮ膜は、プロセスガス供給系からシランガス（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）、一酸化二窒素ガス（Ｎ２Ｏ）、窒素ガス（Ｎ２）を流して基板上に形成する方法が知られている（非特許文献１）。
【０００４】
ところで、薄膜製造装置のリアクターにおいて、連続して薄膜の形成を行っていると、基板以外のリアクター内壁などに、安定な酸化シリコン（ＳｉＯ２）、可燃性を持つＳｉＯｘＮｙＨｚ、毒性を持つ（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が反応副生成物として発生することが知られている（非特許文献１）。
【０００５】
そこで、この堆積膜を定期的に除去する必要が生じる。堆積膜除去の具体的な方法としては、クリーニングガス供給系から炭化フッ素系（ＰＦＣ）のクリーニングガスと酸素ガス（Ｏ２）とをプラズマ源で分解し、フッ素ラジカルを形成させる方法が知られている。当該方法によってリアクター内壁に付着した上記堆積膜を効率的に除去することができる。
【０００６】
ここで、従来からクリーニングガスとしてヘキサフルオロエタンガス（Ｃ２Ｆ６）が使用されてきたが、このガスは温室効果ガスであり、高い地球温暖化係数（ＧＷＰ＝９２００、１９９６年度値）を持つため、京都議定書に代表されるような温室効果ガス排出量削減の流れにそぐわないクリーニングガスとなっている。
【０００７】
そこで、Ｃ２Ｆ６ガスの代替のクリーニングガスとしてフッ素ガス（Ｆ２）（ＧＷＰ＝０）やフッ化カルボニルガス（ＣＯＦ２）（ＧＷＰ＝１）といった低い地球温暖化係数のガスが開発されている（非特許文献２）。
【０００８】
ところで、図５に示すように、従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置１６０では、成膜ガス供給系Ｐとクリーニングガス供給系Ｃとが自動開閉弁を隔てることなくマスフローコントローラー１１７，１１８出口付近で直接合流しており、これらのガスがそれぞれ自動開閉弁１２２、マスフローメーター１２４、自動開閉弁１２７の順に通過してリアクター１２９に供給されている。
【０００９】
成膜ガス及びクリーニングガスのガス供給経路が一部共有されている理由としては、クリーニングガスのＣ２Ｆ６ガスと成膜ガスのＮＨ３とが反応しないことを前提に装置設計されているため、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とを分離する必要がなく、シンプルで部品数が少なく、メンテナンスがしやすいシステムに構成できる利点があったためと考えられる。
【００１０】
また、成膜装置の中古市場の利用や、リアクターへの再配管といった大きな改造をすることなく既存の設備をできるだけそのまま使いたいといったニーズも多く存在した。
【００１１】
しかしながら、成膜ガス及びクリーニングガスのガス供給経路が一部共有されている成膜装置において、Ｆ２ガスやＣＯＦ２ガスといったＮＨ３に対して活性な代替ガスをクリーニングガスとして使用すると、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とが合流する枝配管とチャンバーとの間の距離が長くなるため、枝配管部分のパージが困難であるという問題があった。これにより、例えば、成膜プロセスからクリーニングプロセスへとプロセスを切り替えた時に、枝配管部分（図５中の符号１２０部分）の残留ＮＨ３ガスとＦ２ガスとが下記式（１）に示すような反応が生じ、反応生成物としてＮＨ４Ｆが発生するという問題があった（非特許文献３）。
４ＮＨ３＋３Ｆ２→ＮＦ３＋３ＮＨ４Ｆ ・・・（１）
【００１２】
ここで、従来の成膜装置では、クリーニングガスとしてＦ２ガスやＣＯＦ２ガスを使用することを想定していなかったため、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系との系統分離が不十分であった。この結果、供給系の配管閉塞を生じてしまい、プロセスガスの安定供給が困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】吉見武夫．環境クリーン化のための排ガス処理装置の動向と課題、クリーンテクノロジー．２００２、（６）、ｐ．１−４．
【非特許文献２】別所達郎．半導体ＣＶＤ洗浄プロジェクト：代替ガス・システムの開発．ＲＩＴＥ ＮＯＷ．２００１、（４２）、ｐ．１８−１９．
【非特許文献３】Ｓ． Ｉ． Ｍｏｒｒｏｗ ｅｔ ａｌ． Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｍｏｎｉａ． Ｊ． Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ． １９６０、 ８２ （２０）、 ５３１０−５３０４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、供給系の配管閉塞が生じることなく、プロセスガスの安定供給が可能な薄膜製造装置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】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、基板上に薄膜を成膜するリアクターと、
前記リアクターに第１プロセスガスを供給する第１供給経路と、
前記リアクターに第２プロセスガスを供給する第２供給経路と、
前記リアクターにクリーニングガスを供給する第３供給経路と、を少なくとも備え、
前記第２供給経路と前記第３供給経路とが合流する薄膜製造装置であって、
前記第２供給経路と前記第３供給経路とが合流する合流点が、前記リアクターの近傍に設けられるとともに、
前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、前記合流点の上流側に、経路を遮断する遮断手段がそれぞれ設けられていることを特徴とする薄膜製造装置。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記遮断手段が、前記合流点の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置である。
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記遮断手段が、自動開閉弁であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜製造装置である。
また、本発明の請求項４に係る発明は、前記第２プロセスガスの少なくとも一つがアンモニアガスであり、
前記クリーニングガスが、フッ素ガス又はフッ化カルボニルガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜製造装置である。
【００１７】
また、本発明の請求項５に係る発明は、前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、ガスボンベ、自動開閉弁、マスフローコントローラー、自動開閉弁がそれぞれこの順に設けられており、
前記第２プロセスガス及び前記クリーニングガスが、前記自動開閉弁の切り替えによって前記リアクターに供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜製造装置である。
【００１８】
また、本発明の請求項６に係る発明は、前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、ガスボンベ、自動開閉弁、マスフローコントローラー、自動開閉弁、マスフローメーター、自動開閉弁がそれぞれこの順に設けられており、
前記第２プロセスガス及び前記クリーニングガスが、前記自動開閉弁の切り替えによって前記リアクターに供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜製造装置である。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の薄膜製造装置によれば、リアクターに第２プロセスガスを供給する第２供給経路と、リアクターにクリーニングガスを供給する第３供給経路との合流点がリアクターの近傍に設けられており、第２供給経路及び第３供給経路の上記合流点の上流側には経路を遮断する遮断手段がそれぞれ設けられている。これにより、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とが合流する枝配管と、チャンバーとの距離が短くなるため、枝配管部分の真空パージを充分行うことができる。この結果、クリーニングプロセス時において、枝配管部分の残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの化学反応に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。したがって、供給系の配管閉塞が生じることなく、プロセスガスを安定供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明を適用した薄膜製造装置の一実施形態を示すガス系統図である。
【図２】図２は、本発明を適用した一実施形態である薄膜製造装置の成膜プロセスのステップを示すフロー図である。
【図３】図３は、本発明を適用した一実施形態である薄膜製造装置のクリーニングプロセスのステップを示すフロー図である。
【図４】図４は、本発明を適用した薄膜製造装置の他の実施形態を示すガス系統図である。
【図５】図５は、従来の薄膜製造装置のガス系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した実施形態である薄膜製造装置の一例について、これを用いた成膜プロセス及びクリーニングプロセスとともに、図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２２】
図１は、本発明の薄膜製造装置を適用した一実施形態として、プラズマＣＶＤ装置に適用した例を示すガス系統図である。
なお、図１中の符号７〜１３，２１〜２２，２５〜２８及び３２〜３３は、空圧弁又は電磁弁等の自動開閉弁（遮断手段）である。また、符号１４〜１９はマスフローコントローラー（ＭＦＣ）であり、符号２３〜２４はマスフローメーター（ＭＦＭ）である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置（薄膜製造装置）６０は、基板上に薄膜を成膜するリアクター２９と、このリアクター２９に第１プロセスガスを供給する第１供給経路Ｌ１０と、第２プロセスガスを供給する第２供給経路Ｌ２０と、クリーニングガスを供給する第３供給経路Ｌ３０と、を少なくとも備えて概略構成されている。
【００２４】
第１供給経路Ｌ１０は、図１に示すように、ガス供給経路Ｌ１及びＬ２が接続されて構成されている。ここで、ガス供給経路Ｌ１には、窒素（Ｎ２）ガス供給源１が接続されており、窒素ガスを供給可能とされている。また、ガス供給経路Ｌ２には、シラン（ＳｉＨ４）ガス供給源２が接続されており、シランガスを供給可能とされている。すなわち、上記第１プロセスガスは、上記窒素ガス及びシランガスから構成されている。
【００２５】
第２供給経路Ｌ２０は、図１に示すように、ガス供給経路Ｌ３及びＬ４が接続されて構成されている。ここで、ガス供給経路Ｌ３には、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガス供給源３が接続されており、一酸化二窒素ガスを供給可能とされている。また、ガス供給経路Ｌ４には、アンモニア（ＮＨ３）ガス供給源４が接続されており、アンモニアガスを供給可能とされている。すなわち、上記第２プロセスガスは、上記一酸化二窒素ガス及びアンモニアガスから構成されている。
【００２６】
なお、図１に示すように、上記ガス供給経路Ｌ１〜Ｌ４により、成膜ガス供給系Ｐが構成されている。
【００２７】
第３供給経路Ｌ３０は、図１に示すように、ガス供給経路Ｌ５及びＬ６が接続されて構成されている。ここで、ガス供給経路Ｌ５には、クリーニングガス供給源５が接続されており、クリーニングガスを供給可能とされている。また、ガス供給経路Ｌ６には、酸素（Ｏ２）ガス供給源６が接続されており、酸素ガスを供給可能とされている。
【００２８】
本実施形態のクリーニングガスとしては、上記第２プロセスガスの一つであるアンモニアと反応性を有するガスであれば、特に限定されるものではない。上記ガスとしては、例えば、フッ素（Ｆ２）ガスやフッ化カルボニル（ＣＯＦ２）ガスが挙げられる。
【００２９】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０は、図１に示すように、第１及び第２供給経路Ｌ１０，Ｌ２０がリアクター２９の手前で合流しており、第１及び第２プロセスガスをリアクター２９に供給可能とされている。
【００３０】
また、第２供給経路Ｌ２０は、第１供給経路Ｌ１０との合流点の上流側で第３供給経路Ｌ３０と合流している。
第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０には、合流するまでに、それぞれガス供給源（ガスボンベ）４，５、自動開閉弁（空圧弁又は電磁弁）１１，１２、マスフローコントローラー１７，１８、自動開閉弁２２，３２がそれぞれこの順に設けられている。
第２プロセスガス及びクリーニングガスは、自動開閉弁２２，３２の切り替えによってリアクター２９に供給される。
【００３１】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０は、図１に示すように、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０とが合流する合流点Ｇが、リアクター２９の近傍に設けられていることを特徴としている。また、第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０には、上記合流点Ｇの上流側に、経路Ｌ２０，Ｌ３０を遮断する自動開閉弁２２，３２がそれぞれ設けられている。なお、自動開閉弁２２，３２は、合流点Ｇの近傍に設けられていることが好ましい。
【００３２】
次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０を用いた一般的な成膜プロセス及びクリーニングプロセスを図２及び図３に示す。図２中に示すＳ１〜Ｓ９が成膜プロセスであり、図３中に示すＳ１０〜Ｓ１８がクリーニングプロセスである。プラズマＣＶＤ装置６０では、成膜プロセスとクリーニングプロセスとが交互に実行される。
【００３３】
ところで、図５に示すように、従来のプラズマＣＶＤ装置１６０によれば、成膜ガス供給系Ｐのガス供給経路Ｌ１２０とクリーニングガス供給系Ｃのガス供給経路Ｌ１３０とが、自動開閉弁で隔てることなくそれぞれのマスフローコントローラー１１７，１１８の直近の合流点Ｇで合流している。このため、図２中のＳ８〜Ｓ９のステップにおいて合流点Ｇとマスフローコントローラー１１７との間の枝配管１２０部分にＮＨ３ガスが残留する。そして、図３中のＳ１３のステップにおいて、上記枝配管１２０部分に残留するＮＨ３ガスを十分にパージすることができず、Ｓ１７のステップにおいて残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとが反応して副生成物を発生する。
【００３４】
すなわち、従来のプラズマＣＶＤ装置１６０の構造では、合流点Ｇとマスフローコントローラー１１７との間の枝配管１２０部分がパージ不足となり、ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの反応によって粒子状の副生成物が生じてしまうという問題があった。
【００３５】
これに対して、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０は、図１に示すように、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０との合流点Ｇをリアクター２９にできるだけ近い位置に設けるとともに、第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０にそれぞれ自動開閉弁２２，３２を設けてそれぞれ隔てて供給している。これにより、自動開閉弁２２，３２及びマスフローメーター２４の間の枝配管３１とチャンバー２９との距離が従来のプラズマ装置よりも短くなるため、枝配管３１部分がパージ不足とはならず、ＮＨ３とクリーニングガスの反応による副生成物が生じない。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置６０によれば、リアクター２９に第２プロセスガスを供給する第２供給経路Ｌ２０と、リアクター２９にクリーニングガスを供給する第３供給経路Ｌ３０との合流点Ｇがリアクター２９の近傍に設けられており、第２供給経路Ｌ２０及び第３供給経路Ｌ３０の上記合流点Ｇの上流側には自動開閉弁２２，３２がそれぞれ設けられている。これにより、成膜ガス供給系Ｐとクリーニングガス供給系Ｃとが合流する枝配管３１と、チャンバー２９との距離が短くなるため、枝配管３１部分の真空パージを充分行うことができる。この結果、クリーニングプロセス時において、枝配管３１部分の残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの化学反応に起因するパーティクルの発生を抑制することができる。したがって、供給系の配管閉塞が生じることなく、プロセスガスを安定供給することができる。
【００３７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０とが合流するまでに、第２供給経路Ｌ２０には、ガス供給源（ガスボンベ）４、自動開閉弁１１、マスフローコントローラー１７、自動開閉弁２２がこの順に設けられ、第２プロセスガス及びクリーニングガスが自動開閉弁２２，３２の切り替えによってリアクター２９に供給される構成としているが、これに限定されるものではない。
【００３８】
例えば、図４に示すプラズマＣＶＤ装置７０のように、第２供給経路Ｌ２０と第３供給経路Ｌ３０とが合流するまでに、第２供給経路Ｌ２０には、ガス供給源４、自動開閉弁１１、マスフローコントローラー１７、自動開閉弁２２、マスフローメーター２４及び自動開閉弁２７がそれぞれこの順に設けられており、第２プロセスガス及びクリーニングガスが自動開閉弁２７，３２の切り替えによってリアクター２９に供給される構成としてもよい。
【００３９】
以下、具体例を示す。
（実施例１）
実施例１として、図１に示す平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、成膜プロセス及びクリーニングプロセスを行なった。このプラズマＣＶＤ装置によれば、ＮＨ３ガス供給系とクリーニングガス供給系とがリアクター上流の自動開閉弁を隔ててリアクター近傍で合流しているため、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とが合流する枝配管と、チャンバーとの距離が短くなっている。これにより、枝配管部分の真空パージを充分に行うことができるため、クリーニングプロセス時に枝配管部分の残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの化学反応を抑制することができた。その結果、枝配管部分でのパーティクルの発生を抑制することができた。
【００４０】
（実施例２）
実施例２として、図４に示す平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、成膜プロセス及びクリーニングプロセスを行なった。この例によれば、ＮＨ３ガス供給系とクリーニングガス供給系とが上記実施例１よりもさらにリアクター上流で自動開閉弁を隔ててリアクター近傍で合流しているため、成膜ガス供給系とクリーニングガス供給系とが合流する枝配管と、チャンバーとの距離が短くなっている。これにより、枝配管部分の真空パージを充分に行うことができるため、クリーニングプロセス時に枝配管部分の残留ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの化学反応を抑制することができた。その結果、枝配管部分でのパーティクルの発生を抑制することができた。
【００４１】
（比較例）
比較例として、図５に示す平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、成膜プロセス及びクリーニングプロセスを行なった。この例によれば、ＮＨ３ガス供給系と、Ｃ２Ｆ６ガスを前提としたクリーニングガス供給系とが空圧弁、電磁弁等の自動開閉弁で隔てられることなくマスフローコントローラー出口で合流しているため、クリーニングガスとしてＦ２ガスまたはＣＯＦ２ガスに変更すると枝配管部分がパージ不足となり、ＮＨ３ガスとクリーニングガスとの反応による副生成物が生じた。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・窒素（Ｎ２）ガス供給源
２・・・シラン（ＳｉＨ４）ガス供給源
３・・・一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガス供給源
４・・・アンモニア（ＮＨ３）ガス供給源４
５・・・クリーニングガス供給源
６・・・酸素（Ｏ２）ガス供給源６
７〜１３，２１〜２２，２５〜２８，３２〜３３・・・自動開閉弁（遮断手段）
１４〜１９・・・マスフローコントローラー（ＭＦＣ）
２３〜２４・・・マスフローメーター（ＭＦＭ）
２９・・・リアクター
３１・・・枝配管
６０，７０・・・プラズマＣＶＤ装置（薄膜製造装置）
Ｌ１〜Ｌ６・・・ガス供給経路
Ｌ１０・・・第１供給経路
Ｌ２０・・・第２供給経路
Ｌ３０・・・第３供給経路
Ｇ・・・合流点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を成膜するリアクターと、
前記リアクターに第１プロセスガスを供給する第１供給経路と、
前記リアクターに第２プロセスガスを供給する第２供給経路と、
前記リアクターにクリーニングガスを供給する第３供給経路と、を少なくとも備え、
前記第２供給経路と前記第３供給経路とが合流する薄膜製造装置であって、
前記第２供給経路と前記第３供給経路とが合流する合流点が、前記リアクターの近傍に設けられるとともに、
前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、前記合流点の上流側に、経路を遮断する遮断手段がそれぞれ設けられていることを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項２】
前記遮断手段が、前記合流点の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
前記遮断手段が、自動開閉弁であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜製造装置。
【請求項４】
前記第２プロセスガスの少なくとも一つがアンモニアガスであり、
前記クリーニングガスが、フッ素ガス又はフッ化カルボニルガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜製造装置。
【請求項５】
前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、ガスボンベ、自動開閉弁、マスフローコントローラー、自動開閉弁がそれぞれこの順に設けられており、
前記第２プロセスガス及び前記クリーニングガスが、前記自動開閉弁の切り替えによって前記リアクターに供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜製造装置。
【請求項６】
前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、ガスボンベ、自動開閉弁、マスフローコントローラー、自動開閉弁、マスフローメーター、自動開閉弁がそれぞれこの順に設けられており、
前記第２プロセスガス及び前記クリーニングガスが、前記自動開閉弁の切り替えによって前記リアクターに供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜製造装置。
【請求項１】
基板上に薄膜を成膜するリアクターと、
前記リアクターに第１プロセスガスを供給する第１供給経路と、
前記リアクターに第２プロセスガスを供給する第２供給経路と、
前記リアクターにクリーニングガスを供給する第３供給経路と、を少なくとも備え、
前記第２供給経路と前記第３供給経路とが合流する薄膜製造装置であって、
前記第２供給経路と前記第３供給経路とが合流する合流点が、前記リアクターの近傍に設けられるとともに、
前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、前記合流点の上流側に、経路を遮断する遮断手段がそれぞれ設けられていることを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項２】
前記遮断手段が、前記合流点の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
前記遮断手段が、自動開閉弁であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜製造装置。
【請求項４】
前記第２プロセスガスの少なくとも一つがアンモニアガスであり、
前記クリーニングガスが、フッ素ガス又はフッ化カルボニルガスであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜製造装置。
【請求項５】
前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、ガスボンベ、自動開閉弁、マスフローコントローラー、自動開閉弁がそれぞれこの順に設けられており、
前記第２プロセスガス及び前記クリーニングガスが、前記自動開閉弁の切り替えによって前記リアクターに供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜製造装置。
【請求項６】
前記第２供給経路及び前記第３供給経路には、ガスボンベ、自動開閉弁、マスフローコントローラー、自動開閉弁、マスフローメーター、自動開閉弁がそれぞれこの順に設けられており、
前記第２プロセスガス及び前記クリーニングガスが、前記自動開閉弁の切り替えによって前記リアクターに供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１４６４３９（Ｐ２０１１−１４６４３９Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４３１１（Ｐ２０１０−４３１１）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
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