JP2000173932A

JP2000173932A - 反応炉の洗浄方法

Info

Publication number: JP2000173932A
Application number: JP10347707A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Shinkawa; 昭博新川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造装置が備える反応炉内の一部領域
における膜残りを解消するために、その一部領域に対す
るクリーニング効率を向上させることのできる反応炉の
洗浄方法を提供する。【解決手段】予め前記反応炉内に前記洗浄ガスを供給
するための供給口を設けておき、前記供給口から所定条
件で前記洗浄ガスを供給する第１の洗浄工程を行い（Ｓ
１−１〜Ｓ１−２）、その後、前記第１の洗浄工程とは
異なる条件、例えば前記反応炉内の一部領域に対するク
リーニング効率向上に適した条件で、前記供給口から前
記洗浄ガスを供給する第２の洗浄工程を行う（Ｓ２−１
〜Ｓ２−２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば縦型減圧Ｃ
ＶＤ装置といった半導体製造装置が備える反応炉に対し
て、その内部を洗浄する際に用いられる反応炉の洗浄方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、縦型減圧ＣＶＤ装置等の半導体
製造装置では、ウエハに対して膜形成等の処理を行うた
めの反応炉を備えているが、その処理工程で発生する残
留膜等によって反応炉内が汚染されるため、定期的に反
応炉の内部に対する洗浄を行う必要がある。

【０００３】このような反応炉の内部を洗浄する方法と
しては、反応炉内にClF₃（三フッ化塩素）ガスを供給し
て残留膜のエッチングを行う、ClF₃ in-site（炉内）ク
リーニングがある。このClF₃ in-siteクリーニングは、
ヒータ昇降温時間、チューブ交換時間、再組上げ時間等
が不要なために、スループット向上や装置のダウンタイ
ムを減らすという観点から有利な洗浄方法である。

【０００４】ところで、従来、ClF₃ in-siteクリーニン
グは、図３に示すような条件で行われている。すなわ
ち、ClF₃ in-siteクリーニングを行うのにあたって、先
ず、反応炉の周囲に設けられたヒータ等を用いて、反応
炉全体を均一に例えば５５０℃程度に昇温し（図中ステ
ップ１参照、以下ステップをＳと略す）、その後、ClF₃
ガスを例えば７００sccm程度のガス流量で、希釈用ガス
であるN₂（窒素）ガスと共に、反応炉内に供給して、反
応炉内の残留膜のエッチングを行う（図中Ｓ２参照）。

【０００５】このとき、反応炉内では、ウエハ保持のた
めに設けられている保持棚（以下、ボートと称す）にも
残留膜が付着しているので、その残留膜を均一にエッチ
ングすべく、ボートを例えば左回転（反時計回り）方向
に１rpm 程度で回転させている（図中LOADER欄参照）。
そして、残留膜の累積膜厚から設定された時間分だけCl
F₃ガスの供給（残留膜のエッチング）後、残留ClF₃ガス
等を反応炉内から排気して（図中Ｓ３参照）、その後N₂
ガスで炉内を常圧に戻して、ClF₃ in-siteクリーニング
を終了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のClF₃ in-siteクリーニングでは、以下に述べる
ように、ClF₃ガスによるエッチングを行っても、反応炉
内の一部に残留膜が残ってしまうおそれがある。

【０００７】例えば、縦型減圧ＣＶＤ装置では、通常、
その構成上の制約から、図４に示すように、ClF₃ガスを
供給するための供給用ノズル１１が、反応炉を構成する
インナーチューブ１２の下端近傍に設けられている。そ
のため、インナーチューブ１２内の全域（反応炉内の全
体）にわたって残留膜をエッチングすべく供給用ノズル
１１からClF₃ガスを噴出すると（図中矢印参照）、その
インナーチューブ１２内における成膜開始位置下端１３
の付近では、残留膜が完全に除去されず、帯状の残留膜
１４が残ってしまうおそれがある。さらには、例えば図
５に示すように、供給用ノズル１１の直上位置付近のイ
ンナーチューブ１２の内側に残留膜１６が残ってしまう
おそれがある。

【０００８】また、図５において、インナーチューブ１
２内では、膜形成に用いられるプロセスガスを供給する
ためのマルチノズル１７が、インナーチューブ１２の内
壁面に沿って設けられている。ところが、ClF₃ in-site
クリーニング時には、ボート（不図示）が一定方向（図
中矢印Ａ方向）に回転しているため、インナーチューブ
１２内のClF₃ガスについても一定方向の流れが生じてい
る。そのため、インナーチューブ１２の内壁面とマルチ
ノズル１７との間の特定箇所では、マルチノズル１７に
よってClF₃ガスの供給が遮られる部分が生じてしまい、
結果としてインナーチューブ１２とマルチノズル１７と
の間にも残留膜１８が残ってしまうおそれがある。

【０００９】これらの残留膜１３，１６，１８に対して
は、単にClF₃ガスの供給時間を長くして除去することも
考えられるが、その場合には残留膜が既に除去されてい
る他の部分に対してオーバーエッチングによるダメージ
を与えてしまう可能性がある。

【００１０】そこで、本発明は、半導体製造装置が備え
る反応炉、特にそのインナーチューブ内側の一部領域に
おける膜残りを解消するために、その一部領域に対する
クリーニング効率を向上させることのできる反応炉の洗
浄方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために案出された反応炉の洗浄方法である。すな
わち、半導体装置の基となるウエハに対して所定の処理
を行うために用いられる反応炉の内部を、前記処理後に
洗浄ガスによって洗浄する反応炉の洗浄方法であって、
予め前記反応炉内に前記洗浄ガスを供給するための供給
口を設けておき、前記供給口から所定条件で前記洗浄ガ
スを供給する第１の洗浄工程を行い、その後、前記第１
の洗浄工程とは異なる条件で前記供給口から前記洗浄ガ
スを供給する第２の洗浄工程を行うことを特徴とする反
応炉の洗浄方法である。

【００１２】上記手順による反応炉の洗浄方法によれ
ば、反応炉の内部を洗浄ガスにより洗浄するのにあたっ
て、例えば、第１の洗浄工程では反応炉内全体の洗浄に
適した条件で洗浄ガスを供給し、その後の第２の洗浄工
程では例えば供給口が設けられた側の縦型反応炉下部領
域の洗浄に適した条件で洗浄ガスを供給するといったこ
とが可能になる。したがって、この場合には、第１の洗
浄工程の終了時点で縦型反応炉下部領域等といった反応
炉内の一部の箇所に汚れが残っていても、その汚れが第
２の洗浄工程で除去されるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係る
反応炉の洗浄方法について説明する。図１は、本発明に
係る反応炉の洗浄方法の一例の手順およびその条件を示
す説明図であり、図２は、本発明に係る反応炉の洗浄方
法が適用される半導体製造装置の一例を示す概略構成図
である。

【００１４】先ず、ここで、本実施の形態における洗浄
方法の説明の前に、その洗浄方法が適用される半導体製
造装置の概要について説明する。ただし、ここでは、縦
型減圧ＣＶＤ装置を例に挙げて説明するものとする。

【００１５】図２に示すように、本実施の形態の洗浄方
法が適用される縦型減圧ＣＶＤ装置は、略円筒状のイン
ナーチューブ１ａおよびアウターチューブ１ｂからなる
２重管構造の反応炉１を有しているものである。

【００１６】この反応炉１は、その外方が、反応炉１の
昇温に用いられるヒータ２に覆われている。ただし、こ
のヒータ２は、反応炉１の上端部近傍（Upper Positio
n；以下、ＵＰ部と称す）、中央部上側付近（Center Up
per Position;以下、ＣＵＰ部と称す）、中央部下側付
近（Center Lower Position;以下、ＣＬＰ部と称す）お
よび下端部近傍（Lower Position；以下、ＬＰ部と称
す）のそれぞれについて、個別に昇温させ得るようにな
っているものとする。

【００１７】また、この反応炉１は、インナーチューブ
１ａの内側に、ボート３およびマルチノズル４が設けら
れている。このうち、ボート３は、この反応炉１内での
膜形成の対象となるウエハを多段棚状（例えば１６５
段）に保持するもので、図示しない駆動源によって反応
炉１の長手方向を軸にして回転自在に形成されたもので
ある。このボート３が回転する方向としては、反時計回
りと時計回りとのいずれにも対応し得るようになってい
る。なお、ボート３の下方には、上方の領域の熱が伝わ
らないようにするため、断熱板３ａが設けられている。

【００１８】一方、マルチノズル４は、ボート３に保持
されたウエハに対する膜形成を行うために、図示しない
ガス発生源から供給されるPH₃(ホスフィン）ガス等のプ
ロセスガスをインナーチューブ１ａ内に供給するもので
ある。そのために、マルチノズル４は、複数本の管状部
材からなり、それぞれが隣り合う状態でインナーチュー
ブ１ａの内壁面に沿って反応炉１の長手方向に延びてお
り、インナーチューブ１ａ内の全域にプロセスガスを均
等に供給するためにそれぞれが異なる長さに形成されて
いる。

【００１９】さらに、この反応炉１では、インナーチュ
ーブ１ａの下端近傍に、洗浄ガスの供給用Ｌ型ノズル５
が設けられており、図示しないガス発生源からの洗浄ガ
スがこの供給用Ｌ型ノズル５を介してインナーチューブ
１ａ内に供給されるようになっている。なお、供給用Ｌ
型ノズル５は、垂直方向および水平方向に向けた２箇所
のガス噴出口を有しており、インナーチューブ１ａの下
端近傍から炉上部方向と炉中心方向に向けて洗浄ガスを
噴出するようになっている。

【００２０】供給用Ｌ型ノズル５から噴出される洗浄ガ
スとしては、ClF₃ガスまたはClF₃ガスとN₂ガスとの混合
ガスがある。ClF₃ガスにN₂ガスを混合させるのは、１０
０％ClF₃ガスを用いると、エッチングレートが高すぎて
しまい、反応炉１内の洗浄のコントロールが不能となっ
てしまうからである。ただし、N₂ガスは希釈用ガスであ
るため、不活性ガスであれば他のものであってもよい。
また、その希釈率は、除去すべき残留膜（反応生成物
等）の種類や膜厚等に応じて適宜設定すればよい。

【００２１】また、供給用Ｌ型ノズル５の近傍には、反
応炉１内にN₂ガスを供給するためのショートノズル６が
設けられている。このショートノズル６は、詳細を後述
するように、供給用Ｌ型ノズル５からClF₃ガスのみが噴
出されている場合に、反応炉１内のエッチングレートが
高くなるのを抑えるためのもので、上述した洗浄ガスと
同様に、図示しないガス発生源からのN₂ガスを反応炉１
内に供給するためのものである。

【００２２】次に、以上のように構成された縦型減圧C
ＶＤ装置にて行われる反応炉の洗浄方法、すなわち本実
施の形態におけるClF₃ in-siteクリーニングの手順につ
いて、図１を参照しながら説明する。

【００２３】この縦型減圧C ＶＤ装置においては、ClF₃
in-siteクリーニングを行うのにあたって、先ず、反応
炉１の周囲に設けられたヒータ２を用いて、反応炉１全
体を均一に例えば５５０℃程度に昇温させる（図中Ｓ１
−１参照）。その後、供給用Ｌ型ノズル５から洗浄ガス
として、ClF₃ガスとN₂ガスとの混合ガスをインナーチュ
ーブ１ａ内に供給して、反応炉１内の残留膜のエッチン
グを行う（図中Ｓ１−２参照）。このときの洗浄ガスの
ガス流量は、ClF₃ガスが例えば７００sccm程度、N₂ガス
が例えば２７４０sccm程度であるものとする。

【００２４】つまり、この縦型減圧ＣＶＤ装置では、Cl
F₃ in-siteクリーニングの第１工程として、反応炉１全
体を均一に昇温させた状態で、供給用Ｌ型ノズル５から
ClF₃ガスとN₂ガスとの混合ガスを供給する。なお、この
ときに、インナーチューブ１ａ内では、ボート３が例え
ば反時計回り方向に１rpm 程度で回転しているものとす
る（図中LOADER欄参照）。そして、この第１工程を、残
留膜の累積膜厚から設定された時間分だけ継続して行
う。ここまでは、既に説明した従来のClF₃ in-siteクリ
ーニングと同様である。

【００２５】本実施の形態におけるClF₃ in-siteクリー
ニングでは、上述した第１工程の後に、引き続き第２工
程を行う点に特徴がある。すなわち、第１工程が終了す
ると、次いで、この縦型減圧ＣＶＤ装置では、第２工程
として、先ず、ランプアップ（Ramping Up）イベントを
行う（図中Ｓ２−１参照）。

【００２６】ランプアップイベントでは、反応炉１の供
給用Ｌ型ノズル５側の部分が他の部分よりも高温となる
ように、ヒータ２が反応炉１に対する昇温を行う。具体
的には、例えば、反応炉１のＵＰ部およびＣＵＰ部は５
５０℃程度であるのに対し、ＣＬＰ部は５７０℃程度、
最も供給用Ｌ型ノズル５側に位置するＬＰ部については
５８０℃程度に昇温させる。さらに、ランプアップイベ
ントでは、反時計回り方向に回転していたボート３を、
時計回り方向、すなわち第１工程の場合とは逆方向に１
rpm 程度で回転させる（図中LOADER欄参照）。

【００２７】その後、この縦型減圧ＣＶＤ装置では、Cl
F₃ガスおよびN₂ガスを反応炉１内に供給する（図中Ｓ２
−２参照）。ただし、ここでは、第１工程の場合とは異
なり、供給用Ｌ型ノズル５からはClF₃ガスのみを供給
し、N₂ガスについてはClF₃ガスとは別にショートノズル
６から供給して、反応炉１内でこれらを混合させる。ま
た、このときのClF₃ガスのガス流量は、例えば９６５sc
cm程度といったように、第１工程の場合よりも多くす
る。なお、N₂ガスについては、第１工程の場合と同様
（例えば２７４０sccm程度）であればよい。

【００２８】つまり、この縦型減圧ＣＶＤ装置では、第
２工程を行うのにあたって、反応炉１の昇温、ボート３
の回転方向、ClF₃ガスのガス流量およびClF₃ガスとN₂ガ
スとの供給経路について、それぞれ第１工程の場合とは
異なる条件とする。そして、この第２工程を、残留膜の
累積膜厚から設定された時間分だけ継続して行った後
に、残留ClF₃ガスを反応炉１内から排気して（図中Ｓ３
参照）、その後N₂ガスで炉内を常圧に戻して、ClF₃ in-
siteクリーニングを終了する。

【００２９】以上のように、本実施の形態におけるClF₃
in-siteクリーニングでは、第１工程の後に、これとは
異なる条件で第２工程を行うので、第１工程では反応炉
１内全体の洗浄に適した条件でClF₃ガスを供給し、その
後の第２工程ではインナーチューブ１ａの内側下部領域
の洗浄に適した条件でClF₃ガスを供給するといったこと
が可能になる。したがって、第１工程の終了時点で、イ
ンナーチューブ１ａの内側下部領域、すなわち反応炉１
内の下端部近傍に汚れが残っていても、その汚れを第２
工程で除去することができるようになる。

【００３０】特に、本実施の形態では、第２工程におい
て反応炉１のＣＬＰ部およびＬＰ部を他の部分よりも高
い温度に昇温している。そのため、第２工程において
は、インナーチューブ１ａ内側下部領域でのClF₃ガスの
熱解離が促進し、ClF₃ガスと残留膜との反応性が向上す
るので、インナーチューブ１ａ内側下部領域に対するク
リーニング効率が向上するようになる。したがって、供
給用Ｌ型ノズル５がインナーチューブ１ａの下端近傍に
設けられていても、インナーチューブ１ａ内の成膜開始
位置付近に発生する帯状の残留膜や、供給用Ｌ型ノズル
５の直上位置付近に発生する残留膜等を、第２工程で除
去することができる。

【００３１】また、本実施の形態では、第２工程におけ
るボート３の回転方向を第１工程時と逆向きにしてい
る。そのため、インナーチューブ１ａ内では、ClF₃ガス
の流れが変わり、マルチノズル４によって遮られていた
部分へのClF₃ガスの供給が増え、その部分における反応
性が向上するようになる。したがって、マルチノズル４
がインナーチューブ１ａの内壁面に沿って設けられてい
ても、これらの間に生じていた残留膜を、第２工程で除
去することができる。

【００３２】また、本実施の形態では、第２工程におけ
るClF₃ガスの供給量を第１工程時よりも増加させてい
る。そのため、インナーチューブ１ａ内では、ClF₃ガス
によるエッチングレートが上がるので、特にインナーチ
ューブ１ａ内側下部領域に対するクリーニング効率が向
上するようになる。したがって、インナーチューブ１ａ
の下端近傍からClF₃ガスを供給する場合であっても、イ
ンナーチューブ１ａ内側下部領域に発生する残留膜等
を、第２工程で除去することができる。

【００３３】また、本実施の形態では、第２工程におい
て、供給用Ｌ型ノズル５からはClF₃ガスのみを供給し、
N₂ガスについてはClF₃ガスとは別にショートノズル６か
ら供給して、反応炉１内でこれらを混合させている。そ
のため、第２工程においては、供給用Ｌ型ノズル５から
供給するClF₃ガスの流速が第１工程時に比べて低下す
る。これは、特に供給用Ｌ型ノズル５の直上部において
顕著となる。これにより、インナーチューブ１ａ内側下
部領域に対するクリーニング効率が向上し、特に供給用
Ｌ型ノズル５の直上位置付近に発生する残留膜の除去に
効果的となる。

【００３４】つまり、本実施の形態におけるClF₃ in-si
teクリーニングでは、第１工程と異なる条件で第２工程
を行うことにより、インナーチューブ１ａ内側下部領域
に対するクリーニング効率を向上させることができ、結
果としてインナーチューブ１ａ内における膜残りを効果
的に解消できるようになる。また、単にClF₃ガスの供給
時間を長くするのではなく、残留膜が発生し易い部分に
対するクリーニング効率を向上させているので、膜残り
が生じていない部分に対してオーバーエッチングによる
ダメージを与えてしまうこともない。

【００３５】なお、本実施の形態では、第１工程と第２
工程とで、反応炉１の昇温、ボート３の回転方向、ClF₃
ガスのガス流量およびClF₃ガスとN₂ガスとの供給経路と
いった条件が異なる場合について説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、例えばこれらの条件の
うちのいずれか一つ若しくは任意の組合せ、または全く
別の条件が異なるようにすることも考えられる。

【００３６】また、本実施の形態では、本発明を縦型減
圧ＣＶＤ装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、
ウエハに対する処理を行うための反応炉を備えた半導体
製造装置であれば、他のものであっても適用可能である
ことはいうまでもない。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の反応炉
の洗浄方法では、第１の洗浄工程の後に、これとは異な
る条件で第２の洗浄工程を行うので、第１の洗浄工程で
は反応炉内全体の洗浄に適した条件で洗浄ガスを供給
し、その後の第２の洗浄工程では反応炉内の一部領域の
洗浄に適した条件で洗浄ガスを供給するといったことが
可能になる。つまり、反応炉内の一部領域に対するクリ
ーニング効率を向上させることができるので、第１の洗
浄工程の終了時点で反応炉内の一部領域に汚れが残って
いても、その汚れを第２工程で除去できるようになる。
また、単に洗浄ガスの供給時間を長くするのではなく、
汚れが発生し易い部分に対するクリーニング効率を向上
させているので、汚れが生じていない部分に対してオー
バーエッチングによるダメージを与えてしまうこともな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反応炉の洗浄方法の実施の形態の
一例の手順およびその条件を示す説明図である。

【図２】本発明に係る反応炉の洗浄方法が適用される半
導体製造装置の一例を示す概略構成図である。

【図３】従来の反応炉の洗浄方法の一例の手順およびそ
の条件を示す説明図である。

【図４】従来の反応炉の洗浄方法により発生した残留膜
の一例を示す説明図である。

【図５】従来の反応炉の洗浄方法により発生した残留膜
の他の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…反応炉、１ａ…インナーチューブ、２…ヒータ、３
…ボート、４…マルチノズル、５…供給用Ｌ型ノズル、
６…ショートノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置の基となるウエハに対して所
定の処理を行うために用いられる反応炉の内部を、前記
処理後に洗浄ガスによって洗浄する反応炉の洗浄方法で
あって、予め前記反応炉内に前記洗浄ガスを供給するための供給
口を設けておき、前記供給口から所定条件で前記洗浄ガスを供給する第１
の洗浄工程を行い、その後、前記第１の洗浄工程とは異なる条件で前記供給
口から前記洗浄ガスを供給する第２の洗浄工程を行うこ
とを特徴とする反応炉の洗浄方法。
【請求項２】前記第１の洗浄工程時は前記反応炉全体
を均一に昇温し、前記第２の洗浄工程時は前記反応炉のうち前記供給口が
設けられた側の縦型反応炉下部領域を他の部分よりも高
い温度に昇温することを特徴とする請求項１記載の反応
炉の洗浄方法。
【請求項３】前記第１の洗浄工程時は前記反応炉内で
ウエハを保持するために回転自在に設けられた保持棚を
所定方向に回転させ、前記第２の洗浄工程時は前記保持棚を前記第１の洗浄工
程とは逆方向に回転させることを特徴とする請求項１記
載の反応炉の洗浄方法。
【請求項４】前記第２の洗浄工程時は前記供給口から
の前記洗浄ガスの供給量を前記第１の洗浄工程時よりも
増加させることを特徴とする請求項１記載の反応炉の洗
浄方法。
【請求項５】前記洗浄ガスとしてエッチングガスおよ
び希釈用ガスを混合して前記反応炉内に供給する場合
に、前記第２の洗浄工程時は、前記エッチングガスのみ
を前記供給口から前記反応炉内に供給し、かつ、前記希
釈用ガスを前記供給口とは別のショートノズルから前記
反応炉内に供給することを特徴とする請求項１記載の反
応炉の洗浄方法。