JP2014127627A - 薄膜形成装置の洗浄方法、薄膜形成方法、薄膜形成装置、及び、プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の状況にあった洗浄を行うことができる薄膜形成装置の洗浄方法、薄膜形成方法、薄膜形成装置、及び、プログラムを提供する。
【解決手段】熱処理装置１の洗浄方法では、第１のクリーニング開始条件を満たすと、反応菅２内にクリーニングガスを供給して熱処理装置１の内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程と、第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、第１のクリーニング工程のクリーニングガスとは異なるクリーニングガスを反応室２内に供給して熱処理装置１の内部に付着した付着物を除去する第２のクリーニング工程と、を実行する。
【選択図】図１
【解決手段】熱処理装置１の洗浄方法では、第１のクリーニング開始条件を満たすと、反応菅２内にクリーニングガスを供給して熱処理装置１の内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程と、第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、第１のクリーニング工程のクリーニングガスとは異なるクリーニングガスを反応室２内に供給して熱処理装置１の内部に付着した付着物を除去する第２のクリーニング工程と、を実行する。
【選択図】図１
Description
本発明は、薄膜形成装置の洗浄方法、薄膜形成方法、薄膜形成装置、及び、プログラムに関する。
半導体装置の製造工程では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理により、被処理体、例えば、半導体ウエハにポリシリコン膜、シリコン窒化膜等の薄膜を形成することが広く行われている。このような薄膜形成処理では、所定の温度に加熱された反応管内に半導体ウエハを収容し、反応管内に成膜用ガスを供給することにより、成膜用ガスが熱反応を起こし、この熱反応により生成された反応生成物が半導体ウエハの表面に堆積して、半導体ウエハの表面に薄膜が形成される。
ところで、薄膜形成処理によって生成される反応生成物は、半導体ウエハの表面だけでなく、例えば、反応管の内壁や各種の治具等の熱処理装置の内部にも堆積（付着）してしまう。この反応生成物（付着物）が熱処理装置内に付着した状態で薄膜形成処理を引き続き行うと、反応管を構成する石英と付着物との熱膨張率の違いにより応力が発生し、この応力によって石英や付着物が割れてしまう。このように、石英や付着物が割れたものがパーティクルとなり、生産性を低下させる原因となる。
このため、ヒータにより所定の温度に加熱した反応管内にクリーニングガス、例えば、フッ素と含ハロゲン酸性ガスとの混合ガスを供給して、反応管の内壁等の熱処理装置内に付着した反応生成物を除去（ドライエッチング）する熱処理装置の洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかし、このような熱処理装置の洗浄方法では、一般に、形成される累積膜厚の膜厚、または、薄膜形成処理の実行回数のいずれか一つを基準としてクリーニングを実行しており、また、実行されるクリーニングレシピも一種類であることから、過剰にクリーニングを行ったり、クリーニングが十分に行うことができなかったりしてしまうという問題がある。また、クリーニング自体に無駄が多いという問題もある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、装置の状況にあった洗浄を行うことができる薄膜形成装置の洗浄方法、薄膜形成方法、薄膜形成装置、及び、プログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる薄膜形成装置の洗浄方法は、
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する工程を複数回繰り返した後、当該反応室内にクリーニングガスを供給して装置内部に付着した付着物を除去する薄膜形成装置の洗浄方法であって、
第１のクリーニング開始条件を満たすと、前記反応室内にクリーニングガスを供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程と、
前記第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、前記第１のクリーニング工程とは異なるクリーニングを行う第２のクリーニング工程と、
を備える、ことを特徴とする。
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する工程を複数回繰り返した後、当該反応室内にクリーニングガスを供給して装置内部に付着した付着物を除去する薄膜形成装置の洗浄方法であって、
第１のクリーニング開始条件を満たすと、前記反応室内にクリーニングガスを供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程と、
前記第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、前記第１のクリーニング工程とは異なるクリーニングを行う第２のクリーニング工程と、
を備える、ことを特徴とする。
前記第２のクリーニング工程では、例えば、前記第１のクリーニング工程のクリーニングガスとは異なるクリーニングガスを前記反応室内に供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する。
前記第１及び第２のクリーニング開始条件では、２つ以上の条件が設定されていることが好ましい。
前記第１及び第２のクリーニング開始条件では、２つ以上の条件が設定されていることが好ましい。
本発明の第２の観点にかかる薄膜形成方法は、
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して、前記被処理体に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
本発明の第１の観点にかかる薄膜形成装置の洗浄方法により薄膜形成装置を洗浄する工程と、
を備えることを特徴とする。
被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して、前記被処理体に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
本発明の第１の観点にかかる薄膜形成装置の洗浄方法により薄膜形成装置を洗浄する工程と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第３の観点にかかる薄膜形成装置は、
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体に薄膜を形成するとともに、当該薄膜の形成により装置内部に付着した付着物を除去する薄膜形成装置であって、
第１のクリーニング開始条件を満たすと、前記反応室内にクリーニングガスを供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程を実行する第１のクリーニング実行手段と、
前記第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、前記第１のクリーニング工程とは異なるクリーニングを行う第２のクリーニング工程を実行する第２のクリーニング実行手段と、
を備えることを特徴とする。
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体に薄膜を形成するとともに、当該薄膜の形成により装置内部に付着した付着物を除去する薄膜形成装置であって、
第１のクリーニング開始条件を満たすと、前記反応室内にクリーニングガスを供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程を実行する第１のクリーニング実行手段と、
前記第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、前記第１のクリーニング工程とは異なるクリーニングを行う第２のクリーニング工程を実行する第２のクリーニング実行手段と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第４の観点にかかるプログラムは、
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体に薄膜を形成するとともに、当該薄膜の形成により装置内部に付着した付着物を除去する薄膜形成装置として機能させるためのプログラムであって、
コンピュータを、
第１のクリーニング開始条件を満たすと、前記反応室内にクリーニングガスを供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程を実行する第１のクリーニング実行手段、
前記第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、前記第１のクリーニング工程とは異なるクリーニングを行う第２のクリーニング工程を実行する第２のクリーニング実行手段、
として機能させることを特徴とする。
薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体に薄膜を形成するとともに、当該薄膜の形成により装置内部に付着した付着物を除去する薄膜形成装置として機能させるためのプログラムであって、
コンピュータを、
第１のクリーニング開始条件を満たすと、前記反応室内にクリーニングガスを供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程を実行する第１のクリーニング実行手段、
前記第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、前記第１のクリーニング工程とは異なるクリーニングを行う第２のクリーニング工程を実行する第２のクリーニング実行手段、
として機能させることを特徴とする。
本発明によれば、装置の状況にあった洗浄を行うことができる。
以下、本発明の薄膜形成装置の洗浄方法、薄膜形成方法、薄膜形成装置、及び、プログラムを、図１に示すバッチ式の縦型の熱処理装置に適用した場合を例に本実施の形態を説明する。
図１に示すように、薄膜形成装置としての熱処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備えている。反応管２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
反応管２の上端には、上端側に向かって縮径するように略円錐状に形成された頂部３が設けられている。頂部３の中央には反応管２内のガスを排気するための排気口４が設けられ、排気口４には排気管５が気密に接続されている。排気管５には図示しないバルブ、後述する真空ポンプ１２７などの圧力調整機構が設けられ、反応管２内を所望の圧力（真空度）に制御する。
反応管２の下方には、蓋体６が配置されている。蓋体６は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体６は、後述するボートエレベータ１２８により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１２８により蓋体６が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。
蓋体６の上部には、保温筒７が設けられている。保温筒７は、反応管２の炉口部分からの放熱による反応管２内の温度低下を防止する抵抗発熱体からなる平面状のヒータ８と、このヒータ８を蓋体６の上面から所定の高さに支持する筒状の支持体９とから主に構成されている。
また、保温筒７の上方には、回転テーブル１０が設けられている。回転テーブル１０は、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容するウエハボート１１を回転可能に載置する載置台として機能する。具体的には、回転テーブル１０の下部には回転支柱１２が設けられ、回転支柱１２はヒータ８の中央部を貫通して回転テーブル１０を回転させる回転機構１３に接続されている。回転機構１３は図示しないモータと、蓋体６の下面側から上面側に気密状態で貫通導入された回転軸１４を備える回転導入部１５とから主に構成されている。回転軸１４は回転テーブル１０の回転支柱１２に連結され、モータの回転力を回転支柱１２を介して回転テーブル１０に伝える。このため、回転機構１３のモータにより回転軸１４が回転すると、回転軸１４の回転力が回転支柱１２に伝えられて回転テーブル１０が回転する。
ウエハボート１１は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容可能に構成されている。ウエハボート１１は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート１１は、回転テーブル１０上に載置されている。このため、回転テーブル１０を回転させるとウエハボート１１が回転し、この回転により、ウエハボート１１内に収容された半導体ウエハＷが回転する。
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１６が設けられている。この昇温用ヒータ１６により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。
反応管２の下端近傍の側面には、反応管２内に処理ガスを導入する処理ガス導入管１７が挿通されている。反応管２内に導入する処理ガスとしては、例えば、半導体ウエハＷに薄膜を形成するための成膜用ガスや、熱処理装置１の内部に付着した付着物（反応生成物）を除去（クリーニング）するためのクリーニングガスがある。
成膜用ガスには、半導体ウエハＷに成膜する薄膜の種類等に応じた各種のガスが用いられる。例えば、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を成膜する場合、成膜用ガスには、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）とアンモニア（ＮＨ３）や、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ：Ｓｉ２Ｃｌ６）とアンモニア（ＮＨ３）等が用いられる。また、半導体ウエハＷにポリシリコン膜を成膜する場合、成膜用ガスには、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）が用いられる。
クリーニングガスには、熱処理装置１の内部に付着した付着物を除去可能なガスが用いられる。例えば、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を成膜する場合、クリーニングガスには、フッ素と希釈ガスとしての窒素との混合ガス、フッ素とフッ化水素（ＨＦ）と窒素との混合ガス、フッ素と三フッ化塩素（ＣｌＦ３）と窒素との混合ガス等が用いられる。
処理ガス導入管１７は、後述するマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）１２５を介して、図示しない処理ガス供給源に接続されている。なお、図１では処理ガス導入管１７を１つだけ描いているが、反応管２内に導入するガスの種類に応じ、複数本の処理ガス導入管１７が挿通されている。本実施の形態では、反応管２内に成膜用ガスを導入する成膜用ガス導入管と、反応管２内にクリーニングガスを導入するクリーニングガス導入管とが、反応管２の下端近傍の側面に挿通されている。
また、反応管２の下端近傍の側面には、パージガス供給管１８が挿通されている。パージガス供給管１８には、後述するＭＦＣ１２５を介して図示しないパージガス供給源に接続されており、所望量のパージガス、例えば、窒素ガスが反応管２内に供給される。
また、熱処理装置１は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図２に制御部１００の構成を示す。図２に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等が接続されている。
操作パネル１２１は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部１００に伝える。また、操作パネル１２１は、制御部１００からの様々な情報を表示画面に表示する。
温度センサ（群）１２２は、反応管２内及び排気管５内の各部の温度を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
圧力計（群）１２３は、反応管２内及び排気管５内の各部の圧力を測定し、測定値を制御部１００に通知する。
圧力計（群）１２３は、反応管２内及び排気管５内の各部の圧力を測定し、測定値を制御部１００に通知する。
ヒータコントローラ１２４は、ヒータ８及び昇温用ヒータ１６を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、ヒータ８、昇温用ヒータ１６に通電してこれらを加熱し、また、ヒータ８、昇温用ヒータ１６の消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。
ＭＦＣ１２５は、処理ガス導入管１７、パージガス供給管１８等の各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制御部１００から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１００に通知する。
バルブ制御部１２６は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部１００から指示された値に制御する。真空ポンプ１２７は、排気管５に接続され、反応管２内のガスを排気する。
ボートエレベータ１２８は、蓋体６を上昇させることにより、回転テーブル１０上に載置されたウエハボート１１（半導体ウエハＷ）を反応管２内にロードし、蓋体６を下降させることにより、回転テーブル１０上に載置されたウエハボート１１（半導体ウエハＷ）を反応管２内からアンロードする。
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、処理レシピ記憶部１１２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５と、Ｉ／Ｏポート（Input/Output Port）１１６と、これらを相互に接続するバス１１７とから構成されている。
レシピ記憶部１１１には、この熱処理装置１で実行される処理の種類に応じて、制御手順を定めた複数のレシピが記憶されている。このレシピは、ユーザが実際に行う処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、成膜処理、洗浄処理等における各部の温度の変化、反応管２内の圧力変化、処理ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
処理レシピ記憶部１１２には、レシピ記憶部１１１に記憶されたレシピから薄膜形成処理に用いるレシピ（処理レシピ）が記憶（特定）されている。処理レシピには、半導体ウエハＷに薄膜を形成する成膜用レシピ、薄膜形成に伴い反応管２等に付着した付着物を洗浄する洗浄用レシピ、成膜用レシピの実行回数等、反応管２の内部等の状況に応じた複数の洗浄用レシピ、各洗浄用レシピの開始条件等が記憶されている。なお、処理レシピの詳細については後述する。
ＲＯＭ１１３は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。ＲＡＭ１１４は、ＣＰＵ１１５のワークエリアなどとして機能する。
ＣＰＵ１１５は、制御部１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１１３に記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル１２１からの指示に従って、処理レシピ記憶部１１２により特定された処理レシピについて、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピに沿って、熱処理装置１の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ１２２、圧力計１２３、ＭＦＣ１２５等に反応管２内及び排気管５内の各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等に制御信号等を出力し、上記各部がレシピに従うように制御する。
Ｉ／Ｏポート１１６は、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
バス１１７は、各部の間で情報を伝達する。
バス１１７は、各部の間で情報を伝達する。
次に、処理レシピ記憶部１１２に記憶されている処理レシピについて説明する。処理レシピは、前述のように、レシピ記憶部１１１に記憶されたレシピから薄膜形成処理に用いるレシピを特定したものであり、熱処理装置１の操作者が薄膜形成処理の内容（成膜用処理及びクリーニング処理の内容）を事前に登録（特定）したものである。以下、処理レシピの登録（処理レシピ登録処理）について説明する。
なお、本実施の形態では、図５に示すように、成膜用ガスとしてＤＣＳとアンモニアとを用いてシリコン窒化膜を形成する薄膜形成処理（成膜Ａ）であって、「ＴＵＢＥ累積膜厚が５００ｎｍ以上、かつ、クリーニング回数２０回未満」であるときには、クリーニングガスにフッ素と窒素との混合ガスを用いたクリーニングＡを実行し、「ＴＵＢＥ累積膜厚が５００ｎｍ以上、かつ、クリーニング回数２０回以上」であるときには、クリーニングガスにフッ素とフッ化水素と窒素との混合ガスを用いたクリーニングＢを実行する処理レシピを登録する場合を例に説明する。
まず、操作者は、図３（ａ）に示すような操作パネル１２１のメニュー画面から、操作パネル１２１を操作することにより、「処理レシピの登録」を選択する。「処理レシピの登録」が選択されると、ＣＰＵ１１５は、図３（ｂ）に示すように、処理レシピ記憶部１１２に記憶されている処理レシピにより形成可能な薄膜の種類に関する薄膜種類選択画面を操作パネル１２１に表示させる。操作者は、操作パネル１２１を操作することにより、薄膜種類選択画面から「シリコン窒化膜」を選択する。
「シリコン窒化膜」が選択されると、ＣＰＵ１１５は、図３（ｃ）に示すように、処理レシピ記憶部１１２に記憶されている処理レシピの中からシリコン窒化膜を形成する成膜用レシピの成膜用ガスの種類に関する成膜用ガス選択画面を操作パネル１２１に表示させる。操作者は、操作パネル１２１を操作することにより、成膜用ガス選択画面から「ＤＣＳ＋ＮＨ３」を選択する。これにより、成膜用レシピが特定される。成膜用レシピが選択されると、成膜用レシピの詳細が表示され、操作者は、操作パネル１２１を操作することにより、薄膜の膜厚（例えば、５０ｎｍ）、成膜用レシピの実行回数（例えば、５００回）等の詳細な内容を設定する。
次に、ＣＰＵ１１５は、図３（ｄ）に示すように、処理レシピ記憶部１１２に記憶されている処理レシピの中からシリコン窒化膜のクリーニングに用いることが可能なクリーニング用レシピのクリーニングガスの種類に関するクリーニング用ガス選択画面を操作パネル１２１に表示させる。操作者は、操作パネル１２１を操作することにより、クリーニング用ガス選択画面から「Ｆ２＋Ｎ２」（フッ素と窒素との混合ガス）を選択する。これにより、クリーニングＡのクリーニング用レシピが特定される。
クリーニング用レシピが特定されると、ＣＰＵ１１５は、図４（ａ）に示すように、判断条件選択画面を操作パネル１２１に表示させる。操作者は、操作パネル１２１を操作することにより、特定したクリーニング用レシピの判断条件から、「ＴＵＢＥ累積膜厚」を選択する。ＴＵＢＥ累積膜厚が選択されると、ＣＰＵ１１５は、図４（ｂ）に示すように、数値入力画面を操作パネル１２１に表示させる。操作者は、操作パネル１２１を操作して「５００ｎｍ」と入力する。これによりクリーニングＡの判断（開始）条件が特定される。
クリーニングＡの判断条件が特定されると、ＣＰＵ１１５は、図３（ｄ）のクリーニング用ガス選択画面を操作パネル１２１に表示させる。操作者は、操作パネル１２１を操作することにより、クリーニング用ガス選択画面から「Ｆ２＋ＨＦ＋Ｎ２」（フッ素とフッ化水素と窒素との混合ガス）を選択する。これにより、クリーニングＢのクリーニング用レシピが特定される。
クリーニングＢのクリーニング用レシピが特定されると、ＣＰＵ１１５は、図４（ａ）の判断条件選択画面を操作パネル１２１に表示させる。操作者は、操作パネル１２１を操作することにより、「ＴＵＢＥ累積膜厚」と「クリーニング回数」とを選択する。ＴＵＢＥ累積膜厚が選択されると、ＣＰＵ１１５は、図４（ｂ）の数値入力画面を操作パネル１２１に表示させる。操作者は、操作パネル１２１を操作して累積膜厚に「５００ｎｍ」、クリーニング回数に「２０回」と入力する。これによりクリーニングＢの判断（開始）条件が特定される。
クリーニングＢの判断条件が特定されると、ＣＰＵ１１５は、図３（ｄ）のクリーニング用ガス選択画面を操作パネル１２１に表示させる。操作者は、操作パネル１２１を操作することにより、クリーニング用ガス選択画面から「終了」を選択する。これにより、処理レシピ登録処理により特定された内容が処理レシピ記憶部１１２に記憶され、この処理レシピ登録処理が終了する。
次に、以上のように構成された熱処理装置１を用いて、被処理体に薄膜を形成する薄膜形成方法及び薄膜形成装置の洗浄方法について説明する。本実施の形態では、前述の図５に示す処理レシピを実行する薄膜形成処理を例に説明する。図６に薄膜形成処理のフローチャートを示す。
なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御されている。また、各処理における反応管２内の温度、圧力、ガスの流量等は、前述のように、制御部１００（ＣＰＵ１１５）がヒータコントローラ１２４（ヒータ８、昇温用ヒータ１６）、ＭＦＣ１２５（処理ガス導入管１７、パージガス供給管１８）、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等を制御することによりレシピに従った条件になる。
まず、ＣＰＵ１１５は、処理レシピ記憶部１１２に特定され、レシピ記憶部１１１に記憶されている成膜用レシピに従って成膜処理を実行する（ステップＳ１）。以下、成膜処理について説明する。図７に成膜用レシピの一例を示す。
まず、ＣＰＵ１１５は、反応管２内を所定の温度、例えば、図７（ａ）に示すように、３００℃に設定する。また、図７（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給し、シリコン窒化膜を形成する被処理体としての半導体ウエハＷが収容されているウエハボート１１を蓋体６上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート１１）を反応管２内にロードする（ロード工程）。
次に、図７（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度、例えば、図７（ａ）に示すように、８００℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図７（ｂ）に示すように、４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２内の温度及び圧力操作を、反応管２内が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。
反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止するとともに、処理ガス導入管１７から成膜用ガスを反応管２内に導入する。本実施の形態では、図７（ｄ）に示すように、アンモニアを２リットル／分と、図７（ｅ）に示すように、ＤＣＳを０．２リットル／分とからなる成膜用ガスを反応管２内に導入する。反応管２内に導入された成膜用ガスが反応管２内で加熱され、半導体ウエハＷの表面にシリコン窒化膜が形成される（成膜工程）。
半導体ウエハＷの表面に、所定の厚さ、例えば、５０ｎｍのシリコン窒化膜が形成されると、処理ガス導入管１７からの成膜用ガスの導入を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図７（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する（パージ工程）。なお、反応管２内のガスを確実に排出するために、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。
続いて、図７（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給して、図７（ｂ）に示すように、反応管２内の圧力を常圧に戻す。また、反応管２内を所定の温度、例えば、図７（ａ）に示すように、３００℃に設定する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６を下降させることにより、半導体ウエハＷ（ウエハボート１１）を反応管２内からアンロードする（アンロード工程）。これにより、成膜処理が終了する。なお、成膜処理が終了すると、ＣＰＵ１１５は、この成膜処理後の累積膜厚値を記憶する。
次に、ＣＰＵ１１５は、成膜処理が終了回数（例えば、図５に示すように５００回）行われたか否かを判別する（ステップＳ２）。ＣＰＵ１１５は、成膜処理が終了回数行われたと判別すると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、薄膜形成処理を終了する。
ＣＰＵ１１５は、成膜処理が終了回数行われていないと判別すると（ステップＳ２：Ｎｏ）、ＴＵＢＥ累積膜厚が５００ｎｍより厚いか否かを判別する（ステップＳ３）。ＣＰＵ１１５は、ＴＵＢＥ累積膜厚が５００ｎｍより薄いと判別すると（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻り、前述と同様の手順により、成膜処理を実行する。
ＣＰＵ１１５は、ＴＵＢＥ累積膜厚が５００ｎｍより厚いと判別すると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、クリーニング回数が２０回より少ないか否かを判別する（ステップＳ４）。ＣＰＵ１１５は、クリーニング回数が２０回より少ないと判別すると（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、クリーニング処理Ａを実行する（ステップＳ５）。以下、クリーニング処理Ａについて説明する。図８にクリーニング処理Ａのクリーニング用レシピの一例を示す。
まず、ＣＰＵ１１５は、反応管２内を所定の温度、例えば、図８（ａ）に示すように、３００℃に設定する。また、図８（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給し、半導体ウエハＷが収容されていない空のウエハボート１１を蓋体６上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６を上昇させ、ウエハボート１１を反応管２内にロードする（ロード工程）。
次に、図８（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度、例えば、図８（ａ）に示すように、３００℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図８（ｂ）に示すように、５３２００Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２内の温度及び圧力操作を、反応管２内が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。
反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止するとともに、処理ガス導入管１７からクリーニングガスを反応管２内に導入する。本実施の形態では、図８（ｄ）に示すように、フッ素（Ｆ２）を２リットル／分と、図８（ｃ）に示すように、希釈ガスとしての窒素を８リットル／分と、からなるクリーニングガスを反応管２内に導入する。
反応管２内にクリーニングガスが導入されると、クリーニングガスが反応管２内で加熱され、クリーニングガス中のフッ素が活性化する。活性化されたフッ素は、熱処理装置１の内部に付着した付着物（窒化珪素）に接触し、窒化珪素がエッチングされる。これにより、熱処理装置１の内部に付着した付着物が除去される（クリーニング工程）。
熱処理装置１の内部に付着した付着物が除去されると、処理ガス導入管１７からのクリーニングガスの供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図８（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する（パージ工程）。なお、反応管２内のガスを確実に排出するために、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。
そして、図８（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給して、図８（ｂ）に示すように、反応管２内の圧力を常圧に戻す。また、反応管２内を所定の温度、例えば、図８（ａ）に示すように、３００℃に設定する。最後に、ボートエレベータ１２８により蓋体６を下降させることにより、アンロードする（アンロード工程）。これにより、クリーニング処理Ａが終了する。
クリーニング処理Ａが終了すると、ＣＰＵ１１５は、記憶した累積膜厚値をクリアする（ステップＳ６）。また、ＣＰＵ１１５は、クリーニング回数を記憶する。そして、ステップＳ１に戻り、前述と同様の手順により、成膜処理を実行する。
ＣＰＵ１１５は、クリーニング回数が２０回以上であると判別する（ステップＳ４：Ｎｏ）、クリーニング処理Ｂを実行する（ステップＳ７）。以下、クリーニング処理Ｂについて説明する。図９にクリーニング処理Ｂのクリーニング用レシピの一例を示す。
まず、ＣＰＵ１１５は、反応管２内を所定の温度、例えば、図９（ａ）に示すように、３００℃に設定する。また、図９（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給し、半導体ウエハＷが収容されていない空のウエハボート１１を蓋体６上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体６を上昇させ、ウエハボート１１を反応管２内にロードする（ロード工程）。
次に、図９（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、反応管２内を所定の温度、例えば、図９（ａ）に示すように、３００℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図９（ｂ）に示すように、５３２００Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）に減圧する。そして、反応管２内の温度及び圧力操作を、反応管２内が所定の圧力及び温度で安定するまで行う（安定化工程）。
反応管２内が所定の圧力及び温度で安定すると、パージガス供給管１８からの窒素の供給を停止するとともに、処理ガス導入管１７からクリーニングガスを反応管２内に導入する。本実施の形態では、図９（ｄ）に示すように、フッ素（Ｆ２）を２リットル／分と、図９（ｅ）に示すように、フッ化水素（ＨＦ）を２リットル／分と、図９（ｃ）に示すように、希釈ガスとしての窒素を８リットル／分と、からなるクリーニングガスを反応管２内に導入する。
反応管２内にクリーニングガスが導入されると、クリーニングガスが反応管２内で加熱され、クリーニングガス中のフッ素が活性化する。活性化されたフッ素は、熱処理装置１の内部に付着した付着物（窒化珪素）に接触し、窒化珪素がエッチングされる。これにより、熱処理装置１の内部に付着した付着物が除去される（クリーニング工程）。
熱処理装置１の内部に付着した付着物が除去されると、処理ガス導入管１７からのクリーニングガスの供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図９（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から所定量の窒素を供給して、反応管２内のガスを排気管５に排出する（パージ工程）。なお、反応管２内のガスを確実に排出するために、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。
そして、図９（ｃ）に示すように、パージガス供給管１８から反応管２内に所定量の窒素を供給して、図９（ｂ）に示すように、反応管２内の圧力を常圧に戻す。また、反応管２内を所定の温度、例えば、図９（ａ）に示すように、３００℃に設定する。最後に、ボートエレベータ１２８により蓋体６を下降させることにより、アンロードする（アンロード工程）。これにより、クリーニング処理Ｂが終了する。
クリーニング処理Ｂが終了すると、ＣＰＵ１１５は、記憶した累積膜厚値及びクリーニング回数をクリアする（ステップＳ８）。そして、ステップＳ１に戻り、前述と同様の手順により、成膜処理を実行する。
そして、成膜処理が終了回数（例えば、図５に示すように５００回）行われたと判別すると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、薄膜形成処理を終了する。
以上のような成膜処理におけるクリーニング処理Ｂ後に、熱処理装置１の内部に付着物が付着しているか否かを確認したところ、熱処理装置１の内部に付着物が付着していないことを確認した。このため、この成膜処理におけるクリーニングで確実にクリーニングできていることが確認できた。従って、装置の稼働時間を延ばしたり、反応管２（石英）の使用時間を延ばすことができる。
また、クリーニング処理Ａではクリーニングガスにフッ素と窒素との混合ガスを用い、クリーニング処理Ｂではクリーニングガスにフッ素とフッ化水素と窒素との混合ガスを用いているので、クリーニング工程でクリーニング処理Ａを実行することにより、クリーニング処理Ｂを実行する場合に比べてフッ化水素を用いる必要がなく、クリーニングガスの量を削減することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、成膜工程後の累積膜厚、クリーニングの回数に応じて２種類のクリーニング処理を使い分けているので、装置の状況にあった洗浄を行うことができる。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
上記実施の形態では、クリーニング開始条件として、成膜工程後の累積膜厚、及びクリーニングの回数を用いた場合を例に本発明を説明したが、例えば、成膜レシピの実行回数、成膜レシピとクリーニングレシピとの合計の実行回数等、各種の判断条件を用いてもよい。
上記実施の形態では、２種類のクリーニング処理を使い分けている場合を例に本発明を説明したが、例えば、３種類以上のクリーニング処理を使い分けてもよい。この場合、さらに装置の状況にあった洗浄を行うことができる。
上記実施の形態では、クリーニングガスとして、フッ素と窒素との混合ガス、及び、フッ素とフッ化水素と窒素との混合ガスを用いた場合を例に本発明を説明したが、装置内部に付着した付着物を除去できるクリーニングガスであればよく、各種のガスを用いることが可能である。
上記実施の形態では、シリコン窒化膜を形成する場合を例に本発明を説明したが、薄膜の種類は任意であり、例えば、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜であってもよい。また、シリコン窒化膜を形成する場合の成膜用ガスはＤＣＳとアンモニアに限定されるものではなく、例えば、ＨＣＤとアンモニアであってもよい。
上記実施の形態では、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。また、本発明は、半導体ウエハの処理に限定されるものではなく、例えば、ＦＰＤ(Flat Panel Display）基板、ガラス基板、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）基板などの処理にも適用可能である。
本発明の実施の形態にかかる制御部１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）など）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部１００を構成することができる。
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ：Bulletin Board System）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳ（Operating System）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
本発明は半導体ウエハ等の被処理体に薄膜を形成する薄膜形成装置に有用である。
１ 熱処理装置
２ 反応管
３ 頂部
４ 排気口
５ 排気管
６ 蓋体
７ 保温筒
８ ヒータ
９ 支持体
１０ 回転テーブル
１１ ウエハボート
１２ 回転支柱
１３ 回転機構
１４ 回転軸
１５ 回転導入部
１６ 昇温用ヒータ
１７ 処理ガス導入管
１８ パージガス供給管
１００ 制御部
１１１ レシピ記憶部
１１２ 処理レシピ記憶部
１１３ ＲＯＭ
１１４ ＲＡＭ
１１５ ＣＰＵ
１１６ Ｉ／Ｏポート
１１７ バス
１２１ 操作パネル
１２２ 温度センサ
１２３ 圧力計
１２４ ヒータコントローラ
１２５ ＭＦＣ
１２６ バルブ制御部
１２７ 真空ポンプ
１２８ ボートエレベータ
Ｗ 半導体ウエハ
２ 反応管
３ 頂部
４ 排気口
５ 排気管
６ 蓋体
７ 保温筒
８ ヒータ
９ 支持体
１０ 回転テーブル
１１ ウエハボート
１２ 回転支柱
１３ 回転機構
１４ 回転軸
１５ 回転導入部
１６ 昇温用ヒータ
１７ 処理ガス導入管
１８ パージガス供給管
１００ 制御部
１１１ レシピ記憶部
１１２ 処理レシピ記憶部
１１３ ＲＯＭ
１１４ ＲＡＭ
１１５ ＣＰＵ
１１６ Ｉ／Ｏポート
１１７ バス
１２１ 操作パネル
１２２ 温度センサ
１２３ 圧力計
１２４ ヒータコントローラ
１２５ ＭＦＣ
１２６ バルブ制御部
１２７ 真空ポンプ
１２８ ボートエレベータ
Ｗ 半導体ウエハ
Claims (6)
- 薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体に薄膜を形成する工程を複数回繰り返した後、当該反応室内にクリーニングガスを供給して装置内部に付着した付着物を除去する薄膜形成装置の洗浄方法であって、
第１のクリーニング開始条件を満たすと、前記反応室内にクリーニングガスを供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程と、
前記第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、前記第１のクリーニング工程とは異なるクリーニングを行う第２のクリーニング工程と、
を備える、ことを特徴とする薄膜形成装置の洗浄方法。 - 前記第２のクリーニング工程では、前記第１のクリーニング工程のクリーニングガスとは異なるクリーニングガスを前記反応室内に供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
- 前記第１及び第２のクリーニング開始条件では、２つ以上の条件が設定されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
- 被処理体が収容された反応室内に成膜用ガスを供給して、前記被処理体に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置の洗浄方法により薄膜形成装置を洗浄する工程と、
を備えることを特徴とする薄膜形成方法。 - 薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体に薄膜を形成するとともに、当該薄膜の形成により装置内部に付着した付着物を除去する薄膜形成装置であって、
第１のクリーニング開始条件を満たすと、前記反応室内にクリーニングガスを供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程を実行する第１のクリーニング実行手段と、
前記第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、前記第１のクリーニング工程とは異なるクリーニングを行う第２のクリーニング工程を実行する第２のクリーニング実行手段と、
を備えることを特徴とする薄膜形成装置。 - 薄膜形成装置の反応室内に成膜用ガスを供給して被処理体に薄膜を形成するとともに、当該薄膜の形成により装置内部に付着した付着物を除去する薄膜形成装置として機能させるためのプログラムであって、
コンピュータを、
第１のクリーニング開始条件を満たすと、前記反応室内にクリーニングガスを供給して前記装置内部に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程を実行する第１のクリーニング実行手段、
前記第１のクリーニング開始条件とは異なる第２のクリーニング開始条件を満たすと、前記第１のクリーニング工程とは異なるクリーニングを行う第２のクリーニング工程を実行する第２のクリーニング実行手段、
として機能させるためのプログラム。
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|---|---|---|---|
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| KR1020130161119A KR101697394B1 (ko) | 2012-12-27 | 2013-12-23 | 박막 형성 장치의 세정 방법, 박막 형성 방법, 박막 형성 장치 및 기록매체 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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