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JP7190915B2 - 基板処理装置の洗浄方法、および基板処理装置 - Google Patents

基板処理装置の洗浄方法、および基板処理装置 Download PDF

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Description

本開示は、基板処理装置の洗浄方法、および基板処理装置に関する。
特許文献１には、処理容器の内部にシリコン単結晶基板を配置し、塩化シランガスと水素ガスとの混合ガスを処理容器の内部に供給することにより、シリコン単結晶基板上にシリコン膜を形成する技術が開示されている。処理容器には、処理容器の内部を排気する排気管が接続される。排気管には、シリコン膜の形成時に、塩化シランガスの残留成分が堆積する。例えば、ポリ塩化シラン、およびポリ塩化シロキサンなどが堆積する。上記特許文献１では、排気管の堆積物を除去すべく、三フッ化塩素ガスと窒素ガスの混合ガスを排気管に供給する。
特開２００１－２８４２６４号公報
本開示の一態様は、大気開放時に排気管が腐食されるのを抑制でき、且つ、処理容器の内部にフッ素が残留するのを抑制できる、技術を提供する。
本開示の一態様に係る基板処理装置の洗浄方法は、
処理容器の内部を排気する排気管の内部を洗浄する工程を有し、
前記排気管の内部を洗浄する工程は、
前記排気管の途中に設けられる開閉弁を閉じた状態で、フッ素を含む第１の排気管洗浄ガスを前記排気管の前記開閉弁よりも下流側に供給することにより、前記排気管の前記開閉弁よりも下流側の堆積物を前記第１の排気管洗浄ガスで除去する工程と、
前記開閉弁を開けた状態で、ガス構成元素としてハロゲン元素を含まない第２の排気管洗浄ガスを前記処理容器の内部に供給することにより、前記排気管の前記開閉弁よりも上流側の堆積物を前記第２の排気管洗浄ガスで除去する工程とを有する。
本開示の一態様によれば、大気開放時に排気管が腐食されるのを抑制でき、且つ、処理容器の内部にフッ素が残留するのを抑制できる。
図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す図である。 図２は、一実施形態に係る処理ユニットを示す図である。 図３は、一実施形態に係る基板処理装置の動作を示すフローチャートである。 図４は、一実施形態に係る排気管洗浄工程を示すフローチャートである。 図５は、一実施形態に係る基板処理装置の洗浄条件を示す図である。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。
（基板処理装置）
図１は、一実施形態に係る基板処理装置を示す図である。基板処理装置１は、基板に膜を形成する成膜装置である。基板処理装置１は、例えば、処理ユニット１０と、除害装置５０と、排気源５１と、制御部１００とを備える。
図２は、一実施形態に係る処理ユニットを示す図である。図２に示す処理ユニット１０は、多数枚の基板に対して一括で熱処理を行うバッチ式の縦型熱処理装置である。但し、処理ユニット１０は、縦型熱処理装置には限定されない。例えば、処理ユニット１０は、基板２を１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってもよい。また、処理ユニット１０は、セミバッチ式の装置であってもよい。セミバッチ式の装置は、回転テーブルの回転中心線の周りに配置した複数枚の基板２を、回転テーブルと共に回転させ、原料ガス供給領域と反応ガス供給領域とに順番に送る。原料供給領域では、原料ガスが基板２に供給される。反応ガス供給領域では、反応ガスが基板２に供給され、反応ガスと原料ガスとの反応生成物が基板２に形成される。
図２に示されるように、処理ユニット１０は、基板２が処理される空間を内部に形成する処理容器１１と、処理容器１１の下端の開口を気密に塞ぐ蓋体２０と、基板２を保持する基板保持具３０とを有する。基板２は、例えば半導体基板であって、より詳細には例えばシリコンウエハーである。基板保持具３０は、ウエハーボートとも呼ばれる。
処理容器１１は、下端が開放された有天井の円筒形状の内管１２と、下端が開放されて内管１２の外側を覆う有天井の円筒形状の外管１３とを有する。内管１２及び外管１３は、同軸的に配置され、二重管を形成する。
処理容器１１は、例えばステンレス鋼により形成される円筒形状のマニホールド１４を有する。マニホールド１４の上端には、フランジ部１５が形成される。フランジ部１５には、外管１３の下端が設置される。フランジ部１５と外管１３との下端との間にはＯリング等のシール部材１６が配置される。
マニホールド１４の上部の内壁には、円環状の支持部１７が設けられる。支持部１７には、内管１２の下端が設置される。マニホールド１４の下端の開口には、蓋体２０がＯリング等のシール部材２１を介して気密に取り付けられる。蓋体２０は、例えばステンレス鋼により形成される。
蓋体２０の中央部には、蓋体２０を鉛直方向に貫通する貫通穴が形成される。その貫通穴には、回転軸２４が配置される。蓋体２０と回転軸２４の隙間は、磁性流体シール部２３によってシールされる。回転軸２４の下端部は、昇降部２５のアーム２６に回転自在に支持される。回転軸２４の上端部には、回転プレート２７が設けられる。回転プレート２７上には、保温台２８を介して基板保持具３０が設置される。
基板保持具３０は、複数枚の基板２を鉛直方向に間隔をおいて保持する。複数枚の基板２は、それぞれ、水平に保持される。基板保持具３０は、複数枚の基板２で構成される基板群の上下両側に、ダミー基板３を保持する。昇降部２５を上昇させると、蓋体２０および基板保持具３０が上昇し、基板保持具３０が処理容器１１の内部に搬入され、処理容器１１の下端の開口が蓋体２０で密閉される。また、昇降部２５を下降させると、蓋体２０および基板保持具３０が下降し、基板保持具３０が処理容器１１の外部に搬出される。また、回転軸２４を回転させると、回転プレート２７と共に基板保持具３０が回転する。
処理ユニット１０は、ガス供給管４０を有する。ガス供給管４０は、処理容器１１の内部にガスを供給する。複数種類のガスに対応して複数本のガス供給管４０が設けられる。ガスの種類については後述する。なお、１本のガス供給管４０が複数種類のガスを順番に吐出してもよい。また、複数本のガス供給管４０が同じ種類のガスを同時に吐出してもよい。
ガス供給管４０は、例えば、内管１２の内部に鉛直に配置される鉛直管４１と、鉛直管４１の下端部から水平に延びてマニホールド１４を貫通する水平管（不図示）とを有する。ガス供給管４０の鉛直管４１は、鉛直方向に間隔をおいて複数の給気口４２を有する。複数の給気口４２は、ガスを水平に吐出する。
処理ユニット１０は、排気管４５を有する。排気管４５は、処理容器１１の内部を排気する。内管１２の内部を排気すべく、内管１２には排気口１８が形成される。その排気口１８は、給気口４２と対向するように配置される。給気口４２から水平に吐出されたガスは、排気口１８を通った後、外管１３の内壁に沿って下降し、排気管４５から排気される。
排気管４５は、図１に示すように、処理容器１１と除害装置５０とを接続し、処理容器１１から排気されるガスを除害装置５０に送る。除害装置５０は、排気ガスの有害成分を除去したうえで排気ガスを大気に放出する。排気管４５の途中には、上流側から下流側に向けて、開閉弁４７と排気源５１とがこの順で設けられる。開閉弁４７は、排気管４５の内部を開閉する。開閉弁４７は、処理容器１１の内部の気圧を制御する圧力制御弁を兼ねる。排気源５１は、真空ポンプを含み、処理容器１１の内部のガスを、吸引して、除害装置５０に送る。
処理ユニット１０は、図２に示すように、処理容器加熱部６０を有する。処理容器加熱部６０は、処理容器１１の内部を加熱することにより、処理容器１１の内部に供給されるガスの処理能力を向上する。処理容器加熱部６０は、処理容器１１の外部に配置され、処理容器１１の外側から処理容器１１の内部を加熱する。例えば、処理容器加熱部６０は、外管１３を取り囲むように円筒形状に形成される。処理容器加熱部６０は、例えば電気ヒータで構成される。
処理ユニット１０は、図１に示すように、排気管加熱部６２を有する。排気管加熱部６２は、排気管４５を外側から加熱することにより、排気管４５の内部で排気ガスが液化または固化するのを抑制する。排気管加熱部６２は、排気管４５に沿って配置され、排気管上流部４８と排気管下流部４９との両方を加熱する。排気管上流部４８は、排気管４５のうち、開閉弁４７よりも上流側の部分である。排気管下流部４９は、排気管４５のうち、開閉弁４７よりも下流側の部分である。
処理ユニット１０は、図１に示すように、成膜ガス供給機構７０と、処理容器洗浄ガス供給機構７５と、パージガス供給機構８０とを有する。成膜ガス供給機構７０は、処理容器１１の内部に成膜ガスを供給することにより、処理容器１１の内部で基板２に成膜する。例えば、成膜ガス供給機構７０は、処理容器１１の内部に成膜ガスを供給することにより、シリコン（Ｓｉ）膜を成膜する。Ｓｉ膜は、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜のいずれでもよい。Ｓｉ膜を成膜する場合、成膜ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス等のシラン系ガスが用いられる。
成膜ガス供給機構７０は、成膜ガス供給源７１と、成膜ガス配管７２と、成膜ガス流量制御弁７３とを有する。成膜ガス配管７２は、成膜ガス供給源７１とガス供給管４０とを接続し、成膜ガス供給源７１からガス供給管４０に成膜ガスを送る。成膜ガス流量制御弁７３は、成膜ガス配管７２の途中に設けられ、成膜ガスの流量を制御する。
処理容器洗浄ガス供給機構７５は、処理容器１１の内部に処理容器洗浄ガスを供給することにより、処理容器１１の内部で堆積した堆積物を除去する。この処理は、処理容器１１の開口を蓋体２０で密閉した状態で行われ、処理容器１１の内部に基板保持具３０を搬入した状態で行われる。処理容器洗浄ガスは、処理容器１１、ガス供給管４０、および基板保持具３０に堆積した堆積物を除去する。除去する堆積物は、例えば基板２の成膜時に堆積したものであり、具体的にはＳｉ膜である。
処理容器洗浄ガスとしては、フッ素を除くハロゲンを含有するハロゲン含有ガスが用いられる。フッ素を除くハロゲンは、例えば、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、およびヨウ素（Ｉ）から選ばれる１つ以上である。処理容器１１の洗浄後に、処理容器１１の内部にフッ素が残留するのを防止できる。それゆえ、処理容器１１の洗浄後に、処理容器１１の内部で基板２の成膜処理を再び行うときに、成膜処理の下地表面（例えば基板２の表面、または基板２上に成膜された膜の表面）へのフッ素の吸着、および成膜処理によって形成される膜中へのフッ素の混入を防止できる。
処理容器洗浄ガスとしては、例えば塩素（Ｃｌ２）ガスが用いられる。Ｃｌ２ガスは、処理容器１１、ガス供給管４０、および基板保持具３０に堆積した堆積物を除去する。除去する堆積物は、例えばＳｉ膜である。一方、処理容器１１、ガス供給管４０、および基板保持具３０は、例えば石英（ＳｉＯ２）または炭化珪素（ＳｉＣ）で形成される。
Ｃｌ２ガスは、ＳｉＯ２およびＳｉＣに比べてＳｉを選択的にエッチングする。従って、Ｃｌ２ガスは、処理容器１１、ガス供給管４０、および基板保持具３０の損傷を抑制しつつ、堆積物であるＳｉ膜を除去できる。
従来、処理容器洗浄ガスとしては、フッ素系ガスが用いられていた。この場合、処理容器１１の内部にフッ素が残留する問題の他に、基板保持具３０をＳｉＣで形成するのが困難という問題があった。ＳｉＣは、フッ素系ガスによってエッチングされやすいからである。
本実施形態の処理容器洗浄ガスは、フッ素を除くハロゲンを含有するハロゲン含有ガスであり、ガス構成元素としてフッ素を含まない。「ガス構成元素としてフッ素を含まない」とは、不純物としてフッ素を含むことを含む。つまり、処理容器洗浄ガスは、不純物としてフッ素を含んでもよい。処理容器洗浄ガスがガス構成元素としてフッ素を含まないので、ＳｉＯ２の代わりにＳｉＣで基板保持具３０を形成しても、基板保持具３０のエッチングを抑制できる。
ＳｉＯ２の代わりにＳｉＣで基板保持具３０を形成すると、基板保持具３０とシリコンウエハーである基板２との熱膨張差を小さくでき、パーティクルの発生を抑制できる。
ＳｉＯ２の代わりにＳｉＣで基板保持具３０を形成する場合、ダミー基板３としてＳｉＣウエハーを用いても良い。ダミー基板３と基板保持具３０との熱膨張差を無くすことができ、パーティクルの発生を抑制できる。またダミー基板３を再利用することが可能となるので、例えばダミー基板３としてシリコンウエハーを用いる場合に比べて、コストを削減できる。
処理容器洗浄ガス供給機構７５は、処理容器洗浄ガス供給源７６と、処理容器洗浄ガス配管７７と、処理容器洗浄ガス流量制御弁７８とを有する。処理容器洗浄ガス配管７７は、処理容器洗浄ガス供給源７６とガス供給管４０とを接続し、処理容器洗浄ガス供給源７６からガス供給管４０に処理容器洗浄ガスを送る。処理容器洗浄ガス流量制御弁７８は、処理容器洗浄ガス配管７７の途中に設けられ、処理容器洗浄ガスの流量を制御する。
パージガス供給機構８０は、処理容器１１の内部にパージガスを供給することにより、処理容器１１の内部に残留する処理容器洗浄ガスを除去する。この処理は、処理容器１１の開口を蓋体２０で密閉した状態で行われ、処理容器１１の内部に基板保持具３０を搬入した状態で行われる。パージガスとしては、例えば不活性ガスが用いられる。不活性ガスとしては、Ａｒガス等の希ガス、Ｎ２ガス等を用いることができる。
パージガス供給機構８０は、パージガス供給源８１と、パージガス配管８２と、パージガス流量制御弁８３とを有する。パージガス配管８２は、パージガス供給源８１とガス供給管４０とを接続し、パージガス供給源８１からガス供給管４０にパージガスを送る。パージガス流量制御弁８３は、パージガス配管８２の途中に設けられ、パージガスの流量を制御する。
ところで、処理容器洗浄ガスとしてのＣｌ２ガスは、処理容器１１の内部に堆積したＳｉ膜をエッチングすることにより、ＳｉＣｌ４ガスを生成する。ＳｉＣｌ４ガスは、Ｃｌ２ガスと共に、処理容器１１から排出され、排気管４５の内部を通る。Ｃｌ２ガスによる腐食を抑制するために排気管４５の温度は比較的低く設定されるので、ＳｉＣｌ４が排気管４５の内面に吸着してしまう。ＳｉＣｌ４吸着物と排気管４５内に持ち込まれたＨ２Ｏガスとが反応し、固相のＳｉＯＣｌｘが堆積する。
固相のＳｉＯＣｌｘが排気管４５の内部で堆積した状態で、排気管４５を大気開放すると、下記式（１）に示すように、固相のＳｉＯＣｌｘと大気中のＨ２Ｏガスとが反応して、ＨＣｌガスが発生する。
ＳｉＯＣｌｘ＋Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２＋ＨＣｌ↑・・・（１）
発生したＨＣｌガスは、Ｈ２Ｏガスの存在下で、排気管４５を腐食してしまう。例えば、排気管４５がステンレス鋼で形成される場合、排気管４５にサビが生じてしまう。また、発生したＨＣｌガスは、除害装置５０を通ることなく、大気に放出されてしまう。
そこで、本実施形態の処理ユニット１０は、第１の排気管洗浄ガス供給機構８５と、第２の排気管洗浄ガス供給機構９０とを有する。これにより、詳しくは後述するが、排気管４５の内部の堆積物を除去できる。除去する堆積物は、例えば、処理容器１１の内部を洗浄する工程で生成したＳｉＯＣｌｘを含む堆積物である。
第１の排気管洗浄ガス供給機構８５は、開閉弁４７を閉じた状態で、開閉弁４７よりも下流側の排気管下流部４９に第１の排気管洗浄ガスを供給することにより、排気管下流部４９の内部に堆積した堆積物を除去する。第１の排気管洗浄ガスとしては、フッ素を含むガスが用いられ、例えばフッ素（Ｆ２）ガスが用いられる。Ｆ２ガスは、下記式（２）に示すように固相のＳｉＯＣｌｘを分解する。
ＳｉＯＣｌｘ＋Ｆ２→ＳｉＦ４↑＋Ｏ２↑＋Ｃｌ２↑・・・（２）
固相のＳｉＯＣｌｘがＦ２ガスによって分解されると、ＳｉＦ４ガスと、Ｏ２ガスと、Ｃｌ２ガスとが発生する。これらのガスは、排気源５１によって除害装置５０に送られる。除害装置５０は、排気ガスの有害成分を除去したうえで、排気ガスを大気に放出する。
第１の排気管洗浄ガスは、フッ素を含むので、開閉弁４７を閉じた状態で、開閉弁４７よりも下流側の排気管下流部４９に供給される。第１の排気管洗浄ガスが処理容器１１の内部に混入するのを防止でき、処理容器１１の内部にフッ素が残留するのを防止できる。それゆえ、処理容器１１の内部で基板２の成膜処理を再び行うときに、成膜処理が施される下地表面へのフッ素の吸着、および成膜処理によって形成される膜中へのフッ素の混入を防止できる。なお、フッ素による腐食を抑制するため排気管４５は比較的低い温度に設定されている。排気管４５の加熱は、排気管上流部４８と排気管下流部４９を独立に制御可能である。従って、排気管下流部４９側のみ比較的低い温度に設定しておいても良いが、伝熱による温度上昇を防ぐために、排気管上流部４８側も比較的低い温度に設定しておくのが望ましい。
第１の排気管洗浄ガス供給機構８５は、第１の排気管洗浄ガス供給源８６と、第１の排気管洗浄ガス配管８７と、第１の排気管洗浄ガス流量制御弁８８とを有する。第１の排気管洗浄ガス配管８７は、第１の排気管洗浄ガス供給源８６と排気管下流部４９とを接続し、第１の排気管洗浄ガス供給源８６から排気管下流部４９に第１の排気管洗浄ガスを送る。第１の排気管洗浄ガス流量制御弁８８は、第１の排気管洗浄ガス配管８７の途中に設けられ、第１の排気管洗浄ガスの流量を制御する。
第２の排気管洗浄ガス供給機構９０は、処理容器１１の内部に第２の排気管洗浄ガスを供給することにより、排気管上流部４８の内部に堆積した堆積物を除去する。この処理は、処理容器１１の開口を蓋体２０で密閉した状態で行われ、処理容器１１の内部に基板保持具３０を搬入した状態で行われる。
第２の排気管洗浄ガスとしては、ガス構成元素としてフッ素を含まないものが用いられる。「ガス構成元素としてフッ素を含まない」とは、不純物としてフッ素を含むことを含む。つまり、第２の排気管洗浄ガスは、不純物としてフッ素を含んでもよい。
第２の排気管洗浄ガスは、ガス構成元素としてフッ素を含まないので、処理容器１１の内部にフッ素が残留するのを防止できる。第２の排気管洗浄ガスとしては、例えば水素（Ｈ２）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスが用いられる。この混合ガスは、処理容器１１の内部で熱励起され、ＨラジカルとＯＨラジカルとを生成し、下記式（３）に示すように固相のＳｉＯＣｌｘを分解する。
ＳｉＯＣｌｘ＋Ｈ２＋Ｏ２→ＨＣｌ↑＋ＳｉＯ２・・・（３）
固相のＳｉＯＣｌｘが分解され、ＨＣｌガスと固相のＳｉＯ２とが発生する。上記式（３）で発生するＨＣｌガスは、排気源５１によって除害装置５０に送られるので問題ない。除害装置５０は、排気ガスの有害成分を除去したうえで、排気ガスを大気に放出する。また、上記式（３）で発生する固相のＳｉＯ２は、固相のＳｉＯＣｌｘとは異なり、排気管４５の大気開放時にＨＣｌガスを発生しないので問題ない。
第２の排気管洗浄ガス供給機構９０は、第２の排気管洗浄ガス供給源９１と、第２の排気管洗浄ガス配管９２と、第２の排気管洗浄ガス流量制御弁９３とを有する。第２の排気管洗浄ガス配管９２は、第２の排気管洗浄ガス供給源９１とガス供給管４０とを接続し、第２の排気管洗浄ガス供給源９１からガス供給管４０に第２の排気管洗浄ガスを送る。第２の排気管洗浄ガス流量制御弁９３は、第２の排気管洗浄ガス配管９２の途中に設けられ、第２の排気管洗浄ガスの流量を制御する。
図１に示すように、基板処理装置１は、制御部１００を備える。制御部１００は、例えばコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリなどの記憶媒体１０２とを備える。記憶媒体１０２には、基板処理装置１において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１００は、記憶媒体１０２に記憶されたプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることにより、基板処理装置１の動作を制御する。また、制御部１００は、入力インターフェース１０３と、出力インターフェース１０４とを備える。制御部１００は、入力インターフェース１０３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース１０４で外部に信号を送信する。
かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されていたものであって、その記憶媒体から制御部１００の記憶媒体１０２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、例えば、ハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。なお、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御部１００の記憶媒体１０２にインストールされてもよい。
（基板処理装置の動作）
図３は、一実施形態に係る基板処理装置の動作を示すフローチャートである。図３には、基板処理装置１の洗浄処理（処理容器洗浄工程Ｓ１４、排気管洗浄工程Ｓ１５）に先立って行われる、基板２の成膜処理（搬入工程Ｓ１１、成膜工程Ｓ１２、搬出工程Ｓ１３）についても図示してある。図３に示す工程は、制御部１００による制御下で、基板２を替えて繰り返し実施される。なお、図３では、基板２の成膜処理が一回行われる度に、基板処理装置１の洗浄処理が一回行われるが、本開示の技術はこれに限定されない。基板２の成膜処理が複数回行われる度に、基板処理装置１の洗浄処理が行われてもよい。
基板処理方法は、基板２を処理容器１１の内部に搬入する搬入工程Ｓ１１を有する。搬入工程Ｓ１１では、先ず、処理容器１１の外部で、搬送装置が複数の基板２を基板保持具３０に載せる。基板保持具３０は、複数の基板２を鉛直方向に間隔をおいて水平に保持する。次いで、昇降部２５を上昇させ、蓋体２０および基板保持具３０を上昇させる。基板保持具３０と共に基板２が処理容器１１の内部に搬入され、処理容器１１の下端の開口が蓋体２０で密閉される。
基板処理方法は、基板２に膜を形成する成膜工程Ｓ１２を有する。成膜工程Ｓ１２では、処理容器１１の内部の気圧が設定値になるように処理容器１１の内部を排気しながら、処理容器１１の内部に成膜ガスを供給し、基板保持具３０と共に回転する基板２に膜を形成する。形成する膜は、例えばＳｉ膜である。成膜工程Ｓ１２では、処理容器加熱部６０が処理容器１１の内部を加熱することにより、成膜速度を向上する。成膜工程Ｓ１２の後、成膜ガスの代わりにパージガスを供給し、続いて処理容器１１の内部の排気を止め、処理容器１１の内部の気圧を常圧に戻す。
基板処理方法は、基板２を処理容器１１の外部に搬出する搬出工程Ｓ１３を有する。搬出工程Ｓ１３では、昇降部２５を下降させ、蓋体２０および基板保持具３０を下降させる。蓋体２０が処理容器１１の下端の開口を開放し、基板保持具３０と共に基板２が処理容器１１の外部に搬出される。その後、搬送装置が、基板２を基板保持具３０から取り外す。体２０および基板保持具３０を上昇させる。基板保持具３０が処理容器１１の内部に搬入され、処理容器１１の下端の開口が蓋体２０で密閉される。
基板処理方法は、処理容器１１の内部を洗浄する処理容器洗浄工程Ｓ１４を有する。処理容器洗浄工程Ｓ１４では、処理容器１１の内部をドライクリーニングする。処理容器洗浄工程Ｓ１４では、処理容器１１の内部の気圧が設定値になるように処理容器１１の内部を排気しながら、処理容器１１の内部に処理容器洗浄ガスを供給する。処理容器洗浄ガスは、例えばＣｌ２ガスである。Ｃｌ２ガスは、処理容器１１、ガス供給管４０、および基板保持具３０の損傷を抑制しつつ、堆積物であるＳｉ膜を除去できる。従来のフッ素系ガスはＳｉＣをエッチングしやすいので、ＳｉＣで基板保持具３０が形成される場合に、従来のフッ素系ガスに替えてＣｌ２ガスを用いる意義が大きい。
基板処理方法は、排気管４５の内部を洗浄する排気管洗浄工程Ｓ１５を有する。排気管洗浄工程Ｓ１５では、排気管４５の内部をドライクリーニングする。排気管洗浄工程Ｓ１５は、処理容器洗浄工程Ｓ１４で排気管４５の内部に堆積する堆積物を除去する。除去する堆積物は、例えば固相のＳｉＯＣｌｘである。なお、固相のＳｉＯＣｌｘは、処理容器洗浄工程Ｓ１４以外の工程で、排気管４５の内部に堆積するものであってもよい。排気管洗浄工程Ｓ１５は、処理容器洗浄工程Ｓ１４で排気管４５の内部に堆積する堆積物を除去する場合、処理容器洗浄工程Ｓ１４の後に行われる。処理容器洗浄工程Ｓ１４が行われる度に排気管洗浄工程Ｓ１５を行うことが望ましいが、処理容器洗浄工程Ｓ１４が複数回行った後に排気管洗浄工程Ｓ１５を行っても良い。
図４は、一実施形態に係る排気管洗浄工程を示すフローチャートである。排気管洗浄工程Ｓ１５は、排気管下流部４９を洗浄する排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１を有する。排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１では、開閉弁４７を閉じた状態で、開閉弁４７よりも下流側の排気管下流部４９に第１の排気管洗浄ガスを供給する。なお、開閉弁４７は、処理容器洗浄工程Ｓ１４の後、排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１の前に、開状態から閉状態に切り替えられる。また、開閉弁４７が開状態から閉状態に切り替えられる前に、処理容器１１の内部へのＣｌ２ガスの供給が停止され、真空引きやパージが行われる。
第１の排気管洗浄ガスは、例えばＦ２ガスである。Ｆ２ガスは、上記式（２）に示すように固相のＳｉＯＣｌｘを分解する。固相のＳｉＯＣｌｘがＦ２ガスによって分解されると、ＳｉＦ４ガスと、Ｏ２ガスと、Ｃｌ２ガスとが発生する。これらのガスは、排気源５１によって除害装置５０に送られるので問題ない。除害装置５０は、排気ガスの有害成分を除去したうえで、排気ガスを大気に放出する。
排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１では、開閉弁４７が閉状態であるので、Ｆ２ガスが開閉弁４７よりも上流側の処理容器１１の内部に混入しない。排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１によって、処理容器１１の内部にフッ素が残留するのを防止できる。それゆえ、処理容器１１の内部で基板２の成膜処理を再び行うときに、成膜処理が施される下地表面へのフッ素の吸着、および成膜処理によって形成される膜中へのフッ素の混入を防止できる。
排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１では、開閉弁４７を閉じた状態であるので、処理容器１１の内部は、処理容器洗浄工程Ｓ１４の完了時と同じ状態に維持される。処理容器洗浄工程Ｓ１４の完了時には、処理容器洗浄工程Ｓ１４で使用したＣｌ２ガスが、処理容器１１の内部表面に吸着しているため、Ｃｌ２ガスが残留している。残留するＣｌ２ガスは、下記のパージ工程Ｓ１５２で除去される。
排気管洗浄工程Ｓ１５は、開閉弁４７を開けた状態で、処理容器１１の内部にパージガスを供給するパージ工程Ｓ１５２を有する。パージガスと共に残留Ｃｌ２ガスが処理容器１１から排気管４５に排出される。なお、排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１の後、パージ工程Ｓ１５２の前に、排気管下流部４９へのＦ２ガスの供給は停止され、次いで、開閉弁４７が閉状態から開状態に切り替えられる。
パージ工程Ｓ１５２中に、処理容器加熱部６０は、処理容器１１の温度を設定温度まで上昇させ、設定温度で維持することにより、処理容器１１の内部表面に吸着し残留するＣｌ２ガスの排出効率を向上する。また、パージ工程Ｓ１５２中に、排気管加熱部６２は、排気管４５の温度を設定温度まで上昇させ、設定温度で維持することにより、排気管４５の内部表面に吸着した第１の排気管洗浄ガスや堆積物分解物の脱離を促進し、また排気ガスが液化または固化するのを抑制する。
なお、処理容器洗浄工程Ｓ１４および排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１では、パージ工程Ｓ１５２および後述の排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３とは異なり、ハロゲン元素を含むガスが用いられる。ハロゲン元素による排気管４５の腐食を防止すべく、処理容器洗浄工程Ｓ１４および排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１では、排気管４５の温度は比較的低く設定される。
排気管洗浄工程Ｓ１５は、排気管上流部４８を洗浄する排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３を有する。排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３では、開閉弁４７を開けた状態で、処理容器１１の内部に第２の排気管洗浄ガスを供給する。第２の排気管洗浄ガスとしては、フッ素はもちろんのことハロゲン元素を含まないガスが用いられるので、排気管４５の温度は比較的高く設定することができる。
第２の排気管洗浄ガスは、例えばＨ２ガスとＯ２ガスとの混合ガスである。この混合ガスは、処理容器１１の内部で熱励起され、ＨラジカルとＯＨラジカルとを生成し、上記式（３）に示すように固相のＳｉＯＣｌｘを分解する。固相のＳｉＯＣｌｘが分解され、ＨＣｌガスと固相のＳｉＯ２とが発生する。上記式（３）で発生するＨＣｌガスは、排気源５１によって除害装置５０に送られるので問題ない。除害装置５０は、排気ガスの有害成分を除去したうえで、排気ガスを大気に放出する。また、上記式（３）で発生する固相のＳｉＯ２は、固相のＳｉＯＣｌｘとは異なり、排気管４５の大気開放時にＨＣｌガスを発生しないので問題ない。
第２の排気配管ガスとしてＨ２ガスとＯ２ガスとの混合ガスが用いられる場合の処理条件は、下記の通りである。処理容器１１の温度は、例えば３００℃以上、９００℃以下である。排気管４５の温度は、例えば室温以上、３００℃以下である。堆積物と洗浄ガスの反応を促進するために、また排気ガスが液化または固化するのを抑制するために、高温に設定するのが望ましい。処理容器１１の内部へのＨ２ガスの供給流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上、２０００ｓｃｃｍ以下である。処理容器１１の内部へのＯ２ガスの供給流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上、２０００ｓｃｃｍ以下である。処理容器１１の内部の気圧は、例えば０．１Ｔｏｒｒ以上、５Ｔｏｒｒ以下である。
ところで、排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１と排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３との順序は図４に示す順序とは逆でもよいが、本実施形態では図４に示すように排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１の後に排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３が行われる。これにより、詳しくは後述するが、排気管４５の温度変更のための待ち時間を短縮でき、排気管洗浄工程Ｓ１５の時間を短縮できる。
本実施形態によれば、上述の如く、処理容器洗浄工程Ｓ１４の後で、排気管洗浄工程Ｓ１５が行われる。その排気管洗浄工程Ｓ１５では、排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１と、パージ工程Ｓ１５２と、排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３とが、この順序で行われる。これにより、図５に示すように、排気管４５の温度が比較的低い工程を、排気管４５の温度が比較的高い工程よりも先にまとめて実施できる。また、処理容器１１の温度が比較的低い工程を、処理容器１１の温度が比較的高い工程よりも先にまとめて実施できる。図５は、一実施形態に係る基板処理装置のクリーニング条件を示す図である。
処理容器洗浄工程Ｓ１４および排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１では、パージ工程Ｓ１５２および排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３とは異なり、ハロゲン元素を含むガスが用いられる。そこで、ハロゲン元素による排気管４５の腐食を防止すべく、図５に示すように、処理容器洗浄工程Ｓ１４および排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１では、排気管４５の温度が比較的低く設定される。排気管４５の温度が比較的低い処理容器洗浄工程Ｓ１４と排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１とを続けて行うことにより、これらの工程の間で排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３を行う場合に比べて、排気管４５の温度変更の回数を低減できる。よって、排気管４５の温度変更のための待ち時間を短縮でき、排気管洗浄工程Ｓ１５の時間を短縮できる。
なお、処理容器洗浄工程Ｓ１４での排気管４５の温度と、排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１での排気管４５の温度とは、図５では同一であるが、異なってもよい。また、パージ工程Ｓ１５２の終了時の排気管４５の温度と、排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３での排気管４５の温度とは、図５では同一であるが、異なってもよい。いずれにしろ、排気管４５の温度が比較的低い処理容器洗浄工程Ｓ１４と排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１とを続けて行うことにより、排気管４５の温度を同じ温度域で無駄に上げ下げせずに済む。従って、排気管４５の温度変更のための待ち時間を短縮でき、排気管洗浄工程Ｓ１５の時間を短縮できる。
また、処理容器洗浄工程Ｓ１４および排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１では、パージ工程Ｓ１５２および排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３に比べて、処理容器１１の温度は比較的低く設定される。パージ工程Ｓ１５２では、処理容器１１の内部に残留するＣｌ２ガスの排出効率を向上すべく、処理容器１１の温度は比較的高く設定される。また、排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３では、Ｈ２ガスとＯ２ガスとの混合ガスを熱励起すべく、処理容器１１の温度は比較的高く設定される。本実施形態によれば、処理容器１１の温度が比較的低い処理容器洗浄工程Ｓ１４と排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１とを続けて行うことにより、これらの工程の間で排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３を行う場合に比べて、処理容器１１の温度変更の回数を低減できる。よって、処理容器１１の温度変更のための待ち時間を短縮でき、排気管洗浄工程Ｓ１５の時間を短縮できる。
なお、処理容器洗浄工程Ｓ１４での処理容器１１の温度と、排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１での処理容器１１の温度とは、図５では同一であるが、異なってもよい。また、パージ工程Ｓ１５２の終了時の処理容器１１の温度と、排気管上流部洗浄工程Ｓ１５３での処理容器１１の温度とは、図５では同一であるが、異なってもよい。いずれにしろ、処理容器１１の温度が比較的低い処理容器洗浄工程Ｓ１４と排気管下流部洗浄工程Ｓ１５１とを続けて行うことにより、処理容器１１の温度を同じ温度域で無駄に上げ下げせずに済む。従って、処理容器１１の温度変更のための待ち時間を短縮でき、排気管洗浄工程Ｓ１５の時間を短縮できる。
以上、本開示に係る基板処理装置の洗浄方法および基板処理装置の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。
例えば、成膜ガスによって形成する膜は、Ｓｉ膜には限定されない。例えば、Ｓｉ膜の代わりに、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜、またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜を成膜してもよい。Ｇｅ膜を成膜する場合、成膜ガスとしては、例えば、モノゲルマン（ＧｅＨ４）ガス、ジゲルマン（Ｇｅ２Ｈ６）ガス等のゲルマン系ガスが用いられる。また、ＳｉＧｅ膜を成膜する場合、成膜ガスとしては、例えば、シラン系ガスとゲルマン系ガスとが用いられる。Ｓｉ膜、Ｇｅ膜、およびＳｉＧｅ膜は、ノンドープの膜でもよいし、カーボン（Ｃ）、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等がドーピングされた膜でもよい。
処理容器洗浄ガスは、Ｃｌ２ガスには限定されない。処理容器洗浄ガスとしては、Ｃｌ２ガスの他に、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、臭素（Ｂｒ２）ガス、臭化水素（ＨＢｒ）ガス、ヨウ化水素（ＨＩ）ガス等も使用可能である。これらのガスは、フッ素を含まないので、処理容器１１の内部にフッ素が残留するのを防止できる。
第１の排気管洗浄ガスは、Ｆ２ガスには限定されない。第１の排気管洗浄ガスとしては、Ｆ２ガスの他に、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）ガス等のフッ素系ガスも使用可能である。フッ素系ガスは、Ｆ２ガスと同様に、固相のＳｉＯＣｌｘを分解できる。
なお、Ｆ２ガスやＣｌＦ３ガス等によって分解する堆積物は、成膜ガスに由来するＳｉとＧｅの少なくとも１つを含み、且つ、処理容器洗浄ガスに由来するＣｌとＢｒとＩの少なくとも１つを含む化合物であればよい。上記（３）式と同様の反応式で、堆積物を分解できる。
第２の排気管洗浄ガスは、Ｈ２ガスとＯ２ガスとの混合ガスには限定されない。第２の排気管洗浄ガスとしては、Ｈ２ガスとＯ２ガスとの混合ガスの他に、アンモニア（ＮＨ３）ガス、酸素（Ｏ２）ガス等も使用可能である。
例えば、第２の排気配管ガスとしてのＮＨ３ガスは、下記式（４）に示すように固相のＳｉＯＣｌｘを分解する。
ＳｉＯＣｌｘ＋ＮＨ３→ＮＨ４Ｃｌ↑＋ＳｉＯＮ・・・（４）
固相のＳｉＯＣｌｘが分解され、ＮＨ４Ｃｌガスと固相のＳｉＯＮとが発生する。上記式（４）で発生するＮＨ４Ｃｌガスは、排気源５１によって除害装置５０に送られるので問題ない。除害装置５０は、排気ガスの有害成分を除去したうえで、排気ガスを大気に放出する。上記式（４）で発生する固相のＳｉＯＮは、固相のＳｉＯＣｌｘとは異なり、排気管４５の大気開放時にＨＣｌガスを発生しないので問題ない。
なお、第２の排気配管ガスとしてのＮＨ３ガスによって分解する堆積物は、成膜ガスに由来するＳｉとＧｅの少なくとも１つを含み、且つ、処理容器洗浄ガスに由来するＣｌとＢｒとＩの少なくとも１つを含む化合物であればよい。上記（４）式と同様の反応式で、堆積物を分解できる。
第２の排気配管ガスとしてＮＨ３ガスが用いられる場合の処理条件は、下記の通りである。処理容器１１の温度は、例えば３００℃以上、９００℃以下である。排気管４５の温度は、例えば室温以上、３００℃以下である。処理容器１１の内部へのＮＨ３ガスの供給流量は、例えば５００ｓｃｃｍ以上、５０００ｓｃｃｍ以下である。処理容器１１の内部の気圧は、例えば０．１Ｔｏｒｒ以上、３００Ｔｏｒｒ以下である。
また、第２の排気配管ガスとしてのＯ２ガスは、下記式（５）に示すように固相のＳｉＯＣｌｘを分解する。
ＳｉＯＣｌｘ＋Ｏ２→Ｃｌ２↑＋ＳｉＯ２・・・（５）
固相のＳｉＯＣｌｘが分解され、Ｃｌ２ガスと固相のＳｉＯ２とが発生する。上記式（５）で発生するＣｌ２ガスは、排気源５１によって除害装置５０に送られるので問題ない。除害装置５０は、排気ガスの有害成分を除去したうえで、排気ガスを大気に放出する。上記式（５）で発生する固相のＳｉＯ２は、固相のＳｉＯＣｌｘとは異なり、排気管４５の大気開放時にＨＣｌガスを発生しないので問題ない。
なお、第２の排気配管ガスとしてのＯ２ガスによって分解する堆積物は、成膜ガスに由来するＳｉとＧｅの少なくとも１つを含み、且つ、処理容器洗浄ガスに由来するＣｌとＢｒとＩの少なくとも１つを含む化合物であればよい。上記（５）式と同様の反応式で、堆積物を分解できる。
第２の排気配管ガスとしてＯ２ガスが用いられる場合の処理条件は、下記の通りである。処理容器１１の温度は、例えば室温以上、９００℃以下である。排気管４５の温度は、例えば室温以上、３００℃以下である。処理容器１１の内部へのＯ２ガスの供給流量は、例えば１０ｓｃｃｍ以上、５００００ｓｃｃｍ以下である。処理容器１１の内部の気圧は、例えば０．１Ｔｏｒｒ以上、常圧（７６０Ｔｏｒｒ）以下である。
基板２は、シリコンウエハーなどの半導体基板には限定されず、ガラス基板などであってもよい。
１ 基板処理装置
２ 基板
１１ 処理容器
４５ 排気管
４７ 開閉弁
４８ 排気管上流部
４９ 排気管下流部
６０ 処理容器加熱部
６２ 排気管加熱部
７０ 成膜ガス供給機構
７５ 処理容器洗浄ガス供給機構
８０ パージガス供給機構
８５ 第１の排気管洗浄ガス供給機構
９０ 第２の排気管洗浄ガス供給機構
１００ 制御部

Claims (8)

  1. 処理容器の内部を排気する排気管の内部を洗浄する工程を有し、
    前記排気管の内部を洗浄する工程は、
    前記排気管の途中に設けられる開閉弁を閉じた状態で、フッ素を含む第１の排気管洗浄ガスを前記排気管の前記開閉弁よりも下流側に供給することにより、前記排気管の前記開閉弁よりも下流側の堆積物を前記第１の排気管洗浄ガスで除去する工程と、
    前記開閉弁を開けた状態で、ガス構成元素としてハロゲン元素を含まない第２の排気管洗浄ガスを前記処理容器の内部に供給することにより、前記排気管の前記開閉弁よりも上流側の堆積物を前記第２の排気管洗浄ガスで除去する工程とを有する、基板処理装置の洗浄方法。
  2. ガス構成元素としてフッ素を除くハロゲンを含有する処理容器洗浄ガスを前記処理容器の内部に供給することにより、前記処理容器の内部を洗浄する工程を有し、
    前記排気管の内部を洗浄する工程は、前記処理容器の内部を洗浄する工程で前記排気管の内部に堆積する堆積物を除去する工程である、請求項１に記載の基板処理装置の洗浄方法。
  3. 前記処理容器の内部を洗浄する工程の後に、前記排気管の前記開閉弁よりも下流側の堆積物を前記第１の排気管洗浄ガスで除去する工程を実施し、その後、前記排気管の前記開閉弁よりも上流側の堆積物を前記第２の排気管洗浄ガスで除去する工程を実施する、請求項２に記載の基板処理装置の洗浄方法。
  4. 前記排気管の前記開閉弁よりも下流側の堆積物を前記第１の排気管洗浄ガスで除去する工程における、前記排気管の温度は、前記排気管の前記開閉弁よりも上流側の堆積物を前記第２の排気管洗浄ガスで除去する工程における、前記排気管の温度よりも低い、請求項３に記載の基板処理装置の洗浄方法。
  5. 前記排気管の前記開閉弁よりも下流側の堆積物を前記第１の排気管洗浄ガスで除去する工程における、前記処理容器の温度は、前記排気管の前記開閉弁よりも上流側の堆積物を前記第２の排気管洗浄ガスで除去する工程における、前記処理容器の温度よりも低い、請求項３または４に記載の基板処理装置の洗浄方法。
  6. 前記排気管の洗浄で除去される堆積物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくとも１つと、フッ素を除くハロゲンとを含む化合物である、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板処理装置の洗浄方法。
  7. 前記第２の排気管洗浄ガスは、水素ガスと酸素ガスの混合ガス、アンモニアガス、および酸素ガスから選ばれる１つ以上である、請求項１～６のいずれか１項に記載の基板処理装置の洗浄方法。
  8. 処理容器と、
    前記処理容器の内部を排気する排気管と、
    前記排気管の途中に設けられる開閉弁と、
    前記排気管の前記開閉弁よりも下流側に、フッ素を含む第１の排気管洗浄ガスを供給する第１の排気管洗浄ガス供給機構と、
    前記処理容器に、ガス構成元素としてハロゲン元素を含まない第２の排気管洗浄ガスを供給する第２の排気管洗浄ガス供給機構と、
    前記開閉弁と、前記第１の排気管洗浄ガス供給機構と、前記第２の排気管洗浄ガス供給機構とを制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記開閉弁を閉じた状態で、前記排気管の下流側に前記第１の排気管洗浄ガスを供給することにより、前記排気管の前記開閉弁よりも下流側の堆積物を前記第１の排気管洗浄ガスで除去し、
    前記開閉弁を開けた状態で、前記処理容器の内部に前記第２の排気管洗浄ガスを供給することにより、前記排気管の前記開閉弁よりも上流側の堆積物を前記第２の排気管洗浄ガスで除去する、基板処理装置。
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