DE60120278T2

DE60120278T2 - Wärmebehandlungsanlage und Verfahren zu ihrer Reinigung

Info

Publication number: DE60120278T2
Application number: DE60120278T
Authority: DE
Inventors: Tokyo Electron Tohoku Limited Yutaka Esashi-Shi Takahashi; Tokyo Electron Tohoku Limited Kato Esashi-Shi Hitoshi; Tokyo Electron Tohoku Limited Hiroyuki Esashi-Shi Yamamoto; Tokyo Electron Tohoku Limited Katsutoshi Esashi-Shi Ishiti; Tokyo Electron Tohoku Limited Kazuaki Esashi-Shi Nishimura; Tokyo Electron Tohoku Limited Phillip Esashi-Shi Spaull
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2007-05-24
Also published as: DE60120278D1; KR100791153B1; US20040163677A1; EP1167568A1; DE60120278T8; KR20010114169A; EP1167568B1; US20010055738A1; TW497150B

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmebehandlungsvorrichtung zum Entfernen eines Schadstoffes auf einer Schicht, die keine Behandlungseinrichtung oder einen zu behandelnden Gegenstand erfordert, und ihr Reinigungsverfahren.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Reinigungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine Wärmebehandlungsvorrichtung und auf eine Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß dem Obergriff des Anspruchs 5. Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind aus den Zusammenfassungen der japanischen Patente Band 2000, Nr. 05, 14. September 2000 und aus JP 2000 040685 A bekannt.
Beschreibung des Standes der Technik
Gewöhnlich werden zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung das Schichtbildungsverfahren und das Musterätzverfahren an einem Halbleiterwafer als zu behandelndem Gegenstand wiederholt durchgeführt, und eine gewünschte Einrichtung wird hergestellt. Betreffend insbesondere das Schichtbildungsverfahren werden die Anforderungen, das heißt die Gestaltungsvorschriften, von Jahr zu Jahr anspruchsvoller aufgrund der hohen Dichte und der hohen Integration von Halbleitereinrichtungen. Selbst bei einer sehr dünnen Oxidschicht, zum Beispiel einer Kondensator-Isolationsschicht oder einer Gate-Isolationsschicht einer Einrichtung, wird beispielsweise eine noch dünnere Schicht und gleichzeitig eine noch bessere Isolationseigenschaft gefordert.
Unter solchen Umständen wurden anstelle einer typischerweise verwendeten Siliziumoxidschicht oder Siliziumnitridschicht als Materialien mit besseren Isolationseigenschaften und elektrischen Eigenschaften, wie der dielektrischen Konstanten, Metalloxidschichten, beispielsweise eine Tantaloxidschicht (Ta₂O₅) und eine Metalloxidgemischschicht mit einer grö ßeren dielektrischen Konstanten als die der Tantaloxidschicht, beispielsweise SrTiO₃ (nachfolgend als STO bezeichnet) und Ba_xSr_i-xTiO₃ (nachfolgend als BSTO bezeichnet), untersucht. Zusätzlich dazu wurden verschiedene Metallschichten und Metalloxidschichten auf Eignung für eine dielektrische Schicht untersucht.
Eine schubartige Wärmebehandlungsvorrichtung, wie eine Schichtbildungsvorrichtung, weist ein vertikales oder horizontales zylindrisches Behandlungsgefäß aus Quarz auf. Um eine unnötige Schicht, die an der inneren Wand des Behandlungsgefäßes oder an einem Waferschiffchen haftet, zu entfernen, wird bei einer derartigen Wärmebehandlungsvorrichtung ein Reinigungsverfahren zum Entfernen einer solchen unnötigen Schicht periodisch oder in unregelmäßigen Zeitabständen durchgeführt.
Während des Reinigungsverfahrens wird eine Flüssigreinigung im großen Maßstab durchgeführt, wobei das Behandlungsgefäß selbst entfernt und in eine Reinigungslösung getaucht wird, wodurch die unnötige Schicht entfernt wird. Eine einfache Trockenreinigung, die keine große Bearbeitungszeit erfordert, wird ausgeführt, indem ein Reinigungsgas, wie ClF₃, HCl, Cl₂, NF₃ oder F₂, in zusammengebautem Zustand des Behandlungsgefäßes dieses durchströmt und für ein Entfernen einer unnötigen Schicht sorgt.
Hinsichtlich einer Verbesserung der Produktivität (Durchsatz) einer Halbleitereinrichtung insgesamt ist es wünschenswert, die Trockenreinigung und das Entfernen einer unnötigen Schicht wirksamer einzusetzen.
In dem Fall des Bildens von Metalloxidgemischschichten, wie zum Beispiel der vorgenannten STO oder BSTO, die in letzter Zeit untersucht wurden, oder von neuen Metalloxidschichten gibt es einen Fall, in dem eine unnötige Schicht nicht vollständig entfernt werden kann. Beispielsweise erhöht sich typischerweise bei Anheben der Temperatur des Behandlungsgefäßes während der Reinigungszeit die Reaktionsfähigkeit des Reinigungsgases. Dadurch kann eine neue Schichtart, die bisher nur schwer entfernt werden konnte, entfernt werden, wodurch die Reinigungseffektivität erhöht wird. Jedoch neigen das Behandlungsgefäß, das aus Quarz besteht, und das Waferschiffchen, das aus Quarz besteht und einen Halbleiterwafer hält, zu einer Beschädigung durch das Reinigungsgas, und die Temperatur des Behandlungsgefäßes kann nicht übermäßig erhöht werden.
Obwohl erwünscht ist, eine unnötige Schicht, wie eine Siliziumoxidschicht oder eine gewöhnlich vorhandene Siliziumnitridschicht, effektiver und in einer kürzeren Zeit zu entfernen, wie oben beschrieben, wird an dem Behandlungsgefäß selbst ein großer Schaden verursacht, wenn die Temperatur erhöht wird. Wenngleich abhängig von der Art des Reinigungsgases, kann die Temperatur nicht auf beispielsweise 800°C oder mehr erhöht werden und die Reinigungseffektivität kann nicht verbessert werden.
In der Nähe des Einbringabschnitts des Reinigungsgases wird das Gas mit einer Temperatur nahe der normalen Temperatur eingebracht, wodurch ein Problem dahingehend entsteht, daß die Temperatur des Reinigungsgases teilweise verringert wird, so daß eine unnötige Schicht in der Nähe des Gaseinbringungsabschnitts nicht effektiv vollständig entfernt werden kann.
Abriß der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Reinigungsverfahren gemäß Anspruch 1 für eine Wärmebehandlungsvorrichtung und eine Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 bereit.
Die Erfindung wurde geschaffen, um die zuvor beschriebenen Probleme zu betrachten und effektiv zu lösen, und soll eine Wärmebehandlungsvorrichtung bereitstellen, um eine unnötige Schicht in einem Behandlungsgefäß aus Quarz ohne eine Beschädigung des Behandlungsgefäßes effektiv zu entfernen und einen Schadstoff von dem zu behandelnden Gegenstand effektiv zu entfernen, und ein Reinigungsverfahren dafür bereitzustellen.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, um Reinigungsgas in ein Behandlungsgefäß zu speisen, das erwärmt und bei der Temperatur gehalten wird, um eine unnötige Schicht in dem Behandlungsgefäß zu entfernen, wobei dies die Schritte des Vorwärmens des Reinigungsgases außerhalb des Behandlungsgefäßes, des Speisens des vorgewärmten Reinigungsgases in das Behandlungsgefäß sowie des Heizers und Haltens des Innenraums des Behandlungsgefäßes auf einer vorbestimmten Temperatur umfaßt.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei dem ein Behandlungsgefäß auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und auf dieser Tem peratur in einem Zustand gehalten wird, in welchem ein Haltewerkzeug für einen zu behandelnden Gegenstand in dem Behandlungsgefäß vorgesehen ist.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei dem das Reinigungsgas auf eine Aktivierungstemperatur des Reinigungsgases in einem Vorwärmschritt vorgewärmt wird.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei dem das Reinigungsgas auf eine Wärmezerfallstemperatur des Reinigungsgases in einem Vorwärmschritt vorgewärmt wird.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei dem das Reinigungsgas ClF₃ umfaßt und auf eine Aktivierungstemperatur von ClF₃ in einem Bereich von 200 bis 400°C in einem Vorwärmschritt vorgewärmt wird.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei dem das Reinigungsgas ClF₃ umfaßt und auf eine Wärmezerfallstemperatur von ClF₃ in einem Bereich von 300 bis 1000°C in einem Vorwärmschritt vorgewärmt wird.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei dem eine nicht notwendige Schicht in einem Behandlungsgefäß die gleiche Art von Schicht ist wie eine Schicht, die auf der Oberfläche eines zu behandelnden Gegenstandes in dem Behandlungsgefäß gebildet ist.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei dem ein Behandlungsgefäß aus Quarz oder SiC hergestellt wird.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung zum Speisen von Reinigungsgas in ein Behandlungsgefäß, das einen zu behandelnden Gegenstand enthält, und zum Entfernen eines Schadstoffes auf dem zu behandelnden Gegenstand in dem Behandlungsgefäß, das die Schritte des Vorwärmens des Reinigungsgases auf eine Aktivierungstemperatur des Reinigungsgases außerhalb des Behandlungsgefäßes und des Speisen des vorgewärmten Reinigungsgases in das Behandlungsgefäß sowie des Haltens und Heizers des Innenraums des Behandlungsgefäßes auf eine vorbestimmte Temperatur umfaßt.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, wobei das vorgewärmte Reinigungsgas eine Salzsäure umfaßt und auf eine Aktivierungstemperatur der Salzsäure von mindestens 800°C erwärmt wird und der Innenraum des Behandlungsgefäßes auf 700°C bis 1000°C aufgewärmt und bei der Temperatur gehalten wird.
Die Erfindung umfaßt ein Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei dem ein Schadstoff auf einem zu behandelnden Gegenstand Eisen und/oder Kupfer und/oder Aluminium und/oder Wolfram ist.
Die Erfindung umfaßt eine Wärmebehandlungsvorrichtung mit einem Behandlungsgefäß mit einem Haltewerkzeug für einen zu behandelnden Gegenstand, einem außerhalb des Behandlungsgefäßes angeordneten Behandlungsgefäßheizer zum Heizen des Behandlungsgefäßes, einer Reinigungsgas-Speisevorrichtung zum Speisen von Reinigungsgas in das Behandlungsgefäß und einem Reinigungsgasheizer, der mit der Reinigungsgas-Speisevorrichtung zum Vorwärmen des Reinigungsgases außerhalb des Behandlungsgefäßes verbunden ist, wobei der Reinigungsgasheizer und der Behandlungsgefäßheizer von einer Steuervorrichtung gesteuert sind.
Die Erfindung umfaßt eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei der ein zu behandelnder Gegenstand von einem Haltewerkzeug gehalten wird und Reinigungsgas von einem Reinigungsgasheizer auf eine Aktivierungstemperatur vorgewärmt wird, so daß ein Schadstoff auf dem zu behandelnden Gegenstand entfernt wird.
Die Erfindung umfaßt eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei der das Reinigungsgas Salzsäure umfaßt und die Steuervorrichtung den Reinigungsgasheizer so steuert, daß das Reinigungsgas auf eine Aktivierungstemperatur von mindestens 800°C aufgeheizt wird, und den Behandlungsgefäßheizer so steuert, daß das Behandlungsgefäß auf 700°C bis 1000°C aufgeheizt wird.
Die Erfindung umfaßt eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei der ein Schadstoff auf einem zu behandelnden Gegenstand Eisen und/der Kupfer und/oder Aluminium und/oder Wolfram ist.
Die Erfindung umfaßt eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei der die Behandlungseinrichtung aus einem Innenrohr zum Aufnehmen eines zu behandelnden Gegenstandes und einem Außenrohr mit einer das Innenrohr abdeckenden Decke zusammengesetzt ist, und bei der die Reinigungsgas-Speisevorrichtung mit dem Innenrohr verbunden ist.
Die Erfindung umfaßt eine Wärmebehandlungsvorrichtung, bei der auf der Abstromseite des Reinigungsgasheizers eine Lochblende zum Erzeugen eines Strömungswiderstandes für das Reinigungsgas installiert ist.
Gemäß der Erfindung kann die Entfernungsrate einer unnötigen Schicht verbessert werden und eine unnötige Schicht, die durch das herkömmliche Verfahren nicht entfernt werden kann, kann effektiv entfernt werden, ohne eine Beschädigung des Behandlungsgefäßes oder des Behandlungsgefäßes und des Haltewerkzeugs für einen zu behandelnden Gegenstand hervorzurufen.
Gemäß der Erfindung wird Reinigungsgas auf die Aktivierungstemperatur erwärmt, und das erwärmte Reinigungsgas wird in das Behandlungsgefäß gespeist. Die Temperatur in dem Behandlungsgefäß wird auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, beispielsweise auf die Temperatur zum Halten des Aktivierungszustands des Reinigungsgases. Somit wird das Reinigungsgas in das Behandlungsgefäß in dem aktivierten Zustand gespeist, und selbst in dem Behandlungsgefäß in dem aktivierten Zustand gehalten. Das Reinigungsgas in dem aktivierten Zustand reagiert somit mit dem Schadstoff auf einem zu behandelnden Gegenstand, so daß die Reaktion beschleunigt wird. Dadurch kam die Entfernungseffektivität eines Schadstoffes, der auf dem zu behandelnden Gegenstand klebt, verbessert werden.
Gemäß der Erfindung wird das Reinigungsgas auf die Aktivierungstemperatur durch den Reinigungsgasheizer erwärmt, der von der Steuervorrichtung gesteuert ist, und das erwärmte Reinigungsgas wird in das Behandlungsgefäß durch eine Reinigungsgas-Speisevorrichtung gespeist. Ferner wird die Temperatur in dem Behandlungsgefäß durch den Behandlungsgefäßheizer auf eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise die Temperatur zum Halten des Aktivierungszustands des Reinigungsgases, durch die Steuervorrichtung erwärmt. Daher wird das Reinigungsgas in das Behandlungsgefäß in dem aktivierten Zustand gespeist und selbst in dem Behandlungsgefäß in dem aktivierten Zustand gehalten. Das Reinigungsgas in dem aktivierten Zustand reagiert auf diese Weise mit einem Schadstoff und die Reaktion ist dadurch beschleunigt. Dadurch kann die Entfernungseffektivität eines Schadstoffes, der an einem zu behandelnden Gegenstand haftet, verbessert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Wärmebehandlungsvorrichtung in einer ersten Ausführung der Erfindung zeigt.
2 ist eine Darstellung, die eine Wärmebehandlungsvorrichtung mit einem Einzelrohraufbau mit einem äußeren Zylinder zeigt, der aus Quarz besteht.
3 ist eine Darstellung, die eine weitere Wärmebehandlungsvorrichtung mit einem Einzelrohraufbau zeigt.
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Wärmebehandlungsvorrichtung in einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigt.
5 ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der Temperatur des Heizers und der Temperatur des Reaktionsrohrs (Behandlungsgefäß) in der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Die erste Ausführung der Wärmebehandlungsvorrichtung und ihr Reinigungsverfahren, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen, sind nachfolgend detailliert unter Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Wärmebehandlungsvorrichtung (Schichtbildungsvorrichtung) zum Ausführen des Reinigungsverfahrens, das sich auf die vorliegende Erfindung bezieht, zeigt. In dieser Schrift wird als eine Wärmebehandlungsvorrichtung 1 ein Beispiel einer vertikalen Schichtbildungsvorrichtung, die einen LP-CVD verwendet, erläutert. Wie in der Figur gezeigt, weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 1 ein Behandlungsgefäß 8 mit einem Doppelrohraufbau auf, der aus einem zylindrischen Innenrohr 2, das aus Quarz besteht, und einem Außenrohr 6, das aus Quarz besteht, zusammengesetzt ist, wobei dieses konzentrisch außerhalb des Innenrohres 2 angeordnet ist, um einen vorbestimmten Spalt 4 zwischen diesen zu bilden, und die Außenseite des Behandlungsgefäßes 8 ist durch eine Heizeinheit 14 mit einem Heizmittel (Behandlungsgefäßheizer) 10, beispielsweise einem Heizer und einem Wärmeisolationsmaterial 12, bedeckt. Das Heizmittel 10 ist auf der gesamten inneren Oberfläche des Wärmeisolationsmaterials 12 vorgesehen.
Das untere Ende des Behandlungsgefäßes 8 ist von einem zylindrischen Verteiler 16, beispielsweise aus rostfreiem Stahl bestehend, getragen, und das untere Ende des inneren Zylinders 2 ist von einer ringförmigen Trageplatte 16A getragen, die nach innen von der Innenwand des Verteilers 16 vorsteht, und ein Waferschiffchen 18, das aus Quarz besteht, ist als ein Haltewerkzeug für zu behandelnde Gegenstände vorgesehen, um eine Vielzahl von Halbleiterwafern W als zu behandelnde Gegenstände von unterhalb des Verteilers 16 zu laden, um vertikal bewegbar und frei entfernbar zu sein.
Das Waferschiffchen 18 ist auf einer Drehplattformn 22 über einem Isolationszylinder 20 aus Quarz angeordnet, und die Drehplattform 22 ist von einer Drehwelle 26 getragen, die durch eine Abdeckung 24 verläuft, um eine Öffnung am unteren Ende des Verteilers 16 zu öffnen und zu schließen.
Eine magnetische Fluiddichtung 28 umgibt die Drehwelle 26 und trägt die Drehwelle 26 luftdicht, so daß diese frei drehen kann. Zwischen dem Umfangsabschnitt der Abdeckung 24 und dem unteren Ende des Verteilers 16 ist ferner ein Dichtungselement 30 vorgesehen, das beispielsweise aus einem O-Ring besteht, um das Innere des Gefäßes 8 dicht zu halten.
Die Drehwelle 26 ist an dem Ende eines Armes 34 befestigt, der von einem Hebemechanismus 32, wie zum Beispiel einem Schiffchenheber, getragen ist, um das Waferschiffchen 18 und die Abdeckung 24 gemeinsam nach oben und nach unten zu bewegen.
An der Seite des Verteilers 16 sind eine Gaseinbringdüse 36 zum Einbringen eines Schichtbildungsgases und eines inaktiven Gases, beispielsweise N₂-Gas, in den inneren Zylinder 2, eine Reinigungsgaseinbringdüse 38 zum Einbringen des Reinigungsgases in das Behandlungsgefäß 8 während des Zeitraums des Trockenreinigens und eine Ablaßöffnung 40 zum Entlüften der Atmosphäre in dem Behandlungsgefäß 8 aus dem Boden des Spalts 4 zwischen dem inneren Zylinder 2 und dem äußeren Zylinder 6 vorgesehen. Ein Vakuumsystem ist mit der Ablaßöffnung 40 über eine in der Figur nicht dargestellte Vakuumpumpe verbunden. Ferner ist eine Reinigungsgas-Speisevorrichtung 42 mit der Reinigungsgaseinbringdüse 38 verbunden. Die Reinigungsgas-Speisevorrichtung 42 umfaßt eine Gasleitung 46, die mit einer Reinigungsgasquelle 44 und einem Auf-Zu-Ventil 48 verbunden ist, eine Strömungsgeschwindigkeitsteuerung 50 zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des Reinigungsgases, beispielsweise eine Massenstromsteuerung (Mass Flow Controll – MFC), und einen Gasheizmechanismus 52 auf der Abstromseite der Strömungsgeschwindigkeitssteuerung 50 zum Aufwärmen eines strömenden Reinigungsgases auf eine vorbestimmte Temperatur, die an der Gasleitung 46 angeordnet sind. Das Reinigungsgas, dessen Strömungsgeschwindigkeit auf einen gewünschten Wert geregelt ist, wird auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und strömt in das Behandlungsgefäß 8. Der Gasheizmechanismus 52 weist einen Gasheizer (Reinigungsgasheizer) 54 auf, der gesteuert werden muß. Für den Gasheizer kann eine beliebige innere Konstruktion desselben verwendet werden, sofern sie nur diese Reinigungsgas aufwärmen kann. In diesem Fall wird als Reinigungsgas beispielsweise ClF₃-Gas aus Chlortrifluorid verwendet. Als Reinigungsgas kann auch Chlorfluorid (ClF) verwendet werden. In der Figur zeigt das Bezugszeichen 56 ein Dichtungselement, beispielsweise einen O-Ring, das zwischen dem unteren Ende des äußeren Zylinders 6 und dem oberen Ende des Verteilers 16 liegt.
Nachfolgend wird das Schichtbildungsverfahren, das die Vorrichtung verwendet, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, erläutert.
Wenn das Waferschiffchen (Haltewerkzeug für zu behandelnde Gegenstände) 18 zum Halten von Halbleiterwafern (zu behandelnde Gegenstände) W im nicht beladenen Zustand ist und die Schichtbildungsvorrichtung im Stand-by-Zustand ist, wird das Behandlungsgefäß 8 zunächst auf der Schichtbildungsverfahrentemperatur, beispielsweise 600°C oder tiefer, gehalten. Unbehandelte Wafer W werden auf das Waferschiffchen 18 von einem Waferträger (nicht dargestellt) geladen, und das Waferschiffchen 18 mit den geladenen Wafern W wird bei einer normalen Temperatur nach oben bewegt und in das Behandlungsgefäß 8 von unten geladen, und die Öffnung am unteren Ende des Verteilers 16 wird durch die Abdeckung 24 geschlossen, wodurch das Behandlungsgefäß 8 fest verschlossen ist.
Dann wird das Behandlungsgefäß 8 innen auf einem vorbestimmten Schichtbildungsverfahrendruck gehalten und in Bereitschaft gehalten, bis die Wafertemperatur ansteigt und bei einer vorbestimmten Schichtbildungsverfahrentemperatur stabilisiert ist, und dann wird das vorbestimmte Schichtbildungsgas in das Behandlungsgefäß 8 von der Behandlungsgaseinbringdüse 36 eingebracht. Das Schichtbildungsgas wird auf den inneren Boden des inneren Zylinders 2 von der Behandlungsgaseinbringdüse 36 eingebracht, bewegt sich dann während Ausführens einer Schichtbildungsreaktion in Kontakt mit den Wafern W nach oben, die sich in dem inneren Zylinder 2 drehen, bewegt sich dann von der Decke nach unten in den Spalt 4 zwischen dem inneren Zylinder 2 und dem äußeren Zylinder 6, und wird aus dem Behälter durch die Ablaßöffnung 40 ausgelassen. Dadurch wird eine vorbestimmte Schicht auf jedem Wafer W gebildet.
Das zuvor Beschriebene ist der Ablauf des Schichtbildungsverfahrens. Wenn ein derartiges Schichtbildungsverfahren wiederholt wird, wird jedoch unvermeidbar in Strömungsrichtung des Schichtbildungsgases eine unnötige Schicht auf der Wandoberfläche des Quarzelementes gebildet. Die unnötige Schicht haftet an dem Waferschiffchen 18, der inneren und äußeren Oberfläche des inneren Zylinders 2, der inneren Oberfläche des äußeren Zylinders 6 und der Oberfläche des Isolationszylinders 20.
Wenn das Schichtbildungsverfahren bis zu einem bestimmten Ausmaß ausgeführt ist, wird daher der Reinigungsvorgang zum Entfernen der unnötigen haftenden Schicht durchgeführt, die Partikel bildet.
Der Reinigungsvorgang wird beispielsweise in dem Zustand ausgeführt, in dem das leere Waferschiffchen 18, das keine Wafer enthält, in das Behandlungsgefäß 8 eingebracht ist. Nachdem das zuvor beschriebene Schichtbildungsverfahren ausgeführt ist, wird der Hebemechanismus 32 angetrieben, wodurch das Waferschiffchen 18 aus dem Behandlungsgefäß 8 genommen wird. Nachfolgend werden die behandelten Wafer W, die von dem Waferschiffchen 18 aufgenommen sind, alle in einen Waferträger (nicht dargestellt) mittels eines nicht in der Figur dargestellten Übertragungsmechanismus übertragen, so daß das Waferschiffchen 18 leer wird. Nachdem die Übertragung der behandelten Wafer W auf diese Weise beendet ist, wird der Hebemechanismus 32 erneut angetrieben, wodurch das leere Waferschiffchen 18 in das Behandlungsgefäß 8 geladen wird, und die Öffnung am unteren Ende des Verteilers 16 wird durch die Abdeckung 24 fest verschlossen.
Das Behandlungsgefäß 8 wird mittels eines Heizmittels 10 bei einer vorbestimmten Temperatur gehalten, beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 200 bis 1000°C, und ClF₃-Gas wird als Reinigungsgas mit gesteuerter Strömungsgeschwindigkeit von der Reinigungsgaseinbringdüse 38 in den inneren Boden des inneren Zylinders 2 gespeist. Falls notwendig, wird gleichzeitig inaktives Gas, beispielsweise N₂-Gas, als Verdünnungsgas von der Behandlungsgaseinbringdüse 36 eingebracht. In diesem Fall wird das zuvor beschriebene Reinigungsgas auf eine vorbestimmte Temperatur durch den Gasheizmechanismus 52 vorgewärmt, kurz bevor es in das Behandlungsgefäß 8 eingebracht wird.
Das zuvor beschriebene inaktive Gas und das zuvor auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmte Reinigungsgas werden in dem Behandlungsgefäß 8 gemischt, und das gemischte Gas bewegt sich in dem inneren Zylinder 2 auf dieselbe Weise wie das zuvor beschriebene Schichtbildungsgas nach oben, erreicht die Decke, kehrt von dort um, bewegt sich nach unten in den Spalt 4 zwischen dem inneren Zylinder 4 und dem äußeren Zylinder 6 und wird aus dem Behälter durch die Ablaßöffnung 40 abgelassen. Entlang des Wegs, den das ClF₃-Gas durchströmt, reagiert eine unnötige Schicht, die an der Wandoberfläche haftet, und wird durch das ClF₃-Gas verätzt und langsam entfernt.
Wie oben beschrieben, wird in diesem Fall das Reinigungsgas auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt, kurz bevor es in das Behandlungsgefäß 8 eingebracht wird, so daß eine unnötige Schicht in einem vollständig reaktionsfähigen Zustand ist und schnell und effektiv entfernt werden kann, und das Reinigen kann effektiv ausgeführt werden, z.B. in einer kurzen Zeit.
Konkret kann die durch Heizen in dem Gasheizmechanismus 52 erzeugte Temperatur des Reinigungsgases eine Temperatur sein, bei der sich die kinetische Energie der Gasmoleküle gerade erhöht, oder eine Temperatur sein, bei der die Gasmoleküle in hohe Energiezustände angeregt werden und so aktiviert werden, daß sie chemisch sehr leicht reagieren, beispielsweise im Fall von ClF₃-Gas circa 200 bis 400°C, oder ferner eine Temperatur sein, bei der Gasmoleküle in Elemente zerlegt werden, beispielsweise im Fall von ClF₃-Gas circa 300 bis 1000°C.
Bei dem Reinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird Reinigungsgas auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt, kurz bevor es in das Behandlungsgefäß 8 eingebracht wird.
Wenn ungefähr auf der normalen Temperatur befindliches Reinigungsgas wie bei dem herkömmlichen Verfahren eingebracht wird, wird die Temperatur in der Nähe des Gaseinbringungsabschnitts teilweise verringert, und eine unnötige Schicht auf dem Abschnitt kann nicht vollständig entfernt werden, während bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Temperatur in der Nähe des Gaseinbringungsabschnitts nicht verringert wird, wodurch eine nicht notwendige Schicht auf dem Abschnitt nahezu vollständig entfernt werden kann.
Wenn die Bedingungen des Reinigungsverfahrens, wie beispielsweise die Temperatur des Behandlungsgefäßes 8, genauso wie bei dem herkömmlichen Verfahren festgelegt werden und das Behandlungsgefäß 8 gereinigt wird, wird die Reinigungsrate (Schichtentfernungsrate) ferner durch ein Vorwärmen des Reinigungsgases entsprechend der vorliegenden Erfindung erhöht, und die Reinigungszeit kann verkürzt werden. Außerdem wird an den Komponententeilen aus Quarz kein großer Schaden hervorgerufen.
In dem herkömmlichen Verfahren kann ferner eine unnötige Schicht nicht entfernt werden, es sei denn, die Reinigungstemperatur ist erhöht, obwohl die Beschädigung der Komponententeile aus Quarz groß ist, während bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung selbst dann, wenn die Reinigungstemperatur niedrig eingestellt ist, die Temperatur des Reinigungsgases durch ein Vorwärmen erhöht wird, um vollständig mit einer unnötigen Schicht zu reagieren, so daß an der Oberfläche der Komponententeile aus Quarz kein großer Schaden verursacht wird und die nicht notwendige Schicht effektiv entfernt wird, wodurch das Behandlungsgefäß 8 gereinigt werden kann.
Selbst wenn die obere Grenztemperatur, die durch den Heizer 14 erhöht werden kann, circa 800 bis 1000°C von dem Punkt des Bildens der elektrischen Leistungseinrichtung entfernt ist und eine nicht notwendige Schicht bei einer derartigen Temperatur nicht entfernt werden kann, kann bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Reinigungsverfahrentemperatur (Temperatur des Behandlungsgefäßes 8 und von weiteren) bei circa 800 bis 1000°C gehalten werden, wie oben beschrieben, und das Reinigungsgas wird auf eine Temperatur, die höher als die des Behandlungsgefäßes 8 ist, beispielsweise circa 1200°C, vorgewärmt, so daß kein Schaden an dem Komponententeil, das aus Quarz besteht, hervorgerufen wird und eine nicht notwendige Schicht, die durch das herkömmliche Verfahren nicht entfernt werden kann, kann entfernt werden.
Obwohl der Druck in dem Behandlungsgefäß in dem herkömmlichen Reinigungsverfahren circa einige 100 Pa (einige Torr) beträgt, kann eine unnötige Schicht ferner effektiver entfernt werden und der Reinigungseffekt kann verbessert werden, wenn der Druck auf einige zehn kPa (einige hundert Torr) gesetzt wird.
In dieser Schrift sind unter "unnötigen" oder nicht notwendigen zu reinigenden Schichten solche Schichten zu verstehen, die beispielsweise bei einem MOSFET verwendet werden, zum Beispiel eine Si-Schicht, eine SiO₂-Schicht, eine Si₃N₄-Schicht, eine BSTO (Ba_xSr_1-xTiO₃)-Schicht, eine STO (SrTiO₃)-Schicht, eine TiN-Schicht, eine Ru-Schicht, eine RuO₂-Schicht, eine Ti₂O₅-Schicht, eine W-Schicht und eine WSi-Schicht.
In der zuvor beschriebenen Ausführung ist ein Beispiel erläutert, bei dem ein vertikales Behandlungsgefäß 8 einen Doppelrohraufbau aufweist, der aus einem inneren Zylinder 2 und einem äußeren Zylinder 6 besteht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches Behandlungsgefäß beschränkt, sondern kann auch auf einen Fall angewendet werden, der in 2 gezeigt ist, bei dem das Behandlungsgefäß 8 eine Schichtbildungsvorrichtung mit einem Einzelrohraufbau ist, der beispielsweise nur aus dem äußeren Zylinder 6 aus Quarz besteht. In 2 sind dieselben Bezugszeichen für jedes der gleichen Komponententeile der Vorrichtung nach 1 verwendet und die detaillierte Erläuterung erübrigt sich. Wie oben beschrieben, besteht in diesem Fall das Behandlungsgefäß 8 beispielsweise aus einem äußeren Zylinder 6, der aus Quarz hergestellt ist. Die Ablaßöffnung 40 mit einer großen Öffnung ist an dem oberen Ende des äußeren Zylinders 6 vorgesehen und entleert das Behandlungsgefäß 8.
Während der Reinigungsdauer bewegt sich in diesem Fall vorgewärmtes Reinigungsgas in dem Behandlungsgefäß 8 von der Reinigungsgaseinbringdüse 36, die auf dem Verteiler 16 vorgesehen ist, nach oben, entfernt eine unnötige Schicht, die an der Oberfläche des Komponententeils aus Quarz haftet, und wird aus dem Behälter aus der Ablaßöffnung 40 an dem oberen Ende ausgelassen.
In dem Beispiel einer Vorrichtung mit Einzelrohraufbau, die in 2 gezeigt ist, ist die Ablaßöffnung 40 am oberen Ende des Behandlungsgefäßes 8 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Vorrichtung in 2 beschränkt. Wie in 3 gezeigt, kann die Ablaßöffnung 40 am Verteiler 16 auf dieselbe Weise wie in dem in 1 gezeigten Fall vorgesehen sein, und die Gaseinbringdüse 36 und die Reinigungsgaseinbringdüse 38 erstrecken sich entlang der inneren Wand des Behandlungsgefäßes eines Einzelrohraufbaus nach oben und die Düsenenden sind auf der Decke des Behandlungsgefäßes 8 angeordnet. Vorgewärmtes Reinigungsgas strömt entlang der Reinigungsgaseinbringdüse 36 und bewegt sich dann in dem Behandlungsgefäß 8 nach unten. Das Reinigungsgas entfernt eine nicht notwendige Schicht, die an der Oberfläche des Komponententeils aus Quarz haftet, und wird aus dem Gefäß 8 aus der Ablaßöffnung 40 in dem Verteiler 16 abgelassen.
In der Vorrichtung, die in den 2 und 3 gezeigt ist, findet derselbe Bedienvorgang wie der statt, der in 1 gezeigt ist, und es wird beispielsweise kein Schaden an der Oberfläche des Teils aus Quarz hervorgerufen, wobei eine nicht notwendige Schicht effektiv entfernt werden kann.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist oben unter Verwendung eines Beispiels einer schubartigen Schichtbildungsvorrichtung zur gleichzeitigen Behandlung einer Vielzahl von Halbleiterwafern erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art von Vorrichtung beschränkt und es ist unnötig, festzustellen, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch bei Einzelwaferbehandlungs-Schichtbildungsvorichtung zur aufeinanderfolgenden Behandlung von Halbleiterwafern angewendet werden kann.
Zu behandelnde Gegenstände sind nicht auf Halbleiterwafer beschränkt und es ist unnötig festzustellen, daß LCD-Substrate und Glassubstrate verwendet werden können.
Ferner kann das Behandlungsgefäß 8 in einem Doppelrohraufbau oder einem Einzelrohraufbau aus SiC hergestellt sein.
Wie oben erläutert, kann gemäß dem Reinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung der folgende überlegene Betriebseffekt erzielt werden.
Da das Reinigungsgas vorgewärmt wird und in das Behandlungsgefäß eingebracht wird, ohne einen Schaden an dem Behandlungsgefäß oder dem Behandlungsgefäß und dem Haltewerkzeug für einen zu behandelnden Gegenstand hervorzurufen, kann die Entfernungsgeschwindigkeit einer nicht notwendigen Schicht verbessert werden und eine nicht notwendige Schicht, die durch das herkömmliche Verfahren nicht entfernt werden kann, kann effektiv entfernt werden.
Zweite Ausführung
Die zweite Ausführung der Wärmebehandlungsvorrichtung und des Reinigungsverfahrens, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen, werden nachfolgend an einem Fallbeispiel beschrieben, bei dem ein Schadstoff, der an einem Halbleiterwafer haftet, unter Verwendung einer schubartigen vertikalen Wärmebehandlungsvorrichtung nach 4 entfernt wird.
Wie in 4 dargestellt, weist eine Wärmebehandlungsvorrichtung 101 ein im wesentlichen zylindrisches Reaktionsrohr (Behandlungsgefäß) 102 auf, wobei die Längsrichtung vertikal verläuft. Das Reaktionsrohr 102 besteht aus einem Doppelrohraufbau, der aus einem Innenrohr 103 und einem Außenrohr 104 mit einer Decke zusammengesetzt ist, die das Innenrohr 103 abdeckt und so gebildet ist, daß ein fester Spalt zu dem Innenrohr 103 gebildet ist. Das Innenrohr 103 und das Außenrohr 104 sind aus einem Wärmeisolationsmaterial hergestellt, beispielsweise aus Quarz.
Unter dem Außenrohr 104 ist ein zylindrischer Verteiler 105 angeordnet, der aus rostfreiem Stahl (SUS) hergestellt ist. Der Verteiler 105 ist luftdicht mit dem unteren Ende des Außenrohrs 104 verbunden. Das Innenrohr 103 ist von einem Tragring 106 getragen, der von der inneren Wand des Verteilers 105 vorsteht und integral mit dem Verteiler 105 gebildet ist.
Eine Abdeckung 107 ist unter dem Verteiler 105 vorgesehen. Die Abdeckung 107 ist so aufgebaut, daß sie von einem Schiffchenheber 108 nach oben und nach unten bewegt wird. Wenn sich die Abdeckung 107 mittels des Schiffchenhebers 108 nach oben bewegt, kommt die Abdeckung 107 in Kontakt mit dem Verteiler 105 und das Reaktionsrohr 102 wird fest verschlossen.
Auf der Abdeckung 107 wird ein Waferschiffchen (Haltewerkzeug für zu behandelnde Gegenstände) 109 angeordnet, das beispielsweise aus Quarz hergestellt ist. Eine Vielzahl von zu behandelnden Gegenständen, beispielsweise Halbleiterwafer 110, ist vertikal in einem vorbestimmten Bereich in dem Waferschiffchen 109 angeordnet.
Ein Wärmeisolator 111 ist vorgesehen, um das Reaktionsrohr 102 zu umschließen. Ein Heizer zum Anheben der Temperatur (Behandlungsgefäßheizer) 112, der beispielsweise aus einem Heizwiderstand besteht, ist auf der inneren Wandoberfläche des Isolators 111 vorgesehen.
Ein Reinigungsgaseinbringrohr (Reinigungsgas-Speisevorrichtung) 113 ist mit der Seite des Verteilers 105 verbunden. Das Reinigungsgaseinbringrohr 113 ist mit einem Abschnitt des Verteilers 105 unter dem Tragring 106 verbunden, so daß es dem Innenrohr 103 gegenüberliegt. Das Reinigungsgas, das von dem Reinigungsgaseinbringrohr 113 eingebracht wird, beispielsweise Chlorwasserstoff(HCl)-Gas und Stickstoff(N₂)-Gas als Verdünnungsgas, wird in das Innenrohr 103 in dem Reaktionsrohr 102 gespeist. In der Seite des Verteilers 105 ist ein Behandlungsgaseinbringrohr, das nicht dargestellt ist, mit dem Reaktionsrohr 102 verbunden. Verschiedene Verfahren, wie zum Beispiel das Bilden einer dünnen Schicht auf jedem der Halbleiterwafer 110, werden durch Behandlungsgas ausgeführt, das von dem Behandlungsgaseinbringrohr eingebracht wird.
Ein Heizer (Reinigungsgasheizer) 115 ist mit dem Reinigungsgaseinbringrohr 113 verbunden. Der Heizer 115 weist einen Heizer auf, der beispielsweise aus einem Heizwiderstand besteht, und heizt Reinigungsgas, das in den Heizer 115 gespeist wird, auf eine vorbestimmte Temperatur.
Eine Auslaßöffnung 114 ist auf dem Verteiler 105 gebildet. Die Auslaßöffnung 114 ist oberhalb des Tragrings 106 vorgesehen und steht mit dem Raum in Verbindung, der zwischen dem Innenrohr 103 und dem Außenrohr 104 in dem Reaktionsrohr 102 gebildet ist. Das Reinigungsgas wird in das Innenrohr 103 von dem Reinigungsgaseinbringrohr 113 gespeist, und das Entfernungsverfahren für einen Schadstoff, der an der Oberfläche eines jeden Halbleiterwafers 110 klebt, wird ausgeführt, und Reaktionsprodukte, die während des Entfernungsverfahrens erzeugt werden, werden aus der Auslaßöffnung 114 durch den Spalt zwischen dem Innenrohr 103 und dem Außenrohr 104 abgelassen.
Eine Steuerung 116 ist mit dem Schiffchenheber 108, dem Heizer 112 zum Anheben der Temperatur, dem Reinigungsgaseinbringrohr 113 und dem Heizer 115 verbunden. Die Steuerung 116 besteht aus einem Mikroprozessor und einer Verfahrenssteuerung, mißt die Temperatur und den Druck einer jeden Einheit der Wärmebehandlungsvorrichtung 101, gibt ein Steuerungssignal an jede oben genannte Einheit auf der Basis der gemessenen Daten aus und steuert jede Einheit der Wärmebehandlungsvorrichtung 101.
Nachfolgend wird das Reinigungsverfahren für die Halbleiterwafer 110, das die Wärmebehandlungsvorrichtung 101, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, verwendet, unter Verwendung eines Fallbeispiels erläutert, bei dem ein Schadstoff, der an der Oberfläche eines jeden der Halbleiterwafer 110 haftet, durch Chlorwasserstoffgas (Reinigungsgas) entfernt wird. In der folgenden Erläuterung wird der Betrieb einer jeden Einheit, die die Wärmebehandlungsvorrichtung 101 bildet, von der Steuervorrichtung 116 gesteuert.
Zunächst wird der Heizer 115 auf eine vorbestimmte Temperatur geheizt. Die Temperatur des Heizers 115 kann eine Temperatur zum Aktivieren des Reinigungsgases sein, das in den Heizer 115 gespeist wird, und in dem Fall, in dem das Reinigungsgas Chlorwasserstoffgas aufweist, wie in dieser Ausführungsform, beträgt die Temperatur des Heizers 115°C, bevorzugt 800°C oder mehr. In dieser Ausführungsform wird der Heizer 115 auf 1000°C geheizt.
Ferner wird das Reaktionsrohr 102 innen auf eine vorbestimmte Temperatur durch den Heizer 112 zum Anheben der Temperatur geheizt. Die Temperatur in dem Reaktionsrohr 102 kann eine Temperatur zum Halten des Aktivierungszustand des Reinigungsgas, das von dem Reinigungsgaseinbringrohr 113 eingespeist wird, sein, und in dem Fall, in dem das Reinigungsgas Chlorwasserstoffgas umfaßt, wie in dieser Ausführungsform, beträgt sie bevorzugt 700°C oder mehr. Das Quarz des Innenrohres 103 weist jedoch eine extrem geringe Menge an Schwermetall (Schadstoff), wie zum Beispiel Aluminium, Eisen oder Kupfer, auf, und es besteht die Möglichkeit, daß ein Schadstoff aus dem Quarz abgegeben werden kann, wenn das Reaktionsrohr 102 innen auf eine Temperatur aufgewärmt wird, die größer als 1000°C ist. Daher wird in dieser Ausführungsform das Reaktionsrohr 102 innen auf 800°C geheizt.
Als nächstes wird in dem Zustand, in dem die Abdeckung 107 von dem Schiffchenheber 108 abgesenkt wird, das Waferschiffchen 109 mit den aufgenommenen Halbleiterwafern 110 auf der Abdeckung 107 angeordnet. Dann wird die Abdeckung 107 durch den Schiffchenheber 108 angehoben, und das Waferschiffchen 109 (die Halbleiterwafer 110) wird in dem Reaktionsrohr 102 angeordnet. Dadurch sind die Halbleiterwafer 110 von dem Innenrohr 103 des Reaktionsrohrs 102 aufgenommen, und das Reaktionsrohr 102 wird fest verschlossen.
Nachdem das Reaktionsrohr 102 fest verschlossen ist, wird das Reinigungsgas mit einer vorbestimmten Strömungsrate von dem Reinigungsgaseinbringrohr 113 in den Heizer 115 gespeist. In dieser Ausführungsform wird Chlorwasserstoffgas mit 0,5 l/min und Stickstoff(N₂)-Gas mit 10 l/min eingespeist. Das in den Heizer 115 gespeiste Chlorwasserstoffgas wird erwärmt und in dem Heizer 115 aktiviert. Dann wird das Gas in dem aktivierten Zustand in das Reinigungsgaseinbringrohr 113 gespeist und in das Innenrohr 103 eingebracht. In diesem Fall wird das Reaktionsrohr 102 innen auf eine Temperatur geheizt, um den Aktivierungszustand des Reinigungsgases zu halten, so daß das Chlorwasserstoffgas die Oberfläche eines jeden Halbleiterwafers 110 in dem aktivierten Zustand erreicht.
Wenn das aktivierte Chlorwasserstoffgas der Oberfläche eines jeden Halbleiterwafers 110 zugeführt wird, werden ein Schadstoff (beispielsweise Eisen), der an der Oberfläche eines jeden Halbleiterwafers 110 haftet, und das Chlor in dem Chlorwasserstoffgas miteinander reagieren und es wird ein Chlorid (beispielsweise Eisenchlorid (FeCl₂), Eisentrichlorid (FeCl₃)) erzeugt. In diesem Fall wird das Chlorwasserstoffgas, das der Oberfläche eines jeden Halbleiterwafers 110 zugeführt wird, aktiviert, wodurch die Reaktion des Chlors in dem Chlorwasserstoffgas mit dem Schadstoff beschleunigt wird und die Entfernungseffektivität eines Schadstoffes verbessert werden kann.
Das erzeugte Chlorid wird von der Wärmebehandlungsvorrichtung 101 durch die Auslaßöffnung 114 abgelassen. Wenn das Chlorgas für eine vorbestimmte Zeit, beispielsweise 15 Minuten, eingespeist wird, wird der Schadstoff, der an der Oberfläche eines jeden Halbleiterwafers 110 haftet, nahezu vollständig entfernt und die Halbleiterwafer 110 sind gereinigt.
Wem die Halbleiterwafer 110 gereinigt sind, wird die Einspeisung des Chlorgases durch das Reinigungsgaseinbringrohr 113 beendet. Anschließend wird eine vorbestimmte Menge von Stickstoffgas, beispielsweise 20 l/min, durch das Reinigungsgaseinbringrohr 113 eingespeist. Es ist bevorzugt, das Einspeisen und Ablassen des Gases in das bzw. von dem Reaktionsrohr 102 zu wiederholen, um das nicht reagierte Chlorwasserstoffgas sicher aus dem Reaktionsrohr 102 abzulassen.
Nachdem das nicht reagierte Chlorwasserstoffgas aus dem Reaktionsrohr 102 abgelassen ist, werden verschiedene Verfahren durchgeführt, beispielsweise das Bilden einer Siliziumoxidschicht auf jedem der gereinigten Halbleiterwafer 110. Wenn verschiedene Verfahren an den Halbleiterwafern 110 ausgeführt sind, wird die Abdeckung 107 durch den Schiffchenheber 108 abgesenkt, und das Waferschiffchen 109 (Halbleiterwafer 110) wird aus dem Reaktionsrohr 102 entnommen. Dann werden die nächsten Halbleiterwafer 110 von dem Waferschiffchen 109 aufgenommen, und das Waferschiffchen 109 wird in dem Reaktionsrohr 102 angeordnet und dasselbe Verfahren wird wiederholt.
Um die Auswirkungen dieser Ausführungsform festzustellen, werden 1 × 10¹³ Eisenatome pro Quadratzentimeter als ein Schadstoff an die Halbleiterwafer 110 angeheftet und die Halbleiterwafer 110 gereinigt. Chlorwasserstoffgas wird mit 0,5 l/min und Stickstoffgas mit 10 l/min in das Reaktionsrohr 102 durch das Reinigungsgaseinbringrohr 113 für 15 Minuten gespeist, um die Halbleiterwafer 110 zu reinigen. Die Beziehung zwischen der Heiztemperatur (nicht geheizt, 700°C, 800°C, 1000°C) des Heizers 115 und der Temperatur (600°C, 700°C, 800°C) in dem Reaktionsrohr 102 wird untersucht. Die Ergebnisse sind in 5 dargestellt.
Wenn man gemäß 5 den Fall, in dem die Temperatur in dem Reaktionsrohr 102 700°C beträgt oder mehr beträgt, wobei die Heiztemperatur des Heizers 115 auf 800°C oder mehr eingestellt ist und das Reinigungsgas erwärmt wird, mit einem Fall vergleicht, in dem das Reinigungsgas durch den Heizer 115 nicht erwärmt wird, so stellt man fest, daß die Menge an Eisen, die an den Halbleiterwafern 110 haftet, erheblich reduziert werden kann. Der Grund dafür liegt darin, daß durch das Erwärmen des Reinigungsgases auf 800°C durch den Heizer 115 das Chlorgas aktiviert und in dem Reaktionsrohr 102 in dem aktivierten Zustand gehalten werden kann, indem die Temperatur in dem Reaktionsrohr 102 auf 700°C oder mehr festgelegt wird.
Falls die Temperatur in dem Reaktionsrohr 102 800°C beträgt, selbst wenn die Heiztemperatur des Heizers 115 auf 700°C eingestellt ist und das Reinigungsgas erwärmt ist, ist das in das Reaktionsrohr 102 eingespeiste Chlorgas nicht aktiviert. Im Vergleich zu einem Fall, in dem das Reinigungsgas nicht durch den Heizer 115 erwärmt wird, kann die Menge des Eisens, das an den Halbleiterwafern 110 haftet, nicht verringert werden. Wenn die Temperatur in dem Reaktionsrohr 102 600°C beträgt, selbst wenn die Heiztemperatur des Heizers 115 auf 1000 °C festgelegt ist und das Reinigungsgas erwärmt ist, kann das aktivierte Chlorgas in dem Reaktionsrohr 102 nicht aktiviert gehalten werden, und im Vergleich zu einem Fall, in dem das Reinigungsgas nicht durch den Heizer 115 erwärmt wird, kann die Menge des Eisens, das an den Halbleiterwafern 110 haftet, nicht verringert werden.
Wenn, wie oben beschrieben, das Chlorgas durch den Heizer 115 aktiviert ist und das Chlorgas in dem Reaktionsrohr 102 aktiviert gehalten wird, kann die Menge an Eisen, das an den Halbleiterwafern 110 haftet, im Vergleich zu einem Fall, in dem das Reinigungsgas nicht durch den Heizer 115 erwärmt wird, erheblich verringert werden, und der Entfernungseffekt des Eisens (Schadstoff) kann verbessert werden.
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Chlorwasserstoffgases aus dem Reinigungsgaseinbringrohr 113 verdoppelt wird, beispielsweise von 0,5 l/min auf 1 l/min, und wenn ferner die Einspeisezeit des Chlorwasserstoffgases aus dem Reinigungsgaseinbringrohr 113 verdoppelt wird, beispielsweise von 15 Minuten auf 30 Minuten, werden die Halbleiterwafer 110 auf die gleiche Weise gereinigt und die Strömungsgeschwindigkeit und die Speisezeit des Chlorwasserstoffgases aus dem Reinigungsgaseinbringrohr 113 werden untersucht. Es kann festgestellt werden, daß der Reinigungseffekt durch die Strömungsgeschwindigkeit und die Speisezeit des Chlorwasserstoffgases wenig beeinflußt wird und nahezu dieselben Ergebnisse erzielt werden.
Wenn, wie oben erläutert, die Heiztemperatur des Heizers 115 auf 800°C oder mehr gesetzt ist und das Chlorwasserstoffgas aktiviert wird und die Temperatur in dem Reaktionsrohr 102 auf 700°C oder mehr gesetzt ist und das Chlorwasserstoffgas aktiviert gehalten wird, kann im Vergleich mit einem Fall, in dem das Reinigungsgas nicht durch den Heizer 115 erwärmt wird, die Menge des Eisens, das an den Halbleiterwafern 110 haftet, erheblich verringert werden und der Entfernungseffekt des Eisens kann verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungen beschränkt und kann beispielsweise auf den folgenden Fall angewendet werden.
In dieser Ausführung wird die Erfindung unter Verwendung von Chlorwasserstoffgas als Reinigungsgas zum Entfernen eines Schadstoffes erläutert, der an Halbleiterwafern 110 haftet. Es können jedoch verschiedene Reinigungsgase dem Chlorwasserstoffgas je nach Schadstoff hinzugefügt werden. In diesem Fall ist wünschenswert, daß die Temperatur des Heizers 115 eine Temperatur zum Aktivieren des Reinigungsgases ist, das in den Heizer 115 gespeist wird, und die Temperatur in dem Reaktionsrohr 102 eine Temperatur ist, um den aktivierten Zustand des Reinigungsgases zu halten. Die Temperaturen variieren mit der Art des Reinigungsgases, das verwendet werden soll.
Reinigungsgas, das Chlorwasserstoffgas aufweist, kann ein Gasgemisch sein, beispielsweise aus Chlorwasserstoffgas und Dichlorethylengas (C₂H₂Cl₂). Ferner kann Sauerstoffgas mit dem Chlorwasserstoffgas gemischt werden. Selbst wenn ein Schadstoff ein Oxid ist, kann er in diesem Fall aus der Wärmebehandlungsvorrichtung 101 abgelassen werden, und die Entfernungseffektivität eines Schadstoffes kann verbessert werden. Es ist jedoch bevorzugt, die Reinigungsbedingungen für die Halbleiterwafer 110 genau zu steuern, um zu verhindern, daß die Oberfläche eines jeden Halbleiterwafers 110 eine nicht notwendige Oxidschicht aufweist.
Bei dieser Ausführung wird die Erfindung unter Verwendung eines Beispiels erläutert, bei dem Eisen den Schadstoff bildet. Jedoch kann der Schadstoff auch Kupfer (Cu), Aluminium (Al) oder Wolfram (W) sein. Selbst wenn irgendeines dieser Metalle verwendet wird, kann der Entfernungseffekt auf dieselbe Weise wie bei Eisen verbessert werden.
Bei dieser Ausführung ist die Erfindung unter Verwendung eines Fallbeispiels erläutert, bei dem Stickstoffgas als Verdünnungsgas für das Chlorwasserstoffgas verwendet wird. Das Verdünnungsgas kann jedoch ein Gas sein, das keine Reaktionsfähigkeit mit Chlorwasserstoffgas aufweist. Beispielsweise kann ein inaktives Gas verwendet werden, wie Argon (Ar).
Auf der Abstromseite des Heizers 115 des Reinigungsgaseinbringrohrs 113 kann eine Lochblende 113a vorgesehen sein, um den inneren Durchmesser des Reinigungsgaseinbringrohrs 113 zu verringern. Auf diese Weise wird dem Reinigungsgas, das den Innenraum des Heizers 115 passiert, eine ausreichende Verzögerungszeit gegeben, und die Heizwirkung durch den Heizer 115 wird verbessert. Die Entfernungseffektivität eines Schadstoffes, der an den Halbleiterwafern 110 haftet, kann weiter verbessert werden. Ferner kann die Heiztemperatur des Heizers 115 verringert werden.
In dieser Beschreibung ist die schubartige vertikale Wärmebehandlungsvorrichtung erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Vorrichtung beschränkt und kann bei spielsweise ebenso auf eine Einzelwafer-Wärmebehandlungsvorrichtung angewendet werden. Die zu behandelnden Gegenstände sind nicht auf Halbleiterwafer beschränkt, und es können LCD-Glassubstrate verwendet werden.
Wie oben erläutert, kann mit der Erfindung die Entfernungseffektivität eines Schadstoffes, der an zu behandelnden Gegenständen haftet, verbessert werden.

Claims

Reinigungsverfahren für eine Wärmebehandlungsvorrichtung zum Speisen von Reinigungsgas in ein Behandlungsgefäß, welches einen zu behandelnden Gegenstand enthält, und Entfernen eines Schadstoffes auf dem zu behandelnden Gegenstand in dem Behandlungsgefäß, umfassend die Schritte: Vorwärmen des Reinigungsgases außerhalb des Behandlungsgefäßes bis auf eine Temperatur, welche das Reinigungsgas zur Wirksamkeit aktiviert, und Speisen des vorgewärmten Reinigungsgases in das Behandlungsgefäß und Heizen und Halten des Behandlungsgefäßes auf einer vorbestimmten Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsgas Salzsäure enthält und auf eine Aktivierungstemperatur der Salzsäure von mindestens 800°C aufgeheizt wird und das Behandlungsgefäß innen auf eine Temperatur von 700°C bis 1000°C aufgeheizt und auf dieser Temperatur gehalten wird.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schadstoff auf dem zu behandelnden Gegenstand mindestens eines der Metalle Eisen, Kupfer, Aluminium, Wolfram enthält.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Behandlungsgefäß auf die vorbestimmte Temperatur aufgeheizt und auf dieser Temperatur in einem Zustand gehalten wird, in welchem ein Haltewerkzeug für den zu behandelnden Gegenstand in dem Behandlungsgefäß vorgesehen ist.
Reinigungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Behandlungsgefäß aus Quarz oder SiC hergestellt wird.
Wärmebehandlungsvorrichtung, die umfaßt: ein Behandlungsgefäß mit einem Haltewerkzeug für einen zu behandelnden Gegenstand, einen außerhalb des Behandlungsgefäßes angeordneten Behandlungsgefäßheizer zum Heizen des Behandlungsgefäßes, eine Reinigungsgas-Speisevorrichtung zum Speisen von Reinigungsgas in das Behandlungsgefäß und einen Reinigungsgasheizer, der mit der Reinigungsgas-Speisevorrichtung zum Vorwärmen des Reinigungsgases außerhalb des Behandlungsgefäßes verbunden ist, wobei der Reinigungsgasheizer und der Behandlungsgefäßheizer von einer Steuervorrichtung gesteuert sind; dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsgas Salzsäure enthält und die Steuervorrichtung den Reinigungsgasheizer so steuert, daß das Reinigungsgas auf eine Aktivierungstemperatur von mindestens 800°C aufgeheizt wird, und den Behandlungsgefäßheizer so steuert, daß das Behandlungsgefäß auf 700°C bis 1000°C aufgeheizt wird, so daß ein Schadstoff auf dem zu behandelnden Gegenstand entfernt wird.
Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der der zu behandelnde Gegenstand von dem Haltewerkzeug gehalten ist.
Wärmebehandlungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Schadstoff auf dem zu behandelnden Gegenstand mindestens eines der Metalle Eisen, Kupfer, Aluminium, Wolfram ist.
Wärmebehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der das Behandlungsgefäß aus einem Innenrohr zum Aufnehmen des zu behandelnden Gegenstandes und einem Außenrohr mit einer das Innenrohr abdeckenden Decke zusammengesetzt ist und die Reinigungsgas-Speisevorrichtung mit dem Innenrohr verbunden ist.
Wärmebehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der auf der Abstromseite des Reinigungsgasheizers eine Lochblende zum Erzeugen eines Strömungswiderstandes für das Reinigungsgas installiert ist.