JP2005079123A - 成膜装置のクリーニング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】成膜装置の構成部材に対するフッ素ガスおよびフッ化水素ガス含有クリーニングガスの残留量を低減させ得る成膜装置のクリーニング方法を提供する。
【解決手段】石英製構成部材を有する成膜装置をシリコン系薄膜の形成に使用した後にその構成部材に堆積したシリコン系堆積物を除去するための成膜装置のクリーニング方法である。成膜装置内に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを供給しながら、石英製構成部材を加熱することによってシリコン系堆積物をクリーニング除去した後、クリーニングガスの供給を停止して３００℃を超える温度でクリーニングを終了させる。クリーニング終了時に石英製構成部材は、３００℃を超える温度にある。しかる後、石英製構成部材を少なくとも１０分間３００℃を超える温度に維持する脱ガス処理に供する。
【選択図】 図１
【解決手段】石英製構成部材を有する成膜装置をシリコン系薄膜の形成に使用した後にその構成部材に堆積したシリコン系堆積物を除去するための成膜装置のクリーニング方法である。成膜装置内に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを供給しながら、石英製構成部材を加熱することによってシリコン系堆積物をクリーニング除去した後、クリーニングガスの供給を停止して３００℃を超える温度でクリーニングを終了させる。クリーニング終了時に石英製構成部材は、３００℃を超える温度にある。しかる後、石英製構成部材を少なくとも１０分間３００℃を超える温度に維持する脱ガス処理に供する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜装置のクリーニング方法に係り、特に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを用いた成膜装置のクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造するに際し、化学気相成長反応チャンバ（ＣＶＤ反応チャンバ）を備える成膜装置を用いて二酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の種々の薄膜を半導体ウエハ上に形成することが行われている。この薄膜形成に際し、ＣＶＤ反応生成物は、目的とする半導体ウエハ上ばかりでなく、成膜装置の構成部材、例えばＣＶＤ反応チャンバの内壁、半導体ウエハ載置ボートもしくはサセプタ、配管内等にも堆積する。この堆積したＣＶＤ反応生成物は、これを除去しないと、成膜プロセスが安定しないばかりか、堆積したＣＶＤ反応生成物がＣＶＤ反応チャンバの内壁等から剥落して、パーティクルの発生原因となり、後のＣＶＤ反応において半導体ウエハ上に形成される薄膜の品質を劣化させる。そこで、成膜装置のクリーニングが必要となる。
【０００３】
例えば、低圧（ＬＰ）ＣＶＤ装置では、通常、装置を大気開放して、酸溶液での洗浄によりクリーニングを行っている。しかし、この場合、成膜装置を一旦停止した上で、分解、洗浄、組み立て、リークチェックの工程を経るため、作業に要する時間も長く、危険性も高いため、生産性および作業安全上の観点から問題がある。
【０００４】
反応性ガスを用いて、熱反応によって、ＣＶＤ反応チャンバ内をクリーニングすることも行われている。そのような反応性ガスとしては、ＣｌＦ３、ＮＦ３、フッ化水素ガス、Ｆ２等のフッ素含有ガスの単体あるいは混合ガスが市販されている。中でも、Ｆ２ガスとフッ化水素ガスとの混合ガスは、ＣＶＤ反応装置に対するダメージが少なく、高速で、安価にクリーニングができるため、次世代のクリーニング技術として期待されている。例えば、特許文献１には、フッ素ガスとフッ化水素ガスを用いて、４００℃未満の温度でクリーニングを行うことが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第０２／１０１８０５号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、フッ素ガスとフッ化水素ガスを用いて加熱により成膜装置内部をクリーニングする技術は、次世代のクリーニング技術として期待されている。しかし、これらフッ素系ガスを使ったクリーニングでは、これらのガスまたはクリーニングの結果生じた生成ガスが、ＣＶＤ反応チャンバ内や配管壁面に吸着、残留することが問題を生じさせることがわかった。残留したこれらのガスは、後の成膜プロセスにおいて徐々に放出され、生成する膜を汚染し得るのである。
【０００７】
したがって、本発明は、フッ素ガスとフッ化水素ガスをクリーニングガスとして用い、加熱により成膜装置内部のシリコン系堆積物をクリーニング除去するにあたり、成膜装置の構成部材表面に残留した反応性ガスあるいは生成ガス量を低減させ得る成膜装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成すべく、クリーニングに用いる反応性ガスとしてフッ素ガスとフッ化水素ガスの混合ガスを用いた場合の、成膜装置の構成部材として使用される石英表面へのガスの残留現象を調べた結果、クリーニング終了時の石英温度を制御することにより、残留ガスを大幅に低減できることを見いだした。本発明はかかる知見に基づく。石英は、通常、ＣＶＤ反応装置の反応チャンバ全体を構成する部材として使われるため、石英表面への残留を低減することが、もっとも効果的な対策となる。
【０００９】
すなわち、本発明の１つの側面によれば、石英製構成部材を有する成膜装置をシリコン系薄膜の形成に使用した後にその構成部材に堆積したシリコン系堆積物を除去するための成膜装置のクリーニング方法であって、前記成膜装置内に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを供給しながら、前記構成部材を加熱することによって前記シリコン系堆積物をクリーニング除去し、前記シリコン系堆積物をクリーニング除去した後、前記クリーニングガスの供給を停止してクリーニングを終了させ、該クリーニング終了時に前記構成部材は３００℃を超える温度にあり、しかる後、前記石英製構成部材を少なくとも１０分間３００℃を超える温度に維持する脱ガス処理に供することを特徴とする成膜装置のクリーニング方法が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１１】
１つの実施の形態において、本発明は、石英製構成部材を有する成膜装置の内部に堆積したシリコン系堆積物をフッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを供給し、成膜装置の構成部材を加熱することにより成膜装置をクリーニングする方法に関し、３００℃を超える温度でクリーニング終了させた後、石英製構成部材を１０分間以上３００℃を超える温度に維持する脱ガス処理を行うものである。
【００１２】
本発明の１つの実施の形態において、成膜装置内部に堆積したシリコン系堆積物をクリーニング除去するに際し、通常のシリコン系膜の成膜工程を終了した成膜装置を真空引きし、装置内部の排気を行う。
【００１３】
成膜装置は、例えば、ＣＶＤ反応チャンバとＣＶＤ原料ガスの導入・排出ライン（配管）を含む。また、成膜装置内には、成膜を行う対象となる半導体ウエハを載置する載置部材（例えば、バッチ式装置の場合には、ボートであり、枚葉式装置の場合には、サセプタである）が設けられている。成膜装置の構成部材には、ＣＶＤ反応チャンバ、ＣＶＤ反応チャンバに付設される配管、半導体ウエハの載置部材が含まれる。ＣＶＤ反応チャンバ壁は、バッチ式成膜装置の場合、通常、石英または石英で被覆されたステンレス鋼で形成され、枚葉式成膜装置の場合、通常、石英またはステンレス鋼で形成される。配管は、通常、石英やステンレス鋼で形成される。また、ステンレス鋼は、バッチ式成膜装置においては、半導体ウエハ全体を支持する支持台を含む下部構造の形成材料として使用されている。
【００１４】
成膜装置は、シリコン系薄膜として、例えばポリシリコン膜、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を形成するためのものであり、本発明の１つの実施の形態では、石英構成部材上のシリコン系堆積物をクリーニング除去するものである。なお、クリーニングは、シリコン系薄膜を成膜した毎に行う必要はなく、成膜により成膜装置内に許容し得ない厚さでシリコン系堆積物が堆積したときに行えばよい。
【００１５】
さて、成膜装置の排気を行った後、成膜装置の構成部材を加熱する。バッチ式成膜装置の場合には、ＣＶＤ反応チャンバの周囲に設けられている加熱器によりＣＶＤ反応チャンバを加熱する。その際、ＣＶＤ反応チャンバ内に設けられている半導体ウエハ載置ボートも同時に加熱される。枚葉式成膜装置の場合には、サセプタ内部に設けられている加熱器によりサセプタを加熱する。なお、枚葉式成膜装置の場合でも、ＣＶＤ反応チャンバの周囲に加熱器を設け、その加熱器によりＣＶＤ反応チャンバを加熱することもできる。
【００１６】
こうして成膜装置の構成部材を加熱した後、フッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスをＣＶＤ反応チャンバ内に供給する。その際、必要により不活性希釈ガスをも供給することができる。不活性希釈ガスとしては、アルゴンのような希ガス類、あるいは窒素ガス等を用いることができる。
【００１７】
クリーニングに際しては、ＣＶＤ反応チャンバ内を０．１Ｔｏｒｒから７６０Ｔｏｒｒまでの圧力下に維持することができる。また、このクリーニングは、一般に、１０００℃までの温度で行うことができる。しかしながら、クリーニングされるシリコン系堆積物のエッチング速度は、４００℃を超える温度でより高く、他方石英とシリコン系堆積物とのエッチング選択比は、４００℃以下の温度でより高いので、シリコン系堆積物と石英製構成部材との界面近傍までは４００℃を超える温度でクリーニングを行い、しかる後、温度を段階的または連続的に低下させて、エッチング選択比が高くとれる４００℃以下の温度でクリーニングを行い、クリーニングを終了させることができる。なお、クリーニング終了時に石英製構成部材の温度を３００℃を超える温度にあるようにするためには、クリーニング自体を３００℃を超える温度で行うことが好都合である。フッ素ガスに対するフッ化水素ガスの流量比（フッ化水素ガス／Ｆ２流量比）は、通常、０．１から１までの範囲である。
【００１８】
反応炉内に堆積したシリコン系堆積物がほぼ全てエッチング除去されたとき、クリーニングガスの導入を停止し、ＣＶＤ反応チャンバの温度を少なくとも１０分間３００℃を超える温度に維持する（脱ガス処理）。この脱ガス処理により、石英製構成部材等の成膜装置の構成部材からの脱ガスが行われる。なお、シリコン系堆積物のクリーニング終了時点は、シリコン系堆積物の膜厚とクリーニングガスによるエッチング速度から予測することができる。
【００１９】
ところで、成膜装置が、少なくとも１つのステンレス鋼製構成部材を有する場合、ステンレス鋼製構成部材（少なくとも内面等）を予めフッ化処理することにより、ステンレス鋼製構成部材からの脱ガスが大幅に抑制されることがわかった。このフッ化処理は、ステンレス鋼製構成部材をフッ素ガスと接触させることにより行うことができる。フッ化処理は、２０℃〜２００℃の温度で任意の時間行うことができる。例えば、成膜装置が、ステンレス鋼製ＣＶＤ反応チャンバと、その上流側および下流側にステンレス製構成部材（例えば、配管）を有する場合、少なくともステンレス鋼製ＣＶＤ反応チャンバと上流側ステンレス製構成部材の内面をフッ化処理することができる。
【００２０】
図１は、本発明の１つの形態に係るクリーニング方法を実施するために好適な成膜装置の一例を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示す成膜装置１０は、ＣＶＤ反応チャンバ１１、フッ素ガスの供給源１２、フッ化水素ガスの供給源１３、および必要により導入される不活性希釈ガスの供給源１４を備えるバッチ式の縦型低圧ＣＶＤ成膜装置である。
【００２２】
ＣＶＤチャンバ１１は、例えば石英製の反応炉からなり、内部に例えば石英製のプロセスチューブ１１１が配置されている。プロセスチューブ１１１内には、例えばステンレス鋼製の半導体ウエハ支持台１１２と、半導体ウエハ（図示せず）を差し込んで保持する複数の溝を設けた一対の石英ロッド１１３ａおよび１１３ｂが設置されている。一対の石英ロッド１１３ａおよび１１３ｂは、いわゆるボートを構成する。ＣＶＤ反応チャンバの周囲には加熱器１１４が設けられている。シリコン系薄膜の成膜が終了した後は、ボート（１１３ａ、１１３ｂ）から半導体ウエハを取り除く。ＣＶＤ反応チャンバ１１は、加熱器１１４によって加熱される。
【００２３】
フッ素ガスは、その供給源１２（例えばボンベ）から、フッ素ガス供給ラインＬ１１を通って、ＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。ラインＬ１１には開閉弁Ｖ１１が設けられ、その下流に流量調整器、例えばマスフローコントローラＭＦＣ１１が設けられている。フッ素ガスは、マスフローコントローラＭＦＣ１１により流量が調整されてＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。
【００２４】
フッ化水素ガスは、その供給源１３（例えば、ボンベ）から、フッ化水素ガス供給ラインＬ１２を通って、ＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。ラインＬ１２には、開閉弁Ｖ１２とその後流に流量調整器、例えばマスフローコントローラＭＦＣ１２が設けられている。フッ化水素ガスは、マスフローコントローラＭＦＣ１２により流量が調整されてＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。
【００２５】
不活性希釈ガスは、必要に応じて、その供給源１４（例えば、ボンベ）から、不活性希釈ガス供給ラインＬ１３を介してＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。ラインＬ１３には、開閉弁Ｖ１３とその後流に流量調整器、例えばマスフローコントローラＭＦＣ１３が設けられている。不活性希釈ガスは、マスフローコントローラＭＦＣ１３により流量が調整されてＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。
【００２６】
図１に示す装置は、フッ化水素ガス供給ラインＬ１２がＣＶＤ反応チャンバ１１の上流側でフッ素ガス供給ラインＬ１１に合流し、この合流したラインが不活性希釈ガス供給ラインＬ１３に合流している。この配置によれば、フッ素ガスおよびフッ化水素ガスとともに不活性希釈ガスを事前に混合した状態でＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入することができる。
【００２７】
ＣＶＤ反応チャンバ１１の出口は、ラインＬ１４により廃ガス処理装置１５に接続されている。廃ガス処理装置１５は、副生成物および未反応物質等を除去するものであって、この廃ガス処理装置１５により清浄化されたガスが系外に排出される。ラインＬ１４には、圧力センサーＰＧ、圧力調整器、例えばバタフライ弁ＢＶ１、および真空ポンプＰＭが接続されている。ＣＶＤ反応チャンバ１１内の圧力は、圧力センサーＰＧによりモニターされ、バタフライ弁ＢＶ１の開閉制御により、所望の圧力値に設定される。
【００２８】
なお、いうまでもなく、ＣＶＤ反応チャンバ１１には、通常のＣＶＤ反応（シリコン系薄膜の成膜）を行うための、図示しないＣＶＤ原料ガス供給系が接続されている。
【００２９】
図１の装置では、例えば、半導体基板上に、ポリシリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等のシリコン系膜を成膜した後、ＣＶＤ反応チャンバ１１の内壁、プロセスチューブ１１１の内外表面、石英ロッド１１３ａ、１１３ｂ等の上に堆積したシリコン系堆積物を本発明の一実施の形態によりクリーニング除去することができる。
【００３０】
次に、一例として、図１に示す成膜装置を用いてシリコン系膜の成膜とその後のクリーニングを行う手法を図２および図３をも参照して以下に説明する。図２は、成膜およびクリーニングプロセスのフロー図であり、図３は、成膜およびクリーニングプロセスにおける成膜装置の温度変化を示す図である。
【００３１】
＜成膜＞
成膜に際し、まず、図１のＬＰＣＶＤ成膜装置１０のＣＶＤ反応チャンバ１１にウエハを導入する（図２のステップＳＴ１１、図３の時間ｔ０）。通常、加熱ヒータ１１４の電源は入れたままにしてあり、成膜装置１０内は、例えば３００℃程度の温度になっている。その状態で、石英ロッド１１３ａ、１１３ｂを下降させ、１００枚程度の半導体ウエハ（図示せず）を石英ロッド１１３ａ、１１３ｂに装填する。
【００３２】
半導体ウエハを装填した後、ＣＶＤ反応チャンバ１１を一度真空引きをし、成膜温度まで加熱する（図２のステップＳＴ１２、図３の時間ｔ１）。成膜温度は、例えばポリシリコンを成膜する場合、６００℃程度である。成膜温度まで加熱した後、成膜のためのＣＶＤ原料ガスを成膜装置１０内に供給する（図２のステップＳＴ１３、図３の時間ｔ２）。ポリシリコンの場合、ＣＶＤ原料ガスとして、通常、シランガス（ＳｉＨ４）が使用される。シランガスの流量は、例えば３０ｃｃ／分程度である。ＣＶＤ原料ガス導入と同時に成膜が始まる。所要の厚さまでポリシリコンが堆積した後、ＣＶＤ原料ガスを止めて成膜を終了させる（図２のステップＳＴ１４、図３の時間ｔ３）。いうまでもなく、時間ｔ２から時間ｔ３間では、ポリシリコンの成膜時間である。シリコン系膜の膜厚は、通常、ＣＶＤ原料ガスを流す時間で管理することができる。
【００３３】
成膜終了後は、まずＣＶＤ反応チャンバ１１の真空引きを行ない、ＣＶＤ原料ガスを完全に排気した後、窒素ガス等の不活性ガスをＣＶＤ反応チャンバ１１内に充填する。この間に、ＣＶＤ反応チャンバ１１内の温度は、成膜温度（例えば６００℃）から通常の待機温度（例えば３００℃）まで低下する。温度が待機温度まで下がり、原料ガスがＣＶＤ反応チャンバ１１から完全に排気された後、ウエハを取り出す（図２のステップＳＴ１５、図３の時間ｔ４）。こうして成膜プロセスが終了する。
【００３４】
＜クリーニングプロセス＞
上にも述べたように、クリーニングは、成膜の都度行うものではなく、何回かの成膜工程によって、反応炉内壁に許容できない膜厚が堆積したときにのみ実行される。従って、成膜後クリーニングの必要性を確認する（図２のステップＳＴ１６）。クリーニングが必要なければ、上記順序に従って成膜を行うことができる。クリーニングが必要となったら、クリーニングプロセスを開始する。
【００３５】
クリーニングの際には、いうまでもなく半導体ウエハをＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入することはないので、待機状態からクリーニングプロセスを開始する。クリーニングの時間は、クリーニングの温度が高いほど短くて済むが、成膜装置の石英製構成部材に対するダメージもそれに応じて大きくなる。そのため、シリコン系堆積物が厚く堆積している場合のみ少し高温（例えば４５０℃）でクリーニングを行い、石英製構成部材が露出する時点には、少し温度を下げることが望ましい。
【００３６】
例えば、クリーニングの開始に際し、まずクリーニング温度例えば４５０℃にＣＶＤ反応チャンバ１１内を加熱する（図２のステップＳＴ２１、図３の時間ｔ５）。しかる後、ＣＶＤ反応チャンバ１１内にフッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを供給して、クリーニングを開始する（図２のステップＳＴ２２、図３の時間ｔ６）。堆積しているシリコン系堆積物の膜厚とクリーニングガスによるシリコン系堆積物のエッチング速度から、例えば、堆積膜厚の８０％をエッチングする時間を算出することができる。算出された時間だけ、上記高温（例えば４５０℃）でクリーニングを行った後、成膜装置１０の温度を、例えば４００℃まで低下させる（図２のステップＳＴ２３、図３の時間ｔ７）。この温度が３００℃より高いとき、石英からの脱離ガス量を低減させることができる。この温度でクリーニングを続け、シリコン系堆積物が除去された後、クリーニングガスの供給を止め、クリーニングを終了させる（図２のステップＳＴ２４、図３の時間ｔ８）。
【００３７】
クリーニング終了後、そのままの温度（例えば４００℃）で少なくとも１０分間維持すること（脱ガス処理）により、石英表面に吸着したクリーニングガスは、ほぼ脱離し終える（図２のステップＳＴ２５、図３の時間ｔ９）。クリーニングガスの脱離を完全に行わずに、次のプロセス、例えば成膜プロセスに移行した場合、成膜された膜の中に、デバイスに影響を与えるほどの、例えばＦ原子が混入してしまう。３００℃を超える温度を少なくとも１０分間維持することによって、次のプロセスへのクリーニングガスの影響を最小に抑えることができる。こうして脱ガス処理を行った後、新たな成膜プロセスを開始することができる。
【００３８】
なお、上に述べたように、成膜装置が排気配管等ステンレス鋼製構成部材を有する場合、これを予めフッ化処理に供しておくことにより、当該ステンレス鋼製構成部材からのガス脱離をさらに低減させることができる。ステンレス鋼製構成部材のフッ化処理を併用することによって、総合的に成膜装置内に残留する例えばフッ化水素ガス分子を速やかに取り除くことが可能になる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４０】
【実施例】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
石英製の反応炉に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを窒素ガスとともに導入し、反応炉圧力を５０Ｔｏｒｒに設定し、フッ素ガス流量、フッ化水素ガス流量、窒素ガス流量をそれぞれ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍに設定して３０分間クリーニングを行った。その際、クリーニング温度を２０℃から７００℃の範囲内で変化させた。クリーニング終了後、ガスを止め、反応炉の温度をクリーニング温度から段階的に８００℃まで上昇させながら、反応炉壁面から脱離したフッ化水素ガスの量（フッ化水素イオンのイオン強度）を測定した。クリーニング温度が３００℃以下の結果を図４に、４００℃以上の結果を図５に示す。図４において、線ａは、反応炉の段階的温度上昇のプロファイルを示し、線ｂは、クリーニングを２０℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｃは、クリーニングを１００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｄは、クリーニングを３００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。また、図５において、線ｅは、反応炉の段階的温度上昇のプロファイルを示し、線ｆは、クリーニングを４００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｇは、クリーニングを５００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｈは、クリーニングを６００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｉは、クリーニングを７００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。
【００４２】
図４に示す結果から、クリーニング温度が２０℃から３００℃の範囲において、クリーニング終了後の昇温過程で大きな脱ガスがみられることがわかる。特に、ＣＶＤ成膜で通常使われる、６００℃から８００℃の温度領域で、大きな脱ガスのピークが現れることがわかる。
【００４３】
一方、図５に示す結果から、クリーニング温度が４００℃以上であると、クリーニング終了後の昇温において、クリーニング温度から１００℃程度上昇させて時点で、脱ガスは無くなり、それ以上の昇温では、大きな脱ガスはみられないことがわかる。
【００４４】
実施例２
石英製の反応炉に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを窒素ガスとともに導入し、反応炉圧力を５０Ｔｏｒｒに設定し、フッ素ガス流量、フッ化水素ガス流量、窒素ガス流量をそれぞれ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍに設定して、４００℃で放置し、３０分間クリーニングを行った。クリーニング終了後、４００℃で３０分間ガスを止め、反応炉の温度をクリーニング温度で３０分間維持した後、段階的に８００℃まで上昇させながら、反応炉壁面から脱離したフッ化水素ガスの量（フッ化水素イオンのイオン強度）を測定した。結果を図６に示す。図６において、線ａは、反応炉の段階的温度上昇のプロファイルを示し、線ｂは、フッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。
【００４５】
図６に示す結果からわかるように、クリーニングガスを止めた後、約１０分で脱ガス量は大きく減少し、フッ化水素の脱離が完全に減少した後は、それ以上反応炉の温度を上昇させても、フッ化水素の脱離は生じない。
【００４６】
実施例３
（２−１）表面処理を施していないＳＵＳ３１６ステンレス製の反応炉に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを窒素ガスとともに導入し、反応炉圧力を５０Ｔｏｒｒに設定し、フッ素ガス流量、フッ化水素ガス流量、窒素ガス流量をそれぞれ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍに設定して３０分間クリーニングを行った。その際、クリーニング温度を２０℃から２００℃の範囲内で変化させた。クリーニング終了後、ガスを止め、反応炉の温度をクリーニング温度から段階的に２００℃まで上昇させながら、反応炉壁面から脱離したフッ化水素ガスの量を測定した。結果を図７に示す。図７において、線ａは、反応炉のクリーニング温度の段階的上昇のプロファイルを示し、線ｂは、クリーニングを２０℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｃは、クリーニングを１００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｄは、クリーニングを２００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。
【００４７】
図７に示す結果から、クリーニング終了後の昇温で、大きなフッ化水素ガスの脱離がみられる。特に、クリーニング温度１００℃の結果に大きな脱ガスがあることがわかる。
【００４８】
（２−２）予め２００℃で０．０５ＭＰａのフッ素ガスに５時間暴露して表面フッ化処理を施したＳＵＳ３１６ステンレス製の反応炉に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを窒素ガスとともに導入し、反応炉圧力を５０Ｔｏｒｒに設定し、フッ素ガス流量、フッ化水素ガス流量、窒素ガス流量をそれぞれ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍに設定して３０分間クリーニングを行った。その際、クリーニング温度を２０℃から２００℃の範囲内で変化させた。クリーニング終了後、ガスを止め、反応炉の温度をクリーニング温度から段階的に２００℃まで上昇させながら、反応炉壁面から脱離したフッ化水素ガスの量を測定した。結果を図８に示す。図８において、線ｅは、反応炉のクリーニング温度の段階的上昇のプロファイルを示し、線ｆは、クリーニングを２０℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｇは、クリーニングを１００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｈは、クリーニングを２００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。
【００４９】
図８に示す結果から、クリーニング終了後の昇温で、表面処理の無い場合に比べ、大幅にフッ化水素ガスの脱離が低減されたことがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、成膜装置の構成部材に対するフッ素ガスおよびフッ化水素ガス含有クリーニングガスの残留量を低減させ得る成膜装置のクリーニング方法が提供される。さらに、ステンレス部分を、予め表面フッ化処理しておくことで、ステンレス表面に残留するクリーニングガスも大幅に低減することができる。これらの組み合わせにより、クリーニング終了後の成膜工程で、クリーニングガスによる汚染のほとんど無い清浄な成膜が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの形態に係るクリーニング方法を実施するために好適な成膜装置の一例を示すブロック図。
【図２】成膜およびクリーニングプロセスのフロー図。
【図３】成膜およびクリーニングプロセスにおける成膜装置の温度変化を示すグラフ。
【図４】３００℃以下のクリーニング実施後の石英からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【図５】４００℃以上のクリーニング実施後の石英からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【図６】表面処理をしないＳＵＳ３１６からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【図７】予め表面フッ化処理をしたＳＵＳ３１６からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【図８】本発明の別の態様における石英からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…クリーニングシステムを付加した成膜装置、１１…反応炉、１２…フッ素ガス供給源、１３…フッ化水素ガス供給源、１４…不活性ガス供給源、１５…廃ガス処理装置、１１１…プロセスチューブ、１１３ａ，１１３ｂ…石英ロッド、１１４…加熱器、Ｌ１１〜Ｌ１３、Ｌ５…ガス供給ライン、Ｖ１１〜Ｖ１３…開閉弁、ＰＧ…圧力センサー、ＭＦＣ１１〜ＭＦＣ１３…マスフローコントローラ、ＢＶ１…バタフライ弁、ＰＭ…真空ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜装置のクリーニング方法に係り、特に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを用いた成膜装置のクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造するに際し、化学気相成長反応チャンバ（ＣＶＤ反応チャンバ）を備える成膜装置を用いて二酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の種々の薄膜を半導体ウエハ上に形成することが行われている。この薄膜形成に際し、ＣＶＤ反応生成物は、目的とする半導体ウエハ上ばかりでなく、成膜装置の構成部材、例えばＣＶＤ反応チャンバの内壁、半導体ウエハ載置ボートもしくはサセプタ、配管内等にも堆積する。この堆積したＣＶＤ反応生成物は、これを除去しないと、成膜プロセスが安定しないばかりか、堆積したＣＶＤ反応生成物がＣＶＤ反応チャンバの内壁等から剥落して、パーティクルの発生原因となり、後のＣＶＤ反応において半導体ウエハ上に形成される薄膜の品質を劣化させる。そこで、成膜装置のクリーニングが必要となる。
【０００３】
例えば、低圧（ＬＰ）ＣＶＤ装置では、通常、装置を大気開放して、酸溶液での洗浄によりクリーニングを行っている。しかし、この場合、成膜装置を一旦停止した上で、分解、洗浄、組み立て、リークチェックの工程を経るため、作業に要する時間も長く、危険性も高いため、生産性および作業安全上の観点から問題がある。
【０００４】
反応性ガスを用いて、熱反応によって、ＣＶＤ反応チャンバ内をクリーニングすることも行われている。そのような反応性ガスとしては、ＣｌＦ３、ＮＦ３、フッ化水素ガス、Ｆ２等のフッ素含有ガスの単体あるいは混合ガスが市販されている。中でも、Ｆ２ガスとフッ化水素ガスとの混合ガスは、ＣＶＤ反応装置に対するダメージが少なく、高速で、安価にクリーニングができるため、次世代のクリーニング技術として期待されている。例えば、特許文献１には、フッ素ガスとフッ化水素ガスを用いて、４００℃未満の温度でクリーニングを行うことが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第０２／１０１８０５号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、フッ素ガスとフッ化水素ガスを用いて加熱により成膜装置内部をクリーニングする技術は、次世代のクリーニング技術として期待されている。しかし、これらフッ素系ガスを使ったクリーニングでは、これらのガスまたはクリーニングの結果生じた生成ガスが、ＣＶＤ反応チャンバ内や配管壁面に吸着、残留することが問題を生じさせることがわかった。残留したこれらのガスは、後の成膜プロセスにおいて徐々に放出され、生成する膜を汚染し得るのである。
【０００７】
したがって、本発明は、フッ素ガスとフッ化水素ガスをクリーニングガスとして用い、加熱により成膜装置内部のシリコン系堆積物をクリーニング除去するにあたり、成膜装置の構成部材表面に残留した反応性ガスあるいは生成ガス量を低減させ得る成膜装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成すべく、クリーニングに用いる反応性ガスとしてフッ素ガスとフッ化水素ガスの混合ガスを用いた場合の、成膜装置の構成部材として使用される石英表面へのガスの残留現象を調べた結果、クリーニング終了時の石英温度を制御することにより、残留ガスを大幅に低減できることを見いだした。本発明はかかる知見に基づく。石英は、通常、ＣＶＤ反応装置の反応チャンバ全体を構成する部材として使われるため、石英表面への残留を低減することが、もっとも効果的な対策となる。
【０００９】
すなわち、本発明の１つの側面によれば、石英製構成部材を有する成膜装置をシリコン系薄膜の形成に使用した後にその構成部材に堆積したシリコン系堆積物を除去するための成膜装置のクリーニング方法であって、前記成膜装置内に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを供給しながら、前記構成部材を加熱することによって前記シリコン系堆積物をクリーニング除去し、前記シリコン系堆積物をクリーニング除去した後、前記クリーニングガスの供給を停止してクリーニングを終了させ、該クリーニング終了時に前記構成部材は３００℃を超える温度にあり、しかる後、前記石英製構成部材を少なくとも１０分間３００℃を超える温度に維持する脱ガス処理に供することを特徴とする成膜装置のクリーニング方法が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１１】
１つの実施の形態において、本発明は、石英製構成部材を有する成膜装置の内部に堆積したシリコン系堆積物をフッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを供給し、成膜装置の構成部材を加熱することにより成膜装置をクリーニングする方法に関し、３００℃を超える温度でクリーニング終了させた後、石英製構成部材を１０分間以上３００℃を超える温度に維持する脱ガス処理を行うものである。
【００１２】
本発明の１つの実施の形態において、成膜装置内部に堆積したシリコン系堆積物をクリーニング除去するに際し、通常のシリコン系膜の成膜工程を終了した成膜装置を真空引きし、装置内部の排気を行う。
【００１３】
成膜装置は、例えば、ＣＶＤ反応チャンバとＣＶＤ原料ガスの導入・排出ライン（配管）を含む。また、成膜装置内には、成膜を行う対象となる半導体ウエハを載置する載置部材（例えば、バッチ式装置の場合には、ボートであり、枚葉式装置の場合には、サセプタである）が設けられている。成膜装置の構成部材には、ＣＶＤ反応チャンバ、ＣＶＤ反応チャンバに付設される配管、半導体ウエハの載置部材が含まれる。ＣＶＤ反応チャンバ壁は、バッチ式成膜装置の場合、通常、石英または石英で被覆されたステンレス鋼で形成され、枚葉式成膜装置の場合、通常、石英またはステンレス鋼で形成される。配管は、通常、石英やステンレス鋼で形成される。また、ステンレス鋼は、バッチ式成膜装置においては、半導体ウエハ全体を支持する支持台を含む下部構造の形成材料として使用されている。
【００１４】
成膜装置は、シリコン系薄膜として、例えばポリシリコン膜、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を形成するためのものであり、本発明の１つの実施の形態では、石英構成部材上のシリコン系堆積物をクリーニング除去するものである。なお、クリーニングは、シリコン系薄膜を成膜した毎に行う必要はなく、成膜により成膜装置内に許容し得ない厚さでシリコン系堆積物が堆積したときに行えばよい。
【００１５】
さて、成膜装置の排気を行った後、成膜装置の構成部材を加熱する。バッチ式成膜装置の場合には、ＣＶＤ反応チャンバの周囲に設けられている加熱器によりＣＶＤ反応チャンバを加熱する。その際、ＣＶＤ反応チャンバ内に設けられている半導体ウエハ載置ボートも同時に加熱される。枚葉式成膜装置の場合には、サセプタ内部に設けられている加熱器によりサセプタを加熱する。なお、枚葉式成膜装置の場合でも、ＣＶＤ反応チャンバの周囲に加熱器を設け、その加熱器によりＣＶＤ反応チャンバを加熱することもできる。
【００１６】
こうして成膜装置の構成部材を加熱した後、フッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスをＣＶＤ反応チャンバ内に供給する。その際、必要により不活性希釈ガスをも供給することができる。不活性希釈ガスとしては、アルゴンのような希ガス類、あるいは窒素ガス等を用いることができる。
【００１７】
クリーニングに際しては、ＣＶＤ反応チャンバ内を０．１Ｔｏｒｒから７６０Ｔｏｒｒまでの圧力下に維持することができる。また、このクリーニングは、一般に、１０００℃までの温度で行うことができる。しかしながら、クリーニングされるシリコン系堆積物のエッチング速度は、４００℃を超える温度でより高く、他方石英とシリコン系堆積物とのエッチング選択比は、４００℃以下の温度でより高いので、シリコン系堆積物と石英製構成部材との界面近傍までは４００℃を超える温度でクリーニングを行い、しかる後、温度を段階的または連続的に低下させて、エッチング選択比が高くとれる４００℃以下の温度でクリーニングを行い、クリーニングを終了させることができる。なお、クリーニング終了時に石英製構成部材の温度を３００℃を超える温度にあるようにするためには、クリーニング自体を３００℃を超える温度で行うことが好都合である。フッ素ガスに対するフッ化水素ガスの流量比（フッ化水素ガス／Ｆ２流量比）は、通常、０．１から１までの範囲である。
【００１８】
反応炉内に堆積したシリコン系堆積物がほぼ全てエッチング除去されたとき、クリーニングガスの導入を停止し、ＣＶＤ反応チャンバの温度を少なくとも１０分間３００℃を超える温度に維持する（脱ガス処理）。この脱ガス処理により、石英製構成部材等の成膜装置の構成部材からの脱ガスが行われる。なお、シリコン系堆積物のクリーニング終了時点は、シリコン系堆積物の膜厚とクリーニングガスによるエッチング速度から予測することができる。
【００１９】
ところで、成膜装置が、少なくとも１つのステンレス鋼製構成部材を有する場合、ステンレス鋼製構成部材（少なくとも内面等）を予めフッ化処理することにより、ステンレス鋼製構成部材からの脱ガスが大幅に抑制されることがわかった。このフッ化処理は、ステンレス鋼製構成部材をフッ素ガスと接触させることにより行うことができる。フッ化処理は、２０℃〜２００℃の温度で任意の時間行うことができる。例えば、成膜装置が、ステンレス鋼製ＣＶＤ反応チャンバと、その上流側および下流側にステンレス製構成部材（例えば、配管）を有する場合、少なくともステンレス鋼製ＣＶＤ反応チャンバと上流側ステンレス製構成部材の内面をフッ化処理することができる。
【００２０】
図１は、本発明の１つの形態に係るクリーニング方法を実施するために好適な成膜装置の一例を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示す成膜装置１０は、ＣＶＤ反応チャンバ１１、フッ素ガスの供給源１２、フッ化水素ガスの供給源１３、および必要により導入される不活性希釈ガスの供給源１４を備えるバッチ式の縦型低圧ＣＶＤ成膜装置である。
【００２２】
ＣＶＤチャンバ１１は、例えば石英製の反応炉からなり、内部に例えば石英製のプロセスチューブ１１１が配置されている。プロセスチューブ１１１内には、例えばステンレス鋼製の半導体ウエハ支持台１１２と、半導体ウエハ（図示せず）を差し込んで保持する複数の溝を設けた一対の石英ロッド１１３ａおよび１１３ｂが設置されている。一対の石英ロッド１１３ａおよび１１３ｂは、いわゆるボートを構成する。ＣＶＤ反応チャンバの周囲には加熱器１１４が設けられている。シリコン系薄膜の成膜が終了した後は、ボート（１１３ａ、１１３ｂ）から半導体ウエハを取り除く。ＣＶＤ反応チャンバ１１は、加熱器１１４によって加熱される。
【００２３】
フッ素ガスは、その供給源１２（例えばボンベ）から、フッ素ガス供給ラインＬ１１を通って、ＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。ラインＬ１１には開閉弁Ｖ１１が設けられ、その下流に流量調整器、例えばマスフローコントローラＭＦＣ１１が設けられている。フッ素ガスは、マスフローコントローラＭＦＣ１１により流量が調整されてＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。
【００２４】
フッ化水素ガスは、その供給源１３（例えば、ボンベ）から、フッ化水素ガス供給ラインＬ１２を通って、ＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。ラインＬ１２には、開閉弁Ｖ１２とその後流に流量調整器、例えばマスフローコントローラＭＦＣ１２が設けられている。フッ化水素ガスは、マスフローコントローラＭＦＣ１２により流量が調整されてＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。
【００２５】
不活性希釈ガスは、必要に応じて、その供給源１４（例えば、ボンベ）から、不活性希釈ガス供給ラインＬ１３を介してＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。ラインＬ１３には、開閉弁Ｖ１３とその後流に流量調整器、例えばマスフローコントローラＭＦＣ１３が設けられている。不活性希釈ガスは、マスフローコントローラＭＦＣ１３により流量が調整されてＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入される。
【００２６】
図１に示す装置は、フッ化水素ガス供給ラインＬ１２がＣＶＤ反応チャンバ１１の上流側でフッ素ガス供給ラインＬ１１に合流し、この合流したラインが不活性希釈ガス供給ラインＬ１３に合流している。この配置によれば、フッ素ガスおよびフッ化水素ガスとともに不活性希釈ガスを事前に混合した状態でＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入することができる。
【００２７】
ＣＶＤ反応チャンバ１１の出口は、ラインＬ１４により廃ガス処理装置１５に接続されている。廃ガス処理装置１５は、副生成物および未反応物質等を除去するものであって、この廃ガス処理装置１５により清浄化されたガスが系外に排出される。ラインＬ１４には、圧力センサーＰＧ、圧力調整器、例えばバタフライ弁ＢＶ１、および真空ポンプＰＭが接続されている。ＣＶＤ反応チャンバ１１内の圧力は、圧力センサーＰＧによりモニターされ、バタフライ弁ＢＶ１の開閉制御により、所望の圧力値に設定される。
【００２８】
なお、いうまでもなく、ＣＶＤ反応チャンバ１１には、通常のＣＶＤ反応（シリコン系薄膜の成膜）を行うための、図示しないＣＶＤ原料ガス供給系が接続されている。
【００２９】
図１の装置では、例えば、半導体基板上に、ポリシリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等のシリコン系膜を成膜した後、ＣＶＤ反応チャンバ１１の内壁、プロセスチューブ１１１の内外表面、石英ロッド１１３ａ、１１３ｂ等の上に堆積したシリコン系堆積物を本発明の一実施の形態によりクリーニング除去することができる。
【００３０】
次に、一例として、図１に示す成膜装置を用いてシリコン系膜の成膜とその後のクリーニングを行う手法を図２および図３をも参照して以下に説明する。図２は、成膜およびクリーニングプロセスのフロー図であり、図３は、成膜およびクリーニングプロセスにおける成膜装置の温度変化を示す図である。
【００３１】
＜成膜＞
成膜に際し、まず、図１のＬＰＣＶＤ成膜装置１０のＣＶＤ反応チャンバ１１にウエハを導入する（図２のステップＳＴ１１、図３の時間ｔ０）。通常、加熱ヒータ１１４の電源は入れたままにしてあり、成膜装置１０内は、例えば３００℃程度の温度になっている。その状態で、石英ロッド１１３ａ、１１３ｂを下降させ、１００枚程度の半導体ウエハ（図示せず）を石英ロッド１１３ａ、１１３ｂに装填する。
【００３２】
半導体ウエハを装填した後、ＣＶＤ反応チャンバ１１を一度真空引きをし、成膜温度まで加熱する（図２のステップＳＴ１２、図３の時間ｔ１）。成膜温度は、例えばポリシリコンを成膜する場合、６００℃程度である。成膜温度まで加熱した後、成膜のためのＣＶＤ原料ガスを成膜装置１０内に供給する（図２のステップＳＴ１３、図３の時間ｔ２）。ポリシリコンの場合、ＣＶＤ原料ガスとして、通常、シランガス（ＳｉＨ４）が使用される。シランガスの流量は、例えば３０ｃｃ／分程度である。ＣＶＤ原料ガス導入と同時に成膜が始まる。所要の厚さまでポリシリコンが堆積した後、ＣＶＤ原料ガスを止めて成膜を終了させる（図２のステップＳＴ１４、図３の時間ｔ３）。いうまでもなく、時間ｔ２から時間ｔ３間では、ポリシリコンの成膜時間である。シリコン系膜の膜厚は、通常、ＣＶＤ原料ガスを流す時間で管理することができる。
【００３３】
成膜終了後は、まずＣＶＤ反応チャンバ１１の真空引きを行ない、ＣＶＤ原料ガスを完全に排気した後、窒素ガス等の不活性ガスをＣＶＤ反応チャンバ１１内に充填する。この間に、ＣＶＤ反応チャンバ１１内の温度は、成膜温度（例えば６００℃）から通常の待機温度（例えば３００℃）まで低下する。温度が待機温度まで下がり、原料ガスがＣＶＤ反応チャンバ１１から完全に排気された後、ウエハを取り出す（図２のステップＳＴ１５、図３の時間ｔ４）。こうして成膜プロセスが終了する。
【００３４】
＜クリーニングプロセス＞
上にも述べたように、クリーニングは、成膜の都度行うものではなく、何回かの成膜工程によって、反応炉内壁に許容できない膜厚が堆積したときにのみ実行される。従って、成膜後クリーニングの必要性を確認する（図２のステップＳＴ１６）。クリーニングが必要なければ、上記順序に従って成膜を行うことができる。クリーニングが必要となったら、クリーニングプロセスを開始する。
【００３５】
クリーニングの際には、いうまでもなく半導体ウエハをＣＶＤ反応チャンバ１１内に導入することはないので、待機状態からクリーニングプロセスを開始する。クリーニングの時間は、クリーニングの温度が高いほど短くて済むが、成膜装置の石英製構成部材に対するダメージもそれに応じて大きくなる。そのため、シリコン系堆積物が厚く堆積している場合のみ少し高温（例えば４５０℃）でクリーニングを行い、石英製構成部材が露出する時点には、少し温度を下げることが望ましい。
【００３６】
例えば、クリーニングの開始に際し、まずクリーニング温度例えば４５０℃にＣＶＤ反応チャンバ１１内を加熱する（図２のステップＳＴ２１、図３の時間ｔ５）。しかる後、ＣＶＤ反応チャンバ１１内にフッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを供給して、クリーニングを開始する（図２のステップＳＴ２２、図３の時間ｔ６）。堆積しているシリコン系堆積物の膜厚とクリーニングガスによるシリコン系堆積物のエッチング速度から、例えば、堆積膜厚の８０％をエッチングする時間を算出することができる。算出された時間だけ、上記高温（例えば４５０℃）でクリーニングを行った後、成膜装置１０の温度を、例えば４００℃まで低下させる（図２のステップＳＴ２３、図３の時間ｔ７）。この温度が３００℃より高いとき、石英からの脱離ガス量を低減させることができる。この温度でクリーニングを続け、シリコン系堆積物が除去された後、クリーニングガスの供給を止め、クリーニングを終了させる（図２のステップＳＴ２４、図３の時間ｔ８）。
【００３７】
クリーニング終了後、そのままの温度（例えば４００℃）で少なくとも１０分間維持すること（脱ガス処理）により、石英表面に吸着したクリーニングガスは、ほぼ脱離し終える（図２のステップＳＴ２５、図３の時間ｔ９）。クリーニングガスの脱離を完全に行わずに、次のプロセス、例えば成膜プロセスに移行した場合、成膜された膜の中に、デバイスに影響を与えるほどの、例えばＦ原子が混入してしまう。３００℃を超える温度を少なくとも１０分間維持することによって、次のプロセスへのクリーニングガスの影響を最小に抑えることができる。こうして脱ガス処理を行った後、新たな成膜プロセスを開始することができる。
【００３８】
なお、上に述べたように、成膜装置が排気配管等ステンレス鋼製構成部材を有する場合、これを予めフッ化処理に供しておくことにより、当該ステンレス鋼製構成部材からのガス脱離をさらに低減させることができる。ステンレス鋼製構成部材のフッ化処理を併用することによって、総合的に成膜装置内に残留する例えばフッ化水素ガス分子を速やかに取り除くことが可能になる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４０】
【実施例】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
石英製の反応炉に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを窒素ガスとともに導入し、反応炉圧力を５０Ｔｏｒｒに設定し、フッ素ガス流量、フッ化水素ガス流量、窒素ガス流量をそれぞれ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍに設定して３０分間クリーニングを行った。その際、クリーニング温度を２０℃から７００℃の範囲内で変化させた。クリーニング終了後、ガスを止め、反応炉の温度をクリーニング温度から段階的に８００℃まで上昇させながら、反応炉壁面から脱離したフッ化水素ガスの量（フッ化水素イオンのイオン強度）を測定した。クリーニング温度が３００℃以下の結果を図４に、４００℃以上の結果を図５に示す。図４において、線ａは、反応炉の段階的温度上昇のプロファイルを示し、線ｂは、クリーニングを２０℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｃは、クリーニングを１００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｄは、クリーニングを３００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。また、図５において、線ｅは、反応炉の段階的温度上昇のプロファイルを示し、線ｆは、クリーニングを４００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｇは、クリーニングを５００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｈは、クリーニングを６００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｉは、クリーニングを７００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。
【００４２】
図４に示す結果から、クリーニング温度が２０℃から３００℃の範囲において、クリーニング終了後の昇温過程で大きな脱ガスがみられることがわかる。特に、ＣＶＤ成膜で通常使われる、６００℃から８００℃の温度領域で、大きな脱ガスのピークが現れることがわかる。
【００４３】
一方、図５に示す結果から、クリーニング温度が４００℃以上であると、クリーニング終了後の昇温において、クリーニング温度から１００℃程度上昇させて時点で、脱ガスは無くなり、それ以上の昇温では、大きな脱ガスはみられないことがわかる。
【００４４】
実施例２
石英製の反応炉に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを窒素ガスとともに導入し、反応炉圧力を５０Ｔｏｒｒに設定し、フッ素ガス流量、フッ化水素ガス流量、窒素ガス流量をそれぞれ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍに設定して、４００℃で放置し、３０分間クリーニングを行った。クリーニング終了後、４００℃で３０分間ガスを止め、反応炉の温度をクリーニング温度で３０分間維持した後、段階的に８００℃まで上昇させながら、反応炉壁面から脱離したフッ化水素ガスの量（フッ化水素イオンのイオン強度）を測定した。結果を図６に示す。図６において、線ａは、反応炉の段階的温度上昇のプロファイルを示し、線ｂは、フッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。
【００４５】
図６に示す結果からわかるように、クリーニングガスを止めた後、約１０分で脱ガス量は大きく減少し、フッ化水素の脱離が完全に減少した後は、それ以上反応炉の温度を上昇させても、フッ化水素の脱離は生じない。
【００４６】
実施例３
（２−１）表面処理を施していないＳＵＳ３１６ステンレス製の反応炉に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを窒素ガスとともに導入し、反応炉圧力を５０Ｔｏｒｒに設定し、フッ素ガス流量、フッ化水素ガス流量、窒素ガス流量をそれぞれ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍに設定して３０分間クリーニングを行った。その際、クリーニング温度を２０℃から２００℃の範囲内で変化させた。クリーニング終了後、ガスを止め、反応炉の温度をクリーニング温度から段階的に２００℃まで上昇させながら、反応炉壁面から脱離したフッ化水素ガスの量を測定した。結果を図７に示す。図７において、線ａは、反応炉のクリーニング温度の段階的上昇のプロファイルを示し、線ｂは、クリーニングを２０℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｃは、クリーニングを１００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｄは、クリーニングを２００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。
【００４７】
図７に示す結果から、クリーニング終了後の昇温で、大きなフッ化水素ガスの脱離がみられる。特に、クリーニング温度１００℃の結果に大きな脱ガスがあることがわかる。
【００４８】
（２−２）予め２００℃で０．０５ＭＰａのフッ素ガスに５時間暴露して表面フッ化処理を施したＳＵＳ３１６ステンレス製の反応炉に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを窒素ガスとともに導入し、反応炉圧力を５０Ｔｏｒｒに設定し、フッ素ガス流量、フッ化水素ガス流量、窒素ガス流量をそれぞれ、５０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍに設定して３０分間クリーニングを行った。その際、クリーニング温度を２０℃から２００℃の範囲内で変化させた。クリーニング終了後、ガスを止め、反応炉の温度をクリーニング温度から段階的に２００℃まで上昇させながら、反応炉壁面から脱離したフッ化水素ガスの量を測定した。結果を図８に示す。図８において、線ｅは、反応炉のクリーニング温度の段階的上昇のプロファイルを示し、線ｆは、クリーニングを２０℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｇは、クリーニングを１００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示し、線ｈは、クリーニングを２００℃で行った場合のフッ化水素の脱離量（イオン強度）を示す。
【００４９】
図８に示す結果から、クリーニング終了後の昇温で、表面処理の無い場合に比べ、大幅にフッ化水素ガスの脱離が低減されたことがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、成膜装置の構成部材に対するフッ素ガスおよびフッ化水素ガス含有クリーニングガスの残留量を低減させ得る成膜装置のクリーニング方法が提供される。さらに、ステンレス部分を、予め表面フッ化処理しておくことで、ステンレス表面に残留するクリーニングガスも大幅に低減することができる。これらの組み合わせにより、クリーニング終了後の成膜工程で、クリーニングガスによる汚染のほとんど無い清浄な成膜が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの形態に係るクリーニング方法を実施するために好適な成膜装置の一例を示すブロック図。
【図２】成膜およびクリーニングプロセスのフロー図。
【図３】成膜およびクリーニングプロセスにおける成膜装置の温度変化を示すグラフ。
【図４】３００℃以下のクリーニング実施後の石英からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【図５】４００℃以上のクリーニング実施後の石英からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【図６】表面処理をしないＳＵＳ３１６からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【図７】予め表面フッ化処理をしたＳＵＳ３１６からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【図８】本発明の別の態様における石英からのフッ化水素ガス脱離量を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…クリーニングシステムを付加した成膜装置、１１…反応炉、１２…フッ素ガス供給源、１３…フッ化水素ガス供給源、１４…不活性ガス供給源、１５…廃ガス処理装置、１１１…プロセスチューブ、１１３ａ，１１３ｂ…石英ロッド、１１４…加熱器、Ｌ１１〜Ｌ１３、Ｌ５…ガス供給ライン、Ｖ１１〜Ｖ１３…開閉弁、ＰＧ…圧力センサー、ＭＦＣ１１〜ＭＦＣ１３…マスフローコントローラ、ＢＶ１…バタフライ弁、ＰＭ…真空ポンプ
Claims (2)
- 石英製構成部材を有する成膜装置をシリコン系薄膜の形成に使用した後にその構成部材に堆積したシリコン系堆積物を除去するための成膜装置のクリーニング方法であって、前記成膜装置内に、フッ素ガスとフッ化水素ガスを含むクリーニングガスを供給しながら、前記構成部材を加熱することによって前記シリコン系堆積物をクリーニング除去し、前記シリコン系堆積物をクリーニング除去した後、前記クリーニングガスの供給を停止してクリーニングを終了させ、該クリーニング終了時に前記構成部材は３００℃を超える温度にあり、しかる後、前記石英製構成部材を少なくとも１０分間３００℃を超える温度に維持する脱ガス処理に供することを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。
- 前記成膜装置が少なくとも１つのステンレス鋼製の構成部材を有し、該少なくとも１つのステンレス製の構成部材の内面を予めフッ化処理しておくことを特徴とする請求項１に記載のクリーニング方法。
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