JP2008288420A - 半導体製造装置およびそのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】常に最適なクリーニングを行うことができる半導体製造装置およびそのクリーニング方法を提供する。
【解決手段】反応熱モニタリング部２１は、反応管１１内に堆積した半導体含有膜とガス導入管１８から導入されたエッチングガス１４との反応管１１内の温度を取得する。熱量算出部２２は、取得された温度から算出される温度上昇量とエッチング時間とに基づいて、エッチング中に発生した熱量を算出する。エッチング量判定部２３は、半導体含有膜の単位膜厚あたりの熱量と予め設定された規格値とを比較することにより、適正なエッチングが行われたか否かを判定する。また、半導体含有膜の単位膜厚あたりの熱量と予め設定された規格値とを比較することにより、エッチング終点を検出することも可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工体上に、半導体含有膜を成膜する半導体製造装置およびそのクリーニング方法に関する。

半導体装置の成膜工程では、例えば、窒化膜、ポリシリコン膜、酸化膜等の半導体含有膜の成膜に、反応管内に複数枚の基板を収容し、同時に成膜処理を実施する減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等が使用されている。この種の半導体製造装置では、基板等の被加工体への半導体含有膜の成膜にともなって、反応管内にも半導体含有膜が堆積する。反応管内に堆積した半導体含有膜（以下、付着物ともいう。）は、基板上に形成する半導体含有膜の膜厚均一性の悪化や、パーティクル（微細粒子）発生の要因となるため、通常、当該付着物を除去するクリーニング処理が、例えば、定期的に実施される。

従来、減圧ＣＶＤ装置では、クリーニング処理は、付着物をエッチングするためのエッチングガスを反応管内に導入することで実施されている。クリーニング処理は、反応管にダメージを与えることなく完全に付着物を除去できる、必要最小限の時間で実施されることが好ましい。このため、種々の終点検出方法が提案されている。

例えば、後掲の特許文献１は、エッチングガスで反応管内をクリーニングする際に発生する反応熱をモニタリングし終点検出を行う手法を開示している。図９は、従来のクリーニング方法を示す説明図である。

図９（ａ）のＣＶＤ装置１００は、複数枚の基板が同時に収容される反応管１０１と、反応管１０１を加熱するヒータ１０２を備える。反応管内の温度は熱電対等の温度検出手段１０３により計測される。成膜時には、温度検出手段１０３が検出した基板近傍の温度に基づいて、反応管内に均一な温度分布が形成されるようにヒータ１０２の発熱量が制御される。

反応管１０１内の付着物を除去する場合、ヒータ１０２により反応管１０１内の温度を所定の反応温度Ｔ０に維持した状態で、反応管１０１内にエッチングガス１０４が導入される。エッチングガス１０４を導入した時点より、付着物とエッチングガス１０４とが反応し、当該反応により付着物がエッチング除去される。半導体含有膜をエッチングする場合、当該反応により反応熱が発生する。ＣＶＤ装置１００では、当該反応熱を温度検出手段１０３によってモニタリングする。

図９（ｂ）に示すように、時刻ｔ０に反応管１０１内にエッチングガス１０４が導入されると、反応熱により、反応管１０１内の温度が反応温度Ｔ０から徐々に上昇する。そして、時刻ｔｐでピーク温度Ｔｐになった後、時刻ｔｅでエッチングガス１０４導入前の反応温度Ｔ０へ収束する。特許文献１では、反応管１０１内の複数点に温度検出手段１０３を配置し、各温度検出手段１０３により検出された温度と、反応温度との差をモニタリングすることにより、反応管１０１内でのエッチングの進行状況を管理するとともに、すべての温度検出手段１０３の検出温度が反応温度Ｔ０へ収束する時刻を、エッチング終点として検出している。
特開平８−３０６６２８号公報

しかしながら、近年の基板径の大口径化、およびパターン寸法の微細化にともなう少量多品種生産では、製品によって基板上に成膜すべき半導体含有膜の膜厚が異なっている。そのため、クリーニング処理開始時に反応管１０１内に堆積している半導体含有膜の膜厚は、クリーニング処理ごとに異なっていることも多い。

このような異なる膜厚の半導体含有膜を除去する場合、図９（ｂ）に示した、クリーニング処理時の温度プロファイル（温度の経時変化）は、互いに異なることが確認されている。また、反応管１０１内がアンダーエッチング（膜残り）の状態にある場合でも、反応管１０１内の温度が反応温度Ｔ０に収束することがあることも確認されている。すなわち、単に反応熱を監視するだけでは、エッチング状態の管理や適切なエッチング終点の検出ができないのである。また、反応管１０１内がアンダーエッチングの状態であるにも関わらずエッチング終点として検出された場合、その後の成膜処理において反応管１０１の付着物に膜剥れが発生し、製造歩留りを低下させてしまう。

本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、常に最適なクリーニングを行うことができる半導体製造装置およびそのクリーニング方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、被加工体上に、半導体含有膜を成膜する半導体製造装置を前提としている。そして、本発明に係る半導体製造装置は、反応管内に堆積した半導体含有膜を除去するためのエッチングガス（クリーニングガス）を反応管に供給するガス供給部を備える。反応熱モニタリング部は、反応管内に堆積した半導体含有膜とエッチングガスとの反応熱に対応するデータを取得する。熱量算出部は、取得された反応熱に対応するデータとエッチング時間とに基づいて、エッチング中に発生した熱量を算出する。なお、熱量は、例えば、エッチングによる温度上昇量を、エッチング時間にわたって積分することにより算出することができる。

以上の構成によれば、反応管内でエッチング処理中に発生した熱量に基づいて、反応管内のエッチング状態を、従来に比べて精度よく把握することができる。なお、エッチング対象の半導体含有膜の膜厚が異なる場合、上記半導体製造装置は、算出された熱量をエッチング開始時に反応管内に堆積していた半導体含有膜の膜厚で除することにより、単位膜厚あたりの熱量であるクリーニング指数を算出することが好ましい。

この半導体製造装置は、クリーニング指数と予め設定された規格値とを比較することにより、エッチング量が適正であるか否かを判定するエッチング量判定部をさらに備えてもよい。この場合、エッチング量判定手段が適正なエッチング量でないと判定した際に、追加エッチングを自動的に実施する構成を採用することもできる。

また、上記半導体製造装置は、クリーニング指数が予め設定された規格値に到達した時点をエッチング終点として検出する終点検出部をさらに備えでもよい。この場合、終点検出部がエッチング終点を検出した際に、エッチングガスの供給を自動的に停止する構成を採用することもできる。

クリーニング指数は、エッチング対象の半導体含有膜に応じて一定値を示す。このため、クリーニング指数に基づいて反応管内のエッチングを管理することにより、エッチング対象の半導体含有膜の膜厚が異なる場合であっても、常に最適なクリーニングを実施することができる。

一方、他の観点では、本発明は、被加工体上に、半導体含有膜を成膜する半導体製造装置のクリーニング方法を提供することもできる。すなわち、本発明に係る半導体製造措置のクリーニング方法では、まず、反応管内に堆積した半導体含有膜を除去するためのエッチングガスが反応管に供給される。次いで、反応管内に堆積した半導体含有膜とエッチングガスとの反応熱に対応するデータと、エッチング時間とに基づいて、エッチング中に発生した熱量が算出される。そして、算出された熱量と、エッチング開始時の反応管内の半導体含有膜とに基づいて、エッチング量が適正であるか否かが判定される。なお、エッチング量が適正でないと判定された場合は、追加のエッチングが自動的に実施されることが好ましい。

また、本発明に係る他の半導体製造装置のクリーニング方法では、まず、反応管内に堆積した半導体含有膜を除去するためのエッチングガスが反応管に供給される。次いで、反応管内に堆積した半導体含有膜とエッチングガスとの反応熱を示すデータと、エッチング時間とに基づいて、エッチング中に発生した熱量が算出される。そして、算出された熱量と、エッチング開始時に反応管内に堆積していた半導体含有膜の膜厚とに基づいて、エッチング終点が検出される。エッチング終点が検出された際には、エッチングガスの供給が停止される。

本発明によれば、反応管内の付着物を除去するエッチングの際に、反応熱量を監視するため、従来に比べて精度よく反応管内のエッチング状態を把握することができる。また、反応熱量をエッチング開始時に反応管内に堆積していた半導体含有膜の膜厚で除することにより算出されるクリーニング指数を使用することで、異なる膜厚の半導体含有膜をエッチングする際でも、それぞれ最適なエッチングを行うことができる。

また、本発明によれば、クリーニング指数を使用して、エッチング終点の検出や適正なエッチングが実施されたか否かの判定を、従来に比べて精度よく行うことができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。以下の各実施形態では、縦型の減圧ＣＶＤ装置に適用した事例として本発明を具体化している。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における減圧ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。減圧ＣＶＤ装置１０は、鉛直方向の軸心を有する円筒状の石英ガラス製の反応管１１を備える。反応管１１は、下端が開放端になっており、当該開放端から、複数枚のウェーハ（基板）を搭載したウェーハボート１５が反応管１１内に収容された状態で気密される。なお、ウェーハは、ウェーハボート１５に水平を保った状態で鉛直方向に一定の間隔をおいて搭載される。

反応管１１内では、ウェーハボート１５は、鉛直方向に軸心を有する円筒状のインナーチューブ１７内に収納されている。インナーチューブ１７は上端が開放端になっている。インナーチューブ１７内側の底面にはガス導入管１８（ガス供給部）が接続されている。ガス導入管１８によりインナーチューブ１７内に導入された原料ガスやエッチングガス（クリーニングガス）は、インナーチューブ１７内を下方から上方に向けて流れる。インナーチューブ１７の上端に到達したガスは、反応管１１とインナーチューブ１７との間の空間を経由して、反応管１１の下部側壁に接続されたガス排気管１９を通じて反応管１１の外部に排出される。

反応管１１の外周には抵抗加熱ヒータ等からなるヒータ１２が配設されている。ヒータ１２の発熱量は、インナーチューブ１７の内側で、ウェーハボート１５に沿って配置された温度制御用熱電対１６の検出温度が所定温度となる状態に制御される。

成膜処理を行う場合、ウェーハが載置されたウェーハボート１５が反応管１１内にセットされると、ガス排気管１９に連結された図示しない真空ポンプにより反応管１１内が減圧される。このとき、反応管１１内はヒータ１２の加熱により一定温度に保持される。その状態で反応管１１内にガス導入管１８から原料ガスを導入することにより、ウェーハ上に原料ガスに応じた膜が堆積される。ここでは、ウェーハ上に、窒化膜、ポリシリコン膜、または酸化膜等の半導体含有膜が形成される。

また、クリーニング処理を行う場合、ウェーハが載置されていないウェーハボート１５が反応管１１内にセットされると、ガス排気管１９に連結された図示しない真空ポンプにより反応管１１内が減圧される。このとき、反応管１１内はヒータ１２の加熱により一定温度に保持される。その状態で反応管１１内にガス導入管１８からエッチングガス１４を導入することにより、成膜処理中に反応管１１内に堆積した半導体含有膜（付着物）がエッチング除去される。

なお、ウェーハボート１５の搬入出、原料ガスまたはクリーニングガスの供給、反応管１１内の圧力制御、反応管１１内の温度制御等、成膜処理およびクリーニング処理にともなう減圧ＣＶＤ装置１０の一連の動作は、装置制御部２５により制御される。

さて、本実施形態の減圧ＣＶＤ装置１０は、反応管１１の内部に、クリーニング処理の際に発生する反応熱をモニタリングするための、反応熱モニタリング用熱電対１３がウェーハボート１５に沿って設けられている。ここでは、反応熱モニタリング用熱電対１３は、インナーチューブ１７内の最下流側の温度を検出する位置に配置されている。反応熱モニタリング用熱電対１３の出力値は、反応熱モニタリング部２１に取得され、反応熱モニタリング部２１が備えるＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成された記憶部に格納される。

また、減圧ＣＶＤ装置１０は、反応熱モニタリング部２１に格納された反応熱モニタリング用熱電対１３の出力値に基づいて、クリーニング処理中に発生した熱量を算出する熱量算出部２２を備えている。エッチング量判定部２３は、熱量算出部２２が算出した熱量と、膜厚管理部２４から取得した、クリーニング処理開始時に反応管１１内に堆積している半導体含有膜の膜厚とに基づいて、付着物のエッチングが適正に行われたか否かを判定する。ここでは、膜厚管理部２４は、ＣＩＭ（Computer Integrated Manufacturing）サーバにより構成されている。ＣＩＭサーバは、減圧ＣＶＤ装置１０での成膜処理を含む製造工程にて並行して生産される複数の処理ロットについて、各処理ロットの生産を管理している。すなわち、ＣＩＭサーバは、減圧ＣＶＤ装置１０において、先にクリーニング処理が実施されてからその時点までに成膜された、半導体含有膜の膜厚の情報を保持している。

なお、熱量算出部２２およびエッチング量判定部２３は、専用回路や、プロセッサとＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリとを備えたハードウエア、および当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウエア等により実現することができる。

以下、減圧ＣＶＤ装置１０が実施するクリーニング処理の手順を、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）からなる半導体含有膜を、フッ素（Ｆ₂）とフッ化水素（ＨＦ）とを含むエッチングガス１４を反応管１１に導入してクリーニングする事例に基づいて説明する。

図２は、減圧ＣＶＤ装置１０のクリーニング処理の手順を示すフロー図である。減圧ＣＶＤ装置１０は、予め設定されたクリーニング終了条件（クリーニング時間の経過や従来技術で説明した温度Ｔ０への収束等）を満足した場合に、クリーニング処理を終了する構成であるものとする。また、図３は、クリーニング処理中に、反応熱モニタリング部２１が取得した反応熱モニタリング用熱電対１３の出力値（温度）と時間との関係を示す模式図である。図３において、横軸は時間に対応し、縦軸は反応熱モニタリング用熱電対１３が検出した温度に対応する。

上述のように、クリーニング処理では、まず、装置制御部２５が、反応管１１内の温度が反応温度Ｔ０（図３参照）になる状態にヒータ１２の発熱量を制御する（図２ ステップＳ２１）。ここでは、反応温度Ｔ０は３００℃である。なお、クリーニング処理中は、ヒータ１２の発熱量は当該状態から変更されない。

反応管１１内の温度が反応温度Ｔ０で安定すると、装置制御部２５は、反応熱モニタリング部２１にその旨を通知する。当該通知を受信した反応熱モニタリング部２１は、反応熱モニタリング用熱電対１３の出力値の取得を開始する（図２ ステップＳ２２）。また、装置制御部２５は、ガス導入管１８を通じて、反応管１１へのエッチングガス１４の供給を開始する（図２ ステップＳ２３）。図３では、時刻ｔ０において、エッチングガス１４の供給が開始されている。

反応管１１内にエッチングガス１４が導入されると、以下の式（１）に示す反応によりシリコン窒化膜が分解（エッチング）される。

また、式（１）に示す反応の反応熱により、反応管１１内の温度は、図３に示すように、反応温度Ｔ０から徐々に上昇する。そして、図３の例では、時刻ｔ３でピーク温度Ｔｐになった後、時刻ｔｅでエッチングガス１４導入前の反応温度Ｔ０へ収束している。

反応管１１へのエッチングガス１４の導入は、予め設定されたクリーニング時間が経過する、あるいは反応管１１内の温度が反応温度Ｔ０に収束する等によりクリーニング終了条件が満足されるまで継続される（図２ ステップＳ２４Ｎｏ）。クリーニング終了条件が満足されると、装置制御部２５は、エッチングガス１４の供給を停止する（図２ ステップＳ２４Ｙｅｓ→Ｓ２５）。このとき、装置制御部２５は、エッチング量判定部２３にその旨を通知する。当該通知を受信したエッチング量判定部２３は、熱量算出部２２に熱量の算出を指示する。

当該指示を受信した熱量算出部２２は、反応熱モニタリング部２１が取得したクリーニング処理中の反応室１１内の温度に基づいて、クリーニング処理中に発生した熱量を算出する。ここでは、熱量算出部２２は、エッチングによる温度上昇量を、エッチング時間全体にわたって積分することにより熱量を算出する。例えば、反応熱モニタリングのサンプリング時間Δｔ、時刻ｔ０＋ｋΔｔ（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）における温度上昇量ΔＴ（＝Ｔｋ−Ｔ０、Ｔｋは時刻ｔ０＋ｋΔｔにおいて反応熱モニタリング熱電対１３に計測された温度）とすると、熱量Ｑは式（２）により算出することができる。この場合、積分の終点である時刻ｔは、ｔ＝ｔ０＋ｎΔｔである。また、式（２）中のΔｔ×（Ｔｋ−Ｔ０）は、図２中に斜線を付した矩形の面積になる。

熱量算出部２２は、算出した熱量Ｑをエッチング量判定部２３に送信する。熱量Ｑを受信したエッチング量判定部２３は、膜厚管理部２４からクリーニング処理開始時に反応管１１内に堆積していた半導体含有膜の膜厚Ｘを取得し、クリーニング指数αを算出する（図２ ステップＳ２６）。ここで、クリーニング指数αは、α＝Ｑ／Ｘで演算される、半導体含有膜の単位膜厚あたりの熱量である。

ここで、クリーニング指数αについて説明する。図４は、クリーニング指数αおよび温度上昇量ΔＴと、時間との関係を示す図である。図４では、エッチングガス１４であるフッ素ガスおよびフッ化水素ガスの流量をいずれも２ｓｌｍ（standard liter per minute）とし、反応管１１内を５０ｋＰａに維持した状態でクリーニング処理を行っている。反応温度Ｔ０は、３００℃である。図４において、横軸は、図３の時刻ｔ０をゼロとした経過時間に対応する。また、図４において左縦軸は温度上昇量ΔＴに対応し、右縦軸はクリーニング指数αに対応する。図４では、クリーニング処理開始時に反応管１１に堆積していたシリコン窒化膜の膜厚が約０．４μｍである場合（以下、サンプルＡという。）の温度上昇量ΔＴを点線４１で示し、この場合のクリーニング指数αを点線４３で示している。また、クリーニング処理開始時に反応管１１に堆積していた付着物の膜厚が約１．５μｍである場合（以下、サンプルＢという。）の温度上昇量ΔＴを実線４２で示し、この場合のクリーニング指数αを実線４４で示している。

図３で説明したように、エッチングガス１４の供給が開始されると式（１）に示した反応により、反応管１１内壁やウェーハボート１５等に付着しているシリコン窒化膜がエッチング除去される。このとき、温度上昇量ΔＴは、点線４１および実線４２に示すように、当該エッチングの過程で発生する反応熱により上昇し、ピーク温度を過ぎた後、ΔＴ＝０（反応温度Ｔ０）に収束する。

また、クリーニング指数αは、点線４３および実線４４に示すように、エッチングの進行にともなって上昇する。図４から、膜厚が異なる場合であっても、クリーニング指数αは、ともに４０近傍に収束していることが理解できる。これは、クリーニング処理時に、エッチング対象の半導体含有膜の単位体積あたりに発生する反応熱の量が一定であるためである。すなわち、クリーニング処理時に、エッチング対象の半導体含有膜の単位膜厚あたりに発生する反応熱の量も一定になる。したがって、同材質の半導体含有膜であれば、クリーニング指数αは膜厚に関わらず一定値になる。

以上のようなクリーニング指数αを算出したエッチング量判定部２３は、算出したクリーニング指数αと、予め設定されている規格値とを比較する（図２ ステップＳ２７）。ここでは、エッチング対象の半導体含有膜がシリコン窒化膜であるため、図４のデータに基づいて規格値を３５から４５までの範囲として設定している。エッチング量判定部２３は、算出したクリーニング指数αが規格内である場合、エッチング量は適正であると判定し、クリーニング処理を完了する（図２ ステップＳ２７Ｙｅｓ）。また、算出したクリーニング指数αが規格外である場合、エッチング量は適正でないと判定する。なお、ヒータ１２による温度制御が正常であり、反応熱モニタリング用熱電対１３が正常である場合、クリーニング指数αは、規格値よりも小さい側で規格外となる。これは、反応管１１内に堆積していた半導体含有膜の量を超える熱量は発生し得ないためである。このため、本実施形態では、エッチング量は適正でないと判定した場合、エッチング量判定部２３が装置制御部２５に、追加クリーニングの実施を指示するようにしている（図２ ステップＳ２７Ｎｏ）。

図５は、図４と異なる膜厚の付着物が堆積した反応管１１に対してクリーニング処理を実施した場合のクリーニング指数αおよび温度上昇量ΔＴと、時間との関係を示す図である。図４と同様に、図５では、エッチングガス１４であるフッ素ガスおよびフッ化水素ガスの流量をいずれも２ｓｌｍとし、反応管１１内を５０ｋＰａに維持した状態でクリーニング処理を行っている。反応温度Ｔ０は、３００℃である。図５において、横軸は、図３の時刻ｔ０をゼロとした経過時間に対応する。また、図５において左縦軸は温度上昇量ΔＴに対応し、右縦軸はクリーニング指数αに対応する。図５では、クリーニング処理開始時に反応管１１に堆積していたシリコン窒化膜の膜厚が約１．０μｍである場合（以下、サンプルＣという。）の温度上昇量ΔＴを点線５１で示し、この場合のクリーニング指数αを点線５３で示している。また、クリーニング処理開始時に反応管１１に堆積していた付着物の膜厚が約０．１μｍである場合（以下、サンプルＤという。）の温度上昇量ΔＴを実線５２で示し、この場合のクリーニング指数αを実線５４で示している。

図４と同様に、エッチングガス１４の供給が開始されると式（１）に示した反応により、反応管１１内のシリコン窒化膜がエッチング除去される。また、温度上昇量ΔＴは、点線５１および実線５２に示すように、当該エッチングの過程で発生する反応熱により上昇し、ピーク温度を過ぎた後、ΔＴ＝０（反応温度Ｔ０）に収束する。クリーニング指数αは、点線５３および実線５４に示すように、エッチングの進行にともなって上昇する。しかしながら、点線５３（サンプルＣ）では、クリーニング指数αは、２０程度の値になっている。

図６は、図４および図５で示したサンプルＡ〜Ｄのクリーニング処理を実行した直後の反応管１１内でシリコン窒化膜を成膜したときの、パーティクル増加数を示す図である。ここで、パーティクル増加数とは、成膜後にウェーハ上に存在するパーティクル（０．１６μｍ径以上）の計数値から、成膜前にウェーハ上に存在したパーティクルの計数値を差し引いた値である。

図６から、クリーニング指数αが２０程度を示したサンプルＣのクリーニング後のみパーティクル増加数が著しく多いことが理解できる。これは、クリーニング処理が正常に行われなかったため、反応管１１およびウェーハボート１５の付着物が完全に除去されず、後の成膜処理時に反応管１１およびウェーハボート１５に対し、シリコン窒化膜が密着できずに膜剥れが発生し、パーティクルが増加したと推測される。本実施形態では、サンプルＣの場合のみクリーニング指数αが低いことから、このようなクリーニング処理の異常を確実に検出することができる。また、当該異常が検出されたときに、自動的に追加のクリーニング処理が実施される。

ところで、図５に示すように、サンプルＣの温度プロファイルは、ピーク温度に到達した後、反応温度Ｔ０に収束している。したがって、従来技術では、サンプルＣにおいて発生したクリーニング処理の異常を検出することはできない。

このように、本実施形態では、クリーニング指数を用いることで、適正なクリーニングが行われたか否かを従来に比べて精度よく判定することができる。また、膜剥れに起因する反応管内のパーティクル増加を確実に防止でき、製造歩留まりの低下を抑制することができる。

なお、上記では、クリーニング指数αが規格外であった場合に、自動的に追加エッチングを行う構成を説明したが、クリーニング指数αが規格外であった場合に、その旨をアラーム等の任意の手法により作業者に通知する構成であっても、同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、クリーニング指数αにより、適正なエッチングが実施されたか否かを判定する構成を説明したが、クリーニング指数αを使用することによりクリーニング処理のエッチング終点を検出することもできる。そこで、第２の実施形態では、クリーニング指数αによりエッチング終点を検出する減圧ＣＶＤ装置について説明する。

図７は、本実施形態における減圧ＣＶＤ装置を示す概略構成図である。減圧ＣＶＤ装置２０は、エッチング量判定部２３に代えて、終点検出部２６を備える点が第１の実施形態で説明した減圧ＣＶＤ装置１０と異なっている。他の構成は、第１の実施形態の減圧ＣＶＤ装置１０と同一であるため、ここでの説明は省略する。なお、終点検出部２６は、専用回路や、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウエア、および当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウエア等により実現することができる。

図８は、減圧ＣＶＤ装置２０のクリーニング処理の手順を示すフロー図である。クリーニング処理が開始されると、まず、装置制御部２５が、反応管１１内の温度が反応温度Ｔ０（図３参照）になる状態にヒータ１２の発熱量を制御する（図８ ステップＳ８１）。ここでは、反応温度Ｔ０は３００℃であり、クリーニング処理中は、ヒータ１２の発熱量は当該状態から変更されない。

反応管１１内の温度が反応温度Ｔ０で安定すると、装置制御部２５は、反応熱モニタリング部２１にその旨を通知する。当該通知を受信した反応熱モニタリング部２１は、反応熱モニタリング用熱電対１３の出力値の取得を開始する（図８ ステップＳ８２）。また、装置制御部２５は、ガス導入管１８を通じて、反応管１１へのエッチングガス１４の供給を開始する（図８ ステップＳ８３）。反応管１１内にエッチングガス１４が導入されると、上述の式（１）に示す反応によりシリコン窒化膜が分解（エッチング）される。

本実施形態では、装置制御部２５は、エッチングガス１４の供給を開始するときに、熱量算出部２２にその旨を通知する。当該通知を受信した熱量算出部２２は、所定の時間間隔で上述の式（２）により、熱量Ｑを算出する。したがって、本実施形態では、熱量算出部２２が算出する熱量Ｑは、エッチングガス１４の供給が開始された時点から、熱量を算出する時点までに、反応管１１内で発生した熱量になる。

熱量算出部２２は、熱量Ｑを算出する都度、算出した熱量Ｑを終点検出部２６に入力する。終点検出部２６は、熱量Ｑが入力される都度、入力された熱量Ｑと膜厚管理部２４から取得したクリーニング処理開始時に反応管１１内に堆積していた半導体含有膜の膜厚Ｘとにより、クリーニング指数α＝Ｑ／Ｘを算出する（図８ ステップＳ８４）。

クリーニング指数αを算出した終点検出部２６は、算出したクリーニング指数αと、予め設定されている規格値とを比較する（図８ ステップＳ８５）。ここでは、エッチング対象の半導体含有膜がシリコン窒化膜であるため、図４のデータに基づいて規格値を３５として設定している。終点検出部２６は、算出したクリーニング指数αが規格外（規格値未満）である場合、未だエッチング終点ではないと判定し、クリーニング処理を継続する（図８ ステップＳ８５Ｎｏ→Ｓ８４）。クリーニング指数αの算出および規格値との比較とを繰り返し実行する過程で、算出したクリーニング指数αが規格内（規格値以上）になった場合、終点検出部２６は、エッチング終点に到達したと判定する（図８ ステップＳ８５Ｙｅｓ）。エッチング終点に到達したと判定した場合、終点検出部２６は装置制御部２５にその旨を通知する。当該通知を受信した装置制御部２５は、エッチングガス１４の供給を停止する（図８ ステップＳ８６）。

本実施形態によれば、クリーニング指数を用いてクリーニング処理のエッチング終点を検出しているため、第１の実施形態と同様に、クリーニング処理中の反応管内のエッチング状態を従来に比べて精度よく把握することができる。これにより、エッチング終点を精度よく判定することができ、アンダーエッチングやオーバーエッチングを防止することができる。この結果、膜剥れに起因する反応管内のパーティクル増加を確実に防止でき、製造歩留まりの低下を抑制することができる。

なお、上記各実施形態では、反応熱モニタリング用熱電対を設けた構成を説明したが、上述のように、クリーニング処理中は、ヒータの発熱量は変更されない。したがって、反応熱モニタリング専用の熱電対を設けることなく、温度制御用熱電対を反応熱モニタリング用熱電対として使用する構成であってもよい。

以上説明したように、本発明によれば、反応管内の付着物を除去するエッチングの際に、反応熱量を監視するため、従来に比べて精度よく反応管内のエッチング状態を把握することができる。また、クリーニング指数を使用することで、異なる膜厚の半導体含有膜をエッチングする際でも、それぞれ最適なエッチングを行うことができる。また、クリーニング指数を使用して、エッチング終点の検出や適正なエッチングが実施されたか否かの判定を、従来に比べて精度よく行うことができる。

なお、本発明は、以上で説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、半導体含有膜の膜種や、設定温度、エッチングガス種等のエッチング条件は、上記各実施形態に限定されるものではない。また、反応熱モニタリングに使用する物理量は、温度に限らず、反応熱を示す他の物理量を使用することもできる。さらに、本発明は、減圧ＣＶＤ装置に限らず、反応管内に収容された被加工体上に、半導体含有膜を成膜する半導体製造装置に対して適用可能である。加えて、付着物の膜厚が所定膜厚になったときに、常にクリーニング処理を実施する半導体製造装置では、クリーニング指数αを算出することなく、エッチング終点の検出や適正なエッチングが実施されたか否かの判定を、熱量Ｑの値を直接使用して行うことも可能である。

本発明は、常に適正なクリーニング処理を実施できるという効果を有し、半導体製造装置および半導体製造装置のクリーニング方法として有用である。

本発明の第１の実施形態における減圧ＣＶＤ装置を示す概略構成図 本発明の第１の実施形態におけるクリーニング処理の手順を示すフロー図 クリーニング処理中の反応管内温度と時間との関係を示す模式図 クリーニング指数および温度上昇量と、時間との関係を示す図 クリーニング指数および温度上昇量と、時間との関係を示す図 クリーニング後のパーティクル増加数を示す図 本発明の第２の実施形態における減圧ＣＶＤ装置を示す概略構成図 本発明の第２の実施形態におけるクリーニング処理の手順を示すフロー図 従来の半導体製造装置のクリーニング方法を示す説明図

符号の説明

１０、２０ 減圧ＣＶＤ装置
１１ 反応管
１２ ヒータ
１３ 反応熱モニタリング用熱電対
１４ エッチングガス
１６ 温度制御用の熱電対
１８ ガス導入管（ガス供給部）
１９ ガス排気管
２１ 反応熱モニタリング部
２２ 熱量算出部
２３ エッチング量判定部
２４ 膜厚管理部（ＣＩＭサーバ）
２５ 装置制御部
２６ 終点検出部

Claims (9)

1. 被加工体上に、半導体含有膜を成膜する半導体製造装置において、
   反応管内に堆積した半導体含有膜を除去するためのエッチングガスを前記反応管に供給する手段と、
   前記反応管内に堆積した半導体含有膜とエッチングガスとの反応熱をモニタリングする手段と、
   前記モニタリングした反応熱とエッチング時間とに基づいて、エッチング中に発生した熱量を算出する手段と、
   を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記熱量が、エッチングによる温度上昇量を、エッチング時間にわたって積分することにより算出される請求項１記載の半導体製造装置。
3. 算出された熱量を、エッチング開始時に反応管内に堆積していた半導体含有膜の膜厚で除することにより、単位膜厚あたりの熱量を算出する手段をさらに備えた請求項１または２記載の半導体製造装置。
4. 前記単位膜厚あたりの熱量と予め設定された規格値とを比較することにより、エッチング量が適正であるか否かを判定する手段をさらに備えた請求項３記載の半導体製造装置。
5. 前記エッチング量が適正でない場合、追加のエッチングを実施する請求項４記載の半導体製造装置。
6. 前記単位膜厚あたりの熱量が予め設定された規格値に到達した時点をエッチング終点として検出する手段をさらに備え、
   前記エッチング終点を検出した際に、前記エッチングガスの供給を停止する請求項３記載の半導体製造装置。
7. 被加工体上に、半導体含有膜を成膜する半導体製造装置のクリーニング方法であって、
   反応管内に堆積した半導体含有膜を除去するためのエッチングガスを前記反応管に供給するステップと、
   前記反応管内に堆積した半導体含有膜とエッチングガスとの反応熱と、エッチング時間とに基づいて、エッチング中に発生した熱量を算出するステップと、
   前記算出された熱量と、エッチング開始時に反応管内に堆積していた半導体含有膜の膜厚とに基づいて、エッチング量が適正であるか否かを判定するステップと、
   を有することを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。
8. 前記エッチング量が適正でないと判定された場合、追加のエッチングを実施するステップをさらに有する請求項７記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
9. 被加工体上に、半導体含有膜を成膜する半導体製造装置のクリーニング方法であって、
   反応管内に堆積した半導体含有膜を除去するためのエッチングガスを前記反応管に供給するステップと、
   前記反応管内に堆積した半導体含有膜とエッチングガスとの反応熱と、エッチング時間とに基づいて、エッチング中に発生した熱量を算出するステップと、
   前記算出された熱量と、エッチング開始時に反応管内に堆積していた半導体含有膜の膜厚とに基づいて、エッチング終点を検出するステップと、
   エッチング終点が検出された際に、前記エッチングガスの供給を停止するステップと、
   を有することを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。

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