JP2009027104A

JP2009027104A - 薄膜形成装置の洗浄方法

Info

Publication number: JP2009027104A
Application number: JP2007191575A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Ishii; 勝利石井; Masayoshi Masunaga; 正義増永; Masahiko Tomita; 正彦冨田; Toshihiko Takahashi; 敏彦高橋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】パーティクルの発生を抑制することができる薄膜形成装置の洗浄方法を提供する。
【解決手段】薄膜形成装置の洗浄方法は、薄膜形成装置から洗浄する部品を取り外す部品取り外し工程（Ｓ１）と、取り外した部品をウエット洗浄を行う位置まで搬送する洗浄位置搬送工程（Ｓ２）と、搬送された部品の外表面に付着したアルミニウムを除去するアルミニウム除去工程（Ｓ３）と、アルミニウムが除去された部品を洗浄液を用いてウエット洗浄し、当該部品を洗浄する洗浄工程（Ｓ４）と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜形成装置の洗浄方法に関する。

半導体装置の製造工程では、熱酸化やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理により、被処理体、例えば、半導体ウエハに薄膜を形成することが広く行われている。熱酸化処理では、例えば、所定の温度及び圧力に設定された薄膜形成装置の反応管内に酸化ガスを供給して酸化ガスを活性化させ、反応管内に収容された半導体ウエハの表面を酸化させることにより、半導体ウエハの表面にシリコン酸化膜が形成される。また、ＣＶＤ処理では、例えば、所定の温度及び圧力に設定された薄膜形成装置の反応管内に成膜用ガスを供給して熱反応を起こさせ、この熱反応によって生成された反応生成物を、半導体ウエハの表面に堆積させることにより、半導体ウエハの表面に薄膜が形成される。

ところで、熱酸化処理では、薄膜形成処理を繰り返し行うと、半導体ウエハから金属、イオン等が炉内に持ち込まれ、生産性を低下させる原因となってしまう。また、ＣＶＤ処理では、生成された反応生成物が、反応管の内壁や各種の治具等の装置の内部にも堆積（付着）し、この付着物がパーティクルとなり、生産性を低下させる原因となってしまう。このため、薄膜形成処理を所定回数行った後、薄膜形成装置を洗浄する洗浄処理が行われている。

かかる洗浄処理を効率的に行う方法として、例えば、特許文献１では、所定の温度に加熱した反応管内にクリーニングガスとしてフッ素を含むガス、例えば、フッ化水素と、フッ素との混合ガスを供給して、反応管の内壁等の装置内部に付着した反応生成物を除去（ドライエッチング）する薄膜形成装置の洗浄方法が提案されている。
特開平３−２９３７２６号公報

ところで、薄膜形成装置の洗浄方法としては、ドライエッチングのようなドライ洗浄の他に、洗浄液を用いて部品を洗浄するウエット洗浄が用いられている。ウエット洗浄では、薄膜形成装置を分解し、例えば、分解した反応管のような部品を洗浄槽（洗浄液）に投入して、部品を洗浄した後、純水等で洗浄液を洗い流している。

しかし、ウエット洗浄を行う環境中には、アルミニウム（Ａｌ）のような金属が存在しており、例えば、反応管を洗浄槽に搬送する間に、反応管にアルミニウムが付着してしまう。この反応管に付着したアルミニウムが洗浄液に溶けると、アルミニウムの水酸化物（Ａｌ（ＯＨ）_３）となって再び反応管に付着してしまう。このように付着したアルミニウムの水酸化物は、純水等を用いて洗い流そうとしても除去することは困難であり、薄膜形成処理において金属汚染源となり、半導体製品の歩留りを低下させてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、アルミニウム汚染のような金属汚染を抑制することができる薄膜形成装置の洗浄方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、歩留りの低下を抑制することができる薄膜形成装置の洗浄方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の薄膜形成装置の洗浄方法は、
薄膜形成装置内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成した後、ウエット洗浄により洗浄する薄膜形成装置の洗浄方法であって、
前記薄膜形成装置から洗浄する部品を取り外す部品取り外し工程と、
前記部品取り外し工程で取り外した部品を前記ウエット洗浄を行う位置まで搬送する洗浄位置搬送工程と、
前記搬送工程で搬送された部品の外表面に付着した金属汚染物質を除去する金属汚染物質除去工程と、
前記金属汚染物質除去工程で金属汚染物質が除去された部品を洗浄液を用いてウエット洗浄するウエット洗浄工程と、
を備える、ことを特徴とする。

前記ウエット洗浄工程で洗浄された部品から前記ウエット洗浄で用いた洗浄液を除去し、当該部品の外表面を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程で外表面が乾燥された部品を前記薄膜形成装置の組立位置まで搬送する組立位置搬送工程と、
を、さらに備えることが好ましい。

前記金属汚染物質除去工程では、例えば、前記部品の外表面にワイパーをセットし、当該外表面に付着した金属汚染物質を除去する。
前記ウエット洗浄工程では、例えば、薬液を満たした洗浄槽に部品を浸漬し、当該部品を洗浄する。

前記乾燥工程では、例えば、前記ウエット洗浄工程で部品から前記薬液を純水でリンスし、リンスした部品から純水を除去する。
前記部品としては、例えば、反応管、ウエハボート、保温筒がある。
前記金属汚染物質としては、例えば、アルミニウムがある。

本発明によれば、アルミニウム汚染のような金属汚染を抑制することができる。

以下、本発明の薄膜形成装置の洗浄方法について説明する。本実施の形態では、薄膜形成装置に図１に示すバッチ式縦型の熱処理装置１を用いた場合を例に本発明の薄膜形成装置の洗浄方法について説明する。まず、洗浄の対象となる熱処理装置１について説明する。

図１に示すように、熱処理装置１は、反応室を形成する反応管２を備えている。反応管２は、例えば、長手方向が垂直方向に向けられた有天井の略円筒状に形成されている。反応管２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。

反応管２の下方には、蓋体３が配置されている。蓋体３は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体３は、ボートエレベータ４により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ４により蓋体３が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ４により蓋体３が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。

蓋体３の上部には、保温筒５が設けられている。保温筒５は、反応管２の炉口部分からの放熱による反応管２内の温度低下を防止する石英部材などで構成される蓋体３の上面から所定の高さに支持する筒状の支持体から主に構成されている。

また、保温筒５の上方には、被処理体、例えば、半導体ウエハＷを収容するウエハボート７を回転可能に載置する載置台として機能する。

ウエハボート７は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容可能に構成されている。ウエハボート７は、例えば、石英により形成されている。

また、反応管２の周囲には、例えば、ＳｉＣからなるライナー管８を介して、反応管２を取り囲むように、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ９が設けられている。この昇温用ヒータ９により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。

反応管２の下端の側面には、断熱材１０が設けられ、断熱材１０を挿通するように、複数の処理ガス導入管１１が接続されている。本実施の形態では、処理ガス導入管１１は、反応管２の下端の近傍から上端近傍まで延び、反応管２の上端近傍の側壁に挿通されている。処理ガス導入管１１は、取付部１２及び図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を介して、処理ガスの種類に応じた図示しないガス供給源に接続され、ガス供給源からの所望量の処理ガスを反応管２内に供給する。なお、図１では処理ガス導入管１１を１つだけ描いているが、例えば、ガスの種類ごとに、複数の処理ガス導入管１１が反応管２の下端近傍の側面に接続されている。

また、反応管２の下端の側面には、断熱材１０及び反応管２を挿通するように、排気口１３が設けられている。排気口１３には、取付部１４を介して排気管１５が気密に接続されている。排気管１５には、図示しないバルブ、真空ポンプ等が介設されており、反応管２内のガスを排気するとともに、反応管２内の圧力を調整する。

また、ボートエレベータ４、保温筒５、昇温用ヒータ９、図示しないＭＦＣ、バルブ、真空ポンプ等には、制御部１００が接続されている。制御部１００は、マイクロプロセッサ、プロセスコントローラ等から構成され、熱処理装置１の各部の温度、圧力等を測定し、測定データに基づいて、上記各部に制御信号等を出力し、熱処理装置１の各部を制御する。

次に、以上のように構成された熱処理装置１を例に本発明の薄膜形成装置の洗浄方法について説明する。本発明の薄膜形成装置の洗浄方法は、熱処理装置１の部品を、薬液で満たされた洗浄槽に投入する等によって部品を洗浄する、ウエット洗浄法を用いた洗浄方法である。以下、熱処理装置１の反応管２を洗浄する場合を例に説明する。図２は、熱処理装置１の洗浄方法の手順を説明するための図である。

熱処理装置１を用いて半導体ウエハＷ上に、薄膜、例えば、熱酸化膜を成膜すると、反応管２内に金属、イオンなどの汚染物が入り込み、反応管２内に汚染物が徐々に蓄積される。このため、成膜処理を所定回数行った後に、本発明の薄膜形成装置の洗浄方法を実行する。

まず、ボートエレベータ４により蓋体３を下降させ、反応管２内から半導体ウエハＷ（ウエハボート７）をアンロードした状態から、ウエット洗浄する部品を取り外す（ステップＳ１）。熱処理装置１から反応管２を取り外す場合、処理ガス導入管１１に接続されている取付部１２を取り外す。これにより、反応管２に接続された、図示しないＭＦＣ、ガス供給源等が反応管２から取り外される。また、排気口１３に接続されている取付部１４が取り外す。これにより、反応管２に接続された排気管１５等が反応管２から取り外される。さらに、取付部１２及び取付部１４付近に配置されている断熱材１０を反応管２から取り外すと、反応管２は、図２に示すように、処理ガス導入管１１及び排気口１３のみが接続された状態となる。

次に、排気管１５等を取り外した反応管２を薬液２２を満たした洗浄槽２３に搬送する（ステップＳ２）。続いて、反応管２を洗浄槽２３に投入する前に、図３に示すように、反応管２の外周に、その全周を覆う拭取材２１をセットし、反応管２を移動させ、反応管２の外周全面を拭取材２１で拭き取る（ステップＳ３）。これにより、反応管２を洗浄槽２３に投入する前に、反応管２の外周に付着した金属汚染物質、例えば、アルミニウムを除去することができる。拭取材２１としては、反応管２の外周を傷つけず、付着した金属汚染物質が除去可能な材料であればよく、例えば、ウエスや紙製のもので精密部品等の不純物の拭き取りに用いられるワイパーがある。

このように、反応管２の外周に金属汚染物質（アルミニウム）が付着したのは、反応管２を洗浄槽２３に搬送している間に、反応管２にアルミニウムが付着してしまうためである。また、アルミニウムは、水酸化物（Ａｌ（ＯＨ）_３）となると、拭取材２１等を用いた拭き取りによって除去することは困難であるが、環境中に存在しているアルミニウムが単に反応管２の外周に付着した状態であれば、拭取材２１で拭き取ることによりアルミニウムを簡単に除去することができる。このため、反応管２を洗浄槽に投入する前に拭き取り工程を実行することにより、反応管２の外周に付着したアルミニウムを簡単に除去することができる。

続いて、アルミニウムが除去された反応管２を、薬液２２を満たした洗浄槽２３に投入し、反応管２を洗浄する（ステップＳ４）。洗浄槽２３中の薬液２２は、金属、イオンなどの汚染物の種類によって適切なものを用いればよく、例えば、塩酸（ＨＣｌ）のようなハロゲン系の洗浄液が用いられる。

反応管２が洗浄されると、反応管２を洗浄槽２３から出し、例えば、純水により反応管２に付いた薬液をリンス（洗い流す）する（ステップＳ５）。

ここで、純水中のアルミニウム濃度は、１ｐｐｂ以下であることが好ましく、０．１ｐｐｂ以下であることがさらに好ましい。純水中のアルミニウム濃度が高いと、純水に含まれるアルミニウムが反応管２に付着し、これが成膜工程でのパーティクルになってしまうおそれがあるためである。

次に、反応管２を例えば、加熱したり、エアーを吹き付けたりすることにより、反応管２からリンスで用いた純水を除去する（ステップＳ６）。続いて、純水を除去した反応管２を搬送し（ステップＳ７）、反応管２をライナー管８（昇温用ヒータ９）内に収容するとともに、反応管２に断熱材１０、図示しないＭＦＣ、ガス供給源、排気管１５等の部品取り外し工程で取り外した部品を取り付け、部品を組み立てる（ステップＳ８）。

なお、本実施の形態では、反応管２から純水を除去した後に、反応管２を搬送している。このため、反応管２の搬送の間に、反応管２にアルミニウムが付着しても、アルミニウムが付着するのは反応管２の外周であり、成膜工程で金属汚染されることはなく、歩留りが低下するという問題は生じない。また、反応管２の外周に付着したアルミニウムは、水酸化物になっておらず、単に外周に付着した状態であるため、次のウエット洗浄で簡単に除去することができる。

次に、本発明の効果を確認するため、シリコンウエハと合成石英ウエハとを、洗浄槽２３に投入する前に拭取材２１で拭き取る工程を有する場合（ａ）と、有しない場合（ｂ）について、洗浄した後の薬液２２中のアルミニウムの濃度（ｐｐｂ）を測定し、さらに、この薬液２２中に浸漬させた後にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）分析により表面に付着したアルミニウムの濃度（atoms/cm²）を測定した。結果を図４に示す。図４に示すように、拭取材２１で拭き取る工程を有することにより、薬液２２中のアルミニウムの濃度が１／３０に減少していることが確認できた。また、表面に付着したアルミニウムの濃度も大きく減少していることが確認できた。

また、反応管２を洗浄した後、熱酸化により半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜を１００ｎｍ成膜した場合について、同様の測定を行った。結果を図５に示す。図５に示すように、図４のシリコンウエハの場合とほぼ同様の結果が得られることが確認できた。このため、拭取材２１で拭き取る工程を有することにより、アルミニウム汚染を抑制することができることが確認できた。また、歩留りが低下するという問題が生じなくなることが確認できた。

以上説明したように、本実施の形態によれば、反応管２を洗浄槽２３に投入する前に、その外周を拭取材２１で拭き取っているので、アルミニウム汚染のような金属汚染を抑制することができる。また、歩留りの低下を抑制することができる。

本実施の形態によれば、反応管２から純水を除去した後に、反応管２を搬送しているので、反応管２の搬送の間に、反応管２にアルミニウムが付着しても、成膜工程で金属汚染されることはなく、歩留りが低下するという問題は生じなくなる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。

上記実施の形態では、熱酸化により半導体ウエハＷ上にシリコン酸化膜を形成する薄膜形成装置の場合を例に本発明を説明したが、本発明は各種の薄膜形成装置に適用可能であり、例えば、ＣＶＤにより半導体ウエハＷ上に薄膜を形成する薄膜形成装置にも適用可能である。この場合、成膜処理によって生成される反応生成物が反応管２の内壁等に反応生成物が付着することから、洗浄槽２３中の薬液２２には、例えば、反応生成物が酸化珪素や窒化珪素の場合にはフッ素を含むフッ素系の洗浄液のように、付着している反応生成物の種類によって適切なものが用いられる。

上記実施の形態では、金属汚染物質がアルミニウムの場合を例に本発明を説明したが、金属汚染物質は、反応管２を洗浄槽２３に搬送している間に付着する金属であればよく、アルミニウムに限定されるものではない。

上記実施の形態では、反応管２を洗浄する場合を例に本発明を説明したが、ウエット洗浄により洗浄可能な部品であれば、例えば、ウエハボート７、保温筒６、処理ガス導入管１１、排気管１５のような他の部品であってもよい。また、反応管を洗浄する場合にも、例えば、反応管２から処理ガス導入管１１を更に取り外して、反応管を洗浄してもよい。

上記実施の形態では、反応管２の外周面にワイパーをセットし、外周面に付着したアルミニウムを除去する場合を例に本発明を説明したが、部品の外表面を傷つけず、付着したアルミニウムを除去できる方法であれば、他の方法を用いてもよい。

上記実施の形態では、反応管２に付いた薬液２２を純水でリンスし、リンスした反応管２から純水を除去した場合を例に本発明を説明したが、反応管２からウエット洗浄で用いた洗浄液を除去し、反応管２の外表面を乾燥可能な方法であれば、純水を用いることなく、他の方法を用いてもよい。

上記実施の形態では、薬液２２を満たした洗浄槽２３に反応管２を投入し、反応管２を洗浄する場合を例に本発明を説明したが、洗浄液を用いたウエット洗浄であればよく、他のウエット洗浄方法に適用可能である。

上記実施の形態では、薄膜形成装置として、単管構造のバッチ式熱処理装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、反応管２が内管と外管とから構成された二重管構造のバッチ式縦型熱処理装置に本発明を適用することも可能である。また、枚葉式の熱処理装置に本発明を適用することも可能である。

本発明に用いられる薄膜形成装置の一例を示す図である。本発明の薄膜形成装置の洗浄方法の手順を説明するためのフローチャートである。ウエット洗浄の一例を示す図である。拭き取り工程を有する場合と有しない場合とについて、シリコンウエハ及び石英片の洗浄後の薬液中のアルミニウムの濃度と、表面に付着したアルミニウムの濃度との関係を示すグラフである。拭き取り工程を有する場合と有しない場合とについて、シリコン酸化膜を成膜したウエハの洗浄後の薬液中のアルミニウムの濃度と、表面に付着したアルミニウムの濃度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１熱処理装置
２反応管
３蓋体
４ボートエレベータ
５保温筒
７ウエハボート
８ライナー管
９昇温用ヒータ
１０断熱材
１１処理ガス導入管
１２取付部
１３排気口
１４取付部
１５排気管
１００制御部
Ｗ半導体ウエハ

Claims

薄膜形成装置内に処理ガスを供給して被処理体に薄膜を形成した後、ウエット洗浄により洗浄する薄膜形成装置の洗浄方法であって、
前記薄膜形成装置から洗浄する部品を取り外す部品取り外し工程と、
前記部品取り外し工程で取り外した部品を前記ウエット洗浄を行う位置まで搬送する洗浄位置搬送工程と、
前記搬送工程で搬送された部品の外表面に付着した金属汚染物質を除去する金属汚染物質除去工程と、
前記金属汚染物質除去工程で金属汚染物質が除去された部品を洗浄液を用いてウエット洗浄するウエット洗浄工程と、
を備える、ことを特徴とする薄膜形成装置の洗浄方法。
前記ウエット洗浄工程で洗浄された部品から前記ウエット洗浄で用いた洗浄液を除去し、当該部品の外表面を乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程で外表面が乾燥された部品を前記薄膜形成装置の組立位置まで搬送する組立位置搬送工程と、
を、さらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
前記金属汚染物質除去工程では、前記部品の外表面にワイパーをセットし、当該外表面に付着した金属汚染物質を除去する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
前記ウエット洗浄工程では、薬液を満たした洗浄槽に部品を浸漬し、当該部品を洗浄する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
前記乾燥工程では、前記ウエット洗浄工程で部品から前記薬液を純水でリンスし、リンスした部品から純水を除去する、ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
前記部品が反応管、ウエハボート、または、保温筒である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。
前記金属汚染物質がアルミニウムである、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の薄膜形成装置の洗浄方法。