JP2020053468A - クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
(a)基板に対する処理を行った後の第1温度とした処理容器内へ、フッ素系ガスを含む第1ガスを第1流量で供給し排気して、前記処理容器内に付着した物質を除去する工程と、
(b)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第2温度とした前記処理容器内へ、前記第2温度下ではフッ素と化学的に反応しない第2ガスを前記第1流量および第3流量のそれぞれよりも高い第2流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を物理的に脱離させて除去する工程と、
(c)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第3温度とした前記処理容器内へ、前記第3温度下でフッ素と化学的に反応する第3ガスを前記第3流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を化学的に脱離させて除去する工程と、
を行わせることで、前記処理容器内をクリーニングする技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図4を参照しながら説明する。
図1に示すように、処理炉202は加熱機構(温度調整部)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ207は、ガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ200上に膜を形成する基板処理シーケンス例、すなわち、成膜シーケンス例について説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
処理容器内のウエハ200に対して原料としてHCDSガスを供給するステップ1と、処理容器内のウエハ200に対して反応体としてNH3ガスを供給するステップ2と、を非同時に行うサイクルを所定回数行うことで、ウエハ200上に、膜として、SiおよびNを含む膜であるシリコン窒化膜(SiN膜)を形成する。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)されると、シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内へ搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ246によって真空排気(減圧排気)される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される。また、処理室201内のウエハ200が所望の温度となるように、ヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構267によるウエハ200の回転を開始する。処理室201内の排気、ウエハ200の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
その後、次のステップ1,2を順次実行する。
このステップでは、処理容器内のウエハ200に対してHCDSガスを供給する(HCDSガス供給ステップ)。具体的には、バルブ243aを開き、ガス供給管232a内へHCDSガスを流す。HCDSガスは、MFC241aにより流量調整され、ノズル249aを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対してHCDSガスが供給される。このとき、バルブ243e,243fを開き、ノズル249a,249bを介して処理室201内へN2ガスを供給するようにしてもよい。
HCDSガス供給流量:0.01〜2slm、好ましくは0.1〜1slm
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜10slm
各ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理温度:250〜800℃、好ましくは400〜700℃
処理圧力:1〜2666Pa、好ましくは67〜1333Pa
が例示される。
ステップ1が終了した後、処理容器内のウエハ200、すなわち、ウエハ200上に形成された第1層に対してNH3ガスを供給する(NH3ガス供給ステップ)。具体的には、バルブ243bを開き、ガス供給管232b内へNH3ガスを流す。NH3ガスは、MFC241bにより流量調整され、ノズル249bを介して処理室201内へ供給され、排気口231aより排気される。このとき、ウエハ200に対してNH3ガスが供給される。このとき、バルブ243e,243fを開き、ノズル249a,249bを介して処理室201内へN2ガスを供給してもよい。
NH3ガス供給流量:0.1〜10slm
N2ガス供給流量(ガス供給管毎):0〜2slm
NH3ガス供給時間:1〜120秒、好ましくは1〜60秒
処理圧力:1〜4000Pa、好ましくは1〜3000Pa
が例示される。他の処理条件は、ステップ1における処理条件と同様な処理条件とする。
上述したステップ1,2を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(m回、mは1以上の整数)行うことにより、ウエハ200上に、所定組成および所定膜厚のSiN膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、上述のサイクルを1回行う際に形成される第2層の厚さを所望の膜厚よりも薄くし、第2層を積層することで形成されるSiN膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
成膜ステップが終了した後、ノズル249a,249bのそれぞれからパージガスとしてのN2ガスを処理室201内へ供給し、排気口231aから排気する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物が処理室201内から除去される(アフターパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口される。そして、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態でマニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出(ボートアンロード)される。ボートアンロードの後は、シャッタ219sが移動させられ、マニホールド209の下端開口がOリング220cを介してシャッタ219sによりシールされる(シャッタクローズ)。処理済のウエハ200は、反応管203の外部に搬出された後、ボート217より取り出される(ウエハディスチャージ)。
上述の基板処理を行うと、処理容器の内部、例えば、反応管203の内壁、ノズル249a,249bの表面、ボート217の表面等に、SiN膜等の薄膜を含む堆積物が累積する。すなわち、この薄膜を含む堆積物が、成膜温度に加熱された処理室201内の部材の表面等に付着して累積する。そこで、本実施形態では、処理容器内に累積した堆積物の量、すなわち、累積膜厚が、堆積物に剥離や落下が生じる前の所定の量(厚さ)に達したところで、処理容器内をクリーニングする。
基板としてのウエハ200に対する処理を行った後の第1温度とした処理容器内へ、フッ素系ガスを含む第1ガスを第1流量で供給し排気して、処理容器内に付着した物質、すなわち、上述の堆積物を除去するステップAと、
ステップAを行った後の第1温度よりも高い第2温度とした処理容器内へ、第2温度下ではフッ素と化学的に反応しない第2ガスを第1流量および後述の第3流量のそれぞれよりも高い第2流量で供給し排気して、処理容器内の残留フッ素を物理的に脱離させて除去するステップBと、
ステップAを行った後の第1温度よりも高い第3温度とした処理容器内へ、第3温度下でフッ素と化学的に反応する第3ガスを第3流量で供給し排気して、処理容器内の残留フッ素を化学的に脱離させて除去するステップCと、
を行う。
シャッタ開閉機構115sによりシャッタ219sが移動させられて、マニホールド209の下端開口が開放される(シャッタオープン)。その後、空のボート217、すなわち、ウエハ200を装填していないボート217が、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ246によって真空排気される。また、処理室201内が所望の第1温度となるように、ヒータ207によって加熱される。このとき、処理室201内の部材、すなわち、反応管203の内壁、ノズル249a,249bの表面、ボート217の表面等も、第1温度に加熱される。また、回転機構267によるボート217の回転を開始する。真空ポンプ246の稼働、処理室201内の加熱、ボート217の回転は、後述するステップA〜Cが完了するまでの間は継続して行われる。ボート217は回転させなくてもよい。
処理室201内の圧力、温度がそれぞれ安定した後、ステップAを開始する。本ステップでは、第1温度とした処理容器内へ、F2ガスおよびNOガスを第1流量で供給し排気する。具体的には、バルブ243c,243dを開き、ガス供給管232c内へF2ガスを、ガス供給管232d内へNOガスを、それぞれ流す。F2ガス、NOガスは、それぞれ、MFC241c,241dにより流量調整され、ガス供給管232a,232b、ノズル249a,249bを介して処理室201内へ供給される。このとき同時にバルブ243e,243fを開き、ノズル249a,249bを介して処理室201内へN2ガスを供給してもよい。
F2ガス供給流量(第1流量):0.5〜10slm
NOガス供給流量(第1流量):0.5〜10slm
N2ガス供給流量:0.01〜20slm
各ガス供給時間:1〜60分、好ましくは10〜20分
処理温度(第1温度):100〜500℃、好ましくは250〜350℃
処理圧力(第1圧力):1333〜40000Pa、好ましくは1333〜16665Pa
が例示される。
所定の時間が経過し、処理容器内からの堆積物の除去が完了した後、バルブ243c,243dを閉じ、処理室201内へのF2ガス、NOガスの供給をそれぞれ停止する。そして、ステップ1のパージステップと同様の処理手順により、処理室201内に残留するガス等を処理室201内から排除する(パージステップ)。
本ステップでは、第1温度よりも高い第2温度とした処理容器内へ、第2温度下ではフッ素と化学的に反応しないN2ガスを上述の第1流量および後述の第3流量のそれぞれよりも高い第2流量で供給し排気する。具体的には、バルブ243e,243fを開き、ガス供給管232e,232f内へN2ガスをそれぞれ流す。N2ガスは、MFC241e,241fにより流量調整され、ガス供給管232a,232b、ノズル249a,249bを介して処理室201内へ供給される(大流量N2パージ)。なお、ここでいう第2流量とは、処理容器内へ供給するN2ガスの総流量、すなわち、ノズル249a,249bを介して供給されるN2ガスの合計流量のことである。
N2ガス供給流量(第2流量):5〜50slm
N2ガス供給時間:1〜300分、好ましくは30〜120分
処理温度(第2温度):500〜800℃
処理圧力(第2圧力):13〜1333Pa
が例示される。
本ステップでは、第1温度よりも高い第3温度とした処理容器内へ、第3温度下でフッ素と化学的に反応するNOガスを第3流量で供給し排気する。具体的には、バルブ243dを開き、ガス供給管232d内へNOガスを流す。NOガスは、MFC241dにより流量調整され、ガス供給管232b、ノズル249bを介して処理室201内へ供給される(NOパージ)。
NOガス供給流量(第3流量):0.01〜10slm
NOガス供給時間:1〜120分、好ましくは30〜60分
処理温度(第3温度):500〜750℃
処理圧力(第3圧力):13〜2000Pa
が例示される。
ステップA〜Cが終了した後、上述の基板処理工程におけるアフターパージと同様の処理手順により、処理室201内をパージする(アフターパージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口される。そして、空のボート217が、マニホールド209の下端から反応管203の外部へ搬出される(ボートアンロード)。これら一連の工程が終了すると、上述の基板処理工程が再開される。
なお、上述の基板処理工程を再開する前に、ステップCを行った後の第4温度とした処理容器内に、ウエハ200に対する処理、すなわち、上述の基板処理工程の成膜ステップと同様の処理を行い、処理容器内の部材の表面に、SiおよびNを含むプリコート層(SiN層)を形成するのが好ましい(プリコート)。この処理は、クリーニング処理を施した後の空のボート217を処理容器内に収容した状態で行うのが好ましい。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果が得られる。
クリーニング処理は、上述の態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。これらの変形例は任意に組み合わせることができる。特に説明がない限り、各変形例の各ステップにおける処理手順、処理条件は、上述の態様に示す各ステップにおける処理手順、処理条件と同様とすることができる。
ステップBでは、処理容器内へN2ガスを供給するステップと、処理容器内へのN2ガスの供給を停止した状態で、処理容器内を排気(真空排気、真空引き)するステップと、を交互に複数回繰り返すようにしてもよい。すなわち、ステップBでは、処理容器内へ大流量のN2ガスを間欠的に供給し、処理容器内をサイクルパージするようにしてもよい。
N2ガス供給時間:10〜300秒/サイクル、好ましくは60〜120秒/サイクル
真空排気時間:10〜300秒/サイクル、好ましくは60〜120秒/サイクル
サイクル数:1〜300回、好ましくは30〜120回
最小圧力:13〜30Pa
最大圧力:30〜1333Pa
が例示される。他の処理条件は、上述の態様のステップBにおける処理条件と同様とすることができる。
ステップBおよびステップCを交互に複数回繰り返すようにしてもよい。本変形例においても、図4を用いて説明した上述のクリーニング処理と同様の効果が得られる。また、本変形例によれば、処理容器内の残留フッ素をより効果的に除去することが可能となり、結果として、上述のダウンタイムをさらに短縮させることが可能となる。
ステップBおよびステップCを交互に複数回繰り返すようにしつつ、これらのステップを交互に複数回繰り返す際に、ステップBの実施時間に対するステップCの実施時間の割合を変化させるようにしてもよい。例えば、ステップBおよびステップCを交互に複数回繰り返す際に、ステップBの実施時間TBに対するステップCの実施時間TCの割合(TC/TB)を徐々に増加させるようにしてもよい。すなわち、ステップBおよびステップCを交互に複数回繰り返す際に、残留フッ素を化学的に脱離させて除去する割合を徐々に増加させるようにしてもよい。
ステップBをステップCを行った後に行うようにしてもよい。すなわち、ステップA,CおよびBをこの順に連続的行うようにしてもよい。本変形例においても、図4を用いて説明した上述のクリーニング処理と略同様の効果が得られる。ただし、上述したように、ステップA,BおよびCをこの順に行う方が、処理容器内からの残留フッ素の除去効率が高く、また、ガスコストの増加を抑えることが可能となる点で、有利である。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下、好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
(a)基板に対する処理を行った後の第1温度とした処理容器内へ、フッ素系ガスを含む第1ガスを第1流量で供給し排気して、前記処理容器内に付着した物質を除去する工程と、
(b)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第2温度とした前記処理容器内へ、前記第2温度下ではフッ素と化学的に反応しない第2ガスを前記第1流量および第3流量のそれぞれよりも高い第2流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を物理的に脱離させて除去する工程と、
(c)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第3温度とした前記処理容器内へ、前記第3温度下でフッ素と化学的に反応する第3ガスを前記第3流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を化学的に脱離させて除去する工程と、
を有する前記処理容器内のクリーニング方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
(c)における前記処理容器内の圧力を、(b)における前記処理容器内の圧力よりも大きくする。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
(c)を、(b)を行った後に行う。すなわち、(a)を行った後に(b)を行い、(b)を行った後に(c)を行う。つまり、(a)、(b)、および(c)をこの順に連続的に行う。
付記3に記載の方法であって、好ましくは、
(c)を、前記処理容器内の温度が前記第3温度に安定化した後に行う。
付記1〜4のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(c)では、(b)で除去しきれなかった残留フッ素を脱離させて除去する。
付記1〜5のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2温度と前記第3温度とを同一温度とする。
付記1〜6のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(d)(c)を行った後の第4温度とした前記処理容器内に対し、前記基板に対する処理と同様の処理を行う工程を更に有し、前記第2温度と前記第3温度と前記第4温度とを同一温度とする。
付記1〜7のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(b)では、前記処理容器内へ前記第2ガスを供給する工程と、前記処理容器内を排気(真空排気、真空引き)する工程と、を交互に複数回繰り返す。
付記1〜8のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記第2ガスは不活性ガスを含み、前記第3ガスは酸化窒素系ガスを含む。
付記9に記載の方法であって、好ましくは、
前記第1ガスは酸化窒素系ガスを更に含む。
付記1〜10のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
前記酸化窒素系ガスは、一酸化窒素(NO)ガスを含む。
付記1〜11のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(b)および(c)を交互に複数回繰り返す。
付記12に記載の方法であって、好ましくは、
(b)および(c)を交互に複数回繰り返す際に、(b)の実施時間に対する(c)の実施時間の割合を変化させる。例えば、(b)の実施時間に対する(c)の実施時間の割合を徐々に増加させる。すなわち、残留フッ素を化学的に脱離させて除去する割合を徐々に増加させる。
付記1〜13のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)、(b)、および(c)を、ノンプラズマの雰囲気下で行う。
付記1〜14のいずれか1項に記載の方法であって、好ましくは、
(a)、(b)、および(c)を、前記処理容器内の雰囲気に、プラズマエネルギーを付加することなく、熱エネルギーを付加することで行う。
本発明の他の態様によれば、
処理容器内で基板に対する処理を行う工程と、
前記処理容器内をクリーニングする工程と、
を有し、前記処理容器内をクリーニングする工程は、付記1の各工程を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
基板が処理される処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内へ第1ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理容器内へ第2ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理容器内へ第3ガスを供給する第3ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
付記1の各処理(各工程)を行わせることで、前記処理容器内をクリーニングするように、前記ヒータ、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、前記第3ガス供給系、および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
本発明の更に他の態様によれば、
基板処理装置の処理容器内において、
付記1における各手順(各工程)をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム、または、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
Claims (5)
- (a)基板に対する処理を行った後の第1温度とした処理容器内へ、フッ素系ガスを含む第1ガスを第1流量で供給し排気して、前記処理容器内に付着した物質を除去する工程と、
(b)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第2温度とした前記処理容器内へ、前記第2温度下ではフッ素と化学的に反応しない第2ガスを前記第1流量および第3流量のそれぞれよりも高い第2流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を物理的に脱離させて除去する工程と、
(c)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第3温度とした前記処理容器内へ、前記第3温度下でフッ素と化学的に反応する第3ガスを前記第3流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を化学的に脱離させて除去する工程と、
を有する前記処理容器内のクリーニング方法。 - (c)における前記処理容器内の圧力を、(b)における前記処理容器内の圧力よりも大きくする請求項1に記載のクリーニング方法。
- 処理容器内で基板に対する処理を行う工程と、
前記処理容器内をクリーニングする工程と、
を有し、前記処理容器内をクリーニングする工程は、
(a)前記基板に対する処理を行った後の第1温度とした処理容器内へ、フッ素系ガスを含む第1ガスを第1流量で供給し排気して、前記処理容器内に付着した物質を除去する工程と、
(b)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第2温度とした前記処理容器内へ、前記第2温度下ではフッ素と化学的に反応しない第2ガスを前記第1流量および第3流量のそれぞれよりも高い第2流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を物理的に脱離させて除去する工程と、
(c)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第3温度とした前記処理容器内へ、前記第3温度下でフッ素と化学的に反応する第3ガスを前記第3流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を化学的に脱離させて除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 基板が処理される処理容器と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内へ第1ガスを供給する第1ガス供給系と、
前記処理容器内へ第2ガスを供給する第2ガス供給系と、
前記処理容器内へ第3ガスを供給する第3ガス供給系と、
前記処理容器内を排気する排気系と、
(a)基板に対する処理を行った後の第1温度とした前記処理容器内へ、フッ素系ガスを含む前記第1ガスを第1流量で供給し排気して、前記処理容器内に付着した物質を除去する処理と、(b)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第2温度とした前記処理容器内へ、前記第2温度下ではフッ素と化学的に反応しない前記第2ガスを前記第1流量および第3流量のそれぞれよりも高い第2流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を物理的に脱離させて除去する処理と、(c)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第3温度とした前記処理容器内へ、前記第3温度下でフッ素と化学的に反応する前記第3ガスを前記第3流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を化学的に脱離させて除去する処理と、を行わせることで、前記処理容器内をクリーニングするように、前記ヒータ、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、前記第3ガス供給系、および前記排気系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - (a)基板に対する処理を行った後の第1温度とした基板処理装置の処理容器内へ、フッ素系ガスを含む第1ガスを第1流量で供給し排気して、前記処理容器内に付着した物質を除去する手順と、
(b)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第2温度とした前記処理容器内へ、前記第2温度下ではフッ素と化学的に反応しない第2ガスを前記第1流量および第3流量のそれぞれよりも高い第2流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を物理的に脱離させて除去する手順と、
(c)(a)を行った後の前記第1温度よりも高い第3温度とした前記処理容器内へ、前記第3温度下でフッ素と化学的に反応する第3ガスを前記第3流量で供給し排気して、前記処理容器内の残留フッ素を化学的に脱離させて除去する手順と、
を行わせることで、前記処理容器内をクリーニングする手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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