JP3309910B2

JP3309910B2 - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP3309910B2
Application number: JP35122799A
Authority: JP
Inventors: 正史市川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2002-07-29
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: JP2001168089A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置及び
半導体製造方法に関し、特に、ウェハー製造後にプロセ
スガスラインに付着した反応副生成物を除去するための
装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体製造装置、特に、ＣＶＤや
エッチングを行う装置においては、ウェハーの処理を重
ねることにより、その処理室内に付着する反応副生成物
が増加し、その後、圧力変動やプラズマ発生等の影響に
よりその反応副生成物が剥がれ、パーティクルとして付
着し、半導体装置の歩留まりや信頼性が劣化するという
問題が生じている。

【０００３】一般的には、処理室内に反応副生成物を除
去するためのガスを導入し、処理室内の温度や処理室内
で発生したプラズマを利用することにより、そのような
反応副生成物を除去している。

【０００４】しかしながら、処理室内に導入した反応副
生成物を除去するガスにより反応副生成物を除去できる
のは、反応副生成物を除去するための充分な温度やプラ
ズマ等のエネルギーがある領域に限られる。処理室内に
おけるそのような領域は、多くの場合、処理室内におい
て処理を実施するためにウェハーが載置される領域に限
られる。

【０００５】従って、そのような領域以外の領域におい
ては、反応副生成物が残留してしまうという問題が新た
に生じる。この残留した反応副生成物は、ウェハーの処
理枚数が少ない場合はその量が少なく、かつ、密着性が
良好であるため、パーティクルとしてウェハー表面上で
検出されることは少ない。

【０００６】しかしながら、ウェハーの処理枚数が多く
なるにつれて、パーティクルの量は増加する。これらの
パーティクルは処理室内の圧力変動やプラズマ発生その
他の種々の原因により処理室内において剥がれ、パーテ
ィクルとしてウェハーに付着することになる。

【０００７】具体的に、反応副生成物の除去が不可能な
領域は、（１）プロセスガスラインが処理室に接する箇
所、（２）排気配管が処理室に接する箇所、（３）処理
室の隅、の３つに代表される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このうち、（２）排気
配管が処理室に接する箇所に関しては、実開平６−３４
２３６号公報において示されているように、排気配管に
エッチングガスラインとプラズマ発生手段とを設けるこ
とにより、排気配管が処理室に接する箇所における反応
副生成物を除去することができる。

【０００９】しかしながら、この方法によると、エッチ
ングガスラインとプラズマ発生手段とを新たに設ける必
要があるため、半導体製造装置全体のサイズが大きくな
るとともに、部品点数も増加し、装置コストが高くなる
という問題がある。

【００１０】また、（３）処理室の隅に関しては、処理
室内の温度やプラズマを制御することにより、処理室の
隅に生じた反応副生成物を除去することができる。

【００１１】さらに、（１）プロセスガスラインが処理
室へ接する箇所に関しては、プロセスガスラインはウェ
ハーを処理するために必要なプロセスガスが供給される
ラインであることから、このプロセスガスラインに反応
副生成物が付着し、残留すると、パーティクル発生に直
結するため、この箇所における反応副生成物は必ず除去
しなければならない。

【００１２】しかしながら、プロセスガスラインはその
構造が複雑であることから、前述の（２）対する対策で
あるエッチングガスライン及びプラズマ発生手段の増
設、あるいは、前述の（３）に対する対策である温度や
プラズマの制御を行うことは非常に困難な箇所である。

【００１３】このため、従来は、半導体製造装置の稼働
を停止し、プロセスガスラインを外してから反応副生成
物を除去するという方法が採用されていた。この結果、
半導体製造装置の稼働率が下がるだけでなく、反応副生
成物を除去するまでの間、反応副生成物が付着した状態
でウェハーの処理を行うため、パーティクルの発生が避
けられない状態であった。

【００１４】また、特開平３−２５９２３号公報は、プ
ロセスガスライン内を洗浄するための薬液や純水の導入
及び排液手段を備える半導体製造装置を提案している。

【００１５】しかしながら、このような薬液や純水の導
入及び排液手段を設けると、半導体製造装置のサイズが
大きくなるとともに、半導体製造装置の構造が複雑にな
ることを避けられない。加えて、プロセスガスラインを
洗浄した後に、プロセスガスラインを完全に乾燥させる
ための乾燥手段を必要とするため、より一層の半導体製
造装置のサイズの増大と構造の複雑さの増加を免れな
い。また、プロセスガスラインの洗浄に使用した薬液の
乾燥に要する時間も小さくないため、半導体製造装置の
稼働効率の低下を避けることもできない。

【００１６】また、特許第２６７０５１５号公報は、プ
ロセスガスラインを内管と外管の二重構造とした半導体
製造装置を提案している。プロセスガスは、内管を介し
て処理室に導入され、外管を介して処理室から排気され
る。

【００１７】しかしながら、このように、プロセスガス
ラインを二重管構造とすると、もともと複雑な構造であ
るプロセスガスラインの構造上の複雑さが一層増加す
る。加えて、内管の内壁に反応副生成物が堆積すること
は、結局、避けられない。

【００１８】本発明はこのような従来の方法における問
題点に鑑みてなされたものであり、プロセスガスライン
を外すことなく、プロセスガスラインの構造上の複雑さ
を増すことなく、かつ、半導体製造装置の稼働率を低下
させことなく、プロセスガスラインが処理室に接する箇
所における反応副生成物を除去することができる半導体
製造装置及び反応副生成物除去方法を提供することを目
的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明のうち、請求項１は、ウェハーの処理を行う
処理室と、プロセスガスを前記処理室内に流すプロセス
ガスラインと、前記処理室内に残留している前記プロセ
スガスを除去するためにプロセスガスパージ用ガスを前
記処理室内に流すプロセスガスパージ用ガスラインと、
前記処理室内のガスを前記処理室外に排気させる排気手
段と、からなる半導体製造装置において、前記プロセス
ガスラインと前記排気手段とを接続するパージ用ガス排
気ラインと、前記プロセスガスラインと前記パージ用ガ
ス排気ラインとの間を開閉する制御バルブとを備える半
導体製造装置を提供する。

【００２０】本請求項に係る半導体製造装置によれば、
プロセスガスパージ用ガスラインから処理室に流入され
たプロセスガスパージ用ガスは処理室からプロセスガス
ラインに流される。次いで、プロセスガスパージ用ガス
はパージ用ガス排気ラインを介して排気手段（例えば、
真空ポンプ）により処理室外へ排気される。プロセスガ
スパージ用ガスはプロセスガスラインを通過する際に、
プロセスガスラインに付着した反応副生成物を除去す
る。

【００２１】このように、本請求項に係る半導体製造装
置によれば、一本のパージ用ガス排気ラインを追加する
だけで、プロセスガスラインの構造上の複雑さを増すこ
となく、プロセスガスラインに付着した反応副生成物を
除去することができる。

【００２２】また、本請求項に係る半導体製造装置によ
れば、半導体製造装置の稼働を一旦停止させる必要はな
く、また、プロセスガスラインを取り外す必要もないた
め、半導体製造装置の稼働率を低下させることはない。

【００２３】請求項２に記載されているように、本半導
体製造装置は、プロセスガスパージ用ガスが、反応副生
成物を除去することができる条件を備えるように、プロ
セスガスパージ用ガスを処理するプロセスガスパージ用
ガス処理手段をさらに備えることが好ましい。

【００２４】プロセスガスパージ用ガス処理手段は、例
えば、請求項３に記載されているように、ヒーターから
構成される。

【００２５】このヒーターにより、反応副生成物の除去
に必要な温度までプロセスガスパージ用ガスを昇温さ
せ、昇温後のプロセスガスパージ用ガスをプロセスガス
ラインに通すことにより、反応副生成物を除去すること
ができる。

【００２６】あるいは、プロセスガスパージ用ガス処理
手段は、例えば、請求項４に記載されているように、プ
ラズマ発生装置から構成される。

【００２７】プラズマ発生装置によりプラズマを発生さ
せ、このプラズマにより、プロセスガスパージ用ガスか
ら、反応副生成物の除去に必要な元素を解離させる。こ
の元素をプロセスガスラインに流すことにより、プロセ
スガスラインに付着した反応副生成物を除去することが
できる。

【００２８】本半導体製造装置においては、除去すべき
反応副生成物の種類は問わない。また、除去すべき反応
副生成物の種類に応じて、プロセスガスパージ用ガスの
種類が決定される。例えば、請求項５に記載されている
ように、最も一般的な反応副生成物はＮＨ₄Ｃｌであ
り、この反応副生成物としてのＮＨ₄Ｃｌを除去する場
合には、プロセスガスパージ用ガスとしてＮ₂ガスが選
択される。

【００２９】請求項６は、ウェハーの処理を行う処理室
内にプロセスガスを流すプロセスガスラインに付着した
反応副生成物を除去する方法であって、前記処理室内に
残留した前記プロセスガスをパージするために前記処理
室内に導入されるパージ用ガスに対して、前記反応副生
成物の除去に必要な条件を与える第一の過程と、前記パ
ージ用ガスを前記プロセスガスライン内において逆流さ
せる第二の過程と、を備えることを特徴とする、プロセ
スガスラインに付着した反応副生成物を除去する方法を
提供する。

【００３０】本方法によれば、先ず、反応副生成物の除
去に必要な条件がパージ用ガスに与えられ、このパージ
用ガスがプロセスガスラインに流される。これにより、
プロセスガスラインに付着した反応副生成物を除去する
ことができる。

【００３１】第一の過程は、請求項７に記載されている
ように、例えば、パージ用ガスを所定の温度に加熱する
過程であり、この場合の所定の温度は、例えば、請求項
８に記載されているように、パージ用ガスが、処理室を
通過し、プロセスガスラインに付着している反応副生成
物に到達したときに、反応副生成物を除去し得る温度に
達しているような温度である。

【００３２】例えば、反応副生成物がＮＨ₄Ｃｌである
場合には、ＮＨ₄Ｃｌは約摂氏１５０度の温度で昇華す
ることがわかっているため、パージ用ガス（例えば、窒
素ガス）が反応副生成物としてのＮＨ₄Ｃｌに到達した
ときに、約摂氏１５０度の温度になっているように、パ
ージ用ガスを加熱する。

【００３３】請求項９に記載されているように、第一の
過程は、プラズマを発生させ、パージ用ガスから、反応
副生成物の除去に必要な元素を解離させる過程として構
成することができる。

【００３４】例えば、パージ用ガスとしてＮＦ₃又はＣ₂
Ｆ₆を用いる場合、プラズマによって、これらのパージ
用ガスからフッ素（Ｆ）が解離される。このフッ素がプ
ロセスガスラインを通過することにより、プロセスガス
ラインに付着した反応副生成物を除去することができ
る。

【００３５】請求項１０に記載されているように、反応
副生成物がＮＨ₄Ｃｌである場合には、パージ用ガスと
してＮ₂ガスを選択することができる。。

【００３６】請求項１１は、ウェハーの処理を行う処理
室内の温度を反応副生成物の除去に必要な除去可能温度
に設定する第一の過程と、前記反応副生成物を除去する
ための反応副生成物除去用ガスを前記処理室内に導入す
る第二の過程と、前記反応副生成物除去用ガスを、プロ
セスガスを前記処理室内に流すプロセスガスラインを介
して、排気し、前記プロセスガスラインに付着した前記
反応副生成物を除去する第三の過程と、からなるプロセ
スガスライン内の反応副生成物を除去する方法を提供す
る。

【００３７】本方法によれば、先ず、反応副生成物除去
用ガスが反応副生成物の除去に必要な温度まで昇温さ
れ、次いで、昇温された反応副生成物除去用ガスがプロ
セスガスラインに流される。これにより、プロセスガス
ラインに付着した反応副生成物を除去することができ
る。

【００３８】請求項１２に記載されているように、前記
除去可能温度としては、前記反応副生成物除去用ガス
が、前記処理室を通過し、前記プロセスガスラインに付
着している前記反応副生成物に到達したときに、前記反
応副生成物を除去し得る温度に達しているような温度が
選定される。

【００３９】請求項１３に記載されているように、反応
副生成物除去用ガスをプロセスラインを介して排気する
量は反応副生成物の付着状態に応じて決定される。

【００４０】請求項１４は、ウェハーの処理を行う処理
室内に、反応副生成物を除去するための反応副生成物除
去用ガスを導入する第一の過程と、前記処理室内におい
て、前記反応副生成物の除去に適したプラズマを発生さ
せる第二の過程と、前記反応副生成物除去用ガスを、プ
ロセスガスを前記処理室内に流すプロセスガスラインを
介して、排気し、前記プロセスガスラインに付着した前
記反応副生成物を除去する第三の過程と、からなるプロ
セスガスライン内の反応副生成物を除去する方法を提供
する。

【００４１】本方法によれば、先ず、反応副生成物に対
応したプラズマを発生させ、このプラズマにより、プロ
セスガスパージ用ガスから、反応副生成物の除去に必要
な元素を解離させる。この元素をプロセスガスラインに
流すことにより、プロセスガスラインに付着した反応副
生成物を除去することができる。

【００４２】請求項１５に記載されているように、反応
副生成物がＮＨ₄Ｃｌである場合には、反応副生成物除
去用ガスとしてＮ₂ガスを選択することができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第一の実施形態
に係る、プロセスガスラインに付着した反応副生成物を
除去する方法のフローチャートである。図１に示したフ
ローチャートは、減圧ＣＶＤ法によりＳｉ₃Ｎ₄膜を形成
する場合、プロセスガスラインに付着する反応副生成物
であるＮＨ₄Ｃｌを除去する場合を想定したものであ
る。図１のフローチャートに示した手順を以下に説明す
る。

【００４４】ウェハー上におけるＳｉ₃Ｎ₄膜の成膜が終
了し、プロセスガスラインに反応副生成物であるＮＨ₄
Ｃｌが付着した状態で半導体装置がスタンバイしている
（ステップ１０１）。

【００４５】ＮＨ₄Ｃｌは、特に圧力は問わない真空状
態の下において、約１５０℃の温度をかけることで昇華
することがわかっているため、この特性を利用し、以下
のように、反応副生成物であるＮＨ₄Ｃｌを除去する。

【００４６】まず、処理室を反応副生成物であるＮＨ₄
Ｃｌを除去するために適切な温度に設定し、処理室内の
温度がその適切な温度に安定するのを待つ（ステップ１
０２）。

【００４７】この適切な温度とは、プロセスガスを処理
室内からパージするためのＮ₂ガスが処理室を通り、プ
ロセスガスラインの反応副生成物が付着している箇所に
到達したときに、ＮＨ₄Ｃｌの除去可能温度である約１
５０℃に達しているような温度である。

【００４８】処理室内の温度が安定するまでの間に処理
室を閉空間にし、処理室内を真空状態にしておく（ステ
ップ１０３）。

【００４９】その後、排気側より反応副生成物であるＮ
Ｈ₄Ｃｌを除去するためのガス、この場合、Ｎ₂ガスを処
理室内に導入する。ＮＨ₄Ｃｌは、ガスの反応性を利用
することなく、高温にさらすだけで昇華し、除去するこ
とができるため、成膜後の処理室のパージに使用するＮ
₂ガスをＮＨ₄Ｃｌ除去用のガスとして用いることにす
る。

【００５０】Ｎ₂ガスを、処理室を介して、プロセスガ
スラインへ流し、真空ポンプへ排気する。この時、Ｎ₂
ガスは処理室を通ることにより約１５０℃の温度に高温
化されるので、プロセスガスラインの反応副生成物であ
るＮＨ₄Ｃｌを除去することができる（ステップ１０
４）。

【００５１】Ｎ₂ガスをプロセスガスラインに導入して
いる時間はＮＨ₄Ｃｌを完全に除去することができる時
間としなければならない。当然、反応副生成物の付着状
態により、その時間は異なるため、それに対応できる時
間を設定する必要がある。

【００５２】反応副生成物であるＮＨ₄Ｃｌを除去した
後、処理室の圧力を大気圧に復帰させ、半導体製造装置
をスタンバイ状態に戻し、次のウェハー処理に備える
（ステップ１０５）。

【００５３】次いで、図２及び図３を参照して、本発明
の一実施形態に係る半導体製造装置を説明する。図２は
本発明の一実施形態に係るバッチ式減圧ＣＶＤ装置の断
面図であり、図３は図２に示したバッチ式減圧ＣＶＤ装
置のウェハー処理に関するフローチャートである。

【００５４】図１のステップ１０１に示したように、ウ
ェハー上におけるＳｉ₃Ｎ₄膜の成膜が終了し、プロセス
ガスラインに反応副生成物であるＮＨ₄Ｃｌが付着した
状態で、図２に示す半導体製造装置２０がスタンバイし
ているものとする。

【００５５】図２に示す半導体製造装置２０は、インナ
ー管３と、インナー管３の周囲を囲み、インナー管３と
の間に、ガスを流すための空間２ａを形成しているアウ
ター管２とを備えている。インナー管３の内部がウェハ
ー処理室を形成している。

【００５６】アウター管２の底部は上下動自在のハッチ
１６により閉じられており、ハッチ１６上には、インナ
ー管３の内部において、ウェハー１８を搭載する治具と
してのボート１が載せられている。

【００５７】アウター管２とインナー管３との間の空間
２ａは排気配管４を介して真空ポンプ６と接続されてい
る。排気配管４にはゲートバルブ５が設けられており、
ゲートバルブ５を開閉することにより、アウター管２の
内部と真空ポンプ６とが接続及び断絶するようになって
いる。

【００５８】アウター管２の周囲には、処理室内に導入
されるウェハー１８を加熱するためのヒーター１７が配
置されている。

【００５９】インナー管３の内部には、プロセスガスラ
イン９を介して、プロセスガスが導入される。プロセス
ガスライン９には、第一エアバルブ１０及び第三エアバ
ルブ１２が設けられており、第一エアバルブ１０及び第
三エアバルブ１２の開閉を制御することにより、インナ
ー管３の内部へのプロセスガスの供給又は供給停止を行
うことができる。また、プロセスガスライン９には、第
三エアバルブ１２の上流側において、第一ガス流量制御
装置１３が設けられており、第一ガス流量制御装置１３
は所定の流量のプロセスガスを計測し、この所定の流量
のプロセスガスがプロセスガスライン９を介してインナ
ー管３の内部に導入される。

【００６０】プロセスガスライン９と真空ポンプ６とは
パージ用ガス排気ライン１９を介して接続されている。
パージ用ガス排気ライン１９は、第一エアバルブ１０の
下流側であって、かつ、第三エアバルブ１２の上流側に
おいて、プロセスガスライン９に接続されており、ゲー
トバルブ５の下流側において、真空ポンプ６と接続され
ている。

【００６１】パージ用ガス排気ライン１９には、第二エ
アバルブ１１が設けられており、第二エアバルブ１１の
開閉を制御することにより、プロセスガスライン９と真
空ポンプ６との間の接続及び断絶を行うことができる。

【００６２】アウター管２の内部には、パージ用ガスラ
イン８を介して、プロセスガスを処理室内からパージす
るためのパージ用ガスとしての窒素ガスが導入される。
パージ用ガスライン８には、第四エアバルブ１４が設け
られており、第四エアバルブ１４の開閉を制御すること
により、アウター管２の内部への窒素ガスの供給又は供
給停止を行うことができる。また、パージ用ガスライン
８には、第四エアバルブ１４の上流側において、第二ガ
ス流量制御装置１５が設けられており、第二ガス流量制
御装置１５は所定の流量の窒素ガスを計測し、この所定
の流量の窒素ガスがパージ用ガスライン８を介してアウ
ター管２の内部に導入される。

【００６３】図２に示すように、プロセスガスライン９
がアウター管２に接続する箇所の近傍において、プロセ
スガスライン９の内壁に反応副生成物７であるＮＨ₄Ｃ
ｌが付着している。

【００６４】以上のような構成を有する半導体製造装置
２０の動作を図３を参照して以下に説明する。

【００６５】成膜を行うウェハー１８を石英やＳｉＣ等
からなるボート１に移載し（ステップ３０１）、ボート
１をウェハー処理室となるインナー管３の内部に入炉す
る（ステップ３０２）。ボート１はハッチ１６上に載置
されており、入炉はハッチ１６を上昇させることにより
行われる。

【００６６】このように処理室内にウェハー１８を導入
した後、第一エアバルブ１０、第四エアバルブ１４及び
ゲートバルブ５を閉じる。これによって、ウェハー１８
が導入されている処理室は、アウター管２、排気配管
４，ハッチ１６、閉じた第一エアバルブ１０、閉じた第
四エアバルブ１４、及び、閉じたゲートバルブ５によ
り、閉空間となる。

【００６７】次に、ゲートバルブ５を開けることによ
り、真空ポンプ６により処理室内を真空状態にする（ス
テップ３０３）。

【００６８】圧力が下がりきった状態、すなわち、処理
室内の圧力が約０．１Ｐａになった時点において、ゲー
トバルブ５を閉じ、閉空間としての処理室内の圧力上昇
の有無を確認する（ステップ３０４）。ここで圧力上昇
があると、成膜中に大気を巻き込むことになり、所望の
Ｓｉ₃Ｎ₄膜を得ることができなくなる。

【００６９】次に、ヒーター１７によりウェハー１８を
加熱し、ウェハー１８が成膜温度になるまで待機する
（ステップ３０５）。成膜温度はおおよそ６５０℃から
７８０℃の間である。

【００７０】ウェハー１８が成膜温度に達した後、ウェ
ハー１８上に成膜を行う（ステップ３０６）。

【００７１】成膜が完了した後、第三エアバルブ１２及
び第一エアバルブ１０を開け、プロセスガスライン９を
通じてプロセスガスを処理室内に導入する。Ｓｉ₃Ｎ₄膜
を成膜する場合、プロセスガスとしては、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂
及びＮＨ₃を用いるのが一般的である。

【００７２】なお、図２においては、プロセスガスライ
ン９は１系統のラインとして記載しているが、通常、Ｓ
ｉＨ₂Ｃｌ₂とＮＨ₃とは別系統のラインを介してそれぞ
れ導入する。

【００７３】ＳｉＨ₂Ｃｌ₂及びＮＨ₃のガス流量は第一
ガス流量制御装置１３により制御され、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂は
約５０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍ、ＮＨ₃は約２０
０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量で処
理室内に導入される。

【００７４】成膜の圧力は、ゲートバルブ５を開け、排
気配管４にある圧力制御装置（図２には図示せず）によ
り、約５０Ｐａから約１００Ｐａの範囲内になるように
制御される。成膜の時間はその成膜速度と膜厚とにより
異なる。

【００７５】所望のＳｉ₃Ｎ₄膜の成膜が終了した後、Ｎ
₂ガスを用いて、処理室内に残留したプロセスガスを除
去する（ステップ３０７）。

【００７６】Ｎ₂ガスの除去は、第三エアバルブ１２及
び第一エアバルブ１０を閉じることにより、処理室内を
真空に引き、その後、パージ用ガスライン８の第四エア
バルブ１４を開け、第二ガス流量制御装置１５により流
量調整されたＮ₂ガスを処理室内に導入し、更に、プロ
セスガスライン９に接続されている他のＮ₂ガスライン
（図２には図示せず）からもＮ₂ガスを導入することを
繰り返すことにより、行われる。これはプロセスガスの
大気への流出を防止するためである。

【００７７】処理室からのプロセスガスの除去が終了す
るまでの間、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂とＮＨ₃により反応副生成物
であるＮＨ₄Ｃｌが形成され、排気配管４やプロセスガ
スライン９に付着する。ボート１、アウター管２，イン
ナー管３、パージ用ガスライン８には、Ｓｉ₃Ｎ₄膜が形
成される。プロセスガスラインに付着した反応副生成物
７としてのＮＨ₄Ｃｌを除き、他の反応副生成物は図２
には示していない。

【００７８】ＮＨ₄Ｃｌが形成されるかＳｉ₃Ｎ₄膜が形
成されるかはプロセスガスが反応するのに必要となるエ
ネルギーであるヒーター１７からの熱が充分に供給され
ているか否かによる。

【００７９】本実施形態に係る半導体製造装置が除去す
ることを目的とする反応副生成物は、プロセスガスライ
ン９において、アウター管２との接続箇所の近傍に付着
した反応副生成物７である。

【００８０】プロセスガスライン９の内壁に付着する形
で示されている反応副生成物７は、成膜中はプロセスガ
スライン９から処理室内にプロセスガスが供給されてい
るので、プロセスガスライン９の内壁に反応副生成物７
が付着することはないと考えられる。従って、成膜後の
プロセスガス除去時にプロセスガスがプロセスガスライ
ン９内を逆流することにより付着するものと考えられ
る。このプロセスガスの除去は、前述したとおり、プロ
セスガスの大気への流出を防止するという目的があるた
めなくすことはできない。

【００８１】次に、処理室内の圧力を大気圧へ復帰させ
る（ステップ３０８）。これはプロセスガスを除去する
ためのＮ₂ガスを処理室内に導入した状態でゲートバル
ブ５を閉じることにより行う。

【００８２】次に、ボート１を出炉し（ステップ３０
９）、ウェハーを冷却した後に（ステップ３１０）、ウ
ェハーをボート１から回収する（ステップ３１１）。こ
の時点における状態が図１のステップ１０１に示した状
態である。

【００８３】次いで、図１のステップ１０２に示すよう
に、処理室内の温度を所定の温度に設定し、処理室内の
温度をその所定の温度に安定させる。

【００８４】Ｓｉ₃Ｎ₄膜の成膜時にプロセスガスライン
９に付着するＮＨ₄Ｃｌは、特に圧力は問わない真空状
態の下で約１５０℃の温度をかけることにより、昇華す
ることがわかっている。

【００８５】反応副生成物７を除去するためには、パー
ジ用ガスライン８を介して処理室内に導入されたＮ₂ガ
スが、プロセスガスライン９の反応副生成物７が付着し
ている箇所に到達したときに、前述したＮＨ₄Ｃｌの除
去可能温度である約１５０℃の温度に達していなければ
ならない。

【００８６】このため、Ｎ₂ガスが反応副生成物７に到
達したときに約１５０℃の温度に達しているように、ヒ
ーター１７の温度を設定し、処理室内の温度をその温度
に安定させる。その間、ボート１をウェハー処理室とな
るインナー管３内へ入炉する（ステップ３０２）。

【００８７】次いで、第一エアバルブ１０、第四エアバ
ルブ１４及びゲートバルブ５を閉じる。これによって、
処理室は、アウター管２、排気配管４，ハッチ１６、閉
じられた第一エアバルブ１０、閉じられた第四エアバル
ブ１４、及び、閉じられたゲートバルブ５により、閉空
間となる。

【００８８】次に、ゲートバルブ５を開け、真空ポンプ
６を作動させることにより、処理室内を真空状態にする
（ステップ３０３）。

【００８９】処理室内の温度が安定した後（ステップ３
０５）、反応副生成物７を除去するために、第四エアバ
ルブ１４を開け、第二ガス流量制御装置１５により流量
調整されたＮ₂ガスを、パージ用ガスライン８を介し
て、処理室内に導入する。

【００９０】処理室内の温度は、Ｎ₂ガスがプロセスガ
スライン９の反応副生成物７が付着している箇所に到達
したときに約１５０℃に達するように、設定され、か
つ、安定している。このため、処理室を通過したＮ₂ガ
スは約１５０℃に昇温される。

【００９１】次いで、第一エアバルブ１０及び第二エア
バルブ１１を開け、かつ、真空ポンプ６を作動させる。
これにより、処理室を通ることにより約１５０℃の温度
に昇温されたＮ₂ガスは、プロセスガスライン９の内壁
に付着した反応副生成物７であるＮＨ₄Ｃｌを除去し、
その後、パージ用ガス排気ライン１９を介して、真空ポ
ンプ６に吸引される（ステップ３０７）。

【００９２】Ｎ₂ガスを処理室ひいてはプロセスガスラ
イン９に導入している時間は、ＮＨ₄Ｃｌを完全に除去
することができる時間としなければならない。その時間
は反応副生成物７の付着状態により異なるため、それに
対応できる時間を設定する必要がある。

【００９３】反応副生成物７を除去した後、処理室内の
圧力を大気圧へ復帰させる（ステップ３０８）。これは
Ｎ₂ガスを処理室内に導入状態でゲートバルブ５を閉じ
ることにより行う。

【００９４】次に、ボート１を出炉することにより（ス
テップ３０９）、半導体製造装置２０はスタンバイ状態
に戻り、次のウェハー処理に備える。

【００９５】以下に、本発明の第二の実施形態について
説明する。第二の実施形態においては、処理室で発生し
たプラズマを利用し、プロセスガスラインに付着した反
応副生成物を除去する。図４は、本発明の第二の実施形
態に係る、プロセスガスラインに付着した反応副生成物
を除去する方法のフローチャートである。

【００９６】プロセスガスライン９に反応副生成物７が
付着した状態で半導体製造装置２０がスタンバイしてい
る（ステップ４０１）。

【００９７】処理室に発生するプラズマを利用して反応
副生成物７を除去する場合、先ず、パージ用ガスライン
８を介して反応副生成物７を除去するためのガスを処理
室内に導入し、プロセスガスライン９より排気する（ス
テップ４０２）。パージ用ガスとしては、ＮＦ₃やＣ₂Ｆ
₆が代表的なものであるが、必ずしもこれらに限定され
るものではない。

【００９８】その後、処理室内に、反応副生成物７を除
去するために適切なプラズマを発生させる（ステップ４
０３）。プラズマが発生している処理室をパージ用ガス
が通ることにより、パージ用ガスＮＦ₃またはＣ₂Ｆ₆か
らＦが解離される。このように解離されたＦがプロセス
ガスライン９を通過することにより、プロセスガスライ
ン９の内壁に付着した反応副生成物７を除去することが
できる（ステップ４０４）。

【００９９】反応副生成物７を除去した後、半導体製造
装置２０はスタンバイ状態に戻り、次のウェハー処理に
備える（ステップ４０５）。

【０１００】上述の第一及び第二の実施形態は、枚葉式
の半導体製造装置に適用することも可能である。

【０１０１】枚葉式の半導体製造装置の場合、プロセス
ガスラインが処理室に接する箇所には、多くの場合、シ
ャワー状にガス吹き出し口が形成されているガス吹き出
し板が設置されている。上述の第一及び第二の実施形態
によれば、シャワー状の無数に空いたガス吹き出し口の
内部に付着する反応副生成物をも除去することができ
る。

【０１０２】また、枚葉式の半導体製造装置であって
も、図２に示されているようなノズル状のプロセスガス
ライン９を有するものも存在するが、当然、その場合で
も、叙述の第一及び第二の実施形態と同様にして、反応
副生成物を除去することは可能である。

【０１０３】

【発明の効果】第１の効果は、半導体装置の歩留まりを
向上できることである。

【０１０４】その理由は、プロセスガスラインに付着し
た反応副生成物を除去し、パーティクルの発生を防止で
きるためである。

【０１０５】第２の効果は、半導体装置の信頼性を向上
できることである。

【０１０６】その理由は、プロセスガスラインに付着し
た反応副生成物を除去し、パーティクルの発生を防止で
きるためである。

【０１０７】第３の効果は、半導体製造装置の稼働率を
著しく下げることがないことである。

【０１０８】従来、半導体製造装置を停止させ、処理室
の温度を下げた後に反応副生成物を除去する場合、半導
体製造装置により、その時間は１２時間から２日ほど必
要とした。これに対して、本発明に係る半導体製造装置
又は反応副生成物除去方法によれば、ウェハーの処理の
間に、半導体製造装置の種類によるが、おおよそ１０秒
から３０分ほどで反応副生成物を除去することができ
る。

【０１０９】第４の効果は、エッチングガスラインとプ
ラズマ発生手段などの付帯設備を増設することなく、反
応副生成物を除去できることである。

【０１１０】例えば、図１に示した第一の実施形態に係
る半導体製造装置は、従来の半導体製造装置の構成要素
に加えて、パージ用ガス排気ライン１９及び第二エアバ
ルブ１１を追加しただけの構成を有している。このよう
に、大幅な付帯設備の増設を必要としないため、半導体
製造装置の製造コストを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態に係る、プロセスガス
ラインに付着した反応副生成物を除去する方法のフロー
チャートである。

【図２】本発明の一実施形態に係るバッチ式減圧ＣＶＤ
装置の断面図である。

【図３】図２に示したバッチ式減圧ＣＶＤ装置のウェハ
ー処理に関するフローチャートである。

【図４】本発明の第二の実施形態に係る、プロセスガス
ラインに付着した反応副生成物を除去する方法のフロー
チャートである。

【符号の説明】

１ボート２アウター管３インナー管４排気配管５ゲートバルブ６真空ポンプ７反応副生成物（ＮＨ₄Ｃｌ）８パージ用ガスライン９プロセスガスライン１０第一エアバルブ１１第二エアバルブ１２第三エアバルブ１３第一ガス流量制御装置１４第四エアバルブ１５第二ガス流量制御装置１６ハッチ１７ヒーター１８ウェハー１９パージ用ガス排気ライン

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェハーの処理を行う処理室と、プロセスガスを前記処理室内に流すプロセスガスライン
と、前記処理室内に残留している前記プロセスガスを除去す
るためにプロセスガスパージ用ガスを前記処理室内に流
すプロセスガスパージ用ガスラインと、前記処理室内のガスを前記処理室外に排気させる排気手
段と、からなる半導体製造装置において、前記プロセスガスラインと前記排気手段とを接続するパ
ージ用ガス排気ラインと、前記プロセスガスラインと前記パージ用ガス排気ライン
との間を開閉する制御バルブとを備え、前記プロセスガスパージ用ガスラインから前記処理室に
流入された前記プロセスガスパージ用ガスを前記プロセ
スガスラインに流し、さらに、前記プロセスガスパージ
用ガスを前記パージ用ガス排気ラインを介して前記排気
手段により前記処理室外へ排気することにより、前記プ
ロセスガスラインに付着した反応副生成物を除去する半
導体製造装置。
【請求項２】前記プロセスガスパージ用ガスが、前記
反応副生成物を除去することができる条件を備えるよう
に、前記プロセスガスパージ用ガスを処理するプロセス
ガスパージ用ガス処理手段をさらに備えることを特徴と
する請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】前記プロセスガスパージ用ガス処理手段
はヒーターであることを特徴とする請求項２に記載の半
導体製造装置。
【請求項４】前記プロセスガスパージ用ガス処理手段
はプラズマ発生装置であることを特徴とする請求項２に
記載の半導体製造装置。
【請求項５】前記反応副生成物はＮＨ₄Ｃｌであり、
前記プロセスガスパージ用ガスはＮ₂ガスであることを
特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体
製造装置。
【請求項６】ウェハーの処理を行う処理室内にプロセ
スガスを流すプロセスガスラインに付着した反応副生成
物を除去する方法であって、前記処理室内に残留した前記プロセスガスをパージする
ために前記処理室内に導入されるパージ用ガスに対し
て、前記反応副生成物の除去に必要な条件を与える第一
の過程と、前記パージ用ガスを前記プロセスガスライン内において
逆流させる第二の過程と、を備えることを特徴とする、プロセスガスラインに付着
した反応副生成物を除去する方法。
【請求項７】前記第一の過程は、前記パージ用ガスを
所定の温度に加熱する過程であることを特徴とする請求
項６に記載の方法。
【請求項８】前記所定の温度は、前記パージ用ガス
が、前記処理室を通過し、前記プロセスガスラインに付
着している前記反応副生成物に到達したときに、前記反
応副生成物を除去し得る温度に達しているような温度で
あることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】前記第一の過程は、プラズマを発生さ
せ、前記パージ用ガスから、前記反応副生成物の除去に
必要な元素を解離させる過程であることを特徴とする請
求項６に記載の方法。
【請求項１０】前記反応副生成物はＮＨ₄Ｃｌであ
り、前記パージ用ガスとしてＮ₂ガスを選択する過程を
さらに備えることを特徴とする請求項６乃至９の何れか
一項に記載の方法。
【請求項１１】ウェハーの処理を行う処理室内の温度
を反応副生成物の除去に必要な除去可能温度に設定する
第一の過程と、前記反応副生成物を除去するための反応副生成物除去用
ガスを前記処理室内に導入する第二の過程と、前記反応副生成物除去用ガスを、プロセスガスを前記処
理室内に流すプロセスガスラインを介して、排気し、前
記プロセスガスラインに付着した前記反応副生成物を除
去する第三の過程と、からなるプロセスガスライン内の反応副生成物を除去す
る方法。
【請求項１２】前記除去可能温度は、前記反応副生成
物除去用ガスが、前記処理室を通過し、前記プロセスガ
スラインに付着している前記反応副生成物に到達したと
きに、前記反応副生成物を除去し得る温度に達している
ような温度であることを特徴とする請求項１１に記載の
プロセスガスライン内の反応副生成物を除去する方法。
【請求項１３】前記反応副生成物除去用ガスを前記プ
ロセスラインを介して排気する量は前記反応副生成物の
付着状態に応じて決定されるものであることを特徴とす
る請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】ウェハーの処理を行う処理室内に、反
応副生成物を除去するための反応副生成物除去用ガスを
導入する第一の過程と、前記処理室内において、前記反応副生成物の除去に適し
たプラズマを発生させる第二の過程と、前記反応副生成物除去用ガスを、プロセスガスを前記処
理室内に流すプロセスガスラインを介して、排気し、前
記プロセスガスラインに付着した前記反応副生成物を除
去する第三の過程と、からなるプロセスガスライン内の反応副生成物を除去す
る方法。
【請求項１５】前記反応副生成物はＮＨ₄Ｃｌであ
り、前記反応副生成物除去用ガスとしてＮ₂ガスを選択
する過程をさらに備えることを特徴とする請求項１１乃
至１４の何れか一項に記載の方法。