JP3905726B2 - Cleaning method for cold wall forming film processing apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コールドウォール形成膜処理装置のクリーニング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の成膜工程に使用されるCVD装置は、処理容器全体を電気炉の中入れて半導体ウエハを加熱するホットウォール形と、処理容器の温度に影響を与えずに半導体ウエハを加熱するコールドウォール形とに分けられる。一般に、ホットウォール形が一度に多数枚の半導体ウエハを成膜するバッチ処理に用いられるのに対し、コールドウォール形は半導体ウエハを1枚毎に成膜する枚葉処理に用いられる。
【0003】
コールドウォール形CVD装置では、サセプタ(基板設置台)に半導体ウエハを設置し、適当なヒータによりサセプタを介して半導体ウエハを加熱しながら、あるいはサセプタを介さず外部よりウエハに直接光を当てて加熱しながら、半導体ウエハの表面に所定のガスを供給し、そのガスの分解生成物あるいは反応生成物をウエハ上に堆積させる。このようにして半導体ウエハ上に被膜が形成される時、半導体ウエハ周囲のサセプタ、ウエハ保持手段等の表面にも、反応ガスの分解生成物あるいは反応生成物が堆積して被膜が付着する。また、処理容器の内側壁面にもそのような被膜が付着することがある。
【0004】
従来から、コールドウォール形CVD装置内をクリーニングする方法として、NF3 を含むクリーニングガスを装置内に供給し、このクリーニングガスで上記のようなサセプタやウエハ保持手段等に付着した被膜をエッチングして除去する方法が知られている。このクリーニング方法では、NF3 自体の分解性がよくないので、プラズマを利用する。つまり、処理容器においてサセプタと対向する位置に電極板を配置し、サセプタと該電極板との間に高周波電圧を印加して、そこにプラズマを発生させ、そのプラズマによってNF3 を活性状態に励起するようにしている。
【0005】
上記のようなNF3プラズマクリーニング方法は、プラズマと接触するサセプタ表面側やウエハ保持手段表面側の皮膜を効果的に除去することはできるが、プラズマの及ばないサセプタ裏面側などの部分の皮膜を除去できなかった。また、プラズマを利用するものであるため、処理容器内でプラズマを生成できないコールドウォール形成膜処理装置においては実施できないという制約もある。
【0006】
また、排ガス規制の面から、CVD装置においても排気ガスから有害、危険なガス成分を分解除去するための高価な除去装置を付設するのが通例となっているが、NF3 は分解しにくいガスであるため、反応ガス等の他の排気ガスと共通の除去装置が使えず、別個に専用の除去装置が必要であり、このため2台の除去装置を設置しなければならなかった。
【0007】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、処理装置内の基板設置台および容器内壁に付着した不所望な膜を効果的にクリーニングすることができ、かつ特別な除去装置を必要としないコールドウォール形成膜処理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】
上記の目的を達成するために、本発明のクリーニング方法は、コールドウォール形成膜処理装置の処理容器内をクリーニングする方法であって、前記成膜処理装置で被処理基板を載置した基板設置台を設置台加熱手段で加熱し、前記処理容器内に多孔板を介して反応ガスを供給して前記被処理基板に成膜処理を行った後、前記処理容器内に前記多孔板を介してパージング用のガスを供給して、前記処理容器内に残留していた反応ガスを除去し、次いで前記処理容器内を所定の真空度に減圧して前記設置台加熱手段により前記基板設置台を構成する材料のClF 3 に対する耐食温度の範囲内で前記基板設置台を第1の温度に加熱し、前記処理容器の壁を壁加熱手段により前記壁を構成する材料のClF 3 に対する耐食温度の範囲内で第2の温度に加熱しながら前記処理容器内にClF3ガス供給源よりClF3を含むクリーニングガスを前記多孔板を介して供給し、前記成膜処理の際に前記処理容器内の前記基板設置台および前記処理容器の壁に付着した不所望な膜を前記ClF3を含むクリーニングガスによりプラズマのない雰囲気中で除去する。
【0009】
本発明のクリーニング方法において、基板設置台および処理容器の壁を加熱するに際しては、基板設置台を構成する材料のClF 3 に対する耐食温度および壁を構成する材料のClF 3 に対する耐食温度の上限を400℃としてよい。また、処理容器内を1〜50Torrの圧力まで減圧するのが好ましい。また、処理容器内にClF3を含むクリーニングガスを供給するに際しては、このクリーニングガスにN2も含ませ、N2の流量に対するClF3の流量の比が0.2以上となる流量で供給するのが好ましい。
【0010】
本発明においては、コールドウォール形成膜処理装置の処理容器内で枚葉式の成膜処理(処理容器内で被処理基板を載置した基板設置台を設置台加熱手段で加熱し、前記処理容器内に多孔板から反応ガスを導入して被処理基板上に成膜する処理)が行われた後に、処理容器内に該多孔板からパージング用のガスを供給して処理容器内に残留していた反応ガスを除去し、次いで減圧下で処理容器内のクリーニングが行われる。このクリーニングでは、基板設置台加熱手段および壁加熱手段により基板設置台および壁を各構成材料のClF3に対する耐食温度の範囲内で第1および第2の温度にそれぞれ加熱しながら該多孔板を介して処理容器内にClF3を含むクリーニングガスを供給する。その際、プラズマを用いない。ClF3ガスは非常に活性であるため、耐食温度の範囲内の温度下で被膜と容易に反応する。つまり、ClF3ガスの一部が反応して反応熱を発生すると、その反応熱で付近のClF3ガスが活性化されて反応し、その反応熱によってさらに多くのClF3ガスが活性化されて反応するという具合に自発的にエッチングを展開する。
【0011】
本発明のクリーニング方法によれば、減圧下で処理容器内の基板設置台および壁を各構成材料のClF 3 に対する耐食温度の範囲内で各個別の加熱手段によりそれぞれ個別に加熱しながら、そこにClF 3 ガスを供給してプラズマ化せずにClF 3 ガスに自発的なエッチングを展開させるので、成膜処理時に基板設置台および壁の隅々まで各部位に付着した不所望な膜を適切なエッチングレートで効率的に除去することができ、しかも基板設置台や壁の(パーティクルの原因になる)腐食を防止することができる。また、ClF3ガスは分解性がよいので、その排ガスを反応ガスの排ガスと共通の除去装置で処理することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して、本発明をコールドウォール形の枚葉式CVD装置に適用した実施形態を説明する。
【0013】
図1において、このCVD装置の処理容器10はたとえばアルミニウムからなる円筒状のチャンバで、その中央部にサセプタ(基板設置台)12が配設されている。成膜処理が行われる時、サセプタ12上には点線で示すように半導体ウエハ14が載置される。処理容器10の一側壁にはゲートバルブ16が設けられ、このゲートバルブ16を介して半導体ウエハ14が出し入れされるようになっている。
【0014】
サセプタ12の上方にはガスを均一に供給するための多孔板18が取付され、この多孔板18の奥(上部)よりガス導入管20のガス吐出部20aが垂直に容器内に入れられている。このガス導入管20には、反応ガス供給系22とクリーニングガス供給系24とが接続されており、これらの切り替えはバルブ26,28によって行われる。
【0015】
クリーニングガス供給系24には、エッチングガスとしてClF3 を供給するClF3 ガス供給部30と、希釈用キャリアガスとしてN2 ガスを供給するN2 ガス供給部32とが備えられ、これらのガス供給部30,32はそれぞれガス流量調整器(MFC)34,36およびバルブ38,40等を介してガス導入管20に接続される。ガス流量調整器34,36でClF3 ガスおよびN2ガスそれぞれの供給流量が調節されることによって、ClF3 が所定の濃度に希釈されたクリーニングガスがガス導入管20に供給されるようになっている。
【0016】
処理容器10の下部において、容器底面10aには複数の排気口42が設けられている。処理容器10内で発生した反応生成物のガスや余った反応ガスまたはクリーニングガスは、これらの排気口42から排気管44を通って真空ポンプ46側へ排出される。この真空ポンプ46としては、オイルフリーのドライポンプを用いるのが好ましい。これは、クリーニングガスとしてClF3 を用いるために、ウェットポンプを使用するとポンプオイルの劣化やオイル中に混入した塩素やフッ素によってポンプ自体の劣化を生ずるおそれがあるからである。
【0017】
真空ポンプ46より後段の排出系には、このポンプから排出された反応ガスまたはクリーニングガスの排ガスから有害、危険なガス成分を除去するための除去装置48が設けられている。この除去装置48には、有害、危険なガス成分を吸着または分解するための薬剤が入った筒50が収容されている。
【0018】
また、サセプタ12の下方の容器底面にはクォーツウィンドウ52が取付されその下に加熱用のハロゲンランプ54が配設されている。成膜工程時、このハロゲンランプ54からの光はクォーツウィンドウ52を通ってサセプタ12の裏面を照射し、その光エネルギでサセプタ12がたとえば650〜700゜Cに加熱され、この加熱されたサセプタ12を介して半導体ウエハ14がたとえば500゜C〜550゜C程度に加熱されるようになっている。
【0019】
次に、このCVD装置におけるタングステン系被膜の成膜工程と、このCVD装置のクリーニング工程について説明する。
【0020】
先ず、タングステン系被膜の成膜工程について説明する。成膜処理を受ける半導体ウエハ14は、ゲートバルブ16を介してハンドアーム等のウエハ搬送機構(図示せず)によりサセプタ12上にローディングされる。次に、反応ガスとして、たとえばWF6 (六フッ化タングステン)およびSi H2 C12(ジクロールシラン)がそれぞれ所定の流量で反応ガス供給系22よりガス導入管20を介して処理容器10内に導入され、この導入された反応ガスが多孔板18を通って半導体ウエハ14に吹き付けられることにより、半導体ウエハ14の表面にWSi (タングステン・シリサイド)の被膜が形成される。また、別の反応ガスとしてWF6 とH2 を用いたときは、W(タングステン)の被膜が半導体ウエハ14の表面に形成される。
【0021】
この成膜工程において、半導体ウエハ14はサセプタ12を介して加熱ランプ54によって加熱されるが、処理容器10自体は常温(室温)状態におかれる。また、反応ガスの分解生成物または反応生成物の大部分は半導体ウエハ14の表面に堆積するが、一部はサセプタ12の外周縁部やウエハ保持部材(図示せず)に付着し、処理容器10の内壁面にもわずかであるが付着する。そして、成膜工程が終了すると、半導体ウエハ14は上記ウエハ搬送機構によりサセプタ12からアンローディングされる。このアンローディングまたはローディングの際に、半導体ウエハ14あるいはサセプタ12、ウエハ保持部材等から被膜が剥がれ落ちることがあり、その剥がれ落ちた被膜片は処理容器10の底面10a等に付着する。
【0022】
上記のような成膜工程が所定回数実施されると、成膜工程が一時中断され、反応ガス供給系22および加熱ランプ54がオフに切り替えられ、処理容器10内に半導体ウエハ14が入っていない状態で、常温のまま、本実施例によるクリーニングが行われる。このクリーニングに先立ち、H2 ガスまたはN2 ガス等によるパージが行われ、処理容器10から反応ガスが除去される。
【0023】
本実施例によるクリーニングにおいては、上記のようにクリーニングガス供給系24よりClF3 ガスをN2 ガスで所定の濃度に希釈したクリーニングガスがガス導入管20を介して処理容器10内に導入され、その導入されたクリーニングガスは多孔板18からサセプタ12その他の装置各部へ供給される。
【0024】
ClF3 ガスは化学的に活性なガスで、プラズマがなくても、被膜、特にタングステン系の被膜とよく反応する。したがって、クリーニングガスが処理容器10内に充満するようにその供給流量が制御されることで、ClF3 ガスが処理容器10内の隅々まで行き渡り、各部に付着しているWSi 被膜もしくはW被膜はClF3 ガスの供給を受けるだけで効果的にエッチングされることになる。
【0025】
これにより、従来のNF3 のプラズマ式クリーニング方法によっては除去することが難しい容器底面10a上の被膜も、本実施例のクリーニング方法によれば容易に除去される。したがって、作業員の手を煩わせるマニュアルクリーニングは不要である。なお、ClF3 ガスが排気口42、排気管44を通る際に、そこに付着している被膜もエッチングされ除去される。
【0026】
また、ClF3 ガスは分解性がよく、アルカリ溶液等にも容易に溶けるため、その排ガスを反応ガスの排ガスと同様に共通の除去装置48で処理することができる。したがって、クリーニング用の特別な除去装置は不要である。
【0027】
図2〜図5は、本実施例のクリーニング方法によるエッチング効果を示すグラフである。図示のデータは、表面にW被膜が形成された半導体ウエハを試験材としてサセプタ12上に置き、種々の条件の下で上記のClF3 ガスを含むクリーニングガスを供給したときの該半導体ウエハのW被膜のエッチングレートを測定した実験例で得られたものである。
【0028】
まず、図2のグラフは、室温下で、クリーニングガス中のClF3 ガス、N2ガスの流量をそれぞれ500sccmに一定に保ち、ガスの圧力を変化させたときのエッチングレートの特性を示す。この図2に示されるように、ガス圧を高くするほど、ClF3 ガスとW被膜との反応が促進されてエッチングレートが上がり、10〜50Toorの圧力に対して約2000〜4000オングストローム/minのエッチングレートが得られることが判る。
【0029】
図3のグラフは、室温下で、N2 ガスの流量を1500sccm、圧力を10Toorにそれぞれ一定に保ち、ClF3 ガスの流量を変えたときのエッチングレートの特性を示す。この図3から、ClF3 ガスの流量を大きくするほどClF3 ガスの供給量が増大してエッチングレートが上がり、400〜1000sccmのClF3 ガス流量に対して約3000〜6000オングストローム/minのエッチングレートが得られることが判る。
【0030】
図4のグラフは、室温下で、ClF3 ガスの流量を500sccm、圧力を10Toorにそれぞれ一定に保ち、N2 ガスの流量を変えたときのエッチングレートの特性を示す。この図4から、N2 ガスの流量を大きくするほどClF3 ガスが希釈されてエッチングレートが下がり、500〜5000sccmのN2 ガス流量に対して約4500〜2500オングストローム/minのエッチングレートが得られることが判る。
【0031】
図5のグラフは、室温下で、圧力を10Torrに保ち、ClF3 ガスとN2 ガスの流量比を一定(1:3)にして全流量を変化させたときのエッチングレートの特性を示す。この図から、クリーニングガスの流量を上げるほどClF3 ガスの供給量が増大してエッチングレートが上がり、400/1200〜1000/3000のClF3 /N2 ガスの流量に対して約3600〜4800オングストローム/minのエッチングレートが得られることが判る。
【0032】
このように、ClF3 ガスを用いるクリーニング方法によれば、室温でも、ガスの流量、圧力、ClF3 ガスの濃度等の条件を適当に選ぶことで、3000オングストローム/min以上のエッチングレートを容易に得ることができる。なお、WSi 被膜においても同様のエッチングレートが得られることが実験で確認できた。この点、従来のNF3 ガスによるプラズマ式のクリーニング方法で得られるエッチングレートは高々2000オングストローム/min程度であるから、クリーニング効率においても従来方法に勝るとも劣らない効果が得られる。
【0033】
次に、本発明の一実施形態について説明する。本発明の一実施形態は、コールドウォール形の処理装置、たとえば図1に示すような処理装置において、サセプタ14、ウエハ保持部材(図示せず)、処理容器10の内壁等の加熱可能な部分をClF3 に対して耐食温度の範囲内で高温に維持した状態で、そこにClF3 を含むクリーニングガスを供給して、容器10等の各部、特に加熱可能な部分のクリーニングを行うものである。
【0034】
図6は、本発明のコールドウォール形処理装置内の加熱可能な部分に利用可能な好ましい材質、すなわちSUS430、SUS304、SUS316、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、インコネル、石英、アルミナ(Al2)、炭化シリコン(SiC)、酸化ジルコニウム(ZrO2)および窒化アルミニウム(AlN)のClF3 に対する各耐食温度を示す。これらの材料をサセプタ、ウエハ保持部材、処理容器等の加熱可能な部分に用いた場合は、それらを高温にするほどクリーニング速度が大きくなる。しかし、耐食範囲を越えると、その部材自体から逆にパーティクルが発生するので、具合が悪い。したがって、高温にするとはいっても、各部の耐食温度以下に抑えるのが望ましい。
【0035】
図7は、コールドウォール形処理装置内の加熱可能部分を炭化シリコン(SiC)で構成し、容器内の真空度(10Torr)、クリーニングガス(ClF3 /N2 )の流量(100/2000sccm)、クリーニングガス供給法(ClF3 /N2 の同時出し)、クリーニング時間(20秒間)の諸条件を固定し、クリーニング温度を変化させたときのエッチングレートの特性を示す。この図7に示されるように、クリーニング温度を高くするほどエッチングレートは上昇し、200゜C付近の高温下では約3200オングストローム/minのエッチングレートが得られることがわかる。
【0036】
なお、加熱手段としては、図1のハロゲンランプ54のような加熱処理用の加熱手段を利用してもよく、さらにはクリーニング用としてニクロム線等の発熱手段を処理容器10の壁等の内部に埋設してもよい。
【0037】
上述した実施形態はW被膜またはWSi 被膜を除去してクリーニングを行うものであったが、タングステン系の被膜に限らず、他の成膜材料の不所望な被膜に対しても本発明のクリーニング方法を用いることができる。また、上述した実施形態におけるコールドウォール形処理装置は枚葉式CVD装置であったが、本発明のクリーニング方法はその種の成膜処理装置に限定されるものではなく、スパッタ装置等の他の方式のコールドウォール形成膜処理装置にも使用できるものである。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のクリーニング方法によれば、コールドウォール形成膜処理装置の処理容器内成膜処理後にパージングを行って反応ガスを除去してから減圧下で処理容器内の基板設置台および壁を各構成材料のClF 3 に対する耐食温度の範囲内で各個別の加熱手段により個別に加熱しながらClF3を含むクリーニングガスを供給して、成膜処理時に基板設置台および壁に付着した不所望な膜をプラズマを用いずにC l 3 ガスの自発的エッチング作用で除去するようにしたので、処理容器内の効果的なクリーニングを実現することができる。さらに、クリーニングの排ガスを反応ガス等の他の排ガスと共通の除去装置で処理することができ、特別の除去装置を必要としないので、除去装置の設置コストを安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるクリーニング方法を実施するためのコールドウォール形枚葉式CVD装置の全体構成を示す略断面図である。
【図2】実施形態のクリーニング方法における圧力に対するエッチングレートの特性を示すグラフである。
【図3】実施形態のクリーニング方法におけるClF3 ガスの流量に対するエッチングレートの特性を示すグラフである。
【図4】実施形態のクリーニング方法におけるN2 ガスの流量に対するエッチングレートの特性を示すグラフである。
【図5】実施形態のクリーニング方法におけるクリーニングガスの総流量に対するエッチングレートの特性を示すグラフである。
【図6】実施形態におけるコールドウォール形成膜処理装置内の加熱可能部分に利用可能な種々の材質のClF3 に対する各耐食温度を示す表である。
【図7】実施形態のクリーニング方法における温度に対するエッチングレートの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
10 処理容器
12 サセプタ
14 半導体ウエハ
22 反応ガス供給系
24 クリーニングガス供給系
30 ClF3 ガス供給部
32 N2 ガス供給部
48 除去装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cleaning method for a cold wall forming film processing apparatus.
[0002]
[Prior art]
The CVD apparatus used for the film formation process of the semiconductor integrated circuit is a hot wall type in which the entire processing vessel is placed in an electric furnace to heat the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer is heated without affecting the temperature of the processing vessel. It can be divided into cold wall type. In general, the hot wall type is used for batch processing for forming a large number of semiconductor wafers at a time, whereas the cold wall type is used for single wafer processing for forming semiconductor wafers one by one.
[0003]
In a cold wall type CVD apparatus, a semiconductor wafer is set on a susceptor (substrate mounting table), and the semiconductor wafer is heated through an appropriate heater through the susceptor, or directly exposed to light from outside without passing through the susceptor. Meanwhile, a predetermined gas is supplied to the surface of the semiconductor wafer, and a decomposition product or a reaction product of the gas is deposited on the wafer. When a film is formed on the semiconductor wafer in this way, the reaction gas decomposition products or reaction products are deposited on the surfaces of the susceptor, wafer holding means and the like around the semiconductor wafer, and the film adheres. Moreover, such a film may adhere to the inner wall surface of the processing container.
[0004]
Conventionally, as a method of cleaning the inside of a cold wall type CVD apparatus, a cleaning gas containing NF3 is supplied into the apparatus, and the coating film adhering to the susceptor, wafer holding means, etc. as described above is removed by etching with this cleaning gas. How to do is known. In this cleaning method, since NF3 itself is not degradable, plasma is used. That is, an electrode plate is disposed at a position facing the susceptor in the processing container, a high frequency voltage is applied between the susceptor and the electrode plate, plasma is generated there, and NF3 is excited to an active state by the plasma. I am doing so.
[0005]
The NF3 plasma cleaning method as described above can effectively remove the film on the susceptor surface side and wafer holding means surface side in contact with the plasma , but removes the film on the susceptor back side where the plasma does not reach. could not. In addition, since plasma is used, there is a restriction that it cannot be implemented in a cold wall forming film processing apparatus that cannot generate plasma in a processing container.
[0006]
Also, from the viewpoint of exhaust gas regulation, it is customary to attach an expensive removal device for decomposing and removing harmful and dangerous gas components from exhaust gas in the CVD apparatus, but NF3 is a gas that is difficult to decompose. Therefore, a common removal device cannot be used with other exhaust gases such as a reaction gas, and a separate removal device is required separately. For this reason, two removal devices have to be installed.
[0007]
The present invention, this problem has been made in view of the point, undesired skin layer adhering to the substrate holding base and the inner wall of the container in the processing apparatus can be effectively cleaned, and require special removal apparatus It is an object of the present invention to provide a cleaning method for a cold wall forming film processing apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a cleaning method of the present invention is a method for cleaning the inside of a processing container of a cold wall forming film processing apparatus, wherein a substrate mounting table on which a substrate to be processed is mounted by the film forming processing apparatus The substrate is heated by a mounting table heating means, a reactive gas is supplied into the processing container through a porous plate to perform film formation on the substrate to be processed, and then purging is performed in the processing container through the porous plate. Gas is removed, the reaction gas remaining in the processing container is removed, then the inside of the processing container is depressurized to a predetermined degree of vacuum, and the substrate mounting table is configured by the mounting table heating means. The substrate mounting base is heated to a first temperature within the range of the corrosion resistance temperature of the material against ClF 3 , and the wall of the processing vessel is within the range of the corrosion resistance temperature against the material ClF 3 constituting the wall by wall heating means. To the second temperature A cleaning gas containing ClF3 is supplied from the ClF3 gas supply source into the processing container through the perforated plate while heating, and the substrate mounting table in the processing container and the walls of the processing container are formed during the film forming process. unwanted skin film deposited is removed by a plasma-free atmosphere in the cleaning gas containing the ClF3 on.
[0009]
In the cleaning method of the present invention, when the substrate mounting table and the wall of the processing container are heated, the upper limit of the corrosion resistance temperature of the material constituting the substrate mounting table to ClF 3 and the corrosion resistance temperature of the material constituting the wall to ClF 3 are set to 400. It may be ℃ . Further, it is preferable to reduce the pressure in the processing container to a pressure of 1 to 50 Torr. Further, when supplying the cleaning gas containing ClF3 into the processing container, it is preferable that N2 is also included in the cleaning gas and supplied at a flow rate at which the ratio of the flow rate of ClF3 to the flow rate of N2 is 0.2 or more.
[0010]
In the present invention, a single-wafer type film forming process in a processing container of a cold wall forming film processing apparatus ( a substrate mounting table on which a substrate to be processed is mounted in a processing container is heated by a mounting table heating means, After the reaction gas is introduced from the perforated plate into the film and the film is formed on the substrate to be processed, purging gas is supplied from the perforated plate into the processing container and remains in the processing container. Then, the reaction gas is removed, and then the inside of the processing container is cleaned under reduced pressure . In this cleaning, the substrate mounting table and the wall are heated by the substrate mounting table and the wall heating unit through the perforated plate while heating the substrate mounting table and the wall to the first and second temperatures, respectively, within the range of the corrosion resistance to ClF 3 of each constituent material. A cleaning gas containing ClF3 is supplied into the processing container. At that time, plasma is not used. Since ClF3 gas is very active, it reacts easily with the coating at temperatures within the range of corrosion resistance temperature. That is, when a part of ClF3 gas reacts to generate reaction heat, the reaction heat activates nearby ClF3 gas and reacts, and the reaction heat activates more ClF3 gas to react. The etching is developed spontaneously .
[0011]
According to the cleaning method of the present invention, the substrate mounting table and the wall in the processing container are individually heated by each individual heating means within the range of the corrosion resistance against ClF 3 of each constituent material under reduced pressure , since supplies ClF 3 gas deploying the spontaneous etching to ClF 3 gas without plasma, suitably undesired skin film attached to each site to every corner of the substrate holding base and wall during the film formation process It can be efficiently removed at a high etching rate , and corrosion (causing particles) of the substrate mounting table and walls can be prevented. Further, since ClF3 gas has good decomposability, the exhaust gas can be treated with a common removal device with the reaction gas exhaust gas.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a cold-wall type single-wafer CVD apparatus will be described with reference to the accompanying drawings.
[0013]
In FIG. 1, a processing container 10 of this CVD apparatus is a cylindrical chamber made of, for example, aluminum, and a susceptor (substrate mounting table) 12 is disposed at the center thereof. When the film forming process is performed, the semiconductor wafer 14 is placed on the susceptor 12 as indicated by a dotted line. A gate valve 16 is provided on one side wall of the processing container 10, and the semiconductor wafer 14 is taken in and out through the gate valve 16.
[0014]
A perforated plate 18 for uniformly supplying gas is attached above the susceptor 12, and a gas discharge portion 20 a of the gas introduction pipe 20 is vertically placed in the container from the back (upper part) of the perforated plate 18. . A reaction gas supply system 22 and a cleaning gas supply system 24 are connected to the gas introduction pipe 20, and these are switched by valves 26 and 28.
[0015]
The cleaning gas supply system 24 includes a ClF3 gas supply unit 30 for supplying ClF3 as an etching gas and an N2 gas supply unit 32 for supplying N2 gas as a dilution carrier gas. Are connected to the gas introduction pipe 20 via gas flow regulators (MFC) 34, 36 and valves 38, 40, respectively. The supply flow rates of ClF3 gas and N2 gas are adjusted by the gas flow rate regulators 34 and 36, whereby the cleaning gas in which ClF3 is diluted to a predetermined concentration is supplied to the gas introduction pipe 20.
[0016]
In the lower part of the processing container 10, a plurality of exhaust ports 42 are provided in the container bottom surface 10 a. The reaction product gas generated in the processing vessel 10 and the surplus reaction gas or cleaning gas are discharged from the exhaust port 42 through the exhaust pipe 44 to the vacuum pump 46 side. As the vacuum pump 46, an oil-free dry pump is preferably used. This is because if ClF3 is used as the cleaning gas, the use of a wet pump may cause deterioration of the pump oil or deterioration of the pump itself due to chlorine or fluorine mixed in the oil.
[0017]
The discharge system downstream of the vacuum pump 46 is provided with a removal device 48 for removing harmful and dangerous gas components from the exhaust gas of the reaction gas or cleaning gas discharged from the pump. The removal device 48 accommodates a cylinder 50 containing a chemical for adsorbing or decomposing harmful and dangerous gas components.
[0018]
A quartz window 52 is attached to the bottom of the container below the susceptor 12, and a halogen lamp 54 for heating is disposed below the quartz window 52. During the film forming process, the light from the halogen lamp 54 irradiates the back surface of the susceptor 12 through the quartz window 52, and the susceptor 12 is heated to, for example, 650 to 700 ° C. by the light energy. The semiconductor wafer 14 is heated to about 500 ° C. to 550 ° C., for example.
[0019]
Next, a tungsten film forming process in the CVD apparatus and a cleaning process of the CVD apparatus will be described.
[0020]
First, the tungsten film-forming process will be described. The semiconductor wafer 14 subjected to the film forming process is loaded onto the susceptor 12 through a gate valve 16 by a wafer transfer mechanism (not shown) such as a hand arm. Next, as reaction gases, for example, WF6 (tungsten hexafluoride) and Si H2 C12 (dichlorosilane) are introduced into the processing vessel 10 from the reaction gas supply system 22 through the gas introduction pipe 20 at a predetermined flow rate. The introduced reaction gas is blown onto the semiconductor wafer 14 through the perforated plate 18 to form a WSi (tungsten silicide) film on the surface of the semiconductor wafer 14. When WF6 and H2 are used as different reaction gases, a W (tungsten) film is formed on the surface of the semiconductor wafer 14.
[0021]
In this film forming process, the semiconductor wafer 14 is heated by the heating lamp 54 via the susceptor 12, but the processing container 10 itself is kept at a normal temperature (room temperature). The reaction gas decomposition products or most of the reaction products are deposited on the surface of the semiconductor wafer 14, but a part of the reaction gas adheres to the outer peripheral edge of the susceptor 12 and a wafer holding member (not shown). It adheres to the inner wall surface of 10 slightly. When the film forming process is completed, the semiconductor wafer 14 is unloaded from the susceptor 12 by the wafer transfer mechanism. During the unloading or loading, the film may be peeled off from the semiconductor wafer 14 or the susceptor 12, the wafer holding member, etc., and the peeled film piece adheres to the bottom surface 10 a of the processing container 10.
[0022]
When the film formation process as described above is performed a predetermined number of times, the film formation process is temporarily interrupted, the reaction gas supply system 22 and the heating lamp 54 are switched off, and the semiconductor wafer 14 is not contained in the processing vessel 10. In this state, the cleaning according to the present embodiment is performed at room temperature. Prior to this cleaning, purging with H2 gas or N2 gas or the like is performed, and the reaction gas is removed from the processing vessel 10.
[0023]
In the cleaning according to this embodiment, a cleaning gas obtained by diluting ClF3 gas with N2 gas to a predetermined concentration from the cleaning gas supply system 24 as described above is introduced into the processing vessel 10 through the gas introduction pipe 20, and the introduction thereof. The cleaned cleaning gas is supplied from the perforated plate 18 to the susceptor 12 and other parts of the apparatus.
[0024]
ClF3 gas is a chemically active gas and reacts well with a film, particularly a tungsten-based film, even without plasma. Therefore, the supply flow rate is controlled so that the cleaning gas is filled in the processing container 10, whereby ClF3 gas spreads to every corner in the processing container 10, and the WSi film or W film adhering to each part is ClF3. Etching is effectively performed only by receiving the supply of gas.
[0025]
Thus, the coating on the bottom 10a of the container, which is difficult to remove by the conventional NF3 plasma cleaning method, can be easily removed by the cleaning method of this embodiment. Therefore, manual cleaning that bothers workers is unnecessary. When the ClF3 gas passes through the exhaust port 42 and the exhaust pipe 44, the film adhering thereto is also etched away.
[0026]
Further, since ClF3 gas has a good decomposability and is easily dissolved in an alkali solution or the like, the exhaust gas can be treated by the common removal device 48 in the same manner as the reaction gas exhaust gas. Therefore, a special removing device for cleaning is unnecessary.
[0027]
2-5 is a graph which shows the etching effect by the cleaning method of a present Example. The data shown in the figure shows that when a semiconductor wafer having a W film formed on the surface is placed on the susceptor 12 as a test material and the cleaning gas containing the ClF3 gas is supplied under various conditions, the W film of the semiconductor wafer is supplied. This was obtained in an experimental example in which the etching rate was measured.
[0028]
First, the graph of FIG. 2 shows the characteristics of the etching rate when the flow rate of ClF3 gas and N2 gas in the cleaning gas is kept constant at 500 sccm and the gas pressure is changed at room temperature. As shown in FIG. 2, as the gas pressure is increased, the reaction between the ClF3 gas and the W film is promoted to increase the etching rate, and the etching rate is about 2000 to 4000 angstroms / min with respect to the pressure of 10 to 50 Toor. It can be seen that the rate is obtained.
[0029]
The graph of FIG. 3 shows the characteristics of the etching rate when the flow rate of N2 gas is kept constant at 1500 sccm, the pressure is kept constant at 10 Torr, and the flow rate of ClF3 gas is changed at room temperature. From FIG. 3, as the flow rate of ClF3 gas is increased, the supply amount of ClF3 gas is increased and the etching rate is increased, and an etching rate of about 3000 to 6000 angstroms / min is obtained for a ClF3 gas flow rate of 400 to 1000 sccm. I understand that.
[0030]
The graph of FIG. 4 shows the characteristics of the etching rate when the flow rate of ClF3 gas is kept constant at 500 sccm, the pressure is kept constant at 10 Torr, and the flow rate of N2 gas is changed at room temperature. From FIG. 4, it can be seen that as the N2 gas flow rate is increased, the ClF3 gas is diluted to lower the etching rate, and an etching rate of about 4500 to 2500 angstroms / min is obtained with respect to the N2 gas flow rate of 500 to 5000 sccm. .
[0031]
The graph of FIG. 5 shows the characteristics of the etching rate when the total flow rate is changed with the pressure maintained at 10 Torr and the flow rate ratio of ClF3 gas and N2 gas constant (1: 3) at room temperature. From this figure, as the flow rate of the cleaning gas is increased, the supply amount of ClF3 gas is increased and the etching rate is increased, and about 3600 to 4800 angstroms / min with respect to the flow rate of ClF3 / N2 gas of 400/1200 to 1000/3000. It can be seen that the etching rate can be obtained.
[0032]
As described above, according to the cleaning method using ClF3 gas, an etching rate of 3000 angstroms / min or more can be easily obtained by appropriately selecting conditions such as gas flow rate, pressure, and ClF3 gas concentration even at room temperature. Can do. It has been confirmed by experiments that the same etching rate can be obtained with the WSi film. In this respect, since the etching rate obtained by the conventional plasma type cleaning method using NF3 gas is at most about 2000 angstrom / min, the cleaning efficiency is not inferior to the conventional method.
[0033]
Next, an embodiment of the present invention will be described. In one embodiment of the present invention, in a cold wall type processing apparatus, for example, a processing apparatus as shown in FIG. 1, a heatable portion such as a susceptor 14, a wafer holding member (not shown), an inner wall of the processing container 10, etc. A cleaning gas containing ClF3 is supplied to ClF3 while maintaining a high temperature within the range of the corrosion resistance temperature to clean each part of the container 10 and the like, in particular, a heatable part.
[0034]
FIG. 6 shows preferred materials that can be used for the heatable part in the cold wall type processing apparatus of the present invention, that is, SUS430, SUS304, SUS316, aluminum (Al), nickel (Ni), inconel, quartz, alumina (Al2). The respective corrosion resistance temperatures of silicon carbide (SiC), zirconium oxide (ZrO2) and aluminum nitride (AlN) with respect to ClF3 are shown. When these materials are used for heatable parts such as susceptors, wafer holding members, processing containers, etc., the cleaning speed increases as the temperature increases. However, if the corrosion resistance range is exceeded, particles are generated from the member itself, which is not good. Therefore, it is desirable to keep it below the corrosion resistance temperature of each part even if it is high temperature.
[0035]
FIG. 7 shows that the heatable part in the cold wall type processing apparatus is made of silicon carbide (SiC), the degree of vacuum in the container (10 Torr), the flow rate of the cleaning gas (ClF3 / N2) (100/2000 sccm), and the cleaning gas. The characteristics of the etching rate when changing the cleaning temperature while fixing various conditions of the supply method (simultaneous delivery of ClF3 / N2) and the cleaning time (20 seconds) are shown. As shown in FIG. 7, it is understood that the etching rate increases as the cleaning temperature is increased, and an etching rate of about 3200 angstroms / min is obtained at a high temperature around 200 ° C.
[0036]
As the heating means, a heating means for heat treatment such as the halogen lamp 54 in FIG. 1 may be used. Further, a heating means such as nichrome wire is provided inside the wall of the processing vessel 10 for cleaning. It may be buried.
[0037]
In the above-described embodiment, cleaning is performed by removing the W film or WSi film. However, the cleaning method of the present invention is not limited to a tungsten-based film but also for an undesired film of another film forming material. Can be used. Further, although the cold wall type processing apparatus in the above-described embodiment is a single wafer type CVD apparatus, the cleaning method of the present invention is not limited to such a film forming processing apparatus, It can also be used for a cold wall forming film processing apparatus.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the cleaning method of the present invention, the substrate placed in the processing chamber under a reduced pressure to remove the reaction gas by performing the purging after film forming process in the process vessel cold wall forming film processor the base and walls by supplying a cleaning gas containing ClF3 while heating separately by each individual heating means within the corrosion temperature for ClF 3 of the constituent material, adhered to the substrate holding base and wall during the film formation process since so as to remove at spontaneous etching effect of C l F 3 gas unwanted skin layer without using plasma, it is possible to achieve effective cleaning of the inside of the processing container. Furthermore, the cleaning exhaust gas can be processed by a common removal device with other exhaust gases such as reaction gas, and no special removal device is required, so that the installation cost of the removal device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of a cold wall type single wafer CVD apparatus for carrying out a cleaning method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing characteristics of an etching rate with respect to pressure in the cleaning method of the embodiment.
FIG. 3 is a graph showing characteristics of an etching rate with respect to a flow rate of ClF 3 gas in the cleaning method of the embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the characteristics of the etching rate with respect to the flow rate of N 2 gas in the cleaning method of the embodiment.
FIG. 5 is a graph showing the etching rate characteristics with respect to the total flow rate of the cleaning gas in the cleaning method of the embodiment.
FIG. 6 is a table showing various corrosion resistance temperatures for various materials of ClF 3 that can be used for a heatable portion in the cold wall forming film processing apparatus according to the embodiment.
FIG. 7 is a graph showing a characteristic of an etching rate with respect to temperature in the cleaning method of the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Processing container 12 Susceptor 14 Semiconductor wafer 22 Reaction gas supply system 24 Cleaning gas supply system 30 ClF3 gas supply part 32 N2 gas supply part 48 Removal apparatus

Claims (5)

コールドウォール形成膜処理装置の処理容器内をクリーニングする方法であって、
前記成膜処理装置で被処理基板を載置した基板設置台を設置台加熱手段で加熱し、前記処理容器内に多孔板を介して反応ガスを供給して前記被処理基板に成膜処理を行った後、前記処理容器内に前記多孔板を介してパージング用のガスを供給して、前記処理容器内に残留していた反応ガスを除去し、次いで前記処理容器内を所定の真空度に減圧して前記設置台加熱手段により前記基板設置台を構成する材料のClF 3 に対する耐食温度の範囲内で前記基板設置台を第1の温度に加熱し、前記処理容器の壁を壁加熱手段により前記壁を構成する材料のClF 3 に対する耐食温度の範囲内で第2の温度に加熱しながら前記処理容器内にClF3ガス供給源よりClF3を含むクリーニングガスを前記多孔板を介して供給し、前記成膜処理の際に前記処理容器内の前記基板設置台および前記処理容器の壁に付着した不所望な膜を前記ClF3を含むクリーニングガスによりプラズマのない雰囲気中で除去するクリーニング方法。
A method of cleaning the inside of a processing container of a cold wall forming film processing apparatus,
A substrate mounting table on which a substrate to be processed is placed by the film forming apparatus is heated by a mounting table heating means, and a reactive gas is supplied into the processing container via a porous plate to perform a film forming process on the substrate to be processed. After purging, a purging gas is supplied into the processing vessel through the perforated plate to remove the reaction gas remaining in the processing vessel, and then the inside of the processing vessel is set to a predetermined degree of vacuum. under reduced pressure by heating the substrate holding stage in the range of corrosion temperature for ClF 3 of the material of the substrate holding table by the installation stand heating unit to a first temperature, by a wall heating means the wall of the processing chamber a cleaning gas containing ClF3 than ClF3 gas supply source into the processing chamber while heating to a second temperature in the range of corrosion temperature for ClF 3 of the material constituting the wall is supplied through the perforated plate, wherein the processing at the time of the film formation process The cleaning method for removing a substrate holding base and unwanted skin layer adhering to the walls of the processing chamber in an atmosphere free from plasma by a cleaning gas containing ClF3 in the container.
前記パージング用のガスがH2ガスまたはN2ガスからなる請求項1に記載のクリーニング方法。  2. The cleaning method according to claim 1, wherein the purging gas comprises H2 gas or N2 gas. 前記基板設置台を構成する材料のClF 3 に対する耐食温度の上限および前記処理容器の壁を構成する材料のClF 3 に対する耐食温度の上限が400゜Cである請求項1または請求項2に記載のクリーニング方法。 3. The upper limit of the corrosion resistance temperature of the material constituting the substrate mounting base with respect to ClF 3 and the upper limit of the corrosion resistance temperature of the material constituting the processing vessel with respect to ClF 3 are 400 ° C. 3 . Cleaning method. 前記処理容器内の真空度を1〜50Torrとする請求項1〜3のいずれか一項に記載のクリーニング方法。  The cleaning method according to any one of claims 1 to 3, wherein a degree of vacuum in the processing container is set to 1 to 50 Torr. 前記ClF3を含むクリーニングガスに希釈用のN2を混合し、N2の流量に対するClF3の流量の比が0.2以上となる流量で前記処理容器内に供給する請求項1〜4のいずれか一項に記載のクリーニング方法。  5. The N 2 for dilution is mixed with the cleaning gas containing ClF 3, and is supplied into the processing container at a flow rate at which the ratio of the flow rate of ClF 3 to the flow rate of N 2 is 0.2 or more. The cleaning method as described in.
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