JP5085752B2 - 半導体製造装置のクリーニング方法、半導体製造装置、及び管理システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置のクリーニング方法、半導体製造装置、及び管理システムに関する。

従来の技術として、処理室内にハロゲンガスを含有するガスと酸素ガスを含有するガスとを供給して留まらせる工程と、処理室内を真空排気する工程と、を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返す半導体装置の製造方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この半導体装置の製造方法によると、処理室内に付着した高誘電率膜を含む堆積物を除去することができる。

近年、この堆積物を除去するために用いられる、ハロゲンガスを含有するガスの使用量を削減することが求められている。

特開２００９−１２４０５０号公報

本発明の目的は、処理チャンバの内壁に堆積する堆積膜を除去するためのクリーニングガスの使用量を削減する半導体製造装置のクリーニング方法、半導体製造装置、及び管理システムを提供することにある。

本発明の一態様は、処理チャンバの内壁に堆積した堆積膜を除去するクリーニングガスを、前記処理チャンバの供給管からの前記クリーニングガスの単位時間当たりの供給量が、前記処理チャンバの排気管からの前記クリーニングガスの単位時間当たりの排気量よりも多くなるよう、前記供給管を介して供給し、不活性ガスを供給することにより、前記供給管内を前記不活性ガスで満たすことを含む半導体製造装置のクリーニング方法である。

本発明の他の一態様は、処理チャンバの内壁に堆積した堆積膜を除去するクリーニングガスを、前記処理チャンバの供給管からの前記クリーニングガスの単位時間当たりの供給量が、前記処理チャンバの排気管からの前記クリーニングガスの単位時間当たりの排気量よりも多くなるよう、前記供給管を介して供給するクリーニングガス供給部と、不活性ガスを供給することにより、前記供給管内を前記不活性ガスで満たす不活性ガス供給部と、を備える半導体製造装置である。

本発明によれば、処理チャンバの内壁に堆積する堆積膜を除去するためのクリーニングガスの使用量を削減することができる。

図１（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係る半導体製造装置の処理チャンバの要部断面図である。 第１の実施の形態に係る処理チャンバ内の圧力Ｐと時間ｔの関係を示すグラフである。 第１の実施の形態に係る不活性ガスを利用したクリーニング方法に関するフローチャートである。 図４（ａ）は、クリーニングガスを１回、処理チャンバに供給した場合の処理チャンバ内の圧力Ｐと時間ｔの関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は、図４（ａ）と同じクリーニング時間内に２回のクリーニングを行う場合のグラフである。 第２の実施の形態に係るクリーニングの回数を増やす場合のフローチャートである。 図６（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態に係る半導体製造装置の処理チャンバの要部断面図である。 第３の実施の形態に係る不活性ガスを用いない場合のフローチャートである。 第４の実施の形態に係る不活性ガスを用いずにクリーニングを繰り返す場合のフローチャートである。 第５の実施の形態に係る半導体製造装置のブロック図である。 第６の実施の形態に係る管理システムのブロック図である。 第７の実施の形態に係る管理システムのブロック図である。 図１２（ａ）は、第８の実施の形態に係る半導体製造装置の処理チャンバの要部断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の処理チャンバ内の圧力Ｐと時間ｔの関係を示すグラフである。 第８の実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニングに関するフローチャートである。 第１から第８の実施の形態の変形例に係る半導体製造装置の処理チャンバの要部断面図である。

本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

［第１の実施の形態］
（半導体製造装置の構成）
図１（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態に係る半導体製造装置の処理チャンバの要部断面図である。この半導体製造装置１は、例えば、半導体基板上に薄膜を形成する成膜装置である。このような成膜装置の例としては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により薄膜を形成するＣＶＤ装置が挙げられる。

半導体製造装置１は、例えば、図１（ａ）に示すように、処理チャンバ１０と、供給部１１と、供給管１２と、供給バルブ１４と、排気管１６と、排気バルブ１８と、排気部１９と、を備えて概略構成されている。

処理チャンバ１０は、例えば、ＳｉＯ_２（石英）からなる。

半導体製造装置１は、例えば、半導体基板上に薄膜を形成する処理を繰り返すことで、この処理チャンバ１０の内壁１０２に、薄膜の材料を主成分とする堆積膜３が堆積する。

この堆積膜３は、処理チャンバ１０内で成膜する膜によって異なるが、例えば、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物等の、Ｓｉ原子を含有する膜である。また、堆積膜３は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の金属酸化膜であっても良い。

処理チャンバ１０には、例えば、供給管１２と排気管１６が接続されている。この供給管１２と排気管１６は、例えば、処理チャンバ１０と一体となって製造されたものであるとする。

供給管１２には、供給バルブ１４が設けられている。この供給バルブ１４は、供給部１１から供給されたガスを処理チャンバ１０内に通したり、遮断したりするように構成されている。

供給部１１は、例えば、クリーニングガス４や不活性ガス６等の所望のガスを処理チャンバ１０内に供給できるように構成されている。供給部１１は、本開示のクリーニングガス供給部及び不活性ガス供給部の例である。

クリーニングガス４は、例えば、ハロゲンガスを含有するガスが用いられる。本実施の形態における堆積膜３はＳｉ原子を含有する膜であるので、クリーニングガス４は、例えば、フッ素ガスを含有するガスが用いられる。クリーニングガス４は、例えば、ハロゲンガスのほか、希ガスやＮ_２（窒素）ガス等の希釈ガスを含有する混合ガスである。

排気管１６には、排気バルブ１８が設けられている。この排気バルブ１８は、処理チャンバ１０内のガスを通したり、遮断したりするように構成されている。この排気管１６には、例えば、排気部１９が接続されている。

排気部１９は、例えば、この排気管１６から処理チャンバ１０内のガスを排出することにより、処理チャンバ１０内を真空にすることができるように構成されている。

以下に、本実施の形態の半導体製造装置のクリーニング方法の一例について説明する。

（半導体製造装置のクリーニング方法）
図２は、第１の実施の形態に係る処理チャンバ内の圧力Ｐと時間ｔの関係を示すグラフであり、図３は、第１の実施の形態に係る不活性ガスを利用したクリーニング方法に関するフローチャートである。堆積膜３としてのＳｉ_３Ｎ_４膜が、処理チャンバ１０の内壁１０２に１００ｎｍ堆積している場合について説明する。

まず、供給バルブ１４を閉じた状態、排気バルブ１８を開いた状態にし、排気部１９により処理チャンバ１０内を真空にする（Ｓ１；真空処理）。図２の時間ｔ_１は、処理チャンバ１０内が真空となった後、クリーニングガス４の供給が開始される時間を示している。

次に、図１（ａ）に示すように、供給バルブ１４を開いた状態、排気バルブ１８を閉じた状態又は少し開いた状態にし、供給部１１から送出されたクリーニングガス４及び不活性ガス６を、所定の圧力Ｐ_１（図２参照）となるまで処理チャンバ１０内に供給する（Ｓ２）。

具体的には、クリーニングガス４としてＦ_２／ＨＦガスを２slm（Standard liter / min）の流量で供給する。また、クリーニングガス４及び不活性ガス６を、所定の圧力として２００torrとなるまで処理チャンバ１０内に供給する。クリーニングガス４及び不活性ガス６の供給は、図２に斜線で示すように、時間ｔ_１〜ｔ_２まで行われる（ただし、クリーニングガス４の供給は、時間ｔ_２で終了するのに対し、不活性ガス６の供給は、さらに時間ｔ_３まで継続される）。不活性ガス６の供給は、ガス排気の際にガスの流れを生じさせるために、時間ｔ_３以降も継続してもよい。図２には、不活性ガス６の供給を時間ｔ_４まで継続させた様子が示されている。

なお、Ｓ２において、クリーニングガス４は、供給管１２からのクリーニングガス４の単位時間当たりの供給量が、排気管１６からのクリーニングガス４の単位時間当たりの排気量よりも多くなるよう供給される。これにより、処理チャンバ１０内のクリーニングガス４の量は、時間の経過と共に増加していくこととなる。なお、排気バルブ１８を閉じた状態でクリーニングガス４を供給する場合には、排気量がゼロとなるため、供給量は当然に排気量よりも多くなる。一方、排気バルブ１８を開いた状態でクリーニングガス４を供給する場合には、供給量が排気量よりも多くなるよう、クリーニングガス４の供給及び排気を調整する必要がある。なお、排気量は、供給量に比べ無視できる程度に少なく設定することがより望ましい（即ち、排気量＜＜供給量）。

次に、処理チャンバ１０内が所定の圧力Ｐ_１となった後、供給バルブ１４を閉じた状態又は少し開いた状態にすることで、クリーニングガス４を処理チャンバ１０内に留まらせる（Ｓ３）。このクリーニングガス４の供給を停止してから排出を開始するまでの時間ｔ_２〜ｔ_３は、一例として、１分間である。なお、排気バルブ１８を少し開けた状態でＳ２の処理を行う場合には、Ｓ３の処理にて排気バルブ１８を閉じる。

次に、図１（ｂ）に示すように、供給管１２内にクリーニングガス４が留まらないように、供給部１１から不活性ガス６を供給して供給管１２内を不活性ガス６で満たす（Ｓ４）。供給部１１による不活性ガス６の供給は、例えば、供給バルブ１４を少し開けた状態で行われる。一方、排気バルブ１８は、閉じた状態に維持する。

不活性ガス６は、半導体製造装置１がプラズマＣＶＤ装置の場合には、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、Ｎｅ（ネオン）ガス、Ａｒ（アルゴン）ガス等のガスが用いられる。また、半導体製造装置１がＬＰ（Low Pressure）−ＣＶＤ装置の場合には、不活性ガス６として、例えば、Ｎ_２（窒素）ガス等のガスが用いられる。本実施の形態では、不活性ガス６としてＡｒガス又はＮ_２ガスを用いる。図２に示すΔＰ_ａは、Ａｒガス又はＮ_２ガスの供給により、上昇した処理チャンバ１０内の圧力である。なお、不活性ガス６は、例えば、ＣＤＡ（Clean Dry Air）でも良い。

クリーニングガス４は、処理チャンバ１０の内壁１０２に堆積する堆積膜３をエッチングする。処理チャンバ１０内に供給するクリーニングガス４の量や留まらせておく時間（滞留時間）ｔ_２〜ｔ_３は、例えば、堆積膜３の膜種や膜厚、クリーニングガス４による堆積膜３のエッチングレート等から設定され、また、クリーニングガス４による処理チャンバ１０の内壁１０２のエッチングを抑制すべく、堆積膜３と内壁１０２とのエッチング選択比が大きくなるよう設定される。クリーニングガス４は、半導体製造装置１がプラズマＣＶＤ装置の場合には、例えば、ＮＦ_３（三フッ化窒素）ガスを含有するガスが用いられる。また、半導体製造装置１がＬＰ−ＣＶＤ装置の場合には、クリーニングガス６として、例えば、Ｆ_２（フッ素）ガス、ＨＦ（フッ化水素）ガスを含有するガスが用いられる。

次に、図１（ｃ）に示すように、所定の時間が経過した後、排気バルブ１８を開け、排気部１９によって処理チャンバ１０内のガスを排出し（Ｓ５）、処理チャンバ１０のクリーニングを終了する。図２に示す時間ｔ_３〜ｔ_５は、処理チャンバ１０内を真空にするためにガスを排出している時間であり、排出時間ｔ_５は、処理チャンバ１０内のガスが完全に排出されて、再び、処理チャンバ１０内が真空となった時間を示している。なお、Ｓ５の処理を行う際、供給バルブ１４は、閉じた状態でも少し開いた状態でも構わない。

また、ステップ２からステップ５まで、すなわち、時間ｔ_１〜ｔ_５までのクリーニング時間は、一例として、１分半程度である。

以下に、本実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法を用いた半導体装置の製造方法の一例について説明する。

（半導体装置の製造方法）
まず、シリコンが主成分の半導体基板を用意し、熱酸化法等によって半導体基板上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を形成する。

次に、上記の半導体製造装置のクリーニング方法にて処理チャンバ１０内の堆積膜３を除去した半導体製造装置１を用いたＣＶＤ法により、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）を形成する。

次に、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等により、シリコン窒化膜を所望のパターンにパターニングする。次に、周知の工程を経て所望の半導体装置を得る。

ここで、シリコン窒化膜を形成する工程において、所定の膜厚以上の堆積膜３が処理チャンバ１０内に堆積していた場合は、上記の半導体製造装置のクリーニング方法を行って処理チャンバ１０内の堆積膜３の除去を行う。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法によれば、クリーニングガス４の使用量を削減することができる。クリーニングガス４を処理チャンバ１０内に留まらせた場合と留まらせずにクリーニングを行った場合を比較すると、例えば、クリーニングガス４の使用量とクリーニング時間が同じとき、クリーニングガス４を留まらせたクリーニングの方がより多くの堆積膜３をエッチングすることができる。また、上記のクリーニング方法によれば、クリーニングガス４を留まらせることで、クリーニングガス４の圧力が低い状態でも厚い堆積膜３を除去することができる。クリーニングガス４の使用量が少ないので、半導体装置の製造にかかるコストを削減することができる。本発明者らの実験によると、本実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法によれば、クリーニングガス４を処理チャンバ１０内に留まらせずにクリーニングを行った場合と比較して、クリーニングガス４の使用量を約１０分の１にまで減らすことが可能となった。

また、クリーニングガスを処理チャンバ内に留まらせる従来の方法では、堆積膜が形成されていない、又は処理チャンバ内の堆積膜の膜厚よりも薄い堆積膜が堆積した供給管の内壁がエッチングされてしまう可能性がある。しかし、本実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法によれば、供給管１２内を不活性ガス６で満たすので、供給管１２の内壁をエッチングされることがない。

さらに、本実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法によれば、処理チャンバ内にクリーニングガスを留まらせずに流し続けて行うクリーニング方法と比べて、クリーニングガス４の使用量を削減し、尚且つ、スループットが向上し、半導体装置の製造にかかる時間（TAT；Turn Around Time）を短縮することができる。

またさらに、本実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法によれば、処理チャンバ１０の内壁１０２に堆積膜３が堆積していない状態で半導体装置の製造を行うことができるので、処理チャンバ１０内の内壁１０２から剥がれ落ちた堆積膜３による半導体基板の汚染が防止され、歩留まりが向上する。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、所定のクリーニング時間Ｔを変えずに、堆積膜の膜厚に応じてクリーニングの回数を増やす点で第１の実施の形態と異なっている。なお、以下の各実施の形態について第１の実施の形態と同様の構成及び機能を有する部分は、第１の実施の形態と同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。

図４（ａ）は、クリーニングガスを１回、処理チャンバに供給した場合の処理チャンバ内の圧力Ｐと時間ｔの関係を示すグラフである。図４（ｂ）は、図４（ａ）と同じクリーニング時間内に２回のクリーニングを行う場合のグラフである。図５は、第２の実施の形態に係るクリーニングの回数を増やす場合のフローチャートである。堆積膜３としてのＳｉ_３Ｎ_４膜が、処理チャンバ１０の内壁１０２に５０００ｎｍ堆積している場合について説明する。なお、時間ｔ_２０〜ｔ_２４のクリーニング時間Ｔは、処理チャンバ１０内の圧力をＰ_２として、１回のクリーニングで堆積膜３を除去する際のクリーニング時間（所定のクリーニング時間）を示している。また、図４（ａ）に示すΔＰ_ｂは、Ａｒガス又はＮ_２ガスの供給により、上昇した処理チャンバ１０内の圧力である。さらに、図４（ｂ）に示すΔＰ_ｃは、Ａｒガス又はＮ_２ガスの供給により、上昇した処理チャンバ１０内の圧力である。Ｐ_３とΔＰ_ｃは、図４（ｂ）に示すように、例えば、１回目のクリーニングと２回目のクリーニングで同じ値となっているが、これに限定されず異なっていても良い。

ステップ１０からステップ１４までは、処理チャンバ１０内の圧力をＰ_３として第１の実施の形態のステップ１からステップ５までと同様に行われる。ただし、第２の実施の形態における時間ｔ_３０〜ｔ_３４は、第１の実施の形態における時間ｔ_１〜ｔ_５と比べて短くなっている。

次に、ステップ１０〜ステップ１４までを所定の回数実施し（Ｓ１５）、半導体製造装置１のクリーニングを終了する。本実施の形態では、所定の回数を２回として、時間ｔ_３５〜ｔ_３９間に、ステップ１０〜ステップ１４までの工程を行っている。

具体的には、半導体製造装置１は、例えば、堆積膜３の膜厚に応じたクリーニングガス４の最適滞留時間、クリーニングガス４の最適滞留ガス量、及び最適滞留回数等の設定値を、実験やシミュレーションによって予め求めておき、測定された堆積膜３の膜厚に応じた設定値に従って処理チャンバ１０内のクリーニングを行う。なお、設定値は、外部装置から取得されたものでも良い。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法によれば、堆積膜３の膜厚が厚い場合であっても、複数回のクリーニングを行うことで、所定のクリーニング時間やＴＡＴを変えずに、堆積膜３を除去することができる。また、上記のクリーニング方法によれば、クリーニングを繰り返さない場合と比べて、クリーニングガス４の使用量を増やすことで、所定のクリーニング時間を短縮することも可能となる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、供給管１２内に不活性ガス６を供給しない点で、上記の各実施の形態と異なっている。このクリーニング方法は、例えば、供給管１２が、クリーニングガス４によってエッチングされない材料で形成されている場合等に有効である。

例えば、クリーニングガス４として、Ｆ_２、ＨＦ、ＮＦ_３の少なくともいずれかを含有するガスを使用する場合には、クリーニングガス４によってエッチングされない材料の例として、アルミニウムやアルミナが挙げられる。この場合、供給管１２は、その全体がアルミニウム又はアルミナで形成されていてもよいし、その内壁面のみがアルミニウム又はアルミナで形成されていてもよい。

図６（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施の形態に係る半導体製造装置の処理チャンバの要部断面図である。図７は、第３の実施の形態に係る不活性ガスを用いない場合のフローチャートである。まず、供給バルブ１４を閉じ、排気バルブ１８を開いた後、排気部１９により処理チャンバ１０内を真空にし（Ｓ２０）、次に、図６（ａ）に示すように、供給バルブ１４を開き、排気バルブ１８を閉じて、供給部１１により供給管１２を介してクリーニングガス４を処理チャンバ１０内に供給する（Ｓ２１）。

次に、処理チャンバ１０内の圧力が所定の圧力に達した後、供給バルブ１４を閉じて、図６（ｂ）に示すように、処理チャンバ１０内にクリーニングガス４を留まらせる（Ｓ２２）。

次に、所定の時間が経過した後、図６（ｃ）に示すように、排気バルブ１８を開いて、処理チャンバ１０内のガスを排出し（Ｓ２３）、半導体製造装置１のクリーニングを終了する。

（第３の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法によれば、不活性ガス６を供給管１２に供給する場合に比べて、半導体装置の製造にかかるコストを削減することができる。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、供給管１２内に不活性ガス６を供給しないでクリーニングを繰り返す点で、上記の各実施の形態と異なっている。このクリーニング方法は、例えば、供給管１２が、クリーニングガス４によってエッチングされない材料で形成されている場合等に有効である。

図８は、第４の実施の形態に係る不活性ガスを用いずにクリーニングを繰り返す場合のフローチャートである。図８におけるステップ３０〜ステップ３３までは、第３の実施の形態のステップ２０〜ステップ２３までと同様に行われる。

次に、ステップ３０〜ステップ３３までを所定の回数実施し（Ｓ３４）、半導体製造装置１のクリーニングを終了する。

（第４の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法によれば、堆積膜３の膜厚が厚い場合であっても、複数回のクリーニングを行うことで、所定のクリーニング時間やＴＡＴを変えずに、又は短縮して堆積膜３を除去することができる。

［第５の実施の形態］
図９は、第５の実施の形態に係る半導体製造装置のブロック図である。図９は、クリーニングガス４と排気ガス５の流れを図示するため、供給バルブ１４と排気バルブ１８を開け、クリーニングガス４を供給した場合を示している。

この半導体製造装置１Ａは、例えば、図９に示すように、処理チャンバ１０と、供給部１１と、供給管１２と、供給バルブ１４と、排気管１６と、排気バルブ１８と、排気部１９と、制御部２０と、記憶部２２と、を備えて概略構成されている。また、この半導体製造装置１Ａは、プログラム２２０を実行することによって、上記の第１〜第４の実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法を実行することができるように構成されているものとする。

制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等からなるマイクロコンピュータであり、記憶部２２に記憶されるプログラム２２０に基づいて供給部１１、供給バルブ１４、排気バルブ１８及び排気部１９等を制御する。

記憶部２２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や半導体メモリー等からなる記憶装置である。記憶部２２に記憶されるプログラム２２０は、例えば、第１〜第４の実施の形態に示す半導体製造装置のクリーニング方法の少なくとも１つのクリーニング方法の各工程を実行する命令が記載されている。

制御部２０は、例えば、取得及び／又は設定された堆積膜３の膜種や膜厚、半導体製造装置１Ａの処理状況等に応じて第１〜第４の実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法をプログラム２２０から選択する。この処理状況とは、例えば、半導体製造装置１Ａの処理の空き時間や未処理の処理対象物の数等の状況である。

なお、プログラム２２０は、記憶部２２に記憶されていても良いし、ネットワークや外部装置から読み込み、実行されても良い。また、プログラム２２０は、例えば、第１〜第４の実施の形態の工程を実行するものであっても良いし、各実施の形態が別々のプログラムとして記憶部２２に記憶されていても良い。

以下に、第５の実施の形態に係る半導体製造装置の動作について、第１の実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法を例にして説明する。

（半導体製造装置のクリーニング方法）
堆積膜３としてのＳｉ_３Ｎ_４膜が、処理チャンバ１０の内壁１０２に１００ｎｍ堆積しているとして説明する。

まず、制御部２０は、記憶部２２からプログラム２２０を読み出す。

次に、制御部２０は、読み出したプログラム２２０に従って供給バルブ１４を閉じる。

続いて、制御部２０は、排気部１９を制御して処理チャンバ１０内を真空にする。

次に、制御部２０は、供給バルブ１４を開け、排気バルブ１８を閉じ、供給部１１を制御してクリーニングガス４を所定の圧力となるまで処理チャンバ１０内に供給する。

次に、制御部２０は、処理チャンバ１０内が所定の圧力となった後、供給バルブ１４を閉じ、クリーニングガス４を処理チャンバ１０内に留まらせる。

次に、制御部２０は、供給管１２内にクリーニングガス４が留まらないように、供給部１１を制御して不活性ガス６供給して供給管１２内を不活性ガス６で満たす。

次に、制御部２０は、所定の時間が経過した後、排気バルブ１８を開け、排気部１９により処理チャンバ１０内のガスを排出し、処理チャンバ１０のクリーニングを終了する。

（第５の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る半導体製造装置１Ａによれば、第１〜第４の実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法のうち、少なくとも１つのクリーニング方法を実行することができる。半導体製造装置１Ａは、取得及び／又は設定された堆積膜３の膜種や膜厚、半導体製造装置１Ａの処理状況等に応じて第１〜第４の実施の形態に係るクリーニング方法を選択することができるので、選択できない場合と比べて、効率良く処理チャンバ１０のクリーニングを行うことができる。

［第６の実施の形態］
図１０は、第６の実施の形態に係る管理システムのブロック図である。この管理システム７は、主に、第５の実施の形態に係る複数の半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃと、その複数の半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃの排気バルブ１８及び供給部１１を制御する制御部７００と、を備えている。

この制御部７００は、例えば、管理装置７０に備えられ、半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃは、この管理装置７０に接続されている。なお、半導体製造装置は、１台であっても良い。

この半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃは、例えば、第５の実施の形態に記載の半導体製造装置１Ａにおいて、少なくともプログラム２２０を持たない構成としたものである。また、半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃは、例えば、それぞれの処理チャンバの表面積、体積及び材質等が異なるものであっても良い。さらに、半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃは、例えば、成膜する膜種や膜厚等が異なっていても良い。

管理装置７０は、例えば、記憶部７０１を備えている。管理装置７０の制御部７００は、例えば、ＣＰＵ等からなるマイクロコンピュータであり、記憶部７０１に記憶されるプログラム７０２を読み出して実行する。

プログラム７０２は、例えば、第５の実施の形態に係るプログラム２２０と同様の機能を有する。また、制御部７００は、プログラム７０２に基づいて、例えば、半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃの処理状況や構成、半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃから取得及び／又は設定された、処理チャンバ１０内に堆積する堆積膜３の膜種、膜厚等の情報に基づいて、第１〜第４の実施の形態に示すクリーニング方法、クリーニングガス４の種類、最適滞留時間、最適滞留圧力及び最適滞留回数を選択する。

また、制御部７００は、例えば、選択したクリーニング方法の工程データやパラメータ等を対象となる半導体製造装置に出力するように構成されている。なお、管理装置７０は、例えば、個々の半導体製造装置によって製造された半導体数に基づいてクリーニングを行うように構成されても良い。

（第６の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る管理システム７によれば、複数の半導体製造装置の処理チャンバ内に堆積する堆積膜を、クリーニングガス４の使用量を削減しながら除去することができる。管理システム７の複数の半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれで、クリーニングガス４の使用量を削減することができるので、半導体装置の製造コストを抑えることができる。

また、本実施の形態に係る管理システム７によれば、複数の半導体製造装置の処理状況を管理しながらクリーニングを行うことができるので、効率よくクリーニングを行うことができる。この管理システム７によれば、クリーニングガス４を減らすクリーニングか、ＴＡＴを変えないクリーニングか、ＴＡＴを短くするようなクリーニングか等を選択することができる。

［第７の実施の形態］
図１１は、第７の実施の形態に係る管理システムのブロック図である。本実施の形態に係る管理システム８は、例えば、図１１に示すように、総合管理装置８０と、総合管理装置８０が管理する第１〜第３のクループ８１〜８３を備えて概略構成されている。なお、グループの数は、上記に限定されない。

第１のグループ８１は、例えば、管理装置７０Ａと、その管理装置７０Ａに管理される半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃとを備える。第２のグループ８２は、例えば、管理装置７０Ｂと、その管理装置７０Ｂに管理される半導体製造装置１０Ｄ〜１０Ｆとを備える。第３のグループ８３は、例えば、管理装置７０Ｃと、その管理装置７０Ｃに管理される半導体製造装置１０Ｇ〜１０Ｉと、を備える。なお、各グループが管理する半導体製造装置の数は、上記に限定されない。

管理装置７０Ａ〜７０Ｃは、例えば、第６の実施の形態における管理装置７０において、少なくともプログラム７０２を持たない構成としたものである。

第１〜第３のグループ８１〜８３に属する半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｉは、例えば、それぞれの処理チャンバの表面積、体積及び材質、成膜する膜種、及び膜厚等が異なっていても良い。

総合管理装置８０は、例えば、制御部８００と、記憶部８０１と、を備えて概略構成されている。制御部８００は、例えば、ＣＰＵ等からなるマイクロコンピュータであり、記憶部８０１に記憶されるプログラム８０２を読み出して実行する。

プログラム８０２は、例えば、第６の実施の形態に係るプログラム７０２と同様の機能を有する。制御部８００は、プログラム８０２に基づいて、例えば、第１〜第３のグループ８１〜８３の管理装置７０Ａ〜７０Ｃから取得した半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｉの処理状況や構成、処理チャンバ１０内に堆積する堆積膜３の膜種、膜厚等の情報に基づいて、第１〜第４の実施の形態に示すクリーニング方法、クリーニングガス４の種類、最適滞留時間、最適滞留圧力及び最適滞留回数を選択する。

また、制御部８００は、例えば、選択したクリーニング方法の工程データやパラメータ等を対象となる半導体製造装置が属するグループの管理装置に出力するように構成されている。なお、総合管理装置８０は、例えば、個々の半導体製造装置によって製造された半導体数に基づいてクリーニングを行うように構成されても良い。

（第７の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る管理システム８によれば、複数の半導体製造装置の処理チャンバ内に堆積する堆積膜を、クリーニングガス４の使用量を削減しながら除去することができる。管理システム８の複数の半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれで、クリーニングガス４の使用量を削減することができるので、半導体装置の製造コストを抑えることができる。

［第８の実施の形態］
図１２（ａ）は、第８の実施の形態に係る半導体製造装置の処理チャンバの要部断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の処理チャンバ内の圧力Ｐと時間ｔの関係を示すグラフである。図１２（ｂ）に示すΔＰ_ｄは、１回目のＡｒガス又はＮ_２ガスの供給により、上昇した処理チャンバ１０内の圧力である。図１２（ｂ）に示すΔＰ_ｅは、２回目のＡｒガス又はＮ_２ガスの供給により、上昇した処理チャンバ１０内の圧力である。

半導体製造装置１ａは、例えば、図１２（ａ）に示すように、アウター管１０ａとアウター管１０ａの内部に設けられたインナー管１０ｂからなる処理チャンバ１０ｃと、供給部１１と、排気部１９と、を備えて概略構成されている。

アウター管１０ａは、例えば、排気管１６ａと、排気管１６ａに設けられた排気バルブ１８ａと、を備える。

インナー管１０ｂは、例えば、供給管１２ａと、供給管１２ａに設けられた供給バルブ１４ａと、を備える。

処理チャンバ１０ｃの内壁には、図１２（ａ）に示すように、成膜される膜種に応じた堆積膜３が堆積する。アウター管１０ａとインナー管１０ｂで囲まれる部分は、堆積膜３により、クリーニングガス４の通路が狭くなっている。

（半導体製造装置のクリーニング方法）
図１３は、第８の実施の形態に係る半導体製造装置のクリーニングに関するフローチャートである。

まず、供給バルブ１４ａを閉じ、排気バルブ１８ａを開け、排気部１９により処理チャンバ１０ｃ内を真空にする（Ｓ４０）。図１２（ｂ）の時間ｔ_３１は、処理チャンバ１０ｃ内が真空となった後、クリーニングガス４の供給が開始される時間を示している。

次に、供給バルブ１４ａを開け、排気バルブ１８ａを閉じ、供給部１１からクリーニングガス４及び不活性ガス６を、圧力Ｐ_４（図１２（ｂ）参照）となるまで処理チャンバ１０ｃ内に供給する（Ｓ４１）。クリーニングガス４及び不活性ガス６の供給は、図１２（ｂ）に斜線で示すように、時間ｔ_３１〜ｔ_３２まで行われる（ただし、クリーニングガス４の供給は、時間ｔ_３２で終了するのに対し、不活性ガス６の供給は、さらに時間ｔ_３５まで継続される）。不活性ガス６の供給は、ガス排気の際にガスの流れを生じさせるために、時間ｔ_３５以降も継続してもよい。

なお、Ｓ４１において、クリーニングガス４は、供給管１２ａからのクリーニングガス４の単位時間当たりの供給量が、排気管１６ａからのクリーニングガス４の単位時間当たりの排気量よりも多くなるよう供給される。これにより、処理チャンバ１０ｃ内のクリーニングガス４の量は、時間の経過と共に増加していくこととなる。

次に、処理チャンバ１０内が所定の圧力Ｐ_４となった後、供給バルブ１４ａを閉じ、クリーニングガス４を処理チャンバ１０内に、時間ｔ_３２〜ｔ_３３の間留まらせる（Ｓ４２）。

この時間ｔ_３２〜ｔ_３３の間、供給管１２ａ内にクリーニングガス４が留まらないように、供給部１１から不活性ガス６を供給して供給管１２ａ内を不活性ガス６で満たす（Ｓ４３）。このとき、処理チャンバ１０内の圧力は、図１２（ｂ）に示すように、圧力Ｐ_４からΔＰ_ｄ上昇する。

次に、供給バルブ１４ａを開け、供給部１１からクリーニングガス４及び不活性ガス６を、圧力Ｐ_５（図１２（ｂ）参照）となるまで処理チャンバ１０ｃ内に供給する（Ｓ４４）。クリーニングガス４の供給は、図１２（ｂ）に斜線で示すように、時間ｔ_３３〜ｔ_３４まで行われる（ただし、クリーニングガス４の供給は、時間ｔ_３４で終了するのに対し、不活性ガス６の供給は、さらに時間ｔ_３５まで継続される）。

なお、Ｓ４４において、クリーニングガス４は、供給管１２ａからのクリーニングガス４の単位時間当たりの供給量が、排気管１６ａからのクリーニングガス４の単位時間当たりの排気量よりも多くなるよう供給される。これにより、処理チャンバ１０ｃ内のクリーニングガス４の量は、時間の経過と共に増加していくこととなる。

次に、処理チャンバ１０内が所定の圧力Ｐ_５となった後、供給バルブ１４ａを閉じ、クリーニングガス４を処理チャンバ１０内に、時間ｔ_３４〜ｔ_３５の間留まらせる（Ｓ４５）。

この時間ｔ_３４〜ｔ_３５の間、供給管１２ａ内にクリーニングガス４が留まらないように、供給部１１から不活性ガス６を供給して供給管１２ａ内を不活性ガス６で満たす（Ｓ４６）。このとき、処理チャンバ１０内の圧力は、図１２（ｂ）に示すように、圧力Ｐ_５からΔＰ_ｅ上昇する。

次に、所定の時間が経過した後、排気バルブ１８ａを開け、排気部１９により処理チャンバ１０内のガスを排出し（Ｓ４７）、処理チャンバ１０ｃのクリーニングを終了する。

（第８の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る半導体製造装置による複数回の供給でクリーニングガス４の滞留処理を行うクリーニング方法は、クリーニングガス４の量及び滞留時の圧力Ｐ（例えば、Ｐ_５）が同じで、且つ、１回の供給でクリーニングガス４の滞留処理を行うクリーニング方法と比べて、クリーニングガス４を滞留させる際の抵抗が大きくなって、アウター管１０ａとインナー管１０ｂで挟まれた狭い領域内に十分な量のクリーニングガス４を満たすことができ、クリーニングし易くなる。アウター管１０ａとインナー管１０ｂからなる処理チャンバ１０ｃのクリーニングは、アウター管１０ａとインナー管１０ｂで挟まれた領域が狭くなるため、十分に堆積膜３がエッチングされない可能性がある。しかし、本実施の形態に係る半導体製造装置によれば、真空処理を行わずに、複数回に分けてクリーニングガス４の供給を行って、クリーニングガス４を処理チャンバ１０ｃ内に滞留させるので、アウター管１０ａとインナー管１０ｂで挟まれた狭い領域の堆積膜３を除去することができる。

また、上記の半導体製造装置によれば、真空処理を行ってクリーニングを繰り返すクリーニング方法と比べて、クリーニング時間を短縮することができる。

なお、本実施の形態においては、真空処理を行わずに、２段階でクリーニングガス４を滞留させたが、これに限定されず、さらに多くの回数の滞留処理を行っても良い。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形及び組み合わせが可能である。

上記の各実施の形態において、堆積膜３をＳｉＮ膜としたが、これに限定されず、例えば、ポリシリコン膜やＳｉＯ_２膜であっても良い。堆積膜３がポリシリコン膜である場合には、クリーニングガス４は、例えば、ＣｌＦ_３（三フッ化塩素）ガスを含有するガスが用いられる。堆積膜３がＳｉＯ_２膜である場合には、クリーニングガス４は、例えば、Ｆ_２（フッ素）ガス、ＨＦ（フッ化水素）ガス、又はＮＦ_３（三フッ化窒素）ガスを含有するガス、又はこれら３種類のガスのうちの２種類以上を含有する混合ガスが用いられる。

また、上記の各実施の形態において供給管１２は、ＳｉＯ_２からなるとしたが、これに限定されず、アルミナ及びステンレス等でも良い。クリーニングガス４で供給管１２がエッチングされる場合は、例えば、第１及び第２の実施の形態に示すクリーニング方法が用いられる。クリーニングガス４で供給管１２がエッチングされない場合は、例えば、第３及び第４の実施の形態に示すクリーニング方法が用いられる。

第１、第２及び第８の実施の形態において、供給管１２内を不活性ガス６で満たしたが、さらに、排気管１６内を不活性ガス６で満たしても良い。

一方、排気管１６内を不活性ガス６で満たさない場合には、排気管１６の内壁面を、クリーニングガス４によりエッチングされる保護膜でコーティングしてもよい。ただし、保護膜は、エッチングされても、半導体基板上に形成される薄膜のコンタミネーション物質とならない材料で形成する。このような保護膜によれば、排気管１６の本体部分のエッチングを防止することが可能となると共に、保護膜がエッチングされてコンタミネーション物質となることを防止することが可能となる。この場合、排気管１６は、処理チャンバ１０から着脱可能に構成し（図１４参照）、保護膜が除去されたら、この排気管１６に保護膜をコーティングし直す、又はこの排気管１６を別の排気管１６に取り替えるようにしてもよい。図１４は、第１から第８の実施の形態の変形例に係る半導体製造装置の処理チャンバの要部断面図である。図１４には、着脱可能な排気管１６の内壁面にコーティングされた保護膜１００が示されている。例えば、クリーニングガス４として、Ｆ_２、ＨＦ、ＮＦ_３の少なくともいずれかを含有するガスを使用する場合、保護膜の例としては、石英膜等のＳｉＯ_２膜が挙げられる。

また、排気管１６内を不活性ガス６で満たさない場合には、排気管１６を、クリーニングガス４によってエッチングされない材料で形成してもよい。例えば、クリーニングガス４として、Ｆ_２、ＨＦ、ＮＦ_３の少なくともいずれかを含有するガスを使用する場合には、クリーニングガス４によってエッチングされない材料の例として、アルミニウムやアルミナが挙げられる。この場合、排気管１６は、その全体がアルミニウム又はアルミナで形成されていてもよいし、その内壁面のみがアルミニウム又はアルミナで形成されていてもよい。

なお、少なくとも内壁面がクリーニングガス４によってエッチングされない材料で形成された供給管１２や排気管１６は、第１から第８のいずれの実施の形態でも採用可能である。同様に、内壁面が上記のような保護膜でコーティングされた排気管１６は、第１から第８のいずれの実施の形態でも採用可能である。

第５から第７の実施の形態において、第８の実施の形態に示すクリーニング方法を選択するようにしても良い。

第２及び第４の実施の形態において、所定のクリーニング時間内でクリーニングを繰り返したが、これに限定されず、例えば、半導体の製造が行われていない間に、所定のクリーニング時間を越えて繰り返しても良い。

１、１０Ａ〜１０Ｉ：半導体製造装置、３：堆積膜、４：クリーニングガス、
６：不活性ガス、７、８：管理システム、１０、１０ｃ：処理チャンバ、
１１：供給部、１２、１２ａ：供給管、１４、１４ａ：供給バルブ、
１６、１６ａ：排気管、１８、１８ａ：排気バルブ、１９：排気部

Claims (8)

1. 処理チャンバの内壁に堆積した堆積膜を除去するクリーニングガスと、不活性ガスを、前記処理チャンバの供給管からの前記クリーニングガスの単位時間当たりの供給量が、前記処理チャンバの排気管からの前記クリーニングガスの単位時間当たりの排気量よりも多くなるよう、前記供給管を介して同時に供給し、
   前記クリーニングガスと前記不活性ガスを同時に供給した後に、前記クリーニングガスの供給を停止しつつ前記不活性ガスを供給することにより、前記処理チャンバ内の圧力を上昇させ、かつ、前記供給管内を前記不活性ガスで満たす、
   ことを含む半導体製造装置のクリーニング方法。
2. さらに、前記排気管から前記クリーニングガス及び前記不活性ガスを排出することで、前記処理チャンバ内を真空にすることを含む請求項１に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
3. 前記供給管を介して前記クリーニングガスと前記不活性ガスを同時に供給する処理と、前記処理チャンバ内の圧力を上昇させ、かつ、前記供給管内を前記不活性ガスで満たす処理と、前記処理チャンバ内を真空にする処理を、所定のクリーニング時間内で前記堆積膜の膜厚に応じて複数回繰り返す請求項２に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
4. 前記供給管を介して前記クリーニングガスと前記不活性ガスを同時に供給する処理は、前記排気管に設けられた排気バルブを閉じた状態で、前記処理チャンバ内に前記クリーニングガスを供給すること、又は前記排気バルブを開いた状態で、前記処理チャンバ内に前記クリーニングガスを供給した後に、前記排気バブルを閉じることで行われ、
   前記処理チャンバ内の圧力を上昇させ、かつ、前記供給管内を前記不活性ガスで満たす処理は、前記排気バルブを閉じた状態で行われ、
   前記処理チャンバ内を真空にする処理は、前記排気バルブを開いた状態で行われる請求項２又は３に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
5. 前記排気管は、内壁面が、前記クリーニングガスでエッチング可能な保護膜でコーティングされている請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
6. 前記クリーニングガスは、ハロゲンガスを含有する請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
7. 処理チャンバの内壁に堆積した堆積膜を除去するクリーニングガスを、前記処理チャンバの供給管からの前記クリーニングガスの単位時間当たりの供給量が、前記処理チャンバの排気管からの前記クリーニングガスの単位時間当たりの排気量よりも多くなるよう、前記供給管を介して供給するクリーニングガス供給部と、
   前記クリーニングガスと同時に不活性ガスを前記供給管を介して供給する不活性ガス供給部とを備え、
   前記クリーニングガス供給部と前記不活性ガス供給部は、前記クリーニングガスと前記不活性ガスを同時に供給した後に、前記クリーニングガスの供給を停止しつつ前記不活性ガスを供給することにより、前記処理チャンバ内の圧力を上昇させ、かつ、前記供給管内を前記不活性ガスで満たす、半導体製造装置。
8. 請求項７に記載の複数の半導体製造装置と、
   前記複数の半導体製造装置の前記クリーニングガス供給部及び前記不活性ガス供給部を制御する制御部と、
   を備える管理システム。

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