JP5438266B2 - 半導体装置の製造方法、クリーニング方法および基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法および基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）が作り込まれる基板としての半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜および半導体膜を形成するＣＶＤ装置や酸化膜形成装置や拡散装置およびアニール装置等の半導体製造装置を使用するものに関する。
ＩＣの製造方法において、ウエハに窒化シリコンやポリシリコン等のＣＶＤ膜をデポジションするのに、例えば、特許文献１に示されているようなバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。
バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入管と、プロセスチューブ内を真空排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えている。
そして、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入管から導入されるとともに、ヒータによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされる。
バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入される処理室を形成するインナチューブおよびこのインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成され縦形に設置されたプロセスチューブと、インナチューブ内に原料ガスを導入するガス導入管と、プロセスチューブ内を真空排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されてプロセスチューブ内を加熱するヒータとを備えている。
そして、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態でインナチューブ内に下端の炉口から搬入され、インナチューブ内に原料ガスがガス導入管から導入されるとともに、ヒータによってプロセスチューブ内が加熱されることにより、ウエハにＣＶＤ膜がデポジションされる。
このようなＣＶＤ装置においては、ウエハの表面に対するＣＶＤ膜の形成が本来の目的であるが、実際にはウエハの表面以外、例えば、プロセスチューブの内壁等にもＣＶＤ膜が堆積してしまう。
この堆積膜の厚さが一定以上に達すると、膜剥離が生じウエハ上での異物発生要因となってしまう。
このため、プロセスチューブの内壁等に堆積した堆積膜を除去するクリーニングを実施することが必要となる。
そこで、堆積膜が一定以上付着すると、ＣＶＤ装置からプロセスチューブ等を取外してＨＦ（弗化水素）の水溶液の洗浄槽により除去するウエットクリーニングが、従来から実施されている。
この堆積膜の厚さが一定以上に達すると、膜剥離が生じウエハ上での異物発生要因となってしまう。
このため、プロセスチューブの内壁等に堆積した堆積膜を除去するクリーニングを実施することが必要となる。
そこで、堆積膜が一定以上付着すると、ＣＶＤ装置からプロセスチューブ等を取外してＨＦ（弗化水素）の水溶液の洗浄槽により除去するウエットクリーニングが、従来から実施されている。
しかしながら、ウエットクリーニングはメンテナンスがきわめて困難であるために、近年は、メンテナンスが容易なドライクリーニングが採用され始めている。
このうち、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜に対するクリーニングガスの候補としてはＨＦガスが挙げられるが、ＨＦガスは蒸気圧が低く液化し易いガスであるため、ドライクリーニングの実施により、クリーニングの際に７５℃未満の温度となる低温部の部材の表面に対してＨＦガスが多層吸着してしまう。
この結果、低温部となる石英部材の表面のエッチングや、排気管等の金属部材の表面の腐食のように、ＨＦガスに曝される部材に対して顕著な腐食反応を引き起こし、それら部材の定期的交換が必要となるため、メンテナンス性が大きく低下するという問題が残る。
このうち、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜に対するクリーニングガスの候補としてはＨＦガスが挙げられるが、ＨＦガスは蒸気圧が低く液化し易いガスであるため、ドライクリーニングの実施により、クリーニングの際に７５℃未満の温度となる低温部の部材の表面に対してＨＦガスが多層吸着してしまう。
この結果、低温部となる石英部材の表面のエッチングや、排気管等の金属部材の表面の腐食のように、ＨＦガスに曝される部材に対して顕著な腐食反応を引き起こし、それら部材の定期的交換が必要となるため、メンテナンス性が大きく低下するという問題が残る。
本発明の目的は、クリーニングガスによる腐食反応を低減することができる半導体装置の製造方法および基板処理装置を提供することにある。
本願が開示する発明のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に薄膜を形成するステップと、
薄膜形成後の基板を前記処理室内より搬出するステップと、
前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去することで前記処理室内をクリーニングするステップと、を有し、
前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するとともに、前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材の温度を、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるようにする半導体装置の製造方法。
（２）基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
前記処理室内に薄膜を形成するための原料ガスを導入する原料ガス導入ラインと、
前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去するためのクリーニングガスを前記処理室内に導入するクリーニングガス導入ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材を加熱する加熱源と、
前記処理室内にクリーニングガスを導入しつつ前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するよう前記ヒータを制御するとともに、
前記低温部材の温度が、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるように前記加熱源を制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
（３）前記（１）（２）において、前記低温部材の温度を、前記クリーニングガスが多層吸着せず、かつ、顕著な熱反応が生じない程度の温度となるように制御する。
（４）前記（１）（２）において、前記クリーニングガスはＨＦガスを含むガスである。
（５）前記（１）（２）において、前記薄膜はシリコン酸化膜であり、前記クリーニングガスはＨＦガスを含むガスである。
（６）前記（１）（２）において、前記クリーニングガスはＨＦガスを含むガスであり、前記低温部材の温度を、７５℃以上１００℃未満の温度となるように制御する。
（７）前記（１）（２）において、前記低温部材は、少なくとも前記処理室を形成したプロセスチューブを支持するマニホールド、前記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズルおよび／または前記処理室内を排気する排気管である。
（１）基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に薄膜を形成するステップと、
薄膜形成後の基板を前記処理室内より搬出するステップと、
前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去することで前記処理室内をクリーニングするステップと、を有し、
前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するとともに、前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材の温度を、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるようにする半導体装置の製造方法。
（２）基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
前記処理室内に薄膜を形成するための原料ガスを導入する原料ガス導入ラインと、
前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去するためのクリーニングガスを前記処理室内に導入するクリーニングガス導入ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記クリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材を加熱する加熱源と、
前記処理室内にクリーニングガスを導入しつつ前記処理室内を前記エッチング反応が生じる程度の第一の温度に加熱するよう前記ヒータを制御するとともに、
前記低温部材の温度が、前記クリーニングガスが多層吸着しない程度の第二の温度となるように前記加熱源を制御するコントローラと、
を有する基板処理装置。
（３）前記（１）（２）において、前記低温部材の温度を、前記クリーニングガスが多層吸着せず、かつ、顕著な熱反応が生じない程度の温度となるように制御する。
（４）前記（１）（２）において、前記クリーニングガスはＨＦガスを含むガスである。
（５）前記（１）（２）において、前記薄膜はシリコン酸化膜であり、前記クリーニングガスはＨＦガスを含むガスである。
（６）前記（１）（２）において、前記クリーニングガスはＨＦガスを含むガスであり、前記低温部材の温度を、７５℃以上１００℃未満の温度となるように制御する。
（７）前記（１）（２）において、前記低温部材は、少なくとも前記処理室を形成したプロセスチューブを支持するマニホールド、前記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズルおよび／または前記処理室内を排気する排気管である。
前記（１）（２）によれば、クリーニングガスによる腐食反応を低減することができるので、構成部材の定期的交換の頻度を減少することができ、メンテナンス性能を向上させることができる。
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
本実施の形態において、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ＩＣの製造方法として構成されており、本実施の形態に係るＩＣの製造方法は特徴工程として、ＩＣが作り込まれる基板としてのウエハに例えば絶縁膜を成膜する成膜工程を備えている。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、本実施の形態に係るＩＣの製造方法における特徴工程である成膜工程を実施するＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）として構成されている。
本実施の形態に係るＣＶＤ装置について説明する。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、本実施の形態に係るＩＣの製造方法における特徴工程である成膜工程を実施するＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）として構成されている。
本実施の形態に係るＣＶＤ装置について説明する。
本実施の形態に係るＣＶＤ装置は、図１に示された処理炉１０を備えている。
図１に示されているように、処理炉１０は加熱機構としてのヒータ１１を有する。
ヒータ１１は円筒形状であり、支持板としてのヒータベース１２に支持されることにより垂直に据え付けられている。
図１に示されているように、処理炉１０は加熱機構としてのヒータ１１を有する。
ヒータ１１は円筒形状であり、支持板としてのヒータベース１２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１１の内側には反応管としてのプロセスチューブ１３が、ヒータ１１と同心円状に配設されている。プロセスチューブ１３は外部反応管としてのアウタチューブ１４と、その内側に設けられた内部反応管としてのインナチューブ１５とから構成されている。
アウタチューブ１４は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、内径がインナチューブ１５の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１５と同心円状に設けられている。
インナチューブ１５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ１５の筒中空部には処理室１６が形成されており、基板としてのウエハ１を後述するボートによって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
アウタチューブ１４は、例えば石英（ＳｉＯ2 ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、内径がインナチューブ１５の外径よりも大きく上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されており、インナチューブ１５と同心円状に設けられている。
インナチューブ１５は、例えば石英または炭化シリコン等の耐熱性材料からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ１５の筒中空部には処理室１６が形成されており、基板としてのウエハ１を後述するボートによって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
アウタチューブ１４の下方にはマニホールド１７が、アウタチューブ１４と同心円状に配設されている。マニホールド１７は例えばステンレス等からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。
マニホールド１７はインナチューブ１５とアウタチューブ１４とに係合しており、これらを支持するように設けられている。マニホールド１７がヒータベース１２に支持されることにより、プロセスチューブ１３は垂直に据え付けられた状態となっている。
プロセスチューブ１３とマニホールド１７により反応容器が形成される。
なお、マニホールド１７とアウタチューブ１４との間には、シール部材としてのＯリング１８が設けられている。
マニホールド１７はインナチューブ１５とアウタチューブ１４とに係合しており、これらを支持するように設けられている。マニホールド１７がヒータベース１２に支持されることにより、プロセスチューブ１３は垂直に据え付けられた状態となっている。
プロセスチューブ１３とマニホールド１７により反応容器が形成される。
なお、マニホールド１７とアウタチューブ１４との間には、シール部材としてのＯリング１８が設けられている。
マニホールド１７には処理室１６内の雰囲気を排気するラインとしての排気管２０が設けられている。排気管２０は、インナチューブ１５とアウタチューブ１４との隙間によって形成される筒状空間１９の下端部に配置されており、筒状空間１９に連通している。
排気管２０のマニホールド１７との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ２１および圧力調整装置（可変コンダクタンスバルブ）２２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２３が接続されており、処理室１６内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。
圧力調整装置２２および圧力センサ２１には圧力制御部２４が、電気配線Ｂによって電気的に接続されている。
圧力制御部２４は圧力センサ２１により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２２により処理室１６内の圧力を所望の圧力とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
排気管２０のマニホールド１７との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ２１および圧力調整装置（可変コンダクタンスバルブ）２２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２３が接続されており、処理室１６内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。
圧力調整装置２２および圧力センサ２１には圧力制御部２４が、電気配線Ｂによって電気的に接続されている。
圧力制御部２４は圧力センサ２１により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２２により処理室１６内の圧力を所望の圧力とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
マニホールド１７の下方には、マニホールド１７の下端開口を気密に閉塞する炉口蓋体としてのシールキャップ２５が設けられている。シールキャップ２５はマニホールド１７の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。
シールキャップ２５は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２５の上面には、マニホールド１７の下端と当接するシール部材としてのＯリング２６が設けられている。
シールキャップ２５は例えばステンレス等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２５の上面には、マニホールド１７の下端と当接するシール部材としてのＯリング２６が設けられている。
シールキャップ２５はプロセスチューブ１３の外部に垂直に設備された昇降機構としてのボートエレベータ２７によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これにより後述するボートを処理室１６に対し搬入搬出することが可能となっている。
シールキャップ２５の処理室１６と反対側には、ボートを回転させる回転機構２８が設置されている。回転機構２８の回転軸２９はシールキャップ２５を貫通して、後述するボートに接続されており、ボートを回転させることでウエハ１を回転させるように構成されている。
回転機構２８およびボートエレベータ２７には、駆動制御部３０が電気配線Ａによって電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
回転機構２８およびボートエレベータ２７には、駆動制御部３０が電気配線Ａによって電気的に接続されており、所望の動作をするよう所望のタイミングにて制御するように構成されている。
マニホールド１７には原料ガス導入ノズル３１が処理室１６内に連通するように接続されており、このノズル３１には原料ガス導入ライン３２が接続されている。
原料ガス導入ライン３２のノズル３１との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）３３を介して図示しない原料ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。
ＭＦＣ３３にはガス流量制御部３４が電気配線Ｃによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部３４は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、ＭＦＣ３３を制御するように構成されている。
原料ガス導入ライン３２のノズル３１との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）３３を介して図示しない原料ガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。
ＭＦＣ３３にはガス流量制御部３４が電気配線Ｃによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部３４は供給するガスの流量を所望の量とさせるべく所望のタイミングにて、ＭＦＣ３３を制御するように構成されている。
プロセスチューブ１３内には温度検出器としての温度センサ３５が設置されている。
ヒータ１１と温度センサ３５とには温度制御部３６が、それぞれ電気配線Ｄによって電気的に接続されている。
温度制御部３６は温度センサ３５により検出された温度情報に基づきヒータ１１への通電具合を調整することにより、処理室１６内の温度を所望の温度分布とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
ヒータ１１と温度センサ３５とには温度制御部３６が、それぞれ電気配線Ｄによって電気的に接続されている。
温度制御部３６は温度センサ３５により検出された温度情報に基づきヒータ１１への通電具合を調整することにより、処理室１６内の温度を所望の温度分布とさせるべく所望のタイミングにて制御するように構成されている。
圧力制御部２４、駆動制御部３０、ガス流量制御部３４、温度制御部３６は、操作部、入出力部をも構成しており、ＣＶＤ装置全体を制御する主制御部３７に電気的に接続されている。
圧力制御部２４、駆動制御部３０、ガス流量制御部３４、温度制御部３６および主制御部３７はコントローラ３８として構成されている。
圧力制御部２４、駆動制御部３０、ガス流量制御部３４、温度制御部３６および主制御部３７はコントローラ３８として構成されている。
基板保持具としてのボート４０は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる上下の端板４１、４２や複数本の保持柱４３が使用されて、全体的にみると長い円筒形状になるように構築されており、保持柱４３には多数条のスロット（保持溝）４４が長手方向（垂直方向）に等間隔に配列されている。
ウエハ１の周縁部が同一段の複数個のスロット４４に同時に挿入されることにより、ボート４０は複数枚のウエハ１を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。
なお、ボート４０の下部には、断熱部材としての断熱板４５が水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板４５は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料が使用されて、円板形状に形成されており、ヒータ１１からの熱がマニホールド１７側に伝わり難くなるよう構成されている。
ウエハ１の周縁部が同一段の複数個のスロット４４に同時に挿入されることにより、ボート４０は複数枚のウエハ１を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持するように構成されている。
なお、ボート４０の下部には、断熱部材としての断熱板４５が水平姿勢で多段に複数枚配置されている。断熱板４５は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料が使用されて、円板形状に形成されており、ヒータ１１からの熱がマニホールド１７側に伝わり難くなるよう構成されている。
本実施の形態において、マニホールド１７の原料ガス導入ノズル３１と異なる位置には、図２に示されているように、クリーニングガス導入ノズル５１が処理室１６内に連通するように接続されており、クリーニングガス導入ノズル５１にはクリーニングガス導入ライン５２が接続されている。
クリーニングガス導入ライン５２のノズル５１との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）５３を介して図示しないクリーニングガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。
ＭＦＣ５３にはガス流量制御部５４（図１参照）が電気配線Ｅによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部５４は供給するガス流量を所望量とさせるべく所望のタイミングにてＭＦＣ５３を制御するように構成されており、コントローラ３８の一部を構成している。
クリーニングガス導入ライン５２のノズル５１との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）５３を介して図示しないクリーニングガス供給源や不活性ガス供給源が接続されている。
ＭＦＣ５３にはガス流量制御部５４（図１参照）が電気配線Ｅによって電気的に接続されている。
ガス流量制御部５４は供給するガス流量を所望量とさせるべく所望のタイミングにてＭＦＣ５３を制御するように構成されており、コントローラ３８の一部を構成している。
図１および図２に示されているように、マニホールド１７と排気管２０とクリーニングガス導入ノズル５１と原料ガス導入ノズル３１とには、第一加熱源６１と第二加熱源６２と第三加熱源６３と第四加熱源６４とがそれぞれ敷設されている。
マニホールド１７と排気管２０とクリーニングガス導入ノズル５１と原料ガス導入ノズル３１とは、後述する薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材である。
これらの加熱源６１、６２、６３、６４は温度制御部６０にそれぞれ電気配線Ｆによって接続されている。温度制御部６０はコントローラ３８の一部を構成しており、マニホールド１７と排気管２０とクリーニングガス導入ノズル５１と原料ガス導入ノズル３１との温度を、クリーニングガスが多層吸着しない程度の温度とさせるべく制御するように構成されている。
マニホールド１７と排気管２０とクリーニングガス導入ノズル５１と原料ガス導入ノズル３１とは、後述する薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材である。
これらの加熱源６１、６２、６３、６４は温度制御部６０にそれぞれ電気配線Ｆによって接続されている。温度制御部６０はコントローラ３８の一部を構成しており、マニホールド１７と排気管２０とクリーニングガス導入ノズル５１と原料ガス導入ノズル３１との温度を、クリーニングガスが多層吸着しない程度の温度とさせるべく制御するように構成されている。
次に、以上の構成に係る処理炉１０を用いて、半導体装置の製造工程の一工程としてＣＶＤ法によりウエハ１の上に薄膜を形成する方法について説明する。
なお、以下の説明において、ＣＶＤ装置を構成する各部の動作はコントローラ３８により制御される。
なお、以下の説明において、ＣＶＤ装置を構成する各部の動作はコントローラ３８により制御される。
複数枚のウエハ１がボート４０に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、複数枚のウエハ１を保持したボート４０は、ボートエレベータ２７によって持ち上げられて処理室１６に搬入（ボートローディング）される。
この状態で、シールキャップ２５はＯリング２６を介してマニホールド１７の下端をシールした状態となる。
この状態で、シールキャップ２５はＯリング２６を介してマニホールド１７の下端をシールした状態となる。
処理室１６内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置２３によって真空排気される。この際、処理室１６内の圧力は圧力センサ２１で測定され、この測定された圧力に基づき、圧力調整装置２２がフィードバック制御される。
また、処理室１６内が所望の温度となるようにヒータ１１によって加熱される。
この際、処理室１６内が所望の温度分布となるように温度センサ３５が検出した温度情報に基づきヒータ１１への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、回転機構２８によってボート４０が回転されることにより、ウエハ１が回転される。
また、処理室１６内が所望の温度となるようにヒータ１１によって加熱される。
この際、処理室１６内が所望の温度分布となるように温度センサ３５が検出した温度情報に基づきヒータ１１への通電具合がフィードバック制御される。
続いて、回転機構２８によってボート４０が回転されることにより、ウエハ１が回転される。
次いで、処理ガス供給源から処理ガスが供給される。ＭＦＣ３３にて所望の流量となるように制御されたガスは、原料ガス導入ライン３２を流通してノズル３１から処理室１６内に導入される。
導入されたガスは処理室１６内を上昇し、インナチューブ１５の上端開口から筒状空間１９に流出して排気管２０から排気される。
ガスは処理室１６内を通過する際にウエハ１の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ１の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
導入されたガスは処理室１６内を上昇し、インナチューブ１５の上端開口から筒状空間１９に流出して排気管２０から排気される。
ガスは処理室１６内を通過する際にウエハ１の表面と接触し、この際に熱ＣＶＤ反応によってウエハ１の表面上に薄膜が堆積（デポジション）される。
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室１６内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室１６内の圧力が常圧に復帰される。
その後、ボートエレベータ２７によりシールキャップ２５が下降されて、マニホールド１７の下端が開口されるとともに、処理済ウエハ１がボート４０に保持された状態でマニホールド１７の下端からプロセスチューブ１３の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
その後、処理済ウエハ１はボート４０より取り出される（ウエハディスチャージ）。
その後、処理済ウエハ１はボート４０より取り出される（ウエハディスチャージ）。
なお、本実施の形態の処理炉にてウエハに成膜する際の処理条件としては、例えば、シリコン酸化膜（ＤＣＳ−ＨＴＯ（ＳｉＯ2 ）膜）の成膜においては、処理温度：７００〜８５０℃、処理圧力：１０〜２００Ｐａ、ガス種：ＤＣＳおよびＮ2 Ｏ、ガス供給流量：ＤＣＳ０．０１〜０．５ｓｌｍ、Ｎ2 Ｏ０．０１〜０．５ｓｌｍが例示される。
なお、ＤＣＳとはジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）、ＨＴＯとはＨｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅの略称である。
また、例えば、シリコン窒化膜（ＤＣＳ−Ｓｉ3 Ｎ4 膜）の成膜においては、処理温度：６５０〜８００℃、処理圧力：１０〜２００Ｐａ、ガス種：ＤＣＳおよびＮＨ3 、ガス供給流量：ＤＣＳ０．０１〜０．２ｓｌｍ、ＮＨ3 ０．０５〜２．０ｓｌｍが例示される。
これらの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハに成膜がなされる。
なお、ＤＣＳとはジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）、ＨＴＯとはＨｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅの略称である。
また、例えば、シリコン窒化膜（ＤＣＳ−Ｓｉ3 Ｎ4 膜）の成膜においては、処理温度：６５０〜８００℃、処理圧力：１０〜２００Ｐａ、ガス種：ＤＣＳおよびＮＨ3 、ガス供給流量：ＤＣＳ０．０１〜０．２ｓｌｍ、ＮＨ3 ０．０５〜２．０ｓｌｍが例示される。
これらの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハに成膜がなされる。
ところで、以上のような成膜ステップの実施に際しては、プロセスチューブ１３の内壁やボート４０の表面等にもＣＶＤ膜が堆積してしまう。
このプロセスチューブ１３の内壁等に付着した堆積膜の厚さが一定以上に達すると、膜剥離が生じるために、ウエハ１上での異物発生要因となってしまう。
そこで、本実施の形態に係るＩＣの製造方法においては、堆積膜が剥離する厚さになる前に、ドライクリーニングステップを実施する。
このプロセスチューブ１３の内壁等に付着した堆積膜の厚さが一定以上に達すると、膜剥離が生じるために、ウエハ１上での異物発生要因となってしまう。
そこで、本実施の形態に係るＩＣの製造方法においては、堆積膜が剥離する厚さになる前に、ドライクリーニングステップを実施する。
以下に、ＨＦガスを処理炉１０内に直接導入し、付着した堆積膜を除去するドライクリーニングステップについて説明する。
堆積膜が付着したプロセスチューブ１３内に、堆積膜が付着した空のボート４０をボートエレベータ２７によって搬入する。この状態で、シールキャップ２５はＯリング２６を介してマニホールド１７の下端をシールした状態となる。
処理室１６内をヒータ１１によって所定の温度まで加熱する。この際、処理室１６内が所望の温度分布となるように温度センサ３５が検出した温度情報に基づきヒータ１１への通電具合がフィードバック制御される。
この後、クリーニングガスとしてのＨＦガスをＭＦＣ５３にて所望の流量となるように制御しつつクリーニングガス導入ライン５２を介してクリーニングガス導入ノズル５１から処理室１６内に導入する。
導入されたＨＦガスは処理室１６内を上昇し、インナチューブ１５の上端開口から筒状空間１６に流出して排気管２０から排気される。
ＨＦガスは処理室１６内を通過する際にプロセスチューブ１３の内壁やボート４０の表面等に付着した堆積膜と接触する。この際、ＨＦガスのエッチング反応によって堆積膜が除去される。
このとき、排気管２０に設けられた圧力調整装置（可変コンダクタンスバルブ）２２によって処理室１６内の圧力を一定に保つよう圧力調整し、排気管２０および真空ポンプ等の真空排気装置２３を経てクリーニングガスを排出する。この際、処理室１６内の圧力は圧力センサ２１で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調整装置２２がフィードバック制御される。
なお、このとき回転機構２８によってボート４０を回転させるようにしてもよい。
堆積膜が付着したプロセスチューブ１３内に、堆積膜が付着した空のボート４０をボートエレベータ２７によって搬入する。この状態で、シールキャップ２５はＯリング２６を介してマニホールド１７の下端をシールした状態となる。
処理室１６内をヒータ１１によって所定の温度まで加熱する。この際、処理室１６内が所望の温度分布となるように温度センサ３５が検出した温度情報に基づきヒータ１１への通電具合がフィードバック制御される。
この後、クリーニングガスとしてのＨＦガスをＭＦＣ５３にて所望の流量となるように制御しつつクリーニングガス導入ライン５２を介してクリーニングガス導入ノズル５１から処理室１６内に導入する。
導入されたＨＦガスは処理室１６内を上昇し、インナチューブ１５の上端開口から筒状空間１６に流出して排気管２０から排気される。
ＨＦガスは処理室１６内を通過する際にプロセスチューブ１３の内壁やボート４０の表面等に付着した堆積膜と接触する。この際、ＨＦガスのエッチング反応によって堆積膜が除去される。
このとき、排気管２０に設けられた圧力調整装置（可変コンダクタンスバルブ）２２によって処理室１６内の圧力を一定に保つよう圧力調整し、排気管２０および真空ポンプ等の真空排気装置２３を経てクリーニングガスを排出する。この際、処理室１６内の圧力は圧力センサ２１で測定され、この測定された圧力に基づき圧力調整装置２２がフィードバック制御される。
なお、このとき回転機構２８によってボート４０を回転させるようにしてもよい。
予め設定された時間が経過し、堆積膜が除去されたら、直ちに、クリーニングガス導入ノズル５１からのクリーニングガス供給を止め、処理室１６内を不活性ガスでパージし、その後、処理室１６内のシーズニングを行ない、成膜ステップに移行することができる状態に復帰させる。
以上のクリーニングステップにおいて、ＨＦガスは蒸気圧が低く液化し易いガスであるために、従来、ドライクリーニングステップの実施により、クリーニングの際に、７５℃未満の低温部となるマニホールド１７や排気管２０やクリーニングガス導入ノズル５１および原料ガス導入ノズル３１の表面に対してＨＦガスが多層吸着してしまう。
このＨＦガスの多層吸着が発生すると、排気管２０やクリーニングガス導入ノズル５１および原料ガス導入ノズル３１の石英表面でのエッチング、マニホールド１７の金属表面での腐食のように、ＨＦガスに曝される表面に対して顕著な腐食反応が起こる。
また、石英部材のエッチングや金属部材の腐食が発生する際には、顕著な熱反応が起こる。
なお、ガスの多層吸着とは、ガス処理時における低温部の表面にガス分子が吸着し、表面全体がガス分子で覆われた後に、ガス分子の上にガス分子が重なり、ガスが何層にもわたり表面に吸着して低温部の表面が濡れたようになる現象であり、ＨＦガスで顕著に生じる現象である。
ちなみに、弗化塩素（ＣｌＦ3 ）でも同様な現象が生じると考えられる。
このＨＦガスの多層吸着が発生すると、排気管２０やクリーニングガス導入ノズル５１および原料ガス導入ノズル３１の石英表面でのエッチング、マニホールド１７の金属表面での腐食のように、ＨＦガスに曝される表面に対して顕著な腐食反応が起こる。
また、石英部材のエッチングや金属部材の腐食が発生する際には、顕著な熱反応が起こる。
なお、ガスの多層吸着とは、ガス処理時における低温部の表面にガス分子が吸着し、表面全体がガス分子で覆われた後に、ガス分子の上にガス分子が重なり、ガスが何層にもわたり表面に吸着して低温部の表面が濡れたようになる現象であり、ＨＦガスで顕著に生じる現象である。
ちなみに、弗化塩素（ＣｌＦ3 ）でも同様な現象が生じると考えられる。
そこで、本実施の形態に係るＩＣの製造方法においては、前述したドライクリーニングステップの実施に際して、第一加熱源６１と第二加熱源６２と第三加熱源６３と第四加熱源６４とを温度制御部６０によって制御することにより、マニホールド１７や排気管２０やクリーニングガス導入ノズル５１および原料ガス導入ノズル３１の温度をＨＦガスが多層吸着しない温度である７５℃以上１００℃未満にさせるべく制御する。
ここで、ＨＦガスの場合においては、７５℃以上となる温度であれば多層吸着しないことが、次の実験によって究明された。
＜実験条件＞
圧力１３３３０Ｐａ、温度２５℃、３５℃、５０℃、７５℃、９５℃
＜判定＞
＜実験結果＞
＜実験条件＞
圧力１３３３０Ｐａ、温度２５℃、３５℃、５０℃、７５℃、９５℃
＜判定＞
＜実験結果＞
他方、高温ほど金属部材の腐食が生じ、このとき顕著な熱反応が生じる。
しかし、少なくとも１００℃未満であれば、金属部材の腐食が生じないことが確認されている。
しかし、少なくとも１００℃未満であれば、金属部材の腐食が生じないことが確認されている。
以上のことから、マニホールド１７や排気管２０やクリーニングガス導入ノズル５１および原料ガス導入ノズル３１の温度を７５℃以上１００℃未満にさせるべく制御することにより、クリーニングガスとしてのＨＦガスがこれらの表面に多層吸着せず、顕著な熱反応も生じず、石英部材のエッチング、金属部材の腐食の発生を防止することができる。
なお、ＨＦガスを含むクリーニングガスの例としては、次のものが挙げられる。
ＨＦガス単独、ＨＦガス＋窒素（Ｎ2 ）ガス、ＨＦガス＋アルゴン（Ａｒ）ガス、ＨＦガス＋ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ＨＦガス＋Ｆ2 ガス。
ＨＦガス単独、ＨＦガス＋窒素（Ｎ2 ）ガス、ＨＦガス＋アルゴン（Ａｒ）ガス、ＨＦガス＋ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ＨＦガス＋Ｆ2 ガス。
ＨＦガス以外のクリーニングガスの例としては、弗化塩素（ＣｌＦ3 ）ガス等の蒸気圧の低いガスが挙げられる。
なお、クリーニングステップの処理条件としては、例えば、クリーニングガス：ＨＦガス、処理温度：常温〜７０℃、処理圧力：１３３〜５００００Ｐａ、ガス供給流量：ＨＦガス０．５〜５．０ｓｌｍ、マニホールド１７や排気管２０やクリーニングガス導入ノズル５１および原料ガス導入ノズル３１等の低温部材の温度は、７５〜９５℃、好ましくは、８０〜９５℃が例示される。
また、例えば、クリーニングガス：ＨＦガスおよびＮ2 ガス、処理温度：常温〜７０℃、処理圧力：１３３〜５００００Ｐａ、ガス供給流量：ＨＦガス０．５〜５．０ｓｌｍ、Ｎ2 ガス０．１〜１０．０ｓｌｍ、マニホールド１７や排気管２０やクリーニングガス導入ノズル５１および原料ガス導入ノズル３１等の低温部材の温度は、７５〜９５℃、好ましくは、８０〜９５℃が例示される。
これらの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで、クリーニングがなされる。
また、例えば、クリーニングガス：ＨＦガスおよびＮ2 ガス、処理温度：常温〜７０℃、処理圧力：１３３〜５００００Ｐａ、ガス供給流量：ＨＦガス０．５〜５．０ｓｌｍ、Ｎ2 ガス０．１〜１０．０ｓｌｍ、マニホールド１７や排気管２０やクリーニングガス導入ノズル５１および原料ガス導入ノズル３１等の低温部材の温度は、７５〜９５℃、好ましくは、８０〜９５℃が例示される。
これらの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで、クリーニングがなされる。
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
1) ＨＦガスのような表面に吸着し易いガスを含んだクリーニングガスを使用してドライクリーニングを実施した際に、低温部に配置されてクリーニングガスに曝されるマニホールドや排気管やクリーニングガス導入ノズルおよび原料ガス導入ノズル等のＣＶＤ装置構成部材の多層吸着による腐食反応を低減することができる。
2) 多層吸着による腐食反応を低減することにより、マニホールドや排気管やクリーニングガス導入ノズルおよび原料ガス導入ノズル等のＣＶＤ装置構成部材の定期的交換の頻度を減少することができるので、メンテナンス性能を向上させることができる。
なお、本発明は前記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に変更が可能であることはいうまでもない。
成膜処理はシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を形成する処理に限らず、他の酸化膜や窒化膜、さらには、金属膜および半導体膜（例えば、ポリシリコン膜）等の他のＣＶＤ膜を形成する処理であってもよい。
ＣＶＤ装置はバッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置に限らず、横形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置等の他のＣＶＤ装置であってもよい。
本発明に係る半導体装置の製造方法はＣＶＤ装置を使用する場合に限らず、酸化膜形成装置や拡散装置およびアニール装置等を使用する場合にも適用することができる。
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
１…ウエハ（基板）、１０…処理炉、１１…ヒータ（加熱機構）、１２…ヒータベース、１３…プロセスチューブ（反応管）、１４…アウタチューブ（外部反応管）、１５…インナチューブ（内部反応管）、１６…処理室、１７…マニホールド、１８…Ｏリング（シール部材）、１９…筒状空間、２０…排気管、２１…圧力センサ（圧力検出器）、２２…圧力調整装置、２３…真空排気装置、２４…圧力制御部、２５…シールキャップ（炉口蓋体）、２６…Ｏリング（シール部材）、２７…ボートエレベータ、２８…回転機構、２９…回転軸、３０…駆動制御部、３１…ノズル（ガス導入部）、３２…原料ガス導入ライン、３３…ＭＦＣ（ガス流量制御器）、３４…ガス流量制御部、３５…温度センサ（温度検出器）、３６…温度制御部、３７…主制御部、３８…コントローラ、４０…ボート（基板保持具）、４１、４２…端板、４３…保持柱、４４…スロット（保持溝）、４５…断熱板（断熱部材）、５１…クリーニングガス導入ノズル、５２…クリーニングガス導入ライン、５３…ＭＦＣ（ガス流量制御器）、５４…ガス流量制御部、６０…温度制御部、６１〜６４…加熱源。
Claims (7)
- 基板を処理室内に搬入するステップと、
前記処理室内に原料ガスを供給して基板上に薄膜を形成するステップと、
薄膜形成後の基板を前記処理室内より搬出するステップと、
前記処理室内にＨＦガスを含むクリーニングガスを供給して前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去することで前記処理室内をクリーニングするステップと、
を有し、
前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内を前記エッチング反応が生じる第一の温度に加熱するとともに、前記ＨＦガスを含むクリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材の温度を、前 記ＨＦガスが多層吸着せず、顕著な熱反応が生じず、前記低温部材における石英部材のエ ッチングが生じず、前記低温部材における金属部材の腐食が生じない第二の温度となるようにし、
前記低温部材は、前記処理室を形成するプロセスチューブを支持するマニホールド、前 記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズル、前記処理室内に前記ＨＦガスを含むク リーニングガスを導入するガスノズルおよび前記処理室内のガスを排気する排気管を含む 、半導体装置の製造方法。 - 前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記低温部材の温度を、７５℃以上１ ００℃未満の温度とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記低温部材の温度を、７５℃以上９ ５℃以下の温度とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内の温度を、室温以上７０ ℃以下の温度とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記薄膜は酸化膜である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 処理室内に原料ガスを供給して基板上に薄膜を形成する処理を行った後の前記処理室内 にＨＦガスを含むクリーニングガスを供給して前記処理室内に堆積した膜をエッチング反 応により除去することで前記処理室内をクリーニングするステップを有し、
前記処理室内をクリーニングするステップでは、前記処理室内を前記エッチング反応が 生じる第一の温度に加熱するとともに、前記ＨＦガスを含むクリーニングガスに晒される 部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形成温度よりも低い温度となる低温部材の温度を、前 記ＨＦガスが多層吸着せず、顕著な熱反応が生じず、前記低温部材における石英部材のエ ッチングが生じず、前記低温部材における金属部材の腐食が生じない第二の温度となるよ うにし、
前記低温部材は、前記処理室を形成するプロセスチューブを支持するマニホールド、前記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズル、前記処理室内に前記ＨＦガスを含むク リーニングガスを導入するガスノズルおよび前記処理室内のガスを排気する排気管を含む、クリーニング方法。 - 基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱するヒータと、
前記処理室内に薄膜を形成するための原料ガスを導入する原料ガス導入ラインと、
前記処理室内に堆積した膜をエッチング反応により除去するためのＨＦガスを含むクリ ーニングガスを前記処理室内に導入するクリーニングガス導入ラインと、
前記処理室内を排気する排気ラインと、
前記ＨＦガスを含むクリーニングガスに晒される部材のうち前記薄膜形成の際に薄膜形
成温度よりも低い温度となる低温部材を加熱する加熱源と、
前記処理室内に前記ＨＦガスを含むクリーニングガスを導入しつつ前記処理室内を前記 エッチング反応が生じる第一の温度に加熱するよう前記ヒータを制御するとともに、前記 低温部材の温度が、前記ＨＦガスが多層吸着せず、顕著な熱反応が生じず、前記低温部材 における石英部材のエッチングが生じず、前記低温部材における金属部材の腐食が生じな い第二の温度となるように前記加熱源を制御するコントローラと、
を有し、
前記低温部材は、前記処理室を形成するプロセスチューブを支持するマニホールド、前 記処理室内に前記原料ガスを導入するガスノズル、前記処理室内に前記ＨＦガスを含むク リーニングガスを導入するガスノズルおよび前記処理室内のガスを排気する排気管を含む 、
基板処理装置。
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