JP5554252B2 - 半導体製造装置およびそのクリーニング方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置およびそのクリーニング方法に関する。

従来、処理室内に付着した堆積物を除去する方法として、処理室内にハロゲン系ガスと酸素系ガスとを供給して封じ込める工程と、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。

特開２００９−１２４０５０号公報

しかし、近年では、処理室内に付着した堆積物の除去に用いられるハロゲン系ガスの使用量の削減が求められている。

本発明の一つの実施形態は、処理室の内壁に付着した被膜を除去する際に使用するクリーニングガスの使用量を従来に比して削減することができる半導体製造装置およびそのクリーニング方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、クリーニング工程と、濃度測定工程と、微分値算出工程と、変化検出工程と、排気工程と、を含む半導体製造装置のクリーニング方法が提供される。前記クリーニング工程では、半導体製造装置のチャンバ内にクリーニングガスを封入し、前記チャンバ内に付着した堆積物と前記クリーニングガスとを反応させて反応ガスを生成する。前記濃度測定工程では、前記チャンバ内のガスを排気しながら排気されるガス中の前記反応ガスの濃度である実反応ガス濃度を測定し、測定結果を時系列で蓄積する。前記微分値算出工程では、前記実反応ガス濃度を時系列で並べて得られる曲線の前記実反応ガス濃度測定時の時間に対する微分値を算出する。前記変化検出工程では、前記微分値が過去に算出された微分値と異なる値を示すかを判定する。そして、排気工程では、前記チャンバ内のガスを排気する。

図１は、第１の実施形態による半導体製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。 図２は、第１の実施形態によるクリーニング方法の手順の一例を模式的に示す図である。 図３は、排気されるガス中に含まれる反応ガスの濃度の一例を示す図である。 図４は、第２の実施形態による半導体製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。 図５は、膜厚−反応ガス濃度対応情報の一例を示す図である。 図６は、第２の実施形態によるクリーニング方法の手順の一例を模式的に示す図である。 図７は、第３の実施形態による半導体製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。 図８は、第３の実施形態によるクリーニング方法の手順の一例を模式的に示す図である。 図９は、実反応ガス濃度−時間情報の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体製造装置およびそのクリーニング方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による半導体製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。半導体製造装置１０は、半導体装置の製造を行い、気密に構成されるチャンバ１１を有する。この例では、チャンバ１１内は、石英（ＳｉＯ2）からなるものとする。また、チャンバ１１内では、たとえばシリコンやシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などのシリコン系の膜が形成されるものとする。

チャンバ１１には、半導体装置の製造に用いる処理ガスやチャンバ１１内のクリーニングを行うクリーニングガスが供給されるガス供給口１２と、チャンバ１１内のガスが排気されるガス排気口１３と、が設けられる。

ガス供給口１２には、配管を介して処理ガスやクリーニングガスの供給源となる図示しないガス供給部が接続され、配管上には供給されるガスの流れのオン／オフを切り替えるガスバルブ１４が設けられている。シリコン系の膜用のクリーニングガスとして、たとえばＦ2ガスやＣｌＦ3ガスなどのハロゲン系ガスを用いることができる。

ガス排気口１３には、配管１５を介して排気手段である真空ポンプ１６が接続されている。また配管１５は、途中で２本の配管１５ａ，１５ｂに分岐された後、再び１つの配管１５となる。配管１５ａは、チャンバ１１内のガスの排気用に設けられ、配管１５ｂは、排気ガス中に含まれる所定の成分を検出するガス成分検出用に設けられる。配管１５ａには、配管１５ａを用いたガスの排気のオン／オフを切り替えるガスバルブ１７が設けられており、配管１５ｂには、配管１５ｂを用いたガスの排気のオン／オフを切り替える２つのガスバルブ１８，１９が設けられる。また、配管１５ｂの２つのガスバルブ１８，１９間には、排気ガス中の所定の成分を検出するガス成分検出部２０が設けられている。本実施形態では、ガス成分検出部２０は、クリーニング処理中にクリーニングガスとチャンバ１１内に付着した堆積物とが反応して生成される反応ガスを検知し、定量分析が可能な構成を有し、たとえば非分散型赤外線分析装置（以下、ＮＤＩＲという）やガスマスフローセンサなどを用いることができる。

また、半導体製造装置１０は、チャンバ１１内で行う処理を制御する制御部３０を有する。以下では、半導体製造装置１０でクリーニング処理を行う際に必要な機能構成について説明する。制御部３０は、クリーニング処理部３１と、反応ガス濃度算出部３２と、プロセスチェック確認部３３と、を備える。

クリーニング処理部３１は、チャンバ１１に対して封止クリーニング処理を実行する封止クリーニング実行部３１１と、封止クリーニング処理後に反応ガスをチャンバ１１から排気する反応ガス排気部３１２と、確認クリーニング処理を実行する確認クリーニング実行部３１３と、を有する。クリーニング処理部３１は、各ガスバルブ１４，１７，１８，１９に接続されており、封止クリーニング処理、排気処理、確認クリーニング処理時に、予め作成されたプログラムにしたがって各ガスバルブ１４，１７〜１９の開閉制御を行う。

封止クリーニング実行部３１１は、所定の時間クリーニングガスをチャンバ１１内に封止するようにガスバルブ１４，１７〜１９の開閉を制御して、封止クリーニング処理を行う。たとえば、封止クリーニング処理の実行時には、ガスバルブ１４を閉とし、ガスバルブ１７〜１９を開として、チャンバ１１内のガスを十分に排気した後、ガスバルブ１７〜１９を閉とし、クリーニングガス供給部に接続される配管のガスバルブ１４を開として、チャンバ１１内が所定の圧力となるまでクリーニングガスを供給する。そして、チャンバ１１内が所定の圧力となったら、ガスバルブ１４も閉にする。このように、クリーニング時にチャンバ１１内のクリーニングガスを排気せず、チャンバ１１内にクリーニングガスを封止した状態で行うクリーニングを封止クリーニングという。この封止クリーニング処理中に、クリーニングガスは、チャンバ１１内に付着した被膜などの堆積膜と反応し、反応ガスが生成される。ここでは、シリコン系の膜を形成する場合を半導体製造装置１０で製造する場合を例示しているので、反応ガスとしてＳｉＦ4が生成される。

反応ガス排気部３１２は、封止クリーニング実行部３１１による封止クリーニング処理が終了した後、チャンバ１１内を所定の真空度となるまで排気する処理を行う。これによって、反応ガスや未反応のクリーニングガスがチャンバ１１外に排気される。たとえば、ガスバルブ１４を閉にしたまま、ガスバルブ１７〜１９を開にして、真空ポンプ１６でチャンバ１１内のガスを排気する制御を行う。

確認クリーニング実行部３１３は、封止クリーニング実行部３１１で実行された封止クリーニング処理によって、チャンバ１１内の堆積物が除去されたかを確認する確認クリーニング処理を行う。この確認クリーニング処理は、ガスバルブ１４を開にしてチャンバ１１内にクリーニングガスを供給し、ガスバルブ１７〜１９も開とする。そして、チャンバ１１内が所定の圧力となるようにガスバルブ１７を調整する。つまり、確認クリーニング処理は、従来のクリーニングと同様に、クリーニングガスを流したままの状態で行われる。

反応ガス濃度算出部３２は、確認クリーニング処理の実行中にガス成分検出部２０からの信号を取得し、ガス中に含まれる反応ガスの量（以下では、反応ガス濃度という）を算出する。たとえばガス成分検出部２０がＮＤＩＲの場合には、ＮＤＩＲから出力される反応ガスの信号を取得し、ガス中に含まれる反応ガス濃度を算出する。

プロセスチェック確認部３３は、反応ガス濃度算出部３２で算出した反応ガス濃度がチャンバ１１内の堆積物を除去したと判定できる反応ガス濃度（以下、堆積物除去判定値という）以下であるかを確認し、チャンバ１１の内壁の堆積物が除去されたか否かを判定する。たとえば、反応ガス濃度が堆積物除去判定値以下である場合には、封止クリーニング処理によってチャンバ１１内の堆積物が除去されていると判定し、反応ガス濃度が堆積物除去判定値よりも大きい場合には、チャンバ１１内に堆積物が残存していると判定する。そして、反応ガス濃度が堆積物除去判定値よりも大きい場合には、プロセスチェック確認部３３は封止クリーニング実行部３１１に封止クリーニング処理の実行を指示する。

つぎに、第１の実施形態による半導体製造装置のクリーニング方法について説明する。図２は、第１の実施形態によるクリーニング方法の手順の一例を模式的に示す図である。たとえば、半導体製造装置１０はシリコン系の薄膜を形成する減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置であるとする。クリーニング処理は、半導体製造装置１０でたとえば所定の枚数のウェハ（基板）上にシリコン系の薄膜が製造された後に行われるものとする。

まず、チャンバ１１内が排気された後、ガスバルブ１４を開とし、ガスバルブ１７〜１９を閉にして、クリーニングガス供給部からクリーニングガスをチャンバ１１内に導入する。クリーニングガスとしては、たとえばＦ2ガスやＣｌＦ3ガスなどが用いられる。そして、所定量のクリーニングガスをチャンバ１１内に導入した後、ガスバルブ１４を閉にする（図２（ａ））。これによって、クリーニングガスはチャンバ１１内に封止された状態となる。

この状態でしばらく放置する。この間に、クリーニングガスがチャンバ１１内に付着した堆積物と反応し、反応ガスが生成する。そして、所定の時間経過後に、ガスバルブ１４を閉としたままで、ガスバルブ１７を開にして、チャンバ１１内のガスの排気を行う（図２（ｂ））。なお、このときガスバルブ１８，１９は開としてもよいし、閉としてもよい。

十分にチャンバ１１内のガスを排気した後、ガスバルブ１４，１８，１９を開として、再びチャンバ１１内にクリーニングガスを供給する。そして、ガスバルブ１７の開度を調整してチャンバ１１内の圧力を調整しながら確認クリーニング処理を所定の時間行う（図２（ｃ））。このとき、チャンバ１１から排出されるガスの一部は、ガス成分検出部２０が設置されている配管１５ｂを通り、ガス成分検出部２０では、排気ガス中に含まれる反応ガスの成分を検出し、その測定結果が制御部３０へと出力される。ここでは、チャンバ１１内に付着したシリコン系の膜の除去をＦ2ガスやＣｌＦ3ガスなどを用いて行っているので、反応ガスとしてＳｉＦ4を検出するようにガス成分検出部２０は設定されている。また、この確認クリーニング処理は、排気ガス中に含まれる反応ガスを検出することができる時間行われればよく、封止クリーニング処理に比べて処理時間は極めて短い。そのため、確認クリーニング処理中に使用されるクリーニングガスの量は少ない。そして、反応ガス濃度算出部３２では、ガス成分検出部２０からの信号を用いて排気ガス中に含まれる反応ガスの濃度（量）を算出する。

図３は、排気されるガス中に含まれる反応ガスの濃度の一例を示す図である。この図で、横軸は処理時間を示し、縦軸は反応ガス濃度を示している。所定の時間（たとえば数分程度の短い時間）で確認クリーニング処理が行われていることが示されている。封止クリーニング処理によってチャンバ１１内の堆積物が除去できた場合の排気ガス中に含まれる反応ガスＳｉＦ4の濃度が、曲線Ｃ１のようにＡｔｈ［ｐｐｍ］程度であれば封止クリーニング処理が正常に終了したと判断することができ、曲線Ｃ２のようにＡｔｈ［ｐｐｍ］よりも大きな値であれば封止クリーニング処理でチャンバ１１内の堆積物が除去できていないと判断することができる。つまり、この場合には堆積物除去判定値としてＡｔｈ［ｐｐｍ］を用いるものとする。

プロセスチェック確認部３３は、反応ガス濃度算出部３２で算出された反応ガスの濃度がＡｔｈ［ｐｐｍ］よりも大きい場合には、封止クリーニング処理が終了していないと判断し、プロセスチェック確認部３３は、封止クリーニング実行部３１１に再び封止クリーニング処理を実行するように指示を出し、図２（ａ）からの処理が行われる。一方、反応ガス濃度算出部３２で算出された反応ガスの濃度がＡｔｈ［ｐｐｍ］以下の場合には、封止クリーニング処理が正常に終了したと判断し、クリーニング処理が終了する。

第１の実施形態では、クリーニングガスをチャンバ１１内に封止し、封止クリーニング処理を所定時間行い、チャンバ１１内のガスを排気した後、チャンバ１１内にクリーニングガスを流し、調圧しながらガス成分検出部２０で排気ガス中に含まれる反応ガス濃度を検出する確認クリーニング処理を行うようにした。これによって、チャンバ１１内のクリーニングに使用されるクリーニングガスは、ガスバルブ１７〜１９を開としたまま処理を行う従来のクリーニング手法に比べて大幅に削減することができる。また確認クリーニング処理の時間も反応ガスの存在を検知することができる時間に設定すればよいので、確認クリーニング処理で使用するクリーニングガス量を必要最小限とすることができ、無駄なクリーニングガスの消費を抑えることができる。さらに、確認クリーニング処理によって、チャンバ１１内の堆積物の有無を確認するプロセスチェックを行うことができるという効果も有する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、封止クリーニング処理を行った後、チャンバ内のガスを排気して確認クリーニング処理でチャンバ内の堆積物の有無を確認していた。第２の実施形態では、第１の実施形態に比して速くプロセスチェックを行うことができる半導体製造装置およびそのクリーニング方法について説明する。

図４は、第２の実施形態による半導体製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。半導体製造装置１０ａは、第１の実施形態の半導体製造装置１０と比較して、クリーニング処理部３１ａの確認クリーニング実行部３１３がなくなり、累積膜厚算出部３４および膜厚−反応ガス濃度対応情報格納部３５が制御部３０ａに設けられている点が異なる。

累積膜厚算出部３４は、封止クリーニング処理が終了してからつぎの封止クリーニング処理を行うまでの間に、チャンバ１１の内壁に付着した被膜の付着量である累積膜厚を算出する。これは、制御部３０ａ中の図示しない成膜処理部で、つぎの封止クリーニング処理までに行われる成膜処理でたとえばウェハ上に形成される膜厚を取得し、取得した膜厚を合計することで算出することができる。累積膜厚算出部３４は、封止クリーニング処理を行った後、累積膜厚をリセットする。なお、膜厚としては、ウェハ上の膜厚でもよいし、チャンバ１１の内壁に堆積した実際の膜厚でもよい。

膜厚−反応ガス濃度対応情報格納部３５は、チャンバ１１内の堆積物の累積膜厚と、その堆積物を除去した際に得られるチャンバ１１内の反応ガス濃度と、の間の関係を示す膜厚−反応ガス濃度対応情報を格納する。図５は、膜厚−反応ガス濃度対応情報の一例を示す図である。この図において、横軸は封止クリーニング処理開始時におけるチャンバ１１内の累積膜厚を示し、縦軸はチャンバ１１内の反応ガス量（濃度）を示している。また、直線Ｌ１は、チャンバ１１内の堆積物が完全に除去された場合にクリーニングガス中に含まれる反応ガス量（濃度）を、各膜厚に対して求めたものである。

プロセスチェック確認部３３ａは、第１の実施形態と同様に封止クリーニング処理後のチャンバ１１内の堆積物の有無を確認するものであるが、第１の実施形態のように反応ガス濃度算出部３２で算出された値を堆積物除去判定値と比較してプロセスチェックを行うのではなく、封止クリーニング処理時の累積膜厚と封止クリーニング処理後の反応ガス濃度との関係を用いてプロセスチェックを行う点が異なる。具体的には、プロセスチェック確認部３３ａは、封止クリーニング処理の開始時に累積膜厚算出部３４から取得したチャンバ１１内の堆積物の累積膜厚に対応する反応ガス濃度（以下、予想反応ガス濃度という）を膜厚−反応ガス濃度対応情報から算出し、排気処理時に反応ガス濃度算出部３２から取得したチャンバ１１内のガスに含まれる反応ガス濃度（以下、実反応ガス濃度という）を予想反応ガス濃度と比較することによってプロセスチェックを行う。

たとえば、封止クリーニング処理時のチャンバ１１内の累積膜厚がａ［μｍ］の場合には、プロセスチェック確認部３３ａは、図５から予想反応ガス濃度ｂを取得する。そして、封止クリーニング処理後の排気処理中に反応ガス濃度算出部３２から実反応ガス濃度を取得し、予想反応ガス濃度ｂと比較する。実反応ガス濃度がｂの場合には、予想反応ガス濃度ｂと一致し、チャンバ１１内で累積膜厚ａ［μｍ］分の堆積物が除去され、封止クリーニングが完了したと判断し、たとえばつぎの成膜処理に移行する。一方、実反応ガス濃度がｂ1（＜ｂ）の場合には、ｂ−ｂ1＝Δｂだけ反応が進行していないことを示しているので、プロセスチェック確認部３３ａは、そのままの状態でまたはクリーニングガスを追加して封止クリーニング処理を引き続き行うと判断する。このとき、反応が進行していない程度を示すΔｂの値と封止クリーニング処理の条件（導入するガス量や封止クリーニング処理時間など）との関係を予め実験によって求めておき、Δｂの値から追加の封止クリーニング処理の条件を自動的に計算させるようにすることも可能である。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。

つぎに、第２の実施形態による半導体製造装置のクリーニング方法について説明する。図６は、第２の実施形態によるクリーニング方法の手順の一例を模式的に示す図である。ここでも、第１の実施形態と同様に半導体製造装置１０ａとして減圧ＣＶＤ装置でシリコン系の薄膜を形成する場合を例に挙げる。

減圧ＣＶＤ装置での成膜処理が終了するまでの間、制御部３０ａの累積膜厚算出部３４は、前回封止クリーニング処理を行ってから現在までの累積膜厚を算出し、プロセスチェック確認部３３ａに渡す。成膜処理が終了し、図２（ａ）で示したように、チャンバ１１内が排気された後、ガスバルブ１４を開とし、ガスバルブ１７〜１９を閉にして、クリーニングガス供給部から所定量のＦ2ガスやＣｌＦ3ガスなどのクリーニングガスをチャンバ１１内に導入する。その後、ガスバルブ１４を閉にする（図６（ａ））。これによって、クリーニングガスはチャンバ１１内に封止された状態となる。この状態でしばらく放置し、クリーニングガスをチャンバ１１内の堆積物と反応させ、反応ガスを生成させる。

所定の時間経過後に、ガスバルブ１４を閉としたままで、ガスバルブ１７〜１９を開にして、チャンバ１１内のガスの排気を行いながら、排気するガス中の反応ガスの量（濃度）を計測する（図６（ｂ））。なお、このときガスバルブ１７は開としてもよいし、閉としてもよい。

この排気処理の段階で、反応ガス濃度算出部３２はチャンバ１１内の反応ガス濃度をプロセスチェック確認部３３ａに渡し、プロセスチェック確認部３３ａは、それを実反応ガス濃度として記憶する。また、プロセスチェック確認部３３ａは、累積膜厚算出部３４から取得した累積膜厚に対応する予想反応ガス濃度を膜厚−反応ガス濃度対応情報格納部３５の膜厚−反応ガス濃度対応情報から取得し、実反応ガス濃度が予想反応ガス濃度と等しいかまたは予想反応ガス濃度よりも小さいかを判定する。

実反応ガス濃度が予想反応ガス濃度よりも小さい場合には、チャンバ１１内の堆積物が除去されていないとして、排気処理終了後に再び封止クリーニング処理を実行し、実反応ガス濃度が予想反応ガス濃度と等しい場合には、チャンバ１１内の堆積物が除去されたとして排気処理の終了によって封止クリーニング処理が終了する。

第２の実施形態では、チャンバ１１内に堆積した被膜の累積膜厚とそれを除去したときのチャンバ１１内のガスに含まれる反応ガス濃度とを予め膜厚−反応ガス濃度対応情報として保持し、封止クリーニング処理を実施した後にチャンバ１１内に残っているガスの排気処理中にその排気ガス中の実反応ガス濃度を検出するようにした。これによって、封止クリーニング処理開始時のチャンバ１１内の累積膜厚から膜厚−反応ガス濃度対応情報を用いて求めた予想反応ガス濃度と、実反応ガス濃度とを比較してチャンバ１１内の堆積物が除去されたか否かのプロセスチェックを行うことができる。

また、第２の実施形態では、封止クリーニング処理後のチャンバ１１内のガスの排気処理時に反応ガス濃度を検出したので、第１の実施形態の場合に比してプロセスチェックを速やかに行うことができるという効果を有する。また、クリーニングガスの消費削減効果も有する。

（第３の実施形態）
第１と第２の実施形態でのプロセスチェックは、チャンバ内に堆積物が残留しているか否かについての確認しかすることができない。第３の実施形態では、封止クリーニング処理の終点を検知することができる半導体製造装置およびそのクリーニング方法について説明する。

図７は、第３の実施形態による半導体製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。半導体製造装置１０ｂは、第２の実施形態の半導体製造装置１０ａと比較して、封止クリーニング終点検知部３６が制御部３０ｂに設けられている点が異なる。封止クリーニング終点検知部３６は、封止クリーニング処理中のチャンバ１１内の反応ガス濃度を監視し、堆積物のエッチング処理が終了した時点を検知して、封止クリーニング処理の終了をクリーニング処理部３１ａに通知する。また、封止クリーニング終点検知部３６は、堆積物量に対してクリーニングガス量が少なくクリーニングガスを使いきってしまった場合も検知する。この場合にはクリーニング処理部３１ａに対して再度の封止クリーニング処理の実行を指示する。なお、第１および第２の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。

つぎに、第３の実施形態による半導体製造装置のクリーニング方法について説明する。図８は、第３の実施形態によるクリーニング方法の手順の一例を模式的に示す図である。ここでも、第１の実施形態と同様に半導体製造装置１０ｂとして、チャンバ１１の内壁などが石英で構成される減圧ＣＶＤ装置でシリコン系の薄膜を形成する場合を例に挙げる。

減圧ＣＶＤ装置での成膜処理が終了するまでの間、制御部３０ｂの累積膜厚算出部３４は、封止クリーニング処理を前回行ってから現在までの累積膜厚を算出し、プロセスチェック確認部３３ａに渡す。成膜処理が終了し、チャンバ１１内が排気された後、ガスバルブ１４，１８を開とし、ガスバルブ１７，１９を閉にして、クリーニングガス供給部から所定量のＦ2ガスやＣｌＦ3ガスなどのクリーニングガスをチャンバ１１内に導入する。その後、ガスバルブ１４を閉にする（図８）。これによって、クリーニングガスはチャンバ１１内に封止された状態となる。第１と第２の実施形態と異なるところは、封止クリーニング処理中のガス成分検出部２０で反応ガスの検出ができるように、ガスバルブ１８を開とし、ガスバルブ１９を閉としている点である。また、堆積物であるシリコン系の膜のエッチングを行う封止クリーニング処理は、石英と選択比のある条件で行われるものとする。

この状態でしばらく放置すると、クリーニングガスがチャンバ１１内の堆積物と反応し、反応ガスが生成する。発生した反応ガスはチャンバ１１内と配管１５（１５ａ，１５ｂ）内を拡散するので、チャンバ１１内での反応ガスの量の変化が配管１５ｂに設けられたガス成分検出部２０で検出される。反応ガス濃度算出部３２は、ガス成分検出部２０からの信号からその時点での実反応ガス濃度を算出し、実反応ガス濃度をプロセスチェック確認部３３ａに渡し、実反応ガス濃度を時間情報とともに封止クリーニング終点検知部３６に渡す。

プロセスチェック確認部３３ａでは、第２の実施形態で説明したように、封止クリーニング処理時の累積膜厚から膜厚−反応ガス濃度対応情報を用いて得られる予想反応ガス濃度と、反応ガス濃度算出部３２から得られる実反応ガス濃度との比較によってプロセスチェックを行う。

また、封止クリーニング終点検知部３６では、反応ガス濃度算出部３２から得られる実反応ガス濃度と時間情報を、実反応ガス濃度−時間情報として蓄積する。図９は、実反応ガス濃度−時間情報の一例を示す図である。図９（ａ）はクリーニングガスがチャンバ１１内の堆積物を除去することができる量よりも多い場合の一例を示す図であり、図９（ｂ）はクリーニングガスがチャンバ１１内の堆積物を完全に除去することができる量よりも少ない場合の一例を示す図である。これらの図で、横軸は封止時間を示し、縦軸はチャンバ１１内の反応ガス量（濃度）を示している。

＜クリーニングガスがチャンバ内の堆積物を除去できる量よりも多い場合＞
最初は、時間の経過とともにチャンバ１１内の反応ガス（ＳｉＦ4）の濃度（量）は時間とともに単調に増加する。すなわち、図９（ａ）の時刻ｔ１０〜ｔ１１に示されるように、反応ガス濃度は時間の経過とともに直線的に増加する。チャンバ１１内の堆積物のエッチングが終了すると、つぎにクリーニングガスはチャンバ１１内の構成部材のエッチングを開始する。ここでは、チャンバ１１の内壁を石英で構成しているので石英がエッチングされ、反応ガスとしては堆積物と同様にＳｉＦ4が生成されることになる。ただし、堆積物のエッチングを石英と選択比のある条件で行っているため、チャンバ１１内の構成部材のエッチングの開始後はエッチングレートが急激に下がる。その結果、図９（ａ）の時刻ｔ１１〜ｔ１２に示されるように、堆積物のエッチング時の傾きに比して小さい傾きの直線が得られる。その後、クリーニングガスのすべてが使用された状態になると、チャンバ１１内での反応がそれ以上進行せず、反応ガス濃度が一定となる（飽和する）。このとき、図９（ａ）の時刻ｔ１２以降に示されるように、傾き０の直線が得られる。

実反応ガス濃度−時間情報がこのような挙動を示す場合には、チャンバ１１内の堆積物のエッチングが終了し、チャンバ１１内構成部材の石英のエッチングが開始されるときに、直線の傾きが変わる。つまり、実反応ガス濃度の時間変化の曲線を、時間について微分した際に、微分値が変化したときに封止クリーニング処理が終了したものと判定することができる。そこで、封止クリーニング終点検知部３６は、蓄積した実反応ガス濃度−時間情報を用いて実反応ガス濃度の時間に対する微分値を取得し、その値が変わった点を封止クリーニング処理の終点として検出し、クリーニング処理部３１ａに封止クリーニング処理が終了したことを示す信号を通知する。クリーニング処理部３１ａでは、その信号を受信するとチャンバ１１内を排気して封止クリーニング処理を終了する。

＜クリーニングガスがチャンバ内の堆積物を完全に除去できる量以下の場合＞
最初は、時間の経過とともにチャンバ１１内の反応ガスの濃度（量）は時間とともに単調に増加する。すなわち、図９（ｂ）の時刻ｔ２０〜ｔ２１に示されるように、反応ガス濃度は時間の経過とともに直線的に増加する。しかし、チャンバ１１内の堆積物がまだ残っている状態で、クリーニングガスのすべてが使用された状態になると、チャンバ１１内での反応がそれ以上進行せず、反応ガスの量が一定となる（飽和する）。このとき、図９（ｂ）の時刻ｔ２１以降に示されるように、傾きが０の直線となる。

実反応ガス濃度−時間情報がこのような挙動を示す場合には、チャンバ１１内の堆積物のエッチング中にクリーニングガスを使い切ってしまったことになる。つまり、実反応ガスの時間変化の曲線を、時間について微分した際に、微分値がある正の値から０に変化したときに、クリーニングガスが足りなかったものと判定することができる。そこで、封止クリーニング終点検知部３６は、蓄積した実反応ガス濃度−時間情報を用いて実反応ガス濃度の時間に対する微分値を取得し、その値が０に変わった点をチャンバ１１内の堆積物を除去する前にクリーニングガスを使い切ってしまった状態にあることを検出し、クリーニング処理部３１ａに再度封止クリーニング処理を行うように指示を出す。

なお、微分値の変化の検出に当たっては、算出される反応ガス濃度の誤差を含めて考え、たとえば過去に算出された微分値から所定の範囲を超えて変化した場合や、過去に算出された微分値とは異なる値が所定の回数連続して得られた場合に、微分値の値が変化したと判定するようにしてもよい。

第３の実施形態では、各時間での実反応ガス濃度を蓄積し、封止クリーニング終点検知部３６が実反応ガス濃度の時間に対する微分値が変化した時点を検出し、微分値がある正の値から、その値よりも小さくかつ０でない正の値に変化した場合に封止クリーニング処理が終了したと判定し、微分値が０になった場合にクリーニングガス不足でチャンバ１１内の堆積物を除去することができないと判定するようにした。これによって、チャンバ１１に付着した堆積物のエッチングが終了した時点と略同じ時刻でエッチング処理を止めることができ、チャンバ１１を構成する材料が必要以上にエッチングされることを防止することができる。

また、チャンバ１１内の堆積物を除去できずにクリーニングガスを使い切ってしまった場合を速やかに検出することができるので、再度の封止クリーニング処理を速やかに実行することができる。たとえば第２の実施形態では、封止クリーニング処理を実行して所定の時間経過した後にプロセスチェックを行い、チャンバ１１内に堆積物が残留していると判定されると再度の封止クリーニング処理を行うが、第３の実施形態では、クリーニングガスを使い切った時点で再度の封止クリーニング処理を行うことができるようになるので、封止クリーニング処理時の無駄な時間を削減することができるという効果も有する。

上記した実施形態では、半導体製造装置として減圧ＣＶＤ装置を例に挙げたが、半導体製造装置としてドライエッチング装置などクリーニング処理が必要な装置に対して上記した実施形態を適用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１０ａ，１０ｂ…半導体製造装置、１１…チャンバ、１２…ガス供給口、１３…ガス排気口、１４，１７，１８，１９…各ガスバルブ、１５，１５ａ，１５ｂ…配管、１６…真空ポンプ、２０…ガス成分検出部、３０，３０ａ，３０ｂ…制御部、３１，３１ａ…クリーニング処理部、３２…反応ガス濃度算出部、３３，３３ａ…プロセスチェック確認部、３４…累積膜厚算出部、３５…反応ガス濃度対応情報格納部、３６…封止クリーニング終点検知部、３１１…封止クリーニング実行部、３１２…反応ガス排気部、３１３…確認クリーニング実行部。

Claims (8)

1. 半導体製造装置のチャンバ内にクリーニングガスを封入し、前記チャンバ内に付着した堆積物と前記クリーニングガスとを反応させて反応ガスを生成するクリーニング工程と、
   前記チャンバ内のガスを排気しながら排気されるガス中の前記反応ガスの濃度である実反応ガス濃度を測定し、測定結果を時系列で蓄積する濃度測定工程と、
   前記実反応ガス濃度を時系列で並べて得られる曲線の前記実反応ガス濃度測定時の時間に対する微分値を算出する微分値算出工程と、
   前記微分値が過去に算出された微分値と異なる値を示すかを判定する変化検出工程と、
   前記チャンバ内のガスを排気する排気工程と、
   を含むことを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。
2. 前記変化検出工程では、前記微分値が過去に算出された前記微分値よりも小さく０よりも大きい場合に、クリーニングが終了したと判定し、
   前記排気工程では、所定の真空度になるまで前記チャンバ内を排気することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
3. 前記変化検出工程で、前記微分値が０である場合に、前記排気工程で所定の真空度になるまで前記チャンバ内を排気した後、再度前記クリーニング工程から前記排気工程までの処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
4. 半導体製造装置のチャンバ内にクリーニングガスを封入し、前記チャンバ内に付着した堆積物と前記クリーニングガスとを反応させて反応ガスを生成するクリーニング工程と、
   所定時間経過した後、前記チャンバ内のガスを排気し、排気される前記ガス中に含まれる前記反応ガスの濃度である実反応ガス濃度を測定する実反応ガス濃度測定工程と、
   前記チャンバ内の前記堆積物の膜厚と、該膜厚の堆積物を前記クリーニングガスで除去したときの前記チャンバ内の前記反応ガス濃度と、の間の関係を示す膜厚−反応ガス濃度対応情報を用いて、前記クリーニング工程の開始時における前記チャンバ内の前記堆積物の累積膜厚に対応する反応ガス濃度を予想反応ガス濃度として取得する予想反応ガス濃度取得工程と、
   前記実反応ガス濃度を前記予想反応ガス濃度と比較し、クリーニングが終了したかを判定するチェック工程と、
   を含むことを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。
5. チャンバと、
   前記チャンバ内に第１配管を介してクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段と、
   第２配管を介して前記チャンバ内を排気する排気手段と、
   前記第２配管上に設けられ、前記第２配管を流れるガス成分を検出するガス成分検出手段と、
   前記第１および第２配管にそれぞれ設けられる第１および第２ガスバルブと、
   前記第１および第２ガスバルブの開閉を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記チャンバ内に前記クリーニングガス供給手段からの前記クリーニングガスを封入して行う封止クリーニング処理と、前記封止クリーニング処理の終了後に前記チャンバ内のガスを排気する排気処理と、を実行するように、前記第１および第２ガスバルブの開閉状態を制御するクリーニング処理手段と、
   前記封止クリーニング処理中に、前記ガス成分検出手段からの信号に基づいて前記第２配管を流れるガス中の前記チャンバ内に付着した堆積物と前記クリーニングガスとが反応して生成された反応ガスの濃度を算出する反応ガス濃度算出手段と、
   前記封止クリーニング処理中に算出された前記反応ガス濃度を時系列で並べて得られる曲線の前記反応ガス濃度算出手段による前記反応ガス濃度算出時点での時間に対する微分値を算出し、前記微分値が過去に算出された微分値と異なる値を示すかによって、封止クリーニング処理の終了または前記クリーニングガスの不足を検知する封止クリーニング終点検知手段と、
   を有することを特徴とする半導体製造装置。
6. 前記クリーニング終点検知手段は、前記微分値が前記過去に算出された微分値よりも小さく０よりも大きい場合に、クリーニングが終了したと判定することを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
7. 前記クリーニング終点検知手段で、前記微分値が０である場合に、前記クリーニングガスの不足であると判定し、前記クリーニング処理手段に前記排気処理後に再び前記封止クリーニング処理を実行させることを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
8. チャンバと、
   前記チャンバ内に第１配管を介してクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段と、
   第２配管を介して前記チャンバ内を排気する排気手段と、
   前記第２配管上に設けられ、前記第２配管を流れるガス成分を検出するガス成分検出手段と、
   前記第１および第２配管にそれぞれ設けられる第１および第２ガスバルブと、
   前記第１および第２ガスバルブの開閉を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記チャンバ内に前記クリーニングガス供給手段からの前記クリーニングガスを封入して行う封止クリーニング処理と、前記封止クリーニング処理の終了後に前記チャンバ内のガスを排気する排気処理と、を実行するように、前記第１および第２ガスバルブの開閉状態を制御するクリーニング処理手段と、
   前記封止クリーニング処理の開始時の前記チャンバ内の堆積物の累積膜厚を算出する累積膜厚算出手段と、
   前記排気処理中に、前記ガス成分検出手段からの信号に基づいて前記第２配管を流れるガス中の前記チャンバ内に付着した堆積物と前記クリーニングガスとが反応して生成された反応ガスの濃度を実反応ガス濃度として算出する反応ガス濃度算出手段と、
   前記チャンバ内の堆積物の膜厚と、該膜厚の堆積物を前記クリーニングガスで除去したときの前記チャンバ内の前記反応ガス濃度と、の間の関係を示す膜厚−反応ガス濃度対応情報を用いて、前記累積膜厚に対応する反応ガス濃度を予想反応ガス濃度として求め、前記実反応ガス濃度と前記予想反応ガス濃度とを比較し、前記チャンバ内の前記堆積物の除去が行われたか否かを確認するプロセスチェック確認手段と、
   を備えることを特徴とする半導体製造装置。

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