JP6108518B2 - 半導体装置の製造方法、クリーニング方法、基板処理装置及びプログラム - Google Patents
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Description
次に、本発明の好ましい第1の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
なお、石英キャップ218は、ボート217と別体として設けずに、ボート217の下部に一体に設けてもよい。また、石英キャップ218に代えて、あるいは、石英キャップ218に加えて、ボート217の下部、あるいは石英キャップ218の下部に、円板状に形成された断熱板を複数枚設けるように構成してもよい。
そして、バルブ247aまたはバルブ251aを開閉することにより、第1のガス供給管232aを介して後述する第1の処理ガスとしてのDCSガスをガス溜り部248に溜めたり、溜めたDCSガスを処理室201内に供給できるようになっている。また、第1のガス供給管232aには、不活性ガス供給管232cが接続されている。この不活性ガス供給管232cには、上流方向から順に、流量制御部としての流量制御器であるマスフローコントローラ241c、及び開閉弁であるバルブ243cが設けられている。また、第1のガス供給管232aの先端部には、上述の第1のノズル249aが接続されている。第1のノズル249aは、反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間に、反応管203の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。第1のノズル249aはL字型のロングのノズルとして構成されている。第1のノズル249aの側面にはガスを供給するガス供給孔250aが設けられている。ガス供給孔250aは反応管203の中心を向くように開口している。
このガス供給孔250aは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第1のガス供給管232a、マスフローコントローラ241a、バルブ243a、247a、ガス溜り部248、バルブ251a及び第1のノズル249aにより第1のガス供給系が構成される。また、主に、不活性ガス供給管232c、マスフローコントローラ241c、バルブ243cにより第1の不活性ガス供給系が構成される。
排気管231には処理室201内の圧力を検出する圧力検出器(圧力検出部)としての圧力センサ245及び圧力調整器(圧力調整部)としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブ244を介して真空排気装置としての真空ポンプ246が接続されており、処理室201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。なお、APCバルブ244は弁を開閉して処理室201内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能となっている開閉弁である。主に、排気管231、APCバルブ244、真空ポンプ246、圧力センサ245により排気系が構成される。
(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶装置121c、I/Oポート121dを 備えたコンピュータとして構成されている。RAM121b、記憶装置121c、I/Oポート121dは、内部バス121eを介して、CPU121aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ121には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置122が接続されている。
<ステップS205>
ステップS205では、まずDCSガスを流す。第1のガス供給管232aのバルブ243a、247a又はバルブ251aを開閉する。これにより、ガス溜り部248を介して第1のガス供給管232a内にDCSガスを流す。第1のガス供給管232a内を流れたDCSガスは、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。流量調整されたDCSガスは第1のノズル249aのガス供給孔250aから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。このとき、好適には、同時にバルブ243cを開き、不活性ガス供給管232c内に不活性ガスを流す。不活性ガスとしては、Heガス、Neガス、Arガス等の18族元素ガスが好適である。ヒータ207の温度、すなわちウエハ200の温度が低く設定されている本実施形態においては、好適にはN2ガスを用いると良い。不活性ガス供給管232c内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたN2ガスはDCSガスと一緒に処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。なお、このとき、好適には、同時にバルブ243d、バルブ247bを開き、不活性ガス供給管232d内に不活性ガスを流しても良い。不活性ガスとしては、Heガス、Neガス、Arガス等の18族元素ガスが好適である。ヒータ207の温度、すなわちウエハ200の温度が低く設定されている本実施形態においては、好適にはN2ガスを用いると良い。不活性ガス供給管232d内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。流量調整されたN2ガスは、第2のノズル249bのガス供給孔250bからバッファ室237内に供給される。その後、バッファ室237内に供給されたN2ガスは、ガス供給孔250cから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。これにより、DCSガスがバッファ室237、第2のノズル249b等へ流れ、バッファ室237、第2のノズル249b内に堆積するのを抑制することができる。
ステップS206では、シリコン含有層が形成された後、バルブ243aを閉じ、DCSガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する。なお、この時、好適にはバルブ243c、247a及び251aは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持しても良い。また、好適には、バルブ243c、247a及び251a、バルブ243d、バルブ247bは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持しても良い。これにより、処理室201内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のDCSガスを処理室201内から排除する効果を高める。不活性ガスとしては、N2ガスの他、Arガス、Heガス、Neガス、Xeガス等の希ガスを用いてもよい。
ステップS207では、処理室201内の残留ガスを除去した後、第2のガス供給管232bのバルブ243b及び247bを開き、第2のガス供給管232b内に窒素含有ガスとしてのNH3ガスを流す。NH3ガスはそれ単独で成膜することができないガスである。第2のガス供給管232b内を流れるNH3ガスは、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたNH3ガスは第2のノズル249bのガス供給孔250bからバッファ室237内に供給される。このとき、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電源273から整合器272を介して高周波電力を印加することで、バッファ室237内に供給されたNH3ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔250cから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。この時、好適には、同時にバルブ243dを開き、不活性ガス供給管232d内に不活性ガスとしてのN2ガスを流す。N2ガスはNH3ガスと一緒に処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。なお、このとき、好適には、同時にバルブ243c、バルブ247a、バルブ251aを開き、不活性ガス供給管232c内に不活性ガスを流しても良い。不活性ガスとしては、Heガス、Neガス、Arガス等の18族元素ガスが好適である。ヒータ207の温度、すなわちウエハ200の温度が低く設定されている本実施形態においては、好適にはN2ガスを用いると良い。不活性ガス供給管232c内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたN2ガスは、第1のノズル249aのガス供給孔250aから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。これにより、NH3ガスが第1のノズル249a等へ流れるのを抑制することができる。
ステップS208では、第2のガス供給管232bのバルブ243bを閉じて、NH3ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管231のAPCバルブ244は開いたままとして、真空ポンプ246により処理室201内を真空排気し、処理室201内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のNH3ガスを処理室201内から排除する。なお、この時、好適には、バルブ243d及び247bは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持しても良い。また、好適には、バルブ243d、247b、243c、247a及び251aは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持しても良い。
これにより、処理室201内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のNH3ガスを処理室201内から排除する効果を高める。
本発明の好ましい実施の形態におけるクリーニング工程では、成膜待機状態の温度もしくはその近傍の温度帯にてガスクリーニングを実施する。すなわち、上述したように、DCSガスとNH3ガスとを用いてALD法によりSiN膜を成膜する場合には、ヒータ207の温度が、ウエハ200の温度が300〜650℃の範囲内の温度になるように設定しているので、ガスクリーニングも、処理室201内の温度が300〜650℃の範囲内の温度にて実施する。なお、ガスクリーニングは、温度変更時間を省略し、工程時間を短くするために成膜待機状態の温度もしくはその近傍の温度帯からはじめるが、温度を任意に変更しエッチング条件を変化させて実施してもよい。
<ステップS304、第一の工程>(例えば1秒)
まず、APCバルブ244を閉めて、処理室201内の排気処理を停止する。
ステップS305では、排気処理が停止している処理室201内へ所定量(例えば500cc)のNF3ガスを流す。すなわち、クリーニングガス供給管252aのバルブ254a、256aを開閉することにより、クリーニングガス供給管252a内にNF3ガスを流す。クリーニングガス供給管252a内を流れたNF3ガスは、マスフローコントローラ253aにより流量調整される。流量調整されたNF3ガスは第1のノズル249aのガス供給孔250aから処理室201内に供給される。このとき、好適には、不活性ガス供給管232cからは、例えば75ccの不活性ガスとしてのN2ガスが処理室201内へ供給されるようにしても良い。なお、以上の動作の間は、処理室201内の温度を630℃に保持したままとする。
この第二の工程では、上述した第一の工程で排気処理を停止しているため、処理室201を構成する、反応管203、バッファ室237等の構造に依存されることなく、均一にクリーニングガス(NF3ガス)が行き渡る。これは、ガスは圧力の高い場所から低い場所へ流れる性質があるため、排気処理を停止していることにより処理室201内において圧力上昇が等方的に進行されるためである。
なお、このとき、バッファ室237内、第2のノズル249b内外での堆積物の付着がない若しくは、少ない場合には、好適には、同時にバルブ243d、バルブ247bを開き、不活性ガス供給管232d内に不活性ガスを流しても良い。不活性ガスとしては、Heガス、Neガス、Arガス等の18族元素ガスが好適である。ヒータ207の温度、すなわちウエハ200の温度が低く設定されている本実施形態においては、好適にはN2ガスを用いると良い。不活性ガス供給管232d内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。流量調整されたN2ガスは、第2のノズル249bのガス供給孔250bからバッファ室237内に供給される。その後、バッファ室237内に供給されたN2ガスは、ガス供給孔250cから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。これにより、クリーニングガスがバッファ室237、第2のノズル249b等へ流れ、バッファ室237、第2のノズル249bが過剰に劣化するのを抑制することができる。
ステップS306では、バルブ254a、256aを閉じ、NF3ガスの供給を停止し、不活性ガス供給管232cのバルブ243c及びバルブ247a、251aを開閉することにより、所定量(例えば1slm)の不活性ガスとしてのN2ガスを流す。すなわち、クリーニングガスとしてのNF3ガスよりも処理室201を構成する部材、反応管203、バッファ室237、第1のノズル249a、第2のノズル249bに対するエッチング力のない不活性ガスを前記処理室内に供給し、堆積物に対するエッチング力のない不活性ガスを処理室201内に供給し、処理室201内の圧力を上昇させる。
これにより、処理室201内の圧力を高めることができ、圧力を高めることでNF3ガスの分解を促進し、堆積物や累積膜と反応させて、これらを除去することを可能にできる。また、NF3ガスの消費効率を高めることができる。
また、この第三の工程において、第1のノズル249aからN2ガスを供給することで、第1のノズル249a内に残留しているNF3ガスがN2ガスで押し出される。これにより、第1のノズル249aの上流側(下部)から下流側(上部)の各ガス供給孔250aから等量のNF3ガスが供給され、各ガス供給孔250aの開口面積の経時変化量を均一化することができる。すなわち、第三の工程がない場合には、第1のノズル249aの上流側のガス供給孔250aから大量のNF3ガスが流れることで、上流側のガス供給孔250aの開口面積だけが大きくなる。この結果、後の成膜工程において、下流側に比べ上流側のウエハ200に大量の原料ガスが流されることになる。すなわち、下流側、上流側で膜厚が異なり、ウエハ200間での膜厚均一性が悪化することになる。しかしながら、第三の工程を設けることで、これらの問題を是正することができる。
なお、このとき、バッファ室237内、第2のノズル249b内外での堆積物の付着がない若しくは、少ない場合には、好適には、同時にバルブ243d、バルブ247bを開き、不活性ガス供給管232d内に不活性ガスを流しても良い。不活性ガスとしては、Heガス、Neガス、Arガス等の18族元素ガスが好適である。ヒータ207の温度、すなわちウエハ200の温度が低く設定されている本実施形態においては、好適にはN2ガスを用いると良い。不活性ガス供給管232d内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241dにより流量調整される。流量調整されたN2ガスは、第2のノズル249bのガス供給孔250bからバッファ室237内に供給される。その後、バッファ室237内に供給されたN2ガスは、ガス供給孔250cから処理室201内に供給されつつガス排気管231から排気される。これにより、クリーニングガスがバッファ室237、第2のノズル249b等へ流れ、バッファ室237、第2のノズル249bが過剰に劣化するのを抑制することができる。また、これにより、より一層、処理室201内の圧力を高めることができ、NF3ガスの分解を促進し、堆積物や累積膜と反応させて、これらを除去することを可能とし、また、NF3ガスの消費効率を高めることができる。
ステップS307では、APCバルブ244を開き、処理室201内の排気処理を開始して、処理室201内に残留しているNF3ガスと累積膜の反応生成ガスを排気処理する。
なお、上述したように、クリーニングガスとしてNF3ガスを用いて、処理室201内の温度を625℃とした。
また、処理室201内では、未反応のNF3ガスが排気管231等の排気系統へダメージを与えるという問題があるが、第三の工程があるため、この問題の発生を抑制することができる。
第三の工程がない場合には、第二の工程で処理室201に供給されたNF3ガスの消費効率が23%であったが、第三の工程がある場合には、第二の工程で処理室201に供給されたNF3ガスの消費効率が97%にすることができ、格段にクリーニングガスの消費効率を向上させることができる。
(1)反応管内の異物汚染を抑制することができる
(2)クリーニングガス消費効率を高めることができる。
(3)最適なクリーニング速度を決定することができる。
(4)石英部材、排気系統への過剰なクリーニングガス流入を抑制することができ、その経時変化を抑制することができる。
(5)反応室構造に依存して発生するデッドスペースに依存しない等方的なクリーニングが可能である。
(6)排気系の経時変化を抑制することで、クリーニング後の残渣を減少させ、膜厚ドロップ加速現象の発生を抑制することができる。
(7)経時変化を抑制することで、長期間にわたって装置を安定稼動させ、装置運用コストを抑えることができる。
(8)従来のクリーニング処理では、図10に示されているように、クリーニングガスを供給するノズル249と反応管203の間等、処理室201内にてガスの流れの悪くなるエリアにおいて膜残りが発生してしまう。そして、成膜処理とクリーニング処理の継続的な使用により、次第にこの膜残り(異物)が堆積され、パーティクルが発生してしまうという問題があった。本実施形態によれば、これらの問題の発生を抑制することができる。すなわち、処理室201内のデッドスペースにもクリーニングガスを行き渡らせることができ、処理室201内にてガスの流れの悪くなるエリアにおいて残った膜を除去することが可能となり、パーティクルの発生を抑制可能となる。
(9)従来のクリーニング処理では、処理室201へ供給されたクリーニングガスの一部は未反応のまま排気管から排気処理されるため効率が悪くなる。これらの問題を改善するため、クリーニング時間を延長(オーバーエッチ量を増加)させたり、頻繁に反応管を交換したり、ウエット洗浄処理等のメンテナンスが実施されているが、結果として装置運用コストは増加(反応管等の耐熱部材の交換頻度の増加、クリーニングガス消費量の増加)し、生産性の低下を招いてしまっていた。本実施形態によれば、これらの問題の発生を抑制することができる。すなわち、クリーニングガスが処理室201から排気管へ未反応のまま排気されるのを抑制することができ、消費効率を向上させることができる。また、クリーニング時間を短縮させることができ、処理室201内の堆積物(堆積膜若しくは累積膜等)が形成されがたい部位におけるオーバーエッチ量の増加によるダメージの増加を抑制することができ、処理室201を構成する部材、例えば、反応管の交換頻度を減らすことができる。また、ボートウエット洗浄処理等のメンテナンスを実施することを抑制することができ、装置運用コストを減少させることができる。その結果、生産性を向上させることができる。
(10)従来のクリーニング処理では、ノズルのガス供給孔の開口径や基板を保持する基板保持体としてのボートや反応管等の反応室(処理室)の構成品が経時変化を引き起こしやすいといった問題があった。ここで、ノズルのガス供給孔は新鮮なクリーニングガスが流れるため、その開口径がクリーニング処理の頻度と伴に増大してしまうという問題があった。ノズル内に供給されたガスはノズル内で滞留し、その後、ガス供給孔から反応室へ排出されるため、ノズル内の圧力は反応室内の圧力よりも大きくなる。そのため、ノズル内やガス供給孔がクリーニングガスによりエッチングされやすい環境下となり、ノズルやガス供給孔の劣化が生じやすくなる。特に、ノズルの材質として、例えば、石英製を用いる場合には、反応室内で基板にSiN等の膜形成する際に生じるノズル内の堆積物と石英との材質の相違による選択比が得られ難いという問題があった。本実施形態によれば、これらの問題の発生を抑制することができる。すなわち、反応室(処理室)の構成品の経時変化を抑制することができる。特にクリーニングガスを処理室201全域に行き渡せることができ、処理室201内に不均等に形成されている堆積物と選択的に反応させることができ、(クリーニング処理中に一部の反応室を構成する部材、例えば、石英が露出しても、クリーニングガスを処理室201に滞留させることで選択的に堆積物と反応させることができ、)ボートや反応管の劣化具合を均一にすることができる。
また、ノズルのガス供給孔の開口径の増大を抑制することができる。特に、ノズルの材質として、石英製を用いる場合にも、反応室内で基板にSiN等の膜形成する際に生じるノズル内の堆積物と石英との材質の相違による選択比が得られ難くてもノズルやガス供給孔の劣化を抑制することができる。
(11)特に、縦型バッチ処理装置では、ノズルの延在方向に複数のガス供給孔があるノズルを用いる場合があり、この場合、ノズルの上流側であって、クリーニングガス導入部に近く、新鮮なクリーニングガスが流れる部位にあるガス供給孔の開口径の経時変化量が、ノズルの下流側の部位にあるガス供給孔の開口径の経時変化量よりも大きく、装置運用とともに、成膜における面内均一性が経時変化してしまう。本実施形態によれば、これらの問題の発生を抑制することができる。すなわち、複数のガス供給孔があるノズルを用いる場合でも、ノズルの上流側であって、クリーニングガス導入部に近く、新鮮なクリーニングガスが流れる部位にあるガス供給孔の開口径の経時変化量が、ノズルの下流側の部位にあるガス供給孔の開口径の経時変化量よりも大きくなることを抑制することができる。その結果、装置運用とともに、成膜における面内均一性が経時変化することを抑制することができる。
(12)従来のクリーニング処理では、反応管内のガスを排気する排気口は、反応管内にて熱などで励起されたクリーニングガスが集まる部位であるため経時変化が大きく、装置運用とともに強度が低下し、反応管やボート等の耐熱部材が破損してしまい、結果として装置構造を複雑化させて運用コストを増加させていた。また、処理室201へ供給されたクリーニングガスの一部は未反応のまま排気管から排気処理されるため効率が悪くなる。さらに、未反応のままのクリーニングガスを排気口から排気管、APCバルブ、排気装置、除外装置等の排気系統に流すことで、これら排気系統が腐食してしまうという問題があった。本実施形態によれば、これらの問題の発生を抑制することができる。すなわち、クリーニングガスと反応室(反応管、処理室ともいう)内の堆積物との反応を促進することで、クリーニングガスの消費効率が向上し、その結果、排気口に集まったガスは反応後のガスが主となるため、従来処理のような熱励起されたクリーニングガスが排気口周辺部位と反応することを抑制できる。さらに、未反応のままのクリーニングガスが排気系統へ流れ出ることを抑制することができ、その結果、排気系統の腐食の発生を抑制することができる。
(13)第三の工程において、処理室201内の圧力が高まった状態で、第四の工程において、排気することで、処理室201内に大きな圧力変動を与えることができる。この圧力変動により、処理室201内に発生したパーティクルや、クリーニング処理により生じた膜はがれ部位を下流(少なくとも処理室201と排気管231との間の排気口よりも排気管231側に移動させることができる。好適には、APCバルブ244よりも下流側へ移動させることができ、後の成膜工程において、パーティクルや膜はがれ部位が悪影響を及ぼすことを抑制することができる。第四工程においては、好適には短時間で排気することとより一層、処理室201内に大きな圧力変動を与えることができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
なお、上述の第1実施形態と本実施形態とは、処理室201内でクリーニングガスを滞留させた状態で、不活性ガスを供給して処理室内を昇圧することで処理室201内の堆積物をクリーニングガスと反応させて除去する点で共通するものである。
その他の点は、概ね第1実施形態と同様であるので説明を割愛し、クリーニング工程について、以下に詳述する。
<ステップS404、第一の工程>(例えば1秒)
まず、APCバルブ244の開度が小さくなるように制御し、処理室201内の排気量を減らす。好適には、後述するステップS405で処理室201内に供給するガス供給量に対し、排気量を小さくなるようにする。
ステップS405では、排気量が絞られた状態の処理室201内へ所定量(例えば1000cc)のNF3ガスを流す。すなわち、クリーニングガス供給管252aのバルブ254a、256aを開閉することにより、クリーニングガス供給管252a内にNF3ガスを流す。クリーニングガス供給管252a内を流れたNF3ガスは、マスフローコントローラ253aにより流量調整される。流量調整されたNF3ガスは第1のノズル249aのガス供給孔250aから処理室201内に供給される。このとき、不活性ガス供給管232cからは、例えば75ccの不活性ガスとしてのN2ガスが処理室201内へ供給されている。なお、以上の動作の間は、処理室201内の温度を630℃に保持したままとする。
この第二の工程では、上述した第一の工程で排気を絞っているため、反応室構造に依存せず、均一にクリーニングガス(NF3ガス)が行き渡る。これは、ガスは圧力の高い場所から低い場所へ流れる性質があるため、排気処理を絞っていることにより処理室201内において圧力上昇が等方的に進行されるためである。例えば、処理室201内の圧力は500Pa以上1000Pa以下に維持されると良い。
ステップS406では、バルブ254a、256aを閉じ、NF3ガスの供給を停止し、不活性ガス供給管232cのバルブ243c及びバルブ247a、251aを開閉することにより、所定量(例えば5slm)の不活性ガスとしてのN2ガスを流す。すなわち、クリーニングガスとしてのNF3ガスよりも処理室201を構成する部材、反応管203、バッファ室237、第1のノズル249a、第2のノズル249bに対するエッチング力のない不活性ガスを前記処理室内に供給し、堆積物に対するエッチング力のない不活性ガスを処理室201内に供給し、処理室201内の圧力を上昇させる。
これにより、処理室201内の圧力を高めることができ、圧力を高めることでNF3ガスの分解を促進し、堆積物や累積膜と反応させて、これらを除去することを可能にできる。また、NF3ガスの消費効率を高めることができる。
また、この第三の工程において、第1のノズル249aからN2ガスを供給することで、第1のノズル249a内に残留しているNF3ガスがN2ガスで押し出される。これにより、第1のノズル249aの上流側(下部)から下流側(上部)の各ガス供給孔250aから等量のNF3ガスが供給され、各ガス供給孔250aの開口面積の経時変化量を均一化することができる。すなわち、第三の工程がない場合には、第1のノズル249aの上流側のガス供給孔250aから大量のNF3ガスが流れることで、上流側のガス供給孔250aの開口面積だけが大きくなる。この結果、後の成膜工程において、下流側に比べ上流側のウエハ200に大量の原料ガスが流されることになる。すなわち、下流側、上流側で膜厚が異なり、ウエハ200間での膜厚均一性が悪化することになる。しかしながら、第三の工程を設けることで、これらの問題を是正することができる。例えば、処理室201内の圧力は1500Pa以上2000Pa以下に維持されると良い。
ステップS407では、APCバルブ244の開度を大きくし、処理室201内の排気処理を開始して、処理室201内に残留しているNF3ガスと累積膜の反応生成ガスを排気処理する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
なお、上述の第1実施形態と本実施形態とは、処理室201内でクリーニングガスを滞留させた状態で、不活性ガスを供給して処理室内を昇圧することで処理室201内の堆積物をクリーニングガスと反応させて除去する点で共通するものである。
その他の点は、概ね第1実施形態と同様であるので説明を割愛し、クリーニング工程について、以下に詳述する。また、上述の第1実施形態で説明した図1における不活性ガス供給系としての不活性ガス供給管232cのバルブ243c及びバルブ247a、251a等の構成は、第二ガス供給系としての第二ガス供給管232cのバルブ243c及びバルブ247a、251a等の構成と、実施形態の概念的には同様であるので、説明の便宜を図るために、そのまま置き換えて説明する。
<ステップS504、第一の工程>(例えば1秒)
まず、APCバルブ244を閉めて、処理室201内の排気処理を停止する。
ステップS505では、排気処理が停止している処理室201内へ所定量(例えば500cc)のNF3ガスを流す。すなわち、クリーニングガス供給管252aのバルブ254a、256aを開閉することにより、クリーニングガス供給管252a内にNF3ガスを流す。クリーニングガス供給管252a内を流れたNF3ガスは、マスフローコントローラ253aにより流量調整される。流量調整されたNF3ガスは第1のノズル249aのガス供給孔250aから処理室201内に供給される。このとき、不活性ガス供給管232cからは、例えば75ccの不活性ガスとしてのN2ガスが処理室201内へ供給されている。なお、以上の動作の間は、処理室201内の温度を630℃に保持したままとする。
この第二の工程では、上述した第一の工程で排気処理を停止しているため、反応室構造に依存せず、均一にクリーニングガス(NF3ガス)が行き渡る。これは、ガスは圧力の高い場所から低い場所へ流れる性質があるため、排気処理を停止していることにより処理室201内において圧力上昇が等方的に進行されるためである。
ステップS506では、バルブ254a、256aを閉じ、NF3ガスの供給を停止し、不活性ガス供給管232cのバルブ243c及びバルブ247a、251aを開閉することにより、所定量(例えば1slm)の第二ガスとしての四フッ化メタン(CF4)ガスを流すことが考えられる。すなわち、第1クリーニングガスとしてのNF3ガスよりも処理室201を構成する部材、反応管203、バッファ室237、第1のノズル249a、第2のノズル249bに対するエッチング力が弱いガスを処理室201内に供給し、処理室201内の圧力を上昇させる。これにより、処理室201内の圧力を高めることができ、圧力を高めることでNF3ガスの分解を促進し、堆積物や累積膜と反応させて、これらを除去することを可能にできる。また、NF3ガスの消費効率を高めることができる。
また、この第三の工程において、第1のノズル249aから第二ガスを供給することで、第1のノズル249a内に残留しているNF3ガスが第二ガスで押し出される。これにより、第1のノズル249aの上流側(下部)から下流側(上部)の各ガス供給孔250aから等量のNF3ガスが供給され、各ガス供給孔250aの開口面積の経時変化量を均一化することができる。すなわち、第三の工程がない場合には、第1のノズル249aの上流側のガス供給孔250aから大量のNF3ガスが流れることで、上流側のガス供給孔250aの開口面積だけが大きくなる。この結果、後の成膜工程において、下流側に比べ上流側のウエハ200に大量の原料ガスが流されることになる。すなわち、下流側、上流側で膜厚が異なり、ウエハ200間での膜厚均一性が悪化することになる。しかしながら、第三の工程を設けることで、これらの問題を是正することができる。
さらに、第1クリーニングガスによりエッチングできない堆積物や累積膜を第2クリーニングガスによりエッチングすることができるとともに処理室201を構成する部材のエッチングによる劣化を抑制することが可能となる。
好適には、第二ガスとして、第二の工程で流した第一クリーニングガスと反応して爆発等しないガスを用いる。その他、例えば、CxFy(フロロカーボンガス)(CxFy) x=1...、y=4・・・で示される物質が考えられる。
ステップS507では、APCバルブ244を開き、処理室201内の排気処理を開始して、処理室201内に残留しているNF3ガスと累積膜の反応生成ガスを排気処理する。
(1)第一クリーニングガスを供給したノズルにおいてノズル等処理室201内の残留第一クリーニングガスが完全に除去できない場合に、第一クリーニングガスよりも処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱い第二ガスを供給することで、これらの劣化を抑制することができる。特にノズル内壁や、ノズルに設けられたガス供給孔の劣化を抑制することができる。
本発明のその他の実施形態について、以下に説明する。
その他の実施形態として、上述の第1実施形態において、クリーニングガスを供給する過程、<ステップS305、第二の工程>において、処理室内に供給するクリーニングガスの供給量を減少させるようにしても良い。
この場合、1回のエッチレートが低下することで、クリーニング時間が増加するというデメリットは生じるし、例えば、ステップS304〜S307を複数サイクルする場合には、結果として必要なサイクル数が増加することとなり、少なくともステップS304,S307等バルブ開閉回数や排気回数が増加するため、クリーニング時間が増加するというデメリットが生じる。また、トータルのクリーニングガスの消費量を抑制することはできないというデメリットは生じる。しかしながら、第1実施形態に記載した効果のうちの少なくとも1つ以上の効果と同様の趣旨の効果を奏することができる。
この場合、処理室201で未反応だったクリーニングガスが排気系統にそのまま流れるため、排気系統を構成する部材と反応し、これらにダメージを与える可能性が高まるという問題が生じやすいという問題があるものの、第1実施形態に記載した効果のうちの少なくとも1つ以上の効果と同様の趣旨の効果を奏することができる。
上述した実施形態では、クリーニング工程において、ボート217を処理室201内に収納された状態で行う例にして説明したが、ボート217が処理室201内に収納せずにボート217がない状態で行うようにしても良い。
また、上述した実施形態では、反応管203内に、板状部材266a、266bが設けられている形態を例にして説明したが、板状部材266a、266bは設けられていなくても良い。
(付記1)
本発明の一態様によれば、処理室内で基板に対し膜を形成する工程と、該膜形成後の処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去する工程とを有し、前記除去工程では、前記堆積物をエッチングする第一ガスを前記処理室内に供給する第1工程と、少なくとも前記第一ガスよりも前記処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱いか、若しくは前記部材に対するエッチング力のない第二ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2工程と、を含むサイクルを所定回数行う半導体装置の製造方法が提供される。
(付記2)
本発明の他の態様によれば、処理室内で基板に対し膜を形成した後に、処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去するクリーニング方法であって、前記堆積物をエッチングする第一ガスを前記処理室内に供給する第1工程と、少なくとも前記第一ガスよりも前記処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱いか、若しくは前記部材に対するエッチング力のない第二ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2工程と、を含むサイクルを所定回数行うクリーニング方法が提供される。
(付記3)
本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室を排気する排気系と、成膜に寄与する原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給系と、原料ガスの供給に伴って前記処理室内に堆積する堆積物を除去する第一ガスを前記処理室に供給する第1ガス供給系と、少なくとも前記第一ガスよりも前記処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱いか、若しくは前記部材に対するエッチング力のない第二ガスを供給する第2ガス供給系と、前記処理室内に前記原料ガス供給系から原料ガスを供給し基板に対し膜を形成した後に、前記第1ガス供給系から前記処理室内に前記第一ガスを供給し、次に前記第2ガス供給系から前記処理室内に前記第二ガスを供給して前記処理室内の圧力を上昇させること、を含むサイクルを所定回数行うように前記排気系、前記原料ガス供給系、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
(付記4)
本発明の他の態様によれば、処理室に収容された基板に原料ガスを供給して前記基板に所望の膜を形成する膜形成工程と、前記基板を搬出した後の処理室をクリーニングするクリーニング工程と、を有し、前記クリーニング工程では、前記処理室の排気を止める第一の工程と、前記処理室にクリーニングガスを供給する第二の工程と、前記処理室に不活性ガスを供給する第三の工程と、前記処理室を排気する第四の工程と、を順に少なくとも1回行なう半導体装置の製造方法が提供される。
(付記5)
本発明の他の態様によれば、前記第1工程における前記処理室内の圧力値より前記第2工程における前記処理室内の圧力値のほうが大きい付記4の半導体装置の製造方法が提供される。
(付記6)
本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室を排気するための排気路と、前記排気路を開閉する排気バルブと、を備える排気手段と、成膜に寄与する原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給手段と、原料ガスの供給に伴って前記処理室内に付着する堆積物を除去するクリーニングガスを前記処理室に供給する第1供給路と、該第1供給路に連通し、不活性ガスを前記処理室に供給する第2供給路と、前記第1供給路の開閉を行う第1ガス供給バルブと、前記第2供給路の開閉を行う第2ガス供給バルブと、を備えるクリーニングガス供給手段と、制御部と、を有し、前記制御部は、前記排気バルブ、前記第1ガス供給バルブ、前記第2ガス供給バルブを制御して、前記処理室の排気を止めた状態でクリーニングガスを前記第1供給路から前記処理室に供給し、所定時間経過後、クリーニングガスの供給を止めた状態で不活性ガスを前記第2供給路から前記処理室に供給し、所定時間経過後、前記処理室の排気を行う基板処理装置が提供される。
(付記7)
基板処理装置の処理室内の基板に対して膜を形成する手順と、該膜形成後の処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去する手順と、をコンピュータに実行させ、前記除去する手順では、前記堆積物をエッチングする第一ガスを前記処理室内に供給する第1手順と、少なくとも前記第一ガスよりも前記処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱いか、若しくは前記部材に対するエッチング力のない第二ガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2手順と、を含むサイクルで所定回数実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
217 ボート
231 排気管
237 バッファ室
249 ノズル
250 ガス供給孔
Claims (14)
- 処理室に、基板を搬入する搬入工程と、
半導体装置の製造工程の一工程として、前記処理室内で前記基板に対し膜を形成する膜形成工程と、
前記処理室から、前記膜が形成された前記基板を搬出する搬出工程と、
前記膜形成後の処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去して前記処理室内をクリーニングするクリーニング工程と、
を有し、
前記クリーニング工程は、
前記堆積物をエッチングする第1のガスを前記処理室内に供給しつつ、前記処理室を構成する部材に対するエッチング力がないガスを前記処理室内に供給する第1工程と、
少なくとも前記第1のガスよりも前記部材に対するエッチング力が弱いガスか、もしくは前記部材に対するエッチング力がないガスである第2のガスを、前記第1工程における前記処理室を構成する部材に対するエッチング力がないガスより多い流量で前記処理室内に供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有する半導体装置の製造方法。 - 前記部材に対するエッチング力がないガスは不活性ガスであり、前記第1のガスよりも前記部材に対するエッチング力が弱いガスは第1のガスとは異なるエッチングガスである請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1工程および前記第2工程の少なくともいずれかは、前記処理室内の排気を止めた状態で行う請求項1もしくは請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1工程および第2工程の少なくともいずれかは、前記処理室内の排気を絞った状態で行う請求項1もしくは請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程では、前記処理室内の圧力を上昇させ続ける請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程では、前記処理室内の圧力を1500Pa以上2000Pa以下に維持する請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 処理室に、基板を搬入する搬入工程と、
半導体装置の製造工程の一工程として、前記処理室内で前記基板に対し膜を形成する膜形成工程と、
前記処理室から、前記膜が形成された前記基板を搬出する搬出工程と、
前記膜形成後の処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去して前記処理室内をクリーニングするクリーニング工程と、
を有し、
前記クリーニング工程は、
前記堆積物をエッチングする第1のエッチングガスを前記処理室内に供給する第1工程と、
少なくとも前記第1のエッチングガスとは異なるエッチングガスであり、前記第1のエッチングガスよりも前記処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱い第2のエッチングガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有する半導体装置の製造方法。 - 前記第2のエッチングガスは、前記第1のエッチングガスと反応して爆発しない性質を有するエッチンガスである請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体装置の製造工程の一工程として、処理室内で基板に対し膜を形成し前記基板を前記処理室から搬出した後に、処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去して前記処理室内をクリーニングするクリーニング方法であって、
前記堆積物をエッチングする第1のガスを前記処理室内に供給しつつ、前記処理室を構成する部材に対するエッチング力がないガスを前記処理室内に供給する第1工程と、
少なくとも前記第1のガスよりも前記部材に対するエッチング力が弱いガスか、もしくは前記部材に対するエッチング力がないガスである第2のガスを、前記第1工程における前記処理室を構成する部材に対するエッチング力がないガスより多い前記処理室内に供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有するクリーニング方法。 - 半導体装置の製造工程の一工程として、処理室内で基板に対し膜を形成し前記基板を前記処理室から搬出した後に、処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去して前記処理室内をクリーニングするクリーニング方法であって、
前記堆積物をエッチングする第1のエッチングガスを前記処理室内に供給する第1工程と、
少なくとも前記第1のエッチングガスとは異なるエッチングガスであり、前記第1のエッチングガスよりも前記処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱い第2のエッチングガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2工程と、
を含むサイクルを所定回数行う工程を有するクリーニング方法。 - 基板を処理する処理室と、
基板を前記処理室へ搬入出する搬送系と、
前記処理室を排気する排気系と、
成膜に寄与する原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給系と、
原料ガスの供給に伴って前記処理室内に堆積する堆積物をエッチングする第1のガスを前記処理室内に供給する第1ガス供給系と、
少なくとも前記第1のガスよりも前記処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱いガスか、若しくは前記部材に対するエッチング力がないガスである第2のガスを前記処理室内に供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内に基板を搬入する処理と、半導体装置の製造工程の一工程として前記処理室内に前記原料ガスを供給し基板に対し膜を形成する処理と、前記処理室から前記膜が形成された前記基板を搬出する処理と、前記膜形成後の処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去して前記処理室内をクリーニングするクリーニング処理であって、前記処理室内に前記第1のガスを供給しつつ、前記部材に対するエッチング力がないガスを前記処理室内に供給する第1処理と、前記処理室内に前記第2のガスを、前記第1処理における前記処理室を構成する部材に対するエッチング力がないガスより多い流量で供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2処理と、を含むサイクルを所定回数行う処理を有するクリーニング処理を行うように前記搬送系、前記排気系、前記原料ガス供給系、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、前記不活性ガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
を備える基板処理装置。 - 基板を処理する処理室と、
基板を前記処理室へ搬入出する搬送系と、
前記処理室を排気する排気系と、
成膜に寄与する原料ガスを前記処理室内に供給する原料ガス供給系と、
原料ガスの供給に伴って前記処理室内に堆積する堆積物をエッチングする第1のエッチングガスを前記処理室内に供給する第1ガス供給系と、
少なくとも前記第1のエッチングガスとは異なるエッチングガスであり、前記第1のエッチングガスよりも前記処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱い第2のエッチングガスを前記処理室内に供給する第2ガス供給系と、
前記処理室内に基板を搬入する処理と、半導体装置の製造工程の一工程として前記処理室内に前記原料ガスを供給し基板に対し膜を形成する処理と、前記処理室から前記膜が形成された前記基板を搬出する処理と、前記膜形成後の処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去して前記処理室内をクリーニングするクリーニング処理であって、前記処理室内に前記第1のガスを供給する第1処理と、前記処理室内に前記第2のガスを供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2処理と、を含むサイクルを所定回数行う処理を有するクリーニング処理を行うように前記搬送系、前記排気系、前記原料ガス供給系、前記第1ガス供給系、前記第2ガス供給系、を制御するよう構成される制御部と、
を備える基板処理装置。 - 基板処理装置の処理室内の基板を搬入する手順と、
前記基板に対して膜を形成する手順と、
前記処理室から、前記膜が形成された前記基板を搬出する手順と、
前記膜形成後の処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去して前記処理室内をクリーニングする手順と、をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させ、
前記クリーニングする手順では、前記堆積物をエッチングする第1のガスを前記処理室内に供給しつつ、前記処理室を構成する部材に対するエッチング力がないガスを前記処理室内に供給する第1手順と、
少なくとも前記第1のガスよりも前記部材に対するエッチング力が弱いガスか、もしくは前記部材に対するエッチング力がないガスである第2のガスを、前記第1手順における前記処理室を構成する部材に対するエッチング力がないガスより多い流量で前記処理室内に供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2手順と、
を含むサイクルで所定回数実行させる手順をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。 - 基板処理装置の処理室内の基板を搬入する手順と、
前記基板に対して膜を形成する手順と、
前記処理室から、前記膜が形成された前記基板を搬出する手順と、
前記膜形成後の処理室内の少なくとも一部に堆積した堆積物を除去して前記処理室内をクリーニングする手順と、をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させ、
前記クリーニングする手順では、前記堆積物をエッチングする第1のエッチングガスを前記処理室内に供給しつつ、第1の流量で不活性ガスを前記処理室内に供給する第1手順と、
少なくとも前記第1のエッチングガスとは異なるエッチングガスであり、前記第1のエッチングガスよりも前記処理室を構成する部材に対するエッチング力が弱い第2のエッチングガスを前記処理室内に供給し、前記処理室内の圧力を上昇させる第2手順と、
を含むサイクルで所定回数実行させる手順をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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