JP6360407B2 - サセプタの洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、サセプタの洗浄方法に関し、例えばエピタキシャル成長炉のカーボンサセプタに付着した付着物をエッチングにより除去するサセプタの洗浄方法に関する。

半導体製造工程に使用されるエピタキシャル成長炉（反応管とも呼ぶ）は、特許文献１、２に開示されるように内部に例えばバレル型のカーボンサセプタを配置した石英ベルジャにより構成される。前記カーボンサセプタには、複数の被処理基板が保持され、反応管内に例えばモノシランガス（ＳｉＨ_４）が導入され加熱される。この処理により、被処理基板の表面にシリコン薄膜が生成される。このとき、サセプタの露出表面や石英ベルジャの内面にシリコン系の付着物が付着する。この付着物が残っていると、次回の成膜工程時にこの付着物が不純物として被処理基板の薄膜内に混入することがある。このため、従来から特許文献２に開示されるように反応管内にクリーニングガス（水素ガス中に塩化水素ガスを混入したもの）を供給し、サセプタを１２００℃程度に加熱してドライエッチングを行い、前記付着物を除去するようにしている。

ところで、従来、反応管内をクリーニングするために行うドライエッチングは、次のように行われている。
先ず、被処理基板への成膜処理を行い、被処理基板を取り出した後、反応管内を所定の高温環境とし、クリーニングガスを供給することにより、カーボンサセプタに付着しているシリコン系の付着物に対しエッチングを開始する。
ここで、エッチング時間は、被処理基板に形成した膜厚に、所定の係数を乗算して得られた時間に、除去残しが無いように所定の時間を加算し設定される。

特開２０００−５４１４０号公報 特開平７−１２２４９３号公報

しかしながら、前記のように反応管内にクリーニングガスを供給して反応管内のクリーニングを行う場合、除去残しが無いようにエッチングの時間を長く設定すると、エッチング時間が過剰となり、クリーニングガスを無駄に消費してしまうという技術的課題があった。
更には、過剰なクリーニングガスによるエッチングのために、カーボンサセプタがダメージを受け易いという技術的課題があった。

本発明者は、前記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、サセプタ洗浄のためのエッチングが完了するタイミングが、エッチングの際に加熱されるサセプタの温度のばらつきが収束してから所定時間経過後という知見を得て、本発明を完成するに至った。

本発明は、前記の技術的課題を解決するためになされたものであり、カーボンサセプタに付着した付着物の除去残しが生じることなく、エッチング時間を短縮し、クリーニングガスの無駄な消費を抑えたカーボンサセプタの洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明に係るサセプタの洗浄方法は、反応管内のサセプタに付着した付着物をエッチングにより除去するサセプタの洗浄方法であって、前記サセプタを軸周りに回転させながら加熱するとともに、前記反応管内に所定のクリーニングガスを供給するステップと、第１の期間と該第１の期間に続く第２の期間とにおける前記サセプタの表面温度をそれぞれ検出し、第１の期間におけるサセプタの表面温度のばらつきの大きさ（ｍａｘ−ｍｉｎ）の平均値から第２の期間におけるサセプタの表面温度のばらつきの大きさ（ｍａｘ−ｍｉｎ）の平均値を引いた温度差を測定する工程を、前記温度差が予め決められた第１の温度差以上になるまで、クリーニングガスによるエッチングの進行中であるとし、前記工程を繰り返すステップと、前記温度差が第１の温度差以上になった後に、第１の期間と該第１の期間に続く第２の期間とにおける前記サセプタの表面温度をそれぞれ検出し、第１の期間におけるサセプタの表面温度のばらつきの大きさ（ｍａｘ−ｍｉｎ）の平均値から第２の期間におけるサセプタの表面温度のばらつきの大きさ（ｍａｘ−ｍｉｎ）の平均値を引いた温度差を測定する工程を、前記温度差が、前記第１の温度差より小さい予め決められた第２の温度差以下になるまで繰り返すステップと、前記温度差が第２の温度差以下になるとエッチングの終了が近いと判定し、所定時間の経過後にクリーニングガスの供給を停止するステップと、を含むことに特徴を有する。
尚、前記第１の期間と第２の期間のそれぞれにおいて、前記サセプタの温度測定を行うための複数回のモニタリング期間が設けられるとともに、各モニタリング期間において前記サセプタの温度の最高値と最低値とを検出する複数のサンプリング期間が設けられることが望ましい。
また、前記各モニタリング期間は、少なくとも前記サセプタが軸周りに１回転する期間であることが望ましい。
また、前記サンプリング期間は、０．０５ｓｅｃ以下であることが望ましい。

このような方法によれば、サセプタの表面に付着した付着物をクリーニングガスによりエッチングする際、サセプタの温度変化を検出することにより、付着物が除去されるタイミングを特定することができる。
これにより、従来は過剰となっていた付着物の除去作業を短縮し、コストを低減するとともに、生産性を向上させ、且つサセプタの寿命を延長することができる。

本発明によれば、カーボンサセプタに付着した付着物の除去残しが生じることなく、エッチング時間を短縮し、クリーニングガスの無駄な消費を抑えることのできるカーボンサセプタの洗浄方法を提供することができる。

図１は、本発明に係るサセプタの洗浄方法が実施されるエピタキシャル成長炉の断面図である。 図２は、本発明のサセプタの洗浄方法の流れを示すフローである。 図３は、サセプタの洗浄処理の際に加熱されるサセプタの温度変化を示すグラフである。 図４は、サセプタの温度変化を拡大して示すグラフである。

以下、図面を用いながら、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係るサセプタの洗浄方法が実施されるエピタキシャル成長炉の断面図である。図２は、本発明のサセプタの洗浄方法の流れを示すフローである。また、図３は、サセプタの洗浄処理の際に加熱されるサセプタの温度変化を示すグラフであり、図４は、サセプタの温度変化を拡大して示すグラフである。
図１に示すエピタキシャル成長炉１は、被処理基板であるシリコンウエハ（以下、単にウエハと呼ぶ）Ｗの表面にシリコンエピタキシャル膜を気相成長する反応管としての石英ベルジャ２と、前記石英ベルジャ２内の反応室５に配置され、複数のウエハＷを保持するカーボンサセプタ３（サセプタ）とを備える。

また、石英ベルジャ２の上部側方には、反応室５内に気相成長ガスを導入するためのガス導入管６が設けられ、石英ベルジャ２の下端には、反応室５内の気相成長ガスを排気するためのガス排気管７が設けられている。
石英ベルジャ２は、円筒形状の胴部の下端側が徐々に先細りしたシリンダであり、その上端開口が蓋体８により閉じられている。
また、石英ベルジャ２の周りには、反応室５内を加熱するための加熱部４として、例えば多数のハロゲンランプが配置されている。

また、カーボンサセプタ３は、反応室５の内部空間に回転軸１０に吊下され、軸周りに回転可能となされている。このカーボンサセプタ３は、例えば、六角錐台状の所謂バレル型の筒体であり、６つの周側面には、上下２段（合計１２箇所）に円形のザグリ１１が形成されている。各ザグリ１１は、ウエハＷを載置するために正円形の浅い凹部に形成されている。

また、このエピタキシャル成長炉１は、温度センサ１２と放射温度計１３とを備えている。これらは、カーボンサセプタ３の表面温度を測定するためのものであり、温度センサ１２がカーボンサセプタ３から放射される例えば赤外線エネルギー量を非接触にて検出し、そのエネルギー量が放射温度計１３によって温度として測定されるようになっている。
また、測定されたカーボンサセプタ３の温度情報は、コンピュータとしての制御部１４に入力されるとともに、例えば液晶モニタ画面を有する温度表示部１５に表示されるようになっている。

尚、制御部１４においては、カーボンサセプタ３の温度に基づいて、ドライエッチングのためのクリーニングガスの出力及び停止制御等を行うようにコンピュータプログラムが実行される。
また、ドライエッチングを行うために、反応室５内のカーボンサセプタ３を高温に加熱するが、図３のグラフに示すように加熱開始から所定時間の経過までは、測定箇所によって温度にばらつきが大きく安定しない。即ち、図示するように加熱開始から約１０００秒を経過するまでは、最大１０℃近くのばらつきが生じ、その後ばらつきは収束する。本発明にあっては、この経過時間によって変化する温度のばらつきの変化を利用したものとなる。

続いて、図２のフローに沿って行われる制御部１４の制御に基づくエピタキシャル成長炉１におけるサセプタの洗浄処理の動作について説明する。
尚、前記のように制御部１４は、コンピュータプログラムが実行されることにより、そのプログラムに従って制御動作するが、前記プログラムは、サセプタ洗浄のためのエッチング完了のタイミングが、エッチングの際に加熱されるサセプタの温度のばらつきが収束してから所定時間経過後という本願発明者の知見に基づき作成されたものである。

前記エピタキシャル成長炉１においては、ウエハＷへの成膜処理が行われ、その後、カーボンサセプタ３に保持されているウエハＷが取り出される。
制御部１４は、図２のフローに示すように、加熱部４により反応室５内を加熱し、カーボンサセプタ３の温度を上昇させる（図２のステップＳ１）。
石英ベルジャ２内において、例えばバランスガスとしての水素に２０〜４０％の塩化水素ガスを混入したクリーニングガスを導入し、回転軸１０によりカーボンサセプタ３を回転させながら、ドライエッチングを開始する（図２のステップＳ２）

次いで、温度センサ１２と放射温度計１３とによりカーボンサセプタ３の表面温度が測定される。具体的には、所定の第１の期間（イニシャル期間と呼ぶ）の温度検出（図２のステップＳ３）と、イニシャル期間に続く所定の第２の期間（最新期間と呼ぶ）の温度検出と（図２のステップＳ４）と、それらの温度差を測定する工程とが、所定条件（測定温度差が５℃以上）を満たすまで繰り返し行われる（図２のステップＳ５）。尚、図３において、破線のボックスで囲んだ部分がイニシャル期間の温度を示し、実線のボックスで囲んだ部分が最新期間の温度を示している。

ここで、１つのイニシャル期間における検出温度は、例えば図４に拡大して示すように、符号ａから符号ｆの各モニタリング期間（例えばそれぞれ２０ｓｅｃ）に得られる測定温度の平均温度となる。
各モニタリング期間においては、温度センサ１２により複数回（例えば４００回）のサンプリングが行われ、サンプリングで得られた温度の最大値（max）と最小値（min）とが抽出されて演算に用いられる。
尚、温度の最大値（max）と最小値（min）とを精度よく得るために、サンプリング時間は０．０５ｓｅｃ以下とされ、モニタリング期間は少なくともカーボンサセプタ３が軸周りに１回転する期間（例えば２０ｓｅｃ）が確保され、さらに、イニシャル期間は本実施形態では２ｍｉｎ（望ましくは１ｍｉｎ以上３ｍｉｎ以下）とされる。

より具体的には、イニシャル期間での検出温度は、例えば演算式（１）により得られる。尚、式（１）においてmaxは検出温度の最大値、minは検出温度の最小値である。

イニシャル期間の温度＝（（モニタリング期間ａのmax-min）＋（モニタリング期間ｂのmax-min）＋（モニタリング期間ｃのmax-min）＋（モニタリング期間ｄのmax-min)＋（モニタリング期間ｅのmax-min）＋（モニタリング期間ｆのmax-min））／モニタリング期間数：６ ・・・（１）

また、最新期間での検出温度は、例えば図４の符号Ａから符号Ｆに示す各モニタリング期間（例えば２０ｓｅｃ）に得られる温度の平均温度となる。
前記イニシャル期間と同様に、各モニタリング期間においては、温度センサ１２により複数回（例えば４００回）のサンプリングが行われ、サンプリングで得られた温度の最大値（max）と最小値（min）とが抽出され演算に用いられる。
即ち、最新期間での検出温度は、演算式（２）により得られる。尚、式（２）においてmaxは検出温度の最大値、minは検出温度の最小値である。

最新期間の温度＝（（モニタリング期間Ａのmax-min）＋（モニタリング期間Ｂのmax-min）＋（モニタリング期間Ｃのmax-min）＋（モニタリング期間Ｄのmax-min）＋（モニタリング期間Ｅのmax-min）＋（モニタリング期間Ｆのmax-min））／モニタリング期間数：６・・・（２）

前記のように制御部１４においては、前記式（１）と式（２）の結果の差分値により温度差が測定される（図２のステップＳ５）。ここで、前記ステップＳ５において、イニシャル期間の温度と最新期間の温度との差が５℃以上の場合、作業者に対し監視動作を促すように音や音声等で警告を出力するのが好ましい。即ちイニシャル期間の温度と最新期間の温度との差が５℃以上で警告を出力することにより、ばらつきが大きかった温度差が収束するタイミング（図３において１０００秒付近）を作業者に知らせることができる。

一方、イニシャル期間の温度と最新期間の温度との差が５℃未満の場合には、再び、イニシャル期間の温度検出（ステップＳ３）と、最新期間の温度検出（ステップＳ４）と、それらの温度差に対する判定（ステップＳ５）とを、温度差が５℃以上になるまで繰り返す（例えば図３の破線のボックスと実線のボックスの組み合わせで示す１回目から３回目の測定）。

前記ステップＳ５において、イニシャル期間の温度と最新期間の温度との差が５℃以上の場合、イニシャル期間の温度検出（図２のステップＳ６）と最新期間の温度検出の測定（図２のステップＳ７、図３の４回目の測定）とを行う。そして、それらの温度差が１℃以下ならば（図２のステップＳ８）、制御部１４は、予め決められた所定時間の経過後（図２のステップＳ９）、エッチングガスの供給を停止し、また、カーボンサセプタ３の加熱処理を停止する（図２のステップＳ１０）。
即ち、制御部１４において実行されるコンピュータプログラムには、温度のばらつきが１℃以下に収束してから所定時間の経過後に、エッチング処理が終了するという処理手順が定義され、これに沿って制御動作がなされることで実際のエッチング処理の終了のタイミングに合わせてエッチングガスの供給が停止する。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、エピタキシャル処理後にカーボンサセプタ３の表面に付着したＳｉ付着物をクリーニングガス（塩化水素ガス）によりエッチングする際、カーボンサセプタ３の温度変化を検出することにより、付着物が除去されるタイミングを特定することができる。
これにより、従来は過剰となっていた付着物の除去作業を短縮し、コストを低減するとともに、生産性を向上させ、且つカーボンサセプタ３の寿命を延長することができる。

尚、前記実施の形態において、カーボンサセプタ３はバレル型のサセプタとしたが、本発明にあっては、サセプタ形状は限定されるものではない。
また、前記実施の形態においては、カーボンサセプタ３の温度を非接触に温度センサ１２を用いて検出するものとしたが、これも限定されるものではなく、カーボンサセプタ３に対して接触式の温度センサを用いて温度検出する構成としてもよい。

本発明に係るサセプタの洗浄方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に示したサセプタの洗浄方法を実施することにより検証した。

[実施例１]
実施例の条件として、温度センサのサンプリング時間を０．０５ｓｅｃ以下、モニタリング期間をカーボンサセプタの１回転の時間である２０ｓｅｃ、イニシャル期間及び最新期間をそれぞれ２ｍｉｎとした。
この条件下において、エッチング終了までに使用したクリーニングガス（塩化水素ガス）の量、エッチング時間を測定した。

[比較例１]
比較例１では、従来実施していたように、被処理基板に形成されたエピタキシャル膜厚に、所定の係数を乗算して得られた時間に基づきエッチング時間を設定した。
具体的には、エッチング時間を２５ｍｉｎとした。

実施例１の結果、クリーニングガスに使用した塩化水素ガスの使用量が比較例１に比べ２０％低減し、エッチング時間も比較例１に比べて２０％低減した。
以上の実施例の結果、本発明によれば、カーボンサセプタに付着した付着物の除去残しが生じることなく、エッチング時間を短縮し、クリーニングガスの無駄な消費を抑えることができることを確認した。

１ エピタキシャル成長炉
２ 石英ベルジャ（反応管）
３ カーボンサセプタ（サセプタ）
４ 加熱部
５ 反応室
６ ガス導入管
７ ガス排気管
８ 蓋体
１０ 回転軸
１１ ザグリ
１２ 温度センサ
１３ 放射温度計
１４ 制御部
１５ 温度表示部
Ｗ シリコンウエハ（被処理基板）

Claims (4)

1. 反応管内のサセプタに付着した付着物をエッチングにより除去するサセプタの洗浄方法であって、
   前記サセプタを軸周りに回転させながら加熱するとともに、前記反応管内に所定のクリーニングガスを供給するステップと、
   第１の期間と該第１の期間に続く第２の期間とにおける前記サセプタの表面温度をそれぞれ検出し、第１の期間におけるサセプタの表面温度のばらつきの大きさ（ｍａｘ−ｍｉｎ）の平均値から第２の期間におけるサセプタの表面温度のばらつきの大きさ（ｍａｘ−ｍｉｎ）の平均値を引いた温度差を測定する工程を、前記温度差が予め決められた第１の温度差以上になるまで、クリーニングガスによるエッチングの進行中であるとし、前記工程を繰り返すステップと、
   前記温度差が第１の温度差以上になった後に、第１の期間と該第１の期間に続く第２の期間とにおける前記サセプタの表面温度をそれぞれ検出し、第１の期間におけるサセプタの表面温度のばらつきの大きさ（ｍａｘ−ｍｉｎ）の平均値から第２の期間におけるサセプタの表面温度のばらつきの大きさ（ｍａｘ−ｍｉｎ）の平均値を引いた温度差を測定する工程を、前記温度差が、前記第１の温度差より小さい予め決められた第２の温度差以下になるまで繰り返すステップと、
   前記温度差が第２の温度差以下になるとエッチングの終了が近いと判定し、所定時間の経過後にクリーニングガスの供給を停止するステップと、
   を含むことを特徴とするサセプタの洗浄方法。
2. 前記第１の期間と第２の期間のそれぞれにおいて、前記サセプタの温度測定を行うための複数回のモニタリング期間が設けられるとともに、各モニタリング期間において前記サセプタの温度の最高値と最低値とを検出する複数のサンプリング期間が設けられることを特徴とする請求項１に記載されたサセプタの洗浄方法。
3. 前記各モニタリング期間は、少なくとも前記サセプタが軸周りに１回転する期間であることを特徴とする請求項２に記載されたサセプタの洗浄方法。
4. 前記サンプリング期間は、０．０５ｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載されたサセプタの洗浄方法。

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