JP6453637B2 - クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Description
基板上に酸素含有膜を形成する処理を行った後の処理容器内をクリーニングする方法であって、
(a)前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給する工程と、
(b)前記処理容器内への前記フッ化水素ガスの供給を停止した状態で、前記処理容器内へフッ素ガスを供給する工程と、
を前記(a)工程において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行うクリーニング方法が提供される。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
図1に示すように、処理炉202は加熱手段(加熱機構)としてのヒータ207を有する。ヒータ207は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース(図示せず)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207は、後述するようにガスを熱で活性化(励起)させる活性化機構(励起部)としても機能する。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するシーケンス例について、図4を用いて説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
処理容器内(処理室201内)に収容された基板としてのウエハ200に対して原料ガスとしてHCDSガスを供給するステップ1と、
加熱された大気圧未満の圧力下にある処理容器内へO含有ガスとしてのO2ガスとH含有ガスとしてのH2ガスとを供給するステップ2と、
を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回以上)行うことで、ウエハ200上に、O含有膜としてシリコン酸化膜(SiO2膜、以下、単にSiO膜ともいう)を形成する。
複数枚のウエハ200がボート217に装填(ウエハチャージ)される。その後、図1に示すように、複数枚のウエハ200を支持したボート217は、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内へ搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内、すなわち、ウエハ200が存在する空間が所望の圧力(真空度)となるように、真空ポンプ246によって真空排気(減圧排気)される。この際、処理室201内の圧力は圧力センサ245で測定され、この測定された圧力情報に基づきAPCバルブ244がフィードバック制御される。真空ポンプ246は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内のウエハ200が所望の温度となるようにヒータ207によって加熱される。この際、処理室201内が所望の温度分布となるように、温度センサ263が検出した温度情報に基づきヒータ207への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ207による処理室201内の加熱は、少なくともウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。また、回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転を開始する。回転機構267によるボート217およびウエハ200の回転は、少なくとも、ウエハ200に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
その後、以下のステップ1,2を順次実行する。
(HCDSガス供給)
このステップでは、処理室201内のウエハ200に対してHCDSガスを供給する。
第1の層が形成された後、バルブ243aを閉じ、HCDSガスの供給を停止する。このとき、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第1の層形成に寄与した後のHCDSガスを処理室201内から排除する。このとき、バルブ243f〜243hは開いたままとして、N2ガスの処理室201内への供給を維持する。N2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室201内に残留するガスを処理室201内から排除する効果を高めることができる。
(O2ガス+H2ガス供給)
ステップ1が終了した後、処理室201内へO2ガスとH2ガスとを別々に供給し、これらのガスを処理室201内で混合させて反応させる。
第1の層(Si含有層)を第2の層(SiO層)へと変化させた後、バルブ243b,243cを閉じ、O2ガスおよびH2ガスの供給をそれぞれ停止する。そして、ステップ1と同様の処理手順、処理条件により、処理室201内に残留するO2ガスやH2ガスや反応副生成物を処理室201内から排除する。このとき、処理室201内に残留するガス等を完全に排出しなくてもよい点は、ステップ1と同様である。
上述したステップ1,2を非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数(n回)行うことにより、ウエハ200上に、所定膜厚のSiO膜を形成することができる。上述のサイクルは複数回繰り返すのが好ましい。すなわち、上述のサイクルを1回行う際に形成される第2の層(SiO層)の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第2の層(SiO層)を積層することで形成されるSiO膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
SiO膜の形成が完了した後、バルブ243f〜243hを開き、ガス供給管232f〜232hのそれぞれからN2ガスを処理室201内へ供給し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室201内がパージされ、処理室201内に残留するガスや反応副生成物が処理室201内から除去される(パージ)。その後、処理室201内の雰囲気が不活性ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口される。そして、処理済のウエハ200が、ボート217に支持された状態で、マニホールド209の下端から反応管203の外部に搬出される(ボートアンロード)。処理済のウエハ200は、ボート217より取出される(ウエハディスチャージ)。
上述の成膜処理を行うと、反応管203の内壁、ノズル249a,249bの表面、カバー209aの表面、ボート217の表面、シールキャップ219の上面等に、SiO膜等の薄膜を含む堆積物が累積する。すなわち、Oを含む堆積物が、加熱された処理室201内の部材の表面等に付着して累積する。また、成膜処理中にパージ空間201a内をN2ガスでパージしていたとしても、パージ空間201a内にHCDSガス、O2ガス、H2ガスが微量に侵入する場合もある。そのため、パージ空間201a内の部材の表面、例えば、マニホールド209の内壁やカバー209aの内側の表面等にも、Oを含む堆積物が累積する場合もある。そこで、これらの堆積物の量(堆積物の厚さ)、すなわち、累積膜厚が、堆積物に剥離や落下が生じる前の所定の量(厚さ)に達する前に、クリーニング処理が行われる。
処理容器(処理室201)内へ少なくともHFガスを供給するHFエッチングステップと、
処理室201内へのHFガスの供給を停止した状態で、処理室201内へF2ガスを供給するF2パージステップと、
をHFエッチングステップにおいて処理室201内で発生する水分が単独で存在した場合にこの水分が処理室201内に残留する程度の温度下で行う。
空のボート217、すなわち、ウエハ200を装填していないボート217が、ボートエレベータ115によって持ち上げられて処理室201内に搬入される。この状態で、シールキャップ219は、Oリング220bを介してマニホールド209の下端をシールした状態となる。
処理室201内が後述する所定のエッチング圧力となるように、真空ポンプ246によって真空排気される。真空ポンプ246は、少なくともF2パージステップが終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、処理室201内が後述する所定のエッチング温度となるように、必要に応じてヒータ207によって加熱される。なお、HFエッチングステップおよびF2パージステップは、後述するように、室温、或いは、それ未満の温度で行われる場合もある。そのため、ヒータ207への通電を行わない場合もある。また、回転機構267によるボート217の回転を開始する。ボート217の回転は、少なくともF2パージステップが完了するまでの間は、継続して行われる。但し、ボート217は回転させなくてもよい。
このステップでは、ウエハ200上にSiO膜を形成する処理を行った後の処理室201内、すなわち、O含有膜を含む堆積物が付着した処理室201内へ、少なくともHFガスを供給する。
HFエッチングステップを行うと、上述したように、処理室201内において、水分やSiF4等が発生する。処理室201内で発生した水分は、処理室201内に残留するHFガスと共存することで、処理室201内の金属部材を腐食させたり、これによりパーティクルを発生させたりする要因となる。そのため、本実施形態では、HFエッチングステップが完了した後、処理室201内へのHFガスの供給を停止した状態で、処理室201内へF2ガスを供給するF2パージステップを行う。
処理室201内から水分等を除去したら、バルブ243i,243jを閉じ、処理室201内へのF2ガスの供給を停止する。そして、バルブ243f〜243hを開き、ガス供給管232f〜232hのそれぞれから処理室201内へN2ガスを流し、排気管231から排気する。N2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室201内がパージされる。このとき、バルブ243f〜243hの開閉動作を繰り返すことで、処理室201内のパージを間欠的に行うようにしてもよい(サイクルパージ)。その後、処理室201内の雰囲気がN2ガスに置換され(不活性ガス置換)、処理室201内の圧力が常圧に復帰される(大気圧復帰)。
ボートエレベータ115によりシールキャップ219が下降され、マニホールド209の下端が開口される。そして、空のボート217が、マニホールド209の下端から反応管203の外部へ搬出される(ボートアンロード)。また、ノズル249a,249bの内壁等に付着している堆積物の量が多い場合は、必要に応じてノズル249a,249bを交換する。これら一連の工程が終了すると、上述の成膜処理が再開されることとなる。
本実施形態によれば、以下に示す一つ又は複数の効果が得られる。
本実施形態におけるクリーニング処理は、上述の態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
図6(a)に示すクリーニングシーケンスのように、F2パージステップでは、処理室201内へのF2ガスの供給を間欠的に行うようにしてもよい。本変形例においても、HFエッチングステップとF2パージステップとを間欠期間を設けることなく連続的に行うのが好ましい。本変形例においても、図5に示すクリーニングシーケンスと同様の効果が得られる。また、F2ガスの使用量を適正に抑制することができ、クリーニング処理のコストを低減することが可能となる。
図6(b)に示すクリーニングシーケンスのように、HFエッチングステップでは、処理室201内へのHFガスの供給を間欠的に行うようにしてもよい。本変形例においても、HFエッチングステップとF2パージステップとを間欠期間を設けることなく連続的に行うのが好ましい。本変形例においても、図5に示すクリーニングシーケンスと同様の効果が得られる。また、HFガスの供給を間欠的に行うことで、処理室201内における水分やSiF4の量を適正に制御することができ、エッチング反応が進行しやすい環境を整えることが可能となる。また、HFガスの供給を間欠的に行うことで、処理室201内に圧力変動を生じさせ、堆積物に対して圧力の変動に伴う衝撃を与えることができる。これにより、堆積物にクラックや剥離等を生じさせ、堆積物のエッチングを効率的に進めることが可能となる。また、HFガスの供給を間欠的に行うことで、HFガスの使用量を適正に抑制することができ、クリーニング処理のコストを低減することが可能となる。
図6(c)に示すクリーニングシーケンスのように、HFエッチングステップでは、処理室201内へのHFガスの供給を間欠的に行い、F2パージステップでは、処理室201内へのF2ガスの供給を間欠的に行うようにしてもよい。本変形例においても、HFエッチングステップとF2パージステップとを間欠期間を設けることなく連続的に行うのが好ましい。本変形例においても、図5に示すクリーニングシーケンスや上述の変形例と同様の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の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変更可能である。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
基板上に酸素含有膜を形成する処理を行った後の処理容器内をクリーニングする方法であって、
(a)前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給する工程と、
(b)前記処理容器内への前記フッ化水素ガスの供給を停止した状態で、前記処理容器内へフッ素ガスを供給する工程と、
を前記(a)工程において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行うクリーニング方法が提供される。
付記1に記載の方法であって、好ましくは、
前記(a)工程と前記(b)工程とを間欠期間を設けることなく連続的に行う。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記(a)工程と前記(b)工程とを、同様な温度下で行う。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記(a)工程と前記(b)工程とを、室温下で行う。
付記1または2に記載の方法であって、好ましくは、
前記(a)工程と前記(b)工程とを、それぞれ異なる温度下で行う。
付記1乃至5のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記(a)工程直後に、前記(b)工程を行う。
付記1乃至6のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記(a)工程後に、前記処理容器内へ外部から水分(H2O)を供給することなく前記(b)工程を行う。
付記1乃至7のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記(a)工程後に、前記処理容器内の不活性ガスによるパージおよび真空引きを行うことなく前記(b)工程を行う。
付記1乃至8のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記(a)工程では、前記処理容器内に付着した前記酸素含有膜を含む堆積物を(エッチング反応により)除去する。
付記1乃至9のいずれかに記載の方法であって、好ましくは、
前記(b)工程では、前記(a)工程において前記処理容器内で発生した水分を除去する。すなわち、前記(b)工程では、前記処理容器内を前記フッ素ガスでパージすることで前記(a)工程において前記処理容器内で発生した水分を除去する。
本発明の他の態様によれば、
基板上に酸素含有膜を形成する処理を行った後の処理容器内をクリーニングする方法であって、
(a)前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給し、前記処理容器内に付着した前記酸素含有膜を含む堆積物を(エッチング反応により)除去する工程と、
(b)前記堆積物を除去した後の前記処理容器内へフッ素ガスを供給し、前記(a)工程において前記処理容器内で発生した水分を除去する工程と、
を前記(a)工程において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行うクリーニング方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
処理容器内で基板上に酸素含有膜を形成する処理を行う工程と、
前記酸素含有膜を形成する処理を行った後の前記処理容器内をクリーニングする工程と、
を有し、前記処理容器内をクリーニングする工程では、
(a)前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給する工程と、
(b)前記処理容器内への前記フッ化水素ガスの供給を停止した状態で、前記処理容器内へフッ素ガスを供給する工程と、
を前記(a)工程において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行う半導体装置の製造方法が提供される。
付記12に記載の方法であって、好ましくは、
前記クリーニング工程後に、前記処理容器内の部材を交換する工程をさらに有する。例えば、前記処理容器内へガスを供給するノズルを交換する工程をさらに有する。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板上に酸素含有膜を形成する処理を行う処理容器と、
前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給するフッ化水素ガス供給系と、
前記処理容器内へフッ素ガスを供給するフッ素ガス供給系と、
基板上に酸素含有膜を形成する処理を行った後の前記処理容器内をクリーニングする際に、(a)前記処理容器内へ前記フッ化水素ガスを供給する処理と、(b)前記処理容器内への前記フッ化水素ガスの供給を停止した状態で、前記処理容器内へ前記フッ素ガスを供給する処理と、を前記(a)処理において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行わせるように、前記フッ化水素ガス供給系および前記フッ素ガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板上に酸素含有膜を形成する処理を行った後の処理容器内をクリーニングする手順であって、
(a)前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給する手順と、
(b)前記処理容器内への前記フッ化水素ガスの供給を停止した状態で、前記処理容器内へフッ素ガスを供給する手順と、
を前記(a)手順において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行わせる手順をコンピュータに実行させるプログラム、または、該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。
201 処理室
203 反応管
206 ヒータ
209 マニホールド
232a〜232j ガス供給管
249a,249b,249e ノズル
121 コントローラ
Claims (15)
- 基板上に酸素含有膜を形成する処理を行った後の処理容器内をクリーニングする方法であって、
(a)前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給する工程と、
(b)前記処理容器内への前記フッ化水素ガスの供給を停止した状態で、前記処理容器内へフッ素ガスを供給する工程と、
を前記(a)工程において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行うクリーニング方法。 - 前記(a)工程と前記(b)工程とを間欠期間を設けることなく連続的に行う請求項1に記載のクリーニング方法。
- 前記(a)工程と前記(b)工程とを、同様な温度下で行う請求項1または2に記載のクリーニング方法。
- 前記(a)工程と前記(b)工程とを、室温下で行う請求項1または2に記載のクリーニング方法。
- 前記(a)工程と前記(b)工程とを、それぞれ異なる温度下で行う請求項1または2に記載のクリーニング方法。
- 前記(a)工程直後に、前記(b)工程を行う請求項1〜5のいずれか1項に記載のクリーニング方法。
- 前記(a)工程後に、前記処理容器内へ外部から水分を供給することなく前記(b)工程を行う請求項1〜6のいずれか1項に記載のクリーニング方法。
- 前記(a)工程後に、前記処理容器内の不活性ガスによるパージおよび真空引きを行うことなく前記(b)工程を行う請求項1〜7のいずれか1項に記載のクリーニング方法。
- 前記(a)工程では、前記処理容器内に付着した前記酸素含有膜を含む堆積物を除去する請求項1〜8のいずれか1項に記載のクリーニング方法。
- 前記(b)工程では、前記(a)工程において前記処理容器内で発生した水分を除去する請求項1〜9のいずれか1項に記載のクリーニング方法。
- 処理容器内で基板上に酸素含有膜を形成する処理を行う工程と、
前記酸素含有膜を形成する処理を行った後の前記処理容器内をクリーニングする工程と、
を有し、前記処理容器内をクリーニングする工程では、
(a)前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給する工程と、
(b)前記処理容器内への前記フッ化水素ガスの供給を停止した状態で、前記処理容器内へフッ素ガスを供給する工程と、
を前記(a)工程において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行う半導体装置の製造方法。 - 前記処理容器内をクリーニングする工程後に、前記処理容器内の部材を交換する工程をさらに有する請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理容器内の部材を交換する工程は、前記処理容器内へガスを供給するノズルを交換する工程である請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板上に酸素含有膜を形成する処理を行う処理容器と、
前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給するフッ化水素ガス供給系と、
前記処理容器内へフッ素ガスを供給するフッ素ガス供給系と、
基板上に酸素含有膜を形成する処理を行った後の前記処理容器内をクリーニングする際に、(a)前記処理容器内へ前記フッ化水素ガスを供給する処理と、(b)前記処理容器内への前記フッ化水素ガスの供給を停止した状態で、前記処理容器内へ前記フッ素ガスを供給する処理と、を前記(a)処理において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行わせるように、前記フッ化水素ガス供給系および前記フッ素ガス供給系を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 - 基板上に酸素含有膜を形成する処理を行った後の基板処理装置の処理容器内をクリーニングする手順であって、
(a)前記処理容器内へフッ化水素ガスを供給する手順と、
(b)前記処理容器内への前記フッ化水素ガスの供給を停止した状態で、前記処理容器内へフッ素ガスを供給する手順と、
を前記(a)手順において前記処理容器内で発生する水分が単独で存在した場合に該水分が前記処理容器内に残留する程度の温度下で行わせる手順をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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