JPH04245627A - クリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、処理容器のクリーニン
グ方法に係り、特に酸化シリコン系被膜を効率的に除去
できると共にクリーニング効率を可及的に向上させるこ
とができる処理容器のクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスの製造工程にお
いては、被処理体である半導体ウエハ上にポリシリコン
（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）系被膜、シリコンナイトライド（Ｓ
ｉＮ）系被膜、酸化シリコン（ＳｉＯ２　）系被膜等を
減圧ＣＶＤ装置、常圧ＣＶＤ装置等によって成膜するこ
とが行われている。例えばＳｉＯ２　系被膜を例にとる
と、このＳｉＯ２　系被膜の成膜工程では、石英等から
なる処理容器の外側壁部を囲繞するごとく加熱用ヒータ
を配置して構成された熱処理装置が一般的に知られてお
り、例えば所定の温度に保持された処理容器内にウエハ
ボートに収容された多数枚の半導体ウエハをローディン
グした後、ＳｉＨ４　やＯ２　等の反応性ガスを処理容
器内に導入することによって、ＳｉＯ２　系被膜の成膜
処理が行われる。ここで、ウエハボートのロード、アン
ロードは、通常、成膜処理温度近傍の温度に保持された
処理容器に対して行われる。

【０００３】ところで、上記したような成膜工程を実施
すると、熱処理装置の処理容器内壁面上やその他のウエ
ハボートなど石英治具類等にもＳｉＯ２　系被膜が被着
することになる。この処理容器等に被着したＳｉＯ２　
系被膜は、膜厚が増加すると剥離して飛散し、半導体ウ
エハに付着して半導体ウエハの歩留り低下要因等となる
。そのため、従来にあっては、一定の頻度で処理容器内
の温度を常温付近まで下げた後、処理容器や石英治具類
を取り外し、ウェット洗浄することによってＳｉＯ２　
系被膜を除去することが一般に行われていた。しかしな
がら、上述したようなウェット洗浄による熱処理装置の
クリーニング方法では、処理容器内温度の昇降温や処理
容器等の取り外し等に伴う装置停止時間が非常に長くな
るため、熱処理装置の稼働効率を低下させてしまうとい
う問題があった。また、熱処理装置においてもロードロ
ックシステムのように、処理容器内やローディング部を
常に真空状態に保持するシステムが考えられているが、
このような場合には、クリーニング対象物を容易に取り
外すことができなくなるという問題があった。また、半
導体ウエハの大口径化に伴い装置自体が大型化した場合
にも、上記と同様な問題を有していた。そこで、最近に
なって上記問題点を解決するためのクリーニング方法と
して、装置内にエッチングガスを流してプラズマを発生
させてクリーニングを行う方法が提案された。このクリ
ーニング方法は、エッチングガスとしてＣＦ４　、ＮＦ
３　、ＳＦ６　ガス等を処理容器内に流しプラズマを発
生させることにより、この内部に付着している被膜をエ
ッチングして除去するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したポ
リシリコン系被膜、シリコンナイトライド系被膜に対し
ては、クリーニングガスとして、例えばＣｌＦ３　が使
用され、比較的良好な結果を得ていたが、このＣｌＦ３
　ガスは酸化シリコン系被膜に対しては有効であるとは
考えられておらず、そのため、酸化シリコン系被膜に対
するクリーニングガスとしては、例えばＮＦ３　が通常
使用されプラズマを発生させてクリーニングが行われて
いた。 しかしながら、このＮＦ３　ガスは反応性が高いために
高温で使用することは行われず、クリーニングは通常、
比較的低い温度で行われていた。そのため、高温、例え
ば７００℃前後で成膜処理を行う工程にあっては、ＮＦ
３　ガスでクリーニングを行うためには、装置を自然放
熱させて装置内の温度を低い温度まで下げなければなら
ず、そのため、クリーニング操作に入るまでに長時間を
要するのみならず、エッチングレートも低いためにクリ
ーニング操作自体も長時間行わなければならず、結果的
に、装置の稼働率を低下させるという問題があった。ま
た、ＣｌＦ３　ガスを比較的低温で酸化シリコン系被膜
に対するクリーニングに使用することも考えられるが、
このＣｌＦ３　ガスの反応性が高いために４００℃以上
で使用することは従来行われてはおらず、また、このよ
うな温度では充分なエッチングレートが得られないこと
から、酸化シリコン系被膜に対するクリーニングガスと
しては、適当ではないと考えられていた。本発明は以上
のような問題点に着目して、これを有効に解決すべく創
案されたものである。本発明の目的は、クリーニング効
率を向上させることにより、装置の稼働効率を可及的に
向上できる処理容器のクリーニング方法を提供するにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来、酸化シ
リコン系被膜に対するクリーニングガスとしては不適当
と考えられていたＣｌＦ３　ガスを比較的高温で適用す
ることにより、酸化シリコン系被膜を効果的にエッチン
グすることができる、という知見を得ることによりなさ
れたものである。本発明は、上記問題点を解決するため
に、収容された被処理体に熱処理を施す処理容器の内部
表面に付着したＳｉＯ２　系被膜を除去して処理容器を
クリーニングする方法において、前記処理容器内を高温
状態に維持した状態で、該処理容器内にＣｌＦ３　を含
むクリーニングガスを供給し、前記処理容器の内部表面
に付着したＳｉＯ２　系被膜を除去するようにし、もっ
てクリーニングを効率的に行うようにしたものである。

【０００６】

【作用】本発明のクリーニング方法においては、半導体
ウエハにＳｉＯ２系被膜を成膜するに必要とされる比較
的高い温度、例えば６３０℃くらいに処理容器内の温度
を保持した状態で、ＣｌＦ３　ガスを例えば窒素などの
不活性ガスで適当な濃度、例えば２０％に希釈してなる
クリーニングガスを処理容器内に流す。これにより、こ
の容器内に付着堆積していたＳｉＯ２　系被膜は効率良
くエッチングされ除去されることになる。特に、半導体
ウエハにＳｉＯ２　を成膜処理する処理温度とエッチン
グ操作を行うときの温度とがほぼ同じ、或は温度差があ
っても僅かであることから、処理容器内温度を殆ど変え
る必要がなく、成膜工程とクリーニング工程とを待ち時
間なく連続的に行うことができる。従って、クリーニン
グ操作にともなう装置の成膜停止時間を最小限にするこ
とができる。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明をバッチ式縦型熱処理装置の
クリーニングに適用した実施例について、添付図面を基
に説明する。図１に示すように縦型熱処理装置１は、２
重管構造になされた処理容器２を有しており、この処理
容器２は、例えば石英によって形成された外筒３と、こ
の外筒３内に同心的に所定の間隔を設けて収容された、
例えば石英よりなる内筒４とから主に構成されている。 また、処理容器２の外周には、この処理容器２を囲むよ
うに加熱ヒータ５および図示省略した断熱材等が配置さ
れている。上記処理容器２の下方の開口部は、円盤状の
キャップ部６により密閉されるように構成されている。 このキャップ部６には、図示しない磁性流体シール等に
より回転自在に気密に支持された回転軸３０が挿通され
ており、この回転軸３０の上端には、保温筒を載置した
プレート３１が取り付けられている。このプレート３１
上に設置された保温筒７の上方に、被処理体である複数
の半導体ウエハ８が所定のピッチで積層して収容された
、例えば石英からなるウエハボート９が搭載されること
になる。これらウエハボート９、保温筒８及びキャップ
部６は、図示省略した昇降機構によって、一体となって
処理容器２内にローディングされることになる。

【０００８】また、処理容器２の下端部には、ガス導入
管１０がガス吐出部１０ａを内筒４内に直線的に突出さ
せて設けられている。上記ガス導入管１０には、反応ガ
ス供給系１１とクリーニングガス供給系１２とが接続さ
れており、これらの切り替えはバルブ１３、１４により
行われる。上記クリーニングガス供給系１２は、エッチ
ングガス源であるＣｌＦ３　ガス供給部１５と、希釈用
のキャリアガス、例えばＮ２　ガスを供給するＮ２　ガ
ス供給部１６とを有しており。それぞれガス流量調整器
であるマスフローコントローラ１７、１８及びバルブ１
８、２０等を介してガス導入管１０に接続されている。 そして、上記マスフローコントローラ１７、１８で、Ｃ
ｌＦ３　ガス及びＮ２　ガスそれぞれの供給流量を調節
することによって、ＣｌＦ３　の濃度が所定の濃度に希
釈されたクリーニングガスがガス導入管１０側に供給さ
れる。また、ＣｌＦ３　ガス供給部１５側の配管系２１
には、加熱手段例えばテープヒータ２２が巻き付けて設
けられており、沸点１１．７５℃のＣｌＦ３　ガスが配
管内で再液化することを防止している。また、処理容器
２内にガス導入管１０を介して導入されたガスは、処理
容器２の下端部の外筒３と内筒４との間隙に開口された
排気管２３を介して真空ポンプ２４へと排出しうるよう
になっている。ここで、上記真空ポンプ２４としては、
オイルフリーのドライポンプを用いることが好ましい。 これは、クリーニングガスとしてＣｌＦ３　を用いるた
め、ウエットポンプを使用するとポンプオイルの劣化や
オイル中に混入した塩素やフッ素によるポンプ自体の劣
化を生ずる可能性が高いからである。また、ポンプ２４
からの排出系には、これより排出されたＣｌＦ３　を含
むガス中から有害、危険なガス成分を除去するために除
害装置２５が設けられており、この除害装置２５には、
有害、危険なガス成分を吸着または分解するための薬剤
が入った筒２６が収容されている。

【０００９】次に、以上のように構成された縦型熱処理
装置を用いた酸化シリコン系被膜の生成工程と、処理容
器内のクリーニング工程について説明する。まず、酸化
シリコン系被膜の成膜工程について説明する。酸化シリ
コン系の成膜処理を行うための成膜処理温度、例えば６
００−８５０℃程度の温度に加熱された処理容器２内に
、多数枚の大きさ例えば８インチ径の被処理体としての
半導体ウエハ８を収容したウエハボート９をローディン
グし、キャップ部６によって処理容器２内を密閉する。 次いで、処理容器２内を例えば１×１０−３Ｔｏｒｒ程
度に減圧した後、ＳｉＨ４　、Ｏ２　や有機シランとし
てのアルコキシシラン等の処理ガスをガス導入管１０か
ら所定流量供給し、例えば１．０Ｔｏｒｒ程度の真空度
に保持しながら、半導体ウエハ８への酸化シリコン系被
膜の成膜処理を行う。この際、クリーニングガス供給系
１２側の切り替えバルブ１４は、閉状態とされている。 このようにして成膜処理を終了した後は、水素パージや
窒素パージ等を行って、処理容器２内の処理ガスを除去
して、無害な雰囲気に置換して常圧状態とした後、ウエ
ハボート９を上記処理容器２からアンロードする。この
際、処理容器２内の温度は、上記成膜処理温度に維持す
る。

【００１０】次に、キャップ部６上のウエハボートを移
載又はウエハボート内ウエハをウエハキャリア内に移載
したのちキャップ部６を上方に移動させて処理容器２内
を密閉し、容器内温度は上記処理温度をそのまま維持す
るか、あるいは若干下げて、例えば６２０℃前後に維持
し、処理容器２内にクリーニングガスをガス導入管１０
から供給し、処理容器２の内部表面およびウエハボート
等に付着した酸化シリコン系被膜のクリーニング処理を
行う。この時、処理容器２内は、真空ポンプ２４をコン
トロールすることにより、約５Ｔｏｒｒ以下の圧力に設
定する。また、クリーニング中にあっては、クリーニン
グガス中のＣｌＦ３　濃度が約２０％前後になるように
、ＣｌＦ３　ガスおよびＮ２ガスのそれぞれの供給流量
をマスフローコントローラ１７、１８により調節する。 図２は、ポリシリコンと酸化シリコンのエッチングレー
トの圧力依存性を示すグラフである。これによれば、圧
力を１Ｔｏｒｒから３Ｔｏｒｒに増加するにしたがって
、ポリシリコンのエッチングレートは低下するが、これ
に対して酸化シリコンのエッチングレートは増加するこ
とが判明した。

【００１１】また、図３は酸化シリコンのエッチングレ
ートの処理容器内ポジションに対する依存性を示したも
のである。図３の結果を求めた実験例は、処理容器とほ
ぼ同じ高さ、例えば約１００ｃｍの図４に示すごとき下
端部を折り曲げた石英ロッド３５に、所定間隔、例えば
２０ｃｍごとに試料としての酸化シリコン被膜が形成さ
れた試験片ウエハ３６を複数個取り付け、このようなロ
ッド３５を内筒４の内壁および内筒４と外筒３との間の
間隙にそれぞれ設置して、処理容器内にクリーニングガ
スを流すことにより行われた。このときのクリーニング
条件については、処理容器内温度は約６２０℃、容器内
圧力は約１．０Ｔｏｒｒに設定し、クリーニングガスは
ＣｌＦ３　を７００ＳＣＣＭ、Ｎ２　ガスを２８００Ｓ
ＣＣＭを混合して構成し、ＣｌＦ３　濃度は約２０％で
ある。 また、クリーニング操作時間は１分間であった。試料と
しての酸化シリコン系被膜としては、熱酸化処理により
成膜されたＴｈ−ＳｉＯ２　とアルコキシラン（Ｓｉ（
ＯＣ２　Ｈ５　）４　）を用いたＣＶＤによって成膜さ
れたＴＥＯＳ−ＳｉＯ２　の両者について行った。図３
によれば、容器内下端部の処理容器ポジション２０を除
き、エッチングレート２０００−４０００オングストロ
ーム／ｍｉｎを示しており、特に、ＴＥＯＳ−ＳｉＯ２
　に対してはエッチングレート３０００−４０００オン
グストローム／ｍｉｎが得られた。この値は、従来のＮ
Ｆ３　ガスを使用した場合のエッチングレートよりもは
るかに大きい値である。このように、上記クリーニング
条件において、ＣｌＦ３　ガスを酸化シリコン系被膜に
対するクリーニングガスとして使用すれば、効率のよい
クリーニング操作を行うことができることが判明した。 この実験例では、ＣｌＦ３　ガスをＮ２　ガスにより希
釈して、２０％の濃度としたが、この濃度を適度に変え
てもよいことは勿論である。このようにＣｌＦ３　ガス
を用いて酸化シリコン系被膜のクリーニング操作を行う
場合には、処理容器２内の温度を半導体ウエハのＳｉＯ
２　系被膜の成膜処理を行うときとほぼ同じ温度、例え
ば約６２０℃でクリーニング操作を行うことができるの
で、成膜工程からクリーニング工程へ移行する際に、処
理容器内の温度をほとんど昇降温する必要がないので、
或は処理容器内の温度を昇降温させるとしても昇降温さ
せるべき温度差は僅かなので、これら両工程を時間的に
連続的に行うことができる。また、図５はＣｌＦ３　を
７００ＳＣＣＭ、Ｎ２　ガスを２８００ＳＣＣＭ流して
容器内圧力を１Ｔｏｒｒに維持してクリーニング処理を
行った場合の温度とエッチングレートとの関係を示し、
温度が５００℃では６００オングストローム／ｍｉｎの
エッチングレートが取れ、温度４００℃ではエッチング
レートが小さすぎるため実用的でなく、従って、温度は
４５０℃以上であることが望ましい。

【００１２】尚、上記実施例においては、クリーニング
ガスを連続的に供給したが、これに限らず例えばクリー
ニングガスをパルス的乃至間欠的に供給するようにして
もよいし、また、処理容器内で適宜クリーニングガスの
乱流が生じるように供給しても良い。また、上記実例に
あっては、ガス導入管１３は処理処理容器２内へ直線的
に挿通された構造となっているが、これに限定されず、
例えばこのガス導入管を容器内で上方に折り曲げて起立
させ、その長手方向に沿って多数のガス吐出口を設ける
ことにより、各ウエハにガスを均一に供給できるように
なした構造としても良い。更に、上記実施例において、
処理容器内への少なくともクリーニングガスの供給期間
、処理容器に超音波を印加すると、クリーニング操作を
更に迅速に行うことができる。さらには、この超音波の
印加の際に強弱をつけると、更に迅速なクリーニングが
可能となる。また、上記実施例においては、成膜処理に
本発明方法を適用した場合について説明したが、除去処
理、例えば、エッチング処理、アッシング処理等により
処理容器内に酸化シリコン系被膜が付着した場合にも適
用できるのは勿論である。

【００１３】

【発明の効果】以上要するに、本発明方法によれば、処
理容器内の内壁に付着した酸化シリコン系被膜を除去し
て容器をクリーニングする際に、比較的高温状態でＣｌ
Ｆ３　ガスによりエッチングしてクリーニングするよう
にしたので、従来に比較して酸化シリコン系被膜のエッ
チングレートを向上させることができるのみならず、酸
化シリコン系成膜工程とクリーニング工程とを時間的に
損失することなく連続的に行うことができる。従って、
クリーニング操作を短時間で、効率良く実施できるので
、熱処理装置の稼働効率を可及的に向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するために使用した縦型熱処
理装置を示す概略図である。

【図２】ポリシリコンと酸化シリコンのエッチングレー
トの圧力依存性を示すグラフである。

【図３】酸化シリコンに対するＣｌＦ３　による処理容
器クリーニング結果を示すグラフである。

【図４】図３に示す実験例にて使用した試験片ウエハを
取り付けた石英ロッドを示す図である。

【図５】温度とエッチングレートとの関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

２　　処理容器 ３　　外筒 ４　　内筒 ８　　被処理体（半導体ウエハ） ９　　ウエハボート １１　　反応ガス供給系 １２　　クリーニングガス供給系 １５　　ＣｌＦ３　ガス供給部 １６　　Ｎ２　ガス供給部 ２５　　除害装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被処理体の処理により処理容器の内部
   表面に付着したＳｉＯ２　系被膜を除去して処理容器を
   クリーニングする方法において、前記処理容器内を高温
   状態に維持した状態で、該処理容器内にＣｌＦ３　を含
   むクリーニングガスを供給し、前記処理容器の内部表面
   に付着したＳｉＯ２系被膜を除去するようにしたことを
   特徴とする処理容器のクリーニング方法。