KR102443968B1 - 클리닝 방법 및 성막 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 막 중으로의 불소의 혼입을 방지하는 것이 가능한 클리닝 방법을 제공하는 것이다. 일 실시 형태의 클리닝 방법은, 처리 용기 내에서, 기판 보유 지지구에 탑재된 기판에 실리콘막, 게르마늄막 또는 실리콘 게르마늄막을 성막하는 성막 처리를 실행하는 성막 장치의 클리닝 방법이며, 상기 처리 용기 내에, 상기 성막 처리 후에 노점 관리된 분위기에서 보관되고, 상기 기판을 탑재하지 않은 상기 기판 보유 지지구를 수용한 상태에서, 상기 처리 용기 내에 불소를 포함하지 않는 할로겐 함유 가스를 공급해서 상기 기판 보유 지지구를 포함하는 상기 처리 용기 내에 부착되어 있는 상기 실리콘막, 상기 게르마늄막 또는 상기 실리콘 게르마늄막을 에칭해서 제거하는 클리닝 공정을 포함한다.

Description

클리닝 방법 및 성막 방법{CLEANING METHOD AND FILM FORMING METHOD}
본 발명은 클리닝 방법 및 성막 방법에 관한 것이다.
처리 용기 내에 소정의 회전축의 주위로 회전 가능하게 설치되고, 복수의 기판을 상하 방향으로 소정 간격을 갖고 대략 수평으로 보유 지지하는 웨이퍼 보트를 사용하여, 복수의 기판에 일괄적으로 열처리를 행하는 종형 열처리 장치가 알려져 있다. 종형 열처리 장치에서는, 열처리를 반복해서 행하면, 처리 용기의 내벽이나 웨이퍼 보트에 반응 생성물이 부착된다. 부착된 반응 생성물은, 파티클이 되어서 부유하고, 기판에 부착되어 수율의 저하를 야기하는 경우가 있다.
그래서, 종래에는, 처리 용기 내에 삼불화염소(ClF3) 가스 등의 불소 함유 가스를 도입해서 처리 용기의 내벽이나 웨이퍼 보트에 부착된 반응 생성물을 제거하는 클리닝을 행하고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 평4-157161호 공보
그러나, 상기 방법에서는, 클리닝을 행한 후에 성막 처리를 행하면, 처리 용기 내에 잔류한 불소가 하지 표면 상에 흡착, 및 막 중에 혼입되어, 디바이스 특성이 저하되는 경우가 있다.
그래서, 본 발명의 일 형태에서는, 하지 표면 상에의 불소의 흡착, 및 막 중으로의 불소의 혼입을 방지하는 것이 가능한 클리닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 관한 클리닝 방법은, 처리 용기 내에서, 기판 보유 지지구에 탑재된 기판에 실리콘막, 게르마늄막 또는 실리콘 게르마늄막을 성막하는 성막 처리를 실행하는 성막 장치의 클리닝 방법이며, 상기 처리 용기 내에, 상기 성막 처리 후에 노점 관리된 분위기에서 보관되고, 상기 기판을 탑재하지 않은 상기 기판 보유 지지구를 수용한 상태에서, 상기 처리 용기 내에 불소를 포함하지 않는 할로겐 함유 가스를 공급해서 상기 기판 보유 지지구를 포함하는 상기 처리 용기 내에 부착되어 있는 상기 실리콘막, 상기 게르마늄막 또는 상기 실리콘 게르마늄막을 에칭해서 제거하는 클리닝 공정을 포함한다.
개시의 클리닝 방법에 의하면, 막 중으로의 불소의 혼입을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 일례의 개략도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 제2 실시 형태에 따른 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
〔성막 장치〕
본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 방법을 실시하기 위한 성막 장치에 대해서, 복수의 기판에 일괄적으로 처리를 행하는 뱃치식 종형 열처리 장치를 예로 들어 설명한다. 단, 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 방법은, 종형 열처리 장치와는 상이한 장치, 예를 들어 기판을 1매씩 처리하는 매엽식 장치에도 적용 가능하다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 방법을 실시하기 위한 성막 장치의 일례의 개략도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 성막 장치(1)는, 가열로(2)를 구비하고 있다. 가열로(2)는, 천장부를 구비한 통상의 단열체(3)와, 단열체(3)의 내주면에 설치된 히터(4)를 갖는다. 가열로(2)는, 베이스 플레이트(5) 상에 설치되어 있다. 가열로(2) 내에는, 처리 용기(10)가 설치되어 있다.
처리 용기(10)는, 이중관 구조를 이루고 있고, 상단이 폐쇄된 외부관(11)과, 외부관(11) 내에 동심 형상으로 배치된 내부관(12)을 갖는다. 외부관(11) 및 내부관(12)은, 석영 등의 내열성 재료에 의해 형성되어 있다. 처리 용기(10)의 외측은, 히터(4)에 의해 둘러싸여 있다.
외부관(11) 및 내부관(12)은, 각각 그 하단에서 스테인리스강 등에 의해 형성되는 통상의 매니폴드(13)에 보유 지지되어 있다. 매니폴드(13)의 하단 개구부에는, 개구부를 기밀하게 밀봉하기 위한 캡부(14)가 개폐 가능하게 설치되어 있다.
캡부(14)의 중심부에는, 예를 들어 자기 시일에 의해 기밀한 상태에서 회전 가능한 회전축(15)이 삽입 관통되어 있고, 회전축(15)의 하단은 승강대(16)의 회전 기구(17)에 접속되고, 상단은 턴테이블(18)에 고정되어 있다. 턴테이블(18)에는, 보온통(19)을 개재해서 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼(W)」라고 함)를 보유 지지하는 기판 보유 지지구인 웨이퍼 보트(20)가 적재되어 있다. 웨이퍼 보트(20)는, 탄화규소(SiC), 석영 등의 내열성 재료에 의해 형성되어 있다. 웨이퍼 보트(20)는, 복수(예를 들어 50 내지 150매)의 웨이퍼(W)를 상하 방향으로 소정 간격을 갖고 대략 수평으로 보유 지지한다. 여기서 대략 수평이라 함은, 물리적으로 '완전한 수평'인 것은 물론, 기술 상식적으로 '거의 수평'인 것도 포함하는 개념이다.
그리고, 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 승강대(16)를 승강시킴으로써, 웨이퍼 보트(20)를 처리 용기(10) 내에 반입 반출 가능하게 되어 있다. 웨이퍼 보트(20)를 처리 용기(10) 내에 반입했을 때, 캡부(14)가 매니폴드(13)에 밀접하여, 그 사이가 기밀하게 시일된다.
성막 장치(1)는, 성막 가스 공급 기구(21)와, 클리닝 가스 공급 기구(22)와, 불활성 가스 공급 기구(23)를 갖는다.
성막 가스 공급 기구(21)는, 처리 용기(10) 내에 성막 가스를 도입한다. 성막 가스 공급 기구(21)는, 성막 가스 공급원(25)과, 성막 가스 배관(26)과, 성막 가스 노즐(26a)을 갖는다. 성막 가스 배관(26)은, 성막 가스 공급원(25)으로부터 성막 가스를 유도한다. 성막 가스 배관(26)에는, 개폐 밸브(27)와, 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(28)가 개재 설치되어 있어, 성막 가스의 유량을 제어하면서 공급 가능하게 되어 있다. 성막 가스 노즐(26a)은, 석영제이며, 성막 가스 배관(26)에 접속되어, 매니폴드(13)의 측벽 하부를 관통해서 설치되어 있다. 성막 가스로서는, 아몰퍼스 실리콘막, 폴리실리콘막 등의 실리콘막을 성막하는 경우에는, 모노실란(SiH4) 가스, 디실란(Si2H6) 가스 등의 실란계 가스를 사용할 수 있다. 또한, 게르마늄막을 성막하는 경우에는, 모노게르만(GeH4) 가스, 디게르만(Ge2H6) 가스 등의 게르만계 가스를 사용할 수 있다. 또한, 실리콘 게르마늄막을 성막하는 경우에는, 실란계 가스와 게르만계 가스를 사용할 수 있다.
클리닝 가스 공급 기구(22)는, 처리 용기(10) 내에 클리닝 가스를 도입한다. 클리닝 가스 공급 기구(22)는, 클리닝 가스 공급원(29)과, 클리닝 가스 배관(30)과, 클리닝 가스 노즐(30a)을 갖는다. 클리닝 가스 배관(30)은, 클리닝 가스 공급원(29)으로부터 클리닝 가스를 유도한다. 클리닝 가스 배관(30)에는, 개폐 밸브(31)와, 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(32)가 개재 설치되어 있어, 클리닝 가스의 유량을 제어하면서 공급 가능하게 되어 있다. 클리닝 가스 노즐(30a)은, 클리닝 가스 배관(30)에 접속되어, 매니폴드(13)의 측벽 하부를 관통해서 설치되어 있다. 클리닝 가스로서는, 염소(Cl2) 가스, 염화수소(HCl) 가스, 브롬(Br2) 가스, 브롬화수소(HBr) 가스, 요오드화 수소(HI) 가스 등의 불소(F)를 포함하지 않는 할로겐 함유 가스를 사용할 수 있다.
불활성 가스 공급 기구(23)는, 처리 용기(10) 내에 퍼지 가스 등으로서 사용되는 불활성 가스를 도입한다. 불활성 가스 공급 기구(23)는, 불활성 가스 공급원(33)과, 불활성 가스 배관(34)과, 불활성 가스 노즐(34a)을 갖는다. 불활성 가스 배관(34)은, 불활성 가스 공급원(33)으로부터 불활성 가스를 유도한다. 불활성 가스 배관(34)에는, 개폐 밸브(35)와, 매스 플로우 컨트롤러 등의 유량 제어기(36)가 개재 설치되어 있어, 불활성 가스의 유량을 제어하면서 공급 가능하게 되어 있다. 불활성 가스 노즐(34a)은, 불활성 가스 배관(34)에 접속되어, 매니폴드(13)의 측벽 하부를 관통해서 설치되어 있다. 불활성 가스로서는, Ar 가스 등의 희가스, N2 가스 등을 사용할 수 있다.
매니폴드(13)의 측벽 상부에는, 외부관(11)과 내부관(12)의 간극으로부터 처리 가스를 배출하기 위한 배기관(38)이 접속되어 있다. 배기관(38)은, 처리 용기(10) 내를 배기하기 위한 진공 펌프(39)에 연결되어 있다. 배기관(38)에는, 압력 조정 밸브 등을 포함하는 압력 조정 기구(40)가 개재 설치되어 있다. 이에 의해, 진공 펌프(39)로 처리 용기(10) 내를 배기하면서 압력 조정 기구(40)로 처리 용기(10) 내를 소정의 압력으로 조정 가능하게 되어 있다.
성막 장치(1)는, 제어부(50)를 갖는다. 제어부(50)는, 예를 들어 컴퓨터이며, CPU와, 유저 인터페이스와, 기억부를 갖는다. CPU는, 성막 장치(1)의 각 구성부, 예를 들어 밸브류, 매스 플로우 컨트롤러, 히터 전원, 승강 기구 등의 구동 기구를 제어한다. 유저 인터페이스는, 오퍼레이터가 성막 장치(1)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 성막 장치(1)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등을 포함한다. 기억부는, 성막 장치(1)에서 실행되는 각종 처리의 파라미터나, 처리 조건에 따라서 성막 장치(1)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피 등을 저장한다. 제어부(50)는, 유저 인터페이스로부터의 지시 등으로 임의의 처리 레시피를 기억부로부터 호출해서 컴퓨터에 실행시킨다. 이에 의해, CPU의 제어 하에서, 성막 장치(1)에서의 소정의 처리가 행하여진다.
〔성막 방법〕
(제1 실시 형태)
이어서, 제1 실시 형태에 관한 클리닝 방법을 포함하는 성막 방법의 일례에 대해서 설명한다. 도 2는, 제1 실시 형태에 관한 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 제1 실시 형태에 관한 성막 방법은, 제어부(50)가 성막 장치(1)의 각 구성부를 제어함으로써 반복 실행된다.
이하, 원료 가스로서 SiH4 가스를 사용해서 폴리실리콘막을 성막하고, 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 사용해서 처리 용기(10)의 내벽 및 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막을 제거할 경우를 예로 들어 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 방법은, 성막 공정 S1과, 클리닝 공정 S2를 포함한다.
성막 공정 S1은, 처리 용기(10) 내에서, 웨이퍼 보트(20)에 탑재된 웨이퍼(W)에 실리콘막, 게르마늄막 또는 실리콘 게르마늄막을 성막하는 공정이다. 본 실시 형태에서는, 최초로, 반송 장치(도시하지 않음)를 사용하여, FOUP(Front-Opening Unified Pod) 등의 반송 용기(도시하지 않음)로부터 처리 용기(10)의 외부에 보관된 웨이퍼 보트(20)에 웨이퍼(W)를 반송해서 탑재한다. 계속해서, 턴테이블(18)에 보온통(19)을 개재해서 복수의 웨이퍼(W)를 탑재한 웨이퍼 보트(20)를 적재하고, 승강대(16)를 상승시킴으로써, 매니폴드(13)의 하단 개구부로부터 처리 용기(10) 내에 웨이퍼 보트(20)를 반입한다. 계속해서, 처리 용기(10) 내를 소정 압력으로 조정한 후, 성막 가스 공급원(25)으로부터 성막 가스 배관(26)을 통해서 처리 용기(10) 내에 성막 가스로서 소정 유량의 SiH4 가스를 공급하여, 웨이퍼 보트(20)를 회전시킨 상태에서, 소정 온도(예를 들어 620℃)에서 폴리실리콘막의 성막을 실시한다. 웨이퍼 보트(20)의 재질로서는, 웨이퍼(W)가 실리콘 웨이퍼일 경우에는, SiC제인 것이 바람직하다. 이것은, SiC와 Si의 열팽창 계수의 차가 작으므로, 웨이퍼를 탑재한 웨이퍼 보트(20)를 승온했을 때 웨이퍼 보트(20)와 웨이퍼(W)가 대략 일체로 되어 팽창하기 때문에 양자간에서의 마찰이 적어, 파티클의 발생 억제 효과가 있기 때문이다. 성막 종료 후, 성막 가스인 SiH4 가스의 공급을 정지하고, 진공 펌프(39)에 의해 배기관(38)을 통해서 처리 용기(10) 내를 배기하고, 또한 불활성 가스 공급원(33)으로부터 불활성 가스 배관(34)을 통해서 처리 용기(10) 내에 불활성 가스를 공급해서 처리 용기(10) 내를 퍼지한다. 계속해서, 처리 용기(10) 내를 상압으로 되돌린 후, 승강대(16)를 하강시켜 웨이퍼 보트(20)를 노점 관리된 분위기에 있는 영역으로 반출한다. 노점 관리된 분위기란, 불활성 가스 분위기, 드라이 에어 분위기, 또는 진공 분위기를 의미한다. 반출된 웨이퍼 보트(20)에 탑재된 웨이퍼(W)는, 노점 관리된 분위기에 있는 영역에서 냉각된 후, 반송 장치(도시하지 않음)에 의해, 웨이퍼 보트(20)로부터 FOUP(Front-Opening Unified Pod) 등의 반송 용기에 회수된다. 이와 같이, 웨이퍼 보트(20)는, 처리 용기(10) 내로부터 반출된 후, 노점 관리된 분위기에 있는 영역에서 보관된다.
클리닝 공정 S2는, 처리 용기(10) 내에, 성막 공정 S1 후에 노점 관리된 분위기에서 보관되고, 웨이퍼(W)를 탑재하지 않은 웨이퍼 보트(20)를 수용한 상태에서, 처리 용기(10) 내에 불소를 포함하지 않는 할로겐 함유 가스를 공급해서 웨이퍼 보트(20)에 부착되어 있는 실리콘막, 게르마늄막 또는 실리콘 게르마늄막을 에칭하여 제거하는 공정이다. 본 실시 형태에서는, 턴테이블(18)에 보온통(19)을 개재하여, 성막 공정 S1 후에 노점 관리된 분위기에서 보관되고, 웨이퍼(W)를 탑재하지 않은 웨이퍼 보트(20)를 적재하여, 승강대(16)를 상승시킴으로써, 매니폴드(13)의 하단 개구부로부터 처리 용기(10) 내에 웨이퍼 보트(20)를 반입한다. 계속해서, 처리 용기(10) 내를 소정 압력으로 조정하고, 처리 용기(10)의 벽면을 소정 온도로 조정한 후, 클리닝 가스 공급원(29)으로부터 클리닝 가스 배관(30)을 통해서 처리 용기(10) 내에 클리닝 가스로서 소정 유량의 Cl2 가스를 공급하여, 성막 공정 S1에서 처리 용기(10)의 내벽 및 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막을 에칭하여 제거한다. 소정 온도는, 높은 에칭 레이트를 확보해서 클리닝 공정 S2에 필요한 시간을 단축할 수 있다는 관점에서, 300℃ 이상인 것이 바람직하고, 400℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 소정 온도는, 처리 용기(10)의 내벽 및 웨이퍼 보트(20)가 에칭되어 손상되는 것을 방지한다는 관점에서, 700℃ 미만인 것이 바람직하고, 600℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 클리닝 가스와 함께, 불활성 가스 공급원(33)으로부터 불활성 가스 배관(34)을 통해서 처리 용기(10) 내에 불활성 가스를 공급해도 된다.
그런데, Cl2 가스는, SiO2 및 SiC에 대한 폴리실리콘막의 에칭 선택비가 큰 가스이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 성막 공정 S1이 종료되고 나서 클리닝 공정 S2를 개시할 때까지의 동안에, 웨이퍼 보트(20)가 노점 관리된 분위기에서 보관되어 있으므로, 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막의 표면에는 자연 산화막이 형성되어 있지 않다. 이에 의해, 클리닝 공정 S2에서는, Cl2 가스에 폭로된 처리 용기(10)의 내벽 및 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막이 선택적으로 에칭되어 제거된다. 한편, 처리 용기(10)는 석영(SiO2) 등의 내열성 재료에 의해 형성되고, 웨이퍼 보트(20)는 석영(SiO2), SiC 등의 내열성 재료에 의해 형성되어 있으므로, Cl2 가스에 의해 거의 에칭되지 않는다. 그 때문에, 처리 용기(10) 및 웨이퍼 보트(20)에 손상을 끼치지 않고, 처리 용기(10)의 내벽 및 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막을 제거할 수 있다.
클리닝 종료 후, 클리닝 가스인 Cl2 가스의 공급을 정지하고, 진공 펌프(39)에 의해 배기관(38)을 통해서 처리 용기(10) 내를 배기하고, 또한 불활성 가스 공급원(33)으로부터 불활성 가스 배관(34)을 통해서 처리 용기(10) 내에 불활성 가스를 공급해서 처리 용기(10) 내를 퍼지한다. 계속해서, 처리 용기(10) 내를 상압으로 되돌린 후, 승강대(16)를 하강시켜 웨이퍼 보트(20)를 노점 관리된 분위기에 있는 영역으로 반출한다.
이상에서 설명한 바와 같이 제1 실시 형태에서는, 클리닝 공정 S2에서, 처리 용기(10) 내에, 성막 처리 후에 노점 관리된 분위기에서 보관되고, 웨이퍼(W)를 탑재하지 않은 웨이퍼 보트(20)를 수용한 상태에서, 처리 용기(10) 내에 불소를 포함하지 않는 할로겐 함유 가스를 공급해서 웨이퍼 보트(20)를 포함하는 처리 용기(10) 내에 부착되어 있는 폴리실리콘막을 에칭해서 제거한다. 이에 의해, 클리닝 공정 S2에서 처리 용기(10) 내에 불소(F)가 도입되지 않는다. 그 때문에, 하지 표면 상에의 불소(F)의 흡착 및 막 중으로의 불소(F)의 혼입을 방지할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 처리 용기(10) 및 웨이퍼 보트(20)의 재료인 SiO2 및 SiC에 대한 폴리실리콘막의 에칭 선택비가 큰 Cl2 가스를 사용해서 클리닝을 행한다. 이에 의해, 처리 용기(10) 및 웨이퍼 보트(20)가 거의 손상되지 않는다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 클리닝 공정 S2가, 성막 공정 S1이 행하여질 때마다 실행된다. 바꾸어 말하면, 성막 공정 S1과 클리닝 공정 S2가 교대로 반복 실행된다. 이에 의해, 성막 공정 S1에서 처리 용기(10)의 내벽 및 웨이퍼 보트(20)에 부착되는 폴리실리콘막의 막 두께가 두꺼워지기 전에, 클리닝 공정 S2에 의해 제거된다. 그 때문에, 처리 용기(10)의 내벽 및 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막이 박리해서 처리 용기(10)에서 파티클로서 부유해서 웨이퍼(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 성막 공정 S1을 행할 때의 처리 용기(10) 내의 상태가 대략 동일해지므로, 프로세스 안정성이 향상된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 성막 공정 S1에서 폴리실리콘막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 성막 공정 S1에서 성막하는 막은, 아몰퍼스 실리콘막 등의 다른 실리콘막이어도 되고, 게르마늄막, 실리콘 게르마늄막이어도 된다. 또한, 실리콘막, 게르마늄막 및 실리콘 게르마늄막은, 논 도프의 막이어도 되고, 카본(C), 인(P), 보론(B) 등이 도핑된 막이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 클리닝 공정 S2에서, 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 사용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 클리닝 가스는, 불소를 포함하지 않는 할로겐 가스이면 되고, 예를 들어 HCl 가스, Br2 가스, HBr 가스, HI 가스이어도 된다.
(제2 실시 형태)
이어서, 제2 실시 형태에 따른 클리닝 방법을 포함하는 성막 방법의 일례에 대해서 설명한다. 도 3은, 제2 실시 형태에 따른 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 제2 실시 형태에 따른 성막 방법은, 제어부(50)가 성막 장치(1)의 각 구성부를 제어함으로써 반복 실행된다.
이하, 원료 가스로서 SiH4 가스를 사용해서 폴리실리콘막을 성막하고, 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 사용해서 처리 용기(10)의 내벽 및 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막을 제거할 경우를 예로 들어 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 방법은, 미리 설정된 소정 횟수를 초과할 때까지 성막 공정 S11을 반복해서 실행하고, 이후에 클리닝 공정 S13을 실행한다. 소정 횟수는, 성막 공정 S11에서 처리 용기(10)의 내벽 및 웨이퍼 보트(20)에 부착된 막이 박리하는 막 두께에 도달하지 않는 횟수이면 되며, 성막 공정 S11에서 성막하는 막종에 따라서 정할 수 있다. 성막 공정 S11은, 제1 실시 형태의 성막 공정 S1과 마찬가지로 할 수 있다. 클리닝 공정 S13은, 제1 실시 형태의 클리닝 공정 S2와 마찬가지로 할 수 있다. 또한, 클리닝 공정 S13에서, 처리 용기(10) 및 웨이퍼 보트(20)에 부착된 막을 제거한 후, 처리 용기(10) 내에 웨이퍼 보트(20)를 수용한 상태에서, 다음의 성막 공정 S11에서 성막하는 막과 마찬가지의 막을 성막해도 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 제2 실시 형태에서는, 클리닝 공정 S13에서, 처리 용기(10) 내에, 성막 처리 후에 노점 관리된 분위기에서 보관되고, 웨이퍼(W)를 탑재하지 않은 웨이퍼 보트(20)를 수용한 상태에서, 처리 용기(10) 내에 불소를 포함하지 않는 할로겐 함유 가스를 공급해서 웨이퍼 보트(20)를 포함하는 처리 용기(10) 내에 부착되어 있는 폴리실리콘막을 에칭해서 제거한다. 이에 의해, 클리닝 공정 S13에서 처리 용기(10) 내에 불소(F)가 도입되지 않는다. 그 때문에, 하지 표면 상에의 불소(F)의 흡착 및 막 중으로의 불소(F)의 혼입을 방지할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 처리 용기(10) 및 웨이퍼 보트(20)의 재료인 SiO2 및 SiC에 대한 폴리실리콘막의 에칭 선택비가 큰 Cl2 가스를 사용해서 클리닝을 행한다. 이에 의해, 처리 용기(10) 및 웨이퍼 보트(20)가 거의 손상되지 않는다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 성막 공정 S11에서 폴리실리콘막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 성막 공정 S11에서 성막하는 막은, 아몰퍼스 실리콘막 등의 다른 실리콘막이어도 되고, 게르마늄막, 실리콘 게르마늄막이어도 된다. 또한, 실리콘막, 게르마늄막 및 실리콘 게르마늄막은, 논 도프의 막이어도 되고, 카본(C), 인(P), 보론(B) 등이 도핑된 막이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 클리닝 공정 S13에서, 클리닝 가스로서 Cl2 가스를 사용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 클리닝 가스는, 불소를 포함하지 않는 할로겐 가스이면 되며, 예를 들어 HCl 가스, Br2 가스, HBr 가스, HI 가스이어도 된다.
〔실시예〕
이어서, 본 발명의 실시 형태에 따른 클리닝 방법에 의한 효과에 대해서, 이하의 실시예를 사용해서 설명한다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, SiC의 Cl2 가스에 대한 에칭 내성에 대해서 평가하였다.
먼저, SiC제 칩을 준비하고, 광학 현미경에 의해 SiC제 칩의 표면 상태를 관찰하고, 또한 SiC제 칩의 질량을 측정하였다.
계속해서, 상술한 성막 장치(1)의 웨이퍼 보트(20)에 SiC제 칩을 적재한 후, 처리 용기(10) 내에 수용하여, 상술한 클리닝 공정을 실행하였다. 또한, 클리닝 공정에서의 처리 조건은 이하와 같다.
<처리 조건>
Cl2 가스의 유량: 2000sccm
Cl2 가스의 공급 시간: 약 200분
처리 용기(10)의 벽면 온도: 550℃
계속해서, 광학 현미경에 의해 클리닝 공정 후의 SiC제 칩의 표면 상태를 관찰하고, 또한 SiC제 칩의 질량을 측정하였다.
SiC제 칩의 표면 상태의 관찰 결과, 클리닝 공정 전후에서의 SiC제 칩의 표면 상태에 차이는 인정되지 않았다. 또한, SiC제 칩의 질량 측정의 결과, 클리닝 공정 전후에서의 SiC제 칩의 질량에 차이는 인정되지 않았다. 이러한 점에서, 550℃의 온도에서, SiC는 Cl2 가스에 대한 에칭 내성을 갖는다고 생각된다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, 실시예 1보다도 높은 온도(600℃)에서 SiC의 Cl2 가스에 대한 에칭 내성에 대해서 평가하였다.
먼저, SiC제 칩을 준비하고, 광학 현미경에 의해 SiC제 칩의 표면 상태를 관찰하고, 또한 SiC제 칩의 질량을 측정하였다.
계속해서, 상술한 성막 장치(1)의 웨이퍼 보트(20)에 SiC제 칩을 적재한 후, 처리 용기(10) 내에 수용하여, 상술한 클리닝 공정을 실행하였다. 또한, 클리닝 공정에서의 처리 조건은 이하와 같다.
<처리 조건>
Cl2 가스의 유량: 2000sccm
Cl2 가스의 공급 시간: 약 70분
처리 용기(10)의 벽면 온도: 600℃
계속해서, 광학 현미경에 의해 클리닝 공정 후의 SiC제 칩의 표면 상태를 관찰하고, 또한 SiC제 칩의 질량을 측정하였다.
SiC제 칩의 표면 상태의 관찰 결과, 클리닝 공정 전후에서의 SiC제 칩의 표면 상태에 차이는 인정되지 않았다. 또한, SiC제 칩의 질량 측정의 결과, 클리닝 공정 전후에서의 SiC제 칩의 질량에 차이는 인정되지 않았다. 이러한 점에서, 600℃의 온도에서, SiC는 Cl2 가스에 대한 에칭 내성을 갖는다고 생각된다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, Cl2 가스를 사용한 클리닝에 의해, 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막이 제거되는지에 대해서 평가하였다.
먼저, 웨이퍼(W)가 탑재되어 있지 않고, 두께가 100nm인 폴리실리콘막이 부착된 웨이퍼 보트(20)를 처리 용기(10) 내에 수용한 상태에서, Cl2 가스를 사용해서 클리닝 공정을 실시하였다. 또한, 클리닝 공정에서의 처리 조건은 이하와 같다.
<처리 조건>
Cl2 가스의 유량: 2000sccm
Cl2 가스의 공급 시간: 5분
처리 용기(10)의 벽면 온도: 600℃
계속해서, 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막이 제거되었는지 여부를 눈으로 봐서 확인하였다.
Cl2 가스를 사용해서 상기 처리 조건에서 클리닝 공정을 실시한 결과, 클리닝 공정 전에 웨이퍼 보트(20)에 부착되어 있던 폴리실리콘막이 제거되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이것으로부터, Cl2 가스를 사용한 클리닝에 의해, 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막을 제거할 수 있다고 생각된다.
(실시예 4)
실시예 4에서는, 클리닝 공정이 웨이퍼 보트(20)에 부여하는 손상의 유무에 대해서 평가하였다.
먼저, 웨이퍼(W)가 탑재되어 있지 않고, 두께가 1.5㎛인 폴리실리콘막이 부착된 웨이퍼 보트(20)를 처리 용기(10) 내에 수용한 상태에서, Cl2 가스를 사용해서 클리닝 공정을 실시하였다. 또한, 클리닝 공정에서의 처리 조건은 이하와 같다.
<처리 조건>
Cl2 가스의 유량: 2000sccm
Cl2 가스의 공급 시간: 약 70분
처리 용기(10)의 벽면 온도: 600℃
웨이퍼 보트(20): SiC제
계속해서, 광학 현미경에 의해, 웨이퍼 보트(20)에 손상이 발생하지 않았는지를 확인하였다.
Cl2 가스를 사용해서 상기 처리 조건에서 클리닝 공정을 실시한 결과, 클리닝 공정 전에 웨이퍼 보트(20)에 부착되어 있던 폴리실리콘막이 제거되어 있었다. 또한, 광학 현미경으로의 관찰의 결과, 웨이퍼 보트(20)의 형상에 변화는 보이지 않았다. 이러한 점에서, Cl2 가스를 사용한 클리닝에 의해, SiC제의 웨이퍼 보트(20)에 손상이 발생하지 않는다고 생각된다.
(실시예 5)
실시예 5에서는, 클리닝 공정이 성막 공정에서 성막되는 폴리실리콘막의 막 두께에 끼치는 영향의 유무에 대해서 평가하였다.
먼저, 상술한 성막 공정에 의해 웨이퍼(W) 상에 폴리실리콘막을 성막한 후, 상술한 클리닝 공정에 의해 처리 용기(10) 및 웨이퍼 보트(20)에 부착된 폴리실리콘막을 제거하고, 그 후, 상술한 성막 공정에 의해 웨이퍼(W) 상에 폴리실리콘막을 성막하였다. 또한, 클리닝 공정 전후의 성막 공정에서 성막된 폴리실리콘막의 막 두께를 측정하였다. 또한, 클리닝 공정에서의 처리 조건은 이하와 같다.
<처리 조건>
Cl2 가스의 유량: 2000sccm
Cl2 가스의 공급 시간: 약 70분
처리 용기(10)의 벽면 온도: 600℃
클리닝 공정 전후의 폴리실리콘막의 막 두께의 측정 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에서, 「TOP」는 웨이퍼 보트(20)의 상부에 배치된 웨이퍼(W), 「CTR」은 웨이퍼 보트(20)의 중앙에 배치된 웨이퍼, 「BTM」은 웨이퍼 보트(20)의 하부에 배치된 웨이퍼에 성막된 폴리실리콘막의 막 두께의 측정 결과를 나타낸다.
Figure 112018111454313-pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘막의 막 두께의 평균값 및 면내 균일성은, 웨이퍼 보트(20)의 상하 방향의 위치에 관계없이, 클리닝 공정의 전후에 거의 변화하지 않았음을 확인할 수 있었다. 또한, 폴리실리콘막의 막 두께의 면간 균일성은, 클리닝 공정의 전후에 거의 변화하지 않았음을 확인할 수 있었다. 이러한 점에서, 클리닝 공정이 성막 공정에서 성막되는 폴리실리콘막의 막 두께에 미치는 영향은 작다고 생각된다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명했지만, 상기 내용은, 발명의 내용을 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다.
예를 들어, 상기 성막 장치(1)에 있어서, 처리 용기(10)를 통하지 않고 배기관(38)에 불소 함유 가스를 공급 가능한 불소 함유 가스 공급원을 구비하고 있어도 된다. 이에 의해, 처리 용기(10) 내에 불소를 공급하지 않고, 배기관(38) 내에 부착된 반응 생성물을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 기판이 웨이퍼일 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 기판은 유리 기판, LCD 기판 등이어도 된다.
1 : 성막 장치 10 : 처리 용기
20 : 웨이퍼 보트 22 : 클리닝 가스 공급 기구
W : 웨이퍼

Claims (12)

  1. 처리 용기 내에서, 기판 보유 지지구에 탑재된 기판에 실리콘막, 게르마늄막 또는 실리콘 게르마늄막을 성막하는 성막 처리를 실행하는 성막 장치의 클리닝 방법이며,
    상기 성막 처리 후에 상기 처리 용기에서 상기 기판 보유 지지구를 반출하는 공정과,
    반출된 상기 기판 보유 지지구에 부착되어 있는 상기 실리콘막, 상기 게르마늄막 또는 상기 실리콘 게르마늄막에 자연 산화막이 형성되지 않도록 상기 기판이 냉각될 때까지 상기 기판 보유 지지구를 노점 관리된 분위기에서 보관하는 공정과,
    보관된 상기 기판 보유 지지구에 상기 기판이 탑재되지 않은 상태에서 상기 처리 용기에 상기 기판 보유 지지구를 반입하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 불소를 포함하지 않는 할로겐 함유 가스를 공급해서 상기 기판 보유 지지구를 포함하는 상기 처리 용기 내에 부착되어 있는 상기 실리콘막, 상기 게르마늄막 또는 상기 실리콘 게르마늄막을 에칭해서 제거하는 클리닝 공정을 포함하는, 클리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클리닝 공정은, 상기 성막 처리가 행하여질 때마다 실행되는, 클리닝 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클리닝 공정은, 상기 성막 처리가 복수회 행하여진 후에 실행되는, 클리닝 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클리닝 공정은, 상기 처리 용기의 벽면을 300℃ 이상 700℃ 미만의 온도로 가열해서 행하여지는, 클리닝 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클리닝 공정은, 상기 처리 용기의 벽면을 400℃ 이상 600℃ 이하의 온도로 가열해서 행하여지는, 클리닝 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 보유 지지구는, 탄화규소 또는 석영에 의해 형성되어 있는, 클리닝 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 보유 지지구는, 복수의 상기 기판을 상하 방향으로 소정 간격을 갖고 대략 수평으로 보유 지지하는, 클리닝 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 함유 가스는, Cl2 가스, HCl 가스, Br2 가스, HBr 가스, 또는 HI 가스인, 클리닝 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노점 관리된 분위기는, 불활성 가스 분위기, 드라이 에어 분위기, 또는 진공 분위기인, 클리닝 방법.
  10. 처리 용기 내에서, 기판 보유 지지구에 탑재된 기판에 실리콘막, 게르마늄막 또는 실리콘 게르마늄막을 성막하는 성막 공정과,
    상기 성막 공정이 이루어진 후에 상기 처리 용기에서 상기 기판 보유 지지구를 반출하는 공정과,
    반출된 상기 기판 보유 지지구에 부착되어 있는 상기 실리콘막, 상기 게르마늄막 또는 상기 실리콘 게르마늄막에 자연 산화막이 형성되지 않도록 상기 기판이 냉각될 때까지 상기 기판 보유 지지구를 노점 관리된 분위기에서 보관하는 공정과,
    보관된 상기 기판 보유 지지구에 상기 기판이 탑재되지 않은 상태에서 상기 처리 용기에 상기 기판 보유 지지구를 반입하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 불소를 포함하지 않는 할로겐 함유 가스를 공급해서 상기 기판 보유 지지구를 포함하는 상기 처리 용기 내에 부착되어 있는 상기 실리콘막, 상기 게르마늄막 또는 상기 실리콘 게르마늄막을 에칭해서 제거하는 클리닝 공정,
    을 포함하는, 성막 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 성막 공정과 상기 클리닝 공정이 교대로 반복 실행되는, 성막 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 성막 공정이 복수회 행하여진 후에 상기 클리닝 공정이 실행되는, 성막 방법.
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