KR20060002807A - 열처리 장치의 클리닝 방법 - Google Patents

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KR20060002807A
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가즈히데 하세베
미쯔히로 오까다
다까시 지바
쥰 오가와
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도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대해 TEOS를 이용하여 SiO2막의 성막 처리를 실시하는 열처리 장치의 클리닝 방법이다. 본 방법은 HF 가스와 NH3 가스가 상기 처리 용기 내에 공급되는 클리닝 공정을 구비한다.
열처리 장치, 반도체 웨이퍼, 웨이퍼 보트, 성막용 가스 노즐, TEOS

Description

열처리 장치의 클리닝 방법{METHOD FOR CLEANING HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 성막 처리를 실시하는 열처리 장치를 클리닝하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조할 때, 반도체 웨이퍼에 대해 성막 처리, 에칭 처리 등의 각종 처리가 실시된다. 예를 들어, 한번에 다수매의 웨이퍼 표면에 성막하는 CVD 장치에 있어서는 석영제의 웨이퍼 보트 상에 반도체 웨이퍼가, 예를 들어 등피치로 적재된다. 그리고, 웨이퍼 보트는 처리 용기 내에 로드되어 감압 하에서 소정의 온도로 가열된다. 한편, 웨이퍼 표면에 성막용 처리 가스가 공급된다. 이에 의해, 처리 가스의 분해 생성물 혹은 반응 생성물이 웨이퍼 상에 퇴적된다.
이와 같이 하여 웨이퍼 표면에 성막 처리가 행해지는 경우, 성막이 필요해지는 웨이퍼 표면 외에 웨이퍼 보트의 표면이나 처리 용기의 내측 표면 등의 성막을 의도하지 않은 부분에도 불필요한 막이 부착된다. 이와 같은 불필요한 부착막은 파티클이 되어 부유하고, 반도체 집적 회로의 결함의 원인이 될 수 있다. 따라서, 이 불필요한 부착막을 제거하기 위해, CVD 장치는 정기적으로 혹은 부정기적으로 클리닝 처리가 실시된다.
이와 같은 클리닝 처리는 상술한, 소위 배치식 핫월형의 LP-CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치뿐만 아니라, 웨이퍼를 1매씩 처리하는 매엽식 성막 장치에 있어서도, 마찬가지로 필요하다.
종래, 핫월형의 LP-CVD 장치에 대해서는 횡형, 종형에 상관없이 정기적인 클리닝 처리로서 처리 용기의 내벽 등에 부착한 불필요한 막을 제거하기 위해, 약액을 이용한 습윤 클리닝법이 일반적으로 채용되고 있었다. 그러나, 최근에 있어서는 LP-CVD 장치를 분해하지 않고 인사이드에서의 클리닝이 가능하게 되었으므로, 클리닝 가스(에칭 가스)를 이용한 드라이 클리닝법이 채용되고 있다. 드라이 클리닝법으로서는, 예를 들어 에칭 가스로서 ClF3 가스를 이용하는 클리닝법이 제안되어 있다(일본 특허 공개 평3-31479호 공보, 일본 특허 공개 평4-155827호 공보, 일본 특허 공개 평6-151396호 공보). 이 클리닝 방법에서는 클리닝 가스로서, 예를 들어 ClF3 가스를 포함하는 가스가 처리 용기 내로 도입되고, 이 클리닝 가스에 의해 웨이퍼 보트 표면이나 처리 용기 내면 등에 부착한 불필요한 막이 제거된다. 또한, 클리닝 가스로서 제거해야 할 불필요한 막의 종류에 따라서 HF 가스를 이용하는 것도 행해지고 있다.
그런데, 클리닝 처리에서 중요한 것은 처리 용기나 웨이퍼 보트 등의 열처리 장치의 구성 부분에 손상을 부여하지 않고, 효율적으로 불필요한 막을 깎아내는 것이다. 따라서, 처리 용기 등을 구성하는 재료와 에칭하여 제거해야 할 막 종류의 선택성이 큰 가스가 에칭 가스로서 우수하다. 즉, 에칭 가스로서는, 에칭하여 제 거해야 할 막 종류와는 용이하게 반응하여 이를 효율적으로 제거할 수 있는 한편, 처리 용기 등의 구성 재료와는 반응하기 어려운 가스가 적합하다.
그러나, 처리 용기나 웨이퍼 보트 등을 구성하는 재료와 에칭에 의해 깎아내야 하는 불필요한 막이 유사하거나, 혹은 동일 종류의 재료인 경우에는 상기한 선택성을 충분히 얻을 수 없다. 이 경우, 처리 용기 등은 클리닝에 의한 손상을 받기 쉬워진다. 이와 같은 예로서, 예를 들어 석영에 의해 처리 용기나 웨이퍼 보트가 형성되어 있는 열처리 장치에 있어서, TEOS(테트라에틸오르소실리케이트)를 이용하여 실리콘 산화막(SiO2)을 반도체 웨이퍼의 표면에 퇴적하여 형성하는 경우가 있다. 이 경우, 처리 용기 등의 구성 재료도, 처리 용기 등의 표면에 부착하는 불필요한 막도 분자의 치밀성에 있어서는 다르지만, 주로 SiO2이다.
이와 같은 경우, 종래는 클리닝 가스로서, HF 가스가 단독으로, 혹은 캐리어 가스인 불활성 가스와 함께 이용되고 있었다. 그러나, HF 가스는 TEOS에 의해 퇴적된 SiO2에 대한 에칭률(클리닝률과 마찬가지임)이 충분히 크지 않으므로, 클리닝 처리에 장시간이 필요하다는 문제가 있었다. 또한, 에칭률이 충분히 크지 않으므로, 계산 등으로 미리 구한 클리닝 처리의 종점 시기와 불필요한 막이 완전히 제거되는 실제의 클리닝 처리의 종점 시기가 크게 어긋나는 경우가 있고, 이 경우에 있어서, 오버 에칭을 위해 처리 용기, 웨이퍼 보트, 보온통 등의 구조물에 손상을 부여하여 이들 구성물의 내용 기간을 짧게 하는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 주목하여 이를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것이다. 본 발명의 목적은 열처리 장치 내의 구조 및 물건에 부착한 불필요한 막인 TEOS에 의한 실리콘 산화막을 높은 에칭률로 효율적이고 또한 신속하게 제거하여 처리량을 향상시킬 수 있는 동시에 구조물로의 손상도 억제할 수 있는 열처리 장치의 클리닝 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 열처리 장치 내의 구조물에 부착한 불필요한 막인 TEOS에 의한 비소 유리막을 높은 에칭률로 효율적이고 또한 신속하게 제거하여 처리량을 향상시킬 수 있는 동시에 구조물로의 손상도 억제할 수 있는 열처리 장치의 클리닝 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 열처리 장치 내의 구조물에 부착한 불필요한 막인 TEOS에 의한 붕소 유리막을 높은 에칭률로 효율적이고 또한 신속하게 제거하여 처리량을 향상시킬 수 있는 동시에 구조물로의 손상도 억제할 수 있는 열처리 장치의 클리닝 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대해 TEOS를 이용하여 SiO2막의 성막 처리를 실시하는 열처리 장치의 클리닝 방법이며, HF 가스와 NH3 가스가 상기 처리 용기 내에 공급되는 클리닝 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 클리닝 방법이다.
본 발명에 따르면, HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스가 클리닝 가스로서 작용하여 열처리 장치 내의 구조물에 부여되는 손상을 억제하면서 TEOS에 의해 형성된 SiO2막(실리콘 산화막)의 불필요한 부착막을 신속하고 또한 효율적으로 제거하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 클리닝 공정에서는, 상기 처리 용기의 온도는 100 내지 300 ℃의 범위 내이다.
또한, 바람직하게는, 상기 클리닝 공정에서는, 상기 처리 용기 내의 압력은 53200 ㎩(400 Torr) 이상이다.
또한, 바람직하게는, 상기 클리닝 공정에서는, HF 가스의 공급량은 NH3 가스의 공급량에 대해 동등하거나 또는 그 이상이다.
또한, 본 발명은 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대해 TE0S를 이용하여 AsSG막의 성막 처리를 실시하는 열처리 장치의 클리닝 방법이며, HF 가스와 NH3 가스가 상기 처리 용기 내에 공급되는 클리닝 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 클리닝 방법이다.
본 발명에 따르면 HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스가 클리닝 가스로서 작용하여 열처리 장치 내의 구조물에 부여되는 손상을 억제하면서 TEOS에 의해 형성된 AsSG막(비소 유리막)의 불필요한 부착막을 신속하고 또한 효율적으로 제거하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대해 TEOS를 이용하여 BSG막의 성막 처리를 실시하는 열처리 장치의 클리닝 방법이며, HF 가스와 NH3 가스가 상기 처리 용기 내에 공급되는 클리닝 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 클리닝 방법이다.
본 발명에 따르면, HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스가 클리닝 가스로서 작용하여 열처리 장치 내의 구조물에 부여되는 손상을 억제하면서 TEOS에 의해 형성된 BSG막(붕소 유리막)의 불필요한 부착막을 신속하고 또한 효율적으로 제거하는 것이 가능하다.
도1은 본 발명에 관한 클리닝 방법이 실시되는 열처리 장치의 일예를 나타내는 구성도이다.
도2는 TEOS에 의한 실리콘 산화막의 에칭률과 석영 재료의 에칭률과의 비교 결과를 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명에 관한 클리닝 방법이 실시되는 열처리 장치의 다른 예를 나타내는 구성도이다.
도4는 본 발명에 관한 클리닝 방법이 실시되는 열처리 장치의 또 다른 예를 나타내는 구성도이다.
이하에, 본 발명에 관한 열처리 장치의 클리닝 방법의 일실시 형태를 첨부 도면을 기초로 하여 상세하게 서술한다.
도1은 본 발명에 관한 클리닝 방법이 실시되는 열처리 장치의 일예를 나타내 는 구성도이다. 이 열처리 장치(2)는 내부통(4)과 외부통(6)으로 이루어지는 석영제의 2중관 구조의 종형의 소정의 길이의 처리 용기(8)를 갖고 있다. 내부통(4) 내의 처리 공간(S)에는 피처리체를 보유 지지하기 위한 지지 수단으로서의 석영제의 웨이퍼 보트(10)가 수용되어 있다. 이 웨이퍼 보트(10)에는 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)가 소정의 피치로 다단에 보유 지지되어 있다. 또한, 이 피치는 일정해도 좋고, 위치에 따라서 달라도 좋다.
처리 용기(8)의 하방을 개폐하기 위해 캡(12)이 설치되어 있다. 캡(12)에는 자성유체 밀봉(14)을 거쳐서 관통하는 회전축(16)이 설치되어 있다. 회전축(16)의 상단부에 회전 테이블(18)이 설치되어 있다. 테이블(18) 상에 석영제의 보온통(20)이 설치되어 있다. 보온통(20) 상에 상기 웨이퍼 보트(10)가 적재되어 있다. 상기 회전축(16)은 승강 가능한 보트 엘리베이터(22)의 아암(24)에 부착되어 있고, 상기 캡(12) 및 웨이퍼 보트(10) 등과 일체적으로 승강 가능하게 되어 있다. 보트 엘리베이터(22)에 의한 승강 이동에 의해, 웨이퍼 보트(10)는 처리 용기(8)의 바닥부를 거쳐서 처리 용기(8) 내에 삽입 분리 가능하게 되어 있다. 또한, 웨이퍼 보트(10)는 회전되지 않고, 고정 상태로 되어도 좋다.
상기 처리 용기(8)의 하단부 개구부에는, 예를 들어 스테인레스제의 매니폴드(26)가 접합되어 있다. 이 매니폴드(26)에는 성막용 가스를 공급하는 성막용 가스 공급계(28)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 성막용 가스 공급계(28)는 매니폴드(26)를 관통하는 성막용 가스 노즐(30)을 갖고 있다. 성막용 가스 노즐(30)에는 도중에, 예를 들어 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(32)가 개설된 가스 공 급로(34)가 접속되어 있다. 그리고, 가스 공급로(34)에 성막 가스로서의 TEOS를 저류하는 TEOS원(36)이 접속되어 있다. 이에 의해, 성막 처리 시에 TEOS 가스가 유량 제어되면서 처리 용기(8) 내로 공급될 수 있도록 되어 있다. 또한, 이 매니폴드(26)에는 클리닝 가스로서의 HF 가스와 NH3 가스를 처리 용기(8) 내로 도입하기 위한 HF 가스 공급계(38)와 NH3 가스 공급계(40)가 각각 개별로 설치되어 있다.
구체적으로는, HF 가스 공급계(38)는 매니폴드(26)를 관통하는 HF 가스 노즐(42)을 갖고 있다. HF 가스 노즐(42)에는 도중에, 예를 들어 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(44)가 개설된 가스 공급로(46)가 접속되어 있다. 그리고, 가스 공급로(46)에 HF 가스원(48)이 접속되어 있다.
또한, NH3 가스 공급계(40)는 마찬가지로 매니폴드(26)를 관통하는 NH3 가스 노즐(50)을 갖고 있다. NH3 가스 노즐(50)에는 도중에, 예를 들어 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(52)가 개설된 가스 공급로(54)가 접속되어 있다. 그리고, 가스 공급로(54)에 NH3 가스원(56)이 접속되어 있다.
따라서, 상기 각 노즐(30, 42, 50)로부터 공급되는 각 가스는 내부통(4) 내의 처리 공간(S) 내(웨이퍼의 수용 영역)를 상승하고, 천정부에서 하방으로 되접혀 내부통(4)과 외부통(6) 사이의 간극 내를 흐른다.
외부통(6)의 바닥부 측벽에는 내부통(4)과 외부통(6) 사이의 간극에 연통하는 배기구(58)가 설치되어 있다. 이 배기구(58)에는 배기로(60)와 진공 펌프(62) 를 포함하는 진공 배기계(64)가 접속되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(8) 내는 진공화될 수 있도록 되어 있다.
또한, 처리 용기(8)의 외주에는 단열층(66)이 설치되어 있다. 단열층(66)의 내측에는 가열 수단으로서의 가열 히터(68)가 설치되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(8)의 내측에 위치하는 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열되도록 되어 있다.
여기서, 처리 용기(8)의 전체의 크기에 대해서는, 예를 들어 성막해야 할 웨이퍼(W)의 사이즈가 8인치, 웨이퍼 보트(10)에 보유 지지되는 웨이퍼 매수가 150매 정도(제품 웨이퍼가 130매 정도, 더미 웨이퍼 등이 20매 정도)인 경우, 내부통(4)의 직경은 대략 260 내지 270 ㎜ 정도, 외부통(6)의 직경은 대략 275 내지 285 ㎜ 정도, 처리 용기(8)의 높이는 1280 ㎜ 정도이다.
또한, 웨이퍼(W)의 사이즈가 12인치인 경우에는, 웨이퍼 보트(10)에 보유 지지되는 웨이퍼 매수는 25 내지 50매 정도인 경우도 있다. 이와 같은 경우, 내부통(4)의 직경은 대략 380 내지 420 ㎜ 정도, 외부통(6)의 직경은 440 내지 500 ㎜ 정도, 처리 용기(8)의 높이는 대략 800 ㎜ 정도이다. 또한, 이들 수치는 단순히 일예를 나타낸 것에 지나지 않는다.
그 밖에, 캡(12)과 매니폴드(26) 사이에는 이것을 밀봉하는 O링 등의 밀봉 부재(70)가 설치되고, 매니폴드(26)와 외부통(6)의 하단부와의 사이에는 이것을 밀봉하는 O링 등의 밀봉 부재(72)가 설치되어 있다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 불활성 가스, 예를 들어 N2 가스를 공급하는 가스 공급계도 더 설치되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치를 이용하여 행해지는 본 발명 방법에 대해 설명한다.
우선, TEOS를 이용하여 SiO2막을 반도체 웨이퍼(W의) 표면에 성막하는 처리에 대해 설명한다.
미처리의 다수매의 반도체 웨이퍼(W)가 웨이퍼 보트(10)에 소정의 피치로 다단에 보유 지지된다. 이 상태의 웨이퍼 보트(10)가 보트 엘리베이터(22)를 상승 구동함으로써 처리 용기(8) 내로 그 하방으로부터 삽입된다. 캡(12)이 처리 용기(8) 내를 밀폐한다. 처리 용기(8) 내는 미리 예열된다. 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)가 삽입되었으면, 가열 히터(68)로의 공급 전압이 증가되어 웨이퍼(W)가 소정의 처리 온도까지 승온된다. 한편, 진공 배기계(64)에 의해 처리 용기(8) 내가 진공화된다.
이것과 동시에, 성막용 가스 공급계(28)의 TEOS원(36)으로부터의 TEOS가 유량 제어되면서 성막용 가스 노즐(30)을 거쳐서 처리 용기(8) 내로 도입된다. 이 TEOS 가스는 처리 용기(8) 내를 상승하면서 열분해 반응하여 웨이퍼(W)의 표면에 SiO2막을 퇴적하여 형성한다.
상기한 성막 처리가 완료되었으면, TEOS 가스의 공급은 정지되고, 처리 용기(8) 내의 잔류 가스가 N2 가스 등에 의해 퍼지되어 배출된다. 그 후, 웨이퍼 보트(10)가 하방으로 강하되고, 처리 완료한 웨이퍼(W)가 취출된다. 그리고, 상기한 바와 같은 일련의 성막 처리가 반복해서 행해진다.
이와 같은 성막 처리의 반복에 의해 내부 구조물, 예를 들어 내부통(4)이나 외부통(6)을 포함하는 처리 용기(8)의 표면, 웨이퍼 보트(10)의 표면, 보온통(20)의 표면에 불필요한 막(TEOS에 의한 SiO2막)이 부착된다. 따라서, 정기적 혹은 부정기적으로, 이들의 불필요한 막을 깎아내어 제거하기 위한 클리닝 처리가 행해진다.
이 클리닝 처리에서는 웨이퍼(W)를 보유 지지하지 않는 웨이퍼 보트(10)가 처리 용기(8) 내에 삽입된다. 그리고, 처리 용기(8) 내가 밀봉 상태가 된다. 처리 용기(8) 내의 온도는 소정의 온도로 유지된다. 이 상태에서 클리닝 가스로서, HF 가스 공급계(38)의 HF 가스 노즐(42)로부터 유량 제어된 HF 가스가 처리 용기(8) 내로 도입된다. 한편, NH3 가스 공급계(40)의 NH3 가스 노즐(50)로부터 유량 제어된 것이 NH3 가스가 처리 용기(8) 내로 도입된다.
이와 같이 처리 용기(8) 내로 따로따로 도입되는 HF 가스와 NH3 가스는 처리 용기(8) 내를 상승하면서 혼합된다. 이 혼합 가스가 보온통(20), 웨이퍼 보트(10), 내부통(4), 외부통(6) 등의 각 표면에 부착되어 있는 TEOS에 의한 실리콘 산화막(SiO2)을 에칭에 의해 깎아냄, 즉 클리닝한다.
이 때의 클리닝 처리의 시간은 불필요한 막의 적산량을 에칭률로 나눈 시간이고, 예를 들어 계산에 의해 구할 수 있다. 또한, 클리닝 처리 시의 처리 조건에 대해서는 처리 온도가 100 내지 300 ℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한 처리 압력은 53200 ㎩(400 Torr) 이상이고, 또한 NH3 가스에 대한 HF 가스의 공급량은 동등하거나, 혹은 그 이상으로 하고, HF 가스가 농후한 상태로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 클리닝 가스로서 HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스를 이용함으로써, TEOS에 의해 형성된 불필요한 실리콘 산화막을 신속하고 또한 효율적으로 단시간에 깎아낼 수 있다. 따라서, 클리닝 처리에 필요로 하는 시간도 종래 HF 가스가 단독으로 클리닝 가스로서 이용되었던 경우보다도 훨씬 짧아진다. 따라서, 클리닝시간의 계산 오차 등에 의해 클리닝 시간이 과잉으로 길어져 오버 에칭 처리가 행해졌다고 해도 그 과잉의 시간이 짧기 때문에, 내부 구조물, 즉 내부통(4), 외부통(6), 웨이퍼 보트(10), 보온통(20) 등에 부여되는 손상은 대폭으로 억제될 수 있다.
여기서 TEOS를 이용하여 형성된 실리콘 산화막(SiO2)과 처리 용기(8) 및 웨이퍼 보트(10) 등에 이용되는 석영 재료(SiO2)와의 에칭률의 비교가 다양한 조건 하에서 행해졌다. 그 평가 결과에 대해 설명한다. 도2는 TEOS에 의한 실리콘 산화막의 에칭률과 석영 재료의 에칭률의 비교 결과를 나타내는 도면이다. 여기서는, 클리닝 처리 시의 온도는 종래의 일반적인 클리닝 처리 시의 온도인 300 ℃로 설정되고, 처리 압력은 400 Torr(53200 ㎩)로 설정되었다. 또한, HF 가스와 NH3 가스의 유량비는 크게 변화되었다. 또한, 1 Torr ＝ 133 ㎩이다.
도2로부터 명백한 바와 같이, 종래 방법의 경우, 즉 처리 온도가 300 ℃, 처리 압력이 400 Torr, HF 가스 유량이 1820 sccm, NH3 가스의 유량이 제로인 경우에는, TEOS에 의한 실리콘 산화막에 대한 에칭률은 0.4 ㎚/분인 반면, 처리 용기(8) 등을 형성하는 석영 재료에 대한 에칭률은 170.1 ㎚/분이었다. 이와 같이, 종래의 클리닝 방법의 경우에는, 평가는 "x"(불량)이다. 즉, TEOS에 의한 실리콘 산화막에 대한 에칭률이 매우 작기 때문에, 장시간에 걸쳐서 클리닝 처리를 행해야만 해, 가동률의 저하(처리량의 저하)를 초래한다. 또한, 에칭률이 작기 때문에, 클리닝 처리의 종점 시기를 정확하게 구하는 것이 곤란하다. 이로 인해, 잘못하여 클리닝 처리가 과잉으로 행해지는 시간이 길어져 에칭률이 큰 석영 재료에 대해 큰 손상을 부여할 우려도 있다.
이에 대해, 클리닝 가스로서 HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스가 이용된 본 발명 방법의 경우에는, 평가는 "△"(약간 양호) 혹은 "○"(양호)였다. 특히, HF 가스와 NH3 가스의 유량비가 각각 10000 : 1000 혹은 1820 : 182로 설정된 경우, 즉 HF 가스의 공급량이 NH3 가스의 공급량과 동등하거나, 혹은 그 이상으로 설정되었을 때에는(HF 가스가 농후한 상태), TEOS에 의한 실리콘 산화막에 대한 에칭률은 각각 26.8 ㎚/분, 96.6 ㎚/분이었다. 이들은 종래 방법의 경우보다도 67 내지 240배나 큰 에칭률이었다. 즉, 클리닝 처리에 필요로 하는 시간이 짧아져 장치의 가동률(처리량)을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 경우, 석영 재료에 대한 에칭률은 각각 69.1 ㎚/분, 196.6 ㎚/분이 었다. 이들은 종래 방법의 경우(170.1 ㎚/분)와 마찬가지로 매우 크다 ． 그러나, 상술한 바와 같이, 클리닝 처리에 필요로 하는 전체 시간이 대폭으로 짧아지기 때문에, 클리닝 처리의 종점 시기에 오차가 생겨도 잘못하여 클리닝 처리가 과잉으로 행해지는 시간은 약간이다. 따라서, 석영 재료에 부여되는 손상을 대폭으로 억제할 수 있다. 예를 들어, 클리닝 처리의 시간에 대해 10 ％의 오차가 생길 수 있다고 가정하면, 종래 방법의 경우, 만일 클리닝 처리의 시간이 60분으로서 계산되었을 때에는 6분간만 클리닝 처리를 과잉으로 행할 우려가 생긴다. 이에 대해 본 발명 방법의 경우, 클리닝 처리의 시간은 0.6분(에칭률이 96.6 ㎚/분의 조건의 시)이 되므로, 0.06분간(3.6초간)만 클리닝 처리를 과잉으로 행할 우려가 생길 뿐이다. 따라서, 본 발명 방법의 경우, 석영 재료에 부여되는 손상을 훨씬 작게 억제할 수 있다.
또한, HF 가스의 공급량이 182 sccm이 되고, NH3 가스의 공급량이 1820 sccm이 되고, NH3 가스가 농후한 상태였을 때의 평가는 "△"였다. 구체적으로는 TEOS에 의한 실리콘 산화막의 에칭률은 0.6 ㎚/분이며, 종래 방법의 0.4 ㎚/분보다도 1.5배 정도 컸다. 즉, 이 경우에도 상기한 HF 가스가 농후한 상태의 경우 정도는 아니지만, 충분히 효과를 기대할 수 있다. 또한, 이 경우에는 석영 재료에 대한 에칭률은 15.9 ㎚/분이며, 매우 작다. 따라서, 그만큼 클리닝 처리를 과잉으로 행하였을 때에 석영 재료에 부여되는 손상이 억제될 수 있다.
또한, 상기 평가 실험 외에, TEOS에 의한 실리콘 산화막에 대한 에칭 가스 (HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스)의 에칭률의 평가가 보조적으로 행해졌다. 그 결과에 대해 설명한다.
처리 온도가 300 ℃로 유지되고(도2의 경우와 동일함), 처리 압력이 150 Torr(도2의 경우보다도 낮음)로 설정되고, HF 가스와 NH3 가스의 유량비가 1 : 10 내지 10 : 1의 범위에서 도2의 경우와 마찬가지로 다양하게 변경되어 클리닝 처리가 행해졌다. 이들의 경우에는, TEOS에 의한 실리콘 산화막은 대부분 에칭되지 않았다. 또한, 상기와 동일한 조건 하에서 처리 압력이 400 Torr보다도 크게 설정되었을 때에는 TEOS에 의한 실리콘 산화막이 충분히 에칭되었다. 따라서, 클리닝 처리 시의 압력은 400 Torr 이상으로 설정되는 것이 바람직한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 처리 온도가 400 ℃로 설정되고(도2의 경우보다도 높음), 처리 압력이 400 Torr로 설정되고(도2의 경우와 동일함), HF 가스와 NH3 가스의 유량비가 1 : 10 내지 10 : 1의 범위에서 도2의 경우와 마찬가지로 다양하게 변경되어 클리닝 처리가 행해졌다. 이들의 경우, TEOS에 의한 실리콘 산화막은 대부분 에칭되지 않았다. 한편, 처리 온도가 100 ℃로 설정되고(도2의 경우보다도 낮음), 처리 압력이 400 Torr로 설정되고(도2의 경우와 동일함), HF 가스와 NH3 가스의 유량비가 1 : 1(1000 sccm : 1000 sccm)로 설정되어 클리닝 처리가 행해졌다. 이 경우, 6 ㎚/분의 에칭률로 TEOS에 의한 실리콘 산화막이 에칭되어 클리닝 처리의 유효성을 확인할 수 있었다. 또한, 실온에서 상기와 동일한 조건 하에서 클리닝 처리가 행해졌 다. 이 경우, TEOS에 의한 실리콘 산화막은 에칭되지 않았다. 따라서, 처리 온도는 100 내지 300 ℃의 범위 내로 설정되는 것이 바람직한 것을 확인할 수 있었다.
그런데, 도3은 본 발명에 관한 클리닝 방법이 실시되는 열처리 장치의 다른 예를 나타내는 구성도이다. 도3에 도시하는 열처리 장치는 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대해 TEOS를 이용하여 AsSG막(비소 유리막)의 성막 처리를 실시하는 열처리 장치이다.
도3의 열처리 장치에는 성막용 TEOA 가스를 공급하는 제2 성막용 가스 공급계(128)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 제2 성막용 가스 공급계(128)는 매니폴드(26)를 관통하는 제2 성막용 가스 노즐(130)을 갖고 있다. 제2 성막용 가스 노즐(130)에는 도중에, 예를 들어 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(132)가 개설된 가스 공급로(134)가 접속되어 있다. 그리고, 가스 공급로(134)에 제2 성막 가스로서의 TEOA를 저류하는 TEOA원(136)이 접속되어 있다. 이에 의해, 성막 처리 시에 TEOA 가스가 유량 제어되면서 처리 용기(8) 내에 공급될 수 있도록 되어 있다.
도3의 열처리 장치의 그 밖의 구성은 도1의 열처리 장치와 동일하다. 도3에 있어서, 도1의 열처리 장치와 같은 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여 설명은 생략한다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치를 이용하여 행해지는 본 발명 방법에 대해 설명한다.
우선, TEOS 및 TEOA를 이용하여 AsSG막을 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 성막하 는 처리에 대해 설명한다.
미처리의 다수매의 반도체 웨이퍼(W)가 웨이퍼 보트(10)에 소정의 피치로 다단에 보유 지지된다. 이 상태의 웨이퍼 보트(10)가 보트 엘리베이터(22)를 상승 구동함으로써 처리 용기(8) 내로 그 하방으로부터 삽입된다. 캡(12)이 처리 용기(8) 내를 밀폐한다. 처리 용기(8) 내는 미리 예열된다. 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)가 삽입되었으면, 가열 히터(68)로의 공급 전압이 증가되어 웨이퍼(W)가 소정의 처리 온도까지 승온된다. 한편, 진공 배기계(64)에 의해 처리 용기(8) 내가 진공화된다.
이와 동시에, 성막용 가스 공급계(28)의 TEOS원(36)으로부터의 TEOS가 유량 제어되면서 성막용 가스 노즐(30)을 거쳐서 처리 용기(8) 내로 도입된다. 마찬가지로, 제2 성막용 가스 공급계(128)의 TEOA원(136)으로부터의 TEOA가 유량 제어되면서 제2 성막용 가스 노즐(130)을 거쳐서 처리 용기(8) 내로 도입된다. 이 TEOS 가스 및 TEOA 가스는 처리 용기(8) 내를 상승하면서 열분해 반응하고, 웨이퍼(W)의 표면에 AsSG막을 퇴적하여 형성한다.
상기한 성막 처리가 완료되었으면, TEOS 가스 및 TEOA 가스의 공급은 정지되고, 처리 용기(8) 내의 잔류 가스가 N2 가스 등에 의해 퍼지되어 배출된다. 그 후, 웨이퍼 보트(10)가 하방으로 강하되고, 처리 완료된 웨이퍼(W)가 취출된다. 그리고, 상기한 바와 같은 일련의 성막 처리가 반복해서 행해진다.
이와 같은 성막 처리의 반복에 의해 내부 구조물, 예를 들어 내부통(4)이나 외부통(6)을 포함하는 처리 용기(8)의 표면, 웨이퍼 보트(10)의 표면, 보온통(20)의 표면에 불필요한 막(TEOS 및 TEOA에 의한 AsSG막)이 부착한다. 따라서, 정기적 혹은 부정기적으로 이들의 불필요한 막을 깎아내어 제거하기 위한 클리닝 처리가 행해진다.
이 클리닝 처리에서는 웨이퍼(W)를 보유 지지하지 않는 웨이퍼 보트(10)가 처리 용기(8) 내에 삽입된다. 그리고, 처리 용기(8) 내가 밀봉 상태가 된다. 처리 용기(8) 내의 온도는 소정의 온도로 유지된다. 이 상태에서 클리닝 가스로서, HF 가스 공급계(38)의 HF 가스 노즐(42)로부터 유량 제어된 HF 가스가 처리 용기(8) 내로 도입된다. 한편, NH3 가스 공급계(40)의 NH3 가스 노즐(50)로부터 유량 제어된 이 NH3 가스가 처리 용기(8) 내로 도입된다.
이와 같이 처리 용기(8) 내로 따로따로 도입되는 HF 가스와 NH3 가스는 처리 용기(8) 내를 상승하면서 혼합된다. 이 혼합 가스가 보온통(20), 웨이퍼 보트(10), 내부통(4), 외부통(6) 등의 각 표면에 부착되어 있는 TEOS 및 TEOA에 의한 AsSG막을 에칭에 의해 깎아냄, 즉 클리닝한다.
이 때의 클리닝 처리의 시간은 불필요한 막의 적산량을 에칭률로 나눈 시간이고, 예를 들어 계산에 의해 구할 수 있다. 또한, 클리닝 처리 시의 처리 조건에 대해서는 처리 온도가 100 내지 300에서의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한 처리 압력은 53200 ㎩(400 Torr) 이상이고, 또한 NH3 가스에 대한 HF 가스의 공급량은 동등 혹은 그 이상으로서, HF 가스가 농후한 상태로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 클리닝 가스로서 HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스를 이용함으로써, TEOS 및 TEOA에 의해 형성된 불필요한 비소 유리막을 신속하고 또한 효율적으로 단시간에 깎아낼 수 있다. 따라서, 클리닝 처리에 필요로 하는 시간도 종래 HF 가스가 단독으로 클리닝 가스로서 이용되고 있었던 경우보다도 훨씬 짧아진다. 따라서, 클리닝 시간의 계산 오차 등에 의해 클리닝 시간이 과잉으로 길어져 오버 에칭 처리가 행해졌다고 해도 그 과잉의 시간이 짧기 때문에, 내부 구조물, 즉 내부통(4), 외부통(6), 웨이퍼 보트(10), 보온통(20) 등에 부여되는 손상은 대폭으로 억제될 수 있다.
또한, 도4는 본 발명에 관한 클리닝 방법이 실시되는 열처리 장치의 또 다른 예를 나타내는 구성도이다. 도4에 도시하는 열처리 장치는 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대해 TEOS를 이용하여 BSG막(붕소 유리막)의 성막 처리를 실시하는 열처리 장치이다.
도4의 열처리 장치에는 성막용 BCl3 가스를 공급하는 제3 성막용 가스 공급계(228)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 제3 성막용 가스 공급계(228)는 매니폴드(26)를 관통하는 제3 성막용 가스 노즐(230)을 갖고 있다. 제3 성막용 가스 노즐(230)에는 도중에, 예를 들어 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(232)가 개설된 가스 공급로(234)가 접속되어 있다. 그리고, 가스 공급로(234)에 제3 성막 가스로서의 BCl3 가스를 저류하는 BCl3원(236)이 접속되어 있다. 이에 의해, 성막 처리 시에 BCl3 가스가 유량 제어되면서 처리 용기(8) 내에 공급될 수 있도록 되어 있다.
도4의 열처리 장치의 그 밖의 구성은 도1의 열처리 장치와 동일하다. 도4에 있어서, 도1의 열처리 장치와 같은 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙여 설명은 생략한다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치를 이용하여 행할 수 있는 본 발명 방법에 대해 설명한다.
우선, TEOS 및 BCl3를 이용하여 BSG막을 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 성막하는 처리에 대해 설명한다.
미처리의 다수매의 반도체 웨이퍼(W)가 웨이퍼 보트(10)에 소정의 피치로 다단에 보유 지지된다. 이 상태의 웨이퍼 보트(10)가 보트 엘리베이터(22)를 상승 구동함으로써, 처리 용기(8) 내로 그 하방으로부터 삽입된다. 캡(12)이 처리 용기(8) 내를 밀폐한다. 처리 용기(8) 내는 미리 예열된다. 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)가 삽입되었으면, 가열 히터(68)로의 공급 전압이 증가되어 웨이퍼(W)가 소정의 처리 온도까지 승온된다. 한편, 진공 배기계(64)에 의해 처리 용기(8) 내가 진공화된다.
이것과 동시에, 성막용 가스 공급계(28)의 TEOS원(36)으로부터의 TEOS가 유량 제어되면서 성막용 가스 노즐(30)을 거쳐서 처리 용기(8) 내로 도입된다. 마찬가지로, 제3 성막용 가스 공급계(228)의 BCl3원(236)으로부터의 BCl3 가스가 유량 제어되면서 제3 성막용 가스 노즐(230)을 거쳐서 처리 용기(8) 내로 도입된다. 이 TEOS 가스 및 BCl3 가스는 처리 용기(8) 내를 상승하면서 열분해 반응하고, 웨이퍼(W)의 표면에 BSG막을 퇴적하여 형성한다.
상기한 성막 처리가 완료되었으면, TEOS 가스 및 BCl3 가스의 공급은 정지되고, 처리 용기(8) 내의 잔류 가스가 N2 가스 등에 의해 퍼지되어 배출된다. 그 후, 웨이퍼 보트(10)가 하방으로 강하되고, 처리 완료된 웨이퍼(W)가 취출된다. 그리고, 상기한 바와 같은 일련의 성막 처리가 반복해서 행해진다.
이와 같은 성막 처리의 반복에 의해 내부 구조물, 예를 들어 내부통(4)이나 외부통(6)을 포함하는 처리 용기(8)의 표면, 웨이퍼 보트(10)의 표면, 보온통(20)의 표면에 불필요한 막(TEOS 및 BCl3에 의한 BSG막)이 부착된다. 따라서, 정기적 혹은 부정기적으로 이들의 불필요한 막을 깎아내어 제거하기 위한 클리닝 처리가 행해진다.
이 클리닝 처리에서는 웨이퍼(W)를 보유 지지하지 않는 웨이퍼 보트(10)가 처리 용기(8) 내에 삽입된다. 그리고, 처리 용기(8) 내가 밀봉 상태가 된다. 처리 용기(8) 내의 온도는 소정의 온도로 유지된다. 이 상태에서 클리닝 가스로서, HF 가스 공급계(38)의 HF 가스 노즐(42)로부터 유량 제어된 HF 가스가 처리 용기(8) 내로 삽입된다. 한편, NH3 가스 공급계(40)의 NH3 가스 노즐(50)로부터 유량 제어된 NH3 가스가 처리 용기(8) 내로 도입된다.
이와 같이 처리 용기(8) 내로 따로따로 도입되는 HF 가스와 NH3 가스는 처리 용기(8) 내를 상승하면서 혼합된다. 이 혼합 가스가 보온통(20), 웨이퍼 보트(10), 내부통(4), 외부통(6) 등의 각 표면에 부착되어 있는 TEOS 및 BCl3에 의한 BSG막을 에칭에 의해 깎아냄, 즉 클리닝한다.
이 때의 클리닝 처리의 시간은 불필요한 막의 적산량을 에칭률로 나눈 시간이고, 예를 들어 계산에 의해 구할 수 있다. 또한, 클리닝 처리 시의 처리 조건에 대해서는 처리 온도가 100 내지 300 ℃의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한 처리 압력은 53200 ㎩(400 Torr) 이상이고, 또한 NH3 가스에 대한 HF 가스의 공급량은 동등하거나, 혹은 그 이상으로 하여 HF 가스가 농후한 상태로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 클리닝 가스로서 HF 가스와 NH3 가스의 혼합 가스를 이용함으로써 TEOS 및 BCl3에 의해 형성된 불필요한 붕소 유리막을 신속하고 또한 효율적으로 단시간에 깎아낼 수 있다. 따라서, 클리닝 처리에 필요로 하는 시간도 종래 HF 가스가 단독으로 클리닝 가스로서 이용되고 있었던 경우부터도 훨씬 짧아진다. 따라서, 클리닝 시간의 계산 오차 등에 의해 클리닝 시간이 과잉으로 길어져 오버 에칭 처리가 행해졌다고 해도 그 과잉의 시간이 짧기 때문에, 내부 구조물, 즉 내부통(4), 외부통(6), 웨이퍼 보트(10), 보온통(20) 등에 부여되는 손상은 대폭으로 억제될 수 있다.
또한, 이상의 설명에서는 2중관 구조의 배치식 열처리 장치를 예로 들어 설명하였지만, 단일관 구조의 열처리 장치 혹은 매엽식 열처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 피처리체로서는 반도체 웨이퍼로 한정되지 않고, 유리 기판, LCD 기판의 열처리 장치에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (6)

  1. 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대해 TEOS를 이용하여 SiO2막의 성막 처리를 실시하는 열처리 장치의 클리닝 방법이며,
    HF 가스와 NH3 가스가 상기 처리 용기 내에 공급되는 클리닝 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 클리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 클리닝 공정에서는, 상기 처리 용기의 온도는 100 내지 300 ℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 클리닝 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클리닝 공정에서는, 상기 처리 용기 내의 압력은 53200 ㎩(400 Torr) 이상인 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 클리닝 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클리닝 공정에서는, HF 가스의 공급량은 NH3 가스의 공급량에 대해 동등하거나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 클리닝 방법.
  5. 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대해 TEOS를 이용하 여 AsSG막의 성막 처리를 실시하는 열처리 장치의 클리닝 방법이며,
    HF 가스와 NH3 가스가 상기 처리 용기 내에 공급되는 클리닝 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 클리닝 방법.
  6. 진공화 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대해 TEOS를 이용하여 BSG막의 성막 처리를 실시하는 열처리 장치의 클리닝 방법이며,
    HF 가스와 NH3 가스가 상기 처리 용기 내에 공급되는 클리닝 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 클리닝 방법.
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