CN1804114A - 成膜装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体处理用的成膜装置和该装置的使用方法，它能够以最佳的清洁时间进行清洁。本发明的半导体处理用的成膜装置，包括：清洁气体供给***(17)、浓度测定部(27)、以及信息处理部(102)。清洁气体供给***(17)向反应室内供给，从反应室(2)的内面去除来源于成膜气体的副生成物膜的用于清洁处理的清洁气体。浓度测定部(27)设置在排气***(GE)，用于监控从反应室(2)排出的排出气体所包含的预定成分的浓度。信息处理部(102)比较在浓度测定部(27)获得的测定值和预设定值，决定清洁处理的结束点。

Description

成膜装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种在半导体晶片等的被处理基板上形成膜用的半导体处理用的成膜装置和该装置的使用方法。此处，半导体处理表示，通过在晶片、LCD(Liquid Crystal Display液晶显示)、FPD(FlatPanel Display平板显示)用的玻璃基板等被处理基板上，以预定的图案形成半导体层、绝缘层、导电层等，在该被处理基板上用于制造包括半导体器件、连接在半导体器件的布线、电极等的器件结构而实施的各种处理。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，通过CVD(Chemical VaporDeposition化学气相沉积)等的处理，在被处理基板例如半导体晶片上进行形成氮化硅膜等薄膜的处理。在这样的成膜处理中，例如按照如下的方式在半导体晶片上形成薄膜。
首先，将热处理装置的反应管(反应室)内通过加热器加热到预定的装载温度，装载收容了多个半导体晶片的晶舟。然后，通过加热器将反应管内加热到预定的处理温度，并且从排气口排出反应管内的气体，将反应管内减压到预定的压力。
接着，将反应管内维持在预定的温度及压力(并继续排气)，并且从处理气体导入管向反应管内供给成膜气体。例如，在CVD中，若向反应管内供给成膜气体，成膜气体引起热反应，生成反应生成物。反应生成物堆积在半导体晶片的表面，在半导体晶片的表面形成薄膜。
由成膜处理生成的反应生成物，不仅在半导体的表面，例如在反应管的内面和各种夹具等上，也作为副生成物膜堆积(附着)。如果副生成物膜附着在反应管内的状态下接着进行成膜处理，则不久副生成物膜剥离产生微粒。若此微粒附着在半导体晶片上，则使制造出的半导体器件的成品率降低。
因此，进行多次成膜处理后，进行反应管内的清洁处理。在此清洁中，向通过加热器加热到预定温度的反应管内，供给清洁气体，例如氟和含氢卤酸性气体的混合气体。附着在反应管的内面等上的副生成物膜，通过清洁气体被干法腐蚀而除去。日本特开平3-293726号公报公开此种清洁方法。但是，如后所述，本发明的发明人发现，在已有的此种清洁方法中，难以以最佳的清洁时间(根据反应管内的状态而不同)进行处理的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种半导体处理用的成膜装置和该装置的使用方法，它能够以最佳的清洁时间进行清洁。
本发明的第一视点是，一种半导体处理用的成膜装置，具备：
反应室，收容被处理基板；
加热器，加热上述反应室内；
排气***，使上述反应室内排气；
成膜气体供给***，向上述反应室内供给成膜气体，该成膜气体用于在上述被处理基板上形成膜，进行成膜；
清洁气体供给***，向上述反应室内供给清洁气体，该清洁气体用于从上述反应室的内面将来源于上述成膜气体的副生成物膜去除，进行清洁；
浓度测定部，设置在上述排气***中，用于监控从上述反应室排出的、排出气体所包含的预定成分的浓度；以及
信息处理部，比较在上述浓度测定部获得的测定值和预设值，决定上述清洁的结束点。
本发明的第二视点是，一种半导体处理用的成膜装置的使用方法，具备：
将附着在上述成膜装置的反应室的内面的副生成物膜去除的、进行清洁的工序，其中，向上述反应室内供给清洁气体，并且将上述反应室内设定为上述清洁气体与上述副生成物膜反应的温度及压力，
在上述清洁中的预定的期间内，监控从上述反应室排出的、排出气体所包含的预定成分的浓度的工序，
比较上述预定成分的浓度的测定值和预设值，决定上述清洁的结束点的工序，以及
根据上述结束点结束上述清洁的工序。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的纵型热处理装置的图。
图2是表示图1所示的装置的红外线传感器的图。
图3是表示本发明的实施方式的成膜处理的配方的图。
图4是表示本发明的实施方式的清洁处理的配方的图。
图5是表示清洁时的排出气体中所包含的四氟化硅的浓度的历时变化的图表。
图6是表示清洁时的反应管内的温度的历时变化的图表。
图7是表示清洁时的排出气体中所包含的乙醇的浓度的历时变化的图表。
具体实施方式
在本发明的开发过程中，本发明人研究了在清洁半导体处理用的成膜装置的反应管内的已有方法中产生的问题。其结果，本发明人们获得了如下所述的见解。
即，在此种清洁中，若清洁时间过长，构成反应管等的材料，例如石英受到损伤(发生裂缝等)，反应管的寿命会变短。另外，在反应管的内面一旦发生裂缝，壁面材料的粉就从裂缝脱落而成为产生微粒的原因。而且，清洁时间过长，则会徒然增加清洁气体的使用量。另一方面，若清洁时间过短，则不能完全去除附着在反应管内的副生成物膜。
因此，在此种清洁中，需要适当管理清洁时间。作为管理清洁时间的方法有例如通过清洁率管理的方法和通过温度监控管理的方法。
在上述前者的方法中，根据副生成物膜的清洁率计算出清洁时间，仅在此计算出的清洁时间内对反应管内进行清洁。但是，该情况下附着在反应管内的副生成物膜的膜厚不固定，因此难以进行清洁时间的管理。而且，需要每次把握不同膜质的清洁率。
上述后者的方法，利用清洁时产生的反应热(附着在反应管内的副生成物膜和清洁气体的反应热)。例如，通过温度传感器监控反应管内的温度，根据此温度判断副生成物膜和清洁气体的反应是否已结束。但是，此时只能把握设有温度传感器的地方的、副生成物膜和清洁气体的反应的进行。而且，构成反应管的石英也会通过与清洁气体的反应产生反应热，因此难以确实地仅监控副生成物膜和清洁气体的反应热。
以下，参照附图说明对根据这样的见解而构成的本发明的实施方式。另外，在以下的说明中，关于具有大致相同的功能及结构的结构要素，附上相同的符号，只在必要时进行重复说明。
图1是表示本发明的实施方式的纵型热处理装置的图。如图1所示，热处理装置1具有长度方向向着垂直方向的大致圆筒形的反应管(反应室)2。反应管2由耐热及耐腐蚀性优良的材料，例如由石英形成。
在反应管2的上端设置向着上端侧被设置形成为使直径逐渐缩小的、大致圆锥形的顶部3。在顶部3的中央设置用于排出反应管2内的气体的排气口4。排气口4通过密封的排气管5连接排气部GE。如后所述，排气部GE中，设置阀、真空排气泵等的压力调整机构。通过排气部GE排出反应管2内的气氛，并且可设定为预定的压力(真空度)。
在反应管2的下方设置盖体6。盖体6由耐热及耐腐蚀性优良的材料例如由石英形成。盖体6通过晶舟升降机(未图示)构成为可上下活动。若通过晶舟升降机盖体6上升，反应管2的下方侧(炉口部分)被关闭。若通过晶舟升降机盖体6下降，反应管2的下方侧(炉口部分)被打开。
在盖体6的上部设置保温筒7。保温筒7具有由电阻发热体构成的平面状的加热器8，该电阻发热体防止由来自反应管2的炉口部分的放热引起的、反应管2内的温度降低。此加热器8通过筒状的支承体9从盖体6的上面被支承于预定的高度。
在保温筒7的上方设置旋转台10。旋转台10具有可旋转地放置收容了被处理基板例如半导体晶片W的晶舟11的放置台的功能。具体地，在旋转台10的下部被设置旋转支柱12。旋转支柱12贯穿加热器8的中央部并连接在使旋转台10旋转的旋转机构13。
旋转机构13主要由电机(未图示)和旋转导入部15构成，旋转导入部15具备从盖体6的下面侧向上面侧以密封状态贯穿导入的旋转轴14。旋转轴14连结在旋转台10的旋转支柱12，通过旋转支柱12将电机的旋转力传给旋转台10。因此，当通过旋转机构13的电机旋转轴14旋转时，旋转轴14的旋转力传给旋转支柱12，而使旋转台10旋转。
晶舟11构成为半导体晶片W在垂直方向隔开预定的间隔并可收容多片。晶舟11由耐热及耐腐蚀性优良的材料例如石英形成。这样，由于在旋转台10上放置晶舟11，因此当旋转台10旋转时，晶舟11旋转，并且收容在晶舟11内的半导体晶片W旋转。
在反应管2的周围，包围反应管2地设置例如由电阻发热体构成的加热器16。通过此加热器16反应管2的内部升温(加热)到预定的温度，其结果，半导体晶片W被加热到预定的温度。
在反应管2的下端附近的侧面向反应管2内插穿用于导入处理气体(例如，成膜气体、清洁气体)的处理气体导入管17。处理气体导入管17通过质量流量控制器(MFC)(未图示)连接到处理气体供给源GSl。
用于在半导体晶片W上形成氮化硅膜，作为成膜气体使用例如六氯二硅烷(Si2Cl6)和氨(NH3)的混合气体。用于去除附着在反应管2的内部的副生成物膜(反应生成物)，作为清洁气体使用例如氟(F2)和氟化氢(HF)和稀释用的惰性气体的氮(N2)的混合气体。
另外，图1中只描述一个处理气体导入管17，但是，本实施方式中，根据导入到反应管2内的气体的种类，插穿多根处理气体导入管17。具体地，在反应管2的下端附近的侧面被***向反应管2内导入成膜气体的成膜气体导入管、和向反应管2内导入清洁气体的清洁气体导入管。
此外，在反应管2的下端附近的侧面插穿净化气体供给管18。净化气体供给管18通过质量流量控制器(MFC)(未图示)连接到净化气体供给源GS2。作为净化气体使用惰性气体例如氮气。
排气部GE包括通过接合部19密封地与排气管5连接的排气配管20。在排气配管20，从其上游侧***设置了主阀21、泵22和收集器23。主阀21调整排气配管20的开度，将反应管2内及排气配管20内的压力控制为预定的压力。泵22通过排气配管20、排气管5排出反应管2内的气体，并且调整反应管2内及排气配管20内的压力。收集器23由例如圆盘收集器、水收集器等构成，吸附排出气体中的微粒，例如包含在排出气体内的反应生成物等。另外，在排气配管20设有专用的加热器(未图示)，通过此加热器排气配管20的温度被调节到预定的温度。
排气配管20中设有旁路管24。旁路管24使其跨过主阀21，在主阀21的上游侧一端与排气配管20连接，在主阀21的下游侧另一端与排气配管20连接。旁路管24的直径设定为，其排气流量(排气流量横截面积)比排气配管20小。在旁路管24从其上游侧***设有辅助阀25、针型阀26和红外线传感器27。
辅助阀25调整旁路管24的开度，将旁路管24内的压力控制在预定的压力。通过开放辅助阀25，流过排气配管20的气体的一部分流到旁路管24。针型阀26预先调整开度，使针型阀26的两端的压力差成为预先确定的值。
红外线传感器27是利用根据气体的种类吸收固有波长的红外线的性质，并测定包含在排出气体中的预定成分的浓度的传感器。图2是表示红外线传感器27的图。红外线传感器27具有：构成旁路管24的一部分，即通过规定排出气体的通路的壁所形成的单元32。来自反应管2内的排出气体的一部分气体G通过旁路管24供给到单元32，作为测定样品。在单元32的两侧相对置的位置形成一对的窗31a、31b。在窗31a、31b的各外侧被设置红外线的发光元件33和感光元件36。窗31b和感光元件36之间被设置光学滤光器35。并且，设置红外线传感器27用的加热器34，以覆盖单元32整体。
窗31a、31b透过红外线，且最好由耐热性、耐腐蚀性优良的材料构成，例如，由二氟化钡(BaF2)构成。加热器34将单元32及窗31a、31b加热到预定温度例如高于等于150℃C。由此，可防止从反应管2内排出的副生成物的粉末附着在单元32及窗31a、31b上。
发光元件33在对应于窗31a、31b的位置，将红外光IR照射到单元32内的气体G。光学滤光器35仅向感光元件36，使已透过气体G的红外光IR中的、由成为测定对象的预定成分所吸收的、包含预定的波长的窄带(以下称预定波长频带)透过。接收通过了光学滤光器35的红外光IR的感光元件36，具有例如作为热电型红外检测器的功能。此热电型红外检测器根据感光上述预定波长频带时获得的信号强度，计算出包含在气体G中的预定成分的浓度。
即，在这种红外线传感器27中，通过气体G中的成为测定对象的预定成分，来自发光元件33的红外光IR的预定波长频带被部分吸收。在光学滤光器35中，只透过红外光IR的该预定波长频带，入射到感光元件36。因此，构成感光元件36的热电型红外检测器只测定测定对象成分的浓度即可，其结构可简单化。
另外，热处理装置1由于进行装置各部分的控制，具有包括信息处理部102的控制部100。例如，控制部100由微型处理器、处理控制器等构成。在控制部100连接，晶舟升降机(未图示)、加热器8、旋转机构13的电机、加热器16、设置在处理气体导入管17及净化气体供给管18的MFC、主阀21、泵22、收集器23、辅助阀25、针型阀26、红外线传感器27及排气配管用加热器等。控制部100控制必要的部件，用于测定热处理装置1的各部分的温度、压力、其他状态(包含红外线传感器27)。控制部100的信息处理部102根据测定数据进行各种判断。作为其结果，控制部100向热处理装置1的各部分输出控制信号等，按照如图3及图4所示的配方(时间顺序)进行控制。
然后，参照图3及图4说明如上构成的热处理装置1的使用方法。图3是表示本发明的实施方式的成膜处理的配方的图。图4是表示本发明的实施方式的清洁处理的配方的图。在成膜处理中，在将反应管2内设定为成膜气体分解的温度及压力的状态下，向反应管内供给成膜气体，在半导体晶片W上形成氮化硅膜。在清洁处理中，为去除附着在反应管2内的、以氮化硅为主要成分(表示为50％以上)的副生成物膜，在将反应管2内设定为清洁气体与副生成物膜反应的温度及压力的状态下，向反应管2内供给清洁气体。
具体地，例如图3(a)所示，首先在成膜处理中通过加热器16将反应管2内加热到预定的装载温度300℃。而且，例如图3(c)所示，从净化气体供给管18向反应管2内供给预定量的氮(N2)8升/分钟。接着，将收容了半导体晶片W的晶舟11放置到盖体6上，通过晶舟升降机(未图示)使盖体6上升。由此，将搭载半导体晶片W的晶舟11装载在反应管2内，且密封反应管2(装载工序)。
接着，如图3(c)所示，从净化气体供给管18向反应管2内供给预定量的氮，例如8升/分钟。与此同时，如图3(a)所示，通过加热器16将反应管2内加热到预定的成膜温度(处理温度)，例如600℃。另外，控制主阀21的开度，并且排出反应管2内的气体，例如图3(b)所示，将反应管2减压到预定的压力13.3pa(0.1Torr)。并且，将此减压及加热操作进行到，反应管2在预定的压力及温度下稳定(稳定化工序)为止。另外，在成膜处理中，最好关闭辅助阀25，以使反应管2内的排出气体不会流到旁路管24内。
而且，控制旋转机构13的电机，使旋转台10旋转，使晶舟11旋转。通过使晶舟11旋转，收容在晶舟11的半导体晶片W也旋转，半导体晶片W均匀地被加热。
反应管2内在预定的压力及温度下稳定时，停止来自净化气体供给管18的氮的供给。并且，从处理气体导入管17向反应管2内导入包含硅的第一成膜气体和包含氮的第二成膜气体。在此，例如图3(d)所示，作为第一成膜气体供给预定量的六氯二硅烷(Si2Cl6)0.1升/分钟。而且，例如图3(e)所示，作为第二成膜气体供给预定量的氨(NH3)1升/分钟。
导入到反应管2内的六氯二硅烷及氨，由于反应管2内的热引起热分解反应。通过该分解成分，生成氮化硅(Si3N4)，在半导体晶片W的表面形成氮化硅膜(成膜工序)。
在半导体晶片W的表面形成预定厚度的氮化硅膜时，停止来自处理气体导入管17的六氯二硅烷及氨的供给。而且，使反应管2内排气，并且从净化气体供给管18向反应管2内供给预定量的氮，例如图3(c)所示，10升/分钟。由此，将反应管2内的气体排出到排气管5(净化工序)。另外，用于将反应管2内的气体确实地排出，最好进行多次反复反应管2内的气体的排出及氮的供给的循环净化。
并且，例如图3(a)所示，通过加热器16使反应管2内成为预定的温度300℃。与此同时，例如图3(c)所示地，从净化气体供给管18向反应管2内供给预定量的氮8升/分钟。由此，如图3(b)所示，反应管2内的压力回到常压。最后，通过晶舟升降机(未图示)使盖体6下降，由此卸载晶舟11(卸载工序)。
若进行多次如上的成膜处理，由成膜处理生成的氮化硅作为副生成物膜，不仅堆积(附着)在半导体晶片W的表面，也堆积在反应管2的内面等。因此，进行预定次数的成膜处理后，执行热处理装置1的清洁处理。在清洁处理中，将清洁气体(F2、HF、N2)导入到反应管2内，进行附着在反应管2等、以氮化硅(Si3N4)为主成分的副生成物膜的去除(清洁)。此时，通过红外线传感器27测定来自反应管2的排出气体中包含的四氟化硅(SiF4)的浓度，根据此SiF4的浓度决定清洁的结束(结束点)。
具体地，在清洁处理中，首先，例如图4(a)所示，通过加热器16将反应管2内维持在预定的装载温度300℃。并且，例如图4(c)所示，从净化气体供给管18向反应管2内供给预定量的氮8升/分钟。接着，将未收容半导体晶片W的晶舟11放置在盖体6上，通过晶舟升降机(未图示)使盖体6上升，由此，将晶舟11装载到反应管2内，并密封反应管2(装载工序)。
然后，例如图4(c)所示，从净化气体供给管18向反应管2内供给预定量的氮8升/分钟。与此同时，例如图4(a)所示，通过加热器16将反应管2内加热到预定的清洁温度300℃。而且，排出反应管2内的气体，例如图4(b)所示，将反应管2减压到预定的压力53200Ps(400Torr)。而且，此减压及加热操作，进行到反应管2在预定的压力及温度下稳定为止(稳定化工序)。
反应管2内在预定的压力及温度下稳定时，就停止从净化气体供给管18的氮的供给。并且，从处理气体导入管17将清洁气体导入到反应管2内。在此，例如图4(d)所示，作为清洁气体供给预定量的氟化氢(HF)2升/分钟，例如图4(e)所示，预定量的氟(F2)2升/分钟，以及例如图4(c)所示，作为稀释气体的预定量的氮8升/分钟。
清洁气体在反应管2内被加热，清洁气体中的氟被活性化，即，成为具备多个具有反应性的自由原子的状态。该被活性化的氟与附着在反应管2的内面等的、以氮化硅为主要成分的副生成物膜接触，由此氮化硅和清洁气体如下式(1)进行反应。
…(1)
此反应的生成物(SiF4、N2、H2等)从反应管2内通过排气口4、排气管5、排气配管20排出到装置外部。其结果，附着在反应管内的、以氮化硅为主成分的副生成物膜被去除(清洁工序)。另外，清洁工序中的反应管2内的温度最好维持在200℃～500℃。而且，反应管2内的压力最好维持在13.3Pa(0.1Torr)～53320Pa(400Torr)。
在清洁工序的预定期间，例如工序整体或工序后半段中，通过红外线传感器27监控排出气体中所包含的四氟化硅(SiF4)的浓度。而且，在控制部100的信息处理部102中，比较由红外线传感器27获得的测定值同预先确定的基准值(设定值)来决定清洁的结束点。根据此决定控制部100结束清洁，因此还进行如下的工序。另外，后面描述决定结束点的详细内容。
若附着在反应管2内的副生成物膜被去除(最好在上述结束点之后立即)，就停止从处理气体导入管17的清洁气体的导入。并且，将反应管2内进行排气，并且例如图4(c)所示，从净化气体供给管18向反应管2内供给预定量的氮8升/分钟。由此，将反应管2内的气体排出到排气管5(净化工序)。
而且，例如图4(a)所示，通过加热器16使反应管2内成为预定的温度300℃。与此同时，例如图4(c)所示，从净化气体供给管18向反应管2内供给预定量的氮8升/分钟。由此，如图4(b)所示，使反应管2内的压力回到常压。最后，通过晶舟升降机(未图示)使盖体6下降，卸载晶舟11(卸载工序)。
通过以上的处理，在反应管2的内面和晶舟11的表面等之上形成的副生成物膜被去除。接着，将收容了新的一批半导体晶片W的晶舟11放置到盖体6上，以上述的方式再次进行成膜处理。
然后，说明决定清洁的结束点的详细内容。
在清洁工序的预定期间，例如工序整体或工序后半段中，通过红外线传感器27监控(测定)来自反应管2的排出气体中所包含的预定成分，在本实施方式中为四氟化硅(SiF4)的浓度。作为其结果，当来自反应管2的排出气体中不再包含四氟化硅时，就认为在反应管2等的、以氮化硅为主成分的副生成物膜已被去除，从而决定清洁工序的结束(结束点)。
因此，在清洁工序中，开放辅助阀25来将来自反应管2排出气体的一部分从排气配管20导入到旁路管24(红外线传感器27)。由此，来自反应管2的排出气体作为测定样品供给到红外线传感器27的单元32内，通过红外线传感器27测定四氟化硅的浓度。
在红外线传感器27中，来自发光元件33的红外光IR，通过窗31a入射到单元32内，通过排出气体、窗31b及光学滤光器35之后，被感光元件36感光。此时，依存于来自反应管2的排出气体中所包含的四氟化硅的浓度，红外光IR的预定波长频带被部分吸收。光学滤光器35，仅向感光元件36使红外光IR中的该预定波长频带透过。由热电型红外检测器构成的感光元件36，根据感光通过四氟化硅吸收的预定波长频带时所获得的信号强度，计算出四氟化硅的浓度。
这样，在红外线传感器27中，使来自发光元件33的红外光IR通过排出气体之后，通过光学过滤器35用感光元件36检测，由此测定四氟化硅的浓度。控制部100的信息处理部102，比较由红外线传感器27获得的测定值与预先确定的基准值(设定值)，来决定清洁的结束点。并且，控制部100根据此结束点执行结束清洁所需的工序。
根据本实施方式，通过由红外线传感器27决定清洁的结束点，由此，可将反应管2内以适宜的清洁时间进行清洁。因此，可降低反应管2的内壁面等的部件所受到的损伤，可抑制微粒的产生。另外，可防止徒然增加清洁气体的使用量。
进而，光学过滤器35仅将红外光IR中通过四氟化硅吸收的预定波长频带入射到感光元件36。因此，感光元件36只处理预定波长频带即可，可使其结构简单化。另外，在清洁工序中，最好通过加热器34将红外线传感器27的窗31a、31b加热到150℃以上。此时，可防止从反应管2内排出的副生成物的粉附着在窗31a、31b上。由此，可防止窗31a、31b的透过率降低，可防止红外线传感器27的性能降低。
(实施例1)
作为实施例1使用图1所示的装置，在反应管2的壁面堆积5μm的氮化硅膜，参照图4的配方按照已述的条件进行了清洁处理。此时，通过红外线传感器27监控清洁时的排出气体中的四氟化硅的浓度。
图5是表示根据此实验获得的、清洁时的排出气体中的所包含的四氟化硅的浓度的历时变化的图表。如图5所示，四氟化硅的浓度与开始清洁(图5的时间：2分钟)大致同时升高，约45分钟后(图5的时间：47分钟)变得与清洁前相同。此时，可将清洁开始后45分钟作为清洁的结束点来认识。
在实施例1中，观察清洁工序后的反应管2内时，未附着有氮化硅膜。因此，能确认以45分钟的清洁可完全去除附着在反应管2内的氮化硅膜。
(比较例1)
作为比较例1使用图1所示的装置，以同上述实施例1相同的条件进行清洁，此时，监控反应管2的温度。这对应于通过已有的温度监控器管理清洁时间的方法。
图6表示通过此实验获得的、清洁时的反应管内的温度的历时变化的图表。如图6所示，反应管内的温度从开始清洁(图6的时间：5分钟)开始上升，约60分钟后(图6的时间：65分钟)变得同清洁前相同。此时，可将清洁开始后60分钟作为清洁的结束点来认识。
因此，通过已有的温度监控器管理的方法，结束点比实施例1长15分钟。这可认为是由于石英和清洁气体的反应产生的反应热的影响等。
(补充实验)
进而，将堆积在反应管2的壁面上的氮化硅膜的厚度设为1.5、2、3、4μm时，也进行了与上述实施例1和比较例1相同的实验。其结果可确认，显示与氮化硅膜的厚度为5μm的情况相同的倾向。
(变更例1)
作为变更例1使用图1所示的装置，在反应管2的壁面堆积5μm的二氧化硅膜，作为清洁气体使用包含氟化氢(HF)和氨(NH3)的气体进行了清洁处理。此时，通过红外线传感器27监控了清洁时的排出气体中的乙醇(C2H5OH)的浓度。
图7是表示由此实验获得的、清洁时的排出气体中所包含的乙醇的浓度的历时变化的图表。如图7所示，乙醇的浓度开始清洁后升高，约35分钟后变得与清洁前相同。此时，可将清洁开始后35分钟作为清洁的结束点来认识。另外，在图7中，乙醇的浓度的峰值有两个，可认为是由于在反应管内的多处，例如在两处堆积了副生成物。
在变更例1中，观察清洁工序后的反应管2内时，未附着有二氧化硅膜。因此，能确认以35分钟的清洁可完全去除附着在反应管内的氮化硅膜。
另外，本发明不限于上述的实施方式，可进行各种变形、应用。以下说明本发明可应用的其他实施方式。
在上述实施方式中，作为从反应管2内的排出气体中所包含的预定成分选择了四氟化硅。但是，预定成分根据附着在反应管内的副生成物膜(如半导体晶片W那样的在被处理基板上形成的薄膜)的种类及清洁气体的种类而不同。
在被处理基板上形成的薄膜，除氮化硅以外，也可以是二氧化硅(SiO2)、氮化钛(TiN)、钨(W)、WSiO2、聚硅烷、氧化铝、氧化铪(HfO2)、硅酸铪(HfSiO2)、氮化硅酸铪等。该情况下，附着在反应管内的副生成物膜成为，氮化硅、二氧化硅、氮化钛、钨、聚硅烷、氧化铝、氧化铪、硅酸铪、氮化硅酸铪、这些衍生物等。另外，清洁气体只要是能够去除附着在反应管内的副生成物膜即可，例如可以是包含氟、氟化，氢、三氟化氯、氨、氯、或包含这些的混合气体。
例如，附着在反应管内的副生成物膜为二氧化硅(SiO2)的情况下，作为清洁气体可以使用包含氟化氢的气体、包含氟和氟化氢的气体、包含氟化氢和氨的气体等。该情况下，测定的气体最好是四氟化硅。
另外，作为清洁气体使用三氟化氯(ClF3)的情况下，测定的气体根据形成在被处理基板上的膜的种类最好是如下的气体。在被处理基板上形成氮化硅膜(SiN膜)或氧化硅膜(SiO膜)的情况下，测定的气体最好是四氟化硅、四氯化硅、或三氟化氮(NF3)。在被处理基板上形成氮化钛(TiN)膜的情况下，测定的气体最好是四氯化钛(TiCl4)、四氟化钛(TiF4)、或三氟化氮(NF3)。在被处理基板上形成钨膜(W膜)的情况下，测定的气体最好是四氟化钨(WE4)。在被处理基板上形成WSiO2膜的情况下，测定的气体最好是四氟化硅或六氟化钨(WE6)。
使用TEOS(Si(C2H5O)4)，在半导体晶片W的表面上形成二氧化硅时，在反应管内附着由二氧化硅、碳、氢、氧等构成的副生成物膜。该情况下，使用例如包含氟化氢(HF)和氨(NH3)的气体作为清洁气体，例如将乙醇(C2H5OH)作为测定的气体，从而可以通过红外线传感器27决定清洁的结束点。
另外，附着在反应管上的副生成物膜，有时由氧化铝、氧化铪、硅酸铪、或氮化硅酸铪构成。该情况下，可采用例如四氟化铝(AlF4)、四氯化铪(HfCl4)或四氟化铪(HfF4)作为测定气体。
在上述实施方式中，清洁气体包含作为稀释气体的氮气。但是清洁气体也可以不包含稀释气体。作为稀释气体最好是惰性气体，除氮气以外可应用例如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)。
在上述实施方式的清洁工序中，连续测定从反应管2内排出的排出气体中包含的四氟化硅的浓度。但是，例如每隔几分不连续地测定也可以。该情况下，最好是随着清洁的推进使测定间隔缩短。
在上述实施方式中，红外线传感器27构成为，有选择地检测出(具有波长选择性)由作为测定对象的预定成分被吸收的预定波长频带。具体地，从发光元件3射出波长频带的宽红外光IR，通过光学滤光器35只透过预定波长频带。代之，不使用光学滤光器35而使用只射出预定波长频带的光源，例如半导体红外激光，由此可以使红外线传感器27具有波长选择性。另外，红外线传感器27也可以构成为不具有波长选择性，该情况下，也可以以适宜的清洁时间将反应管2内进行清洁。
在上述实施方式中，在排气配管20设置旁路管24，在此旁路管24***设置红外线传感器27。但是，只要能够测定从反应管2内排出的排出气体中所包含的预定成分的浓度就可以，例如，不设置旁路管24，在排气配管20***设置红外线传感器27也可以。另外，测定预定成分的浓度的测定部也可以是除红外线传感器之外的各种传感器。
在上述实施方式中，反应管2及盖体6由石英形成。但是，这些也可以例如由碳化硅(SiC)形成。
在上述实施方式中，对每种处理工序设置处理气体导入管17。但是，例如也可以按每种气体(氟、氟化氢、六氯二硅烷、氨、氮的5个)设置处理气体导入管17。另外，也可以在反应管2的下端附近的侧面，穿通多根处理气体导入管17，以使从多个导入相同的气体。该情况下，从多个处理气体导入管17向反应管2内供给处理气体，可以更均匀地将处理气体导入到反应管2内。
在上述实施方式中，使用单管结构的分批式热处理装置作为热处理装置。代之，本发明例如可以应用反应管由内管和外管构成的双重管结构的分批式纵型热处理装置。另外，本发明也可以应用于叶片式的热处理装置。被处理基板不限于半导体晶片W，可以是例如LCD用的玻璃基板。

Claims (20)

1.一种半导体处理用的成膜装置，具有：
反应室，收容被处理基板；
加热器，加热上述反应室内；
排气***，将上述反应室内进行排气；
成膜气体供给***，向上述反应室内供给成膜气体，该成膜气体用于在上述被处理基板上形成膜，进行成膜；
清洁气体供给***，向上述反应室内供给清洁气体，该清洁气体用于从上述反应室的内面去除来源于上述成膜气体的副生成物膜，进行清洁；
浓度测定部，设置在上述排气***中，用于监控从上述反应室排出的排出气体所包含的预定成分的浓度；以及
信息处理部，比较在上述浓度测定部获得的测定值和预设定值，决定上述清洁的结束点。
2.权利要求1所述的装置，还具备：
控制部，控制上述装置的动作；
上述控制部执行：
进行上述清洁的工序，其中，向上述反应室内供给上述清洁气体，并且将上述反应室内设定为，上述清洁气体与上述副生成物膜反应的温度及压力；以及
根据上述结束点结束上述清洁的工序，其中，在上述清洁中的预定的期间内，通过上述浓度测定部监控上述预定成分的浓度，通过上述信息处理部决定上述结束点。
3.权利要求2所述的装置，
上述控制部执行在上述清洁之前进行上述成膜的工序，其中，向上述反应室内供给上述成膜气体，并且将上述反应室内设定为上述成膜气体分解的温度及压力。
4.权利要求1所述的装置，
上述浓度测定部具有红外线传感器，该红外线传感器根据向上述排出气体照射了红外线时由上述预定成分吸收的波长，测定上述预定成分的浓度。
5.权利要求4所述的装置，
上述红外线传感器构成为，有选择地检测出由上述预定成分吸收的波长的频带。
6.权利要求4所述的装置，
上述红外线传感器具有：在规定上述排出气体的通路的壁上形成的1对窗的各外侧设置的发光元件和感光元件。
7.权利要求6所述的装置，
上述红外线传感器具备将上述1对窗加热到高于等于150℃的加热器。
8.权利要求1所述的装置，
上述排气***具备：将上述反应室连接到排气泵的排出通路，开闭上述排出通路的主阀，与所述主阀成并列地被连接在上述排出通路且上述浓度测定部设置在其上的旁路，以及比上述浓度测定部位于上游而开闭上述旁路的辅助阀。
9.权利要求1所述的装置，
上述预定成分是通过上述清洁气体和上述副生成物膜的反应而生成的气体。
10.权利要求9所述的装置，
上述副生成物膜具有：从由氮化硅、二氧化硅、氮化钛、钨、聚硅烷、氧化铝、氧化铪、硅酸铪、及氮化硅酸铪构成的群中选择出的物质；
上述清洁气体具有：从由氟、氟化氢、三氟化氯、氨、及氯构成的群中选择出的气体；
上述预定成分具有：从由四氟化硅、四氯化硅、三氟化氮、四氯化钛、四氟化钛、四氟化钨、六氟化钨、四氟化铝、四氯化铪、及四氟化铪要成的群中选择出的气体。
11.一种半导体处理用的成膜装置的使用方法，具有：
去除附着在上述成膜装置的反应室的内面的副生成物膜的、进行清洁的工序，其中，向上述反应室内供给清洁气体，并且将上述反应室内设定为上述清洁气体与上述副生成物膜反应的温度及压力；
在上述清洁中的预定期间内，监控从上述反应室排出的排出气体所包含的预定成分的浓度的工序；
比较上述预定成分的浓度的测定值和预设值，决定上述清洁的结束点的工序；以及
根据上述结束点结束上述清洁的工序。
12.权利要求11所述的方法，
还具备：在上述清洁之前，在上述被处理基板上形成膜的进行成膜的工序，其中，包括向上述反应室内供给成膜气体，并且将上述反应室内设定为上述成膜气体分解的温度及压力，以及上述副生成物膜来源于上述成膜气体。
13.权利要求11所述的方法，
上述成膜装置具备与控制所述装置的动作的控制部连接的浓度测定部和信息处理部，通过上述浓度测定部监控上述预定成分的浓度，由上述信息处理部决定上述结束点。
14.权利要求11所述的方法，
上述成膜装置具备：向上述排出气体照射红外线时，根据由上述预定成分吸收的波长来测定上述预定成分的浓度的红外线传感器。
15.权利要求14所述的方法，
上述红外线传感器构成为，有选择地检测出由上述预定成分吸收的波长的频带。
16.权利要求14所述的方法，
上述红外线传感器具备：在规定上述排出气体的通路的壁上形成的1对窗的各外侧设置的发光元件和感光元件。
17.权利要求16所述的方法，
上述红外线传感器具备将上述1对窗加热到高于等于150℃的加热器。
18.权利要求11所述的方法，
监控上述预定成分的浓度的工序具有：将上述排出气体的被旁路的一部分作为测定样品的工序。
19.权利要求11所述的方法，
上述预定成分是通过上述清洁气体和上述副生成物膜的反应而生成的气体。
20.权利要求19所述的方法，
上述副生成物膜具有：从由氮化硅、二氧化硅、氮化钛、钨、聚硅烷、氧化铝、氧化铪、硅酸铪、及氮化硅酸铪构成的群中选择出的物质，
上述清洁气体具有：从由氟、氟化氢、三氟化氯、氨、及氯构成的群中选择出的气体，
上述预定成分具有：从由四氟化硅、四氯化硅、三氟化氮、四氯化钛、四氟化钛、四氟化钨、六氟化钨、四氟化铝、四氯化铪、及四氟化铪构成的群中选择出的气体。
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