JP2002008991A

JP2002008991A - クリーニング方法

Info

Publication number: JP2002008991A
Application number: JP2000186942A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamamoto; 博之山本; Katsutoshi Ishii; 勝利石井; Kazuaki Nishimura; 和晃西村; Philip Spohr; フィリップスポール
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】石英製の処理容器等に損傷を与えることなく
不要な膜を効率的に除去することが可能なクリーニング
方法を提供する。【解決手段】半導体ウエハ等の被処理体Ｗに膜を堆積
させる処理容器８内にクリーニングガスを流して不要な
膜を除去するクリーニング方法において、前記クリーニ
ングガスを予めガス加熱機構５２で加熱して例えば活性
化し、この状態で処理容器内へ流し込む。これにより、
石英製の処理容器等に損傷を与えることなく不要な膜を
効率的に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理容器内に付着
した不要な膜を除去するクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は、半導体デバイスが高密度化及び高集積化
するに伴ってその仕様、すなわちデザインルールが年々
厳しくなっており、例えばデバイス中のキャパシタの絶
縁膜やゲート絶縁膜のように非常に薄い酸化膜などに対
しても更なる薄膜化が要求され、これと同時に更に高い
絶縁性が要求されている。このような状況下において、
従来用いられていたシリコン酸化膜やシリコンナイトラ
イド膜等に代えてより絶縁特性及び誘電率等の電気特性
の良好な材料として、金属酸化膜、例えばタンタル酸化
膜（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）やこのタンタル酸化膜よりも誘電率が
大きな複合金属酸化物膜、例えばＳｒＴｉＯ₃ （以下、
ＳＴＯとも称す）やＢａ_x Ｓｒ_1-x ＴｉＯ₃ （以下、Ｂ
ＳＴＯとも称す）等が検討されている。また、その他に
も誘電層として種々の金属膜や金属酸化物膜等も検討さ
れている。

【０００３】ところで、成膜装置などの熱処理装置、例
えば縦型、或いは横型の円筒体状の石英製の処理容器を
有する、いわゆるバッチ式の熱処理装置にあっては、パ
ーティクル発生防止の見地より、処理容器内壁やウエハ
ボート等に付着した不要な膜を除去するために、定期
的、或いは不定期的に上記不要な膜を除去するクリーニ
ング処理が行なわれる。このクリーニング処理には、処
理容器自体を取り外してこれをクリーニング液に浸漬す
ることにより不要な膜を除去する大掛かりなウェットク
リーニングと、処理容器を取り外すことなくこれを組み
付けた状態でＣｌＦ₃ 、ＨＣｌ、Ｃｌ₂、ＮＦ₃ 、Ｆ₂
などのクリーニングガスを流して不要な膜を除去する簡
便で、且つ所要時間が短くて済むドライクリーニングが
行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体デバ
イス全体の生産性（スループット）の向上の観点から
は、ドライクリーニングを用いてより効率的に不要な膜
を除去することが求められている。しかしながら、最近
検討されつつある上述したようなＳＴＯやＢＳＴＯ等の
複合金属酸化物膜、或いは新たな金属酸化物膜等に対し
ては十分にこの不要な膜を除去できない場合があった。
例えば、一般的には、クリーニング時の処理容器の温度
を高くすれば高くする程、クリーニングガスの反応性が
高まることとなる。この結果、今まで除去できなかった
新たな膜種も除去できるようになって、クリーニング効
率は上昇するが、これと同時に石英製の処理容器自体や
半導体ウエハを保持している石英製のウエハボート自体
もクリーニングガスにより損傷を受け易くなり、処理容
器の温度を過度に上昇させることはできない。

【０００５】また、従来より使用されているシリコン酸
化膜やシリコンナイトライド膜等の不要な膜を、より効
率的に、且つより短時間で除去することが望まれていて
も、前述のように温度を上げると処理容器自体が大きな
損傷を受けることになるので、この温度は例えばクリー
ニングガスのガス種にもよるが例えば８００℃以上に上
げることができず、クリーニング効率の更なる向上を図
ることができなかった。更には、クリーニングガスの導
入部の近傍は、このガスが室温程度の温度で導入されて
くることから、部分的に温度が下がり、このためこのガ
ス導入部近傍における不要な膜を十分に除去できない場
合が生ずる、といった問題もあった。本発明は、以上の
ような問題点に着目し、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、石英製の処理容器等
に損傷を与えることなく不要な膜を効率的に除去するこ
とが可能なクリーニング方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
真空引き可能な処理容器内にクリーニングガスを流して
不要な膜を除去するクリーニング方法において、前記ク
リーニングガスを予め所定の温度に予備加熱し、この予
備加熱されたクリーニングガスを前記処理容器内へ導入
する。請求項２に係る発明は、被処理体保持具に保持さ
れた複数の被処理体に対して所定の処理を施すための真
空引き可能な処理容器内にクリーニングガスを流して不
要な膜を除去するクリーニング方法において、前記クリ
ーニングガスを予め所定の温度に予備加熱し、この予備
加熱されたクリーニングガスを、前記被処理体保持具を
前記処理容器内に収容した状態で、前記処理容器内へ導
入する。これにより、処理容器、或いは処理容器と被処
理体保持具に損傷を与えることなく、不要な膜の除去レ
ートを向上させたり、或いは従来の方法では除去できな
かった不要な膜を効率的に除去することが可能となる。

【０００７】この場合、請求項３に規定するように、例
えば前記所定の温度は、前記クリーニングガスを活性化
させる温度であったり、或いは請求項４に規定するよう
に、例えば前記所定の温度は、前記クリーニングガスを
熱分解させる温度である。

【０００８】また、請求項５に規定するように、例えば
前記膜は、被処理体の表面に堆積させる膜と同じ種類で
ある。更に、請求項６に規定するように、例えば前記処
理容器は、石英又はＳｉＣにより形成されている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るクリーニン
グ方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は本発明に係るクリーニング方法を実施するための成膜
装置を示す構成図である。ここでは成膜装置としてＬＰ
−ＣＶＤによる縦型の成膜装置を例にとって説明する。
図示するようにこの成膜装置は、筒体状の石英製の内筒
２とその外側に所定の間隙４を介して同心円状に配置し
た石英製の外筒６とよりなる２重管構造の処理容器８を
有しており、その外側は、加熱ヒータ等の加熱手段１０
と断熱材１２を備えた加熱部１４により覆われている。
上記加熱手段１０は断熱材１２の内面に全面に亘って設
けられている。

【００１０】処理容器８の下端は、例えばステンレスス
チール製の筒体状のマニホールド１６によって支持され
ており、内筒２の下端は、マニホールド１６の内壁より
内側へ突出させたリング状の支持板１６Ａにより支持さ
れ、このマニホールド１６の下方より多数枚の被処理体
としての半導体ウエハＷを載置した被処理体保持具とし
ての石英製のウエハボート１８が昇降可能に挿脱自在に
なされている。このウエハボート１８は、石英製の保温
筒２０を介して回転テーブル２２上に載置されており、
この回転テーブル２２は、マニホールド１６の下端開口
部を開閉する蓋部２４を貫通する回転軸２６上に支持さ
れる。そして、この回転軸２６の貫通部には、例えば磁
性流体シール２８が介設され、この回転軸２６を気密に
シールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部２４
の周辺部とマニホールド１６の下端部との間には、例え
ばＯリング等よりなるシール部材３０が介設されてお
り、容器内のシール性を保持している。

【００１１】上記した回転軸２６は、例えばボートエレ
ベータ等の昇降機構３２に支持されたアーム３４の先端
に取り付けられており、ウエハボート１８及び蓋部２４
等を一体的に昇降できるようになされている。マニホー
ルド１６の側部には、内筒２内に成膜ガスや不活性ガ
ス、例えばＮ₂ガスを導入するためのガス導入ノズル３
６、処理容器８内のドライクリーニング時にクリーニン
グガスを導入するためのクリーニングガス導入ノズル３
８及び内筒２と外筒６との間隙４の底部から容器内の雰
囲気を排出する排気口４０がそれぞれ設けられており、
この排気口４０には、図示しない真空ポンプ等を介設し
た真空排気系が接続されている。また、上記クリーニン
グガス導入ノズル３８には、クリーニングガス供給手段
４２が接続されている。このクリーニングガス供給手段
４２はクリーニングガス源４４に連結したガス通路４６
を有しており、このガス通路４６に、開閉弁４８、クリ
ーニングガスの流量を制御するマスフローコントローラ
のような流量制御器５０、及びこの流量制御器５０の下
流側に介設されて流れるクリーニングガスを所定の温度
に予備加熱するガス加熱機構５２が介設されて、所望の
値に流量制御されたクリーニングガスを所定の温度に加
熱して処理容器８内へ流し得るようになっている。上記
ガス加熱機構５２は、温度制御可能になされたガス加熱
ヒータ５４を有しているが、この内部はクリーニングガ
スを加熱し得るものであればその内部構造は問わない。
ここでは、クリーニングガスとして、例えば三フッ化塩
素であるＣｌＦ₃ ガスを用いている。尚、クリーニング
ガスとしてフッ化塩素（ＣｌＦ）も用いることができ
る。また、図中、５６は外筒６の下端とマニホールド１
６の上端との間に介在されたＯリング等のシール部材で
ある。

【００１２】次に、以上のように構成された装置を用い
た成膜プロセスについて説明する。まず、半導体ウエハ
（被処理体）Ｗを保持するためのウエハボート（被処理
体保持具）１８がアンロード状態で成膜装置が待機状態
の時には、処理容器８は成膜プロセス温度、例えば６０
０℃、或いはそれよりも低い温度に維持されている。そ
して、図示しないウエハキャリアよりウエハボート１８
に未処理のウエハＷを移載し、このように、常温の多数
枚のウエハＷを保持した状態のウエハボート１８を処理
容器８内にその下方より上昇させてロードし、蓋部２４
でマニホールド１６の下端開口部を閉じることにより容
器内を密閉する。そして、処理容器８内を所定の成膜プ
ロセス圧力に維持すると共に、ウエハ温度が上昇して所
定の成膜プロセス温度に安定するまで待機し、その後、
所定の成膜ガス等を処理ガス導入ノズル３６から処理容
器８内に導入する。成膜ガスは、処理ガス導入ノズル３
６から内筒２内の底部に導入された後に、この中を回転
されているウエハＷと接触しつつ成膜反応して上昇し
て、天井部から内筒２と外筒６との間の間隙４を流下し
て、排気口４０から容器外へ排出される。この結果、ウ
エハＷ上に所定の膜が成膜される。

【００１３】以上が、成膜プロセスの流れであるが、こ
のような成膜プロセスを繰り返し行なっていくと、成膜
ガスの流れ方向に沿ってこれと接触する石英部材の壁面
に不要な膜が僅かずつではあるが、形成されることは避
けられない。不要な膜は、ウエハボート１８、内筒２の
内外面、外筒６の内側面、保温筒２０の表面等に付着す
る。このため、ある程度の回数だけ成膜処理を行なった
ならば、パーティクルの原因となる不要な付着膜を除去
するためのクリーニング操作を行なう。このクリーニン
グ操作においては、その一例としてウエハを保持してい
ない空のウエハボート１８を処理容器８内へ導入した状
態で行なう。すなわち、まず、上述したような工程を経
て最後に成膜処理を行った後、昇降機構３２を駆動する
ことによって上記ウエハボート１８を処理容器８内から
アンロードする。この後、このウエハボート１８に収容
されている処理済みのウエハＷを、図示しない移載機構
を用いてウエハキャリア（図示せず）へ全て移載してウ
エハボート１８を空にする。このように、処理済みのウ
エハＷの移載が完了したならば、再度、上記昇降機構３
２を駆動することによって、この空のウエハボート１８
を処理容器８内へロードし、マニホールド１６の下端開
口部を蓋部２４により密閉する。そして、加熱手段１０
により処理容器８を所定の温度、例えば２００〜１００
０℃の範囲内に維持しつつ、流量制御されたクリーニン
グガスとしてのＣｌＦ₃ガスをクリーニングガス導入ノ
ズル３８から内筒２内の底部に供給すると同時に、必要
ならば希釈ガスとして不活性ガス、例えばＮ₂ ガスを処
理ガス導入ノズル３６から供給する。この場合、上記ク
リーニングガスは、処理容器８内へ導入される直前にガ
ス加熱機構５２によって所定の温度まで加熱昇温され、
予備加熱されている。

【００１４】上記不活性ガスと予め所定の温度に予備加
熱されたクリーニングガスとは、処理容器８内にて混合
され、この混合ガスは、前記した成膜ガスと同様に、内
筒２内を上昇して天井部まで届き、そして、ここで折り
返して、内筒２と外筒６との間の間隙４内を流下して排
気口４０から容器外へ排出されることになる。このＣｌ
Ｆ₃ ガスが流れる経路において壁面に付着している不要
な膜が、ＣｌＦ₃ ガスと反応してエッチングされ、少し
ずつ除去されることになる。この際、上述のようにクリ
ーニングガスは、処理容器８内へ導入される直前に、所
定の温度まで昇温されているので、反応性が富んだ状態
となっており、効率的に且つ迅速に不要な膜を除去で
き、クリーニングを例えば短時間で効率的に行なうこと
が可能となる。

【００１５】具体的には、ガス加熱機構５２におけるク
リーニングガスの加熱昇温の温度は、単にガス分子の運
動エネルギーが増加する程度の温度でもよいし、また
は、ガス分子が高エネルギー状態に励起されて化学反応
を非常に起こし易い状態まで活性化される温度、例えば
ＣｌＦ₃ ガスの場合には２００〜４００℃程度まで加熱
してもよいし、更には、ガス分子が元素に分解するよう
な温度、例えばＣｌＦ₃ガスの場合には３００〜１００
０℃程度まで加熱してもよい。上述のように、クリーニ
ングガスを処理容器８内へ導入する直前に所定の温度ま
で予備加熱するようにしたので、まず、従来方法のよう
に室温程度の温度までクリーニングガスを導入していた
時はガス導入部の近傍の温度が部分的に低下して、この
部分の不要な膜を完全に除去できない場合が生じたが、
本発明方法の場合にはガス導入部の近傍の温度低下がな
くなり、従って、この部分における不要な膜も略完全に
除去することが可能となる。

【００１６】また、処理容器８の温度等のクリーニング
プロセス条件を従来方法と同じに設定してクリーニング
を行えば、クリーニングガスを予備加熱することによっ
てクリーニングレート（膜除去レート）が上昇し、その
分、クリーニング時間を短縮することができ、しかも、
石英製の構成部品に大きな損傷を与えることがない。ま
た、従来方法においては、石英製の構成部品の損傷が大
きいにもかかわらず、クリーニング温度を高くしなけれ
ば除去できないような不要な膜に対しては、本発明方法
によれば、クリーニング温度を低く設定してもクリーニ
ングガスの温度を予備加熱により十分に不要な膜と反応
が起こるような温度に昇温しているので、石英製の構成
部品の表面に大きな損傷を与えることなく、この不要な
膜のみを効率的に除去してクリーニングすることが可能
となる。

【００１７】また更には、電力機器等の構成上、加熱部
１４の加熱可能の上限温度が８００〜１０００℃程度で
あって、この程度の温度では不要な膜を除去できないよ
うな場合にあっても、本発明方法の場合にはクリーニン
グプロセス温度（処理容器８等の温度）を上述のように
８００〜１０００℃程度に維持し、そして、クリーニン
グガスをこれよりも更に高い温度、例えば１２００℃程
度まで予備加熱することにより、石英製の構成部品に損
傷を与えることなく、しかも従来方法では除去できなか
った不要な膜も除去することが可能となる。また、従来
のクリーニング方法における処理容器内の圧力は、数１
００Ｐａ（数Ｔｏｒｒ）程度であったが、これを数１０
ｋＰａ（数１００Ｔｏｒｒ）に設定することにより、よ
り効率的に不要な膜を除去することが可能となり、クリ
ーニング効率を更に向上させることが可能となる。

【００１８】ここで、上記クリーニングの対象となる不
要な膜とは、例えばＳｉ膜、ＳｉＯ₂ 膜、Ｓｉ₃ Ｎ₄
膜、ＢＳＴＯ（Ｂａ_x Ｓｒ_1-x ＴｉＯ₃ ）膜、ＳＴＯ
（ＳｒＴｉＯ₃ ）膜、ＴｉＮ膜、Ｒｕ膜、ＲｕＯ₂ 膜、
Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜、Ｗ膜、ＷＳｉ膜等のように、例えばＭＯ
ＳＦＥＴで使用されるような多くの膜が対象となる。
尚、上記実施例では、縦型の処理容器８の構造が内筒２
と外筒６とよりなる２重管構造の場合を例にとって説明
したが、これに限定されず、図２に示すような処理容器
８が１つの石英製の例えば外筒６だけよりなる単管構造
の成膜装置にも適用することができる。尚、図２中にお
いて、図１に示す装置と同一構成部品については同一符
号を付して説明を省略する。ここでは、上述のように処
理容器８は１つの石英製の例えば外筒６だけにより構成
されている。そして、この外筒６の上端部に大口径の排
気口４０を設け、ここより真空排気を行なっている。

【００１９】この場合には、クリーニング時にはマニホ
ールド１６に設けたクリーニングガス導入ノズル３６よ
り、予め予備加熱されたクリーニングガスがこの処理容
器８内を上昇しつつ石英製の構成部材の表面に付着して
いる不要な膜を除去し、そして、このガスは上端の排気
口４０から容器外へ排出されることになる。また、この
図２に示す単管構造の装置例の場合には、処理容器８の
上端に排気口４０を設けたが、これに限定されず、図３
に示すように、排気口４０は、図１に示した場合と同様
に、マニホールド１６に設けておき、これに対して、ガ
ス導入ノズル３６及びクリーニングガス導入ノズル３８
を、共に単管構造の処理容器８（外筒６）の内壁に沿っ
て上方へ這わせて設置し、そのノズル口を処理容器８の
天井部に位置させている。これによれば、このクリーニ
ングガス導入ノズル３６より、予め予備加熱されたクリ
ーニングガスがこの処理容器８内を降下しつつ石英製の
構成部材の表面に付着している不要な膜を除去し、そし
て、このガスはマニホールド１６に設けた排気口４０か
ら容器外へ排出されることになる。

【００２０】図２及び図３に示す装置例の場合にも、図
１にて示した場合と同様な作用効果を発揮し、例えば石
英製の部材の表面を損傷することなく不要な膜を効率的
に除去することが可能となる。また、ここでは一度に複
数枚の半導体ウエハを処理することができるバッチ式の
成膜装置を例にとって、本発明方法を説明したが、これ
に限定されず、本発明方法は半導体ウエハを一枚ずつ処
理する枚葉式の成膜装置にも適用できるのは勿論であ
る。また、被処理体としては半導体ウエハに限定され
ず、ＬＣＤ基板、ガラス基板も用いることができるのは
勿論である。更に、２重管構造または単管構造の処理容
器８は、ＳｉＣから構成してもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のクリーニ
ング方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮す
ることができる。クリーニングガスを予め予備加熱して
処理容器内へ導入するようにしたので、処理容器、或い
は処理容器と被処理体保持具に損傷を与えることなく、
不要な膜の除去レートを向上させたり、或いは従来の方
法では除去できなかった不要な膜を効率的に除去するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクリーニング方法を実施するため
の成膜装置を示す構成図である。

【図２】処理容器が１つの石英製の外筒だけよりなる単
管構造の成膜装置を示す図である。

【図３】単管構造の他の成膜装置を示す図である。

【符号の説明】

８処理容器１８ウエハボート２０保温筒３６ガス導入ノズル３８クリーニングガス導入ノズル４２クリーニングガス供給手段４４クリーニングガス源５２ガス加熱機構Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

フロントページの続き (72)発明者西村和晃神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号東京エレクトロン東北株式会社相模事業所内 (72)発明者スポールフィリップ神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号東京エレクトロン東北株式会社相模事業所内Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 DA06 KA04 KA25 KA41 5F004 AA15 BB19 BB29 5F045 AA06 AD06 AD07 DP19 EB03 EB06 EC02 EE06 EK21 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空引き可能な処理容器内にクリーニン
グガスを流して不要な膜を除去するクリーニング方法に
おいて、前記クリーニングガスを予め所定の温度に予備
加熱し、この予備加熱されたクリーニングガスを前記処
理容器内へ導入するようにしたことを特徴とするクリー
ニング方法。
【請求項２】被処理体保持具に保持された複数の被処
理体に対して所定の処理を施すための真空引き可能な処
理容器内にクリーニングガスを流して不要な膜を除去す
るクリーニング方法において、前記クリーニングガスを
予め所定の温度に予備加熱し、この予備加熱されたクリ
ーニングガスを、前記被処理体保持具を前記処理容器内
に収容した状態で、前記処理容器内へ導入するようにし
たことを特徴とするクリーニング方法。
【請求項３】前記所定の温度は、前記クリーニングガ
スを活性化させる温度であることを特徴とする請求項１
または２記載のクリーニング方法。
【請求項４】前記所定の温度は、前記クリーニングガ
スを熱分解させる温度であることを特徴とする請求項１
または２記載のクリーニング方法。
【請求項５】前記膜は、被処理体の表面に堆積させる
膜と同じ種類であることを特徴とする請求項１乃至４の
いずれかに記載のクリーニング方法。
【請求項６】前記処理容器は、石英又はＳｉＣにより
形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいず
れかに記載のクリーニング方法。