JP2004260204A - Substrate processing equipment - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the conventional problem of supplying an etching gas to do uniform etching, and eventually do uniform cleaning of the inside of a reaction pipe. <P>SOLUTION: In order to bring about a state of exhaust from a gas exhaust pipe being stopped while a cleaning gas is supplied from a gas introduction pipe to a reaction pipe, a cleaning process is carried out at least one cycle or more to clean the inside wall of the reaction pipe, the cleaning process including the first step of removing extraneous matter adhering to the inside of the reaction pipe by filling it with the cleaning gas and the second step of removing the atmosphere filling the reaction pipe from the gas exhaust pipe after the first step, while stopping gas exhaust from the gas exhaust pipe or making the gas exhaust amount so much as not to influence the flow of the cleaning gas in the reaction pipe during the time from a designated point of time before supplying the cleaning gas from the gas introduction pipe into the reaction gas until when several seconds have passed after the start of the cleaning gas supply into the reaction pipe. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

発明の詳細な説明DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

発明の属する技術分野Technical field to which the invention belongs

本発明は、Ｓｉなどの基板上に半導体デバイスを製造する際に用いられる半導体デバイスの製造装置である基板処理装置に関するもので、特に反応室内のクリーニング技術に関するものである。   The present invention relates to a substrate processing apparatus, which is an apparatus for manufacturing a semiconductor device used when manufacturing a semiconductor device on a substrate such as Si, and particularly to a technology for cleaning a reaction chamber.

従来の技術Conventional technology

この種の基板処理装置において、反応室にクリーニングガスを供給、排気してクリーニングを実行することが知られている（特許文献１参照）。
図７により従来の半導体デバイスの製造装置を説明する。図７の反応炉の概念を示す断面図である。
所望の成膜処理により反応管１の内壁等に付着した反応副生成物の除去を目的とするセルフクリーニング工程においては、クリーニングガスとしてのエッチングガス４を、一定流量に制御して、連続的にガス導入管２からガスノズル７を経て複数の孔８から反応管１内へ供給していた。
また、その反応管１内を、ガス排気管３に接続された圧力調整バブル５の開度調整により、所望量のガスの排気を行なうことによって、反応管１内を一定の圧力に保っていた。 In this type of substrate processing apparatus, it is known that cleaning is performed by supplying and exhausting a cleaning gas to a reaction chamber (see Patent Document 1).
A conventional semiconductor device manufacturing apparatus will be described with reference to FIG. It is sectional drawing which shows the concept of the reaction furnace of FIG.
In a self-cleaning step for removing a reaction by-product adhered to the inner wall of the reaction tube 1 or the like by a desired film forming process, the etching gas 4 as a cleaning gas is controlled at a constant flow rate and continuously. The gas was supplied from the gas introduction pipe 2 through the gas nozzle 7 into the reaction tube 1 through the plurality of holes 8.
Further, the inside of the reaction tube 1 is maintained at a constant pressure by exhausting a desired amount of gas by adjusting the opening degree of the pressure adjustment bubble 5 connected to the gas exhaust tube 3. .

特開２００２−４７５７１号公報JP 2002-47571 A

しかしながら、従来のシステム、方法では、不均一なエッチング、エッチング残りが起こるという問題があった。   However, the conventional systems and methods have a problem that uneven etching and etching residue occur.

この原因は、従来においては、排気を行ないながらエッチングガスを供給しているので、次の事象が生じているためと考えられる。
（ａ）反応管１の形状、もしくは、ガスの供給位置と排気位置の位置関係により、ガス導入管２からガス排気管３へ向かう「流れ」が生じ、「流れ」の上流部分でエッチングガスが多く消費され、下流部分にエッチングガスが届きにくい。
（ｂ）反応管１から見て圧力が低い場所（つまりガス排気管付近）におけるガス拡散の度合いが大きいのに対し、反応管から見て圧力が高い場所（つまり反応管１上端部など）におけるガス拡散の度合いが小さく、反応管１内から見て圧力の高い場所にエッチングガスが届きにくい。
即ち、ガス導入管２からガス排気管３へ向かう「流れ」が生じ、「流れ」に沿っていない部分にエッチングガスが届きにくい。
具体的には、図７の矢印で示すように、反応管１のほぼ中間部位置からガス排気管３側には、ガスの流れに沿った強い流れ部分１１が生じる一方、反応管１の上部側は、ガスの流れに逆らった弱い流れ部分１２が生じ、ガス流量、分圧が反応管１内で一定ではなかったのである。
なお、この明細書において、「流れ」とは、排気作用から生じる意図的なガスの気流をいい、ガスの拡散によるものを除く。 This is considered to be because the following events have occurred since the etching gas is supplied while exhausting gas.
(A) Depending on the shape of the reaction tube 1 or the positional relationship between the gas supply position and the exhaust position, a “flow” from the gas introduction tube 2 to the gas exhaust tube 3 occurs, and the etching gas is generated at an upstream portion of the “flow”. A large amount is consumed, and it is difficult for the etching gas to reach the downstream portion.
(B) While the degree of gas diffusion is high in a place where the pressure is low as viewed from the reaction tube 1 (that is, in the vicinity of the gas exhaust pipe), in a place where the pressure is high as viewed from the reaction tube 1 (that is, in the upper end portion of the reaction tube 1). The degree of gas diffusion is small, and it is difficult for the etching gas to reach a location where the pressure is high when viewed from inside the reaction tube 1.
That is, a “flow” from the gas introduction pipe 2 to the gas exhaust pipe 3 is generated, and it is difficult for the etching gas to reach a portion not along the “flow”.
Specifically, as shown by the arrow in FIG. 7, a strong flow portion 11 along the gas flow is generated from the substantially middle position of the reaction tube 1 to the gas exhaust pipe 3 side, while the upper part of the reaction tube 1 is formed. On the side, a weak flow portion 12 against the gas flow was generated, and the gas flow rate and the partial pressure were not constant in the reaction tube 1.
In this specification, the term “flow” refers to an intentional gas flow generated by an exhaust action, and excludes a gas flow caused by gas diffusion.

本発明は、ＮＦ３などのエッチングガスを用いるセルフクリーニングを行なう半導体デバイス製造装置（基板処理装置）において、従来のエッチングガス供給の問題を解決し、均一なエッチング、延いては均一な反応管内のクリーニングを行なうことを目的とする。 The present invention solves the problem of conventional etching gas supply in a semiconductor device manufacturing apparatus (substrate processing apparatus) that performs self-cleaning using an etching gas such as NF3, and achieves uniform etching and, consequently, uniform cleaning in a reaction tube. The purpose is to do.

上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴とするところは、 反応管に連通するガス導入管と閉塞部材を有したガス排気管とを備えた基板処理装置において、前記ガス導入管から前記反応管内にクリーニングガスを供給している間、前記ガス排気管からの排気が停止されている状態があるようにするために、前記ガス導入管から前記反応管内にクリーニングガスを供給する前の所定時点から前記反応管内にクリーニングガスを供給開始から数秒経過する時点までに、排気を実質的に停止させるように前記閉塞部材の開度を制御する制御部を有し、前記制御部の制御により前記反応管内をクリーニングガスで充満させる基板処理装置にある。ここで、実質的に停止するとは、ガスの排気を完全に停止するばかりではなく、反応管内にクリーニングガスがほぼ均一に拡散する限りは、若干の排気量の排気を許容することをいう。したがって、反応管内でのクリーニングガスの流れを実質的に停止させ、クリーニングガスを拡散によって反応管内を充満させることができ、反応管内においてエッチングガスの分圧が均一になるばかりか、エッチングガスの圧力が上昇するのでエッチング速度（クリーニング速度）の向上もできるものである。   In order to solve the above problems, a first feature of the present invention is a substrate processing apparatus including a gas introduction pipe communicating with a reaction pipe and a gas exhaust pipe having a closing member. Before supplying the cleaning gas from the gas introduction pipe to the inside of the reaction tube, so that the exhaust from the gas exhaust pipe is stopped while supplying the cleaning gas into the reaction pipe. From a predetermined point in time to a point in time when several seconds have elapsed from the start of supplying the cleaning gas into the reaction tube, a control unit that controls the opening degree of the closing member so as to substantially stop the exhaust, and is controlled by the control unit. The substrate processing apparatus fills the inside of the reaction tube with a cleaning gas. Here, “substantially stop” means not only completely stopping the exhaust of the gas but also allowing a small amount of exhaust as long as the cleaning gas diffuses substantially uniformly in the reaction tube. Therefore, the flow of the cleaning gas in the reaction tube can be substantially stopped, and the inside of the reaction tube can be filled with the cleaning gas by diffusion, so that not only the partial pressure of the etching gas becomes uniform in the reaction tube, but also the pressure of the etching gas. , The etching rate (cleaning rate) can be improved.

ガス排気管からの排気は、前記ガス導入管からのクリーニングガス供給開始と同時又はクリーニングガス供給開始前に実質的に停止してもよく、クリーニングガスが供給されてから数秒経過するまでのいる間にガス排気管からの排気を実質的に停止すればよい。前記ガス導入管からのクリーニングガス供給開始後に排気を停止する場合、排気停止のタイミングは、排気管を閉じるのに要する時間と反応管内にクリーニングガスが反応管内ほぼ全体に容易に拡散するのに要する時間とが考慮される。例えば排気管を閉じるのに要する時間を２秒とし、クリーニングガスが反応管内ほぼ全体に容易に拡散するのに５秒かかるとすれば、合計７秒後となり、この７秒以内に排気を停止することが好ましい。５秒のマージンを取る理由は、反応管内にガスの流れが生成された後に排気を停止するので、ガスの供給ポートと排気ポートとの間の距離が長く、経路が複雑な場合、クリーニングガスを早く全体に到達させることができるためである。 The exhaust from the gas exhaust pipe may be stopped substantially simultaneously with the start of the supply of the cleaning gas from the gas introduction pipe or before the start of the supply of the cleaning gas. The exhaust from the gas exhaust pipe may be substantially stopped. When the exhaust is stopped after the start of the supply of the cleaning gas from the gas introduction pipe, the timing of the exhaust stop is determined by the time required to close the exhaust pipe and the time required for the cleaning gas to be easily diffused into the entirety of the reaction tube. Time is taken into account. For example, if the time required to close the exhaust pipe is 2 seconds and it takes 5 seconds for the cleaning gas to easily diffuse almost entirely in the reaction tube, it takes 7 seconds in total, and the exhaust is stopped within 7 seconds. Is preferred. The reason for taking a 5 second margin is that the exhaust is stopped after the gas flow is generated in the reaction tube. Therefore, when the distance between the gas supply port and the exhaust port is long and the path is complicated, the cleaning gas is used. This is because it can reach the whole quickly.

本発明の第２の特徴とするところは、反応管に連通するガス導入管と閉塞部材を有したガス排気管とを備えた基板処理装置において、前記ガス導入管から前記反応管内にクリーニングガスを供給している間、前記ガス排気管からの排気が停止されている状態があるようにするために、前記ガス導入管から前記反応管内にクリーニングガスを供給する前の所定時点から前記反応管内にクリーニングガスを供給開始から数秒経過する時点までに、排気を実質的に停止させるように前記閉塞部材の開度を制御する制御部を有し、前記制御部の制御により前記反応管内をクリーニングガスで充満させる第１段階と、この第１段階の後、前記反応室内を排気する第２段階とを設け、前記第１段階と第２段階とを少なくとも１サイクル以上繰り返す基板処理装置にある。第２段階は、洗浄反応後の反応物質がその後の洗浄反応を邪魔するので、一旦排気することにより、クリーニング効率を上げることができる。なお、第１段階と第２段階との繰り返し回数は、付膜している膜厚等により左右されるものである。
(発明の実施の形態) According to a second feature of the present invention, in a substrate processing apparatus including a gas introduction pipe communicating with a reaction pipe and a gas exhaust pipe having a closing member, a cleaning gas is supplied from the gas introduction pipe into the reaction pipe. During the supply, in order to have a state in which the exhaust from the gas exhaust pipe is stopped, a predetermined point in time before the cleaning gas is supplied from the gas introduction pipe into the reaction pipe into the reaction pipe. By the time when several seconds have elapsed from the start of the supply of the cleaning gas, the control unit controls the opening degree of the closing member so as to substantially stop the exhaust, and the control unit controls the inside of the reaction tube with the cleaning gas. A first stage of filling and, after the first stage, a second stage of evacuating the reaction chamber, wherein the substrate processing is performed by repeating the first and second stages at least one cycle or more. Apparatus is in. In the second stage, since the reactant after the cleaning reaction disturbs the subsequent cleaning reaction, the cleaning efficiency can be improved by once evacuating. The number of repetitions of the first step and the second step depends on the thickness of the applied film and the like.
(Embodiment of the invention)

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置２０が示されている。この基板処理装置２０は、例えば縦型であり、主要部が配置された筺体２２を有する。この筺体２２には、ポッドステージ２４が接続されており、このポッドステージ２４にポッド２６が搬送される。ポッド２６は、例えば２５枚の基板が収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ２４にセットされる。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a substrate processing apparatus 20 according to an embodiment of the present invention. The substrate processing apparatus 20 is, for example, a vertical type and has a housing 22 in which a main part is arranged. A pod stage 24 is connected to the housing 22, and a pod 26 is transported to the pod stage 24. The pod 26 accommodates, for example, 25 substrates, and is set on the pod stage 24 with a lid (not shown) closed.

筺体２２内において、ポッドステージ２４に対向する位置には、ポッド搬送装置２８が配置されている。また、このポッド搬送装置２８の近傍には、ポッド棚３０、ポッドオープナ３２及び基板枚数検知器３４が配置されている。ポッド搬送装置２８は、ポッドステージ２４とポッド棚３０とポッドオープナ３２との間でポッド２６を搬送する。ポッドオープナ３２は、ポッド２６の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド２６内の基板枚数が基板枚数検知器３４により検知される。 In the housing 22, a pod transport device 28 is disposed at a position facing the pod stage 24. A pod shelf 30, a pod opener 32, and a substrate number detector 34 are arranged near the pod transport device 28. The pod transport device 28 transports the pod 26 between the pod stage 24, the pod shelf 30, and the pod opener 32. The pod opener 32 opens the lid of the pod 26, and the number of substrates in the pod 26 with the lid opened is detected by the substrate number detector 34.

さらに、筺体２２内には、基板移載機３６、ノッチアライナ３８及び基板支持体４０（ボート）が配置されている。基板移載機３６は、例えば５枚の基板を取り出すことができるアーム４２を有し、このアーム４２を動かすことにより、ポッドオープナ３２の位置に置かれたポッド２６、ノッチアライナ３８及び基板支持体４０間で基板を搬送する。ノッチアライナ３８は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板を揃えるものである。 Further, a substrate transfer machine 36, a notch aligner 38, and a substrate support 40 (boat) are arranged in the housing 22. The substrate transfer machine 36 has an arm 42 from which, for example, five substrates can be taken out, and by moving this arm 42, the pod 26 placed at the position of the pod opener 32, the notch aligner 38, and the substrate support The substrate is transported between 40. The notch aligner 38 aligns the substrates by detecting notches or orientation flats formed on the substrates.

図２において、反応炉５０が示されている。この反応炉５０は、反応管５２を有し、この反応管５２内に前述した基板支持体が挿入される。反応管５２の下方は、基板支持体を挿入するために開放され、この開放部分はシールキャップ５４（図１にも示す）により密閉されるようにしてある。また、反応管５２の周囲には、ヒータ５６（図３に示す）が配置されている。そして、反応管５２には、反応ガスやクリーニングガスを供給するガス導入管５８と、反応ガスやクリーニングガスを排気するガス排気管６０とが接続されている。ガス導入管５８から供給されたガスは、反応管５２内に形成されたガスノズル６２の多数の孔６４から反応管５２内へ供給される。また、ガス排気管６０には、例えば圧力調整バルブからなる閉塞部材６６が設けられており、この閉塞部材６６は、シャットオフの機能を有する。 In FIG. 2, a reactor 50 is shown. The reaction furnace 50 has a reaction tube 52 into which the above-described substrate support is inserted. The lower part of the reaction tube 52 is opened for inserting a substrate support, and this opened part is sealed by a seal cap 54 (also shown in FIG. 1). A heater 56 (shown in FIG. 3) is arranged around the reaction tube 52. The reaction tube 52 is connected to a gas introduction tube 58 for supplying a reaction gas and a cleaning gas, and a gas exhaust tube 60 for exhausting the reaction gas and the cleaning gas. The gas supplied from the gas introduction pipe 58 is supplied into the reaction tube 52 from a number of holes 64 of a gas nozzle 62 formed in the reaction tube 52. Further, the gas exhaust pipe 60 is provided with a closing member 66 composed of, for example, a pressure adjusting valve, and the closing member 66 has a shut-off function.

次に上述したように構成された基板処理装置２０による基板処理工程について説明する。
まず、ポッドステージ２４に複数枚の基板を収容したポッド２６がセットされると、ポッド搬送装置２８によりポッド２６をポッドステージ２４からポッド棚３０へ搬送し、このポッド棚３０にストックする。次に、ポッド搬送装置２８により、このポッド棚３０にストックされたポッド２６をポッドオープナ３２に搬送してセットし、このポッドオープナ３２によりポッド２６の蓋を開き、基板枚数検知器３４によりポッド２６に収容されている基板の枚数を検知する。 Next, a substrate processing process by the substrate processing apparatus 20 configured as described above will be described.
First, when the pod 26 accommodating a plurality of substrates is set on the pod stage 24, the pod 26 is transported from the pod stage 24 to the pod shelf 30 by the pod transport device 28 and stocked on the pod shelf 30. Next, the pod 26 stocked on the pod shelf 30 is transported to the pod opener 32 and set by the pod transport device 28, the lid of the pod 26 is opened by the pod opener 32, and the pod 26 is detected by the substrate number detector 34. The number of substrates accommodated in the device is detected.

次に、基板移載機３６により、ポッドオープナ３２の位置にあるポッド２６から基板を取り出し、ノッチアライナ３８に移載する。このノッチアライナ３８においては、基板を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数の基板を同じ位置に整列させる。次に、基板移載機３６により、ノッチアライナ３８から基板を取り出し、基板支持体４０に移載する。 Next, the substrate is taken out from the pod 26 at the position of the pod opener 32 by the substrate transfer machine 36 and transferred to the notch aligner 38. In the notch aligner 38, the notch is detected while rotating the substrate, and the plurality of substrates are aligned at the same position based on the detected information. Next, the substrate is taken out from the notch aligner 38 by the substrate transfer device 36 and transferred to the substrate support 40.

このようにして、１バッチ分の基板を基板支持体４０に移載すると、所定の温度に設定された反応炉５０内に複数枚の基板を装填した基板支持体４０を装入し、シールキャップ５４により反応管５２内を密閉する。次に、ガス導入管５８から反応ガスを供給する。そして、反応管５２内の温度をモニタしながら、予め設定された昇温、降温プログラムに従って基板処理を実施する。 In this way, when a batch of substrates is transferred to the substrate support 40, the substrate support 40 loaded with a plurality of substrates is loaded into the reaction furnace 50 set at a predetermined temperature, and the seal cap The inside of the reaction tube 52 is sealed by 54. Next, a reaction gas is supplied from the gas introduction pipe 58. Then, while monitoring the temperature inside the reaction tube 52, the substrate processing is performed according to a preset temperature raising / lowering program.

基板処理が終了すると、所定の温度に降温した後、基板支持体４０を反応炉５０からアンロードし、基板支持体４０に支持された全ての基板が冷えるまで、基板支持体４０を所定位置で待機させる。次に、待機させた基板支持体４０の基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機３６により、基板支持体４０から基板を取り出し、ポッドオープナ３２にセットされている空のポッド２６に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置２８により、基板が収容されたポッド２６をポッド棚３０に搬送し、さらにポッドステージ２４に搬送して完了する。 When the substrate processing is completed, after the temperature is lowered to a predetermined temperature, the substrate support 40 is unloaded from the reaction furnace 50, and the substrate support 40 is kept at a predetermined position until all the substrates supported by the substrate support 40 cool. Have to wait. Next, when the substrate of the substrate support 40 in a standby state is cooled to a predetermined temperature, the substrate is taken out from the substrate support 40 by the substrate transfer device 36 and is transferred to the empty pod 26 set in the pod opener 32. Transport and house. Next, the pod 26 accommodating the substrate is transported to the pod shelf 30 by the pod transport device 28 and further transported to the pod stage 24 to complete the process.

図３において、上記基板処理装置のガスシステムが示されている。
パージ用のＮ２ガスが貯蔵された第１の貯蔵タンク６８は、第１の手動バルブ７０、第１の開閉バルブ７２、第１の流量制御バルブ７４、第２の開閉バルブ７６及び前述したガス導入管５８を介して反応管５２に接続されている。クリーニングガスが貯蔵された第２の貯蔵タンク７８は、第２の手動バルブ８０、第３の開閉バルブ８２、第２の流量制御バルブ８４、第４の開閉バルブ８６及び前述したガス導入管５８を介して反応管５２に接続されている。第１の反応ガスが貯蔵された第３の貯蔵タンク８８は、第３の手動バルブ９０、第５の開閉バルブ９２、第３の流量制御バルブ９４、第６の開閉バルブ９６及び前述したガス導入管５８を介して反応管５２に接続されている。第２の反応ガスが貯蔵された第３の貯蔵タンク９８は、第４の手動バルブ１００、第７の開閉バルブ１０２、第４の流量制御バルブ１０４、第８の開閉バルブ１０６及び前述したガス導入管５８を介して反応管５２に接続されている。 FIG. 3 shows a gas system of the substrate processing apparatus.
The first storage tank 68 storing the N2 gas for purging is provided with a first manual valve 70, a first opening / closing valve 72, a first flow control valve 74, a second opening / closing valve 76, and the above-described gas introduction. The tube 58 is connected to the reaction tube 52. The second storage tank 78 in which the cleaning gas is stored includes a second manual valve 80, a third opening / closing valve 82, a second flow control valve 84, a fourth opening / closing valve 86, and the gas introduction pipe 58 described above. It is connected to the reaction tube 52 through the. The third storage tank 88 storing the first reaction gas is provided with a third manual valve 90, a fifth opening / closing valve 92, a third flow control valve 94, a sixth opening / closing valve 96, and the above-described gas introduction. The tube 58 is connected to the reaction tube 52. The third storage tank 98 in which the second reaction gas is stored includes a fourth manual valve 100, a seventh opening / closing valve 102, a fourth flow control valve 104, an eighth opening / closing valve 106, and the above-described gas introduction. The tube 58 is connected to the reaction tube 52.

前述した閉塞部材６６を有するガス排気管６０は、ドライポンプ１０８に接続され、このドライポンプ１０８の作動により反応管５２内が減圧される。 The gas exhaust pipe 60 having the above-described closing member 66 is connected to a dry pump 108, and the inside of the reaction tube 52 is depressurized by the operation of the dry pump 108.

制御装置（制御部）１１０は、例えばコンピュータから構成され、開閉バルブ７２，７６，８２，８６，９２，９６，１０２，１０６の開閉、流量制御バルブ７４，８４，９４，１０４の流量、ヒータ５６への通電電力、閉塞部材６６の開度、ドライポンプ１０８の駆動等を制御する。 The control device (control unit) 110 is composed of, for example, a computer, and opens and closes the on-off valves 72, 76, 82, 86, 92, 96, 102, 106, the flow rates of the flow control valves 74, 84, 94, 104, and the heater 56. , The opening degree of the closing member 66, the driving of the dry pump 108, and the like.

次にクリーニング処理について説明する。
前述したように、基板処理を数バッチ繰り返すと、反応空間、例えば反応管５２の内壁に反応生成物が堆積し、時間とともにこの堆積した副生成物が剥れてしまい、パーティクルとなり、これが基板上に付着して歩留まりを低下させてしまうという問題がある。 Next, the cleaning process will be described.
As described above, when the substrate processing is repeated for several batches, the reaction product accumulates in the reaction space, for example, the inner wall of the reaction tube 52, and the accumulated by-product is peeled off with time, resulting in particles, which become particles on the substrate. To reduce the yield.

そこで、定期的に反応空間内のクリーニングを行なう必要があり、この実施形態においては、クリーニングガスとしてエッチングガス（例えばＮＦ３ガス）を供給することで反応空間内のセルフクリーニングを行なっている。なお、クリーニング処理は、図２に示されていないが、基板支持体を反応管５２に挿入した状態で行い、前記基板支持体に堆積した副生成物の除去も行う。 Therefore, it is necessary to periodically clean the reaction space. In this embodiment, the reaction space is self-cleaned by supplying an etching gas (for example, NF3 gas) as a cleaning gas. Although not shown in FIG. 2, the cleaning process is performed with the substrate support inserted into the reaction tube 52, and the by-products deposited on the substrate support are also removed.

図４において、前述した制御装置１１０のクリーニング工程における制御作動例がフローチャートとして示されている。また、図５において、上記制御作動例におけるタイムチャートが示されている。 FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a control operation in the cleaning process of the control device 110 described above. FIG. 5 shows a time chart in the control operation example.

まず、ステップＳ１０において、反応管５２内がベース圧力に設定された状態で閉塞部材６６を閉じる。次にステップＳ１２において、第４の開閉バルブ８６を開く。次のステップＳ１４において、第２の流量制御バルブ８４の流量を第１の設定値に設定する。この第１の設定値は、例えば１．５ｓｌｍである。次のステップＳ１６において、第３の開閉バルブ８２を開き、エッチングガスの供給を開始する（図５ｔ０）。これにより反応管５２内の圧力が徐々に上昇する。このままの状態をｔ１時間維持し、この時間ｔ１経過した時点での反応管５２内の圧力はｐ１に達する。ｔ１は例えば２５秒であり、ｐ１は例えば１０Ｔｏｒｒである。時間ｔ１が経過すると、次のステップＳ１８において、第２の流量制御バルブ８４の流量を第２の設定値に設定する。第２の設定値は、例えば０．２５ｓｌｍである。これにより反応管５２内の圧力はｐ１からｐ２へ上昇又はｐ１のまま維持される。この実施形態においては、ｐ２は例えば１０Ｔｏｒｒであり、ｐ１と等しくなっている。このままの状態をｔ２時間維持する。ｔ２は例えば６５秒である。
なお、第２の流量制御バルブ８４の流量を第１の設定値（例えば１．５ｓｌｍ）から第２の設定値（例えば０．２５ｓｌｍ）に減少させることにより、次の効果が得られる。
（ａ）第２の設定値より高い第１の設定値で、エッチングガスを供給することで、有効なエッチング速度を得られる圧力まで、早く上げることができる。
（ｂ）第１の設定値より低い第２の設定値でエッチングガスを供給することで、ガスノズル６２の孔６４付近のエッチングガスの濃度を下げ、反応管内のエッチングガスの均一性をより上げることができる。
（ｃ）第１の設定値より低い第２の設定値でエッチングガスを供給することで、エッチングによって消費されたエッチングガスを補充し、エッチングによるエッチングガス分圧の低下を防ぐことができる。
また、反応管５２内の圧力がｐ２になった状態でｔ４時間維持してもよい。ｔ４は例えば４５秒である。 First, in step S10, the closing member 66 is closed with the inside of the reaction tube 52 set to the base pressure. Next, in step S12, the fourth opening / closing valve 86 is opened. In the next step S14, the flow rate of the second flow control valve 84 is set to a first set value. The first set value is, for example, 1.5 slm. In the next step S16, the third opening / closing valve 82 is opened to start supplying the etching gas (t0 in FIG. 5). Thereby, the pressure in the reaction tube 52 gradually increases. This state is maintained for the time t1, and the pressure in the reaction tube 52 at the time when the time t1 has elapsed reaches p1. t1 is, for example, 25 seconds, and p1 is, for example, 10 Torr. When the time t1 has elapsed, in the next step S18, the flow rate of the second flow rate control valve 84 is set to the second set value. The second set value is, for example, 0.25 slm. Thereby, the pressure in the reaction tube 52 rises from p1 to p2 or is maintained at p1. In this embodiment, p2 is, for example, 10 Torr, which is equal to p1. This state is maintained for the time t2. t2 is, for example, 65 seconds.
The following effects can be obtained by reducing the flow rate of the second flow control valve 84 from the first set value (for example, 1.5 slm) to the second set value (for example, 0.25 slm).
(A) By supplying the etching gas at the first set value higher than the second set value, the pressure can be quickly increased to a pressure at which an effective etching rate can be obtained.
(B) By supplying the etching gas at a second set value lower than the first set value, the concentration of the etching gas in the vicinity of the hole 64 of the gas nozzle 62 is reduced, and the uniformity of the etching gas in the reaction tube is further increased. Can be.
(C) By supplying the etching gas at the second set value lower than the first set value, the etching gas consumed by the etching can be replenished and the partial pressure of the etching gas due to the etching can be prevented from lowering.
Alternatively, the pressure in the reaction tube 52 may be maintained at p2 for a time t4. t4 is, for example, 45 seconds.

ここまでが第１段階であり、エッチングガスをガス導入管５８から反応管５２の長手方向に延在するガスノズル６２を経て、多数の孔６４から反応管５２内に流しながら、ガス排気管６０の閉塞部材６６を閉じることによって、反応管５２内にガスを充満させて、封じ込める。
これにより、エッチングガス１１２のガス排気管６０に向かう偏った流れが緩和され、反応管５２内の全体にエッチングガスが拡散していき、反応管５２内においてエッチングガス１１２の分圧も均一となる。 This is the first stage, in which the etching gas is supplied from the gas introduction pipe 58 through the gas nozzle 62 extending in the longitudinal direction of the reaction pipe 52 to the gas exhaust pipe 60 while flowing into the reaction pipe 52 from the many holes 64. By closing the closing member 66, the reaction tube 52 is filled with gas and sealed.
Thereby, the biased flow of the etching gas 112 toward the gas exhaust pipe 60 is reduced, the etching gas diffuses throughout the reaction tube 52, and the partial pressure of the etching gas 112 in the reaction tube 52 becomes uniform. .

なお、図２において、符号１１４は、エッチングガス１１２が反応管５２内に供給された後、拡散していく状態を示し、符号１１６は反応管５２内全体にエッチングガス１１２が拡散し、ガスが均一な状態であることを示した仮想領域を示す。 In FIG. 2, reference numeral 114 indicates a state in which the etching gas 112 is diffused after being supplied into the reaction tube 52, and reference numeral 116 indicates that the etching gas 112 diffuses throughout the reaction tube 52, and the gas is diffused. 5 shows a virtual region indicating a uniform state.

また、エッチングガス１１２の消費、および、エッチングによる生成ガスによる、ガスの上下流におけるエッチングガス分圧の変化に関しても、エッチングガス、および、エッチングガスによる生成ガスの拡散により、エッチングガス分圧は均一となる。 Also, regarding the consumption of the etching gas 112 and the change in the partial pressure of the etching gas upstream and downstream of the gas due to the gas generated by the etching, the partial pressure of the etching gas is uniform due to the diffusion of the gas generated by the etching gas and the etching gas. It becomes.

即ち、反応管５２の内壁に堆積している反応生成物の除去は、次のような原理から表せる。反応生成物（固体状）であるＳｉ３Ｎ４とエッチングガスである４ＮＦ３とが反応し、３ＳｉＦ４と４Ｎ２の生成ガスが生成されることにより、反応生成物が除去されるものである。
なお、この間、ヒータ５６による反応管５２内の温度は、例えば６３０°Ｃに保たれている。
従来のように反応管内にガスの流れがある場合、ガス流れの上流側ではＮＦ３が消費される一方、ＳｉＦ４とＮ２が多く存在する状態になり、エッチングガスの分圧が上流、下流で異なってしまう。
しかし、上記本発明の実施形態のようにガスの流れを作らずに封じ込めることで、ＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｎ２のそれぞれのガスが拡散し易くなるので、それぞれのガスのガス分圧が等しくなり、反応管５２内に均一なエッチングガスを供給することができる。これにより均一なクリーニングが可能となる。 That is, the removal of the reaction products deposited on the inner wall of the reaction tube 52 can be expressed by the following principle. The reaction product (solid state) Si3N4 and the etching gas 4NF3 react with each other to generate a product gas of 3SiF4 and 4N2, thereby removing the reaction product.
During this time, the temperature inside the reaction tube 52 by the heater 56 is maintained at, for example, 630 ° C.
If a gas flow is present in the reaction tube as in the conventional case, NF3 is consumed on the upstream side of the gas flow, while SiF4 and N2 are present in a large amount, and the partial pressure of the etching gas differs between the upstream and downstream sides. I will.
However, since the gas of NF3, SiF4, and N2 is easily diffused by containing the gas without forming the gas flow as in the embodiment of the present invention, the gas partial pressure of each gas becomes equal, and A uniform etching gas can be supplied into the tube 52. This enables uniform cleaning.

また、第１段階において、エッチングガスを供給している間、ガスの排気を行なっていないため、反応管５２内の圧力が上昇するが、この圧力上昇により、エッチング速度の上昇も期待できる。 In the first stage, while the gas is not exhausted while the etching gas is being supplied, the pressure in the reaction tube 52 increases. However, the increase in the pressure can be expected to increase the etching rate.

前述したようにステップＳ１８で第２の流量制御バルブ８４を第２の設定値に設定してからｔ２時間経過すると、次のステップＳ２０へ進む。このステップＳ２０において、第３の開閉バルブ８２を閉じ、次のステップＳ２２において、第４の開閉バルブ８６を閉じ、次のステップＳ２４において、閉塞部材６６を開く。これにより反応管５２のエッチングガスはガス排気管６０を介して排気され、反応管５２内の圧力は急激にベース圧力まで下がる。 As described above, when the time t2 has elapsed since the second flow control valve 84 was set to the second set value in step S18, the process proceeds to the next step S20. In this step S20, the third opening / closing valve 82 is closed. In the next step S22, the fourth opening / closing valve 86 is closed. In the next step S24, the closing member 66 is opened. As a result, the etching gas in the reaction tube 52 is exhausted through the gas exhaust tube 60, and the pressure in the reaction tube 52 rapidly decreases to the base pressure.

ここまでが第２段階であり、反応管５２内からエッチングガスと生成ガスとを排気する。 This is the second stage, in which the etching gas and the generated gas are exhausted from the reaction tube 52.

次のステップＳ２６においては、上記第１段階と第２の段階との処理が所望の回数繰り返したか否かを判定する。このステップＳ２６により所望の回数が繰り返されたと判断されると、次の処理（基板処理）へと進む。一方、このステップＳ２６により所望の回数が繰り返されていないと判定されると、ステップＳ１０に戻り、第１段階と第２段階との処理を繰り返して実行する。ステップＳ２２において閉塞部材６６が開かれてからｔ３時間待って反応管５２内のエッチングガスと生成ガスとの排気を十分行い、次のサイクルにおけるステップＳ１０の閉塞部材６６を閉じる。この時間ｔ３は例えば４秒である。 In the next step S26, it is determined whether or not the processing of the first and second steps has been repeated a desired number of times. If it is determined in step S26 that the desired number of times has been repeated, the process proceeds to the next process (substrate process). On the other hand, if it is determined in step S26 that the desired number of times has not been repeated, the process returns to step S10, and the processes in the first and second stages are repeatedly executed. After the closing member 66 is opened in step S22, the etching gas and the generated gas in the reaction tube 52 are sufficiently exhausted after waiting for a time t3, and the closing member 66 in step S10 in the next cycle is closed. This time t3 is, for example, 4 seconds.

以上述べたように、反応管５２内のクリーニング工程を第１段階と第２段階に分けて行なうことにより、均一なクリーニングを実施することができるが、よりクリーニング効率を上げたい場合は、これら、第１段階及び第２段階のサイクルを少なくとも１サイクル以上繰り返し行なうことにより、エッチング残りのない、均一なエッチングを行なうことができる。 As described above, by performing the cleaning step in the reaction tube 52 in the first stage and the second stage separately, uniform cleaning can be performed. By repeating the cycles of the first stage and the second stage at least one cycle or more, uniform etching without etching residue can be performed.

このように本発明の実施形態により提供されたクリーニング方法によれば、反応管内の均一なクリーニングが可能となる。 Thus, according to the cleaning method provided by the embodiment of the present invention, uniform cleaning of the inside of the reaction tube becomes possible.

また、上述したクリーニング工程にて反応管内をセルフクリーニングした基板処理装置を用いれば、品質の高い半導体デバイスの生産が可能となるものである。 In addition, if a substrate processing apparatus in which the inside of the reaction tube is self-cleaned in the above-described cleaning step is used, high-quality semiconductor devices can be produced.

なお、本発明は上述した形態に限らず、種々の変更が可能である。
即ち、第１段階においては、ガスの排気は完全に止めなくとも、反応管内に供給されたエッチングガスの流れが不均一にならない、また、ガスの均一な拡散に影響がない程度の排気量であれば、排気は行ないつつエッチングガスを供給しても良い。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made.
That is, in the first stage, even if the exhaust of the gas is not completely stopped, the flow of the etching gas supplied into the reaction tube does not become non-uniform, and the exhaust amount does not affect the uniform diffusion of the gas. If so, the etching gas may be supplied while exhausting gas.

また、第２段階の際、第２段階後、再度第１段階を行なう場合であれば、エッチングガスの供給を完全に止めなくとも、多少供給していても良い。なお、第２段階後、再度第１段階を行なわないのであれば、完全にエッチングガスを止めて排気するのが次の処理の際、残留ガス（エッチングガス）を残さないためにも好ましい。 In the case of performing the first step again after the second step in the second step, the supply of the etching gas may be somewhat stopped without completely stopping the supply. If the first step is not performed again after the second step, it is preferable to completely stop and exhaust the etching gas in order to prevent a residual gas (etching gas) from being left in the next processing.

以上のように、第１段階の際、クリーニングガスが反応管内にわたり均一に拡散する方法であれば、種々の変更は可能である。 As described above, in the first stage, various changes are possible as long as the cleaning gas is uniformly diffused in the reaction tube.

図６において、他の実施形態が示されている。この他の実施形態は、前述した実施形態と比較すると、前述した実施形態においては、クリーニングガス供給開始前に閉塞部材を閉じて排気を停止したのに対し、クリーニングガス供給開始後に閉塞部材を閉じて排気を停止するようにした点が異なる。 FIG. 6 shows another embodiment. In this other embodiment, as compared with the above-described embodiment, in the above-described embodiment, the closing member was closed and the exhaust was stopped before the cleaning gas supply was started, whereas the closing member was closed after the cleaning gas supply was started. The difference is that the exhaust is stopped.

即ち、この実施形態においては、まずステップＳ１２、ステップＳ１４、ステップＳ１６の処理を実行してクリーニングガスを反応管へ供給する。その後、所定時間経過後にステップＳ１０の処理を実行して排気を停止する。ここでの所定時間は、閉塞部材を閉じるのに要する時間と反応管内にクリーニングガスが反応管内ほぼ全体に容易に拡散するのに要する時間とが考慮される。例えばガス排気管を閉じるのに要する時間を２秒とし、クリーニングガスが反応管内ほぼ全体に容易に拡散するのに５秒かかるとすれば、合計７秒後となり、この７秒以内に排気を停止することが好ましい。５秒のマージンを取る理由は、反応管内にガスの流れが生成された後に排気を停止するので、ガスの供給ポート（例えば第４の開閉バルブ８６の出口）と排気ポート（ガス排気管６０の入口）との間の距離が長く、経路が複雑な場合、クリーニングガスを早く全体に到達させることができるためである。 That is, in this embodiment, first, the processing of steps S12, S14, and S16 is executed to supply the cleaning gas to the reaction tube. Thereafter, after a predetermined time has elapsed, the processing of step S10 is executed to stop the exhaust. Here, the predetermined time takes into account the time required to close the closing member and the time required for the cleaning gas to diffuse easily into almost the entire reaction tube in the reaction tube. For example, if the time required to close the gas exhaust pipe is 2 seconds and it takes 5 seconds for the cleaning gas to easily diffuse into almost the entirety of the reaction tube, it takes 7 seconds in total, and the exhaust is stopped within 7 seconds. Is preferred. The reason for setting a margin of 5 seconds is that the exhaust is stopped after the gas flow is generated in the reaction tube, so that the gas supply port (for example, the outlet of the fourth on-off valve 86) and the exhaust port (for the gas exhaust pipe 60) are used. This is because when the distance between the cleaning gas and the inlet is long and the path is complicated, the cleaning gas can reach the whole quickly.

なお、上記実施形態及び実施例の説明にあっては、基板処理装置として、複数の基板を処理するバッチ式のものを用いたが、これに限定するものではなく、枚葉式のものであってもよい。 In the description of the above embodiments and examples, a batch processing apparatus for processing a plurality of substrates is used as the substrate processing apparatus. However, the present invention is not limited to this, and may be a single wafer processing apparatus. You may.

以上のように、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次のような実施形態が含まれる。
（１）反応管と、この反応管に連通するガス導入管と、前記反応管に連通し、開閉部材を有するガス排気管と、このガス排気管に設けられた排気停止手段と、前記ガス導入菅にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段と、このクリーニングガス供給手段により前記ガス導入管を介して前記反応管内にクリーニングガスを供給している間、前記ガス排気管からの排気が停止されている状態があるようにするために、前記ガス導入管から前記反応管内にクリーニングガスを供給する前の所定時点から前記反応管内にクリーニングガスを供給開始から数秒経過する時点までに、排気を実質的に停止させるように前記閉塞部材の開度を制御する制御手段とを具備することを特徴とする基板処理装置。
（２）ガス導入管から反応管内にクリーニングガスを供給している間、前記ガス排気管からの排気が停止されている状態があるようにするために、前記ガス導入管から前記反応管内にクリーニングガスを供給する前の所定時点から前記反応管内にクリーニングガスを供給開始から数秒経過する時点までに、排気を実質的に停止させ、前記制御部の制御により前記反応管内をクリーニングガスで充満させる基板処理工程を有する半導体デバイスの製造方法。 As described above, the present invention is characterized by the matters described in the claims, and further includes the following embodiments.
(1) a reaction tube, a gas introduction tube communicating with the reaction tube, a gas exhaust tube communicating with the reaction tube and having an opening / closing member, an exhaust stop means provided in the gas exhaust tube, and the gas introduction Cleaning gas supply means for supplying a cleaning gas to the tube; and exhausting from the gas exhaust pipe is stopped while the cleaning gas supply means supplies the cleaning gas into the reaction tube via the gas introduction pipe. In order to ensure that there is no exhaust gas, exhaust gas is substantially exhausted from a predetermined point in time before the supply of the cleaning gas from the gas introduction pipe into the reaction tube to a point in time when several seconds have elapsed from the start of the supply of the cleaning gas into the reaction tube. And a control means for controlling an opening degree of the closing member so as to stop the operation.
(2) The cleaning from the gas introduction pipe into the reaction tube is performed so that the exhaust from the gas exhaust pipe is stopped while the cleaning gas is supplied from the gas introduction pipe into the reaction tube. A substrate for substantially stopping the exhaust from a predetermined point in time before supplying the gas to a point in time when several seconds have elapsed from the start of supplying the cleaning gas into the reaction tube, and filling the inside of the reaction tube with the cleaning gas under the control of the control unit. A method for manufacturing a semiconductor device having a processing step.

以上述べたように、本発明によれば、ガス導入管から反応管内にクリーニングガスを供給している間、ガス排気管からの排気が停止されている状態があるようにするために、ガス導入管から反応管内にクリーニングガスを供給する前の所定時点から反応管内にクリーニングガスを供給開始から数秒経過する時点までに、排気を実質的に停止させ、、反応管内をクリーニングガスで充満させるようにしたので、反応管内にクリーニングガスを均一に拡散させることができ、均一な反応管内のクリーニングを行なうことができるものである。   As described above, according to the present invention, while the cleaning gas is being supplied from the gas introduction pipe into the reaction tube, the gas introduction is performed so that the exhaust from the gas exhaust pipe is stopped. From a predetermined point in time before the supply of the cleaning gas into the reaction tube from the tube to a point in time when several seconds have elapsed from the start of the supply of the cleaning gas into the reaction tube, the exhaust is substantially stopped, and the inside of the reaction tube is filled with the cleaning gas. Therefore, the cleaning gas can be uniformly diffused in the reaction tube, and the inside of the reaction tube can be uniformly cleaned.

本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る基板処理装置に用いた反応炉を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a reaction furnace used in the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る基板処理装置のガスシステムを示すガスシステム図である。FIG. 2 is a gas system diagram showing a gas system of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクリーニング工程の処理フローを示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a processing flow of a cleaning step in the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る基板処理装置におけるクリーニング工程のタイムチャートである。6 is a time chart of a cleaning step in the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る基板処理装置におけるクリーニング工程の処理フローを示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating a processing flow of a cleaning process in a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention. 従来の反応炉を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional reaction furnace.

符号の説明Explanation of reference numerals

２０ 基板処理装置
５２ 反応管
５８ ガス導入管
６０ ガス排気管
６６ 閉塞部材
１１０ 制御装置 Reference Signs List 20 substrate processing device 52 reaction tube 58 gas introduction tube 60 gas exhaust tube 66 closing member 110 control device

Claims (1)

反応管に連通するガス導入管と閉塞部材を有したガス排気管とを備えた基板処理装置において、
前記ガス導入管から前記反応管内にクリーニングガスを供給している間、前記ガス排気管からの排気が停止されている状態があるようにするために、
前記ガス導入管から前記反応管内にクリーニングガスを供給する前の所定時点から前記反応管内にクリーニングガスを供給開始から数秒経過する時点までに、
排気を実質的に停止させるように前記閉塞部材の開度を制御する制御部を有し、
前記制御部の制御により前記反応管内をクリーニングガスで充満させることを特徴とする基板処理装置。 In a substrate processing apparatus including a gas introduction pipe communicating with the reaction pipe and a gas exhaust pipe having a closing member,
While supplying the cleaning gas from the gas introduction pipe into the reaction tube, in order that there is a state in which the exhaust from the gas exhaust pipe is stopped,
From a predetermined point in time before the supply of the cleaning gas into the reaction tube from the gas introduction pipe to a point in time when several seconds have elapsed from the start of supply of the cleaning gas into the reaction tube,
A control unit that controls an opening degree of the closing member so as to substantially stop the exhaust,
A substrate processing apparatus, wherein the inside of the reaction tube is filled with a cleaning gas under the control of the control unit.

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