JP2717185B2

JP2717185B2 - 熱処理装置のクリーニング方法

Info

Publication number: JP2717185B2
Application number: JP63145068A
Authority: JP
Inventors: 進田中; 浩飯塚
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-06-13
Filing date: 1988-06-13
Publication date: 1998-02-18
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: JPH0214522A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、熱処理装置のクリーニング方法に関する。

（従来の技術）反応炉別例えば半導体ウエハを熱処理反応させるCVD,
拡散炉等では、プロセス中にウエハ以外の反応容器等に
反応生成物が付着し、これをそのまま放置しておくとコ
ンタミネーションの発生をまねき、半導体製品の歩留ま
りが悪化するので、定期的に反応管等を洗浄する必要が
あった。

ここで、従来の反応管の洗浄方法としては、装置より
反応管を取り外し、専用の洗浄機により弗硝酸等により
ウエットエッチングを行ない、純水により洗浄し、乾燥
機にいれて乾燥を行ない、反応管を装置に取り付け、取
り付け後の調整を要していた。

上記の洗浄方法によれば、特に反応管の取り付け，取
り外しに多くの時間と労力とを要し、この間は装置の稼
働を停止せざるを得ないので稼働率が極めて低かった。

このような洗浄は、プロセスの種類，ガスの流量等に
よっても相違するが、洗浄時間として最短でも１日を要
し、かつ、洗浄の頻度としては通常１回/1週であり、特
にひどい場合として、シリコン窒化膜，テオス｛TETRAE
THOXY SILANE;Si（OC₂H₅）_４｝酸化膜形成の場合には、
１回/2〜３日の洗浄頻度となっていた。このような頻度
で上記反応管の取り外し，取り付けを行なうのは、作業
者にとって極めて負担が大きかった。

そこで、上記問題点を解決するための提案が、特開昭
61−176113号公報に開示されている。

この提案によれば、反応管に洗浄用薬品の注入口およ
び排出口を接続し、注入口を介して弗硝酸を反応管内に
導入して所定時間放置することで、反応管のウエットエ
ッチングを実行する。この後、弗硝酸を排出し、純水を
注入口より導入して洗浄を行ない、その後乾燥を実行す
ることで、反応管を装置より取り外さずに洗浄を行なう
というものである。

また、上記反応管外周に設けた金属製筒状電極と、上
記反応管内に挿入した金属製電極に電力を印加し、上記
反応管内に導入したエッチングガスを上記電力によりプ
ラズマ化し、このプラズマ化した上記エッチングガスに
より上記反応管内に付着した反応生成物を除去する技術
も開示されている。

さらに、反応管外周にプラズマ発生用の複数の電極を
設け、この複数の電極間でプラズマを発生させて、反応
管内に付着した反応生成物を除去するものが特開昭62−
196820号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする課題）上述した特開昭61−176113号公報による洗浄方法は、
実用化が極めて困難であった。

すなわち、装置に取り付けた状態でのウエットエッチ
ングを実行するために、従来構成にさらに追加して、劇
薬である洗浄用液体の供給系および排出系を要し、設備
が大掛りとなり、設置スペースの増大およびコストアッ
プが避けられない。また、既存の反応炉にこのような改
造を行なうことは事実上不可能である。

さらに、ウェットエッチングであるが故に乾燥時間に
長時間要し、真空乾燥によって短時間化を図ろうとすれ
ばそのための設備も要する。

また、上記反応管外周に設けた金属製筒状電極と、上
記反応管内に挿入した金属性電極に電力を印加すること
によりプラズマ化したエッチングガスにより除去する技
術では、上記反応管内に電極を挿入して使用するため、
この電極が上記プラズマによりスパッタリングされてし
まい、上記反応管内を汚染させてしまう。このため、上
記反応管内に挿入する電極表面を、上記スパッタリング
されないような材質例えば石英等で覆う必要があり、構
造が複雑となりコストが高くなってしまう問題点があっ
た。又、反応生成物は反応管内壁面に広範囲にわたって
付着するので、この付着した反応生成物を均一に除去す
るため、反応管内に供給したエッチングガスのプラズマ
発生効率を向上させる必要があった。

さらに、特開昭62−196820号公報に記載された技術で
は各電極間に電力を印加しても、電界方向が一定となる
ため、放電による電子の運動は単調となり、エッチング
ガスを大量にプラズマ化することは困難であった。

この発明は上記点に対処してなされたもので、エッチ
ングガスのプラズマ発生効率の向上を可能とし、このこ
とによりエッチング速度が向上するので短時間で反応管
内壁面等に付着した反応生成物を除去でき、なおかつ反
応管等を取り外すことなく不要な反応生成物を除去でき
るので装置自体の稼働率を向上可能とする熱処理装置の
クリーニング方法を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）この発明は、石英製の反応管の外側に設けられたコイ
ル状のヒータに電力を供給して当該反応管内を加熱する
熱処理工程により少なくとも前記反応管内壁面に付着し
た不要な反応生成物を除去するに際し、上記反応管の外側に、対をなす電極を対向する如く当
接させる工程と、上記反応管内にエッチングガスを供給するとともに、
排気を行う工程と、前記電極に高周波電力を供給するとともに、前記コイ
ル状のヒータに電力を供給して前記電極によって形成さ
せる電界とほぼ直交する成分を有する磁界を発生させ
て、前記反応管の内側にプラズマを発生させ、このプラ
ズマによるエッチングによって、前記不要な反応生成物
を除去する工程とを具備したことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の熱処理装置のク
リーニング方法において、前記電極に10MHz以下の周波数の高周波電力を供給す
ることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１の熱処理装置のク
リーニング方法において、前記電極が、熱処理工程の際に、前記石英製の反応管
内の温度を均一化する均熱効果を有する均熱管を兼ねた
ものであることを特徴とする。

（作用効果）この発明では、短時間で反応管等に付着した反応生成
物を除去でき、なおかつ反応管等を取り外すことなく反
応生成物を除去可能とする効果が得られる。

（実施例）以下、本発明方法を半導体ウエハを複数毎同時にバツ
チ処理するCVD装置に適用した一実施例につき図面を参
照して説明する。

まず、CVD装置の構成を説明する。

この装置は、例えば第１図に示すように縦型反応炉
で、軸方向を垂直にした反応管（１）から成る処理部
（２）と、この処理部（２）に搬入・搬出される被処理
基板例えば半導体ウエハ（３）を上記垂直方向に複数枚
例えば100〜150枚程度所定間隔を設けて積載したボート
（４）と、このボート（４）を、上記反応管（１）下方
の予め定められたボート（４）受け渡し位置（５）から
上記反応管（１）にロード・アンロードする搬送機構
（６）とから構成されている。

上記処理部（２）の上記反応管（１）は、耐熱性で処
理ガスに対して反応しにくい材質例えば石英からなり上
面が封止されている。このような反応管（１）を同軸的
に囲繞する如く筒状加熱機構例えばコイル状に巻回され
たヒータ（８）が設けられ、このヒータ（８）は第２図
（Ａ）（Ｂ）に示すように上記半導体ウエハ（３）の載
置される領域を所望する温度例えば700〜1000℃に均一
加熱する加熱機構例えば交流電源（７）に接続されてい
る。この交流電源（７）は、周波数例えば商用周波数で
ある50,60kHzであり、この交流電源（７）からの電力
は、トランス（９）を介して、ヒータ（８）の所望する
位置で複数箇所例えばヒータ（８）が３ゾーンで形成さ
れている場合４箇所でリード線（10）により接続されて
いる。

即ち、交流電源（７）からトランス（９）を介してリ
ード線（10）に接続されたヒータ（８）に電力を印加す
ることにより、ヒータ（８）が加熱され、又、この電力
の印加により、ヒータ（８）がコイル状に巻回されてい
るため、反応管（１）内で縦方向（11）に磁界が形成さ
れる。又、ヒータ（８）の材質は、大きな磁束密度が得
られるようにアンペアターンが大きくとれる抵抗値の小
さいものを使用することが望ましい。

又、上記反応管（１）の上部には、反応管（１）内部
に所定の処理ガスを供給するためのガス供給管（17）が
接続されていて、このガス供給管（17）は、図示しない
マスフローコントローラ等を介してガス供給源に接続さ
れている。そして、上記反応管（１）の下部には、排気
管（18）が接続され、この排気管（18）には、反応管
（１）内を所望の圧力に減圧及び処理ガス等を排出可能
な真空ポンプ（図示せず）に接続されている。

上記のように構成された反応管（１）内を気密に設定
する如く蓋体（19）が着脱自在に設けられている。この
蓋体（19）上方には、上記ウエハ（３）を積載したボー
ト（４）が設けられている。このボート（４）は、耐熱
性で処理ガスに対して反応しにくい材質例えば石英から
なっており、このボート（４）を上記反応管（１）内の
予め定められた高さ位置に設定可能な保温筒（20）が、
上記ボート（４）と蓋体（19）との間に設けられてい
る。

そして、上記蓋体（19）は、例えばボールネジとモー
タ等からなる搬送機構（６）に支持されており、縦軸方
向に上記ボート（４）が移動可能となっている。

上述した構成のCVD装置は、図示しない制御部で動作
制御される。

このようにして通常のCVD装置が構成されている。こ
の実施例ではさらに次に説明するクリーニング手段が設
けられている。

即ち、上記反応管（１）とヒータ（８）との間には、
例えば上記反応管（１）と外周形状に適応させた円筒形
の導電板を、所定の間隔を設けて縦方向に複数分割例え
ば対向する如く２分割させた電極（12）（12）が上記ヒ
ータ（８）と絶縁して設けられている。この電極（12）
は、導電性で上記反応管（１）内部少なくとも半導体ウ
エハ載置領域の均熱効果を有し、さらに重金属例えばN
a,K,Mg,Fe,Cu,Ni等を透過しない材質例えばシリコンカ
ーバイド，導電性セラミック，グラファイト等で形成さ
れている。そして、上記電極（12）（12）には、第３図
（Ｂ）に示めす如くRF電源（15）からの電力がマッチン
グボックス（14）およびバランストランス（13）を介し
て高周波電力が供給される如く構成されている。この電
力の供給により、上記対向した電極（12）間に高周波放
電を生起させ、上記反応管（１）内部に導入された処理
ガスを励起してプラズマを発生させる。また、電極（1
2）（12）対を近接あるいは密着させる如く、円周方向
にスライド移動させることにより、プラズマの発生領域
を反応管（１）内の全内周域に形成できる。又、上記反
応管（１）の交換時等においては、上記反応管（１）と
各電極（12）の密着を解除する如く第３図（Ａ）に示め
すようにスライド移動させる移動機構（16）が設けられ
ている。ここで、この移動機構（16）と上記電極（12）
との結合部は、上記RF電源（15）との接続端子を兼ねて
おり、例えば移動機構（16）に設けられた上記接続端子
と電極（12）がスプリングワッシャ等を介してSUS製の
ネジにより止められている。この時、上記ヒータ（８）
の熱により上記結合部が加熱されると、電極（12）及び
上記ネジの熱膨張係数の違いからゆるみ等が発生するた
め、上記結合部を上記ゆるみ等が発生しない温度例えば
200℃以下に設定することが好ましい。

次に、上述したCVD装置による半導体ウエハ（３）へ
の膜形成処理及び反応管（１）内に付着した反応生成物
を除去する方法即ち、洗浄方法を説明する。

まず、図示しないウエハ移替え装置によりウエハ
（３）が積載されたボート（４）を、受け渡し位置
（５）に設定した保温筒（20）上に、ハンドラ（21）に
より把持搬送し載置する。そして、上記ボート（４）
を、搬送機構（６）により所定量上昇させ、上記反応管
（１）内の予め定められた位置に反応管（１）の内壁に
接触させることなく搬入する。この時、上記反応管
（１）下端部と上記蓋体（19）を当接させることによ
り、自動的にウエハの位置を位置決めすると共に上記反
応管（１）内部を気密にする。次に、上記反応管（１）
内を所望の低圧状態例えば0.1〜3Torrに保つように図示
しない真空ポンプで排気制御する。又、予め交流電源
（７）からトランス（９）を介してリード線（10）に接
続されたヒータ（８）に電力を印加し、ヒータ（８）を
所望の温度例えば500〜1000℃程度に設定する。そし
て、上記設定後、上記排気制御しながらガス供給源から
図示しないマスフローコントローラ等で流量を調節しつ
つ処理ガス例えばSiH₄とO₂を反応管（１）内に、ガス供
給管（13）から所定時間供給する。すると、反応管
（１）内に設置されたウエハ（３）表面には、下式に
示すSiO₂膜が堆積する。

SiH₄＋O₂→SiO₂＋2H₂↑ …… このCVD処理後、処理ガスの供給を停止し、反応管
（１）内部を不活性ガス例えばN₂ガスに置換し、常圧復
帰する。そして、上記処理後のウエハ（３）を積載した
ボート（４）を受け渡し位置（５）に搬送機構（６）に
より搬送し処理が終了する。

このようなCVD処理をくり返し実行すると、上記反応
管（１）内壁面上に反応生成物例えば上記処理の場合Si
O₂が付着してしまう。このような反応生成物が付着した
まま上記CVD処理を実行すると、処理中に上記付着物が
反応管（１）から剥離し、塵となってウエハ（３）に付
着してしまい汚染の原因となる。そのため上記付着した
反応生成物を定期的に除去する必要がある。

次に、処理工程例えば上記CVD工程により反応管
（１）内に付着した反応生成物の除去をプラズマエッチ
ングにて行なう方法について説明する。

まず、反応管（１）垂直下方の受け渡し位置に、ボー
ト（４）が設定されていないか確認し、蓋体（19）を搬
送機構（６）により上昇して、反応管（１）下端部と当
接させる。このことにより上記反応管（１）内を気密と
する。この状態で、反応管（１）内を所望の低圧状態例
えば１×10^-3Torrに保つように図示しない真空ポンプで
排気制御する。このとき既に、RF電源（15）に接続され
た電極（12）は、移動機構（16）により反応管（１）の
外周と密着する如くスライド移動してある。このような
状態で、ガス供給源から図示しないマスフローコントロ
ーラ等で流量を例えば1000SCCM程度に調節しながらエッ
チングガス例えばMF₃を反応管（１）内にガス供給管（1
7）から所定時間供給する。この時は、反応管（１）内
を0.2〜1Torrになるように排気制御しておく。

そして、RF電源（15）から高周波数例えば400kHz電力
例えば1KWを各電極（12）に印加する。すると、各電極
（12）間に放電が起こり、電界が反応管（１）と垂直横
方向（22）に発生する。又、これと同時に、交流電源
（７）からトランス（９）を介してリード線（10）に接
続されたコイル状のヒータ（８）に電力を印加する。す
ると、ヒータ（８）がコイル状に巻回されているため、
反応管（１）内で縦方向（11）に例えば30〜50gaussの
磁界が得られる。上記したように、横方向（22）の電界
と縦方向（11）の磁界が交差する方向例えばほぼ直交す
る如く同時に発生すると、放電により発生する電子は、
電界と磁界の直交方向にサイクロイド運動を行ないなが
ら移動するので、この電子の運動により反応管（１）内
に供給されたエッチングガスは、大量に励起される。こ
のことにより高密度のプラズマが発生し、このプラズマ
により反応管（１）に付着した反応生成物をプラズマエ
ッチングして除去する。このプラズマエッチングは、プ
ラズマによって発生したラジカルによるケミカルエッチ
と、プラズマによって発生したイオンシースで加速され
たイオンのスパッタエッチで行なわれる。

上記したように反応管（１）内部にプラズマを発生す
るが、この時、上記反応管（１）外周に上記各電極（1
2）を密着させた状態で電力を印加することにより、上
記電極（12）（12）間に上記反応管（１）が存在、即ち
反応管（１）材質の石英が存在することとなり、この石
英の誘電率が空気より数倍高いことから上記電極（12）
間の静電容量を十分に大きくすることができ、上記プラ
ズマが容易に発生し、更に強いプラズマ強度が得られ
る。そのため、低いRF電源（15）周波数例えば10MHz以
下でのプラズマの発生が可能となり、従来使用していた
高い周波数例えば13.56MHzを使用せずに上記プラズマを
発生させることができる。この13.56MHzの周波数は、電
波となって周囲に存在する他の装置を誤動作させてしま
うトラブルが頻繁に発生しており、上記周波数の電波シ
ールドは困難となっていた。しかし、上記各電極（12）
を反応管（１）外周に接触させることにより、上記10MH
z以下でのプラズマの発生が可能であるため、上記のよ
うに他の位置を誤動作させる問題は解決することができ
る。また、上記各電極（12）は移動機構（16）により上
記反応管（１）外周と接触或いは非接触に設定可能であ
るため、少なくとも上記プラズマを発生させる場合に上
記接触状態とし、上記反応管（１）の交換等の場合に上
記非接触状態とすることにより、上記反応管（１）を容
易に取り外すことができる。また、この反応管（１）の
取り外し時も、上記各電極（12）とその周囲に設けられ
ているヒータ（８）とは常に非接触状態を保っておき、
接触による上記ヒータ（８）の破損及び上記電極（12）
の破損を防止する。

このようなエッチングガスにより剥離された反応生成
物は、排気管（18）から排気され反応管（１）内に反応
生成物は残留しない。そして、所定時間エッチング後、
エッチングガスを停止し、反応管（１）内部を不活性ガ
ス例えばN₂ガスに置換し、常圧復帰する。この後、蓋体
（19）を移動機構（16）により受け渡し位置（５）に設
置してエッチング処理が終了する。

この発明は上記実施例に限定されるものではなく、例
えば反応管内に形成する磁場強度は30〜50gaussでなく
とも例えば100〜200gaussと高くすると、より一層プラ
ズマが高密度に発生する。又、磁界方向も反応管に対し
て縦方向と限定するものではなく、反応管内に発生する
電界と直交する成分を有する磁界の方向を形成するもの
なら何れでも良く、磁界の発生方法も、何れでも良いこ
とは言うまでもない。さらに、ヒータが３ゾーン分割で
形成されている場合、反応管内の温度が均一となる様に
各ゾーンに印加する電流値を調整して反応管内部の温度
コントロールを行なった状態で磁界を発生させても良い
し、各ゾーンに一定電流を流して均一に磁界を発生させ
ても良い。さらに又、使用する電源を交流用でなくとも
直流用でも良い。

さらに又、例えば石英製の反応管は単管でなくとも、
石英製の二重管例えば上面が封止された筒状の外管と、
この外管と非接触状態で筒状の内管とから反応管を構成
したものでも良い。この場合、二重構造の反応管の内管
にエッチングガスを供給し、内管と外管との間にエッチ
ングガスが流れるように排気制御すると、エッチングガ
スは、外部電極に沿って流れる。すると、電極の近くは
電界が強く、プラズマが強く発生するため、供給された
エッチングガスのプラズマへの変換効率が向上する。例
えばNF₃ガス流量1000SCCM,RF周波数400kHz,電力1KW時で
はプラズマへの変換効率が95％と高効率が得られた。

さらに又、上記実施例では、RF電源（15）からの接続
端子と電極（12）との結合をネジ等により行ない、ネジ
のゆるみ対策として、結合部を200℃以下に設定してい
たが、200℃以上の場所で結合する場合は、RF電源から
はRF信号を伝えるので結合部で直流の導通がなくとも交
流の導通が得られれば良いことになる。即ち、SiC等の
電極（12）とRF電源（15）の金属性端子との結合表面積
を大きくし、複数箇所でネジ止めする。すると、大気中
におかれたSiCは高温となると表面に酸化膜が発生し直
流の導通が得られなくなるが、結合表面積が大きいた
め、静電容量を大きくとることが出来るので、RF電流を
十分に流すことが出来る。この時、金属性接続端子と引
き出しリードの接続は、接続端子の温度が200℃以下の
所で接続することが望ましい。

さらに、上記実施例では電極は均熱管を兼ねて設けら
れていたが、夫々別系統で設けても良く、電極の分割は
２分割でなくともプラズマが有効に発生するものなら何
分割でも良く、又、電極材質として耐熱性金属をセラミ
ックで被覆したものでも良く、電極に印加する周波数は
周辺装置に悪影響を与えない例えば10MHz以下であれば
何れでも良い。

さらに又、上記実施例では石英製の反応管内部に付着
した反応生成物をプラズマエッチングしていたが、ウエ
ハを載置していない石英製のボートや保温筒を反応管内
に設置した状態でプラズマエッチングを行っても良く、
このようにするとボートや保温筒に付着した反応生成物
も同時に除去することが可能となり汎用性の高いものと
なる。

さらに又、上記実施例ではウエハをバッチ処理する縦
型反応炉からなるCVD装置として説明したが、CVD装置で
なくとも気相エピタキシャル成長装置や拡散装置，スパ
ッタ装置，エッチング装置，アッシャーなど処理容器内
壁面上に生成物が付着する場合のクリーニングであれば
何れでも良く、反応炉も横型に適応して良いことは言う
までもない。又、上記実施例を応用してウエハをバッチ
処理するプラズマCVD装置等として使用しても良い。

上述したようにこの実施例によれば、電界方向に対し
て直交方向に磁界を形成すると、電極間の放電による電
子が電界と磁界の直交方向にサイクロイド運動をしなが
ら移動するので供給されたエッチングガスを大量に励起
し、このことによりプラズマが高密度に発生し、この高
密度のプラズマにより反応管内壁面に付着した反応生成
物を短時間で除去できる。又、プラズマ発生効率が向上
するため、エッチングガスの供給が小量ですみ、コスト
の低減につながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を説明するための縦型反
応炉を使用したCVD装置の構成図、第２図は第１図装置
による反応管内の磁界発生を説明するための図、第３図
は第１図装置の電極の移動を説明するための図である。１……反応管、７……交流電源８……ヒータ、12……電極 15……RF電源

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−94635（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−216327（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−196820（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】石英製の反応管の外側に設けられたコイル
状のヒータに電力を供給して当該反応管内を加熱する熱
処理工程により少なくとも前記反応管内壁面に付着した
不要な反応生成物を除去するに際し、上記反応管の外側に、対をなす電極を対向する如く当接
させる工程と、上記反応管内にエッチングガスを供給するとともに、排
気を行う工程と、前記電極に高周波電力を供給するとともに、前記コイル
状のヒータに電力を供給して前記電極によって形成させ
る電界とほぼ直交する成分を有する磁界を発生させて、
前記反応管の内側にプラズマを発生させ、このプラズマ
によるエッチングによって、前記不要な反応生成物を除
去する工程とを具備したことを特徴とする熱処理装置のクリーニング
方法。
【請求項２】請求項１の熱処理装置のクリーニング方法
において、前記電極に10MHz以下の周波数の高周波電力を供給する
ことを特徴とする熱処理装置のクリーニング方法。
【請求項３】請求項１の熱処理装置のクリーニング方法
において、前記電極が、熱処理工程の際に、前記石英製の反応管内
の温度を均一化する均熱効果を有する均熱管を兼ねたも
のであることを特徴とする熱処理装置のクリーニング方
法。