JP3891765B2 - Method and apparatus for cleaning object to be processed - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体の洗浄方法及び洗浄装置に関し、詳しくは被処理体に付着した汚染物質を除去する被処理体の洗浄方法及び洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理によって、半導体ウエハ等の被処理体に、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜等の薄膜を形成することが広く行われている。このような薄膜を形成する工程では、例えば、図３に示すような熱処理装置が用いられている。
【０００３】
図３に示す熱処理装置５１を用いた薄膜の形成は以下のようにして行われる。まず、石英等のセラミックからなる内管５２ａと外管５２ｂとから構成された二重管構造の反応管５２をヒータ５３により所定の温度に加熱する。次に、複数枚の半導体ウエハ５４を、石英等のセラミックからなるウエハボート５５内に収容し、このウエハボート５５を反応管５２（内管５２ａ）内にロードする。続いて、排気ポート５６から反応管５２内のガスを排出し、反応管５２内を所定の圧力に減圧する。反応管５２内が所定の圧力に減圧されると、導入ポート５７から内管５２ａ内に処理ガスを供給し、半導体ウエハ５４の表面に薄膜を形成する。
【０００４】
ところで、空気中には、鉄、銅、アルミニウム等の物質（汚染物質）が含まれていることから、半導体ウエハ５４に汚染物質が付着する場合がある。このような汚染物質が付着した状態で半導体ウエハ５４上に薄膜を形成すると、半導体装置の特性が悪化し、歩留まりが悪くなるという問題が発生してしまう。このため、半導体ウエハ５４上に薄膜を形成する前には、半導体ウエハ５４に付着した汚染物質を除去する半導体ウエハ５４の洗浄が行われている。
【０００５】
半導体ウエハ５４の洗浄は、以下のようにして行われる。まず、反応管５２内を所定の温度、例えば８００℃に加熱し、反応管５２内に複数枚の半導体ウエハ５４が収容されたウエハボート５５をロードする。次に、導入ポート５７から内管５２ａ内に洗浄ガス、例えば塩酸（ＨＣｌ）ガスを供給する。反応管５２内では塩酸ガスが熱分解を起こし、熱分解により生成された塩素とウエハボート５５内の半導体ウエハ５４に付着した汚染物質とが反応して塩化物を生成する。そして、この塩化物を排気ポート５６を介して熱処理装置５１外に排出することにより、半導体ウエハ５４が洗浄される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体装置の高集積化に伴うデバイスパターンの微細化により、半導体ウエハ５４に付着した汚染物質量に対する許容範囲が厳しくなり、上記洗浄方法では許容範囲内にまで汚染物質を除去できなくなるという問題が生じてきた。このため、さらに半導体ウエハ５４に付着した汚染物質の除去が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被処理体に付着した汚染物質の除去効率を向上させることができる被処理体の洗浄方法及び洗浄装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる被処理体の洗浄方法は、複数の被処理体が収容された反応室を所定の温度に加熱し、該反応室内にクリーニングガスを供給して、前記被処理体の表面に付着した汚染物質を除去する被処理体の洗浄方法であって、前記反応室の温度を前記クリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱するとともに、前記反応室の外部でクリーニングガスを活性化可能な温度に加熱し、該活性化可能な温度に加熱したクリーニングガスを前記活性化状態を維持可能な温度に加熱した反応室内に供給する、ことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、クリーニングガスは、活性化可能な温度に加熱され、この加熱されたクリーニングガスが反応室内に供給される。また、反応室の温度はクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱される。このため、クリーニングガスは、活性化された状態で反応室内に供給され、反応室内でも活性化された状態が維持される。このように、活性化された状態のクリーニングガスが汚染物質と反応するので、この反応が促進される。従って、被処理体に付着した汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【００１０】
前記クリーニングガスは塩酸を含み、前記クリーニングガスを少なくとも８００℃に加熱し、前記反応室の温度を７００℃〜１０００℃に加熱することが好ましい。前記汚染物質としては、例えば鉄、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも一つがある。
【００１１】
この発明の第２の観点にかかる被処理体の洗浄装置は、複数の被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、前記反応室内に前記被処理体の表面に付着した汚染物質を除去する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、前記反応室の外部の前記クリーニングガス供給手段に介設され、前記クリーニングガスを所定の温度に加熱する加熱手段と、前記加熱部により前記反応室を前記クリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱させるとともに、前記加熱手段により前記クリーニングガスを活性化可能な温度に加熱させ、前記クリーニングガス供給手段により前記活性化可能な温度に加熱されたクリーニングガスを前記活性化状態を維持可能な温度に加熱された反応室内に供給させる制御手段と、を備える、ことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、制御手段により、加熱手段を介してクリーニングガスが活性化可能な温度に加熱され、この加熱されたクリーニングガスがクリーニングガス供給手段を介して反応室内に供給される。また、制御手段により、加熱部を介して反応室の温度がクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱される。このため、クリーニングガスは、活性化された状態で反応室内に供給され、反応室内でも活性化された状態が維持される。このように、活性化された状態のクリーニングガスが汚染物質と反応するので、この反応が促進される。従って、被処理体に付着した汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【００１３】
前記クリーニングガスは塩酸を含み、前記制御手段は、前記加熱手段に前記クリーニングガスを少なくとも８００℃に加熱させ、前記加熱部に前記反応室の温度を７００℃〜１０００℃に加熱させることが好ましい。前記汚染物質としては、例えば鉄、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも一つがある。
【００１４】
前記反応室は、例えば前記被処理体を収容する内管と、該内管を覆うように形成された有天井の外管とから構成されている。そして、前記クリーニングガス供給手段が前記内管内を臨むように配設されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかる被処理体の洗浄方法及び洗浄装置を、図１に示すバッチ式縦型熱処理装置を用いて、半導体ウエハに付着した汚染物質を除去する場合を例に説明する。
【００１６】
図１に示すように、熱処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備えている。反応管２は、内部に内管３と、内管３を覆うと共に内管３と一定の間隔を有するように形成された有天井の外管４とから構成された二重管構造に構成されている。内管３及び外管４は、耐熱材料、例えば石英により形成されている。
【００１７】
外管４の下方には、筒状に形成されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド５が配置されている。マニホールド５は、外管４の下端と気密に接続されている。また、内管３は、マニホールド５の内壁から突出すると共に、マニホールド５と一体に形成された支持リング６に支持されている。
【００１８】
マニホールド５の下方には蓋体７が配置されている。蓋体７は、ボートエレベータ８により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ８により蓋体７が上昇すると、蓋体７とマニホールド５とが接触し、反応管２が密閉される。
【００１９】
蓋体７には、例えば石英からなるウエハボート９が載置されている。ウエハボート９には、被処理体、例えば半導体ウエハ１０が垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容されている。
【００２０】
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように断熱体１１が設けられ、その内壁面には、例えば抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１２が設けられている。
【００２１】
また、マニホールド５の側面には、クリーニングガス導入管１３が挿通されている。クリーニングガス導入管１３は、例えば、内管３内を臨むように、支持リング６より下方のマニホールド５の側面に挿通されている。そして、クリーニングガス導入管１３から導入されたクリーニングガス、例えば塩酸（ＨＣｌ）ガスと希釈ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスとが反応管２内の内管３内に供給される。なお、マニホールド５の側面には、図示しない処理ガス導入管が挿通され、処理ガス導入管から導入された処理ガスにより、半導体ウエハ１０に薄膜を形成する等の各種の処理が行われる。
【００２２】
クリーニングガス導入管１３には、加熱器１５が介設されている。加熱器１５は、例えば抵抗発熱体からなるヒータを備え、加熱器１５内に供給されたクリーニングガスを所定の温度に加熱する。
【００２３】
マニホールド５の側面には排出口１４が設けられている。排出口１４は支持リング６より上方に設けられており、反応管２内の内管３と外管４との間に形成された空間に連通する。そして、クリーニングガスがクリーニングガス導入管１３から内管３内に供給されて半導体ウエハ１０の表面に付着した汚染物質の除去処理が行われ、除去処理によって発生した反応生成物が内管３と外管４との間を通って排出口１４に排出される。
【００２４】
ボートエレベータ８、昇温用ヒータ１２、クリーニングガス導入管１３、加熱器１５には、制御部１６が接続されている。制御部１６は、マイクロプロセッサ、プロセスコントローラ等から構成され、熱処理装置１の各部の温度、圧力等を測定し、測定データに基づいて、上記各部に制御信号等を出力して、熱処理装置１の各部を制御する。
【００２５】
次に、以上のように構成される熱処理装置１を用いた半導体ウエハ１０の洗浄方法について、半導体ウエハ１０の表面に付着した汚染物質を塩酸ガス（クリーニングガス）で除去する場合を例に説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１６によりコントロールされている。
【００２６】
まず、図示しないヒータにより、加熱器１５を所定の温度に加熱する。この加熱器１５の温度は、加熱器１５内に供給されるクリーニングガスを活性化させることが可能な温度であればよく、本実施の形態のような塩酸ガスを含むクリーニングガスの場合、８００℃以上であることが好ましい。本実施の形態では、加熱器１５を１０００℃に加熱している。
【００２７】
また、昇温用ヒータ１２により、反応管２内を所定の温度に加熱する。反応管２内の温度は、クリーニングガス導入管１３から供給されるクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度であればよく、本実施の形態のような塩酸ガスを含むクリーニングガスの場合、７００℃以上であることが好ましい。ただし、内管３等の石英中には微量のアルミニウム、鉄、銅等の重金属（汚染物質）が含まれており、反応管２内を１０００℃より高い温度に加熱すると、石英から汚染物質が放出されるおそれがあることから、反応管２内の温度は７００℃〜１０００℃であることが好ましい。本実施の形態では、反応管２内を８００℃に加熱している。
【００２８】
次に、ボートエレベータ８により蓋体７が下げられた状態で、半導体ウエハ１０が収容されたウエハボート９を蓋体７上に載置する。続いて、ボートエレベータ８により蓋体７を上昇させ、ウエハボート９（半導体ウエハ１０）を反応管２内にロードする。これにより、半導体ウエハ１０を反応管２の内管３内に収容すると共に、反応管２を密閉する。
【００２９】
反応管２を密閉した後、クリーニングガス導入管１３から加熱器１５内に所定の流量のクリーニングガスを供給する。本実施の形態では、０．５リットル／ｍｉｎの塩酸ガスと１０リットル／ｍｉｎの窒素（Ｎ２）ガスとが供給されている。加熱器１５に供給された塩酸ガスは、加熱器１５内で加熱されることにより活性化され、活性化された状態でクリーニングガス導入管１３に排出されて内管３内に導入される。ここで、反応管２内の温度はクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱されているので、塩酸ガスは活性化された状態のまま、半導体ウエハ１０の表面に供給される。
【００３０】
半導体ウエハ１０の表面に活性化された塩酸ガスが供給されると、半導体ウエハ１０の表面に付着した汚染物質（例えば鉄）と塩酸ガス中の塩素とが反応して塩化物（例えば、二塩化鉄（ＦｅＣｌ２）、三塩化鉄（ＦｅＣｌ３））を生成する。ここで、半導体ウエハ１０の表面に供給された塩酸ガスは活性化されているので、塩酸ガス中の塩素と汚染物質との反応が促進され、汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【００３１】
生成された塩化物は、排出口１４を介して熱処理装置１外に排出される。そして、塩素ガスを所定時間、例えば１５分間供給すると、半導体ウエハ１０の表面に付着した汚染物質がほぼ除去され、半導体ウエハ１０が洗浄される。
【００３２】
半導体ウエハ１０が洗浄されると、クリーニングガス導入管１３からの塩素ガスの供給を停止する。次に、クリーニングガス導入管１３から窒素ガスを、所定量、例えば２０リットル／ｍｉｎ供給して、反応管２内の未反応の塩酸ガス、生成された塩化物等を排気口１４に排出する。なお、反応管２内の未反応の塩酸ガス等を確実に排出するために、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。
【００３３】
反応管２内から未反応の塩酸ガス等を排出した後、洗浄された半導体ウエハ１０上にシリコン酸化膜を形成するような各種の処理が行われる。半導体ウエハ１０に各種の処理が行われると、ボートエレベータ８により蓋体７を下げ、ウエハボート９（半導体ウエハ１０）を反応管２からアンロードする。そして、次の半導体ウエハ１０をウエハボート９に収容し、ウエハボート９を反応管２内にロードして、同様の処理を繰り返す。
【００３４】
次に、本実施の形態の効果を確認するため、半導体ウエハ１０に汚染物質としての鉄を１×１０１３（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）付着させ、半導体ウエハ１０の洗浄を行った。半導体ウエハ１０の洗浄は、クリーニングガス導入管１３から０．５リットル／ｍｉｎの塩酸ガス及び１０リットル／ｍｉｎの窒素ガスを反応管２内に１５分間供給した。そして、加熱器１５の加熱温度（加熱せず、７００℃、８００℃、１０００℃）と反応管２内の温度（６００℃、７００℃、８００℃）との関係について検討を行った。この結果を図２に示す。
【００３５】
図２に示すように、反応管２内の温度が７００℃以上の場合について、加熱器１５の加熱温度を８００℃以上にしてクリーニングガスを加熱することにより、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を大幅に減少させることができることが確認できた。これは、加熱器１５によりクリーニングガスを８００℃に加熱することにより塩素ガスを活性化させることができ、さらに反応管２内の温度を７００℃以上にすることにより反応管２内で塩素ガスが活性化した状態を維持させることができるためである。
【００３６】
反応管２内の温度が８００℃の場合について、加熱器１５の加熱温度を７００℃にしてクリーニングガスを加熱しても、反応管２内に供給される塩素ガスは活性化されず、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を減少させることができない。また、反応管２内の温度が６００℃の場合について、加熱器１５の加熱温度を１０００℃にしてクリーニングガスを加熱しても、活性化された塩素ガスが反応管２内で活性化した状態を維持できなくなり、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を減少させることができない。
【００３７】
このように、加熱器１５により塩素ガスを活性化させるとともに、反応管２内で塩素ガスが活性化した状態を維持させることにより、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を大幅に減少させることができ、鉄（汚染物質）の除去効率を向上させることができる。
【００３８】
なお、クリーニングガス導入管１３からの塩酸ガスの流量を０．５リットル／ｍｉｎから１リットル／ｍｉｎと２倍にした場合、またクリーニングガス導入管１３からの塩酸ガスの供給時間を１５分から３０分と２倍にした場合についても同様に半導体ウエハ１０の洗浄を行い、クリーニングガス導入管１３からの塩酸ガスの流量及び供給時間について検討を行ったところ、塩酸ガスの流量及び供給時間による影響はほとんどなく、ほぼ同様の結果となることが確認できた。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、加熱器１５の加熱温度を８００℃以上にして塩素ガスを活性化させるとともに、反応管２内の温度を７００℃以上にして塩素ガスが活性化した状態を維持させることにより、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を大幅に減少させることができ、鉄の除去効率を向上させることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば以下の場合であってもよい。
【００４１】
本実施の形態では、半導体ウエハ１０に付着した汚染物質を除去するクリーニングガスとして、塩酸ガスを例に本発明を説明したが、汚染物質に応じて種々のクリーニングガスを用いることが可能である。この場合、加熱器１５の温度が加熱器１５内に供給されるクリーニングガスを活性化させることが可能な温度であるとともに、反応管２内の温度がクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度であればよく、クリーニングガスに用いられるガスの種類に対応して、これらの温度は異なる。
【００４２】
また、塩酸ガスを含むクリーニングガスとして、例えば塩酸ガスとジクロルエチレンガス（Ｃ２Ｈ２Ｃｌ２）との混合ガスであってもよい。さらに、塩酸ガスに酸素ガスを混合してもよい。この場合、汚染物質を酸化物としても熱処理装置１外に排出させることができ、汚染物質の除去効率を向上させることができる。ただし、半導体ウエハ１０の表面に不要な酸化膜が形成されないように、半導体ウエハ１０の洗浄条件を厳密に制御することが好ましい。
【００４３】
本実施の形態では、汚染物質として鉄の場合を例に本発明を説明したが、汚染物質は鉄の他、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等であってもよい。これらの場合にも、鉄の場合と同様に、除去効率を向上させることができる。
【００４４】
本実施の形態では、塩酸ガスの希釈ガスとして窒素ガスを用いた場合を例に本発明を説明したが、希釈ガスは塩酸ガスと反応性を有しないガスであればよく、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスのような不活性ガスであってもよい。
【００４５】
クリーニングガス導入管１３の加熱器１５の下流側に、クリーニングガス導入管１３の内径を縮径させるようなオリフィスを設けてもよい。この場合、加熱器１５内を通過するクリーニングガスに十分な滞留時間が付与され、加熱器１５による加熱効率が向上する。このため、半導体ウエハ１０に付着した汚染物質の除去効率をさらに向上させることができる。また、加熱器１５の加熱温度を下げることも可能になる。
【００４６】
本実施の形態では、バッチ式縦型熱処理装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば枚葉式の熱処理装置にも適用することが可能である。また、被処理体は半導体ウエハに限定されるものではなく、ＬＣＤ用のガラス基板等にも適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理体に付着した汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置の概略図である。
【図２】本実施の形態の加熱器の温度と反応管の温度との関係を示す表である。
【図３】従来の熱処理装置の概略図である。
【符号の説明】
１ 熱処理装置
２ 反応管
３ 内管
４ 外管
１０ 半導体ウエハ
１２ 昇温用ヒータ
１３ クリーニングガス導入管
１４ 排出口
１５ 加熱器
１６ 制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cleaning method and a cleaning apparatus for a target object, and more particularly to a cleaning method and a cleaning apparatus for a target object for removing contaminants attached to the target object.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of a semiconductor device, a thin film such as a polysilicon film or a silicon oxide film is widely formed on a target object such as a semiconductor wafer by a process such as CVD (Chemical Vapor Deposition). In the process of forming such a thin film, for example, a heat treatment apparatus as shown in FIG. 3 is used.
[0003]
Formation of the thin film using the heat treatment apparatus 51 shown in FIG. 3 is performed as follows. First, a reaction tube 52 having a double tube structure constituted by an inner tube 52 a and an outer tube 52 b made of ceramic such as quartz is heated to a predetermined temperature by a heater 53. Next, a plurality of semiconductor wafers 54 are accommodated in a wafer boat 55 made of ceramic such as quartz, and the wafer boat 55 is loaded into the reaction tube 52 (inner tube 52a). Subsequently, the gas in the reaction tube 52 is discharged from the exhaust port 56, and the inside of the reaction tube 52 is reduced to a predetermined pressure. When the inside of the reaction tube 52 is reduced to a predetermined pressure, a processing gas is supplied from the introduction port 57 into the inner tube 52 a to form a thin film on the surface of the semiconductor wafer 54.
[0004]
Incidentally, since air contains substances (contaminants) such as iron, copper, and aluminum, the contaminants may adhere to the semiconductor wafer 54 in some cases. If a thin film is formed on the semiconductor wafer 54 with such contaminants attached, the characteristics of the semiconductor device are deteriorated and the yield is deteriorated. For this reason, before the thin film is formed on the semiconductor wafer 54, the semiconductor wafer 54 that removes contaminants attached to the semiconductor wafer 54 is cleaned.
[0005]
Cleaning of the semiconductor wafer 54 is performed as follows. First, the inside of the reaction tube 52 is heated to a predetermined temperature, for example, 800 ° C., and a wafer boat 55 containing a plurality of semiconductor wafers 54 is loaded into the reaction tube 52. Next, a cleaning gas such as hydrochloric acid (HCl) gas is supplied from the introduction port 57 into the inner tube 52a. In the reaction tube 52, hydrochloric acid gas undergoes thermal decomposition, and chlorine generated by the thermal decomposition reacts with contaminants adhering to the semiconductor wafer 54 in the wafer boat 55 to generate chloride. Then, the semiconductor wafer 54 is cleaned by discharging the chloride out of the heat treatment apparatus 51 through the exhaust port 56.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, due to the miniaturization of device patterns accompanying the high integration of semiconductor devices, the allowable range for the amount of contaminants attached to the semiconductor wafer 54 becomes strict, and the above-described cleaning method cannot remove contaminants within the allowable range. Has arisen. For this reason, it is desired to further remove contaminants attached to the semiconductor wafer 54.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a cleaning method and a cleaning apparatus for a target object that can improve the removal efficiency of contaminants attached to the target object.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for cleaning an object to be processed according to a first aspect of the present invention comprises heating a reaction chamber containing a plurality of objects to be processed to a predetermined temperature, and supplying a cleaning gas into the reaction chamber. supply to the a method for cleaning a object to be processed to remove contaminants adhering to the surface of the object, while heating the temperature of said reaction chamber to a temperature capable of maintaining the activation state of the cleaning gas Heating the cleaning gas outside the reaction chamber to a temperature capable of being activated, and supplying the cleaning gas heated to the temperature capable of activation into the reaction chamber heated to a temperature capable of maintaining the activated state. It is characterized by.
[0009]
According to this configuration, the cleaning gas is heated to an activatable temperature, and the heated cleaning gas is supplied into the reaction chamber. Further, the temperature of the reaction chamber is heated to a temperature at which the activated state of the cleaning gas can be maintained. Therefore, the cleaning gas is supplied into the reaction chamber in an activated state, and the activated state is maintained in the reaction chamber. In this way, the activated cleaning gas reacts with the contaminants, thus facilitating this reaction. Accordingly, it is possible to improve the removal efficiency of contaminants attached to the object to be processed.
[0010]
Preferably, the cleaning gas includes hydrochloric acid, the cleaning gas is heated to at least 800 ° C., and the temperature of the reaction chamber is heated to 700 ° C. to 1000 ° C. Examples of the contaminant include at least one of iron, copper, aluminum, and tungsten.
[0011]
A cleaning apparatus for an object to be processed according to a second aspect of the present invention includes a reaction chamber that houses a plurality of objects to be processed and has a heating unit that can be set to a predetermined temperature, and the object to be processed in the reaction chamber. Cleaning gas supply means for supplying a cleaning gas for removing contaminants adhering to the surface, heating means for heating the cleaning gas to a predetermined temperature, provided in the cleaning gas supply means outside the reaction chamber ; , together thereby heating the reaction chamber to a temperature capable of maintaining the activation state of the cleaning gas by the heating unit, the heated cleaning gas is activatable temperature by said heating means, said by the cleaning gas supply means A cleaning gas heated to a temperature capable of being activated is supplied into a reaction chamber heated to a temperature capable of maintaining the activated state. And a control unit, and wherein the.
[0012]
According to this configuration, the control unit heats the cleaning gas to a temperature that can be activated through the heating unit, and the heated cleaning gas is supplied into the reaction chamber through the cleaning gas supply unit. Further, the temperature of the reaction chamber is heated by the control means to a temperature at which the activated state of the cleaning gas can be maintained via the heating unit. Therefore, the cleaning gas is supplied into the reaction chamber in an activated state, and the activated state is maintained in the reaction chamber. In this way, the activated cleaning gas reacts with the contaminants, thus facilitating this reaction. Accordingly, it is possible to improve the removal efficiency of contaminants attached to the object to be processed.
[0013]
Preferably, the cleaning gas includes hydrochloric acid, and the control unit causes the heating unit to heat the cleaning gas to at least 800 ° C., and causes the heating unit to heat the temperature of the reaction chamber to 700 ° C. to 1000 ° C. Examples of the contaminant include at least one of iron, copper, aluminum, and tungsten.
[0014]
The reaction chamber includes, for example, an inner tube that accommodates the object to be processed, and an outer tube with a ceiling that is formed so as to cover the inner tube. The cleaning gas supply means is disposed so as to face the inner pipe.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a cleaning method and a cleaning apparatus for an object to be processed according to an embodiment of the present invention will be described by taking, as an example, the case of removing contaminants attached to a semiconductor wafer using the batch type vertical heat treatment apparatus shown in FIG. To do.
[0016]
As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus 1 includes a substantially cylindrical reaction tube 2 whose longitudinal direction is oriented in the vertical direction. The reaction tube 2 is configured in a double tube structure including an inner tube 3 and an outer tube 4 with a ceiling that covers the inner tube 3 and is spaced apart from the inner tube 3. ing. The inner tube 3 and the outer tube 4 are made of a heat-resistant material such as quartz.
[0017]
A manifold 5 made of stainless steel (SUS) formed in a cylindrical shape is disposed below the outer tube 4. The manifold 5 is airtightly connected to the lower end of the outer tube 4. The inner tube 3 protrudes from the inner wall of the manifold 5 and is supported by a support ring 6 formed integrally with the manifold 5.
[0018]
A lid 7 is disposed below the manifold 5. The lid body 7 is configured to be movable up and down by a boat elevator 8. When the lid body 7 is raised by the boat elevator 8, the lid body 7 and the manifold 5 come into contact with each other, and the reaction tube 2 is sealed.
[0019]
A wafer boat 9 made of, for example, quartz is placed on the lid 7. A plurality of objects to be processed, for example, semiconductor wafers 10 are accommodated in the wafer boat 9 at predetermined intervals in the vertical direction.
[0020]
A heat insulator 11 is provided around the reaction tube 2 so as to surround the reaction tube 2, and a heater 12 for temperature increase made of a resistance heating element is provided on the inner wall surface thereof.
[0021]
A cleaning gas introduction pipe 13 is inserted through the side surface of the manifold 5. For example, the cleaning gas introduction pipe 13 is inserted into the side surface of the manifold 5 below the support ring 6 so as to face the inside of the inner pipe 3. Then, a cleaning gas introduced from the cleaning gas introduction pipe 13, for example, hydrochloric acid (HCl) gas and nitrogen (N 2 ) gas as a dilution gas are supplied into the inner pipe 3 in the reaction pipe 2. A processing gas introduction pipe (not shown) is inserted into the side surface of the manifold 5, and various processes such as forming a thin film on the semiconductor wafer 10 are performed by the processing gas introduced from the processing gas introduction pipe.
[0022]
A heater 15 is interposed in the cleaning gas introduction pipe 13. The heater 15 includes a heater made of, for example, a resistance heating element, and heats the cleaning gas supplied into the heater 15 to a predetermined temperature.
[0023]
A discharge port 14 is provided on the side surface of the manifold 5. The discharge port 14 is provided above the support ring 6 and communicates with a space formed between the inner tube 3 and the outer tube 4 in the reaction tube 2. Then, a cleaning gas is supplied from the cleaning gas introduction pipe 13 into the inner pipe 3 to remove contaminants attached to the surface of the semiconductor wafer 10, and reaction products generated by the removal process are removed from the inner pipe 3 and the outer pipe 3. It passes through the pipe 4 and is discharged to the discharge port 14.
[0024]
A controller 16 is connected to the boat elevator 8, the temperature raising heater 12, the cleaning gas introduction pipe 13, and the heater 15. The control unit 16 includes a microprocessor, a process controller, and the like, measures the temperature, pressure, and the like of each part of the heat treatment apparatus 1 and outputs a control signal and the like to each of the above parts based on the measurement data. Control each part.
[0025]
Next, the method for cleaning the semiconductor wafer 10 using the heat treatment apparatus 1 configured as described above will be described by taking as an example the case where contaminants adhering to the surface of the semiconductor wafer 10 are removed with hydrochloric acid gas (cleaning gas). . In the following description, the operation of each unit constituting the heat treatment apparatus 1 is controlled by the control unit 16.
[0026]
First, the heater 15 is heated to a predetermined temperature by a heater (not shown). The temperature of the heater 15 may be any temperature that can activate the cleaning gas supplied into the heater 15. In the case of the cleaning gas containing hydrochloric acid gas as in the present embodiment, the temperature is 800 ° C. The above is preferable. In the present embodiment, the heater 15 is heated to 1000 ° C.
[0027]
Further, the inside of the reaction tube 2 is heated to a predetermined temperature by the heater 12 for raising temperature. The temperature in the reaction tube 2 may be any temperature that can maintain the activated state of the cleaning gas supplied from the cleaning gas introduction tube 13. In the case of the cleaning gas containing hydrochloric acid gas as in the present embodiment, 700 is used. It is preferable that the temperature is not lower than ° C. However, the quartz in the inner tube 3 and the like contains a trace amount of heavy metals (contaminants) such as aluminum, iron, and copper, and when the reaction tube 2 is heated to a temperature higher than 1000 ° C., the contaminants from the quartz Since there exists a possibility that it may discharge | release, it is preferable that the temperature in the reaction tube 2 is 700 to 1000 degreeC. In the present embodiment, the inside of the reaction tube 2 is heated to 800 ° C.
[0028]
Next, the wafer boat 9 containing the semiconductor wafers 10 is placed on the lid body 7 with the lid body 7 lowered by the boat elevator 8. Subsequently, the lid 7 is raised by the boat elevator 8, and the wafer boat 9 (semiconductor wafer 10) is loaded into the reaction tube 2. Thereby, the semiconductor wafer 10 is accommodated in the inner tube 3 of the reaction tube 2 and the reaction tube 2 is sealed.
[0029]
After sealing the reaction tube 2, a cleaning gas having a predetermined flow rate is supplied from the cleaning gas introduction tube 13 into the heater 15. In the present embodiment, 0.5 liter / min hydrochloric acid gas and 10 liter / min nitrogen (N 2 ) gas are supplied. The hydrochloric acid gas supplied to the heater 15 is activated by being heated in the heater 15, discharged in the cleaning gas introduction pipe 13 in an activated state, and introduced into the inner pipe 3. Here, since the temperature in the reaction tube 2 is heated to a temperature at which the activated state of the cleaning gas can be maintained, the hydrochloric acid gas is supplied to the surface of the semiconductor wafer 10 while being activated.
[0030]
When activated hydrochloric acid gas is supplied to the surface of the semiconductor wafer 10, contaminants (for example, iron) adhering to the surface of the semiconductor wafer 10 react with chlorine in the hydrochloric acid gas to cause chloride (for example, dichloride). Iron (FeCl 2 ), iron trichloride (FeCl 3 )) is produced. Here, since the hydrochloric acid gas supplied to the surface of the semiconductor wafer 10 is activated, the reaction between chlorine in the hydrochloric acid gas and the contaminant is promoted, and the removal efficiency of the contaminant can be improved.
[0031]
The generated chloride is discharged out of the heat treatment apparatus 1 through the discharge port 14. When chlorine gas is supplied for a predetermined time, for example, 15 minutes, the contaminants adhering to the surface of the semiconductor wafer 10 are almost removed, and the semiconductor wafer 10 is cleaned.
[0032]
When the semiconductor wafer 10 is cleaned, the supply of chlorine gas from the cleaning gas introduction pipe 13 is stopped. Next, a predetermined amount, for example, 20 liter / min of nitrogen gas is supplied from the cleaning gas introduction pipe 13, and unreacted hydrochloric acid gas in the reaction pipe 2, generated chlorides and the like are discharged to the exhaust port 14. In addition, in order to discharge | emit unreacted hydrochloric acid gas etc. in the reaction tube 2 reliably, it is preferable to discharge | emit the gas in the reaction tube 2, and supply of nitrogen gas in multiple times.
[0033]
After discharging unreacted hydrochloric acid gas or the like from the reaction tube 2, various processes are performed to form a silicon oxide film on the cleaned semiconductor wafer 10. When various processes are performed on the semiconductor wafer 10, the lid body 7 is lowered by the boat elevator 8, and the wafer boat 9 (semiconductor wafer 10) is unloaded from the reaction tube 2. Then, the next semiconductor wafer 10 is accommodated in the wafer boat 9, the wafer boat 9 is loaded into the reaction tube 2, and the same processing is repeated.
[0034]
Next, in order to confirm the effect of the present embodiment, 1 × 10 13 (atoms / cm 2 ) of iron as a contaminant was attached to the semiconductor wafer 10 and the semiconductor wafer 10 was cleaned. For cleaning the semiconductor wafer 10, 0.5 liter / min hydrochloric acid gas and 10 liter / min nitrogen gas were supplied from the cleaning gas introduction tube 13 into the reaction tube 15 for 15 minutes. Then, the relationship between the heating temperature of the heater 15 (not heated, 700 ° C., 800 ° C., 1000 ° C.) and the temperature in the reaction tube 2 (600 ° C., 700 ° C., 800 ° C.) was examined. The result is shown in FIG.
[0035]
As shown in FIG. 2, when the temperature in the reaction tube 2 is 700 ° C. or higher, the heating temperature of the heater 15 is set to 800 ° C. or higher and the cleaning gas is heated so that the heater 15 is not heated. In comparison, it was confirmed that the amount of iron adhering to the semiconductor wafer 10 can be greatly reduced. This is because the chlorine gas can be activated by heating the cleaning gas to 800 ° C. with the heater 15, and further the chlorine gas is generated in the reaction tube 2 by setting the temperature in the reaction tube 2 to 700 ° C. or higher. This is because the activated state can be maintained.
[0036]
When the temperature in the reaction tube 2 is 800 ° C., even if the heating gas of the heater 15 is set to 700 ° C. and the cleaning gas is heated, the chlorine gas supplied into the reaction tube 2 is not activated, and the heater The amount of iron adhering to the semiconductor wafer 10 cannot be reduced as compared with the case where the heating by 15 is not performed. In the case where the temperature in the reaction tube 2 is 600 ° C., the activated chlorine gas is activated in the reaction tube 2 even when the cleaning gas is heated with the heating temperature of the heater 15 being 1000 ° C. Therefore, the amount of iron adhering to the semiconductor wafer 10 cannot be reduced as compared with the case where the heating by the heater 15 is not performed.
[0037]
In this way, the chlorine gas is activated by the heater 15 and the state in which the chlorine gas is activated in the reaction tube 2 is maintained, so that it adheres to the semiconductor wafer 10 as compared with when the heater 15 is not heated. Therefore, the amount of iron that has been removed can be greatly reduced, and the removal efficiency of iron (contaminant) can be improved.
[0038]
When the flow rate of hydrochloric acid gas from the cleaning gas introduction pipe 13 is doubled from 0.5 liter / min to 1 liter / min, the supply time of hydrochloric acid gas from the cleaning gas introduction pipe 13 is 15 minutes to 30 minutes. In the same manner, the semiconductor wafer 10 was also cleaned, and the flow rate and supply time of hydrochloric acid gas from the cleaning gas introduction pipe 13 were examined. It was confirmed that almost the same result was obtained.
[0039]
As described above, according to the present embodiment, the heating temperature of the heater 15 is set to 800 ° C. or higher to activate the chlorine gas, and the temperature in the reaction tube 2 is set to 700 ° C. or higher to activate the chlorine gas. By maintaining the converted state, the amount of iron adhering to the semiconductor wafer 10 can be greatly reduced and the iron removal efficiency can be improved as compared with the case where the heating by the heater 15 is not performed.
[0040]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following cases may be sufficient.
[0041]
In the present embodiment, the present invention has been described by taking hydrochloric acid gas as an example of the cleaning gas for removing the contaminants attached to the semiconductor wafer 10, but various cleaning gases can be used depending on the contaminants. In this case, the temperature of the heater 15 is a temperature at which the cleaning gas supplied into the heater 15 can be activated, and the temperature in the reaction tube 2 is a temperature at which the activated state of the cleaning gas can be maintained. The temperature may be different depending on the type of gas used for the cleaning gas.
[0042]
The cleaning gas containing hydrochloric acid gas may be, for example, a mixed gas of hydrochloric acid gas and dichloroethylene gas (C 2 H 2 Cl 2 ). Further, oxygen gas may be mixed with hydrochloric acid gas. In this case, even if the contaminant is an oxide, it can be discharged out of the heat treatment apparatus 1, and the removal efficiency of the contaminant can be improved. However, it is preferable to strictly control the cleaning conditions of the semiconductor wafer 10 so that an unnecessary oxide film is not formed on the surface of the semiconductor wafer 10.
[0043]
In the present embodiment, the present invention has been described by taking iron as an example of the contaminant, but the contaminant may be copper (Cu), aluminum (Al), tungsten (W), or the like in addition to iron. In these cases, the removal efficiency can be improved as in the case of iron.
[0044]
In the present embodiment, the present invention has been described by taking as an example the case where nitrogen gas is used as the diluent gas for hydrochloric acid gas. However, the diluent gas may be any gas that is not reactive with hydrochloric acid gas, for example argon (Ar) An inert gas such as a gas may be used.
[0045]
An orifice that reduces the inner diameter of the cleaning gas introduction pipe 13 may be provided on the downstream side of the heater 15 of the cleaning gas introduction pipe 13. In this case, a sufficient residence time is given to the cleaning gas passing through the heater 15 and the heating efficiency by the heater 15 is improved. For this reason, the removal efficiency of the contaminant adhering to the semiconductor wafer 10 can be further improved. In addition, the heating temperature of the heater 15 can be lowered.
[0046]
Although the batch type vertical heat treatment apparatus has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a single wafer type heat treatment apparatus. Further, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and can be applied to a glass substrate for LCD or the like.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the removal efficiency of contaminants attached to the object to be processed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a table showing the relationship between the temperature of the heater and the temperature of the reaction tube of the present embodiment.
FIG. 3 is a schematic view of a conventional heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat processing apparatus 2 Reaction tube 3 Inner tube 4 Outer tube 10 Semiconductor wafer 12 Heating heater 13 Cleaning gas introduction tube 14 Discharge port 15 Heater 16 Control part

Claims (7)

複数の被処理体が収容された反応室を所定の温度に加熱し、該反応室内にクリーニングガスを供給して、前記被処理体の表面に付着した汚染物質を除去する被処理体の洗浄方法であって、
前記反応室の温度を前記クリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱するとともに、前記反応室の外部でクリーニングガスを活性化可能な温度に加熱し、該活性化可能な温度に加熱したクリーニングガスを前記活性化状態を維持可能な温度に加熱した反応室内に供給する、ことを特徴とする被処理体の洗浄方法。 A method for cleaning an object to be processed, wherein a reaction chamber containing a plurality of objects to be processed is heated to a predetermined temperature, a cleaning gas is supplied into the reaction chamber, and contaminants attached to the surface of the object to be processed are removed. Because
While heating the temperature of said reaction chamber to a temperature capable of maintaining the activation state of the cleaning gas, the external cleaning gas in the reaction chamber was heated to activatable temperature and heated to the activation temperature capable A cleaning method for an object to be processed , wherein a cleaning gas is supplied into a reaction chamber heated to a temperature capable of maintaining the activated state . 前記クリーニングガスは塩酸を含み、
前記クリーニングガスを少なくとも８００℃に加熱し、前記反応室の温度を７００℃〜１０００℃に加熱する、ことを特徴とする請求項１に記載の被処理体の洗浄方法。The cleaning gas includes hydrochloric acid;
The method for cleaning an object to be processed according to claim 1, wherein the cleaning gas is heated to at least 800 ° C, and the temperature of the reaction chamber is heated to 700 ° C to 1000 ° C. 前記汚染物質は鉄、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも一つである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の被処理体の洗浄方法。  The method for cleaning an object to be processed according to claim 1, wherein the contaminant is at least one of iron, copper, aluminum, and tungsten. 複数の被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、
前記反応室内に前記被処理体の表面に付着した汚染物質を除去する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、
前記反応室の外部の前記クリーニングガス供給手段に介設され、前記クリーニングガスを所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記加熱部により前記反応室を前記クリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱させるとともに、前記加熱手段により前記クリーニングガスを活性化可能な温度に加熱させ、前記クリーニングガス供給手段により前記活性化可能な温度に加熱されたクリーニングガスを前記活性化状態を維持可能な温度に加熱された反応室内に供給させる制御手段と、
を備える、ことを特徴とする被処理体の洗浄装置。 While containing a plurality of objects to be processed, a reaction chamber having a heating unit that can be set to a predetermined temperature;
Cleaning gas supply means for supplying a cleaning gas for removing contaminants adhering to the surface of the object to be processed in the reaction chamber;
Heating means interposed in the cleaning gas supply means outside the reaction chamber and heating the cleaning gas to a predetermined temperature;
The heating unit heats the reaction chamber to a temperature at which the activated state of the cleaning gas can be maintained, heats the cleaning gas to a temperature at which the cleaning gas can be activated by the heating unit, and activates the activation by the cleaning gas supply unit. Control means for supplying a cleaning gas heated to a temperature capable of being activated into a reaction chamber heated to a temperature capable of maintaining the activated state ;
An apparatus for cleaning an object to be processed. 前記クリーニングガスは塩酸を含み、
前記制御手段は、前記加熱手段に前記クリーニングガスを少なくとも８００℃に加熱させ、前記加熱部に前記反応室の温度を７００℃〜１０００℃に加熱させる、ことを特徴とする請求項４に記載の被処理体の洗浄装置。The cleaning gas includes hydrochloric acid;
5. The control unit according to claim 4, wherein the control unit causes the heating unit to heat the cleaning gas to at least 800 ° C., and causes the heating unit to heat the temperature of the reaction chamber to 700 ° C. to 1000 ° C. 6. Cleaning device for the object to be processed. 前記汚染物質は、鉄、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも一つである、ことを特徴とする請求項４または５に記載の被処理体の洗浄装置。  6. The apparatus for cleaning an object to be processed according to claim 4, wherein the contaminant is at least one of iron, copper, aluminum, and tungsten. 前記反応室は、前記被処理体を収容する内管と、該内管を覆うように形成された有天井の外管とから構成され、
前記クリーニングガス供給手段が前記内管内を臨むように配設されている、ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の被処理体の洗浄装置。The reaction chamber includes an inner tube that accommodates the object to be processed, and an outer tube with a ceiling that is formed so as to cover the inner tube.
The apparatus for cleaning an object to be processed according to any one of claims 4 to 6, wherein the cleaning gas supply means is disposed so as to face the inside of the inner pipe.
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