JP4225998B2 - 成膜方法及び成膜装置並びに記憶媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、基板表面に例えば窒化シリコン膜等を形成する成膜処理の後に、パージガスにより反応容器内をパージ処理する成膜方法及び成膜装置、並びに前記成膜方法を実施するためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体に関する。
半導体デバイスの製造工程において、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗ等の基板の表面に窒化シリコン膜（Ｓｉ３Ｎ４膜（以下「ＳｉＮ膜」という））を形成する処理があり、このＳｉＮ膜は、例えば周囲から加熱手段にて加熱される縦型の石英製の反応容器内に、ウエハＷを多段に載置したウエハ保持具を搬入し、前記反応容器内を所定の圧力に維持すると共に、反応容器内に成膜に必要なガスを供給する方式のバッチ式の熱処理装置を用いて、ＣＶＤ(Chemical Vapor Diposition)法により成膜される。
ところで前記熱処理装置においてＳｉＮ膜の成膜処理を繰り返して行うと、ＳｉＮ膜の成膜反応の主生成物や副生成物が反応容器の内壁やウエハ保持具に付着し、膜となって次第に堆積して行き、累積膜厚が所定の厚さになると、次の処理の際、反応容器内を加熱したときに、前記膜からガスが発生したり、堆積した膜にクラックが入り、膜が剥がれてパーティクルの原因になるという問題がある。
このため従来では、所定回数の成膜処理を行った後、反応容器内にクリーニングガスを供給して、反応容器に付着した膜全体をクリーニングガスによりエッチングして除去していた。しかしながら成膜処理毎にクリーニングを行うと、石英
製の反応容器が劣化したり、クリーニングガスが反応容器から完全に除去されるまでにかなり長い時間を要するので、成膜処理を終了する毎にパージ処理を行っている。
製の反応容器が劣化したり、クリーニングガスが反応容器から完全に除去されるまでにかなり長い時間を要するので、成膜処理を終了する毎にパージ処理を行っている。
このパージ処理は、処理済みのウエハＷを搭載したウエハ保持具を反応容器から搬出し、次に処理が行われる未処理のウエハＷを搭載したウエハ保持具を再び反応容器内に搬入する間に、ウエハＷを搭載しない空のウエハ保持具を反応容器内に搬入し、反応容器内を所定の圧力、所定の温度に設定した状態で、パージガス例えば窒素（Ｎ２）ガスを反応容器内に導入して、反応容器を急速に冷却したり、真空排気したり、加熱したりして、ガスによるパージ処理により、反応容器内に付着している膜の表層部を積極的に剥がし、ガスやパーティクルの発生を抑制するものである。ここでパージ処理によって除去される膜は、今にも剥がれそうな状態で反応容器内に付着している膜の表層部であるが、これを除去することにより、パージ処理に引き続いて行われる成膜処理でのガスやパーティクルの発生が抑えられる。
この際、このパージ処理は、反応容器において行われる成膜処理の種別や、反応容器内に付着した膜の累積膜厚に関係なく、一定のパージレシピに基づいて行われている。このパージレシピは例えば所要時間が５０分程度であり、前記累積膜厚が大きかったり、除去しにくい膜質である等、最も作用が大きいパージ処理が必要な場合に合わせて作成されているものである。このためほとんどの成膜処理では、これほど処理時間が長いパージ処理を行わなくてもガスやパーティクルの発生を抑えることができるので、途中からは不要なパージ処理を行っていることになる。この不要なパージ処理に要する時間は、装置を成膜処理に使用しないダウンタイムとなり、このダウンタイムが長くなるとスループットが低下してしまう。またパージ処理では、反応容器内を所定温度まで冷却したり、加熱したりといった温度調整や、反応容器内を真空排気する工程があり、不要なパージ処理ではコストが無駄になってしまうという問題がある。
この問題を解決するために、エンジニアが反応容器内に発生するパーティクル数等に基づいて、成膜処理毎にパージレシピを変更することも考えられるが、この場合にはパーティクルの発生原因等の解析に時間がかかり、結果としてパージ処理に要する時間が長くなってしまうという問題がある。
ここで成膜処理装置において、反応炉内の温度変化を利用して反応炉内に付着した堆積膜に亀裂を発生させ、このときに発生するパーティクルをガスパージにより強制的に排出して、ウエハＷへのパーティクルの付着を低減させる技術として特許文献１の技術が提案されているが、成膜処理の種別によらずパージレシピは一定であり、上述の問題点を解決することはできない。
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、予め用意された複数のパージレシピの中から自動でパージレシピを選択して反応容器のパージ処理を行うことにより、無駄なパージ処理時間の発生を抑えた状態でパージ処理を行い、これにより当該パージ処理の次に行われる成膜処理でのガスやパーティクルの発生を抑えることができる技術を提供することにある。
複数の成膜レシピを備えた熱処理装置を用いて基板に対して成膜ガスにより成膜処理を行う方法において、
反応容器内に載置された基板に対して、選択された成膜レシピに基づいて成膜処理を行う工程と、
次いで前記基板を前記反応容器から搬出する工程と、
前記選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、予め用意された複数のパージレシピの中から自動でパージレシピを選択する工程と、
基板が反応容器から搬出された後、選択されたパージレシピに基づいて、反応容器内にパージガスを供給してパージ処理を行う工程と、を含み、
前記複数のパージレシピは、次に行われる成膜処理の処理温度よりも反応容器を高い温度に加熱してパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする。
反応容器内に載置された基板に対して、選択された成膜レシピに基づいて成膜処理を行う工程と、
次いで前記基板を前記反応容器から搬出する工程と、
前記選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、予め用意された複数のパージレシピの中から自動でパージレシピを選択する工程と、
基板が反応容器から搬出された後、選択されたパージレシピに基づいて、反応容器内にパージガスを供給してパージ処理を行う工程と、を含み、
前記複数のパージレシピは、次に行われる成膜処理の処理温度よりも反応容器を高い温度に加熱してパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする。
前記複数の成膜レシピは、成膜する薄膜の種類が同じで成膜ガスが互いに異なる成膜レシピや、成膜ガスが同じで処理温度の範囲が互いに異なる成膜レシピを含むものである。また前記複数のパージレシピは、パージ処理を行う時間の長さ及び反応容器内の温度の少なくとも一方が互いに異なるパージレシピを含むものである。反応容器内の温度が互いに異なるとは、温度プロファイル（時間に対する温度設定パターン）が異なることである。
前記基板保持具は多数の基板を並列に保持するものであり、前記パージ処理は、前記基板保持具を前記反応容器の外に配置し、この反応容器を密閉した状態で行う第１のパージ処理を含むものである。また前記基板保持具は多数の基板を並列に保持するものであり、前記パージ処理は、前記基板保持具を処理対象の基板を載せずに前記反応容器内に配置し、この反応容器を密閉した状態で行う第２のパージ処理を含むものである。
さらに本発明では、前記反応容器内のパーティクル数の測定値及び基板及び基板表面のパーティクル数の測定値の少なくとも一つに基づいてパージレシピを変更する工程を含むようにしてもよい。さらにまた前記第１のパージ処理及び／又は第２のパージ処理は、反応容器を強制的に冷却する工程を含むものであってもよい。
また本発明の成膜装置は、互いに異なる複数の成膜レシピから選択された成膜レシピに基づいて、反応容器内に載置された基板に対して成膜処理を行い、前記基板を反応容器から搬出した後、パージガスを反応容器内に供給してパージ処理を行う成膜装置において、
互いに異なるパージ処理を行うための複数のパージレシピを格納する記憶部と、
各成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚を成膜レシピ毎に管理する手段と、
前記選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、前記複数のパージレシピの中からパージレシピを選択する選択手段と、を備え、
前記複数のパージレシピは、次に行われる成膜処理の処理温度よりも反応容器を高い温度に加熱してパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする。
互いに異なるパージ処理を行うための複数のパージレシピを格納する記憶部と、
各成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚を成膜レシピ毎に管理する手段と、
前記選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、前記複数のパージレシピの中からパージレシピを選択する選択手段と、を備え、
前記複数のパージレシピは、次に行われる成膜処理の処理温度よりも反応容器を高い温度に加熱してパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする。
ここで前記複数の成膜レシピは、成膜する薄膜の種類が同じで成膜ガスが互いに異なる成膜レシピや、成膜ガスが同じで処理温度の範囲が互いに異なる成膜レシピを含むものである。また前記複数のパージレシピは、パージ処理を行う時間の長さ及び反応容器内の温度の少なくとも一方が互いに異なるパージレシピを含むものである。
前記基板保持具は多数の基板を並列に保持するものであり、前記パージ処理は、前記基板保持具を前記反応容器の外に配置し、この反応容器を密閉した状態で行う第１のパージ処理を含むものであってもよいし、前記基板保持具は多数の基板を並列に保持するものであり、前記パージ処理は、前記基板保持具を処理対象の基板を載せずに前記反応容器内に配置し、この反応容器を密閉した状態で行う第２のパージ処理を含むものであってもよい。
さらにまた本発明の記憶媒体は、本発明方法を実施するためのコンピュータプログラムを格納したことを特徴とする。具体的にはこのコンピュータプログラムは、反応容器内に載置された基板に対して、選択された成膜レシピに基づいて成膜処理を行うステップと、次いで前記基板を前記反応容器から搬出するステップと、前記選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、予め用意された複数のパージレシピの中から自動でパージレシピを選択するステップと、基板が反応容器から搬出された後、選択されたパージレシピに基づいて、反応容器内にパージガスを供給してパージ処理を行うステップと、を実行するように構成される。ここで累積膜厚とは、反応容器の新品を装着したとき、あるいは反応容器内をクリーニングしたときから成膜した薄膜の膜厚の累積値であり、例えば各成膜処理における目標膜厚を加算していくことにより求められる。
また本発明は、選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいてパージレシピが選択されるが、ここでいう累積膜厚は、成膜レシピ一つ一つの累積膜厚に限らず、複数の成膜レシピをグループ化し、グループ毎に累積膜厚を管理し、そのグループに属する成膜レシピに基づいて得られた薄膜の累積膜厚に基づいてパージレシピを選択する場合も本発明の範囲に含まれる。
また記憶媒体としては、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（いわゆるＭＯ）等を挙げることができる。
本発明によれば、選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、予め用意された複数のパージレシピの中から自動でパージレシピを選択して反応容器のパージ処理を行うことにより、成膜処理に応じた適切なパージ処理を行う。ここで成膜レシピにより、強いパージ効果を有するパージレシピでパージ処理を行う必要がある成膜処理と、それ程強いパージ効果を必要としない成膜処理があり、強いパージ効果を有するパージ処理では処理時間が長くなる。成膜レシピに応じた適切なパージ処理を行うことにより、無駄なパージ処理時間の発生を抑えながら、ガスやパーティクルの発生の原因となる反応容器内に付着した膜が除去でき、当該パージ処理の次に行われる成膜処理でのガスやパーティクルの発生を抑えることができる。
これにより成膜装置が成膜処理を行うことができない時間（ダウンタイム）を発生させないか、またはできるだけ短いダウンタイムにすることができるので、パージ処理を行った場合でもスループットの低下を抑えることができる。
先ず本発明に係る成膜方法が実施される成膜装置の実施の形態について説明する。図１は成膜装置であるバッチ式の減圧ＣＶＤ装置であり、図１中２は例えば石英により縦型の円筒状に形成された反応容器である。この反応容器２の下端は、炉口として開口され、その開口部２１の周縁部にはフランジ２２が一体に形成されている。前記反応容器２の下方には、フランジ２２の下面に当接して開口部２１を気密に閉塞する、例えば石英製の第１の蓋体２３が昇降機構２０ａにより昇降自在に構成されたボートエレベータ２０により上下方向に開閉可能に設けられている。前記第１の蓋体２３の中央部には回転軸２４が貫通して設けられ、その上端部には、基板保持具であるウエハボート２５が搭載されている。
このウエハボート２５は、３本以上例えば４本の支柱２６を備えており、複数枚例えば１２５枚の被処理体であるウエハＷを棚状に保持できるように、前記支柱２６に溝（スロット）が形成されている。但し、１２５枚のウエハＷの保持領域の内、上下両端部については複数枚のダミーウエハが保持され、その間の領域に製品ウエハが保持されることになる。前記回転軸２４の下部には、当該回転軸２４を回転させる駆動部をなすモータＭが設けられており、従ってウエハボート２５はモータＭにより回転することになる。また蓋体２３の上には前記回転軸２４を囲むように保温ユニット２７が設けられている。
こうしてウエハボート２５はボートエレベータ２０により、第１の蓋体２３が反応容器２を塞いだときの反応容器２内の位置と、反応容器２の下方側に設けられた、ウエハＷの搬出エリアであるローディングエリア２８内の位置との間で昇降自在に構成されている。また前記反応容器２の下方には、第１の蓋体２３がローディングエリア２８内に位置するときに、反応容器２の開口部２１を気密に閉塞するための、例えば石英製の第２の蓋体２９が駆動機構２９ａにより水平方向に移動自在に設けられ、ウエハボート２５がローディングエリア２８内に位置するときにも反応容器２内を気密に塞ぐことができるように構成されている。
前記反応容器２の下部のフランジ２２には、反応容器２内のウエハＷにガスを供給するためのＬ字型のインジェクタ３１が挿入して設けられている。インジェクタ３１の基端側には、ガス供給路であるガス供給管３２が接続されており、ガス供給管３２の他端側は、供給制御部１００を介して、複数例えば４個の成膜ガス供給源３３，３４，３５，３６と、パージガス供給源３７に接続され、前記ガス供給管３２、インジェクタ３１を介して反応容器２の中に成膜に必要なガスを供給できるようになっている。前記供給制御部１００は、バルブＶ１〜Ｖ５や、流量調整部Ｍ１〜Ｍ５等を含む供給制御機器群により構成されている。
この例では成膜ガス供給源３３，３４，３５，３６は、夫々ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン：ＤＣＳ）ガス、Ｓｉ２Ｃｌ６（ＨＣＤ）ガス、ビスターシャルブチルアミノシランガス（ＢＴＢＡＳ）、アンモニア（ＮＨ３）ガス等の供給源である。また前記パージガス供給源３７は、不活性ガス例えばＮ２ガス等の供給源である。なお、パージガスは不活性ガスに限られない。
また反応容器２の上方には、反応容器内を排気するための排気口が形成されており、この排気口には、反応容器内を所望の真空度に減圧排気可能な真空排気手段をなす真空ポンプ４１及び例えばバタフライバルブからなる圧力調整部４２を備えた排気管４３が接続されている。さらに排気管４３の圧力調整部４２と真空ポンプ４１との間には、メインバルブＭＶが介在されるメインライン４５と、このメインライン４５からメインバルブＭＶを迂回するように設けられたバイパスライン４６とを備えており、このバイパスライン４６には例えばニードルバルブＮＶが設けられている。これによりメインバルブＭＶを閉じ、ニードルバルブＮＶを開いてバイパスライン４６のみを用いてゆっくりした排気速度例えば３０リットル／分程度の排気速度で反応容器２内が排気できると共に、メインバルブＭＶも開いてメインライン４５とバイパスライン４６とを用いて反応容器２内が真空排気できるようになっている。図中一点鎖線で囲む領域は排気制御部２００である。
反応容器２の周囲には、反応容器２内を加熱するための加熱手段であるヒータ５１を備えた加熱炉５２が設けられている。前記ヒータ５１としては、コンタミネーションがなく昇降温特性が優れたカーボンワイヤー等を用いることが好ましい。図中５１ａは、ヒータ５１の電力制御部である。さらに加熱炉５２と反応容器２の間の空間には、加熱炉５２の下部側に反応容器２を囲むように構成された送気ポート５３が設けられている。この送気ポートは中空の環状体であって、一部に強制空冷用の例えば０℃程度に温度調整されたエアの供給管５４が接続されると共に、上面に多数の通気孔５５を備えている。図中５６は前記エアを送気ポート５３内に供給するためのファン、５７は排気路、５８はバルブや流量調整部等を含む、前記エアの供給系である。
さらにこの成膜装置は、ローディングエリア２８内に設けられた第１のパーティクル検出部６１と、排気管４３内に設けられた第２のパーティクル検出部４３と、を備えており、これらの検出データは後述する制御部に出力されるようになっている。ここで前記第１のパーティクル検出部６１は、装置内部に組み込まれた、又は装置外部に設置されたウエハ表面のパーティクル数を測定するパーティクルカウンターであり、前記第２のパーティクル検出部６２は、反応容器２内又は排気系配管内の気相中に発生するパーティクル数を測定するためのパーティクルカウンターである。
さらにこの成膜装置は、ボートエレベータ２０の昇降機構２０ａや第２の蓋体２９の駆動機構２９ａ、ヒータ５１の電力制御部５１ａ、供給制御部１００、排気制御部２００、エアの供給系５８等の駆動制御を行うコンピュータからなる制御部７を備えている。図２はこの制御部７の構成を示すものであり、実際にはＣＰＵ（中央処理ユニット）、プログラム及びメモリなどにより構成されるが、本発明では成膜装置の反応容器２のパージ処理に特徴があるので、ここではそれに関連する構成要素の一部をブロック化して説明するものとする。
図２中７０はバスであり、このバス７０に、成膜レシピ格納部７１、パージレシピ格納部７２、パージレシピ選択プログラム７３、膜厚管理部７４、反応容器使用時間管理部７５、パーティクル数管理部７６や、第１及び第２のパーティクル検出部６２，６３、前記供給制御部１００、前記排気制御部２００、エアの供給系５８、ヒータ５１の電力制御部５１ａ、ボートエレベータ２０の昇降機構２０ａや第２の蓋体２９の駆動機構２９ａが接続されている。
前記成膜レシピ格納部７１は、複数の成膜処理のレシピを格納する部位であり、複数の成膜レシピとしては、成膜する薄膜の種類が同じで成膜ガスが互いに異なる成膜レシピや、成膜ガスが同じで処理温度の範囲が互いに異なる成膜レシピが含まれる。
例えばこの例では複数の成膜レシピとして、成膜レシピ１、成膜レシピ２、成膜レシピ３、成膜レシピ４の４つのレシピが用意され、成膜レシピ１は、前記ＤＣＳを成膜ガスとして用いたレシピ、成膜レシピ２は、前記ＨＣＤを成膜ガスとして用い、５００℃未満の温度で成膜処理を行うレシピ、成膜レシピ３は前記ＨＣＤを成膜ガスとして用い、５００℃以上の温度で成膜処理を行うレシピ、成膜レシピ４はビスターシャルブチルアミノシランを成膜ガスとして用いたレシピとする。
またパージレシピ格納部７２は、本発明の記憶部に相当する部位であり、複数のパージレシピを格納する部位である。ここでパージレシピとはパージ処理のレシピであり、このパージ処理とは、成膜処理と次の成膜処理の間に反応容器内をガスパージする処理をいう。また複数のパージレシピは、パージ処理を行う時間の長さ及び反応容器内の温度の少なくとも一方が互いに異なるパージレシピを含むものである。反応容器内の温度が互いに異なるとは、温度プロファイル（時間に対する温度設定パターン）が異なることである。
例えばこの例では、図３に成膜レシピ１に対応する基本のレシピであるパージレシピ１の一例を、図４に成膜レシピ２に対応する基本のレシピであるパージレシピ２の一例を、図５に成膜レシピ３に対応する基本のレシピであるパージレシピ３の一例を、図６に成膜レシピ４に対応する基本のレシピであるパージレシピ４の一例を、夫々示す。
また前記パージレシピ選択プログラム７３とは、選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、複数のパージレシピの中からパージレシピを選択する選択手段に相当する部位である。具体的には、成膜レシピと累積膜厚に基づいて、複数用意されたパージレシピから所定のパージレシピが選択されるようになっており、成膜レシピに対応するフローチャート（図８〜図１１参照）が格納され、これに基づいて所定のパージレシピが選択されるようになっている。なお図７に示す表は、成膜レシピとパージレシピとの関係を分かり易く表示したものである。
前記膜厚管理部７４は、選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚を求める部位である。ここで累積膜厚とは、反応容器の新品を装着したとき、あるいは反応容器内をクリーニングしたときから成膜した薄膜の膜厚の累積値であって、例えば各成膜処理における目標膜厚を加算していくことにより求められる。
前記反応容器使用時間管理部７５は、各成膜レシピが行われている時間から、反応容器２が使用されている累積時間を計測する部位である。ここで反応容器２が使用されている時間とは、反応容器２内に未処理のウエハＷが搭載されたウエハボート２５が搬入されて第１の蓋体２３が閉じられてから、反応容器２から処理後のウエハＷが搭載されたウエハボート２５が搬出されて第２の蓋体２９が閉じられるまでの時間をいう。
またパーティクル数管理部７６は、第１及び第２のパーティクル検出部６２，６３からのパーティクルの検出データを受けとり、パーティクルの傾向が変わってきたときに、所定のタイミングでパーティクルデータを出力する部位であり、パーティクルの傾向が変わってきたときとは、例えば急にパーティクル数の平均値が２〜３倍になったときをいう。
なお制御部７に格納されている処理プログラム及び成膜レシピやパージレシピ（成膜レシピやパーティクルレシピ入力用の画面データを含む）を含むソフトウェアは、記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（いわゆるＭＯ）などに格納され、制御部７にインストールされる。ここでいう処理プログラムについては図示していないが、以下に述べるように装置を動作させるためのコンピュータプログラムであり、パージレシピ選択プログラム７３は、その一部である。
次に上述の成膜装置を用いて実施する成膜方法の一例について、成膜ガスとして前記ＤＣＳを用いてＳｉＮ膜を成膜する場合を例にして、図８に示す処理フローを用いて説明する。なおこの処理フローにおける各ステップは、上記のコンピュータプログラムにより実施される。先ず成膜レシピ１を選択し（ステップＳ１）、累積膜厚、反応容器２の累積使用時間、パーティクル数を測定しながら、成膜レシピ１を行う（ステップＳ２）。つまり基板であるウエハＷを所定枚数ウエハボート２５に保持させて、反応容器２内にボートエレベータ２０を上昇させることにより搬入（ロード）する。
ウエハボート２５が搬入されて反応容器２の下端開口部２１が第１の蓋体２３により塞がれた後、反応容器２内の温度を例えば６５０℃〜７６０℃まで昇温させると共に、メインバルブＭＶ、ニードルバルブＮＶを開いて、反応容器２内を排気口４を通じて真空ポンプ４１により、所定の真空度例えば０．４Ｐａまで真空排気する。
そして第１の成膜ガス供給源３３と第２の成膜ガス供給源３４から例えばＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスとＮＨ３ガスとを、夫々所定の流量で反応容器２内に供給して、ＳｉＮ膜の成膜処理を行う。反応容器２内ではＳｉＨ２Ｃｌ２ガスとＮＨ３ガスが熱分解して、ＳｉＮ膜がウエハＷの表面に成膜される。これら一連の工程を行っている間、ウエハボート２５はモータＭにより回転している。次いでＳｉＨ２Ｃｌ２ガスとＮＨ３ガスの供給を停止し、反応容器２内を排気してから、パージガス供給源３７からパージガスであるＮ２ガスの供給を開始してパージを行い、反応容器２内の圧力を大気圧に戻すと共に、ウエハボート２５を反応容器２から搬出（アンロード）して、成膜レシピ１を終了する（ステップＳ３）。
続いてパージ処理を行う。先ずパージレシピの選択を行う。具体的にはパーティクル数管理部７６にパーティクル数に変化がないか否かを問い合わせ(ステップＳ４)、パーティクル数に変化がない場合にはステップＳ５に進み、パーティクル数に変化がある場合にはステップＳ６に進んでパージレシピ４にてパージ処理を行う。
ステップＳ５では、さらに膜厚管理部７４に、累積膜厚が限界膜厚Ａこの例では１．５μｍを越えているか否かを問い合わせ、越えていない場合にはステップＳ７に進み、パージレシピ１でパージ処理を行う。越えている場合にはステップＳ６に進み、パージレシピ４でパージ処理を行う。こうして所定のパージレシピにてパージ処理を行った後、未処理のウエハＷをウエハボート２５に搭載して反応容器２内にロードし、次の成膜処理を開始する（ステップＳ８）。
次に成膜ガスとしてＨＣＤを用いて５００℃未満の温度でＳｉＮ膜を成膜する場合を例にして、図９に示す処理フローを用いて説明する。先ず成膜レシピ２を選択し（ステップＳ２１）、累積膜厚、反応容器の累積使用時間、パーティクル数を測定しながら、成膜レシピ２を行う（ステップＳ２２）。このプロセスは成膜ガスとしてＨＣＤ（Ｓｉ２Ｃｌ６）ガスとＮＨ３ガスを用い、成膜処理時の温度を４５０℃〜５００℃未満の温度に設定して、上述の成膜レシピ１と同様に行われ、こうして成膜レシピ２を終了する（ステップＳ２３）。
続いてパージ処理を開始する。ここでパージレシピの選択は、先ずパーティクル数管理部７６にパーティクル数に変化かないか否かを問い合わせ(ステップＳ２４)、パーティクル数に変化がない場合にはステップＳ２５に進み、変化がある場合にはステップＳ２９に進んで、パージレシピ４にてパージ処理を行う。
ステップＳ２５では、膜厚管理部７４に、第２の限界膜厚Ａ２この例では５０００オングストロームを越えているか否かを問い合わせ、越えていない場合にはステップＳ２６に進み、越えている場合にはステップＳ２９に進んでパージレシピ４でパージ処理を行う。
またステップＳ２６では、膜厚管理部７４に、第１の限界膜厚Ａ１この例では１０００オングストロームを越えているか否かを問い合わせ、越えていない場合にはステップＳ２７に進んでパージレシピ２でパージ処理を行い、越えている場合にはステップＳ２８に進み、パージレシピ３でパージ処理を行う。こうして所定のパージレシピにてパージ処理を行った後、次の成膜処理を開始する（ステップＳ３０）。
次に成膜ガスとしてＨＣＤを用いて５００℃以上の温度でＳｉＮ膜を成膜する場合を例にして、図１０に示す処理フローを用いて説明する。先ず成膜レシピ３を選択し（ステップＳ４１）、累積膜厚、反応容器２の累積使用時間、パーティクル数を測定しながら、成膜レシピ３を行う（ステップＳ４２）。このプロセスは成膜ガスとしてＨＣＤ（Ｓｉ２Ｃｌ６）ガスとＮＨ３ガスを用い、成膜処理時の反応容器２内の温度は例えば５００℃以上〜６００℃として、上述の成膜レシピ２と同様に実施される。こうして成膜レシピ３を終了する（ステップＳ４３）。
続いてパージ処理を開始する。ここでパージレシピの選択は、先ずパーティクル数管理部７６にパーティクル数に変化かないか否かを問い合わせ(ステップＳ４４)、パーティクル数に変化がない場合にはステップＳ４５に進み、変化がある場合にはステップＳ４７に進んでパージレシピ４にてパージ処理を行う。
ステップＳ４５では、膜厚管理部７４に、累積膜厚が限界膜厚Ａこの例では５０００オングストロームを越えているか否かを問い合わせ、越えていない場合にはステップＳ４６に進んで、パージレシピ３でパージ処理を行い、越えている場合にはステップＳ４７に進んでパージレシピ４でパージ処理を行う。こうして所定のパージレシピにてパージ処理を行った後、次の成膜処理を開始する（ステップＳ４８）。
次に成膜ガスとしてビスターシャルブチルアミノシランを用いてＳｉＮ膜を成膜する場合を例にして、図１１に示す処理フローを用いて説明する。先ず成膜レシピ４を選択し（ステップＳ５１）、成膜レシピ４を行う（ステップＳ５２）。このプロセスは成膜ガスとしてビスターシャルブチルアミノシランガスとＮＨ３ガスとを用いて、成膜処理時の反応容器２内の温度は例えば４５０℃〜６００℃として上述の成膜レシピ１と同様に実施される。こうして成膜レシピ４を終了すると（ステップＳ５３）、パージレシピ４が選択され、パージ処理を開始する（ステップＳ５４）。こうしてパージ処理を行った後、次の成膜処理を開始する（ステップＳ５５）。
ここで各パージレシピについて説明する。先ずパージレシピ１について説明すると、このパージ処理は、図３に示すように、時刻Ｔ１によりパージ処理が開始されるが、この時刻Ｔ１はウエハボート２５がローディングエリア２８に搬出され、第２の蓋体２９が閉じられたタイミングである。このパージ処理では、処理が開始されると、ヒータ５１への電力供給を停止すると共に、反応容器２と加熱炉５２との間に、例えば０℃のエアを送気ポート５３を介して供給して排気路５７より排出することにより強制的な冷却を行い、時刻Ｔ２にて第１の温度例えば３００℃になるように急速冷却する。次いで前記エアの供給を停止すると共に、ヒータ５１への電力供給を開始して、時刻Ｔ３にて例えば成膜処理の温度である６５０℃〜７６０℃になるように加熱を行う。ここで前記第１の温度と時刻Ｔ２とは、パージ処理が開始されたときの反応容器２の温度との温度差が例えば１００℃〜５００℃程度あり、例えば７５℃／分程度の冷却速度で反応容器２が急速冷却されるように夫々決定される。
この際、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までパージガス供給源３７からガス供給管３２を介して反応容器２内にパージガスを例えば３０ｓｌｍ程度の流量で供給すると共に、メインバルブＭＶを閉じ、ニードルバルブＮＶを開いて真空ポンプ４１より、バイパスライン４６を介して例えば３０リットル／分程度の排気速度で反応容器２内を排気する。このパージレシピ１では、図１２に示すように、ウエハボート２５を反応容器２内に搬入しない状態でのパージ処理つまり第１のパージ処理が行われ、パージ処理時間は例えば１２．５分程度である。
このようなパージレシピ１は、成膜レシピ１のＤＣＳを成膜ガスとして用いた成膜処理の基本レシピとして用いられるものであり、一定の条件（パーティクル数に変化がなく、累積膜厚が限界膜厚Ａを超えてなく、反応容器２の限界使用時間Ｂを越えてない）の場合には、成膜レシピ１を終了する毎にこのパージレシピ１を行うことにより、ガスの発生や膜剥がれが原因となるパーティクルの発生を抑えることができる。
つまり反応容器２を強制冷却することにより、反応容器２の内壁に付着している反応主生成物や反応副生成物の膜に、石英よりなる反応容器２の熱容量の差でクラックが入る。一方反応容器２内を３０リットル／分程度の排気速度で排気することにより、今まさに剥がれようとしている膜の表層部が剥がされ、反応容器２の外部に排出される。これにより剥がれようとしている膜の表層部が原因となるガスやパーティクルの発生が抑えられるので、このパージ処理の次の成膜処理におけるガスやパーティクルの発生が防止される。ここでガスの発生を抑制するのは、膜からガスが発生すると、膜の反応容器２内壁への密着性が悪化して、膜剥がれが起こりやすくなるので、これを防止するためである。
この際反応容器２の下端側開口部２１は第２の蓋体２９により閉じられているので、反応容器２内から剥がれ落ちた膜がローディングエリア２８内のウエハボート２５に付着するおそれはない。またこのパージレシピ１はトータルのパージ時間が１２．５分であり、この時間はローディングエリア２８にてウエハボート２５に対して、処理済のウエハＷと未処理のウエハＷの移載作業に要する時間である。従ってこの移載時間にパージレシピ１を行えば、パージ処理のために別個に時間を用意することなく、装置が成膜処理のために稼動できない時間（ダウンタイム）が発生しないので、パージ処理を行ってもスループットの低下を抑えることができる。
続いてパージレシピ２に基づいてパージ処理を行う場合について図４を用いて説明する。このパージレシピ２では、図１２に示すように、ウエハＷが搭載されていない空のウエハボート２５を反応容器２内に搬入した状態でのパージ処理つまり第２のパージ処理が行われる。詳しくは、成膜処理後に反応容器２からウエハボート２５を搬出し、ローディングエリア２８にて処理済のウエハＷを移載し、次いでウエハＷを搭載しない状態で空のウエハボート２５を反応容器２内に搬入した状態でパージ処理が開始される。
パージ処理が開始されるタイミングは、ウエハＷを搭載しないウエハボート２５が反応容器２内にロードされ、第１の蓋体２３が閉じられたタイミングである。ここでウエハボート２５のロード時の反応容器２内の温度は例えば成膜処理の温度である４５０℃〜５００℃未満程度であり、ウエハボート２５のロードとそれに続く待機の間は、パージガス供給源３７よりガス供給管３２を介して反応容器２内にＮ２ガスを１ｓｌｍ程度の流量で供給する。
次いで真空排気を行う。この際真空ポンプ４１により、先ずニードルバルブＮＶを開いてバイパスライン４６を介して反応容器２内の排気を行い、次いでメインバルブＭＶを開いてメインライン４５を介して反応容器２内の排気を行って、反応容器２内を０．４Ｐａ程度まで真空排気を行う。この例では反応容器２内の圧力が０．４Ｐａ〜１．０Ｐａ程度の場合を真空排気された状態という。
次いで時刻Ｔ４にてヒータ５１への電力供給を開始して、反応容器２内の温度を、時刻Ｔ５にて第２の温度例えば８５０℃になるように加熱しながら、Ｎ２ガスのサイクルパージを行う。ここで前記第２の温度は、当該パージ処理の次に開始される成膜処理のプロセス温度よりも高い温度に設定することが望ましい。反応容器２の温度は時刻Ｔ６で冷却を開始し、時刻Ｔ７で例えば成膜処理の温度である４５０℃〜５００℃未満になるまで冷却する。
また前記サイクルパージでは、パージガス供給源３７からＮ２ガスをガス供給管３２を介して反応容器２内に、１ｓｌｍの流量で供給（Ｎ２パージ）し、次いで前記Ｎ２ガスの供給を停止して、反応容器２を真空ポンプ４１により排気（ＶＡＣ）する。ここでＮ２パージの供給の際もメインバルブＭＶを開いて真空ポンプ４１により排気は行われている。こうしてＮ２パージと排気とを交互に行い、３回目のＮ２パージを行った後、Ｎ２ガスの供給を停止し、３回目の排気を行った後、メインバルブＭＶ，ニードルバルブＮＶを閉じて真空ポンプ４１による排気を停止し、パージガス供給源３７からＮ２ガスを３０ｓｌｍの流量で反応容器２内に供給して、反応容器２内を大気圧まで戻してから、パージガス供給源３７からＮ２ガスを１ｓｌｍの流量で反応容器２内に供給しながら、反応容器２内からウエハボート２５をアンロードしてパージ処理を終了する。このパージ処理に要する時間は例えば３０．７分程度である。
このパージレシピ２は、脱ガスやこの脱ガスが原因となる膜剥がれによって発生するパーティクルを抑制する効果があるものであって、成膜レシピ２のＨＣＤを成膜ガスとして用い、５００℃未満の温度で成膜処理を行う場合の基本レシピとして用いられるものであり、前記一定の条件の場合には、成膜レシピ２を終了する毎にこのパージレシピ２を行うことにより、ガスの発生や、このガスの発生により生じた膜剥がれが原因となるパーティクルの発生を抑えることができる。
このパージ処理においては、真空排気をしながら反応容器２を第２の温度まで加熱することにより、真空排気と反応容器２の熱容量の差によって膜剥がれがし易くなると共に、この膜剥がれが発生したところからガスが発生しやすくなって、残存している膜からガスを強制的に発生させる。このとき第２の温度を次の成膜処理のプロセス温度よりも高く設定することにより、次の成膜処理でのガスの発生を抑制することができる。
さらにパージ処理では、空のウエハボート２５を反応容器２内に搬入して処理を行っているので、ウエハボート２５に付着した膜についても剥がすことができてパーティクルの発生が抑えられ、また残存する膜からの脱ガスも抑制することができる。
続いてパージレシピ３に基づいてパージ処理を行う場合について図５を用いて説明する。このパージレシピ３は、パージレシピ２と同様に第２のパージ処理が行われ、成膜処理後に反応容器２からウエハボート２５を搬出し、ローディングエリア２８にて処理済のウエハＷを移載し、次いでウエハＷを搭載しない状態でウエハボート２５を反応容器２内に搬入した状態でパージ処理が開始される。
パージ処理が開始されるタイミングは、ウエハボート２５が反応容器２内にロードされ、第１の蓋体２３が閉じられたタイミングである。ウエハボート２５のロードと待機の間は、パージガス供給源３７よりガス供給管３２を介して反応容器２内にＮ２ガスを１ｓｌｍ程度の流量で供給する。
一方、時刻Ｔ８にてヒータ５１への電力供給を停止すると共に、反応容器２と加熱炉５２との間に、例えば０℃のエアを送気ポート５３を介して供給して排気路５７より排出することにより、強制的な冷却を行うことで時刻Ｔ９にて第３の温度例えば３００℃になるように急速冷却する。ここでこの例では、前記第３の温度は、パージ処理が開始されたときの反応容器２の温度との温度差が例えば１００℃〜５００℃程度であり、急速冷却とは例えば７５℃／分程度の冷却速度で反応容器２が冷却されることをいう。
この際、真空ポンプ４１により、先ずニードルバルブＮＶを開いてバイパスライン４６を介して反応容器２内の排気を行い、次いでメインバルブＭＶを開いてメインライン４５を介して反応容器２内の排気を行って、反応容器２内を０．４Ｐａ程度まで真空排気を行う。この例では反応容器２内の圧力が０．４Ｐａ〜１．０Ｐａ程度の状態を、真空排気された状態という。
次いで時刻Ｔ９にて反応容器２内が第３の温度まで冷却された後、前記エアの供給を停止すると共に、ヒータ５１への電力供給を開始して、反応容器２内の温度を、時刻Ｔ１０にて第４の温度になるように加熱しながら、Ｎ２ガスのサイクルパージを行う。ここで第４の温度は、当該パージ処理の次に開始される成膜処理のプロセス温度よりも高い温度に設定することが望ましい。この例では反応容器２からウエハボート２５をアンロードするまで反応容器２内は第４の温度に維持される。
前記サイクルパージは、パージガス供給源３７からＮ２ガスを１ｓｌｍの流量でガス供給管３２を介して反応容器２内に供給（Ｎ２パージ）し、次いで前記Ｎ２ガスの供給を停止して、反応容器２を真空ポンプ４１により排気（ＶＡＣ）する。ここでＮ２パージの際もメインバルブＭＶを開いて真空ポンプ４１により排気は行われている。こうしてＮ２パージと排気とを交互に行い、３回目のＮ２パージはパージガス供給源３７から１ｓｌｍのＮ２を供給することにより行った後、Ｎ２ガスの供給を停止すると共に、メインバルブＭＶ，ニードルバルブＮＶを閉じて真空ポンプ４１による排気を停止し、パージガス供給源３７からＮ２ガスを３０ｓｌｍの流量で供給して、反応容器２内を大気圧まで戻してから、パージガス供給源３７からＮ２ガスを２ｓｌｍの流量で供給しながら、反応容器２内からウエハボート２５をアンロードしてパージ処理を終了する。このパージ処理に要する時間は例えば３４．４分程度である。
このパージレシピ３は、成膜レシピ２のＨＣＤを成膜ガスとして用い、５００℃以上〜６００℃の温度で成膜処理を行う場合の基本レシピとして用いられるものであり、前記一定の条件の場合には、成膜レシピ３を終了する毎にこのパージレシピ３を行うことにより、ガスの発生や膜剥がれが原因となるパーティクルの発生を抑えることができる。
またこのパージレシピ３は、パージレシピ１やパージレシピ２よりもパージ作用が大きく、パージレシピ１よりもガスの発生やパーティクルの発生の抑制効果が大きいので、成膜レシピ１の成膜処理を行う場合であって、反応容器２への累積膜厚が一定値を超えて、反応容器２の堆積膜にクラックが入り、パーティクルが発生しやすくなったときであっても、このパージレシピ３を行うことによりガスの発生やパーティクルの発生を抑制することができる。
さらにこのパージレシピ３は、パージレシピ２よりもパーティクルの発生の抑制効果が大きいので、成膜レシピ２の成膜処理を行う場合であって、累積膜厚が第１の限界膜厚Ａ１である１０００オングストロームを超えたときであっても、このパージレシピ３を行うことによりパーティクルの発生を抑制することができる。
このパージ処理においても、始めに反応容器２を強制空冷することにより、既述のように、反応容器２の内壁に付着している反応生成物や反応副生成物の膜中の今まさに剥がれようとしている膜の表層部が剥がされ、真空ポンプ４１による排気により反応容器２の外部に排出される。この際、反応容器２を真空排気することにより反応容器２の膜剥がれが促進され、常圧で反応容器２を強制空冷する場合よりも剥がれる膜が多く、膜剥がれが原因となるパーティクルの発生をより抑制することができる。
また反応容器２を真空排気しながら、再び第４の温度まで加熱することにより、真空排気と熱容量の差により膜剥がれがし易くなると共に、この膜剥がれが発生したところからガスが発生しやすくなり、残存している膜からガスを強制的に発生させる。このとき第４の温度を次の成膜処理のプロセス温度よりも高く設定することにより、次の成膜処理でのガスの発生を抑制することができる。
このパージ処理では、空のウエハボート２５を反応容器２内に搬入して処理を行っているので、ウエハボート２５に付着した膜についても剥がすことができてパーティクルの発生が抑えられ、また残存する膜からの脱ガスも抑制することができる。
続いてパージレシピ４に基づいてパージ処理を行う場合について図６を用いて説明する。このパージレシピ４は従来から行われていたパージレシピであり、第１のパージ処理と第２のパージ処理を続いて行うものである。パージ処理が開始されるタイミングは、ウエハボート２５がローディングエリア２８に搬出され、第２の蓋体２９が閉じられたタイミングである。そして先ず、時刻Ｔ１１においてヒータ５１への電力供給を停止すると共に、反応容器２と加熱炉５２との間に、例えば０℃のエアを送気ポート５３を介して供給し、排気路５７より排出することにより、時刻Ｔ１２にて第５の温度例えば０℃になるように急速冷却する。ここで前記第５の温度は、パージ処理が開始されたときの反応容器２の温度との温度差が例えば１００℃〜５００℃程度であり、この例では例えば７５℃／分程度の冷却速度で反応容器２が冷却される状態を急速冷却という。
一方反応容器２には時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までパージガス供給源３７からＮ２ガスを例えば１ｓｌｍ程度の流量でガス供給管３２を介して供給すると共に、メインバルブＭＶを閉じ、ニードルバルブＮＶを開いて真空ポンプ４１より、バイパスライン４６を介して例えば３０リットル／分程度の排気速度で反応容器２内を排気して、時刻Ｔ１２にて第１のパージ処理が終了する。この第１のパージ処理の処理時間は例えば１２．５分程度である。
次いでウエハボート２５が反応容器２内にロードされ、第１の蓋体２３が閉じられて第２のパージ処理を開始する。ここでロード工程の前に移載工程が記載されているが、この例ではウエハＷの移載は行われないので、この移載工程の時間は０秒である。またウエハボート２５のロードと待機の間は、パージガス供給源３７よりＮ２ガスを１ｓｌｍ程度の流量で供給する。次いで時刻Ｔ１３にてヒータ５１への電力供給を開始して、反応容器２内の温度を、時刻Ｔ１４にて第６の温度例えば７５０℃になるように加熱する。ここで第６の温度は、次の成膜処理のプロセス温度よりも高い温度に設定することが望ましい。こうして所定時間第６の温度を維持した後、時刻Ｔ１５から反応容器２の冷却を開始し、時刻Ｔ１６にて次の成膜処理の温度又はそれよりも低い温度まで冷却する。
一方ウエハボート２５をロードし、待機させた後、真空ポンプ４１により、先ずニードルバルブＮＶを開いてバイパスライン４６を介して反応容器２内の排気を行い、次いでメインバルブＭＶを開いてメインライン４５を介して反応容器２内の排気を行って、反応容器２内を０．４Ｐａ程度まで真空排気を行う。この例では反応容器２内の圧力が０．４Ｐａ〜１．０Ｐａの状態を、真空排気された状態という。
こうして反応容器２内が所定の真空度に設定された後、Ｎ２ガスのサイクルパージを行う。つまりパージガス供給源３７からＮ２ガスを、１ｓｌｍの流量で供給（Ｎ２パージ）し、次いで前記Ｎ２ガスの供給を停止して、反応容器２を真空ポンプ４１により排気（ＶＡＣ）する。ここでＮ２パージの際もメインバルブＭＶを開いて真空ポンプ４１により排気は行われている。こうしてＮ２パージと排気とを交互に行い、４回目のＮ２パージを行った後、Ｎ２ガスの供給を停止する。そして４回目の排気を行った後、メインバルブＭＶ，ニードルバルブＮＶを閉じて真空ポンプ４１による排気を停止し、パージガス供給源３７からＮ２ガスを３０ｓｌｍの流量で反応容器２内に供給して、反応容器２内を大気圧まで戻してから、パージガス供給源３７からＮ２ガスを１ｓｌｍの流量で反応容器２内に供給しながら、反応容器２内からウエハボート２５をアンロードしてパージ処理を終了する。この第２のパージ処理に要する時間は例えば３５．２分程度である。
このパージレシピ４は、成膜レシピ４のビスターシャルブチルアミノシランを成膜ガスとして用いて成膜処理を行う場合の基本レシピとして用いられるものであり、成膜レシピ４を終了する毎にこのパージレシピ４を行うことにより、ガスの発生や膜剥がれが原因となるパーティクルの発生を抑えることができる。
またこのパージレシピ４は、パージレシピ１，２，３よりもガスの発生やパーティクルの発生の抑制効果が大きいので、成膜レシピ１，２，３の成膜処理を行う場合であって、累積膜厚が限界膜厚Ａを超えたときに（成膜レシピ２にあっては、第２の限界膜厚Ａ２を超えたときに）、ガスの発生やパーティクルの発生を抑制することができる。
このパージ処理においても、始めに反応容器２を強制空冷することにより、既述のように、反応容器２の内壁に付着している反応生成物や反応副生成物の膜中の今まさに剥がれようとしている膜の表層部が剥がされ、真空ポンプ４１によるバイパスライン４６を介しての排気により反応容器２の外部に排出される。
次いで反応容器２を真空排気しながら反応容器２内の温度を第６の温度まで加熱することにより、真空排気と加熱による熱容量の差で、より膜剥がれがし易くなると共に、この膜剥がれが発生したところからガスが発生しやすくなり、残存している膜からガスを強制的に発生させる。このとき第６の温度を次の成膜処理のプロセス温度よりも高く設定することにより、次の成膜処理でのガスの発生を抑制することができる。
ここで第２のパージ処理では、空のウエハボート２５を反応容器２内に搬入して処理を行っているので、ウエハボート２５に付着した膜についても剥がすことができてパーティクルの発生が抑えられ、また残存する膜からの脱ガスも抑制することができる。なお第１のパージ処理は、ウエハボート２５は反応容器２内に搬入せずに行うが、ウエハボート２５はアンロードすることにより冷却されるので、強制空冷と同等以上の効果があり、膜剥がれを促進することができる。
こうした所定の成膜レシピに従った成膜処理と、所定のパージレシピに従ったパージ処理との一連のプロセスは、制御部７内の既述のソフトウェアに基づいて各部がコントロールされて実行される。
本発明は、本発明者らにより、成膜レシピ毎に、各成膜レシピに対応したパージ効果を備えたパージ処理を行うことによって、ガスやパーティクルの発生原因となる反応容器内の膜の表層部が除去でき、次の成膜処理におけるガスやパーティクルの発生を抑制できることを見出した結果なされたものである。このため本発明者らは、各成膜処理毎にパーティクルの原因解析等を行い、試行錯誤により、各成膜レシピに対応するパージレシピを作成し、本発明を完成するに至った。
このように本発明は、成膜レシピ毎に、各処理に対応したパージ効果を備えたパージレシピを用意し、成膜処理が行われる毎に、この成膜処理に応じたパージレシピを自動的に選択して反応容器のパージ処理を行っているので、各成膜処理毎に適切なパージ効果のパージ処理が行なわれる。ここで成膜レシピにより、強い効果のパージ処理を行う必要がある場合と、それ程強い効果を必要としない場合があり、強い効果を有するパージ処理では処理時間が長くなる。
具体的には上述の実施の形態では、処理時間が１２．５分と最も短く、ダウンタイムが発生しないパージレシピ１、処理時間（ダウンタイムに相当）が３０．７分程度であって、パージレシピ１よりも効果が大きいパージレシピ２、処理時間（ダウンタイムに相当）が３４．４分程度であって、パージレシピ１，２よりも効果が大きいパージレシピ３、処理時間が４７．７分（ダウンタイムは３５．２分）程度であって、パージレシピ１，２，３よりも効果が大きいパージレシピ４と、効果の異なる４種類のパージレシピを用意している。
従って成膜処理に応じた適切なパージ効果を備えたパージ処理を行うことにより、ＤＣＳを成膜ガスとして用いる成膜処理の後に、パージレシピ４にてパージ処理を行う場合のような無駄なパージ処理時間の発生を抑えて、ガスやパーティクルの発生の原因となる反応容器内に付着した膜を除去することができる。これにより成膜装置が成膜処理を行うことができない時間（ダウンタイム）を発生させないか、またはできるだけ短いダウンタイムにすることができるので、パージ処理を行った場合でもスループットの低下を抑えることができる。
また本発明者らは、反応容器２内の累積膜厚、反応容器２の使用時間、ローディングエリア２８や排気管４３内のパーティクル数の変化等により、同じ成膜処理を行っていても、ガスやパーティクルの発生を抑えるための適切なパージレシピが異なる場合があることに着目し、この場合にはその状態において適切なパージレシピに自動的に変更してパージ処理を行うようにしたので、成膜処理毎にガスの発生やパーティクルの発生の原因となる反応容器内に付着した膜を確実に除去することができる。
具体的には反応容器２内の累積膜厚が限界膜厚Ａを越えると、膜からガスが発生しやすくなり、また膜にクラックが入って膜剥がれがしやすくなるので、最もパージ効果の大きいパージレシピ４を用いて、ガスやパーティクルの発生原因となる膜を十分に除去することが行われる。またローディングエリア２８や排気管４３内のパーティクル数が急激に変化した場合にも、反応容器２内の累積膜厚に何らかの変化があり、膜剥がれがしやすい状態となっているので、最もパージ効果の大きいパージレシピ４を用いてパージ処理が行われる。
また反応容器２の累積使用時間が長くなると、膜からの脱ガス量も増加し、石英上の堆積膜にクラックが入り、パーティクルが発生しやすくなるので、基本のパージレシピよりもパージ効果の大きいパージレシピを用いてパージ処理が行うようにしてもよい。
このように反応容器２内の累積膜厚、反応容器２の使用時間、排気管４３内のパーティクル数やウエハＷ表面のパーティクル数により、基本のパージレシピとは異なるパージレシピを選択してパージ処理を行うことは有効であるが、必ずしも行う必要はなく、夫々の成膜レシピに応じた基本のパージレシピを用いてパージ処理を行うようにしてもよい。また反応容器２内の累積膜厚、反応容器２の使用時間、排気管４３内のパーティクル数やウエハＷ表面のパーティクル数のいずれか一つ又は二つを選択して、基本のパージレシピとは異なるパージレシピを選択してパージ処理を行ってもよい。この際パーティクルの検出は、排気管４３内以外に、反応容器２内にて検出するようにしてもよいし、ウエハＷ表面のパーティクル数の検出も反応容器２内にて行うようにしてもよい。またウエハＷ表面のパーティクル数の検出は装置の外部にて行うようにしてもよい。
以上において成膜処理としては、窒化シリコン膜の成膜処理のみならず、ＴａＮ，ＴｉＮ，ＷＮ等の成膜処理に適用することができる。また成膜処理の種別としては、同じ膜種の成膜処理に関わらず、異なる膜種の成膜処理であってもよい。
また本発明では、ＨＣＤを成膜ガスとして用いた処理を行う場合、先ず５００℃未満の温度例えば４５０℃で成膜処理を行う成膜レシピ２に引き続いて、５００℃以上の温度例えば６００℃で成膜処理を行う成膜レシピ３を行う場合、成膜レシピ２の累積膜厚が第１の限界膜厚Ａ１より小さくても、成膜レシピ２に対応する基本のパージレシピ２でパージ処理を行った後に成膜レシピ３を行うと、脱ガスが発生してしまう。従ってこの場合には、成膜レシピ２を行った後、パージレシピ２よりも効果が大きいパージレシピ３かパージレシピ４にてパージ処理を行うように、パージレシピを選択することが好ましい。
続いて本発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図１に示す成膜装置においてパージガスとしてＮ２ガスの代わりにＮＨ３（アンモニア）ガスを用いた他は、上述の実施の形態と全く同様である。即ち、図１〜図１２に示した実施の形態において、明細書中のパージガスであるＮ２ガスをＮＨ３ガスに置き換え且つ図面のＮ２ガスをＮＨ３ガスに置き換えた例に相当し、反応容器２内へのパージガスであるＮＨ３ガスの供給については、例えば成膜ガスの供給源であるＮＨ３供給源３６から行われる。
既述の成膜レシピ１はＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスとＮＨ３ガスとを用いてウエハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜し、成膜レシピ２及び成膜レシピ３はＨＣＤ（Ｓｉ２Ｃｌ６）ガスとＮＨ３ガスとを用いてウエハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜しているため、ＳｉＮ膜の成膜段階でＳｉＨ２Ｃｌ２ガス及びＳｉ２Ｃｌ６ガスに含まれるＣｌ原子が当該ＳｉＮ膜中に取り込まれる。そのため例えば既述のパージレシピ１やパージレシピ３などによって処理容器２を強制冷却することにより若しくは加熱することにより処理容器２の内壁及びウエハボート２５等に付着しているＳｉＮ膜が剥れる際に、膜の表層部からＣｌが発生する。このＣｌは処理容器２の内壁及びウエハボート２５等に付着する。そのため製品用のウエハＷを搭載したウエハボート２５を処理容器２内に搬入して次の成膜処理を行う際に、処理容器２の内壁及びウエハボート２５等に付着しているＣｌが飛散し、ウエハＷの表面に吸着する。その後、例えばＤＣＳガスとＮＨ３ガスとを用いてウエハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜した場合に、ウエハＷの表面に吸着したＣｌの影響により、ＳｉＮ膜の成膜遅れが発生（インキュベーションタイムが発生）する。即ち、ウエハＷの表面に成膜ガスを供給しても直ぐには成膜されず、ある時間経過した後、一気に膜が成長するという現象が起こり、そのときの表面の荒れが、その後に成長する膜の表面に転写され、結果として、得られるＳｉＮ膜の表面に荒れが発生（ＳｉＮ膜の表面が凸凹になる）するので、ＳｉＮ膜の膜厚が不均一となり当該膜の電気特性やエッチング特性が劣化してしまう。
そこで、パージレシピ１〜４に基づいてパージ処理（サイクルパージ）を行うに当たって、反応容器２内に供給するパージガスをＮ２ガスの代わりにＮＨ３ガスを供給することによって、図１３に示すようにＳｉＮ膜の表層部から発生するＣｌはＮＨ３ガスと反応してＮＨ４Ｃｌ（塩化アンモニウム）となり、ＮＨ４Ｃｌの形態で処理容器２から排出されることになる。
この実施の形態によれば、パージガスとしてＮ２ガスを用いた実施の形態における効果に加え、パージ処理後、ウエハＷに対してＳｉＮ膜を成膜するに当たって、ＳｉＮ膜の膜質例えば電気特性やエッチング特性の劣化を防ぐことができるという問題を解決することができる。
即ち、ＮＨ３ガスをパージガスとして用いる手法は、選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、自動でパージレシピを選択する手法に限られず、製品ウエハ（被処理基板）が反応容器２内に存在しない状態で反応容器２内をパージ処理する場合に適用できる。例えば成膜処理後に製品ウエハを搭載したウエハボート２５を反応容器２内から搬出した後において、反応容器２を閉じて密閉状態とし、次いで反応容器２内をパージ処理する手法、例えば強制的に反応容器２を冷却しながら反応容器２内にパージガスであるＮＨ３ガスを供給してパージ処理を行う手法や、空のウエハボート２５を搬入した状態あるいは搬入しない状態で、反応容器２内を強制冷却または例えば成膜処理時の温度よりも高い温度に急速加熱しながらあるいは所定の温度に維持した状態でパージ処理を行う手法等に対して適用することができる。なお、パージガスとしては、１００％のＮＨ３ガスに限られず、ＮＨ３ガスに希釈ガスとして例えば窒素（Ｎ２）ガスを添加したパージガスを用いてもよい。
またこの手法は、成膜ガスとして塩素を含むガス（塩素化合物や塩素ガス）を用いる場合に有効であるから、上述の成膜ガス以外のガスにも適用でき、例えばＴｉＣｌ４（四塩化チタン）ガス及びＨ２を用いたＴｉ膜の成膜プロセス後のパージ処理等に適用できる。
さらに本発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図１に示す成膜装置においてパージガスとしてＮ２ガスの代わりにＯ２（酸素）ガス、若しくはＯ２ガスと不活性ガス例えば窒素ガスとの混合ガスを用いた他は、上述の実施の形態と全く同様である。即ち、図１〜図１２に示した実施の形態において、明細書中のパージガスであるＮ２ガスを例えばＯ２ガスに置き換え且つ図面のＮ２ガスを例えばＯ２ガスに置き換えた例に相当し、反応容器２内へのパージガスであるＯ２ガスの供給については、図１には示されていない例えばＯ２ガス供給源から行われる。
既述のパージレシピ１やパージレシピ３などによって処理容器２を強制冷却することにより若しくは加熱することにより反応容器２の内壁及びウエハボート２５等に付着しているＳｉＮ膜を剥がすようになっているが、石英製の処理容器２の内壁やウエハボート２５に付着しているＳｉＮ膜は、石英とＳｉＮ膜との吸着力が大きいため、剥がれにくく、そしてＳｉＮ膜が剥がれる際に、石英表面にクラックが入ってしまう。これはＳｉＮ膜が石英表面から剥がれる際に、ＳｉＮ膜から大きな引っ張り応力（テンサイルストレス）を受けるため石英表面にクラックが形成されると考えられる。
そこで、パージレシピ１〜４に基づいてパージ処理（サイクルパージ）を行うに当たって、反応容器２内に供給するパージガスをＮ２ガスの代わりに例えばＯ２ガスを供給することによって、つまり酸素を含む雰囲気でパージすることによりＳｉＮ膜を酸化させてＳｉＮ膜の表面にコンプレッシブストレスを受けるＳｉＯ２膜を形成することで、ＳｉＮ膜のテンサイルストレスを緩和させ、処理容器２の内壁やウエハボート２５に付着している十分に膜が剥がれなかった残りのいわば不安定なＳｉＮ膜に対して膜剥がれを防止している。
この実施の形態によれば、パージガスとしてＮ２ガスを用いた実施の形態における効果に加え、石英表面に残った不安定なＳｉＮ膜を酸化させて積極的に石英側に残し、これにより、不安定なＳｉＮ膜がプロセス中に剥がれてウエハ汚染となることを抑えることができ、また石英表面におけるクラックの発生も抑えられる。
Ｗ 半導体ウエハ
２ 反応容器
２０ ボートエレベータ
２３ 第１の蓋体
２５ ウエハボート
２９ 第２の蓋体
３ ガス供給部
３２ 第１のガス供給管
３３ 第１の成膜ガス供給源
３４ 第２の成膜ガス供給源
３５，３６，３７ パージガス供給源
４１ 真空ポンプ
５１ ヒータ
５２ 加熱炉
５３ 送気ポート
６１，６２ パーティクル検出部
７ 制御部
２ 反応容器
２０ ボートエレベータ
２３ 第１の蓋体
２５ ウエハボート
２９ 第２の蓋体
３ ガス供給部
３２ 第１のガス供給管
３３ 第１の成膜ガス供給源
３４ 第２の成膜ガス供給源
３５，３６，３７ パージガス供給源
４１ 真空ポンプ
５１ ヒータ
５２ 加熱炉
５３ 送気ポート
６１，６２ パーティクル検出部
７ 制御部
Claims (15)
- 複数の成膜レシピを備えた熱処理装置を用いて基板に対して成膜ガスにより成膜処理を行う方法において、
反応容器内に載置された基板に対して、選択された成膜レシピに基づいて成膜処理を行う工程と、
次いで前記基板を前記反応容器から搬出する工程と、
前記選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、予め用意された複数のパージレシピの中から自動でパージレシピを選択する工程と、
基板が反応容器から搬出された後、選択されたパージレシピに基づいて、反応容器内にパージガスを供給してパージ処理を行う工程と、を含み、
前記複数のパージレシピは、次に行われる成膜処理の処理温度よりも反応容器を高い温度に加熱してパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする成膜方法。 - 複数の成膜レシピは、成膜する薄膜の種類が同じで成膜ガスが互いに異なる成膜レシピを含むことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
- 複数の成膜レシピは、成膜ガスが同じで処理温度の範囲が互いに異なる成膜レシピを含むことを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
- 複数のパージレシピは、パージ処理を行う時間の長さ及び反応容器内の温度の少なくとも一方が互いに異なるパージレシピを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の成膜方法。
- 前記成膜処理は、基板が基板保持具に保持された状態で行われ、
複数のパージレシピは、前記基板保持具を前記反応容器の外に配置し、この反応容器を密閉した状態でパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の成膜方法。 - 前記成膜処理は、基板が基板保持具に保持された状態で行われ、
複数のパージレシピは、前記基板保持具を処理対象の基板を載せずに前記反応容器内に配置し、この反応容器を密閉した状態でパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載の成膜方法。 - 前記反応容器内のパーティクル数の測定値及び基板表面のパーティクル数の測定値の少なくとも一つに基づいてパージレシピを変更する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一に記載の成膜方法。
- 前記パージ処理は、反応容器を強制的に冷却する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載の成膜方法。
- 互いに異なる複数の成膜レシピから選択された成膜レシピに基づいて、反応容器内に載置された基板に対して成膜処理を行い、前記基板を反応容器から搬出した後、パージガスを反応容器内に供給してパージ処理を行う成膜装置において、
互いに異なるパージ処理を行うための複数のパージレシピを格納する記憶部と、
各成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚を成膜レシピ毎に管理する手段と、
前記選択された成膜レシピにより成膜された薄膜の累積膜厚に基づいて、前記複数のパージレシピの中からパージレシピを選択する選択手段と、を備え、
前記複数のパージレシピは、次に行われる成膜処理の処理温度よりも反応容器を高い温度に加熱してパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする成膜装置。 - 複数の成膜レシピは、成膜する薄膜の種類が同じで成膜ガスが互いに異なる成膜レシピを含むことを特徴とする請求項９記載の成膜装置。
- 複数の成膜レシピは、成膜ガスが同じで処理温度の範囲が互いに異なる成膜レシピを含むことを特徴とする請求項９記載の成膜装置。
- 複数のパージレシピは、パージ処理を行う時間の長さ及び反応容器内の温度の少なくとも一方が互いに異なるパージレシピを含むことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか一に記載の成膜装置。
- 前記成膜処理は、基板が基板保持具に保持された状態で行われ、
複数のパージレシピは、前記基板保持具を前記反応容器の外に配置し、この反応容器を密閉した状態でパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか一に記載の成膜装置。 - 前記成膜処理は、基板が基板保持具に保持された状態で行われ、
複数のパージレシピは、前記基板保持具を処理対象の基板を載せずに前記反応容器内に配置し、この反応容器を密閉した状態でパージ処理を行うパージレシピを含むことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか一に記載の成膜装置。 - 請求項９に記載した成膜装置を用いて、請求項１ないし８のいずれか一つに記載した成膜方法を実施するために用いられるコンピュータプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
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