JP4918453B2 - ガス供給装置及び薄膜形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ガス供給装置及び薄膜形成装置に関し、詳しくは、クリーニングガスを供給するガス供給装置、及び、このガス供給装置を備える薄膜形成装置に関する。
半導体装置の製造工程では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理により、被処理体、例えば、半導体ウエハに薄膜を形成する薄膜形成処理が広く行われている。このような薄膜形成処理では、例えば、所定の温度に維持された薄膜形成装置の反応管内に成膜用ガスを供給して成膜用ガスに熱反応を起こさせることにより、熱反応により生成された反応生成物が半導体ウエハの表面に堆積し、半導体ウエハの表面に薄膜が形成される。
ところで、薄膜形成処理によって生成される反応生成物は、半導体ウエハの表面だけでなく、例えば、反応管の内壁や各種の治具等の薄膜形成装置の内部にも堆積（付着）してしまう。また、成膜用ガスに熱反応を起こさせると、副生成物や中間生成物等が発生し、これらが反応管内や排気管内に付着してしまう場合もある。このような付着物が薄膜形成装置内に付着した状態で薄膜形成処理を引き続き行うと、反応管を構成する石英と付着物との熱膨張率の違いにより応力が発生する。この応力によって石英や付着物が割れてパーティクルとなり、生産性が低下してしまう。
このため、所定の温度に加熱した反応管内にクリーニングガスとして、ハロゲン酸性ガス、例えば、フッ化水素と、フッ素との混合ガスを供給して、反応管の内壁等の薄膜形成装置内に付着した反応生成物を除去（ドライエッチング）する薄膜形成装置の洗浄方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平３−２９３７２６号公報
ところで、薄膜形成装置には、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給管が反応管の下部に設けられ、反応管内のガスを排気する排気口が反応管の下部に設けられている型式のものがある。このような薄膜形成装置では、クリーニングガス供給管から供給されたクリーニングガスが反応管の上部まで十分に供給できないおそれがある。クリーニングガスが反応管の上部まで十分に供給されないと、反応管の上部に反応生成物が残り、薄膜形成装置の十分な洗浄を行うことができなくなってしまう。
かかる場合、例えば、クリーニングガス供給管を、その先端が反応管の上部まで延びた、いわゆるロングインジェクターとすることにより、反応管の上部に付着した反応生成物を除去することができる。しかし、クリーニングガス供給管にロングインジェクターを用いると、ロングインジェクターがクリーニングガスにより劣化して、折れてしまうおそれがある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、十分な洗浄を行うことができるガス供給装置及び薄膜形成装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、クリーニングガス供給管の劣化を抑制しつつ、十分な洗浄を行うことができるガス供給装置及び薄膜形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るガス供給装置は、
被処理体が収容される反応室内のガスを排気する複数の排気口が設けられた薄膜形成装置の装置内部に付着した付着物を除去するために、前記反応室内にクリーニングガスを供給するガス供給装置であって、
前記反応室の下部に設けられ、前記反応室内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給管を備え、
前記クリーニングガス供給管は、その先端が前記反応室の上部を向くように屈曲形成され、
前記クリーニングガス供給管の先端は、前記排気口のうち最も下に設けられた排気口より下方となるように形成されている、ことを特徴とする。
前記クリーニングガス供給管は、例えば、前記最も下に設けられた排気口と対向する位置に形成されている。
前記クリーニングガス供給管は、例えば、その先端が前記被処理体の成膜領域より下方となるように形成されている。
前記薄膜形成装置では、例えば、被処理体にシリコン窒化膜を形成する。この場合、前記クリーニングガスは、例えば、フッ素ガスとフッ化水素ガス、または、フッ素ガスと水素ガス、を含む。
前記薄膜形成装置は、例えば、異なる種類の成膜用ガスを交互に被処理体上に供給して、分子層ごとに成膜を行うＭＬＤ法により被処理体にシリコン窒化膜を形成する。
前記薄膜形成装置は、例えば、被処理体にシリコンを吸着させるシリコン吸着手段と、前記シリコン吸着手段により吸着されたシリコンを、プラズマで活性化された窒素系ラジカルにより窒化してシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成手段と、前記シリコン吸着手段及び前記シリコン窒化膜形成手段を制御して、この順に複数回繰り返す繰り返し手段と、を備えている。
本発明の第２の観点に係る薄膜形成装置は、本発明の第１の観点に係るガス供給装置を備える、ことを特徴とする。
本発明によれば、十分な洗浄を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態に係るガス供給装置及び薄膜形成装置について説明する。本実施の形態では、薄膜形成装置として、バッチ式の縦型薄膜形成装置を用いた場合を例に本発明を説明する。また、本実施の形態では、ＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）法を用いて、シリコン窒化膜を形成する場合を例に本発明を説明する。図１に本実施の形態の薄膜形成装置の構成を示す。また、図２に本実施の形態の薄膜形成装置の断面構成を示す。
図１に示すように、薄膜形成装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた、有天井で略円筒状の反応管２を備えている。反応管２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。
反応管２の一側方には、反応管２内のガスを排気するための排気部３が配置されている。排気部３は、反応管２に沿って下方に延びるように形成されている。排気部３の反応管２側の側壁には、複数の排気口３ａが設けられており、この排気口３ａを介して、排気部３と反応管２とが連通する。このため、薄膜形成装置１では、反応管２の排気口３ａは反応管２の下部に設けられている。
排気部３の下端は、反応管２の下部に配置された排気管４に接続されている。排気管４には図示しないバルブや後述する真空ポンプ１２７などの圧力調整機構が設けられている。この圧力調整機構により、反応管２内のガスが、排気口３ａ、排気部３を介して、排気管４に排気され、反応管２内が所望の圧力（真空度）に制御される。
反応管２の下方には、蓋体５が配置されている。蓋体５は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体５は、後述するボートエレベータ１２８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１２８により蓋体５が上昇すると、反応管２の下方側（炉口部分）が閉鎖され、ボートエレベータ１２８により蓋体５が下降すると、反応管２の下方側（炉口部分）が開口される。
蓋体５の上には、ウエハボート６が載置されている。ウエハボート６は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート６は、半導体ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、収容可能に構成されている。この半導体ウエハＷを収容するウエハボート６を含む領域が、半導体ウエハＷを成膜する成膜領域Ｓを構成する。
なお、蓋体５の上部に、反応管２の炉口部分から反応管２内の温度が低下することを防止する保温筒や、半導体ウエハＷを収容するウエハボート６を回転可能に載置する回転テーブルを設け、これらの上にウエハボート６を載置してもよい。これらの場合、ウエハボート６に収容された半導体ウエハＷを均一な温度に制御しやすくなる。
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ７が設けられている。この昇温用ヒータ７により反応管２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、反応管２の内部に収容された半導体ウエハＷが所定の温度に加熱される。
反応管２の下端近傍には、反応管２内に処理ガスを供給する、複数の処理ガス供給管が設けられている。処理ガス供給管から供給される処理ガスとしては、例えば、成膜用ガス、クリーニングガス等がある。成膜用ガスは、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を成膜するためのガスであり、本例では、アンモニア（ＮＨ３）とジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）とが用いられている。クリーニング用ガスは、反応管２内等に付着した付着物を除去（クリーニング）するためのガスであり、本例では、フッ素（Ｆ２）と、フッ化水素（ＨＦ）とが用いられている。なお、処理ガスは、処理ガスを希釈する希釈ガスを含んでいてもよい。処理ガスとして、本例では窒素（Ｎ２）が用いられている。
処理ガス供給管は、第１の処理ガス供給管８と、第２の処理ガス供給管９と、クリーニングガス供給管１０と、を備えている。
第１の処理ガス供給管８は、例えば、後述するプラズマ発生部１１に挿通されている。第１の処理ガス供給管８は、プラズマ発生部１１の天井付近まで形成されている。本例では、成膜用ガスのアンモニアが第１の処理ガス供給管８からプラズマ発生部１１を介して反応管２内に供給される。このため、第１の処理ガス供給管８から供給されたアンモニアは、プラズマ発生部１１で、プラズマ励起（活性化）される。
第２の処理ガス供給管９は、反応管２の下端近傍に挿通され、図２に示すように、反応管２の内壁に沿って、反応管２の天井付近まで形成されている。本例では、成膜用ガスのＤＣＳと希釈ガスとが第２の処理ガス供給管９から反応管２内に供給される。このため、第２の処理ガス供給管９から供給されたガスは、プラズマ励起（活性化）されない。第２の処理ガス供給管９には、例えば、分散インジェクタが用いられる。なお、パージガス（例えば、窒素（Ｎ２））も第２の処理ガス供給管９を介して反応管２内に供給されるが、別途、パージガス供給管を設けて、パージガスを反応管２内に供給してもよい。
また、第１及び第２の処理ガス供給管８、９には、垂直方向の所定間隔ごとに供給孔が設けられており、供給孔から処理ガスが供給される。このため、図１に矢印で示すように、供給孔からの処理ガスが垂直方向の複数箇所から反応管２内に供給され、ウエハボート６に収容された全ての半導体ウエハＷに処理ガスが供給される。
クリーニングガス供給管１０は、反応管２にクリーニングガスを供給するガス供給管である。本例では、図２に示すように、フッ素を反応管２内に供給するフッ素供給管１０ａと、フッ化水素を反応管２内に供給するフッ化水素供給管１０ｂとの２つのクリーニングガス供給管１０が設けられている。このため、本例では、フッ素、及び、フッ化水素がクリーニングガス供給管１０を介して反応管２内に供給される。
また、図１に示すように、クリーニングガス供給管１０（フッ素供給管１０ａ及びフッ化水素供給管１０ｂ）は、反応管２の下部の側壁に挿通され、その先端が反応管２の上部（天井方向）を向くように屈曲形成されている。すなわち、クリーニングガス供給管１０は、Ｌ型に形成されている。このため、クリーニングガスは、クリーニングガス供給管１０から反応管２の上部に向かって反応管２内に供給される。このように、クリーニングガス供給管１０の先端側が反応管２の上部を向くように屈曲形成されているので、クリーニングガス供給管１０が反応管２の下部に設けられ、反応管２内のガスを排気する排気口３ａが反応管２の下部に設けられている薄膜形成装置１であっても、クリーニングガス供給管１０から供給されたクリーニングガスを反応管２の上部まで十分に供給することができる。
クリーニングガス供給管１０の先端は、排気口３ａより低い位置となるように形成されていることが好ましい。クリーニングガス供給管１０から供給されたクリーニングガスがクリーニングガス供給管１０の先端よりも上方の排気口３ａに排気されるので、クリーニングガス供給管１０の劣化を抑制することができるためである。
本実施の形態のように、排気口３ａが複数設けられている場合には、クリーニングガス供給管１０の先端は、排気口３ａのうち、最も下側に形成された排気口３ａの位置Ｐより低い位置となるように形成されていることが好ましい。排気口３ａの位置Ｐより低い位置とすることにより、クリーニングガス供給管１０の劣化をさらに抑制することができるためである。
また、クリーニングガス供給管１０は、反応管２の下部の排気口３が設けられた位置と対向する位置に形成されていることが好ましい。具体的には、図２に示すように、排気部３が配置されている反応管２の一側方と対向する、反応管２の反対側（プラズマ発生部１１側）に設けられていることが好ましい。排気口３と対向する位置に形成することにより、クリーニングガス供給管１０から供給されたクリーニングガスがクリーニングガス供給管１０と接しにくくなり、クリーニングガス供給管１０の劣化をさらに抑制することができるためである。
また、クリーニングガス供給管１０の先端は、反応管２内の成膜領域Ｓ、すなわち、半導体ウエハＷがウエハボート６に収容される領域より低い位置となるように形成されていることが好ましい。具体的には、クリーニングガス供給管１０の先端は、ウエハボート６に収容された半導体ウエハＷのうち、最も低い位置に収容された半導体ウエハＷより低い位置となるように形成されていることが好ましい。クリーニングガス供給管１０から供給されたクリーニングガスを、反応生成物などの付着物が付着しやすく、クリーニングが必要な成膜領域Ｓに収容されたウエハボート６等に供給しやすくするためである。
第１、第２の処理ガス供給管８、９及びクリーニングガス供給管１０は、それぞれ、後述するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２５を介して、図示しない処理ガス供給源に接続されている。なお、図１では、第１の処理ガス供給管８とクリーニングガス供給管１０とを図示し、第２の処理ガス供給管９については図示していない。
反応管２の他側方、すなわち、排気部３が配置されている反応管２の一側方の反対側には、プラズマ発生部１１が設けられている。プラズマ発生部１１は、一対の電極１２を備えている。一対の電極１２間には、第１の処理ガス供給管８が挿通されている。また、一対の電極１２は、図示しない高周波電源、整合器等に接続されている。このため、第１の処理ガス供給管８からアンモニアを供給するとともに、一対の電極１２間に高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加することにより、一対の電極１２間に供給されたアンモニアをプラズマ励起（活性化）させ、アンモニアラジカルを生成することができる。このように生成されたアンモニアラジカルがプラズマ発生部１１から反応管２内に供給される。
また、反応管２内には、反応管２内の温度を測定する、例えば、熱電対からなる温度センサ１２２、及び、反応管２内の圧力を測定する圧力計１２３が複数本配置されている。
また、薄膜形成装置１は、装置各部の制御を行う制御部１００を備えている。図３に制御部１００の構成を示す。図３に示すように、制御部１００には、操作パネル１２１、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８、プラズマ制御部１２９等が接続されている。
操作パネル１２１は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御部１００に伝え、また、制御部１００からの様々な情報を表示画面に表示する。
温度センサ（群）１２２は、反応管２内及び排気管内などの各部の温度を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
圧力計（群）１２３は、反応管２内及び排気管内などの各部の圧力を測定し、その測定値を制御部１００に通知する。
ヒータコントローラ１２４は、昇温用ヒータ７を個別に制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、昇温用ヒータ７に通電してこれらを加熱し、また、昇温用ヒータ７の消費電力を個別に測定して、制御部１００に通知する。
ＭＦＣ１２５は、第１、第２の処理ガス供給管８、９及びクリーニングガス供給管１０等の各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制御部１００から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１００に通知する。
バルブ制御部１２６は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部１００から指示された値に制御する。
真空ポンプ１２７は、排気管に接続され、反応管２内のガスを排気する。
ボートエレベータ１２８は、蓋体５を上昇させることにより、ウエハボート６（半導体ウエハＷ）を反応管２内にロードし、蓋体５を下降させることにより、ウエハボート６（半導体ウエハＷ）を反応管２内からアンロードする。
プラズマ制御部１２９は、プラズマ発生部１１を制御するためのものであり、制御部１００からの指示に応答して、プラズマ発生部１０を制御し、プラズマ発生部１１内に供給された、例えば、アンモニアを活性化し、アンモニアラジカルを生成させる。
制御部１００は、レシピ記憶部１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３と、Ｉ／Ｏポート１１４と、ＣＰＵ１１５と、これらを相互に接続するバス１１６とから構成されている。
レシピ記憶部１１１には、セットアップ用レシピと複数のプロセス用レシピとが記憶されている。薄膜形成装置１の製造当初は、セットアップ用レシピのみが格納される。セットアップ用レシピは、各装置に応じた熱モデル等を生成する際に実行されるものである。プロセス用レシピは、ユーザが実際に行う熱処理（プロセス）毎に用意されるレシピであり、反応管２への半導体ウエハＷのロードから、処理済みの半導体ウエハＷをアンロードするまでの、各部の温度の変化、反応管２内の圧力変化、処理ガスの供給の開始及び停止のタイミングと供給量などを規定する。
ＲＯＭ１１２は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクなどから構成され、ＣＰＵ１１５の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。
ＲＡＭ１１３は、ＣＰＵ１１５のワークエリアなどとして機能する。
Ｉ／Ｏポート１１４は、操作パネル１２１、温度センサ１２２、圧力計１２３、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７、ボートエレベータ１２８、プラズマ制御部１２９等に接続され、データや信号の入出力を制御する。
ＣＰＵ（Central Processing Unit)１１５は、制御部１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１１２に記憶された制御プログラムを実行する。また、ＣＰＵ１１５は、操作パネル１２１からの指示に従って、レシピ記憶部１１１に記憶されているレシピ（プロセス用レシピ）に沿って、薄膜形成装置１の動作を制御する。すなわち、ＣＰＵ１１５は、温度センサ（群）１２２、圧力計（群）１２３、ＭＦＣ１２５等に反応管２内及び排気管内などの各部の温度、圧力、流量等を測定させ、この測定データに基づいて、ヒータコントローラ１２４、ＭＦＣ１２５、バルブ制御部１２６、真空ポンプ１２７等に制御信号等を出力し、上記各部がプロセス用レシピに従うように制御する。
バス１１６は、各部の間で情報を伝達する。
次に、以上のように構成された薄膜形成装置１を用い、シリコン窒化膜の成膜、及び、薄膜形成装置１の洗浄を含む、シリコン窒化膜の形成方法について説明する。図４は、シリコン窒化膜の形成方法を説明するためのレシピ（タイムシーケンス）を示す図である。なお、以下の説明において、薄膜形成装置１を構成する各部の動作は、制御部１００（ＣＰＵ１１５）により制御されている。
図４に示すように、シリコン窒化膜の形成方法は、半導体ウエハＷ上にシリコン窒化膜を形成する成膜処理と、反応管２内等に付着した付着物を除去・洗浄する洗浄処理と、を備えている。
成膜処理は、成膜前に半導体ウエハＷの表面を前処理（窒化）する前処理ステップと、半導体ウエハＷにシリコン（Ｓｉ）を吸着させる吸着ステップと、吸着されたＳｉを窒化する窒化ステップとを備えており、吸着ステップと窒化ステップとがＭＬＤ法の１サイクルを構成する。このサイクルを複数回繰り返すことにより、半導体ウエハＷ上に所望厚のシリコン窒化膜が形成される。
まず、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度に維持し、反応管２内に所定量の窒素を供給する。また、半導体ウエハＷを収容したウエハボート６を蓋体５上に載置する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５を上昇させ、半導体ウエハＷ（ウエハボート６）を反応管２内にロードする。
次に、図４（ｃ）に示すように、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図４（ａ）に示すように、５５０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図４（ｂ）に示すように、４５Ｐａ（０．３４Ｔｏｒｒ）に設定する。そして、図４（ｈ）に示すように、電極１２間に図示しない高周波電源から整合器を介して高周波電力を印加（ＲＦ：ＯＮ）するとともに、第１の処理ガス供給管８からを所定量、例えば、図４（ｅ）に示すように、５ｓｌｍのアンモニア（ＮＨ３）を一対の電極１２間（プラズマ発生部１１内）に供給する。一対の電極１２間に供給されたアンモニアは、プラズマ励起（活性化）され、アンモニアラジカル（ＮＨ３ ＊）を生成し、プラズマ発生部１１から反応管２内に供給される。また、図４（ｃ）に示すように、第２の処理ガス供給管９から希釈ガスとしての所定量の窒素を反応管２内に供給する（フロー工程）。
反応管２内にアンモニアラジカルが供給されると、供給されたアンモニアラジカルにより半導体ウエハＷの表面が窒化される。これにより、半導体ウエハＷの表面には−ＮＨ２基が形成される。半導体ウエハＷの表面が窒化されると、第１の処理ガス供給管８からのアンモニアの供給を停止するとともに、図示しない高周波電源からの高周波電力の印加を停止する。また、第２の処理ガス供給管９からの窒素の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図４（ｃ）に示すように、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する（パージ、Vac工程）。
次に、図４（ｃ）に示すように、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図４（ａ）に示すように、５５０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図４（ｂ）に示すように、６００Ｐａ（４．６Ｔｏｒｒ）に設定する。そして、第２の処理ガス供給管９から所定量、例えば、図４（ｄ）に示すように、２ｓｌｍのＤＣＳと、図４（ｃ）に示すように、所定量の窒素を反応管２内に供給する（フロー工程）。反応管２内に供給されたＤＣＳは、反応管２内で加熱されて活性化し、半導体ウエハＷの表面の−ＮＨ２基と反応して、半導体ウエハＷの表面にＳｉが吸着する。
半導体ウエハＷの表面に所定のＳｉが吸着すると、第２の処理ガス供給管９からのＤＣＳ及び窒素の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、例えば、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する（パージ、Vac工程）。
続いて、図４（ｃ）に示すように、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図４（ａ）に示すように、５５０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図４（ｂ）に示すように、４５Ｐａ（０．３４Ｔｏｒｒ）に設定する。そして、図４（ｈ）に示すように、高周波電力を印加（ＲＦ：ＯＮ）するとともに、第１の処理ガス供給管８から所定量、例えば、図４（ｅ）に示すように、５ｓｌｍのアンモニアを一対の電極１２間（プラズマ発生部１１内）に供給する。また、図４（ｃ）に示すように、第２の処理ガス供給管９から所定量の窒素を反応管２内に供給する（フロー工程）。これにより、アンモニアラジカルがプラズマ発生部１１から反応管２内に供給され、半導体ウエハＷ上に吸着されたＳｉが窒化され、半導体ウエハＷ上にシリコン窒化膜が形成される。
半導体ウエハＷ上に所望のシリコン窒化膜が形成されると、第１の処理ガス供給管８からアンモニアの供給を停止するとともに、高周波電力の印加を停止する。また、第２の処理ガス供給管９からの窒素の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、図４（ｃ）に示すように、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する（パージ、Vac工程）。
これにより、ＭＬＤ法の１サイクル（成膜処理１）が終了する。そして、このサイクルを所定回数繰り返すことにより、半導体ウエハＷ上に所望厚のシリコン窒化膜が形成される。
半導体ウエハＷ上に所望厚のシリコン窒化膜が形成されると、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給して、反応管２内の圧力を常圧に戻すとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定温度に維持する。そして、ボートエレベータ１２８により蓋体５を下降させることにより、半導体ウエハＷがアンロードされる。
以上のような成膜処理を複数回行うと、成膜処理によって生成される窒化珪素等の反応生成物（付着物）が、半導体ウエハＷの表面だけでなく、反応管２の内壁等にも堆積（付着）する。このため、成膜処理を所定回数行った後、洗浄処理（薄膜形成装置１の洗浄方法）を実行する。
まず、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のロード温度に維持し、反応管２内に所定量の窒素を供給する。次に、半導体ウエハＷが収容されていない空のウエハボート６を蓋体５上に載置し、ボートエレベータ１２８により蓋体５を上昇させ、空のウエハボート６を反応管２内にロードする。
次に、図４（ｃ）に示すように、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給するとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定の温度、例えば、図４（ａ）に示すように、３５０℃に設定する。また、反応管２内のガスを排出し、反応管２を所定の圧力、例えば、図４（ｂ）に示すように、４００００Ｐａ（３００Ｔｏｒｒ）に設定する。
続いて、クリーニングガス供給管１０（クリーニングガス供給管１０ａ）から所定量、例えば、図４（ｆ）に示すように、２ｓｌｍのフッ素と、クリーニングガス供給管１０（クリーニングガス供給管１０ｂ）から所定量、例えば、図４（ｇ）に示すように、２ｓｌｍのフッ化水素と、第２の処理ガス供給管９から所定量、例えば、図４（ｃ）に示すように、所定量の窒素を反応管２内に供給する（フロー工程）。
クリーニングガスが反応管２内に導入されると、導入されたクリーニングガスが加熱され、クリーニングガス中のフッ素が活性化、すなわち、反応性を有するフリーな原子を多数有した状態になる。この活性化されたフッ素が、反応管２の内壁等に付着した付着物に接触することにより、付着物がエッチングされる。この結果、薄膜形成装置１の内部に付着した付着物が除去される。
ここで、クリーニングガス供給管１０の先端が反応管２の上部を向くように屈曲形成されているので、クリーニングガス供給管１０から供給されたクリーニングガスを反応管２の上部まで十分に供給することができる。また、クリーニングガス供給管１０の先端が、排気口３ａより低い位置となるように形成されているので、クリーニングガス供給管１０の劣化を抑制することができる。特に、本実施の形態では、最も下側に形成された排気口３ａの位置Ｐより低い位置となるように形成されているので、クリーニングガス供給管１０の劣化をさらに抑制することができる。
また、本実施の形態では、クリーニングガス供給管１０が反応管２の排気口３と対向する位置（プラズマ発生部１１側）に設けられているので、クリーニングガス供給管１０の劣化をさらに抑制することができる。さらに、本実施の形態では、クリーニングガス供給管１０の先端が成膜領域Ｓより低い位置となるように形成されているので、クリーニングガスを成膜領域Ｓに供給しやすくなる。
装置内部に付着した付着物が除去されると、クリーニングガス供給管１０からのフッ素及びフッ化水素の供給を停止するともに、第２の処理ガス供給管９からの窒素の供給を停止する。そして、反応管２内のガスを排出するとともに、例えば、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素を供給して反応管２内のガスを反応管２外に排出する（パージ、Vac工程）。
そして、第２の処理ガス供給管９から反応管２内に所定量の窒素ガスを供給して反応管２内の圧力を常圧に戻すとともに、昇温用ヒータ７により反応管２内を所定のアンロード温度に維持する。最後に、ボートエレベータ１２８により蓋体５を下降させることにより、アンロードする。
以上のような洗浄方法により薄膜形成装置１を洗浄した後、ボートエレベータ１２８により下降された蓋体５上に、半導体ウエハＷが収容されたウエハボート６を載置することにより、半導体ウエハＷ上にシリコン窒化膜を形成する成膜処理を再び行うことが可能になる。
次に、以上のような薄膜形成装置１を用いて、成膜処理、及び、洗浄処理を実行することにより、薄膜形成装置１の内部に付着した付着物を除去することができるか否かについての確認を行った。具体的には、図４に示す成膜処理で半導体ウエハＷ上にシリコン窒化膜を形成し、反応管２の壁面に１μｍの窒化珪素等の反応生成物を堆積させた後、図４示す洗浄処理で反応管２の洗浄を行い、洗浄処理後の反応管２の壁面、及び、クリーニングガス供給管１０の表面状態をマイクロスコープで撮影した写真により確認した。この結果、反応管２の壁面に堆積された反応生成物が除去されていることが確認できた。また、クリーニングガス供給管１０が劣化していないことが確認できた。
以上説明したように、本実施の形態によれば、クリーニングガス供給管１０の先端が反応管２の上部を向くように屈曲形成されているので、クリーニングガス供給管１０から供給されたクリーニングガスを反応管２の上部まで十分に供給することができる。
本実施の形態によれば、クリーニングガス供給管１０の先端が、排気口３ａより低い位置となるように形成されているので、クリーニングガス供給管１０の劣化を抑制することができる。
本実施の形態によれば、クリーニングガス供給管１０が反応管２の排気口３と対向する位置（プラズマ発生部１１側）に設けられているので、クリーニングガス供給管１０の劣化をさらに抑制することができる。
本実施の形態によれば、クリーニングガス供給管１０の先端が成膜領域Ｓより低い位置となるように形成されているので、クリーニングガスを成膜領域Ｓに供給しやすくなる。
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
上記実施の形態では、反応管２の一側方に複数の排気口３ａが設けられた排気部３が配置されている薄膜形成装置１を例に本発明を説明したが、本発明はクリーニングガス供給管１０が反応管２の下部に設けられ、反応管２内のガスを排気する排気口３ａが反応管２の下部に設けられている薄膜形成装置に適用可能であり、例えば、図５に示すように、排気部３を設けない単管構造とし、反応管２の下部に排気口３ａを設けたものでもよい。また、バッチ式の横型薄膜形成装置や枚葉式の薄膜形成装置に本発明を適用することも可能である。
上記実施の形態では、クリーニングガス供給管１０の先端が排気口３ａのうち、最も下側に形成された排気口３ａの位置Ｐより低い位置となるように形成されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、クリーニングガス供給管１０の先端を排気口３ａの位置Ｐより高い位置まで形成してもよい。この場合にも、クリーニングガス供給管１０から供給されたクリーニングガスを反応管２の上部まで十分に供給することができる。また、例えば、クリーニングガス供給管１０が反応管２の排気口３と対向する位置に配置すれば、クリーニングガス供給管１０の劣化を抑制することができる。
上記実施の形態では、クリーニングガス供給管１０が反応管２の排気口３と対向する位置に配置した場合を例に本発明を説明したが、クリーニングガス供給管１０は任意の位置に配置可能である。例えば、クリーニングガス供給管１０の先端を排気口３ａの位置Ｐより低い位置にすれば、クリーニングガス供給管１０を反応管２の排気口３側に配置しても、クリーニングガス供給管１０の劣化を抑制することができる。
上記実施の形態では、クリーニングガス供給管１０の先端が成膜領域Ｓより低い位置となるように形成されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、成膜領域Ｓより高い位置となるように形成してもよい。この場合にも、例えば、クリーニングガスの流量等を調整することにより、クリーニングガスを成膜領域Ｓに供給することができる。
上記実施の形態では、ＭＬＤ法を用いて、シリコン窒化膜を形成する薄膜形成装置１を例に本発明を説明したが、例えば、熱ＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜を形成する薄膜形成装置に適用可能である。また、上記実施の形態では、プラズマ発生部１１を備える薄膜形成装置１を例に本発明を説明したが、例えば、触媒、ＵＶ、熱、磁力などを発生させる発生部を備える薄膜形成装置に適用可能である。さらに、薄膜形成装置１は、シリコン窒化膜を形成するものに限定されるものではなく、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、ポリシリコン膜等の各種の薄膜を形成する薄膜形成装置に適用可能である。
上記実施の形態では、シリコン窒化膜を形成する薄膜形成装置のクリーニングガスとして、フッ素ガスとフッ化水素ガスとを含むガスを用いた場合を例に本発明を説明したが、クリーニングガスは反応管２内等に付着した付着物を除去可能なガスであればよく、例えば、フッ素ガスと水素ガスとを含むガスを用いてもよい。
上記実施の形態では、処理ガス供給時に希釈ガスとしての窒素を供給する場合を例に本発明を説明したが、処理ガス供給時に窒素を供給しなくてもよい。ただし、窒素を希釈ガスとして含ませることにより処理時間の設定等が容易になることから、希釈ガスを含ませることが好ましい。希釈ガスとしては、不活性ガスであることが好ましく、窒素の他に、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）が適用できる。
上記実施の形態では、プラズマ処理を行う処理ガスを供給する第１の処理ガス供給管８と、プラズマ処理を行わない処理ガスを供給する第２の処理ガス供給管９が設けられている場合を例に本発明を説明したが、例えば、処理ガスの種類毎に処理ガス供給管が設けられていてもよい。また、複数本から同じガスが供給されるように、複数本の処理ガス供給管８、９が設けてもよい。この場合、複数本の処理ガス供給管８、９から反応管２内に処理ガスが供給され、反応管２内に処理ガスをより均一に供給することができる。
本発明の実施の形態にかかる制御部１００は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、汎用コンピュータに、上述の処理を実行するためのプログラムを格納した記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する制御部１００を構成することができる。
そして、これらのプログラムを供給するための手段は任意である。上述のように所定の記録媒体を介して供給できる他、例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システムなどを介して供給してもよい。この場合、例えば、通信ネットワークの掲示板（ＢＢＳ）に当該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して搬送波に重畳して提供してもよい。そして、このように提供されたプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行することができる。
本発明の実施の形態の薄膜形成装置を示す図である。 図１の薄膜形成装置の断面構成を示す図である。 図１の制御部の構成を示す図である。 シリコン窒化膜の形成方法を説明する図である。 本発明の他の実施の形態の薄膜形成装置を示す図である。
符号の説明
１ 処理装置
２ 反応管
３ 排気部
３ａ 排気口
４ 排気管
５ 蓋体
６ ウエハボート
７ 昇温用ヒータ
８ 第１の処理ガス供給管
９ 第２の処理ガス供給管
１０ クリーニングガス供給管
１１ プラズマ発生部
１２ 電極
１００ 制御部
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (7)

  1. 被処理体が収容される反応室内のガスを排気する複数の排気口が設けられた薄膜形成装置の装置内部に付着した付着物を除去するために、前記反応室内にクリーニングガスを供給するガス供給装置であって、
    前記反応室の下部に設けられ、前記反応室内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給管を備え、
    前記クリーニングガス供給管は、その先端が前記反応室の上部を向くように屈曲形成され、
    前記クリーニングガス供給管の先端は、前記排気口のうち最も下に設けられた排気口より下方となるように形成されている、ことを特徴とするガス供給装置。
  2. 前記クリーニングガス供給管は、前記最も下に設けられた排気口と対向する位置に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
  3. 前記クリーニングガス供給管は、その先端が前記被処理体の成膜領域より下方となるように形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のガス供給装置。
  4. 前記薄膜形成装置では、被処理体にシリコン窒化膜を形成し、
    前記クリーニングガスは、フッ素ガスとフッ化水素ガス、または、フッ素ガスと水素ガス、を含む、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス供給装置。
  5. 前記薄膜形成装置は、異なる種類の成膜用ガスを交互に被処理体上に供給して、分子層ごとに成膜を行うＭＬＤ法により被処理体にシリコン窒化膜を形成する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス供給装置。
  6. 前記薄膜形成装置は、
    被処理体にシリコンを吸着させるシリコン吸着手段と、
    前記シリコン吸着手段により吸着されたシリコンを、プラズマで活性化された窒素系ラジカルにより窒化してシリコン窒化膜を形成するシリコン窒化膜形成手段と、
    前記シリコン吸着手段及び前記シリコン窒化膜形成手段を制御して、この順に複数回繰り返す繰り返し手段と、を備える、ことを特徴とする請求項５に記載のガス供給装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガス供給装置を備える、ことを特徴とする薄膜形成装置。
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