JP6948428B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラム Download PDF

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Description

本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラムに関する。
従来のプロセスでは、排気配管のコンダクタンスによる影響は、さほど大きくなかったが、近年の大面積３Ｄ化デバイスに関するプロセスでは、排気の性能向上が重要視されてきている。
例えば、特許文献１には、排気部内に処理室を介さずにクリーニングガスを供給して排気管をクリーニングする技術が開示されている。また、特許文献２には、排気管に堆積した累積膜厚を除去するためのクリーニングレシピを、排気管に堆積した累積膜厚が閾値に到達した場合に、実行する構成が開示されている。
しかしながら、これらのクリーニング技術は、排気部の状態が異常になってから実行されるため、結局、排気部のメンテナンスによる装置稼働率低下が懸念されている。
特開２０１３−１５３１５９号公報 国際公開第２０１３／１４６５９５号パンフレット
本開示の目的は、排気部への副生成物の堆積が進む前に副生成物を除去する技術を提供することにある。
本開示の一態様によれば、圧力調整用のバルブを開閉させて処理室の処理圧力を維持しつつ基板を処理する基板処理工程と、前記処理室を前記処理圧力から大気圧にする大気圧復帰工程と、を有し、前記大気圧復帰工程を実行する際、前記処理室をバイパスさせて前記圧力調整用のバルブの下流側に所定ガスを供給する供給工程を並行して実行する技術が提供される。
本開示によれば、排気部への副生成物の堆積が進む前に副生成物を除去することができる。
本開示の一実施形態に好適に用いられる基板処理装置を示す斜視図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置の処理炉を示す縦断面図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置に用いられる制御構成を示すブロック図である。 本開示の一実施形態に係るプロセスレシピ実行中の補助ポンプの電流値、回転数、背圧を示す図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置の排気系を示す図である。 本開示の一実施形態に係る排気クリーニング処理を示す図である。 図６に示す排気クリーニング処理の実験例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置に用いられるプロセスレシピ実行中の制御フローを示す図である。 図９（Ａ）は、図８に示すクリーニングガス設定流量変更処理の制御フローを示す図である。図９（Ｂ）は、記憶部に格納されるデータの一例を示す図である。 図８、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すプロセスレシピ実行中の補助ポンプの背圧を示す図である。
＜本開示の一実施形態＞
以下に、本開示の一実施形態について説明する。
（１）基板処理装置の構成
本開示の一実施形態に係る基板処理装置１００の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１に示すように、基板処理装置１００は、耐圧容器として構成された筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁には、メンテナンス可能なように設けられた開口部が開設され、この開口部には、開口部を開閉する立ち入り機構として一対の正面メンテナンス扉１０４が設けられている。シリコン等のウエハ（以後、基板ともいう）２００を収納したポッド１１０が、筐体１１１内外へウエハ２００を搬送するキャリアとして使用される。
筐体１１１の正面壁には、ポッド搬入搬出口が、筐体１１１内外を連通するように開設されている。ポッド搬入搬出口には、ロードポート１１４が設置されている。ロードポート１１４上にはポッド１１０を載置されると共に、該ポッド１１０の位置合わせが行われるように構成されている。
筐体１１１内の略中央部における上部には、回転式ポッド棚１０５が設置されている。回転式ポッド棚１０５上には、複数個のポッド１１０が保管されるように構成されている。
筐体１１１内におけるロードポート１１４と回転式ポッド棚１０５との間には、ポッド搬送装置１１８が設置されている。ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送機構１１８ｂとの連続動作により、ロードポート１１４、回転式ポッド棚１０５、ポッドオープナ１２１との間で、ポッド１１０を相互に搬送するように構成されている。
筐体１１１内の下部には、サブ筐体１１９が筐体１１１内の略中央部から後端にわたって設けられている。サブ筐体１１９の正面壁には、ウエハ２００をサブ筐体１１９内外に搬送する一対のポッドオープナ１２１がそれぞれ設置されている。
各ポッドオープナ１２１は、ポッド１１０を載置する載置台と、ポッド１１０のキャップを着脱するキャップ着脱機構１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は、載置台上に載置されたポッド１１０の蓋をキャップ着脱機構１２３によって着脱することにより、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。
サブ筐体１１９内には、ポッド搬送装置１１８等が設置された搬送空間から流体的に隔絶された移載室１２４が構成されている。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとで構成されている。これらウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ及びウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ２００を基板保持具としてのボート２１７に対して装填（チャージング）及び脱装（ディスチャージング）することが可能に構成されている。
図１及び図２に示すように、サブ筐体１１９内には、ボート２１７を昇降させるボートエレベータ１１５が設置されている。ボート２１７を収容して待機させる待機部１２６の上方には、処理炉２０２が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台には、アームが連結されている。アームには、蓋体２１９が水平に据え付けられている。蓋体２１９は、ボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
（２）処理炉の構成
図２に示すように、処理炉２０２は、反応管としてのプロセスチューブ２０３を備えている。プロセスチューブ２０３は、内部反応管としてのインナーチューブ２０４と、その外側に設けられた外部反応管としてのアウターチューブ２０５と、を備えている。上端及び下端が開口した円筒形状に形成されているインナーチューブ２０４内の筒中空部には、ウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、ボート２１７を収容可能なように構成されている。
プロセスチューブ２０３の外側には、プロセスチューブ２０３の側壁面を囲うように、ヒータ２０６が設けられている。ヒータ２０６は円筒形状に構成されている。ヒータ２０６は、保持板としてのヒータベース２５１に支持されることにより垂直に据え付けられている。
アウターチューブ２０５の下方には、アウターチューブ２０５と同心円状になるように、炉口部としてのマニホールド２０９が配設されている。また、マニホールド２０９は、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。なお、マニホールド２０９とアウターチューブ２０５との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベース２５１に支持されることにより、プロセスチューブ２０３は垂直に据え付けられた状態となっている。プロセスチューブ２０３とマニホールド２０９と蓋体２１９により反応容器が形成され、反応容器内に処理室２０１が形成される。
蓋体２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。
蓋体２１９の中心部付近であって処理室２０１と反対側には、ボート２１７を回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。
蓋体２１９は、プロセスチューブ２０３の外部に設けられたボートエレベータ１１５によって、垂直方向に昇降されるように構成されている。蓋体２１９を昇降させることにより、ボート２１７を処理室２０１内外へ搬送することが可能に構成されている。
主に、回転式ポッド棚１０５、ボートエレベータ１１５、ポッド搬送装置１１８、ウエハ移載機構１２５、ボート２１７及び回転機構２５４により、本実施形態に係る搬送機構が構成される。これら搬送機構は、それぞれ搬送コントローラ１１に電気的に接続されている。
ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を多段に保持するように構成されている。ボート２１７の下部には、断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置されている。
プロセスチューブ２０３内には、温度検知器としての温度センサ２６３が設置されている。主に、ヒータ２０６及び温度センサ２６３により、本実施形態に係る加熱機構が構成されている。これらヒータ２０６と温度センサ２６３とには、温度コントローラ１２が電気的に接続されている。
マニホールド２０９には、ノズル２３０ａ、ノズル２３０ｂ及びノズル２３０ｃが処理室２０１に連通するように接続されている。ノズル２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｅがそれぞれ接続されている。
ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、ガス流の上流側から順に、図示しないガス供給源、バルブ２４５ａ，２４５ｂ、ＭＦＣ２４１ａ，２４１ｂ、バルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、ガス供給管２３２ｃ、２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、ガス流の上流側から順に、図示しないパージガス供給源、バルブ２４５ｃ，２４５ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。
ガス供給管２３２ｅには、ガス流の上流側から順に、図示しないクリーニングガス供給源、バルブ２４５ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅが設けられている。また、ガス供給管２３２ｅのバルブ２４５ｅよりも上流側には、ガス供給管２３２ｆが接続されている。ガス供給管２３２ｆには、ガス流の上流側から順に、バルブ２４５ｆ、ＭＦＣ２４１ｆ、バルブ２４３ｆが設けられ、ガス供給管２３２ｆの下流側は、排気システムとしての排気ユニット３１０の排気装置としての補助ポンプ２４４（以後、単に、ポンプともいう）の上流側であって、圧力調整部（圧力調整用）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｏｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２の下流側に接続されている。ガス供給管２３２ｅ，２３２ｆのバルブ２４３ｅ，２４３ｆよりも下流側には、ガス供給管２３２ｇ、２３２ｈがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｇ，２３２ｈには、ガス流の上流側から順に、図示しないパージガス供給源、バルブ２４５ｇ，２４５ｈ、ＭＦＣ２４１ｇ，２４１ｈ、バルブ２４３ｇ，２４３ｈがそれぞれ設けられている。
なお、本実施形態に限定されず、図示しないが、ガス供給管２３２ｆをＡＰＣバルブ２４２の上流側に設けても構わず、更に、ＡＰＣバルブ２４２の上流側にガス供給管２３２ｆ１を設け、ガス供給管２３２ｆ２をＡＰＣバルブ２４２の下流側であってポンプ２４４の上流側に設けるようにしてもよい。
主に、ガス供給源（図示しない）、バルブ２４５ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ガス供給管２３２ａ及びノズル２３０ａにより、本実施形態に係る処理ガス供給系が構成されている。主に、ガス供給源（図示しない）、バルブ２４５ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ガス供給管２３２ｂ及びノズル２３０ｂにより、本実施形態に係る反応ガス供給系が構成されている。主に、パージガス供給源（図示しない）、バルブ２４５ｃ，２４５ｄ，２４５ｇ，２４５ｈ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ，２４１ｇ，２４１ｈ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ，２４３ｇ，２４３ｈ、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ，２３２ｇ，２３２ｈ及びノズル２３０ａ，２３０ｂにより、本実施形態に係るパージガス供給系が構成されている。主に、クリーニングガス供給源（図示しない）、バルブ２４５ｅ、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅ、ガス供給管２３２ｅ及びノズル２３０ｃにより、本実施形態に係るクリーニングガス供給系が構成されている。主に、クリーニングガス供給源（図示しない）、バルブ２４５ｆ、ＭＦＣ２４１ｆ、バルブ２４３ｆ及びガス供給管２３２ｆにより、本実施形態に係る排気クリーニングガス供給系が構成されている。主に、処理ガス供給系、反応ガス供給系、パージガス供給系、クリーニングガス供給系及び排気クリーニングガス供給系により、本実施形態に係るガス供給系としてのガス供給ユニット３００が構成されている。ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｈ、バルブ２４３ａ〜２４３ｈ及びバルブ２４５ａ〜２４５ｈには、ガス供給コントローラ１４が電気的に接続されている。
マニホールド２０９には、処理室２０１の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に配置されている。排気管２３１には、圧力検知部としての圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２、ポンプ２４４、圧力センサ２４７及び第２排気装置としてのメインポンプ（図示せず）がガス流の上流側（処理室２０１側）から順に設けられている。ポンプ２４４は、処理室２０１の雰囲気を排気する排気速度を速める等、メインポンプ（図示せず）の動作を補助するために用いられる。ポンプ２４４として例えばブースターポンプ等を用いることができる。圧力センサ２４７は、ポンプ２４４の背圧を測定する。例えば、ポンプ２４４やその前後の排気管２３１に詰りが発生すれば、検出される圧力値の変化で直ぐに検知できるよう構成されている。このようにポンプ２４４の下流側に配置されるセンサは、ポンプ２４４の異常を検知できるセンサであればよく、圧力センサ２４７に限定されない。
排気管２３１、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４２、ポンプ２４４及び圧力センサ２４７により、排気ユニット３１０が構成される。なお、排気ユニット３１０として、メインポンプ（図示せず）を含めてもよい。また、図２に示すように、ポンプ２４４より上流側の排気管２３１の径は、ポンプ２４４より下流側の排気管２３１の径よりも大きく構成されている。
また、ＡＰＣバルブ２４２、圧力センサ２４５には、圧力コントローラ１３が電気的に接続されている。また、圧力センサ２４７、ポンプ２４４及びメインポンプ（図示せず）には、排気コントローラ１５が電気的に接続されている。
すなわち、基板処理装置１００は、図２に示すように、筐体１１１と、ガス供給ユニット３００と、排気ユニット３１０とを少なくとも含む構成である。
図２に示すように、制御部としてのコントローラ２４０は、搬送コントローラ１１、温度コントローラ１２、圧力コントローラ１３、ガス供給コントローラ１４、排気コントローラ１５にそれぞれ接続されている。
（３）コントローラ２４０の構成
図３を参照して、コントローラ２４０の制御構成について説明する。
コントローラ２４０は、主にＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)等の主制御部２５と、メモリ(ＲＡＭ)やハードディスク等の記憶部２８と、マウスやキーボード等の入力部２９と、モニタ等の表示部３１と、から構成されている。尚、主制御部２５と、記憶部２８と、入力部２９と、表示部３１とで各データを設定可能な操作部が構成される。
記憶部２８には、装置データ等の各種処理データが格納されるデータ格納領域３２と、各種プログラムが格納されるプログラム格納領域３３が形成されている。ここで、処理データは、基板処理装置１００がウエハ２００を処理するときの処理温度、処理圧力、処理ガスの流量など基板処理に関するデータや、製造した製品基板の品質（例えば、成膜した膜厚、及び該膜厚の累積値など）に関するデータや、基板処理装置１００の構成部品（石英反応管、ヒータ、バルブ、ＭＦＣ等）に関する部品データなど、基板処理装置１００がウエハ２００を処理する際に各構成部品を動作させることにより発生するデータである。なお、装置データについては後述する。
プログラム格納領域３３には、プロセスレシピやクリーニングレシピを含む装置を制御するのに必要な各種プログラムが格納されている。
ここで、プロセスレシピとは、複数のステップを含むレシピであって、バルブを開閉させて処理圧力を維持しつつウエハ２００を処理する基板処理ステップ（以後、成膜工程ともいう。）と、処理室２０１を処理圧力から大気圧にする大気圧復帰ステップ（以後、大気圧復帰工程ともいう。）を少なくとも含み、ウエハ２００を処理する処理条件や処理手順等が定義されたレシピである。また、本実施形態では、処理室２０１をバイパスさせてＡＰＣバルブ２４２の下流側に所定ガスとしてのクリーニングガスを供給する供給ステップを含むクリーニングステップ（以後、排気クリーニング工程ともいう。）を含むよう構成してもよい。
データ格納領域３２には、レシピファイルに関連する各種パラメータが格納される。また、データ格納領域３２には、上述の各種処理データが格納される。本実施形態では、各種処理データのうち、特に、プロセスレシピを実行中の排気ユニット３１０の状態を示す装置データが蓄積されて格納される。具体的には、装置データとして、ポンプ２４４の電流値、回転数、背圧が格納される。特に、プロセスレシピを構成する各ステップのうち予め定められた特定ステップにおけるポンプ２４４の電流値、回転数、背圧よりなる群の装置データの平均値が格納される。また、データ格納領域３２には、ポンプ２４４の電流値、回転数、背圧よりなる群の装置データ種別と、装置データ種別毎の異常を示す傾向と、装置データ種別毎に設定された設定値（回数）と、で少なくとも定義された監視パラメータが格納される。また、監視パラメータとして、装置データ種別毎に閾値が設定されている。
また、データ格納領域３２には、装置データ種別毎に、装置データが、予め設定された回数（設定値）と、連続して異常を示す傾向である場合に発生させるアラームの発生回数と、アラームの発生回数に応じて後述する排気クリーニング工程を実行する際のクリーニングガスの設定流量（以後、初期流量ともいう。）と、アラームの制限回数とが格納される。
また、レシピファイルには、搬送コントローラ１１、温度コントローラ１２、圧力コントローラ１３、ガス供給コントローラ１４及び排気コントローラ１５等に送信する設定値（制御値）や送信タイミング等が、ステップ毎に設定されている。
表示部３１には、タッチパネルが設けられている。タッチパネルは、上述の基板搬送系、基板処理系等への操作コマンドの入力を受け付ける操作画面を表示するように構成されている。なお、操作部は、パソコンやモバイル等の操作端末(端末装置)のように、少なくとも表示部３１と入力部２９を含む構成であればよい。
主制御部２５は、処理室２０１にローディングされたウエハ２００に対し、所定の処理を施すよう、処理室２０１の温度や圧力、該処理室２０１に導入される処理ガスの流量等を制御する機能を有している。また、主制御部２５は、プロセスレシピを構成する各ステップのうち予め定められた特定ステップ終了後に、処理室２０１をバイパスさせて所定のガスを直接排気ユニット３１０内の排気管２３１を含む部品に供給する工程を実行し、例えば、この工程では、排気管２３１を含む排気ユニット３１０を構成する部品をクリーニングする。
つまり、主制御部２５は、記憶部２８に記憶された制御プログラムを実行し、入力部２９からの入力或いは外部にあるホスト装置等の上位コントローラからの指示に従って、記憶部２８に記憶されているレシピ（例えば、基板処理レシピとしてのプロセスレシピ、クリーニングレシピ等）を実行する。また、主制御部２５は、レシピを実行中の装置データを取得して記憶部２８のデータ格納領域３２に格納するよう制御する。なお、クリーニングレシピとは、ウエハ２００を処理する処理室２０１を構成する部品または処理室２０１に配置された部品をクリーニングする処理条件や処理手順等が定義されたレシピである。
具体的には、プロセスレシピを構成する予め定められた特定ステップにおける装置データとして、処理室２０１の雰囲気を排気する排気ユニット３１０に関連するデータであって、ポンプ２４４の電流値、回転数、背圧よりなる群から適宜選択される。ポンプ２４４の電流値、回転数、背圧のうち少なくとも一つの装置データが選択され、監視パラメータに設定される。また、装置データとしてポンプ２４４の電流値、回転数、背圧よりなる群から複数のデータが選択され、ポンプ２４４の電流値、回転数、背圧のうち複数の装置データが選択されるようにしてもよい。
そして、主制御部２５は、プロセスレシピの特定ステップにおけるポンプ２４４の電流値、回転数、背圧よりなる群から少なくとも一つの装置データを一定間隔で加算する。そして、主制御部２５は、加算して算出された装置データの平均値を、前回のプロセスレシピの特定ステップにおけるポンプ２４４の装置データの平均値と比較して、装置データの平均値の変動が、監視パラメータに装置データ種別毎に定義された異常を示す傾向であるか否かを判定する。
ここで、主制御部２５は、異常を示す傾向として、前回のプロセスレシピの予め定められた特定ステップにおける装置データの平均値と比較して、今回のプロセスレシピの特定ステップにおける装置データの平均値が、予め設定された値（閾値）以上、例えば１０％以上上昇している場合に上昇傾向であると判定する。また、前回のプロセスレシピの予め定められた特定ステップにおける装置データの平均値と比較して、今回のプロセスレシピの特定ステップにおける装置データの平均値が、予め設定された値（閾値）以上、例えば１０％以上下降している場合に下降傾向であると判定する。また、前回のプロセスレシピの予め定められた特定ステップにおける装置データの平均値と比較して、今回のプロセスレシピの特定ステップにおける装置データの平均値が、予め設定された値（閾値）未満、例えば±１０％未満の変動である場合には、変動なしであると判定する。
そして、主制御部２５は、平均値の変動が異常を示す傾向でない場合、または、異常を示す傾向が連続して設定値に到達していない場合、すなわち予め定められた異常を示す傾向が予め設定された回数未満の場合には、主制御部２５は、プロセスレシピにおける成膜処理後の処理室２０１の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）工程中にクリーニングガスを予め設定された初期値（初期流量）にして排気ユニット３１０を構成する部品に供給する排気クリーニング工程を実行する。そして、このクリーニングガス種や初期流量は、例えば、後述する成膜工程で排気管２３１またはポンプ２４４に付着すると推測される副生成物の種類や量によって、適宜決定される。なお、異常を示す傾向が予め設定された回数未満（設定値未満）であれば、特定ステップにおける装置データの平均値の変動が正常（変動なし）と判定されると、主制御部２５は、装置データの平均値の変動が異常を示す傾向をカウントするカウンタを０にする。
主制御部２５は、装置データの平均値の変動が、装置データ種別毎に定義された異常を示す傾向であり、この異常を示す傾向が、連続して予め設定された回数連続した場合（設定値に到達した場合）に、排気ユニット３１０を構成する部品にクリーニングガスを供給する前に、クリーニングガスの設定流量を初期値から変更するよう制御する。すなわち、主制御部２５は、排気管２３１やポンプ等の排気装置が詰まり始めていると判定し、クリーニングガスの量を増加させる。この場合、主制御部２５は、クリーニングガスの流量、および／または、クリーニングガスの供給時間を変更することにより、クリーニングガスの流量を変更するよう制御する。また、主制御部２５は、平均値の変動が異常を示す傾向であり、この異常を示す傾向が予め設定された回数連続した場合に、アラームを発生させ、ホスト装置や表示部３１にメッセージを通知すると共にアラームの発生回数をカウントするよう制御する。また、プロセスレシピ終了後、後述するクリーニング工程（クリーニングレシピ）を実行するようにしてもよい。
そして、主制御部２５は、排気ユニット３１０を構成する部品の交換やオーバホール等のメンテナンスを実施するまでアラームの発生回数を累積してカウントし、アラームの発生回数に応じてクリーニングステップにおけるクリーニングガスの設定流量を変更するよう制御する。なお、メンテナンスが実施された後は、アラームの発生回数の累積値であるアラームカウンタは０となってクリアされる。
このように、主制御部２５は、プロセスレシピにおける成膜処理工程後の処理室２０１の雰囲気が不活性ガスに置換されつつ（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）工程中に（工程と並行して）排気ユニット３１０を構成する部品に予め設定された初期流量でクリーニングガスを供給するクリーニングステップを実行するように構成されている。また、主制御部２５は、大気圧復帰ステップとクリーニングステップとを並行して実行させる際、ＡＰＣバルブ２４２を全閉にしてクリーニングステップを開始させるよう構成されている。
また、主制御部２５は、異常を検知した場合には、アラームを発生させ、クリーニングガスの設定流量を初期値からアラームの発生回数に応じて変更し、変更された設定流量によりクリーニングステップを大気圧復帰工程と並行して実行するように制御するよう構成されている。そして、主制御部２５は、累積したアラームの発生回数のカウンタが、予め設定された制限回数に到達した場合に、アラームを発生させ、ホスト装置や表示部３１にメッセージを通知するよう制御すると共に次のプロセスレシピの実行を禁止するように制御するように構成されている。
なお、監視パラメータの装置データ種別や、予め定義された傾向である異常を示す傾向や、予め設定された回数である設定値（回数）は、例えば、操作部において、装置データ毎にそれぞれ独立して設定することができる。また、監視パラメータに定義される上述の装置データ種別等の各パラメータは、主制御部２５の操作部からの設定だけでなく、外部コンピュータからリモート設定することが可能に構成されている。
搬送コントローラ１１は、各搬送機構に取り付けられたセンサがそれぞれ所定の値や異常な値等を示した際に、コントローラ２４０にその旨の通知を行うように構成されている。
温度コントローラ１２は、処理炉２０２のヒータ２０６の温度を制御することで処理炉２０２内の温度を調節すると共に、温度センサ２６３が所定の値や異常な値等を示した際、コントローラ２４０にその旨の通知を行うように構成されている。
圧力コントローラ１３は、圧力センサ２４５により検知された圧力値に基づいて、処理室２０１の圧力が所望のタイミングにて所望の圧力となるように、ＡＰＣバルブ２４２を制御すると共に、圧力センサ２４５が所定の値や異常な値等を示した際、コントローラ２４０にその旨の通知を行うように構成されている。
ガス供給コントローラ１４は、処理室２０１内に供給するガスの流量が所望のタイミングにて所望の流量となるように、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｈを制御するように構成されている。また、ガス供給コントローラ１４は、バルブ２４３ａ〜２４３ｈ、バルブ２４５ａ〜２４５ｈの開閉を制御するように構成されている。
排気コントローラ１５は、ポンプ２４４、メインポンプ（図示せず）を制御して、処理室２０１の雰囲気を処理室２０１外に排出するように制御するように構成されている。また、排気コントローラ１５は、ポンプ２４４の電流値、回転数、圧力センサ２４７により検知されたポンプ２４４の背圧を監視して、コントローラ２４０にその変動を送信するように構成されている。なお、排気コントローラ１５は、図示しないメインポンプの電流値、回転数、背圧についても同様に監視するよう構成されている。
（４）基板処理装置の動作
続いて、図１〜図３を参照しながら、基板処理装置１００を構成する各部の動作について説明する。尚、基板処理装置１００を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。
図１に示すように、ポッド１１０がロードポート１１４に供給されると、ロードポート１１４の上のポッド１１０が、ポッド搬送装置１１８によってポッド搬入搬出口から筐体１１１内部へと搬入される。
筐体１１１内部へと搬入されたポッド１１０は、ポッド搬送装置１１８によって回転式ポッド棚１０５の棚板上へ自動的に搬送されて一時的に保管される。その後、ポッド１１０は、棚板上から一方のポッドオープナ１２１の載置台上に移載される。
載置台上に載置されたポッド１１０は、その蓋がキャップ着脱機構１２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口が開放される。その後、ウエハ２００は、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザによってウエハ出し入れ口を通じてポッド１１０内からピックアップされ、図示しないノッチ合わせ装置にて方位が整合された後、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を装填したウエハ移載装置１２５ａは、ポッド１１０が載置された載置台に戻り、ポッド１１０内から次のウエハ２００を取り出して、ボート２１７に装填する。
この一方（上段または下段）のポッドオープナ１２１におけるウエハ移載機構１２５によるウエハ２００のボート２１７への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ１２１の載置台上には、別のポッド１１０が載置台に移載されており、ポッドオープナ１２１によるポッド１１０の開放作業が同時進行される。
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７内に装填される（ウエハチャージ）と、後述する基板処理工程が実行される。そして、成膜処理が終了すると、処理済のウエハ２００はボート２１７より取り出され、ポッド１１０内へ格納される（ウエハディスチャージ）。
ウエハディスチャージ後は、ノッチ合わせ装置での整合工程を除き、上述の手順とほぼ反対の手順で、処理後のウエハ２００を格納したポッド１１０が筐体１１１外へと搬出される。
（５）基板処理工程
次に、基板処理工程について詳述する。基板処理工程の実施をする場合には、主制御部２５は、記憶部２８のプログラム格納領域３３に格納されているプロセスレシピを実行する。
ここでは、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用い、反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）ガスを用い、ウエハ２００上にシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜、以下、ＳｉＮ膜ともいう）を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。
本実施形態における基板処理工程では、処理室２０１のウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給する工程と、処理室２０１からＨＣＤＳガス（残留ガス）を除去する工程と、処理室２０１のウエハ２００に対してＮＨ3ガスを供給する工程と、処理室２０１からＮＨ3ガス（残留ガス）を除去する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成する。
また、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
（ボートロード工程）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、ボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって処理室２０１に搬入（ボートロード）される。このとき、蓋体２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端を気密に閉塞した状態となる。
（準備工程）
処理室２０１が大気圧から所定の圧力となるように、ポンプ２４４及びメインポンプ（図示せず）によって真空排気される。この際、処理室２０１の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４２が、フィードバック制御される。また、ポンプ２４４の背圧は、圧力センサ２４７で測定される。ポンプ２４４及びメインポンプ（図示せず）は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
また、処理室２０１のウエハ２００が所定の温度となるように、ヒータ２０６によって加熱される。この際、処理室２０１が所定の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。ヒータ２０６による処理室２０１の加熱は、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
また、回転機構２５４によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。回転機構２５４により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。回転機構２５４によるボート２１７およびウエハ２００の回転は、少なくとも、ウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
（パージ工程）
そして、バルブ２４５ｃ，２４３ｃ，２４５ｄ，２４３ｄ，２４５ｇ，２４３ｇを開き、ガス供給管２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃからＮ2ガスを処理室２０１へ供給し、排気ユニット３１０から排気する。Ｎ2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室２０１がパージされる。
（成膜工程）
処理室２０１の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の２つのステップ、すなわち、ステップ１〜２を順次実行する。
［ステップ１］
このステップでは、処理室２０１のウエハ２００に対し、ＨＣＤＳガスを供給する。
バルブ２４５ａ，２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａへＨＣＤＳガスを流す。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２３０ａを介して処理室２０１へ供給され、排気ユニット３１０から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスが供給されることとなる。このとき、Ｎ2ガスは、同時にバルブ２４５ｃ，２４３ｃを開き、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ＨＣＤＳガスと一緒に処理室２０１へ供給され、排気管２３１から排気される。ウエハ２００に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、ウエハ２００の最表面上に、第１の層として、例えば数原子層の厚さのシリコン（Ｓｉ）含有層が形成される。
第１の層が形成された後、バルブ２４５ａ，２４３ａを閉じ、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４２は開いたままとして、ポンプ２４４、メインポンプ（図示せず）により処理室２０１を真空排気し、処理室２０１に残留する未反応もしくは第１の層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室２０１から排出する。このとき、バルブ２４５ｃ，２４３ｃを開いたままとして、Ｎ2ガスの処理室２０１への供給を維持する。Ｎ2ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室２０１に残留するガスを処理室２０１から排出する効果を高めることができる。
［ステップ２］
ステップ１が終了した後、処理室２０１のウエハ２００、すなわち、ウエハ２００上に形成された第１の層に対してＮＨ3ガスを供給する。ＮＨ3ガスは熱で活性化されてウエハ２００に対して供給されることとなる。
このステップでは、バルブ２４５ｂ，２４３ｂ，２４５ｄ，２４３ｄの開閉制御を、ステップ１におけるバルブ２４５ａ，２４３ａ，２４５ｃ，２４３ｃの開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ3ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２３０ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＮＨ3ガスが供給されることとなる。ウエハ２００に対して供給されたＮＨ3ガスは、ステップ１でウエハ２００上に形成された第１の層、すなわちＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は、ノンプラズマで熱的に窒化され、第２の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと変化させられる（改質される）。
第２の層が形成された後、バルブ２４５ｂ，２４３ｂを閉じ、ＮＨ3ガスの供給を停止する。そして、ステップ１と同様の処理手順により、処理室２０１に残留する未反応もしくは第２の層の形成に寄与した後のＮＨ3ガスや反応副生成物を処理室２０１から排出する。このとき、ステップ１と同様に処理室２０１に残留するガス等を完全に排出しなくてもよい。
（所定回数実施）
上述した２つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、ウエハ２００上に、所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。なお、上述のサイクルを１回行う際に形成される第２の層（ＳｉＮ層）の厚さを所定の膜厚よりも小さくし、第２の層（ＳｉＮ層）を積層することで形成されるＳｉＮ膜の膜厚が所定の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。
（パージ工程）
成膜処理が完了した後、バルブ２４５ｃ，２４３ｃ，２４５ｄ，２４３ｄ，２４５ｇ，２４３ｇを開き、ガス供給管２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃからＮ2ガスを処理室２０１へ供給し、排気管２３１から排気する。Ｎ2ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室２０１がパージされ、処理室２０１に残留するガスや反応副生成物が処理室２０１から除去される（パージ）。その後、処理室２０１の雰囲気が不活性ガスに置換されながら（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）工程が実行される。この大気圧復帰工程と並行して上述のクリーニングステップが実行される。このクリーニングステップの詳細については後述する。
（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
ボートエレベータ１１５により蓋体２１９が下降され、プロセスチューブ２０３の下端が開口される。そして、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態で、プロセスチューブ２０３の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済のウエハ２００は、ボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
（６）クリーニング工程
クリーニング工程は、処理室２０１を構成する部品に付着した副生成物を除去する場合に実施される。クリーニング工程の実施をする場合には、主制御部２５は、記憶部２８のプログラム格納領域３３に格納されているクリーニングレシピを実行する。
本実施形態におけるクリーニング工程において、クリーニングガスを用いて、処理室２０１をクリーニングする方法について説明する。クリーニングガスとして、フッ素（Ｆ2）ガスやフッ化水素（ＨＦ）ガス等を用いることができる。
具体的には、空のボート２１７を処理室２０１に搬入した状態、又はボート２１７を処理室２０１に搬入しない状態で、処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタによって閉塞される。そして、処理室２０１が所定のクリーニング圧力となるようにＡＰＣバルブ２４２によって真空排気するとともに、処理室２０１が所定のクリーニング温度となるようにヒータ２０６によって加熱する。
そして、処理室２０１が所定のクリーニング温度、所定のクリーニング圧力に維持された状態で、クリーニングガスの処理室２０１への供給を開始する。
具体的には、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ，２４３ｇ，２４３ｈ，２４５ａ〜２４５ｄ，２４５ｇ，２４５ｈを閉じ、処理室２０１内への処理ガス、反応ガス、不活性ガスの供給を停止した状態で、バルブ２４３ｅ，２４５ｅを開き、ガス供給管２３２ｅにクリーニングガスを流す。また、クリーニングガスは、ＭＦＣ２４１ｅにより流量調整され、ノズル２３０ｃを介して処理室２０１へ供給され、排気ユニット３１０から排気される。このとき、バルブ２４５ｆ，２４３ｆは閉じられている。なお、このとき、同時にバルブ２４５ｃ，２４３ｃ，２４５ｄ，２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ内へＮ2ガスを流すようにしてもよい。Ｎ2ガスは、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄにより流量調整され、クリーニングガスと一緒に処理室２０１へ供給され、排気管２３１から排気される。
すなわち、処理室２０１に供給されたクリーニングガスは、処理室２０１を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０内に流出し、筒状空間２５０を流下した後、排気ユニット３１０から排気される。クリーニングガスは、処理室２０１を通過する際に、処理室２０１に付着した副生成物と接触し、エッチングして除去する。予め設定された処理時間が経過し、副生成物の除去が完了したら、バルブ２４５ｅ，２４３ｅを閉じて、処理室２０１へのクリーニングガスの供給を停止する。
（７）排気クリーニング工程
本実施形態における排気クリーニング工程（クリーニングステップ）では、プロセスレシピにおける成膜処理工程後の処理室２０１の雰囲気が不活性ガスに置換されつつ（不活性ガス置換）、後述する図６に示すように、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）工程中に、排気ユニット３１０を構成する部品に対して、予め設定された初期値でクリーニングガスを供給する。つまり、後述する図６に示すように、排気クリーニング工程はプロセスレシピに組み込まれているため、プロセスレシピにおける大気圧復帰工程は、クリーニングステップと並行して実行可能なように構成される。これにより、プロセスレシピが実行される毎に、排気ユニット３１０を構成する部品に対して予め設定された量（初期流量）のクリーニングガスを供給することができるので、排気ユニット３１０内の副生成物を除去することができる。更に、プロセスレシピ中に排気ユニット３１０を構成する部品において異常の傾向が検知された場合に、クリーニングガスの設定流量を初期値から変更して排気ユニット３１０を構成する部品に対して、クリーニングガスを供給することができる。
また、本実施形態におけるコントローラ２４０は、排気ユニット３１０を構成する部品への副生成物の付着による、配管の閉塞、ポンプの停止等の異常の傾向を検知した場合には、アラームを発生させると共にクリーニングガスの設定流量を変更、つまり増加する。このとき、アラームの発生回数に応じて、適切なクリーニングガス量を設定することで、排気ユニット３１０を構成する部品のメンテナンス周期を延伸し、装置の稼働率が向上されることに加えて、一定量のクリーニングガスで実施する場合と比較して、クリーニングステップにおけるクリーニングガスの総量を抑制しつつ、排気ユニット３１０を構成する排気管２３１やポンプ２４４や図示しないメインポンプ等の部品への副生成物の堆積が進む前に除去することができる。
具体的には、主制御部２５が、プロセスレシピ実行中に予め定められた特定ステップにおける排気ユニット３１０の状態を示す装置データを取得し、ポンプ２４４の電流値、回転数、背圧から、排気ユニット３１０における異常の傾向（予兆）を検知すると、アラームを発生させ、ホスト装置や表示部３１にメッセージを通知するよう制御する。そして、アラームの発生回数が増加する毎に、クリーニングガスの設定流量が増加される。つまり、主制御部２５は、アラームの発生回数に応じて、クリーニングガスの設定流量を変更し、変更されたクリーニングガスの設定流量によりプロセスレシピの大気圧復帰工程と並行してクリーニングステップを自動で実行することができる。
例えば、主制御部２５は成膜処理工程後の大気圧復帰工程と並行して初期値のクリーニングガス流量で排気クリーニング工程を実行する。そして、図４に示されるように、プロセスレシピ実行中にポンプ２４４の電流値や回転数や背圧よりなる群の装置データを取得しつつ、例えば成膜処理工程中に排気管２３１の閉塞やポンプの詰まりの異常の傾向を検知した場合には、主制御部２５は、排気管２３１の閉塞やポンプの詰まりにより装置が停止しないように、クリーニングガスの流量を多くして排気クリーニング工程を実行する。尚、ポンプ２４４の電流値や回転数や背圧よりなる群の装置データの取得は、ポンプ２４４に負荷がかかる工程（例えば、準備ステップ）が好ましい。
ここで、図２を用いて本実施形態における排気クリーニング工程を説明する。まず、上述したプロセスレシピにおける成膜処理が終了し、パージ工程が終了した後、大気圧復帰工程が実行される。このとき、主制御部２５は、バルブ２４５ｃ，２４３ｃ，２４５ｄ，２４３ｄ，２４５ｇ，２４３ｇを開き、ガス供給管２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃからＮ2ガスを処理室２０１へ供給する。尚、Ｎ2ガスは、ガス供給管２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃのうちいずれか一つから処理室２０１に供給すればよい。このとき、ＡＰＣバルブ２４２は全閉となっており、処理室２０１をＮ2ガス雰囲気にしながら処理圧力（所定減圧）から徐々に上昇させ、大気圧になるまでＮ2ガスを処理室２０１へ供給する。なお、この大気圧復帰工程は数分程度であり、例えば、５分である。
そして、上述した大気圧復帰工程と並行して、主制御部２５は、バルブ２４５ａ，２４３ａ，２４５ｂ，２４３ｂ，２４５ｅ，２４３ｅ，２４５ｈ，２４３ｈを閉じ、処理室２０１への処理ガス、反応ガス及びクリーニングガスの供給及び排気ユニット３１０への不活性ガスの供給を停止した状態で、バルブ２４５ｆ，２４３ｆを開き、ガス供給管２３２ｆにクリーニングガスを流す。クリーニングガスは、ＭＦＣ２４１ｆにより例えば予め設定された流量（初期流量）に調整され、処理室２０１をバイパスして、排気ユニット３１０に供給される。尚、上述のバルブ動作は、装置データの平均値の変動が生じて異常を検知した場合でも変わらないが、ＭＦＣ２４１ｆにより調整される流量が異なる。もしくは、ＭＦＣ２４１ｆにより調整される流量も変えずに供給時間を変えるようにしてもよい。
すなわち、図２に示すように、クリーニングガスは、ガス供給管２３２ｆを介して、排気管２３１、ポンプ２４４、圧力センサ２４７及び図示しないメインポンプを介して筐体１１１外へ排気される。すなわち、クリーニングガスは、排気ユニット３１０内を通過する際に、排気ユニット３１０内に付着した副生成物と接触し、エッチングして除去する。予め設定された処理時間が経過し、副生成物の除去が完了したら、バルブ２４５ｆ，２４３ｆを閉じて、排気ユニット３１０内へのクリーニングガスの供給を停止する。ここで、処理時間は、排気クリーニング工程が必ず大気圧復帰工程中に終了するような時間に設定される。つまり、排気クリーニング工程における全時間は、大気圧復帰工程における全時間よりも短く構成されている。また、大気圧復帰工程の開始時刻が、排気クリーニング工程における開始時刻よりも早く設定され、大気圧復帰工程の終了時刻が、排気クリーニング工程における終了時刻よりも遅く設定されている。
更に、図５〜図７を用いて本実施形態における排気クリーニング工程を具体的に説明する。
図５は、図２において排気系（排気ライン）に特化した図面である。ここでは、処理室２０１をバイパスして直接バイパスラインを介して、ＡＰＣバルブ２４２を閉塞した状態で、ＡＰＣバルブ２４２の排気側、且つポンプ２４４の供給側の排気管２３１にクリーニングガス供給源からクリーニングガス（例えば、フッ素含有ガスであるＦ2ガスやＨＦガス等）が供給可能に構成されている。そして、ポンプ２４４の排気側の排気管２３１には、ガス濃度検知器（例えば、ＦＴ−ＩＲ）が設けられており、少なくともクリーニングガスが供給されているときの排気管２３１内のガス濃度を検知できるように構成されている。
図６は、プロセスレシピの大気圧復帰工程に排気クリーニング工程が組み込まれる一例を示す図であり、本実施形態における排気クリーニング工程をプロセスレシピに組み込む形態は、この形態に限定されないのは言うまでもない。
図６に示すように、大気圧復帰工程の期間内で、クリーニングガスの供給開始から供給終了までが収まるように構成される。また、この構成により、プロセスレシピが実行されるたびに排気クリーニング工程を実行することができる。
以下図５、図６を用いて排気クリーニング工程について説明する。なお、図６において、大気圧復帰工程１〜大気圧復帰工程４と大気圧復帰工程が分かれているようになっているが、４工程の排気クリーニング工程を説明しやすくするために、便宜的に設けられているだけである。
まず、大気圧復帰工程が開始されると、ＡＰＣバルブ２４２が閉塞(全閉)されると共にバルブ２４５ｅが閉じられる。なお、本実施形態において、ＡＰＣバルブ２４２およびバルブ２４５ｅは、大気圧復帰工程および次のボートアンロード工程が終了するまで閉じられる。ほぼ同時に、バルブ２４３ｆが開放され、ポンプ２４４によりガス供給管２３２ｆ、ＡＰＣバルブ２４２の排気側の排気管２３１が減圧される(大気圧復帰工程１)。つまり、この工程は、クリーニングガスを供給する前準備としてガス供給管２３２ｆ、排気管２３１を減圧排気する工程であり、本実施形態では、１分である。このとき、バルブ２４５ｈ，２４３ｈを開にして、パージガス供給源からパージガスとして不活性ガスをガス供給管２３２ｆ、排気管２３１に供給するようにしてもよい。なお、「ほぼ同時に」という意味は、同時だけでなく、１秒以下の時間を意味し、この場合、ポンプ２４４が常時動作されているので、バルブ２４３ｆの開が少し遅れることを意味する。なお、大気圧復帰工程が始まるとき、バルブ２４５ｆは閉状態なのは言うまでもない。
次に、ＡＰＣバルブ２４２が閉塞のままで、バルブ２４５ｆ，２４３ｆが開放され、ポンプ２４４により減圧しつつ、ＭＦＣ２４１により流量制御されたクリーニングガスがガス供給管２３２ｆ、ＡＰＣバルブ２４２の排気側の排気管２３１に供給される(大気圧復帰工程２)。つまり、この工程は、図５に示す通りの状態で、クリーニングガスをガス供給管２３２ｆ、ＡＰＣバルブ２４２の排気側の排気管２３１に供給する供給ステップである。図６では、１０分の工程として示される。排気クリーニング工程の全時間が大気圧復帰工程の時間より短ければ問題ないので、この時間に限定されないのは言うまでもなく、つまり、１０分は、一例に過ぎない。このとき、バルブ２４５ｈ，２４３ｈを開にしてパージガス供給源からパージガスをガス供給管２３２ｆ、排気管２３１に供給するようにしてもよい。
ここで、上述の供給ステップの間、ポンプ２４４の排気側に設けられるガス濃度検知器による排気管２３１内のガス濃度の検知が行われる。また、予めクリーニングガス種によって、検知対象のガスが設定されている。
次に、ＡＰＣバルブ２４２が閉塞のまま、バルブ２４５ｆが閉じられ、２４３ｆが開放され、ポンプ２４４により減圧して、ガス供給管２３２ｆやＡＰＣバルブ２４２の排気側の排気管２３１内のクリーニングガスが排気される (大気圧復帰工程３)。つまり、この工程は、供給されたクリーニングガスの残渣や未反応のガスなどを除去するために、ガス供給管２３２ｆ、排気管２３１を減圧排気する工程であり、本実施形態では、２分１０秒である。このとき、バルブ２４５ｈ，２４３ｈを開にしてパージガス供給源からパージガスをガス供給管２３２ｆ、排気管２３１に供給するようにしてもよい。
引き続きＡＰＣバルブ２４２が閉塞の状態で、ガス供給管２３２ｆ、ＡＰＣバルブ２４２の排気側の排気管２３１を不活性ガスでパージする工程が実行される。次に、バルブ２４５ｆが閉じられたまま、バルブ２４５ｈ，２４３ｈを開にしてパージガス供給源からパージガスをガス供給管２３２ｆ、排気管２３１に供給すると共に、引き続きＡＰＣバルブ２４２が閉塞で、バルブ２４３ｆが開放されたまま、ガス供給管２３２ｆ、ＡＰＣバルブ２４２の排気側の排気管２３１がポンプ２４４により排気される(大気圧復帰工程４)。つまり、この工程は、パージガスをガス供給管２３２ｆ、排気管２３１に供給して、ガス供給管２３２ｆ内、排気管２３１内、およびポンプ２４４をそれぞれパージするパージ工程であり、本実施形態では、１．５分である。パージガスは不活性ガスであれば特にガス種に限定されない。
なお、排気クリーニング工程は、上述のパージ工程が終了すると、バルブ２４５ｆ，２４３ｆ，２４５ｈ，２４３ｈが全て閉じられ、終了する。ここで、図６では、排気クリーニング工程と大気圧復帰工程がほぼ同時に終了するようになっているが、必ず排気クリーニング工程が終了後に、大気圧復帰工程が終了するようになっている。
ここで、各工程で時間が設定されているが、実質的には各工程で設定時間前に終了するのが好ましい。
一方、大気圧復帰工程は、ＡＰＣバルブ２４２およびバルブ２４５ｅが全閉の状態であるため、上述の排気クリーニング工程とは完全に独立して行われる。つまり、処理室２０１を大気圧に復帰させると共に不活性ガスに置換する工程が上述の排気クリーニング工程と並行且つ独立して行われる。ここで、例えば、大気圧復帰工程２の時点で大気圧に到達したとしても、不活性ガスを停止させるか、もしくは図示しない圧力調整器が作動して、処理室２０１が過加圧にならないよう圧力調整器を介して排気され処理室２０１の圧力が微調整されるため、ＡＰＣバルブ２４２が全閉でも特に問題とならない。
図７に、累積膜厚６ｎｍのときに、図６の排気クリーニング工程を実施した場合の実験例を示す。ここでは、クリーニングガスとして、ガスＡであるＨＦガスを用いて、２Ｌを１０分間供給した場合の実験例を示す。図７によれば、約４分間で副生成物としてのガスＢであるＳｉＦ4ガスの濃度が０ｐｐｍ近くまで減少し、副生成物が除去できている事をガス濃度検知器のＳｉＦ4ガスの濃度で確認することができる。このように、排気クリーニング工程をレシピに組み込み、レシピが実行される毎に、この条件でクリーニングガスを排気管２３１、ポンプ２４４に供給することにより、ポンプ２４４のメンテナンスサイクル（保守周期）を２倍以上に向上させることができた。
上述の実験例の場合、約６分間は、副生成物が無い状態でクリーニングガスを排気管２３１やポンプ２４４に供給していたにもかかわらず、ポンプ２４４の保守周期が２倍以上に向上できているが、クリーニングの条件を変更できれば、更なる保守周期の改善が期待できる。例えば、上述の実験例の場合、クリーニングガスの流量を２Ｌから１Ｌに減らしたり、クリーニングガスを供給する時間を１０分から５分に短くしたりすれば、ポンプ２４４の保守周期を更に向上させることができる。このように、クリーニング条件を変更できれば、更なる効果が期待される。
次に、コントローラ２４０の排気クリーニング工程の実行動作について図８〜図１０に基づいて説明する。主制御部２５は、図１０に示す大気圧復帰工程と並行して排気クリーニング工程を実行するように構成されている。図１０に示すように、排気クリーニング工程ではクリーニングガス、パージ工程では不活性ガスの異なるガスが供給されているだけで、ポンプ２４４の背圧は、図示しないメインポンプにより真空引きされており、ほぼ同じ圧力となっている。
プロセスレシピでは大気圧から真空引きを開始する準備工程において、ポンプ２４４の背圧が急激に上昇し、ポンプ２４４に負荷がかかる。以下においては、この準備工程を上述した特定ステップとする例について説明する。
図８に示すように、主制御部２５は、プロセスレシピ開始時からプロセスレシピ実行中の装置データを取得する（ステップＳ１０）。具体的には、装置データとして、プロセスレシピ実行中のポンプ２４４の電流値、回転数、背圧を示すデータを少なくとも所定間隔で取得する。
そして、実行中のレシピが予め定められた特定ステップか否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、図１０に示す準備工程（Ｓｌｏｗ Ｐｕｍｐ工程）か否かを判定する。
特定ステップでないと判定された場合には（ステップＳ１１においてＮｏ）、ステップＳ１０の処理に戻り、特定ステップであると判定された場合には（ステップＳ１１においてＹｅｓ）、特定ステップにおいて所定間隔で取得された装置データを加算する（ステップＳ１２）。なお、特定ステップにおける装置データのみを取得するようにしてもよい。
そして、特定ステップが終了したか否かを判定する（ステップＳ１３）。特定ステップが終了していないと判定された場合には（ステップＳ１３においてＮｏ）、ステップＳ１１の処理に戻る。
特定ステップが終了したと判定された場合には（ステップＳ１３においてＹｅｓ）、主制御部２５は、加算した装置データの平均値を算出し、記憶部２８に格納する（ステップＳ１４）。具体的には、準備工程中のポンプ２４４の電流値、回転数及び背圧を例えば１秒周期で取得してそれぞれ加算する。そして、加算したデータの累積値を加算回数により除することにより平均値をそれぞれ演算して算出し、記憶部２８に格納する。
そして、主制御部２５は、今回算出されたデータの平均値と、前回のプロセスレシピを実行したときに算出されたデータの平均値と、を比較する（ステップＳ１５）。具体的には今回の準備工程におけるポンプ２４４の電流値、回転数及び背圧の平均値と、前回実行したプロセスレシピの準備工程におけるポンプ２４４の電流値、回転数及び背圧の平均値と、をそれぞれ比較する。
そして、記憶部２８に記憶された監視パラメータを確認し、今回の平均値が、前回の平均値から上昇（又は下降）していない（異常の傾向がない）と判定された場合には（ステップＳ１５においてＮｏ）、異常の傾向の連続回数をカウントする連続回数カウンタをクリア（０に）して（ステップＳ１９）、処理を終了する。具体的には、準備工程におけるポンプ２４４の電流値の平均値が、前回のプロセスレシピの準備工程におけるポンプ２４４の電流値の平均値から上昇したかを判定し、上昇していないと判定された場合には、連続回数カウンタをクリアする。また、ポンプ２４４の回転数の平均値やポンプ２４４の背圧の平均値も同様に比較される。
そして、今回の平均値が、前回の平均値から上昇（下降）した（異常の傾向がある）と判定された場合には（ステップＳ１５においてＹｅｓ）、連続回数カウンタのカウントを開始（カウンタインクリメント）する（ステップＳ１６）。そして、連続して予め設定された回数上昇（又は下降）したか否かを判定する（ステップＳ１７）。
連続して予め設定された回数上昇（下降）していない（異常の傾向がない）と判定された場合には（ステップＳ１７においてＮｏ）、処理を終了し、連続して予め設定された回数上昇（下降）した（異常の傾向がある）と判定された場合には（ステップＳ１７においてＹｅｓ）、後述するクリーニングガス設定流量変更処理を実行する（ステップＳ１８）。そして、連続回数カウンタをクリアして（Ｓ１９）、処理を終了する。
具体的には、準備工程におけるポンプ２４４の電流値の平均値が、前回のプロセスレシピの実行時に取得したポンプ２４４の電流値の平均値から上昇したと判定された場合には、連続回数カウンタのカウントを開始し、ポンプ２４４の電流値が、監視パラメータの設定値である所定回数、例えば５回連続して上昇傾向にある場合に、アラームを発生させ、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量を変更する。例えば、準備工程中のポンプ２４４の電流値の平均値が、４７バッチ目で１４．４２１Ａ、４８バッチ目で１４．５２８Ａ、４９バッチ目で１４．５９６Ａ、５０バッチ目で１４．６６０Ａ、５１バッチ目で１５．０６３Ａと５回連続して上昇した場合に（回転数６．８７９ｋｒｐｍ、背圧１．０００ｋＰａ）、アラームを発生させ、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量を変更する。尚、この回数に限定されることはなく、監視パラメータの傾向を捉えることができればよく、例えば、３回以上７回以下に設定されるよう構成されている。
また、準備工程におけるポンプ２４４の背圧の平均値やポンプ２４４の回転数の平均値についても同様に、監視パラメータの設定値である所定回数連続して予め異常傾向であると定義された傾向にある場合に、アラームを発生させ、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量を変更する。
すなわち、準備工程におけるポンプの電流値、回転数及び背圧の平均値のうち少なくともいずれか一つが、前回の準備工程におけるポンプの電流値、回転数及び背圧の平均値と比較して、予め設定された回数連続して予め異常傾向であると定義された上昇又は下降した場合に、排気ユニット３１０を構成する配管の閉塞又はポンプ停止の異常の傾向を検知し、アラームを発生させ、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量を変更する。
なお、本実施形態においては、ポンプ２４４の電流値、回転数及び背圧の平均値のうち、少なくともいずれか一つが、前回の平均値から予め設定された回数連続して上昇又は下降した場合に、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量を変更する例について説明したが、これに限らず、ポンプ２４４の電流値、回転数及び背圧の全ての平均値が、前回の平均値から予め設定された回数連続して上昇又は下降した場合に、アラームを発生させるようにしてもよく、ポンプ２４４の電流値、回転数及び背圧の平均値のうちいずれか２つ以上（複数）が、前回の平均値から予め設定された回数連続して上昇又は下降した場合に、アラームを発生させ、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量を変更するようにしてもよい。また、ポンプ２４４の電流値、回転数及び背圧よりなる群から少なくとも一つの装置データの平均値が所定回数連続して閾値から外れた場合にアラームを発生させ、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量を変更するようにしてもよい。また、ポンプ２４４の電流値、回転数及び背圧のそれぞれの装置データの平均値が予め設定された回数連続して閾値から外れた場合にアラームを発生させ、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量を変更するようにしてもよい。これらにより、特に排気装置における装置データの傾向を掴むことができ、排気ユニット３１０を構成する部品の異常の傾向を検知することができる。
次に、上述したステップＳ１８におけるクリーニングガス設定流量変更処理について図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を用いて説明する。クリーニングガス設定流量変更処理は、異常の傾向を検知したアラームの発生回数に応じて変更される。
先ず、主制御部２５が排気ユニット３１０の異常の傾向を検知すると、アラームを発生させる（ステップＳ２０）。そして、アラームの発生回数をカウントするためのアラームカウンタを加算する（ステップＳ２１）。アラームの発生は、表示部に配管の閉塞やポンプの詰りの予兆がある旨や排気ユニット３１０のメンテナンスを促す表示や、ホスト装置にそれらのメッセージを通知すること等により行われる。そして、加算されたアラームカウンタが、予め設定された制限回数であるか否かが判定される（ステップＳ２２）。そして、アラームカウンタが制限回数に達した場合には（ステップＳ２２においてＹｅｓ）、排気管の閉塞やポンプの詰まりの最終警告がなされ（ステップＳ２５）、処理を終了する。最終警告として、次のプロセスレシピの実行を禁止する、排気装置の交換やオーバホール等のメンテナンスを早期に実施すべき等の表示が表示部にされたり、ホスト装置にメッセージが通知される。つまり、装置データの異常が閾値を越えた場合に、次のプロセスレシピの実行を禁止する最終警告がなされる。そして、メンテナンスが実施された後は、アラームカウンタがクリアされる。また、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量は、初期値に戻される。
また、アラームカウンタが制限回数に達していない場合には（ステップＳ２２においてＮｏ）、アラームカウンタ（アラームの発生回数）に基づいて、記憶部２８から設定されたクリーニングガスの流量情報が取得される（ステップＳ２３）。なお、記憶部２８には、アラームカウンタに応じたクリーニングガスの流量が予め格納されている。そして、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの設定流量が変更され（ステップＳ２４）、処理を終了する。なお、主制御部２５は、準備工程の次のステップから図１０に示す大気圧復帰ステップの前のステップまでに、取得した装置データの平均値の変動を判定する。従い、本実施形態ではプロセスレシピの大気圧復帰工程と並行して排気クリーニング工程を実行することができる。
このように、装置データの異常傾向が検知された場合には、プロセスレシピの実行中にクリーニングガスの流量、及び／又はクリーニングガスの供給時間が変更されることによりクリーニングガスの設定流量が変更されて排気クリーニング工程が修正され、修正された排気クリーニング工程（変更されたクリーニングガスの設定流量）により排気クリーニング工程を実行させることができる。これにより、排気装置に付着した副生成物を適切なタイミングで適切なクリーニングガス量で除去することにより、クリーニングガスの総量を抑制しつつ、排気管の閉塞やポンプの詰まりによるポンプロータ停止を避けることができ、プロセスレシピを連続して行うことにより装置稼働率を向上させることができる。
（８）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）排気クリーニング工程をプロセスレシピに組み込むことでプロセスレシピにおける毎成膜処理後に予め設定された流量のクリーニングガスを供給することができ、排気装置への副生成物の堆積が進む前に除去することができる。
（ｂ）プロセスレシピにおける毎成膜処理後の大気圧復帰工程に並行して排気クリーニング工程を実施することにより、排気装置に付着した副生成物を適切なタイミングで除去することができ、装置の稼働率を向上させることができる。
（ｃ）排気装置に関する監視対象のパラメータの傾向を効率よくとらえることにより、異常を検知し、異常を検知した場合のクリーニングガスの設定流量を増加させることにより、異常が発生する前に確実に保守を行うことができ、装置の稼働率を向上させることができる。
（ｄ）排気装置に関する監視パラメータの傾向を捉えることにより、例えば、排気装置内に付着した副生成物による詰まりを、排気管が閉塞する前やポンプが詰まってポンプロータが停止する前に、検知することができる。
（ｅ）監視対象の排気装置の異常の予兆を捉えることができ、排気管の閉塞や、ポンプの詰まりによるポンプロータ停止の予兆を、アラームを発生させたり、表示部３１にメッセージを表示したり、表示部３１にアラームの内容を表示したり、ホスト装置にメッセージを通知したりして、ユーザに知らせることができる。これにより、排気管の閉塞やポンプの詰まりによるポンプロータ停止前に、確実に排気装置を構成する部品の交換やオーバホール等のメンテナンスを行うことができる。
（ｆ）プロセスレシピ実行中において、処理室をバイパスさせて排気部にクリーニングガスを供給して排気装置内の副生成物の除去を行うことができ、従来のクリーニングレシピ終了後に、プロセスレシピ再開前に行うプリコート等の前処理レシピの実行が不要であるため、装置稼働率を格段に向上させることができる。
（ｇ）プロセスレシピを構成する各ステップのうち予め定められた特定ステップにおける装置データの平均値を、前回のプロセスレシピ実行時に算出された特定ステップにおける装置データの平均値と比較して、排気管の閉塞や、ポンプの詰まりによるポンプロータ停止の予兆をするため、最終警告前は閾値を設定しなくてもよい。
以上、本開示の実施形態を具体的に説明したが、本開示は上述の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
また、上述の実施形態では、ウエハ２００上に膜を成膜させる例について説明した。しかしながら、本開示は、このような態様に限定されない。例えば、上述の実施形態では、ハロゲンガス等のクリーニングガスを供給するクリーニングレシピについて説明されていたが、不活性ガス等のパージガスを供給するパージガスレシピであってもよい。また、ハロゲンガスとしてフッ素含有ガスについて記載したが塩素含有ガスでも構わない。
また、排気ユニット３１０を構成する部品に異常の傾向が生じたときに、排気クリーニング工程におけるクリーニングガスの濃度またはガス種を変更するようにしてもよい。
また、大気圧復帰工程後のウエハディスチャージ、次のプロセスレシピのウエハチャージ中に、クリーニングガスの流量を、予め設定した初期値にして排気ユニット３１０を構成する部品に供給するように構成してもよい。
また、上述の実施の形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。また、上述の実施形態では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて薄膜を成膜する例について説明したが、本開示はこれに限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて薄膜を成膜する場合にも、好適に適用できる。
また、本実施例に係る基板処理装置のような半導体ウエハを処理する半導体製造装置などに限らず、ガラス基板を処理するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）製造装置にも適用することができる。
１００…基板処理装置
２００…ウエハ(基板)
２１７…ボート(基板保持具)
２４４…補助ポンプ（ポンプ）

Claims (16)

  1. バルブを開閉させて処理室を処理圧力に維持しつつ基板を処理する基板処理工程と、前記基板処理工程の前に前記処理室を前記処理圧力に調整する準備工程と、前記処理室を前記処理圧力から大気圧にする大気圧復帰工程と、を有し、
    前記準備工程で前記処理室の排気に関連する装置データを取得し、該装置データの変動を監視し、前記大気圧復帰工程と並行して、前記処理室をバイパスさせて前記バルブの下流側に所定ガスを供給する際、前記排気に関連する装置データの変動に応じて調整された流量を供給する
    半導体装置の製造方法。
  2. 更に、前記処理室をバイパスさせて前記バルブの下流側に所定ガスを供給する供給工程を有し、
    前記大気圧復帰工程と前記供給工程を並行して実行する際、
    前記供給工程の全時間は、前記大気圧復帰工程の全時間よりも短い請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 更に、前記処理室をバイパスさせて前記バルブの下流側に所定ガスを供給する供給工程を有し、
    前記大気圧復帰工程と前記供給工程を並行して実行する際、
    前記大気圧復帰工程の開始時刻が、前記供給工程の開始時刻よりも早い請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記所定ガスを供給する際、
    前記バルブは閉塞するよう構成されている請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記所定ガスと異なるガスが前記大気圧復帰工程で前記処理室に供給されるよう構成されている請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記所定ガスは、クリーニングガス、または、パージガスである請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記クリーニングガスは、ハロゲン含有ガス、または、塩素含有ガスである請求項６記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記パージガスは、不活性ガスである請求項６記載の半導体装置の製造方法。
  9. 更に、前記バルブの下流側に設けられる排気装置を有し、
    前記排気装置に関連する装置データの変動を検知するように構成されている請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  10. 更に、前記排気装置に関連する装置データを監視する監視パラメータを有し、
    前記監視パラメータは、前記排気装置に関連する装置データの種別と、前記装置データの種別ごとに設定された設定値と、前記装置データの種別毎に異常を示す傾向と、で少なくとも構成されている請求項９記載の半導体装置の製造方法。
  11. 更に、前記バルブの下流側に設けられる排気装置を有し、
    前記排気に関連する装置データは、前記排気装置の電流値、回転数、背圧のうちいずれか一つ以上のデータである請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記準備工程で収集した前記排気に関連する装置データを蓄積する工程と、
    前記排気に関連する装置データから、取得した前記排気に関連する装置データの平均値を算出し、算出した前記排気に関連する装置データの平均値を前回プロセスレシピ実行時に算出された前記準備工程における装置データの平均値と比較し、前記平均値の変動を判定し、前記平均値の変動が予め設定された所定回数に到達すると、前記所定ガスの設定流量を変更させる工程と、
    を更に有する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記所定ガスの設定流量を変更させる工程では、前記所定ガスの流量、および／または、前記所定ガスを流す時間を変更して、前記所定ガスの設定流量を変更させるよう構成されている請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記準備工程で前記処理室の排気に関連する装置データを取得し、
    前記基板処理工程で前記装置データの変動を監視するように構成されている請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  15. 基板を処理する処理室と、
    所定ガスを供給する供給部と、
    バルブと、
    前記バルブを開閉させて前記処理室を処理圧力に維持しつつ基板を処理する基板処理と、基板処理の前に前記処理室を前記処理圧力に調整する準備処理と、前記処理室を前記処理圧力から大気圧にする大気圧復帰処理と、を前記供給部及び前記バルブに実行させるように構成された制御部と、を含む基板処理装置であって、
    前記制御部は、
    前記準備処理で前記処理室の排気に関連する装置データを取得し、該装置データの変動を監視し、前記大気圧復帰処理と並行して、前記処理室をバイパスさせて前記バルブの下流側に前記所定ガスを供給する際、前記排気に関連する装置データの変動に応じて調整された流量を供給するよう構成される
    基板処理装置。
  16. バルブを開閉させて基板処理装置の処理室を処理圧力に維持しつつ基板を処理する基板処理ステップと、前記基板処理ステップの前に前記処理室を前記処理圧力に調整する準備ステップと、前記処理室を前記処理圧力から大気圧にする大気圧復帰ステップと、を少なくとも含むプロセスレシピをコントローラにより前記基板処理装置に実行させるプログラムであって、
    前記準備ステップで前記処理室の排気に関連する装置データを取得し、該装置データの変動を監視し、前記大気圧復帰ステップと並行して、前記処理室をバイパスさせて前記バルブの下流側に所定ガスを供給する際、前記排気に関連する装置データの変動に応じて調整された流量を供給するステップを実行させるプログラム。
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