JPH05226270A - コールドウォール形処理装置のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］コールドウォール形処理装置内を隅々まで効果
的にクリーニングすることができ、かつ特別な除去装置
を必要としないクリーニング方法を提供する。 ［構成］処理容器１０内に、常温の下で、ＣｌＦ3 をＮ
2 ガスで希釈したクリーニングガスを供給して、クリー
ニングを行う。この際、プラズマをかけることはしな
い。ＣｌＦ3 ガスは非常に活性であるため、常温下でも
反応してＷ被膜およびＷＳi 被膜をエッチングする。Ｃ
ｌＦ3 ガスが処理容器１０内の隅々まで十分に行きわた
るようにクリーニングガスの圧力、流量が制御されるこ
とで、処理容器１０内の隅々まで各部のＷ被膜およびＷ
Ｓi 被膜が除去される。クリーニングの排ガスは、容器
底面１０ａの排気口４２から排気管４４を介してポンプ
４６へ送られ、ポンプ４６から除去装置４８へ送られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コールドウォール形処
理装置のクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の成膜工程に使用される
ＣＶＤ装置は、処理容器全体を電気炉の中に入れて半導
体ウエハを加熱するホットウォール形と、処理容器自体
は常温（室温）のままで半導体ウエハだけを加熱するコ
ールドウォール形とに分けられる。一般に、ホットウォ
ール形が一度に多数枚の半導体ウエハを成膜するバッチ
処理に用いられるのに対し、コールドウォール形は半導
体ウエハを１枚毎に成膜する枚葉処理に用いられる。

【０００３】コールドウォール形ＣＶＤ装置では、サセ
プタ（基板設置台）に半導体ウエハを設置し、適当なヒ
ータによりサセプタを介して半導体ウエハを加熱しなが
ら、あるいはサセプタを介さず外部よりウエハに直接光
を当てて加熱しながら、半導体ウエハの表面に所定のガ
スを供給し、そのガスの分解生成物あるいは反応生成物
をウエハ上に堆積させる。このようにして半導体ウエハ
上に被膜が形成される時、半導体ウエハ周囲のサセプ
タ、ウエハ保持手段等の表面にも、反応ガスの分解生成
物あるいは反応生成物が堆積して被膜が付着する。ま
た、処理容器の内側壁面にもそのような被膜が付着する
ことがある。

【０００４】従来から、コールドウォール形ＣＶＤ装置
内をクリーニングする方法として、ＮＦ3 を含むクリー
ニングガスを装置内に供給し、このクリーニングガスで
上記のようなサセプタやウエハ保持手段等に付着した被
膜をエッチングして除去する方法が知られている。この
クリーニング方法では、ＮＦ3 自体の分解性がよくない
ので、プラズマを利用する。つまり、処理容器において
サセプタと対向する位置に電極板を配置し、サセプタと
該電極板との間に高周波電圧を印加して、そこにプラズ
マを発生させ、そのプラズマによってＮＦ3 を活性状態
に励起するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなＮＦ3 プ
ラズマ方式のクリーニング方法は、プラズマが分布する
サセプタやウエハ保持手段近辺の被膜を効果的に除去す
ることはできるが、プラズマの及ばない部分の被膜を除
去するのは難しかった。特に、半導体ウエハのローディ
ング・アンローディングの際にウエハの外周部あるいは
サセプタまたはウエハ保持手段等から剥がれ落ちて処理
容器の底に付着している被膜片は、この従来方法ではな
かなかクリーニングできないため、作業員が処理容器を
開けて布などで拭き取っていた。このようなマニュアル
クリーニングは、作業員にとっては大きな負担であっ
た。

【０００６】また、排ガス規制の面から、ＣＶＤ装置に
おいても排気ガスから有害、危険なガス成分を分解除去
するための高価な除去装置を付設するのが通例となって
いるが、ＮＦ3 は分解しにくいガスであるため、反応ガ
ス等の他の排気ガスと共通の除去装置が使えず、別個に
専用の除去装置が必要であり、このため２台の除去装置
を設置しなければならなかった。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、処理装置内の隅々まで効果的にクリーニングす
ることができ、かつ特別な除去装置を必要としないコー
ルドウォール形処理装置のクリーニング方法を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の方法は、コールドウォール形の処
理装置の内部をクリーニングする方法において、前記処
理装置内の温度を常温に維持した状態で前記処理装置内
にＣｌＦ3 を含むクリーニングガスを供給し、前記処理
装置内に付着した被膜を除去する方法とした。また、本
発明の第２の方法は、コールドウォール形の処理装置の
内部をクリーニングする方法において、前記処理装置内
の加熱可能な部分を炭化シリコンで構成し、前記加熱可
能な部分の温度を約２００゜Ｃに維持した状態で前記処
理装置内にＣｌＦ3 を含むクリーニングガスを供給し、
前記処理装置内に付着した被膜を除去する方法とした。

【０００９】

【作用】コールドウォール形の処理装置において所定の
処理が何回か行われ、被処理体設置台その他の各部に不
所望な被膜が付着した時点で、本発明のクリーニング方
法が行われてよい。本発明によるクリーニングは、常温
〜約４００゜Ｃの温度で該処理装置内にＣｌＦ3 を含む
クリーニングガスを供給する。その際、プラズマを使う
必要はない。ＣｌＦ3 ガスは非常に活性であるため、常
温〜約４００゜Ｃの温度下で被膜と容易に反応する。つ
まり、ＣｌＦ3 ガスの一部が反応して反応熱を発生する
と、その反応熱で付近のＣｌＦ3 ガスが活性化されて反
応し、その反応熱によってさらに多くのＣｌＦ3 ガスが
活性化されて反応するという具合に自発的にエッチング
を展開する。したがってプラズマを必要としない。

【００１０】このように、ＣｌＦ3 ガスはプラズマがな
くとも被膜と反応してエッチングを行うので、ＣｌＦ3
ガスが処理装置内の隅々まで十分に行きわたるようにク
リーニングガスの圧力、流量を適当に制御することで、
処理装置内の隅々まで各部の被膜を除去することができ
る。また、ＣｌＦ3 ガスは分解性がよいので、その排ガ
スを反応ガスの排ガスと共通の除去装置で処理すること
ができる。

【００１１】

【実施例】以下、添付図を参照して、本発明をコールド
ウォール形の枚葉式ＣＶＤ装置に適用した実施例を説明
する。

【００１２】図１において、このＣＶＤ装置の処理容器
１０はたとえばアルミニウムからなる円筒状のチャンバ
で、その中央部にサセプタ（基板設置台）１２が配設さ
れている。成膜処理が行われる時、サセプタ１２上には
点線で示すように半導体ウエハ１４が載置される。処理
容器１０の一側壁にはゲートバルブ１６が設けられ、こ
のゲートバルブ１６を介して半導体ウエハ１４が出し入
れされるようになっている。

【００１３】サセプタ１２の上方にはガスを均一に供給
するための多孔板１８が取付され、この多孔板１８の奥
（上部）よりガス導入管２０のガス吐出部２０ａが垂直
に容器内に入れられている。このガス導入管２０には、
反応ガス供給系２２とクリーニングガス供給系２４とが
接続されており、これらの切り替えはバルブ２６，２８
によって行われる。

【００１４】クリーニングガス供給系２４には、エッチ
ングガスとしてＣｌＦ3 を供給するＣｌＦ3 ガス供給部
３０と、希釈用キャリアガスとしてＮ2 ガスを供給する
Ｎ2ガス供給部３２とが備えられ、これらのガス供給部
３０，３２はそれぞれガス流量調整器（ＭＦＣ）３４，
３６およびバルブ３８，４０等を介してガス導入管２０
に接続される。ガス流量調整器３４，３６でＣｌＦ3 ガ
スおよびＮ2 ガスそれぞれの供給流量が調節されること
によって、ＣｌＦ3 が所定の濃度に希釈されたクリーニ
ングガスがガス導入管２０に供給されるようになってい
る。

【００１５】処理容器１０の下部において、容器底面１
０ａには複数の排気口４２が設けられている。処理容器
１０内で発生した反応生成物のガスや余った反応ガスま
たはクリーニングガスは、これらの排気口４２から排気
管４４を通って真空ポンプ４６側へ排出される。この真
空ポンプ４６としては、オイルフリーのドライポンプを
用いるのが好ましい。これは、クリーニングガスとして
ＣｌＦ3 を用いるために、ウェットポンプを使用すると
ポンプオイルの劣化やオイル中に混入した塩素やフッ素
によってポンプ自体の劣化を生ずるおそれがあるからで
ある。

【００１６】真空ポンプ４６より後段の排出系には、こ
のポンプから排出された反応ガスまたはクリーニングガ
スの排ガスから有害、危険なガス成分を除去するための
除去装置４８が設けられている。この除去装置４８に
は、有害、危険なガス成分を吸着または分解するための
薬剤が入った筒５０が収容されている。

【００１７】また、サセプタ１２の下方の容器底面には
クォーツウィンドウ５２が取付されその下に加熱用のハ
ロゲンランプ５４が配設されている。成膜工程時、この
ハロゲンランプ５４からの光はクォーツウィンドウ５２
を通ってサセプタ１２の裏面を照射し、その光エネルギ
でサセプタ１２がたとえば６５０〜７００゜Ｃに加熱さ
れ、この加熱されたサセプタ１２を介して半導体ウエハ
１４がたとえば５００〜５５０゜Ｃ程度に加熱されるよ
うになっている。

【００１８】次に、このＣＶＤ装置におけるタングステ
ン系被膜の成膜工程と、このＣＶＤ装置のクリーニング
工程について説明する。

【００１９】先ず、タングステン系被膜の成膜工程につ
いて説明する。成膜処理を受ける半導体ウエハ１４は、
ゲートバルブ１６を介してハンドアーム等のウエハ搬送
機構（図示せず）によりサセプタ１２上にローディング
される。次に、反応ガスとして、たとえばＷＦ6 （六フ
ッ化タングステン）およびＳi Ｈ2 Ｃ12（ジクロールシ
ラン）がそれぞれ所定の流量で反応ガス供給系２２より
ガス導入管２０を介して処理容器１０内に導入され、こ
の導入された反応ガスが多孔板１８を通って半導体ウエ
ハ１４に吹き付けられることにより、半導体ウエハ１４
の表面にＷＳi（タングステン・シリサイド）の被膜が
形成される。また、別の反応ガスとしてＷＦ6 とＨ2 を
用いたときは、Ｗ（タングステン）の被膜が半導体ウエ
ハ１４の表面に形成される。

【００２０】この成膜工程において、半導体ウエハ１４
はサセプタ１２を介して加熱ランプ５４によって加熱さ
れるが、処理容器１０自体は常温（室温）状態におかれ
る。また、反応ガスの分解生成物または反応生成物の大
部分は半導体ウエハ１４の表面に堆積するが、一部はサ
セプタ１２の外周縁部やウエハ保持部材（図示せず）に
付着し、処理容器１０の内壁面にもわずかであるが付着
する。そして、成膜工程が終了すると、半導体ウエハ１
４は上記ウエハ搬送機構によりサセプタ１２からアンロ
ーディングされる。このアンローディングまたはローデ
ィングの際に、半導体ウエハ１４あるいはサセプタ１
２、ウエハ保持部材等から被膜が剥がれ落ちることがあ
り、その剥がれ落ちた被膜片は処理容器１０の底面１０
ａ等に付着する。

【００２１】上記のような成膜工程が所定回数実施され
ると、成膜工程が一時中断され、反応ガス供給系２２お
よび加熱ランプ５４がオフに切り替えられ、処理容器１
０内に半導体ウエハ１４が入っていない状態で、常温の
まま、本実施例によるクリーニングが行われる。このク
リーニングに先立ち、Ｈ2 ガスまたはＮ2 ガス等による
パージが行われ、処理容器１０から反応ガスが除去され
る。

【００２２】本実施例によるクリーニングにおいては、
上記のようにクリーニングガス供給系２４よりＣｌＦ3
ガスをＮ2 ガスで所定の濃度に希釈したクリーニングガ
スがガス導入管２０を介して処理容器１０内に導入さ
れ、その導入されたクリーニングガスは多孔板１８から
サセプタ１２その他の装置各部へ供給される。

【００２３】ＣｌＦ3 ガスは化学的に活性なガスで、プ
ラズマがなくても、被膜、特にタングステン系の被膜と
よく反応する。したがって、クリーニングガスが処理容
器１０内に充満するようにその供給流量が制御されるこ
とで、ＣｌＦ3 ガスが処理容器１０内の隅々まで行き渡
り、各部に付着しているＷＳi 被膜もしくはＷ被膜はＣ
ｌＦ3 ガスの供給を受けるだけで効果的にエッチングさ
れることになる。

【００２４】これにより、従来のＮＦ3 のプラズマ式ク
リーニング方法によっては除去することが難しい容器底
面１０ａ上の被膜も、本実施例のクリーニング方法によ
れば容易に除去される。したがって、作業員の手を煩わ
せるマニュアルクリーニングは不要である。なお、Ｃｌ
Ｆ3 ガスが排気口４２、排気管４４を通る際に、そこに
付着している被膜もエッチングされ除去される。

【００２５】また、ＣｌＦ3 ガスは分解性がよく、アリ
カリ溶液等にも容易に溶けるため、その排ガスを反応ガ
スの排ガスと同様に共通の除去装置４８で処理すること
ができる。したがって、クリーニング用の特別な除去装
置は不要である。

【００２６】図２〜図５は、本実施例のクリーニング方
法によるエッチング効果を示すグラフである。図示のデ
ータは、表面にＷ被膜が形成された半導体ウエハを試験
材としてサセプタ１２上に置き、種々の条件の下で上記
のＣｌＦ3 ガスを含むクリーニングガスを供給したとき
の該半導体ウエハのＷ被膜のエッチングレートを測定し
た実験例で得られたものである。

【００２７】まず、図２のグラフは、室温下で、クリー
ニングガス中のＣｌＦ3 ガス、Ｎ2ガスの流量をそれぞ
れ５００ｓｃｃｍに一定に保ち、ガスの圧力を変化させ
たときのエッチングレートの特性を示す。この図２に示
されるように、ガス圧を高くするほど、ＣｌＦ3 ガスと
Ｗ被膜との反応が促進されてエッチングレートが上が
り、１０〜５０Ｔｏｏｒの圧力に対して約２０００〜４
０００オングストローム／ｍｉｎのエッチングレートが
得られることが判る。

【００２８】図３のグラフは、室温下で、Ｎ2 ガスの流
量を１５００ｓｃｃｍ、圧力を１０Ｔｏｏｒにそれぞれ
一定に保ち、ＣｌＦ3 ガスの流量を変えたときのエッチ
ングレートの特性を示す。この図３から、ＣｌＦ3 ガス
の流量を大きくするほどＣｌＦ3 ガスの供給量が増大し
てエッチングレートが上がり、４００〜１０００ｓｃｃ
ｍのＣｌＦ3 ガス流量に対して約３０００〜６０００オ
ングストローム／ｍｉｎのエッチングレートが得られる
ことが判る。

【００２９】図４のグラフは、室温下で、ＣｌＦ3 ガス
の流量を５００ｓｃｃｍ、圧力を１０Ｔｏｏｒにそれぞ
れ一定に保ち、Ｎ2 ガスの流量を変えたときのエッチン
グレートの特性を示す。この図４から、Ｎ2 ガスの流量
を大きくするほどＣｌＦ3 ガスが希釈されてエッチング
レートが下がり、５００〜５０００ｓｃｃｍのＮ2 ガス
流量に対して約４５００〜２５００オングストローム／
ｍｉｎのエッチングレートが得られることが判る。

【００３０】図５のグラフは、室温下で、圧力を１０To
rrに保ち、ＣｌＦ3 ガスとＮ2 ガスの流量比を一定
（１：３）にして全流量を変化させたときのエッチング
レートの特性を示す。この図から、クリーニングガスの
流量を上げるほどＣｌＦ3 ガスの供給量が増大してエッ
チングレートが上がり、４００／１２００〜１０００／
３０００のＣｌＦ3 ／Ｎ2 ガスの流量に対して約３６０
０〜４８００オングストローム／ｍｉｎのエッチングレ
ートが得られることが判る。

【００３１】このように、本実施例のクリーニング方法
によれば、室温でも、ガスの流量、圧力、ＣｌＦ3 ガス
の濃度等の条件を適当に選ぶことで、３０００オングス
トローム／ｍｉｎ以上のエッチングレートを容易に得る
ことができる。なお、ＷＳi被膜においても同様のエッ
チングレートが得られることが実験で確認できた。この
点、従来のＮＦ3 ガスによるプラズマ式のクリーニング
方法で得られるエッチングレートは高々２０００オング
ストローム／ｍｉｎ程度であるから、クリーニング効率
においても従来方法に勝るとも劣らない効果が得られ
る。

【００３２】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。第２の実施例は、コールドウォール形の処理装
置、たとえば図１に示すような処理装置において、サセ
プタ１４、ウエハ保持部材（図示せず）、処理容器１０
の内壁等の加熱可能な部分をＣｌＦ3 に対して耐食温度
の範囲内で高温に維持した状態で、そこにＣｌＦ3 を含
むクリーニングガスを供給して、容器１０等の各部、特
に加熱可能な部分のクリーニングを行うものである。

【００３３】図６は、コールドウォール形処理装置内の
加熱可能な部分に利用可能な種々の材質のＣｌＦ3 に対
する各耐食温度を示す。これらの材料をサセプタ、ウエ
ハ保持部材、処理容器等の加熱可能な部分に用いた場合
は、それらを高温にするほどクリーニング速度が大きく
なる。しかし、耐食範囲を越えると、その部材自体から
逆にパーティクルが発生するので、具合が悪い。したが
って、高温にするとはいっても、各部の耐食温度以下に
抑えるのが望ましい。

【００３４】図７は、コールドウォール形処理装置内の
加熱可能部分を炭化シリコン（ＳｉＣ）で構成し、容器
内の真空度（１０Ｔｏｒｒ）、クリーニングガス（Ｃｌ
Ｆ3／Ｎ2 ）の流量（１００／２０００ｓｃｃｍ）、ク
リーニングガス供給法（ＣｌＦ3 ／Ｎ2 の同時出し）、
クリーニング時間（２０秒間）の諸条件を固定し、クリ
ーニング温度を変化させたときのエッチングレートの特
性を示す。この図７に示されるように、クリーニング温
度を高くするほどエッチングレートは上昇し、２００゜
Ｃ付近の高温下では約３２００オングストローム／ｍｉ
ｎのエッチングレートが得られることがわかる。

【００３５】なお、加熱手段としては、図１のハロゲン
ランプ５４のような加熱処理用の加熱手段を利用しても
よく、さらにはクリーニング用としてニクロム線等の発
熱手段を処理容器１０の壁等の内部に埋設してもよい。

【００３６】上述した実施例は、Ｗ被膜またはＷＳi 被
膜を除去してクリーニングを行うものであったが、タン
グステン系の被膜に限らず、酸化シリコン系等の被膜に
対しても本発明のクリーニング方法を用いることができ
る。また、上述した実施例におけるコールドウォール形
処理装置は枚葉式ＣＶＤ装置であったが、本発明のクリ
ーニング方法はその種の成膜処理装置に限定されるもの
ではなく、スパッタ装置等の他の方式のコールドウォー
ル形成膜処理装置にも使用できるものであり、さらには
成膜以外の処理を行う装置であっても内部に付着した不
所望な被膜を除去してクリーニングする必要がある任意
のコールドウォール形処理装置に使用することができ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のクリーニ
ング方法によれば、コールドウォール形の処理装置内の
温度を常温〜約４００゜Ｃに維持してそこにＣｌＦ3 を
含むクリーニングガスを供給して、プラズマなしで処理
装置内の各部に付着した不所望な被膜をエッチングして
除去するようにしたので、処理装置内の隅々まで各部の
被膜を除去することができ、クリーニング残しを出さな
い効果的なクリーニングを実現することができる。した
がって、作業員のマニュアルクリーニングは不要とな
る。さらに、クリーニングの排ガスを反応ガス等の他の
排ガスと共通の除去装置で処理することができ、特別の
除去装置を必要としないので、除去装置の設置コストを
安価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるクリーニング方法を実
施するためのコールドウォール形枚葉式ＣＶＤ装置の全
体構成を示す略断面図である。

【図２】実施例のクリーニング方法において圧力に対す
るエッチングレートの特性を示すグラフである。

【図３】実施例のクリーニング方法においてＣｌＦ3 ガ
スの流量に対するエッチングレートの特性を示すグラフ
である。

【図４】実施例のクリーニング方法においてＮ2 ガスの
流量に対するエッチングレートの特性を示すグラフであ
る。

【図５】実施例のクリーニング方法においてクリーニン
グガスの総流量に対するエッチングレートの特性を示す
グラフである。

【図６】コールドウォール形処理装置内の加熱可能部分
に利用可能な種々の材質のＣｌＦ3 に対する各耐食温度
を示す表である。

【図７】第２の実施例のクリーニング方法において温度
に対するエッチングレートの特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 処理容器 １２ サセプタ １４ 半導体ウエハ ２２ 反応ガス供給系 ２４ クリーニングガス供給系 ３０ ＣｌＦ3 ガス供給部 ３２ Ｎ2 ガス供給部 ４８ 除去装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コールドウォール形の処理装置の内部を
   クリーニングする方法において、 前記処理装置内の温度を常温〜約４００゜Ｃに維持した
   状態で前記処理装置内にＣｌＦ3 を含むクリーニングガ
   スを供給し、前記処理装置内に付着した被膜を除去する
   ようにしたことを特徴とするクリーニング方法。
2. 【請求項２】 コールドウォール形の処理装置の内部を
   クリーニングする方法において、 前記処理装置内の加熱可能な部分を炭化シリコンで構成
   し、前記加熱可能な部分の温度を約２００゜Ｃに維持し
   た状態で前記処理装置内にＣｌＦ3 を含むクリーニング
   ガスを供給し、前記処理装置内に付着した被膜を除去す
   るようにしたことを特徴とするクリーニング方法。