JPWO2007026762A1 - クリーニング方法 - Google Patents
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Abstract
ＲＴＰ装置などの基板処理装置の処理室内に、汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態でＮ２とＯ２を含むクリーニングガスを導入し、圧力１３３．３Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行う。このクリーニングを複数のキャリアを順次入れ替えて繰り返し実施する。
Description
本発明は、クリーニング方法に関し、詳細には、半導体ウエハ等の被処理基板に対し、アニールなどの処理を行なう基板処理装置の処理室内から汚染物質を除去するクリーニング方法に関する。
半導体デバイスの製造プロセスの一つとして、ＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；高速熱処理）が知られている。例えば半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記すことがある）にイオン注入をした後に、不純物を再配列させたり、結晶損傷を回復させたりするためにアニールが行われる。このアニール工程におけるサーマル・バジェット（熱処理量）が大きくなると、例えばトランジスタの場合、ソース・ドレイン領域でドーパント（不純物）の拡散が起こり、接合が深くなり、ドーパント濃度が薄くなる傾向がある。微細化されたデザインルールの下では、浅い接合が不可欠であるため、短時間で急速に昇温、降温を行うことにより、トータルでのサーマル・バジェットを低減できるＲＴＰが活用されている。
このようなＲＴＰでは、容器内に異物やコンタミネーションのないクリーンな雰囲気でウエハに対して制御性よく急速な昇温や降温を行う必要がある。このため、ＲＴＰ装置の納品後や補修後に、例えば、処理室内に温度計測機能を持つＴＣウエハ（熱電対付きＳｉ基板）を入れた状態で昇温・降温を実施し、温度校正を行うことが不可欠である。しかし、この温度校正用のＴＣウエハの使用によって、処理室内がＣｕで汚染されてしまうという問題があった。処理室内がＣｕで汚染された場合、その後のアニール処理の際に被処理ウエハにＣｕが付着し、コンタミネーションとして素子に入り込むおそれがあるなど、半導体装置の信頼性が大幅に損なわれるという懸念がある。
熱処理装置における金属汚染を除去するための従来技術としては、熱拡散炉において、アンモニアなどのパージガスを反応室内に供給するとともに、これらのガスを活性化させて反応室の部材中に含まれる金属汚染物質と反応させ、金属汚染物質を除去することが提案されている（例えば、特開２００４−３１１９２９号公報；その請求項２、図６など）。
上記特開２００４−３１１９２９号公報の方法は、具体的には温度９５０℃、圧力１５９６０Ｐａでアンモニアガスを活性化しており、この条件では、Ｎ２ガスを使用する場合に比べてアンモニアガスを使用した方が、クリーニング効果が大きいことが示されている。しかし、この特開２００４−３１１９２９号公報の方法は、アンモニアによって反応室内の石英部材の表面を窒化することによって、石英部材中に金属等の不純物を閉じ込め、反応室内に金属等の不純物が拡散することを防止する作用についても記載されており、反応室内から金属等の不純物を問題の生じないレベルまで低減させることを目的とする方法ではない。従って、フッ素を含むクリーニングガスで反応室内をクリーニングする度に、上記の方法でアンモニアガスによるパージ処理を行なわなければならないという問題があった。
本発明は、処理室内を汚染しているＣｕ等の汚染物質を効率良く除去することが可能なクリーニング方法を提供することを課題としている。
上記実情に鑑み、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、ウエハへのＣｕ汚染は、熱処理等のプロセス時に処理室内の圧力を低くした方が、圧力を高くした場合に比べて増加する傾向があるとの知見を得た。これは、処理室内の壁や器具等に付着ないし混入していたＣｕが、低圧力での熱処理中に処理室内に拡散してウエハに付着するためであると考えられる。従って、処理室内に存在するＣｕを低減するためには、クリーニング時にも圧力を低くした方がよいと考えられる。
また、Ｃｕを効率的に排出するには、金属Ｃｕを、より大きな蒸気圧を持つ物質例えば金属オキシナイトライドに変化させることが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、Ｃｕを効率的に排出するには、金属Ｃｕを、より大きな蒸気圧を持つ物質例えば金属オキシナイトライドに変化させることが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、上記特開２００４−３１１９２９号公報の方法のように、単にアンモニアガスをパージするよりも、適切なキャリアを処理室内に配備し、そこに積極的にＣｕを付着させて搬出した方が、クリーニング効率が高くなることも明らかになった。
従って、本発明の第１の観点は、基板処理装置の処理室内に存在する金属を含む汚染物質を除去するクリーニング方法であって、
前記処理室内にＮ２とＯ２を含むクリーニングガスを導入し、圧力１３３．３Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行い、前記汚染物質を金属オキシナイトライドとして前記処理室内から排出することを特徴とする、クリーニング方法を提供する。
前記処理室内にＮ２とＯ２を含むクリーニングガスを導入し、圧力１３３．３Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行い、前記汚染物質を金属オキシナイトライドとして前記処理室内から排出することを特徴とする、クリーニング方法を提供する。
上記第１の観点において、前記クリーニングガス中のＮ２とＯ２の流量比率は１：１であることが好ましい。また、前記金属オキシナイトライドがＣｕＮＯｘ（ここで、ｘは化学量論的にとり得る数値を意味する）であることが好ましい。また、前記温度が、１０００〜１１００℃であることが好ましい。
また、本発明の第２の観点は、基板処理装置の処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法であって、
前記処理室内に、汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことを特徴とする、クリーニング方法を提供する。
前記処理室内に、汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことを特徴とする、クリーニング方法を提供する。
上記第２の観点において、前記圧力は、１．３Ｐａ〜１３３．３Ｐａであることが好ましい。
また、前記クリーニングガスは、Ｎ２とＯ２を含むガスであることが好ましく、この場合、Ｎ２とＯ２の流量比率が１：１であることがより好ましい。
また、前記クリーニングガスは、Ｎ２とＯ２を含むガスであることが好ましく、この場合、Ｎ２とＯ２の流量比率が１：１であることがより好ましい。
また、前記汚染物質は、金属またはその化合物であることが好ましい。また、複数の前記キャリアを順次入れ替えて前記条件にて繰り返しクリーニングを行うことが好ましい。この場合、前記キャリアがシリコンを含有する材料により構成されることが好ましい。
また、前記基板処理装置は、ＲＴＰ装置であることが好ましい。また、前記処理室は、その内部に石英製部材が使用されているものであってもよい。
また、前記基板処理装置は、ＲＴＰ装置であることが好ましい。また、前記処理室は、その内部に石英製部材が使用されているものであってもよい。
本発明の第３の観点は、基板処理装置の処理室内に汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを搬入する工程と、
前記処理室内を昇温する工程と、
前記処理室内を減圧排気する工程と、
前記処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件で処理する工程と、
前記処理室内を降温する工程と、
前記クリーニングガスを停止し、前記処理室内の圧力を上昇させる行程と、
前記処理室内から前記汚染物質が付着した前記キャリアを搬出する工程と、
を含む、クリーニング方法を提供する。この場合、前記温度が、１０００〜１１００℃であることが好ましい。
前記処理室内を昇温する工程と、
前記処理室内を減圧排気する工程と、
前記処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件で処理する工程と、
前記処理室内を降温する工程と、
前記クリーニングガスを停止し、前記処理室内の圧力を上昇させる行程と、
前記処理室内から前記汚染物質が付着した前記キャリアを搬出する工程と、
を含む、クリーニング方法を提供する。この場合、前記温度が、１０００〜１１００℃であることが好ましい。
本発明の第４の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、基板処理装置の処理室内に、汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことにより、前記処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法が行なわれるように前記基板処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムを提供する。
本発明の第５の観点は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、
基板処理装置の処理室内に汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことにより、前記処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法が行なわれるように前記基板処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体を提供する。
基板処理装置の処理室内に汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことにより、前記処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法が行なわれるように前記基板処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体を提供する。
本発明の第６の観点は、被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内で被処理基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内を減圧する減圧手段と、
前記処理室内に汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことにより、前記処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、基板処理装置を提供する。
前記処理室内で被処理基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内を減圧する減圧手段と、
前記処理室内に汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことにより、前記処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、基板処理装置を提供する。
本発明によれば、基板処理装置の処理室内を効率良くクリーニングできるので、被処理基板の金属汚染を抑制し、これを利用して製造される半導体製品の歩止まりと製品の信頼性を向上させ得る。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図１は、本発明のクリーニング方法を適用可能な熱処理装置の概略構成図である。この熱処理装置１００は、制御性がよい短時間アニール（ＲＴＡ；Rapid Thermal Annealing）を行なうための枚葉式のＲＴＰ装置として構成されている。この熱処理装置１００は、例えばウエハＷに形成した薄膜に不純物をドープした後の８００〜１１００℃程度の高温領域でのアニール処理などに用いることができるものである。
図１は、本発明のクリーニング方法を適用可能な熱処理装置の概略構成図である。この熱処理装置１００は、制御性がよい短時間アニール（ＲＴＡ；Rapid Thermal Annealing）を行なうための枚葉式のＲＴＰ装置として構成されている。この熱処理装置１００は、例えばウエハＷに形成した薄膜に不純物をドープした後の８００〜１１００℃程度の高温領域でのアニール処理などに用いることができるものである。
図１において、符号１は、円筒状のチャンバである。このチャンバ１の下方には下部発熱ユニット２が着脱可能に設けられ、また、チャンバ１の上方には、下部発熱ユニット２と対向するように上部発熱ユニット４が着脱可能に設けられている。下部発熱ユニット２は、水冷ジャケット３の上面に複数配列された加熱手段としてのタングステンランプ６を有している。同様に、上部発熱ユニット４は、水冷ジャケット５と、その下面に複数配列された加熱手段としてのタングステンランプ６とを有している。なお、ランプとしてはタングステンランプに限らず、例えば、キセノンランプなどでもよい。このように、チャンバ１内において互いに対向して配備された各タングステンランプ６は、図示しないヒータ電源に接続されており、そこからの電力供給量を調節することにより、発熱量を制御できるようになっている。
下部発熱ユニット２と上部発熱ユニット４との間には、ウエハＷを支持するための支持部７が設けられている。この支持部７は、ウエハＷをチャンバ１内の処理空間に保持した状態で支持するためのウエハ支持ピン７ａと、処理中にウエハＷの温度を計測するためのホットライナー８を支持するライナー設置部７ｂを有している。また、支持部７は、図示しない回転機構と連結されており、支持部７を全体として鉛直軸廻りに回転させる。これにより、処理中にウエハＷが所定速度で回転し、熱処理の均一化が図られる。
チャンバ１の下方には、パイロメーター１１が配置されている。熱処理中にホットライナー８からの熱線を、ポート１１ａおよび光ファイバー１１ｂを介して、このパイロメーター１１で計測することにより、間接的にウエハＷの温度を把握できるようになっている。なお、直接ウエハＷの温度を計測するようにしてもよい。
また、ホットライナー８の下方には、下部発熱ユニット２のタングステンランプ６との間に石英部材９が介在配備されている。図示のように前記ポート１１ａはこの石英部材９に設けられている。なお、ポート１１ａを複数配備することも可能である。
さらに、ウエハＷの上方にも、上部発熱ユニット４のタングステンランプ６との間に石英部材１０ａが介在配備されている。また、ウエハＷを囲繞するように、チャンバ１の内周面にも石英部材１０ｂが配設されている。
なお、ウエハＷを支持して昇降させるためのリフターピン（図示せず）が、ホットライナー８を貫通して設けられており、ウエハＷの搬入出に使用される。
さらに、ウエハＷの上方にも、上部発熱ユニット４のタングステンランプ６との間に石英部材１０ａが介在配備されている。また、ウエハＷを囲繞するように、チャンバ１の内周面にも石英部材１０ｂが配設されている。
なお、ウエハＷを支持して昇降させるためのリフターピン（図示せず）が、ホットライナー８を貫通して設けられており、ウエハＷの搬入出に使用される。
下部発熱ユニット２とチャンバ１との間、および上部発熱ユニット４とチャンバ１との間には、それぞれシール部材（図示せず）が介在されており、チャンバ１内は気密状態となる。
また、チャンバ１の側部には、ガス導入管１２に接続されたガス供給源１３が配備されている。このガス導入管１２を介して、チャンバ１の処理空間内に、Ｎ２ガス、Ｏ２ガスなどのクリーニングガス、アルゴンガスなどの不活性ガスなどを導入できるようになっている。また、チャンバ１の下部には、排気管１４が設けられており、図示しない排気装置により、チャンバ１内を減圧できるように構成されている。
また、チャンバ１の側部には、ガス導入管１２に接続されたガス供給源１３が配備されている。このガス導入管１２を介して、チャンバ１の処理空間内に、Ｎ２ガス、Ｏ２ガスなどのクリーニングガス、アルゴンガスなどの不活性ガスなどを導入できるようになっている。また、チャンバ１の下部には、排気管１４が設けられており、図示しない排気装置により、チャンバ１内を減圧できるように構成されている。
熱処理装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ２１に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ２１には、工程管理者が熱処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、熱処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース２２が接続されている。
また、プロセスコントローラ２１には、熱処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ２１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部２３が接続されている。
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース２２からの指示等にて任意のレシピを記憶部２３から呼び出してプロセスコントローラ２１に実行させることで、プロセスコントローラ２１の制御下で、熱処理装置１００での所望の処理が行われる。例えば、プロセスコントローラ２１によって下部発熱ユニット２と上部発熱ユニット４に設けられた各タングステンランプ６への電力供給量を制御することにより、ウエハＷの加熱速度や加熱温度を調節することができる。また、例えば、プロセスコントローラ２１によって図示しない排気装置の駆動やガス供給源１３からのガス導入量を制御することにより、チャンバ１内の圧力を調節することができる。
また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
以上のように構成される熱処理装置１００において、ウエハＷの処理は以下のように行われる。まず、図示しないウエハ搬入出口を介してチャンバ１内にウエハWを搬入し、ウエハ支持部７にセットした後、気密な空間を形成する。プロセスコントローラ２１の制御の下、図示しないヒータ電源から所定の電力を下部発熱ユニット２および上部発熱ユニット４の各タングステンランプ６に供給して点灯させると、各タングステンランプ６が発熱する。これにより発生した熱が石英部材９および石英部材１０ａを通過してウエハＷに至り、レシピに基づく条件（昇温レート、加熱温度など）でウエハＷが上下から急速に加熱される。ウエハＷを加熱しながら、図示しない排気装置を作動させて排気管１４から排気を行うことにより、チャンバ１内を減圧状態とする。
熱処理の間は、図示しない回転機構により支持部７を全体として鉛直軸廻り、つまり水平方向に回転させることにより、ウエハＷを回転させる。その結果、ウエハＷへの供給熱量の均一性が確保される。
また、熱処理中には、ホットライナー８の温度をパイロメーター１１により計測し、間接的にウエハＷの温度を制御する。パイロメーター１１により計測された温度データは、プロセスコントローラ２１にフィードバックされ、レシピにおける設定温度との間に差がある場合には、タングステンランプ６への電力供給が調節される。
また、熱処理中には、ホットライナー８の温度をパイロメーター１１により計測し、間接的にウエハＷの温度を制御する。パイロメーター１１により計測された温度データは、プロセスコントローラ２１にフィードバックされ、レシピにおける設定温度との間に差がある場合には、タングステンランプ６への電力供給が調節される。
熱処理が終了した後は、下部発熱ユニット２および上部発熱ユニット４のタングステンランプ６を消灯するとともに、チャンバ１内を昇圧する。また、図示しないパージポートより窒素等のパージガスを流し込みつつ排気管１４から排気してウエハＷを冷却した後、図示しないウエハ搬入出口を介してチャンバ１から搬出する。
次に、熱処理装置１００におけるクリーニングについて、図２および図３を参照しながら説明する。クリーニングは、Ｃｕなどの汚染物質をチャンバ１の外へ運び出すキャリアとしてのクリーニング用ウエハＣＷを用い、所定の圧力で行う。クリーニング用ウエハＣＷは、汚染物質の種類に応じてその材質等を選択できる。例えば、除去したい汚染物質がＣｕの場合は、クリーニング用ウエハＣＷとして、シリコンを含有する材料により構成される部材、例えばＳｉ基板のほか、ポリシリコン、窒化シリコン、酸化シリコンなどを構成要素に含む基板を用いることが可能である。クリーニング用ウエハＣＷの材質は、汚染物質の種類に応じて使い分けることができる。
まず、ステップＳ１では、チャンバ１内にクリーニング用ウエハＣＷを搬入してウエハ支持部７にセットし、その後、チャンバ１内に気密な空間を形成する。次に、ステップＳ２では、プロセスコントローラ２１の制御の下、図示しないヒータ電源をオン（入）にして所定の電力を下部発熱ユニット２および上部発熱ユニット４の各タングステンランプ６に供給し、各タングステンランプ６を点灯させる。これにより発生した熱線（近赤外線領域の波長８００〜３０００ｎｍ）がチャンバ１内のホットライナー８を加熱してウエハＷを所定温度に加熱する。
次に、クリーニング用ウエハＣＷを加熱しながら、ガス供給源１３からチャンバ１内にクリーニングガスを導入する（ステップＳ３）。クリーニングガスとしては、特に制限はないが、Ｎ２ガスのみで加熱をすると、チャンバ１内の石英製部材へダメージを与えてしまい、パーティクルを発生させる懸念があるため、Ｎ２およびＯ２を用いることが好ましい。
また、Ｎ２とＯ２は、例えば９００℃以上特に１０００℃以上の高温で反応してＮＯを生成し、このＮＯが例えば汚染物質のＣｕと反応するとＣｕＮＯｘ（ここで、ｘは化学量論的に取りうる数値を意味する）などの金属オキシナイトライドを生成する。この金属オキシナイトライドは、金属単体よりも大きな蒸気圧を持っており、真空条件では雰囲気中に放出されやすくなることから、チャンバ１内の汚染物質であるＣｕを金属オキシナイトライドの形で雰囲気中に放出させ、排気ガスとともに効率良くチャンバ外へ排出することができる。この場合、例えばＮ２とＯ２との流量比は、Ｎ２：Ｏ２＝１：０．１〜３とすることができ、効率良くＮＯを生成させる観点から１：１とすることが好ましい。
また、Ｎ２とＯ２は、例えば９００℃以上特に１０００℃以上の高温で反応してＮＯを生成し、このＮＯが例えば汚染物質のＣｕと反応するとＣｕＮＯｘ（ここで、ｘは化学量論的に取りうる数値を意味する）などの金属オキシナイトライドを生成する。この金属オキシナイトライドは、金属単体よりも大きな蒸気圧を持っており、真空条件では雰囲気中に放出されやすくなることから、チャンバ１内の汚染物質であるＣｕを金属オキシナイトライドの形で雰囲気中に放出させ、排気ガスとともに効率良くチャンバ外へ排出することができる。この場合、例えばＮ２とＯ２との流量比は、Ｎ２：Ｏ２＝１：０．１〜３とすることができ、効率良くＮＯを生成させる観点から１：１とすることが好ましい。
次に、ステップＳ４では、図示しない排気装置を作動させて排気管１４から排気を行うことにより、チャンバ１内を所定の減圧状態にしてクリーニングガスの流量を安定化させる。
ステップＳ５では、設定温度、設定圧力で、所定時間クリーニングを実施する。ステップＳ５は、６６６．６Ｐａ以下のクリーニング圧力で行われる。クリーニング圧力が６６６．６Ｐａを超える場合には、十分なクリーニング効果が得られない。クリーニング効果を高める観点からは、クリーニング圧力を例えば１．３Ｐａ〜１３３．３Ｐａとすることが好ましく、６．７Ｐａ〜１０６．７Ｐａとすることがより好ましい。例えば、Ｃｕの蒸気圧は１３３．３Ｐａ／１６２８℃と非常に小さいが、チャンバ内でＣｕとＮＯとが反応して生成する金属オキシナイトライドは、Ｃｕ単体よりも蒸気圧が大きく、真空中では放出されやすくなることから、低圧条件でクリーニングを行うことが効果的であるためである。
また、クリーニング温度は、例えば７００℃〜１１００℃とすることが好ましく、９００℃〜１１００℃がより好ましく、１０００℃〜１１００℃が望ましい。
また、クリーニング温度は、例えば７００℃〜１１００℃とすることが好ましく、９００℃〜１１００℃がより好ましく、１０００℃〜１１００℃が望ましい。
クリーニングの間は、図示しない回転機構により支持部７を全体として鉛直軸廻り（つまり水平方向）に、例えば２０ｒｐｍの回転速度で回転させることにより、クリーニング用ウエハＣＷを回転させる。その結果、クリーニング用ウエハＣＷへの供給熱量の均一性が確保される。
また、クリーニング処理中には、パイロメーター１１により、ホットライナー８を介してクリーニング用ウエハＣＷの温度を間接的に計測する。パイロメーター１１により計測された温度データは、プロセスコントローラ２１にフィードバックされ、レシピで設定されたクリーニング温度との間に差がある場合には、タングステンランプ６への電力供給が調節される。
クリーニング処理が終了した後は、図示しないヒータ電源をオフ（切）にして下部発熱ユニット２および上部発熱ユニット４のタングステンランプ６を消灯し、温度を降下させる（ステップＳ６）。次に、ステップＳ７では、クリーニングガスを停止し、チャンバ１内を昇圧する。そして、ステップＳ８で、クリーニング用ウエハＣＷをチャンバ１から搬出する。以上のステップＳ１〜ステップＳ８までの処理により、１枚のクリーニング用ウエハＣＷによるクリーニングが終了する。
そして、図３に示すように、例えば１枚目からｎ枚目までのクリーニング用ウエハＣＷを用い、上記ステップＳ１〜ステップＳ８を繰り返し実施することにより、チャンバ１のクリーニングが終了する。クリーニングの終点は、使用した各クリーニング用ウエハＣＷ上のＣｕ汚染量を、例えばＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマイオン源質量分析装置）などの装置で計測し、Ｃｕ汚染量が所定の値以下になった時点とすることができる。汚染の程度や要求値によっても異なるが、通常２５枚〜５０枚程度のクリーニング用ウエハＣＷを使用して上記ステップＳ１〜ステップＳ８を繰り返すことにより、Ｃｕ等の汚染物質を問題のないレベルまで低減させ、チャンバ１内を清浄化することが可能になる。なお、ステップＳ１〜ステップＳ８を単位とする１回のクリーニング毎に、使用するクリーニング用ウエハＣＷの種類を変えて複数の汚染物質を除去することもできる。
このように本発明では、クリーニングガスによりチャンバ１内のパージを行うと同時に、複数枚のクリーニング用ウエハＣＷを汚染物質のキャリアとして用いる。この結果、排気によってチャンバ外へ排出されるＣｕと、クリーニング用ウエハをキャリアとしてチャンバ外へ運び出されるＣｕとの合計量がチャンバ１から除去される。従って、単にクリーニングガスを用いて排気のみのクリーニングを行う場合に比較して、Ｃｕの除去効率即ちクリーニング効率を高くすることができる。
次に、本発明の基礎となった実験結果について、図４および図５を参照しながら説明する。
図４は、熱処理装置１００において、温度計測機能を持つＴＣウエハを用いて温度校正を行う前と行った後で、それぞれウエハＷに対して熱処理を実施し、各ウエハＷ表面の単位面積当りのＣｕ量をＩＣＰ−ＭＳにより測定した結果を示している。この図４より、温度校正前に処理したウエハＷ表面のＣｕ量は、０．９×１０１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］であったのに対し、温度校正後に処理したウエハＷ表面のＣｕ量は、７．０×１０１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］であり、Ｃｕ量が大幅に増加していることがわかる。
図４は、熱処理装置１００において、温度計測機能を持つＴＣウエハを用いて温度校正を行う前と行った後で、それぞれウエハＷに対して熱処理を実施し、各ウエハＷ表面の単位面積当りのＣｕ量をＩＣＰ−ＭＳにより測定した結果を示している。この図４より、温度校正前に処理したウエハＷ表面のＣｕ量は、０．９×１０１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］であったのに対し、温度校正後に処理したウエハＷ表面のＣｕ量は、７．０×１０１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］であり、Ｃｕ量が大幅に増加していることがわかる。
次に、図５は、熱処理装置１００において、温度計測機能を持つＴＣウエハを用いて温度校正を行った後で、圧力を変えてウエハＷに対して熱処理を実施し、各ウエハＷ表面の単位面積当りのＣｕ量をＩＣＰ−ＭＳにより測定した結果を示している。この熱処理における処理圧力としては、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）、１０６．７Ｐａ（８００ｍＴｏｒｒ）、１０６６６Ｐａ（８０Ｔｏｒｒ）、７９９９２Ｐａ（６００Ｔｏｒｒ）の４通りとした。チャンバ１内には、Ｏ２ガスを２Ｌ／ｍｉｎ（ｓｌｍ）の流量で導入し、温度１１００℃で処理した［ただし、処理圧力が６．７Ｐａの場合はＯ２ガスを２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で導入した］。
図５から、熱処理の圧力が高圧側（７９９９２Ｐａ）から低圧側（６．７Ｐａ）になるに従い、Ｃｕ汚染量が増加していることがわかる。特に処理圧力が６．７ＰａではＣｕ汚染量の顕著な増加が認められた。このことから、温度校正によってＣｕで汚染されたチャンバ１内においては、クリーニングの際にも低圧条件を採用することにより、チャンバ１の内壁やチャンバ内部品に付着もしくは混入していたＣｕなどの汚染物質を処理空間中に効率的に放出させ得ることが推測された。
また、放出したＣｕの一定量がウエハＷに付着していることから、クリーニング時に汚染物質のキャリアとなる部材、例えばクリーニング用ウエハＣＷを配備してクリーニングを行い、このキャリアにより汚染物質をチャンバ外へ運び出すことによって、効率のよいクリーニングを実現できる可能性が推測された。
次に、本発明の効果を確認した試験結果について説明する。
図１と同様の熱処理装置１００を使用し、温度計測機能を持つＴＣウエハを用いて温度校正を行った後で、クリーニングを実施した。クリーニング前とクリーニング後に、それぞれ熱処理を実施し、処理後のウエハＷにおけるＣｕ汚染量をＩＣＰ−ＭＳにより測定した。その結果を図６に示した。なお、クリーニング条件および熱処理条件は下記の通りである。
図１と同様の熱処理装置１００を使用し、温度計測機能を持つＴＣウエハを用いて温度校正を行った後で、クリーニングを実施した。クリーニング前とクリーニング後に、それぞれ熱処理を実施し、処理後のウエハＷにおけるＣｕ汚染量をＩＣＰ−ＭＳにより測定した。その結果を図６に示した。なお、クリーニング条件および熱処理条件は下記の通りである。
＜クリーニング条件＞
処理ガス：Ｎ２とＯ２を流量比Ｎ２：Ｏ２＝１０００：１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で使用した。
処理圧力：１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
処理温度（最大温度）：１１００℃
処理時間：クリーニング用ウエハ１枚につき５０秒
クリーニング回数：２５回
処理ガス：Ｎ２とＯ２を流量比Ｎ２：Ｏ２＝１０００：１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で使用した。
処理圧力：１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
処理温度（最大温度）：１１００℃
処理時間：クリーニング用ウエハ１枚につき５０秒
クリーニング回数：２５回
＜熱処理条件＞
処理ガス：Ｎ２：Ｏ２を流量比１：１で使用した。
処理圧力：１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
処理温度（最大温度）：１１００℃
最大温度の継続時間：５０秒
処理ガス：Ｎ２：Ｏ２を流量比１：１で使用した。
処理圧力：１３３．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
処理温度（最大温度）：１１００℃
最大温度の継続時間：５０秒
図６より、クリーニング前（温度校正直後）に処理したウエハＷ表面のＣｕ量は７．０×１０１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］であったのに対し、クリーニング後には０．９×１０１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］に低減しており、Ｃｕ汚染量を温度校正前（図４参照）のレベルまで低下させることができた。
以上の結果から、本発明のクリーニング方法を実施することによって、ウエハＷの金属汚染を抑制し、これを利用して製造される半導体製品の歩留りと製品の信頼性を向上させ得ることが示された。
以上の結果から、本発明のクリーニング方法を実施することによって、ウエハＷの金属汚染を抑制し、これを利用して製造される半導体製品の歩留りと製品の信頼性を向上させ得ることが示された。
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、図１ではＲＴＰの熱処理装置１００を例に挙げて説明したが、本発明のクリーニング方法は、基板に対して成膜等を行う基板処理装置や、プラズマを利用してＣＶＤ成膜等を行う処理装置にも適用できる。
例えば、図１ではＲＴＰの熱処理装置１００を例に挙げて説明したが、本発明のクリーニング方法は、基板に対して成膜等を行う基板処理装置や、プラズマを利用してＣＶＤ成膜等を行う処理装置にも適用できる。
また、被処理基板が、例えば液晶表示ディスプレイ（ＬＥＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板である場合や、化合物半導体基板などである場合にも本発明の技術思想を適用できる。
本発明は、各種半導体装置の製造過程で使用される基板処理装置の処理室内のクリーニングに好適に利用可能である。
Claims (18)
- 基板処理装置の処理室内に存在する金属を含む汚染物質を除去するクリーニング方法であって、
前記処理室内にＮ２とＯ２を含むクリーニングガスを導入し、圧力１３３．３Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行い、前記汚染物質を金属オキシナイトライドとして前記処理室内から排出することを特徴とする、クリーニング方法。 - 前記クリーニングガス中のＮ２とＯ２の流量比率が１：１であることを特徴とする、請求項１に記載のクリーニング方法。
- 前記金属オキシナイトライドがＣｕＮＯｘ（ここで、ｘは化学量論的にとり得る数値を意味する）であることを特徴とする、請求項１に記載のクリーニング方法。
- 前記温度が、１０００〜１１００℃であることを特徴とする、請求項１に記載のクリーニング方法。
- 基板処理装置の処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法であって、
前記処理室内に、汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことを特徴とする、クリーニング方法。 - 前記圧力が、１．３Ｐａ〜１３３．３Ｐａであることを特徴とする、請求項５に記載のクリーニング方法。
- 前記クリーニングガスが、Ｎ２とＯ２を含むガスであることを特徴とする、請求項５に記載のクリーニング方法。
- Ｎ２とＯ２の流量比率が１：１であることを特徴とする、請求項７に記載のクリーニング方法。
- 前記汚染物質が、金属またはその化合物であることを特徴とする、請求項５に記載のクリーニング方法。
- 複数の前記キャリアを順次入れ替えて前記条件にて繰り返しクリーニングを行うことを特徴とする、請求項５に記載のクリーニング方法。
- 前記キャリアがシリコンを含有する材料により構成されることを特徴とする、請求項１０に記載のクリーニング方法。
- 前記基板処理装置は、ＲＴＰ装置であることを特徴とする、請求項５に記載のクリーニング方法。
- 前記処理室は、その内部に石英製部材が使用されているものであることを特徴とする、請求項５に記載のクリーニング方法。
- 基板処理装置の処理室内に汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを搬入する工程と、
前記処理室内を昇温する工程と、
前記処理室内を減圧排気する工程と、
前記処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件で処理する工程と、
前記処理室内を降温する工程と、
前記クリーニングガスを停止し、前記処理室内の圧力を上昇させる行程と、
前記処理室内から前記汚染物質が付着した前記キャリアを搬出する工程と、
を含む、クリーニング方法。 - 前記温度が、１０００〜１１００℃であることを特徴とする、請求項１４に記載のクリーニング方法。
- コンピュータ上で動作し、実行時に、
基板処理装置の処理室内に、汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことにより、前記処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法が行なわれるように前記基板処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。 - コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、
基板処理装置の処理室内に汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことにより、前記処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法が行なわれるように前記基板処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記憶媒体。 - 被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内で被処理基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室内を減圧する減圧手段と、
前記処理室内に汚染物質を付着させてこれを運び出すキャリアを配備した状態で、該処理室内にクリーニングガスを導入し、圧力６６６．６Ｐａ以下、温度７００℃〜１１００℃の条件でクリーニングを行うことにより、前記処理室内に存在する汚染物質を除去するクリーニング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、基板処理装置。
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