JPH0214522A - 熱処理装置のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ処理方法に関する。

（従来の技術） 反応炉例えば半導体ウェハを熱処理反応させるＣＶＤ、
拡散炉等では、プロセス中にウェハ以外の反応容器等に
反応生成物が付着し、これをそのまま放置しておくとコ
ンタミネーションの発生をまねき、半導体製品の歩留ま
りが悪化するので、定期的に反応管等を洗浄する必要が
あった。

ここで、従来の反応管の洗浄方法としては、装置より反
応管を取り外し、専用の洗浄機により弗硝酸等によりウ
ェットエツチングを行ない、純水により洗浄し、乾燥機
にいれて乾燥を行ない、反応管を装置に取り付け、取り
付は後の調整を要していた。

上記の洗浄方法によれば、特に反応管の取り付け、取り
外しに多くの時間と労力とを要し、この間は装置の稼働
を停止せざるを得ないので稼働率が極めて低かった。

このような洗浄は、プロセスの種類、ガスの流量等によ
っても相違するが、洗浄時間として最短でも１日を要し
、かつ、洗浄の頻度としては通常１回／１週であり、特
にひどい場合として２シリコン窒化膜、テオス（ＴＥＴ
ＲＡＥＴＨＯＸＹ　５ＩＬＡＮＥ　：　５ｉ（ＱＣ，Ｈ
５）、）酸化膜形成の場合には、１回／２〜３日の洗浄
頻度となっていた。このような頻度で上記反応管の取り
外し、取り付けを行なうのは、作業者にとって極めて負
担が大きかった。

そこで、上記問題点を解決するための提案が、特開昭６
１−１７６１１３号公報に開示されている。

この提案によれば、反応管に洗浄用薬品の注入口および
排出口を接続し、注入口を介して弗硝酸を反応管内に導
入して所定時間放置することで、反応管のウェットエツ
チングを実行する。この後、弗硝酸を排出し、純水を注
入口より導入して洗浄を行ない、その後乾燥を実行する
ことで、反応管を装置より取り外さずに洗浄を行なうと
いうものである。

また、上記反応管外周に設けた金属製筒状電極と、上記
反応管内に挿入した金属製電極に電力を印加し、上記反
応管内に導入したエツチングガスを上記電力によりプラ
ズマ化し、このプラズマ化した上記エツチングガスによ
り上記反応管内に付着した反応生成物を除去する技術も
開示されている。

さらに、反応管外周にプラズマ発生用の複数の電極を設
け、この複数の電極間でプラズマを発生させて、反応管
内に付着した反応生成物を除去するものが特開昭６２−
１９６８２０号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述した特開昭６１−１７６１１３号公報による洗浄方
法は、実用化が極めて困難であった。

すなわち、装置に取り付けた状態でのウェットエツチン
グを実行するために、従来構成にさらに追加して、劇薬
である洗浄用液体の供給系および排出系を要し、設備が
大量りとなり、設置スペースの増大およびコストアップ
が避けられない。また、既存の反応炉にこのような改造
を行なうことは事実上不可能である。

さらに、ウェットエツチングであるが故に乾燥時間に長
時間要し、真空乾燥によって短時間化を図ろうとすれば
そのための設備も要する。

また、上記反応管外周に設けた金属製筒状電極と、上記
反応管内に挿入した金属性電極に電力を印加することに
よりプラズマ化したエツチングガスにより除去する技術
では、上記反応管内に電極を挿入して使用するため、こ
の電極が上記プラズマによりスパッタリングされてしま
い、上記反応管内を汚染させてしまう。このため、上記
反応管内に挿入する電極表面を、上記スパッタリングさ
れないような材質例えば石英等で覆う必要があり、構造
が複雑となりコストが高くなってしまう問題点があった
。又１反応生成物は反応管内壁面に広範囲にわたって付
着するので、この付着した反応生成物を均一に除去する
ため１反応管内に供給したエツチングガスのプラズマ発
生効率を向上させる必要があった。

さらに、特開昭６２−１９６８２０号公報に記載された
技術では各電極間に電力を印加しても、電界方向が一定
となるため、放電による電子の運動は単調となり、エツ
チングガスを大量にプラズマ化することは困難であった
。

この発明は上記点に対処してなされたもので、エツチン
グガスのプラズマ発生効率の向上を可能とし、このこと
によりエツチング速度が向上するので短時間で反応管内
壁面等に付着した反応生成物を除去でき、なおかつ反応
管等を取り外すことなく不要な反応生成物を除去できる
ので装置自体の稼働率を向上可能とするプラズマ処理方
法を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、被処理体の処理工程後、この工程により反
応管内壁面に付着した不要な反応生成物を除去するに際
し、上記反応内に高周波電界およびこの電界方向に対し
て所定の角度方向の磁界を形成することにより、エツチ
ングガスをプラズマ化し、このプラズマ化したエツチン
グガスにより上記少なくとも反応管内壁面に付着した反
応生成物をプラズマエツチングすることを特徴とする。

（作用効果） 反応管内にエツチングガスを導入する工程と、上記反応
管内に高周波電界およ♂電界方向に対して所定の角度方
向の磁界を形成することにより上記エツチングガスをプ
ラズマ化する工程とを具備し、このプラズマ化したエツ
チングガスにより上記少なくとも反応管内壁面に付着し
た反応生成物をプラズマエツチングするようにしたため
、エツチングガスのプラズマ発生効率を向上可能とし、
このことによりエツチング速度が向上するので短時間で
反応管内壁面に付着した反応生成物を除去でき、なおか
つ反応管等を取り外すことなく反応生成物を除去可能と
する効果が得られる。

（実施例） 以下、本発明方法を半導体ウェハを複数色同時にバッチ
処理するＣＶＤ装置に適用した一実施例につき図面を参
照して説明する。

まず、ＣＶＤ装置の構成を説明する。

この装置は１例えば第１図に示すように縦型反応炉で、
軸方向を垂直にした反応管■から成る処理部■と、この
処理部（２）に搬入・搬出される被処理基板例えば半導
体ウェハ■を上記垂直方向に複数枚例えば１００〜１５
０枚程度所定間隔を設けて積載したボート■と、このボ
ートに）を、上記反応管の下方の予め定められたボート
（イ）受は渡し位置０から上記反応管０）にロード・ア
ンロードする搬送機構■とから構成されている。

上記処理部■の上記反応管■は、耐熱性で処理ガスに対
して反応しにくい材質例えば石英からなり上面が封止さ
れている。このような反応管■を同軸的に囲続する如く
筒状加熱機構例えばコイル鰐檀Ｔ 状に巻回されたヒータ（８）が設けら　　　　図（Ａ）
（Ｂ）に示すように上記半導体ウェハ■のａ置される領
域を所望する温度例えば７００〜１０００℃に均一加熱
する加熱機構例えば交流電源■に接続されている。この
交流電源■は、周波数例えば商用周波数である５０．６
０ｋｌｌｚであり、　この交流電源■からの電力は、ト
ランス（９）を介して、ヒータ■の所望する位置で複数
箇所例えばヒータ■が３ゾーンで形成されている場合４
箇所でリード線（１０）により接続されている。

即ち、交流電源■からトランス（９）を介してリード線
（１０）に接続されたヒータ■に電力を印加することに
より、ヒータ■が加熱され、又、この電力の印加により
、ヒータ（へ）がコイル状に巻回されているため、反応
管■内で縦方向（１１）に磁界が形成される。又、ヒー
タ（８）の材質は、大きな磁束密度が得られるようにア
ンペアターンが大きくとれる抵抗値の小さいものを使用
することが望ましい一又、上記反応管■の上部には１反
応管■内部に所定の処理ガスを供給するためのガス供給
管（１７）が接続されていて、このガス供給管（１７）
は、図示しないマスフローコントローラ等を介してガス
供給源に接続されている。そして、上記反応管■の下部
には、排気管（１８）が接続され、　この排気管（１８
）には、反応管■内を所望の圧力に減圧及び処理ガス等
を排出可能な真空ポンプ（図示せず）に接続されている
。

上記のように構成された反応管（１）内を気密に設定す
る如く蓋体（１９）が着脱自在に設けられている。

この蓋体（１９）上方には、上記ウェハ（３）を積載し
たボート（４）が設けられている。このボート＠）は、
耐熱性で処理ガスし二対して反応しにくい材質例えば石
英からなっており、このボートに）を上記反応管■内の
予め定められた高さ位置に設定可能な保温筒（２０）が
、上記ボート（イ）と蓋体（１９）との間に設けられて
いる。

そして、上記蓋体（１９）は、例えばボールネジとモー
タ等からなる搬送機ｉ■に支持されており、縦軸方向に
上記ボートに）が移動可能となっている。

上述した構成のＣＶＤ装置は、図示しない制御部で動作
制御される。

このようにして通常のＣＶＤ装置が構成されている。こ
の実施例ではさらに次に説明するクリーニング手段が設
けられている。

即ち、上記反応管（υとヒータ（８）との間には、例え
ば上記反応管■の外周形状に適応させた円筒形の導電板
を、所定の間隔を設けて縦方向に複数分割例えば対向す
る如く２分割させた電極（１２）　（１２）が上記ヒー
タ（８）と絶縁して設けられている。この電極（１２）
は、導電性で上記反応管（１）内部少なくとも半導体ウ
ェハ載置領域の均熱効果を有し、さらに重金属例えばＮ
ａ、　Ｋｇ　Ｍｇ＋　Ｆｅ、　Ｃｕ、　Ｎｘ等を透過し
ない材質例えばシリコンカーバイド、導電性セラミック
、グラファイト等で形成されている。そして、上記電極
（１２）（１２）には、第３図（Ｂ）に示めす如＜ＲＦ
主電源１５）からの電力がマツチングボックス（１４）
およびバランストランス（１３）を介して高周波電力が
供給される如く構成されている。この電力の供給により
、上記対向した電極（１２）間に高周波放電を生起させ
、上記反応管■内部に導入された処理ガスを励起してプ
ラズマを発生させる。

また、電極（１２）　（１２）対を近接あるいは密着さ
せる如く１円周方向にスライド移動させることにより、
プラズマの発生領域を反応管ω内の全内周域に形成でき
る。又、上記反応管■の交換時等においては、上記反応
管■と各電極（１２）の密着を解除する如く第３図（Ａ
）に示めすようにスライド移動させる移動機構（１６）
が設けられている。ここで、この移動機Ｗ（１６）と上
記電極（１２）との結合部は、上記ＲＦ主電源１５）と
の接続端子を兼ねており、例えば移動機１（１６）に設
けられた上記接続端子と電極（１２）がスプリングワッ
シャ等を介してＳＵＳ製のネジにより止められている。

この時、上記ヒータ（８）の熱により上記結合部が加熱
されると、電極（１２）及び上記ネジの熱膨張係数の違
いからゆるみ等が発生するため、上記結合部を上記ゆる
み等が発生しない温度例えば２００℃以下に設定するこ
とが好ましい。

次に、上述したＣＶＤ装置による半導体ウェハ■への膜
形成処理及び反応管ω内に付着した反応生成物を除去す
る方法即ち、洗浄方法を説明する。

まず、図示しないウェハ移替え装置によりウェハ■が積
載されたボート■を、受は渡し位置■に設定した保温筒
（２０）上に、ハンドラ（２１）により把持搬送し載置
する。そして、上記ボート（イ）を、搬送機構０により
所定量上昇させ、上記反応管■内の予め定められた位置
に反応管中の内壁に接触させることなく搬入する。この
時、上記反応管■下端部と上記蓋体（１９）を当接させ
ることにより、自動的にウェハの位置を位置決めすると
共に上記反応管■内部を気密にする。次に、上記反応管
（１）内を所望の低圧状態例えば０．１〜３Ｔｏｒｒに
保つように図示しない真空ポンプで排気制御する。又、
予め交流電源■からトランス０を介してリード線（１０
）に接続されたヒータ■に電力を印加し、ヒータ（８）
を所望の温度例えば５００〜１０００℃程度に設定する
。そして、上記設定後、上記排気制御しながらガス供給
源から図示しないマスフローコントローラ等で流量を調
節しつつ処理ガス例えばＳｉＨ４と０□を反応管■内に
、ガス供給管（１３）から所定時間供給する。すると、
反応管の内に設置されたウェハ０表面には、下式■に示
す３１０２　Ｆｆｔが堆積する。

５ｉｔ（４＋　０２→５ｘＯ２＋　　２Ｈ□　↑　・・
・■このＣＶＤ処理後、処理ガスの供給を停止し、反応
管（υ内部を不活性ガス例えばＮ２ガスに置換し、常圧
復帰する。そして、上記処理後のウェハ■を積載したボ
ート■を受は渡し位置■に搬送機構（０により搬送し処
理が終了する。

このようなＣＶＤ処理をくり返し実行すると、上記反応
管■内壁面上に反応生成物例えば上記処理の場合ＳｉＯ
□が付着してしまう。このような反応生成物が付着した
まま上記ＣＶＤ処理を実行すると、処理中に上記付着物
が反応管■から剥離し、塵となってウェハ■に付着して
しまい汚染の原因となる。そのため上記付着した反応生
成物を定期的に除去する必要がある。

次に、処理工程例えば上記ＣＶＤ工程により反応管■内
に付着した反応生成物の除去をプラズマエツチングにて
行なう方法について説明する。

まず１反応管■垂直下方の受は渡し位置に、ボート（イ
）が設定されていないか確認し、蓋体（１９）を搬送機
構０により上昇して、反応管■下端部と当接させる。こ
のことにより上記反応管ω内を気密とする。この状態で
、反応管ω内を所望の低圧状態例えばＩ　Ｘ　１０−’
　Ｔｏｒｒに保つように図示しない真空ポンプで排気制
御する。このとき既に、ＲＦ主電源１５）に接続された
電極（１２）は、移動機１（１６）により反応管■の外
周と密着する如くスライド移動しである。このような状
態で、ガス供給源から図示しないマスフローコントロー
ラ等で流量を例えば１００Ｏ３ＣＣ：Ｍ程度に調節しな
がらエツチングガス例えばＮＦｌを反応管（１）内にガ
ス供給管（１７）から所定時間供給する。　この時は、
反応管（ト）内を０．２〜ＩＴｏｒｒになるように排気
制御しておく。

そして、　ＲＦ定電源１５）から高周波数例えば４００
ｋＨｚ電力例えばＩＫＷを各電極（１２）に印加する。

すると、各電極（１２）間に放電が起こり、電界が反応
管■と垂直横方向（２２）に発生する。又、これと同時
に、交流電源■からトランス０）を介してリード線（１
０）に接続されたコイル状のヒータ■に電力を印加する
。すると、ヒータ（へ）がコイル状に巻回されているた
め、反応管■内で縦方向（１１）に例えば３０〜５０ｇ
ａｕｓｓの磁界が得られる。上記したように。

横方向（２２）の電界と縦方向（１１）の磁界が所定の
角度例えばほぼ直交する如く同時に発生すると、放電に
より発生する電子は、電界と磁界の直交方向にサイクロ
イド運動を行ないながら移動するので、この電子の運動
により反応管ω内に供給されたエツチングガスは、大量
に励起される。このことにより高密度のプラズマが発生
し、このプラズマにより反応管のに付着した反応生成物
をプラズマエツチングして除去する。このプラズマエツ
チングは、プラズマによって発生したラジカルによるケ
ミカルエッチと、プラズマによって発生したイオンシー
スで加速されたイオンのスパッタエッチで行なわれる。

上記したように反応管■内部にプラズマを発生するが、
この時、上記反応管■外周に上記各電極（１２）を密着
させた状態で電力を印加することにより、上記電極（１
２）　（１２）間に上記反応管■が存在、即ち反応管■
材質の石英が存在することとなり、この石英の誘電率が
空気より数倍高いことから上記電極（１２）間の静電容
量を十分に大きくすることができ、上記プラズマが容易
に発生し、更に強いプラズマ強度が得られる。そのため
、低いＲＦ定電源１５）周波数例えば１０ＭＨｚ以下で
のプラズマの発生が可能となり、従来使用していた高い
周波数例えば１３．５６ＭＨｚを使用せずに上記プラズ
マを発生させることができる。この１３．５６ＭＨｚの
周波数は、電波となって周囲に存在する他の装置を誤動
作させてしまうトラブルが頻繁に発生しており、上記周
波数の電波シールドは困難となっていた。しかし。

上記各電極（１２）を反応管■外周に接触させることに
より、上記１０ＭＨｚ以下でのプラズマの発生が可能で
あるため、上記のように他の位置を誤動作させる問題は
解決することができる。また、上記各電極（１２）は移
動機構（１６）により上記反応管■外周と接触或いは非
接触に設定可能であるため、少なくとも上記プラズマを
発生させる場合に上記接触状態とし、上記反応管■の交
換等の場合に上記非接触状態とすることにより、上記反
応管■を容易に取り外すことができる。また、この反応
管■の取り外し時も、上記各電極（１２）とその周囲に
設けられているヒータ（８）とは常に非接触状態を保っ
ておき、接触による上記ヒータ０の破損及び上記電極（
１２）の破損を防止する。

このようなエツチングガスにより剥離された反応生成物
は、排気管（１８）から排気され反応管ω内に反応生成
物は残留しない、そして、所定時間エツチング後、エツ
チングガスを停止し、反応管■内部を不活性ガス例えば
Ｎ８ガスに置換し、常圧復帰する。この後、蓋体（１９
）を移動機構（１６）により受は渡し位置〇に設置して
エツチング処理が終了する。

この発明は上記実施例に限定されるものではなく１例え
ば反応管内に形成する磁場強度は３０〜５０ｇａｕｓｓ
でなくとも例えば１００〜２ＱＯｇａｕｓｓと高くする
と、より一層プラズマが高密度に発生する。又。

磁界方向も反応管に対して縦方向と限定するものではな
く、反応管内に発生する電界と直交する成分を有する磁
界の方向を形成するものなら何れでも良く、磁界の発生
方法も、何れでも良いことは言うまでもない、さらに、
ヒータが３ゾ一ン分割で形成されている場合１反応管内
の温度が均一となる様に各ゾーンに印加するＴＩＥ流値
を調整して反応管内部の温度コントロールを行なった状
態で磁界を発生させても良いし、各ゾーンに一定電流を
流して均一に磁界を発生させても良い。さらに又、使用
する電源は交流用でなくとも直流用でも良い。

さらに又、例えば石英製の反応管は単管でなくとも、石
英製の二重管例えば上面が封止された筒状の外管と、こ
の外管と非接触状態で筒状の内管とから反応管を構成し
たものでも良い。この場合。

二重構造の反応管の内管にエツチングガスを供給し、内
管と外管との間にエツチングガスが流れるように排気制
御すると、エツチングガスは、外部電極に沿って流れる
。すると、電極の近くは電界が強く、プラズマが強く発
生するため、供給されたエツチングガスのプラズマへの
変換効率が向上する。例えばＮＦ、ガス流量１１００Ｏ
ＳＣＣ，ＲＦ周波数４００ｋＨｚ　、電力ＩＫＶ時では
プラズマへの変換効率が９５％と高効率が得られた。

さらに又、上記実施例では、ＲＦ電源（１５）からの接
続端子と電極（１２）との結合をネジ等により行ない、
ネジのゆるみ対策として、結合部を２００℃以下に設定
していたが、２００℃以上の場所で結合する場合は、Ｒ
Ｆ電源からはＲＦ倍信号伝えるので結合部で直流の導通
がなくとも交流の導通が得られれば良いことになる。　
即ち、ＳｉＣ等の電極（１２）とＲＦ電源（１５）の金
属性端子との結合表面積を大きくシ、複数箇所でネジ止
めする。すると、大気中におかれたＳｉＣは高温となる
と表面に酸化膜が発生し直流の導通が得られなくなるが
、結合表面積が大きいため、静電容量を大きくとること
が出来るので、ＲＦｆｆｉ流を十分に流すことが出来る
。この時、金属性接続端子と引き出しリードの接続は、
接続端子の温度が２００℃以下の所で接続することが望
ましい。

さらに、上記実施例では電極は均熱管を兼ねて設けられ
ていたが、夫々別系統で設けても良く、電極の分割は２
分割でなくともプラズマが有効に発生するものなら何分
剤でも良く、又、電極材質として耐熱性金属をセラミッ
クで被覆したものでも良く、電極に印加する周波数は周
辺装置に悪影響を与えない例えば１０ＭＨｚ以下であれ
ば何れでも良い。

さらに又、上記実施例では石英製の反応管内部に付着し
た反応生成物をプラズマエツチングしていたが、ウェハ
を載置していない石英製のボートや保温筒を反応管内に
設置した状態でプラズマエツチングを行なっても良く、
このようにするとボートや保温筒に付着した反応生成物
も同時に除去することが可能となり汎用性の高いものと
なる。

さらに又、上記実施例ではウェハをバッチ処理する縦型
反応炉からなるＣＶＤ装置として説明したが、ＣＶＤ装
置でなくとも気相エピタキシャル成長装置や拡散装置、
スパッタ装置、エツチング装置、アッシャ−など処理容
器内壁面上に生成物が付着する場合のクリーニングであ
れば何れでも良く１反応炉も横型に適応して良いことは
言うまでもない、又、上記実施例を応用してウェハをバ
ッチ処理するプラズマＣＶＤ装置等として使用しても良
い。

上述したようにこの実施例によれば、電界方向に対して
直交方向に磁界を形成すると、電橋間の放′准による電
子が電界と磁界の直交方向にサイクロイド運動をしなが
ら移動するので供給されたエツチングガスを大量に励起
し、このことによりプラズマが高密度に発生し、この高
密度のプラズマにより反応管内壁面に付着した反応生成
物を短時間で除去できる。又、プラズマ発生効率が向上
するため、エツチングガスの供給が小量ですみ、コスト
の低減につながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を説明するための縦型反
応炉を使用したＣＶＤ装置の構成図、第２図は第１図装
置による反応管内の磁界発生を説明するための図、第３
図は第１図装置の電極の移動を説明するための図である
。 １・・・反応管　　　　　７・・・交流電源８・・・ヒ
ータ　　　　　　１２・・・電極１５・・・ＲＦ電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 処理工程により少なくとも反応管内壁面に付着した不要
   な反応生成物を除去するに際し、上記反応管内にエッチ
   ングガスを導入する工程と、上記反応管内に高周波電界
   およびこの電界方向に対して所定の角度方向の磁界を形
   成することにより上記エッチングガスをプラズマ化する
   工程とを具備し、このプラズマ化したエッチングガスに
   より上記不要な反応生成物をプラズマエッチングするこ
   とを特徴とするプラズマ処理方法。