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JP7377892B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム 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、およびプログラムに関する。
半導体装置の製造工程の一工程として、処理室に配置された基板に対して処理ガスを供給し、基板を処理する工程が行われる場合がある。この工程を複数回行うことにより、処理室内の部材等に堆積物が付着したら、所定のタイミングでクリーニングが行われることがある（例えば特許文献１参照）。
特開２０１１－２４３６７７号公報
本開示は、基板処理間の基板処理の質を揃えることを目的とする。
本開示の一態様によれば、
（ａ）処理室に配置された基板に対して処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
（ｂ）前記処理室へクリーニングガスを供給して前記処理室内の部材に付着した堆積物を除去する工程と、を有し、
ｎ回目に行う前記（ａ）の完了時から前記（ｂ）の実行開始時までの期間Ｔ１よりも、前記（ｂ）の実行完了時からｎ＋１回目に行う前記（ａ）の実行開始時までの期間Ｔ２を短くする、技術が提供される。
本開示によれば、基板処理間の基板処理の質を揃えることが可能となる。
本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ－Ａ線断面図で示す図である。 本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 本開示の一態様における処理室内での処理工程の詳細を示す図である。 （ａ）は本開示の一態様における処理室内の温度変化を示す図であり、（ｂ）は参考例における処理室内の温度変化を示す図である。
＜本開示の一態様＞
以下、本開示の一態様について、主に、図１～図５（ａ）を用いて説明する。
（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、処理炉２０２は加熱機構（温度調整部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）又は炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料により構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３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。反応管２０３はヒータ２０７と同様に垂直に据え付けられている。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成される。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成される。処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。この処理室２０１内でウエハ２００に対する処理が行われる。
処理室２０１内には、第１供給部、第２供給部としてのノズル２４９ａ，２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂを、それぞれ第１ノズル、第２ノズルとも称する。ノズル２４９ａ，２４９ｂは、それぞれ、石英又はＳｉＣ等の耐熱性材料である非金属材料により構成されている。ノズル２４９ａ，２４９ｂは、それぞれ、複数種類のガスの供給に用いられる共用ノズルとして構成されている。
ノズル２４９ａ，２４９ｂには、第１配管、第２配管としてのガス供給管２３２ａ，２３２ｂがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂは、それぞれ、複数種類のガスの供給に用いられる共用配管として構成されている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、ガス流の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄが接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ｂのバルブ２４３ｂよりも下流側には、ガス供給管２３２ｅが接続されている。ガス供給管２３２ｅには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｅ、バルブ２４３ｅが設けられている。ガス供給管２３２ａ～２３２ｅは、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成されている。
図２に示すように、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、それぞれが、平面視においてウエハ２００の中心に向かって開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａ，２５０ｂは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。
ガス供給管２３２ａからは、処理ガス（原料ガス）として、例えば、ウエハ２００上に形成される膜を構成する主元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含むシラン系ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。原料ガスとは、気体状態の原料、例えば、常温常圧下で液体状態である原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態である原料等のことである。
ガス供給管２３２ｂからは、クリーニングガスとして、例えば、フッ素系ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１へ供給される。
ガス供給管２３２ｃからは、添加ガスとして、例えば、酸化窒素系ガスが、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ガス供給管２３２ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１へ供給される。酸化窒素系ガスは、それ単体ではクリーニング作用を奏しないが、フッ素系ガスと反応することで例えばハロゲン化ニトロシル化合物等の活性種を生成し、フッ素系ガスのクリーニング作用を向上させるように作用する。
ガス供給管２３２ｄ，２３２ｅからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれ、ＭＦＣ２４１ｄ，２４１ｅ、バルブ２４３ｄ，２４３ｅ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１へ供給される。Ｎ２ガスは、パージガス、キャリアガス、希釈ガス等として作用する。
主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、処理ガス供給系（原料ガス供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、クリーニングガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃにより、添加ガス供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｄ，２３２ｅ、ＭＦＣ２４１ｄ，２４１ｅ、バルブ２４３ｄ，２４３ｅにより、不活性ガス供給系が構成される。
上述の各種供給系のうち、いずれか、或いは、全ての供給系は、バルブ２４３ａ～２４３ｅやＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅ等が集積されてなる集積型供給システム２４８として構成されていてもよい。集積型供給システム２４８は、ガス供給管２３２ａ～２３２ｅのそれぞれに対して接続され、ガス供給管２３２ａ～２３２ｅ内への各種ガスの供給動作、すなわち、バルブ２４３ａ～２４３ｅの開閉動作やＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅによる流量調整動作等が、後述するコントローラ１２１によって制御されるように構成されている。集積型供給システム２４８は、一体型、或いは、分割型の集積ユニットとして構成されており、ガス供給管２３２ａ～２３２ｅ等に対して集積ユニット単位で着脱を行うことができ、集積型供給システム２４８のメンテナンス、交換、増設等を、集積ユニット単位で行うことが可能なように構成されている。
反応管２０３の側壁下方には、処理室２０１の雰囲気を排気する排気口２３１ａが設けられている。排気口２３１ａは、反応管２０３の側壁の下部より上部に沿って、すなわち、ウエハ配列領域に沿って設けられていてもよい。排気口２３１ａには排気管２３１が接続されている。排気管２３１は、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成されている。排気管２３１には、処理室２０１の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１の真空排気および真空排気停止を行うことができ、さらに、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１の圧力を調整することができるように構成されている。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ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。シールキャップ２１９の下方には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７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。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に設置された昇降機構としてのボートエレベータ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。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ウエハ２００を処理室２０１に搬入、およびウエハ２００を処理室２０１から搬出（搬送）する搬送系（搬送機構）として構成されている。
マニホールド２０９の下方には、シールキャップ２１９を降下させボート２１７を処理室２０１から搬出した状態で、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属材料により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓ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２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。
基板支持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。
反応管２０３内には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１の温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する成膜の手順や条件等が記載されたプロセスレシピや、後述するクリーニングの手順や条件等が記載されたクリーニングレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する成膜における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。クリーニングレシピは、後述するクリーニングにおける各手順を、コントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることができるように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、プロセスレシピ、クリーニングレシピ、制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピやクリーニングレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、又は、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅ、バルブ２４３ａ～２４３ｅ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、ヒータ２０７、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ等に接続されている。
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行するとともに、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１ａ～２４１ｅによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ～２４３ｅの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作等を制御するように構成されている。
コントローラ１２１は、外部記憶装置１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。外部記憶装置１２３は、例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ等を含む。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、又は、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）基板処理工程
上述の基板処理装置を用い、半導体装置の製造工程の一工程として、基板としてのウエハ２００を収容した処理容器内へ処理ガスを供給しウエハ２００を処理する工程を行う基板処理シーケンス例について説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。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。
〔基板処理〕
ここでは、基板処理の一例として、ウエハ２００に対して処理ガスとして成膜用の原料ガスを供給してウエハ２００上に膜を形成する成膜処理について説明する。
（ウエハチャージ、ボートロード）
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、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
（圧力調整および温度調整）
処理室２０１へのボート２１７の搬入が終了した後、処理室２０１、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）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２４４がフィードバック制御される（圧力調整）。また、処理室２０１のウエハ２００が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１が所望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２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。また、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。真空ポンプ２４６の稼働、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、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。
（成膜）
処理室２０１の圧力調整および温度調整が終了した後、処理室２０１のウエハ２００に対して原料ガスを供給する。
具体的には、バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へ原料ガスを流す。原料ガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介して処理室２０１へ供給され、排気口２３１ａより排気される。このとき、ウエハ２００に対して原料ガスが供給される。また、このとき、バルブ２４３ｄ，２４３ｅを開き、ノズル２４９ａ，２４９ｂのそれぞれを介して処理室２０１へＮ２ガスを供給するようにしてもよい。
本ステップにおける処理条件としては、
原料ガス供給流量：０．１～５ｓｌｍ
原料ガス供給時間：１～１８０分
Ｎ２ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～５ｓｌｍ
処理室２０１温度（成膜温度）：４００～６５０℃
処理室２０１圧力（成膜圧力）：１～１３３０Ｐａ
が例示される。
本明細書における「４００～６５０℃」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「４００～６５０℃」とは「４００℃以上６５０℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
上述の処理条件下でウエハ２００に対して原料ガスを供給することにより、ウエハ２００の表面上に、所定の膜を堆積させることが可能となる。
原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）ガス、ペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１２）ガス、ヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１４）ガス等の水素化ケイ素ガスを用いることができる。
不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。この点は、後述するクリーニング処理においても同様である。
（アフターパージおよび大気圧復帰）
ウエハ２００上への所定の膜の形成が完了した後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１への原料ガスの供給を停止する。そして、処理室２０１を真空排気し、処理室２０１に残留するガス等を処理室２０１から排除する。このとき、バルブ２４３ｄ，２４３ｅを開き、ノズル２４９ａ，２４９ｂのそれぞれから、パージガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１へ供給し、排気口２３１ａから排気する。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等が処理室２０１から除去される（アフターパージ）。その後、処理室２０１の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
（ボートアンロード、ウエハディスチャージ）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９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マニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出される（ボートアンロード）。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出される（ウエハディスチャージ）。
（３）クリーニング処理
上述の成膜処理を行うと、処理容器の内部、例えば、反応管２０３の内壁、ノズル２４９ａ，２４９ｂの表面、ボート２１７の表面等に、薄膜を含む堆積物が累積する。すなわち、この薄膜を含む堆積物が、成膜温度に加熱された処理室２０１内の部材の表面等に付着する。本態様では、処理容器内に累積した堆積物の量、すなわち、累積膜厚が、堆積物に剥離や落下が生じる前の所定の量（厚さ）に達したところで、堆積物を除去するクリーニング処理が実行される。
このクリーニング処理では、処理容器内へクリーニングガスを供給し処理容器内の部品等に付着した堆積物を除去する。なお、この堆積物を除去する工程も上述の半導体装置の製造工程の一工程に含めてもよく、以下の説明においても、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
（空ボートロード）
シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、空のボート２１７、すなわち、ウエハ２００を装填していないボート２１７が、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１に搬入される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
（圧力調整および温度調整）
処理室２０１へのボート２１７の搬入が終了した後、処理室２０１が所望の圧力となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気される（圧力調整）。また、処理室２０１が所望の温度（第１温度）となるように、ヒータ２０７によって加熱される（温度調整）。このとき、処理室２０１内の部材、すなわち、反応管２０３の内壁、ノズル２４９ａ，２４９ｂの表面、ボート２１７の表面等も、第１温度に加熱される。また、回転機構２６７によるボート２１７の回転を開始する。真空ポンプ２４６の稼働、処理室２０１の加熱、ボート２１７の回転は、少なくとも後述するクリーニングが完了するまでの間は継続して行われる。なお、ボート２１７は回転させなくてもよい。
（クリーニング）
処理室２０１の圧力調整および温度調整が終了した後、ウエハ２００を収容していない加熱された状態の処理室２０１へクリーニングガスを供給する。具体的には、バルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂ内へクリーニングガスを流す。クリーニングガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整されて、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１へ供給され、排気口２３１ａより排気される。このとき同時にバルブ２４３ｄ，２４３ｅを開き、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１へＮ２ガスを供給するようにしてもよい。
本ステップにおける処理条件としては、
クリーニングガス供給流量：０．１～５ｓｌｍ
Ｎ２ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～５０ｓｌｍ
各ガス供給時間：０．５～６０分、好ましくは５～２０分
処理温度（チャンバクリーニング温度）：１００～６００℃、好ましくは３５０～４５０℃
処理圧力（チャンバクリーニング圧力）：１～３００００Ｐａ、好ましくは１０００～５０００Ｐａ
が例示される。
上述の処理条件下でクリーニングガスを処理室２０１へ供給することにより、処理室２０１で、例えば、ラジカル等の活性種を生成することが可能となる。クリーニングガスは、処理室２０１内の部材、例えば、反応管２０３の内壁、ノズル２４９ａ，２４９ｂの表面、ボート２１７の表面等に接触する。このとき、熱化学反応（エッチング反応）により、処理室２０１内の部材表面の付着物を除去することが可能となる。
（アフターパージおよび大気圧復帰ステップ）
所定の時間が経過し、処理室２０１のクリーニングが完了した後、バルブ２４３ｂを閉じ、処理室２０１へのクリーニングガスの供給を停止する。そして、成膜処理のアフターパージと同様の処理手順により、処理室２０１をパージする（アフターパージ）。このとき、バルブ２４３ｂの開閉動作を繰り返すことで、処理室２０１のパージを間欠的に行うようにしてもよい（サイクルパージ）。その後、処理室２０１の雰囲気がＮ２ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
（ボートアンロード）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降され、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、空のボート２１７が、マニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部へ搬出（ボートアンロード）される。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓにより密閉される。これら一連の工程が終了すると、上述の成膜処理が再開される（図４参照）。
（４）クリーニング処理の開始タイミング
以下に、参考例と対比しつつ、本態様においてクリーニング処理が開始されるタイミングについて説明する。
図５（ｂ）に示す参考例は、従来の基板処理装置の動作例として散見されるものであり、ｎ回目（ｎは１以上の整数）の成膜処理中に処理炉内の累積膜厚が所定の厚さに達してクリーニング処理を行うべき状態となった際に、ｎ回目の成膜処理が完了したら、その直後に、自動的にクリーニング処理を開始する様子を示している。
図５（ｂ）の参考例に示すように、成膜処理直後のタイミングでクリーニング処理を行った場合、図５（ｂ）に示すクリーニング処理後に開始されるｎ＋１回目の成膜処理と、クリーニング処理を経ずに行われるｎ＋１回目の成膜処理との間に、大きな温度の乖離が見られる。特に、この成膜処理開始時の温度の差異が成膜処理時の温度履歴を異ならせ、成膜処理間における処理の質の差を生じさせる原因と考えられる。
ｎ回目の成膜処理が完了し、ｎ＋１回目の成膜処理を開始すべき事態とならない場合、基板処理装置は、ｎ＋１回目の成膜処理を開始すべき事態となるまで待機する「アイドル状態」に遷移するよう構成されている。アイドル状態では、その運転コストやメンテナンスコストを低減させる等の理由から、ヒータ２０７を非稼働（ヒータ出力ゼロ）、或いは、そのヒータ出力を少なからず大幅に低下させた状態とするのが望ましい。そのため、基板処理装置は、ヒータ２０７をそのように制御するよう構成される場合がある。
ここで、成膜処理の実施スケジュール（半導体装置の生産スケジュール）によっては、このアイドル状態が長時間継続する場合がある。そのため、長時間のアイドル状態を経た後にｎ＋１回目の成膜処理を開始する場合、長時間のアイドル状態を挟まずに成膜処理を連続して行う場合に比べて、処理室の温度が大きく低下する場合がある。このように大きく低下した処理室２０１の温度を成膜処理に適した温度へ上昇させるには、アイドル状態を挟まずに成膜処理を連続して行う場合に比べて、長い時間がかかることとなる。
このため、クリーニング処理を行った後、長時間のアイドル状態を経てｎ＋１回目の基板処理を行う場合におけるウエハ２００の熱履歴は、クリーニング処理を経ずに、すなわち、アイドル状態を挟まずに成膜処理を連続して行う場合におけるウエハ２００の熱履歴よりも大きくなる傾向がある。
上述の新規課題を解決するため、図５（ａ）に示す本態様では、ｎ回目の基板処理中に累積膜厚が所定の厚さに達した際、すなわち、クリーニング処理を行うべき状態となった際に、クリーニング処理を、ｎ回目の成膜処理の直後ではなく、ｎ＋１回目の成膜処理の開始直前に行うようにしている。ここで、図５（ａ）では、クリーニング処理時の温度と成膜処理時の温度が同じになっているが、これは、成膜処理開始時の温度を同じ温度に安定させることを示すための一例である。つまり、クリーニング処理時の温度と成膜処理時の温度を必ずしも同じにする必要はない。あくまでも成膜処理開始時の処理炉２０２内の温度を一定にすることが重要である。
具体的には、本態様の基板処理装置では、成膜処理をｎ回行った後、ｎ＋１回目の成膜処理を開始すべき事態となっていない場合、すなわち、まだｎ＋１回目の成膜処理の実行命令を受けていない場合に、クリーニング処理を開始することなく、ｎ＋１回目の成膜処理を開始すべき事態となるのを待つ「新たなアイドル状態」へと遷移するように構成されている。
本態様におけるアイドル状態は、クリーニング処理を行うべき状態となっているのにそれを開始しないという点で、すなわち、行うべき処理があるにも関わらずそれを開始せず、ヒータ２０７を非稼働、或いは、その出力を低下させた状態でｎ＋１回目の成膜処理の開始命令を待つという点で、図５(ｂ)に示す参考例のアイドル状態とは全く異なるといえる。
また、本態様におけるアイドル状態は、その後、ｎ＋１回目の成膜処理の開始命令を受けた際に、命令を受けたこの成膜処理を開始するのではなく、クリーニング処理を行ってから成膜処理を行う。従い、図５(ｂ)に示す参考例では、アイドル状態（もしくは成膜処理間）の時間により成膜処理開始時の温度が全く異なってしまうと考えられるが、図５（ａ）に示す本態様では、アイドル状態の時間に関係なく成膜処理開始時の温度を安定させることができる。また、成膜処理を開始すべき事態とは、成膜処理の実行命令を受けたときとして説明しているが、例えば、次に処理される基板が全て装置内に投入された時点であってもよい。
本態様では、ｎ回目に行う成膜処理の完了時からクリーニング処理の実行開始時までの期間Ｔ１よりも、クリーニング処理の実行完了時からｎ＋１回目に行う成膜処理の実行開始時までの期間Ｔ２を短くするように制御される。これにより、ｎ＋１回目の成膜処理の開始時において、クリーニング処理時の熱を効率的に利用することが可能となる。これにより、ｎ＋１回目の成膜処理におけるウエハ２００の熱履歴と、連続成膜処理におけるウエハ２００の熱履歴とを揃えることが可能となる。結果として、成膜処理間の待機時間に関係なく成膜処理開始時の処理条件(例えば、温度)を安定させることができるので、ウエハ２００の処理の質を均一化させることが可能となる。なお、この場合、ウエハ２００の処理に影響がなければ、処理条件を必ずしも一致させる必要はなく、ある程度の所定範囲内の誤差であってもよい。
なお、新たなアイドル状態に遷移したときは、ｎ＋１回目の成膜処理の実行命令を受けるまで、クリーニング処理の操作を制限する動作が、オペレータの操作によらず、コントローラ１２１によって自律的かつ自動的に制御されるよう構成するのが好ましい。この場合、オペレータの人為的操作によって基板処理装置へクリーニング処理の開始命令が入力されたとしても、ｎ＋１回目の処理の実行命令を受けるまでは自動的にインターロックが作動し、クリーニング処理の開始が制限されることとなる。
上述のように、本態様では、ｎ回目の基板処理の実行途中でクリーニングを行うべき状態になった場合でも、ｎ回目の基板処理の終了後、自動的にクリーニングを開始させずに、ｎ回目の基板処理の終了後、ｎ＋１回目の基板処理の指示があるまで待機させ、指示があってからクリーニングを開始させる。そして、クリーニング終了後、（既にｎ＋１回目の基板処理の指示を受けているので）すぐｎ＋１回目の基板処理を開始させることができる。このように、ｎ＋１回目の基板処理の直前にクリーニングを行うことにより、基板処理の開始時の処理室内の温度の低下を抑制することができる。
（５）本態様による効果
本態様によれば、以下に示す一つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）クリーニング処理をｎ＋１回目の成膜処理の開始前に行うので、ｎ＋１回目の成膜処理の開始時において、クリーニング処理時の熱を効率的に利用することが可能となる。これにより、ｎ＋１回目の成膜処理におけるウエハ２００の熱履歴を他の成膜処理（１回目～ｎ回目）におけるウエハ２００の熱履歴に揃えることが可能となる。結果として、成膜処理間での処理の質を均一化させることが可能となる。
（ｂ）クリーニング処理をｎ＋１回目の成膜処理の開始前に行うので、ｎ＋１回目の成膜処理の開始時までの時間によらず、クリーニング処理時の熱を効率的に利用することが可能となる。これにより、待機時間の長さに関係することなく成膜処理開始時の処理条件を揃えることが可能となる。結果として、成膜処理間での処理の質を均一化させることが可能となる。
（ｃ）上述したクリーニング処理の操作を制限する動作が、コントローラ１２１によって自律的かつ自動的に制御されることから、オペレータの操作によって誤ったタイミングでクリーニング処理が開始されることを防止することができ、これにより、成膜処理間での処理の質を均一化させることが可能となる。
（ｄ）本態様によれば、クリーニング処理をｎ＋１回目の成膜処理の開始前に行うので、新たなアイドル状態において、ヒータ２０７を非稼働、或いは、その出力を低下させることにより、処理炉２０２を長持ちさせるよう消費電力を低減させることができ、さらに、成膜処理間での処理の質の均一化を実現することができる。
＜本開示の他の態様＞
以上、本開示の態様を具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の態様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。
例えば、ウエハ２００上に形成される所定の膜として、シリコン膜(Ｓｉ膜)、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）等のＳｉ系膜をウエハ２００上に形成する場合にも好適に適用できる。また、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）をウエハ２００上に形成する場合にも好適に適用できる。また、アルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）等の高誘電率絶縁膜（Ｈｉｇｈ－ｋ膜）をウエハ２００上に形成する場合にも好適に適用できる。
また、クリーニングガスとして、フッ素(Ｆ２)ガス、フッ化水素(ＨＦ)ガス、フッ化窒素（ＮＦ３）等のフッ素系ガス、或いは、これらの混合ガスも好適に用いることができる。また、塩化水素（ＨＣｌ）等の塩素系ガスも好適に用いることできる。
上述の態様において、各処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、各処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の膜を、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各処理を迅速に開始できるようになる。
また、クリーニングガスを膜種に応じて適宜選択できるように、予めプロセスレシピとクリーニングレシピとを関連付けて記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。また、本態様ではクリーニングレシピの実行時間を固定した方が良い。要するにクリーニング処理時間(クリーニングガスの供給時間)を一定にする方が良い。これにより、プロセスレシピの直前にクリーニングレシピを実行するため、プロセスレシピ開始時の処理炉２０２内の状態を安定にすることができる。
上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更してもよい。
上述の態様では、クリーニング処理を行うべき状態であるか否かの判断を、処理炉２０２内の累積膜厚が所定の厚さに達したか否かに基づいて行う例を説明したが、本開示はこれに限定されることはない。例えば、クリーニング処理を行うべき状態であるか否かの判断を、成膜処理が所定回数行われたか否かに基づいて行ってもよい。また、これらの判断によらず、オペレータの指示の有無に基づいて、クリーニング処理を行うべき状態か否かを判断してもよい。また、クリーニング対象である部品の使用回数または使用時間に基づき判断してもよい。このように、クリーニング処理を行うべき状態か否かの判断基準（判定要件）を任意に設定することが可能である。
上述の態様では、基板処理装置は成膜処理を実施するように構成されているが、成膜処理は例えばＣＶＤ、ＰＶＤ、酸化膜、窒化膜を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理であってもよい。また、基板処理の具体的内容は不問であり、成膜処理だけでなく、アニール処理、酸化処理、窒化処理、拡散処理等の処理であってもよい。また、他の基板処理装置、例えば露光装置、リソグラフィ装置、塗布装置、プラズマを利用したＣＶＤ装置にも適用できる。また、基板処理装置の一例として半導体製造装置を示しているが、半導体製造装置に限らず、ＬＣＤ装置のようなガラス基板を処理する装置であってもよい。
上述の態様では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、一度に１枚又は数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用できる。また、上述の態様では、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膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、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膜を形成する場合にも、好適に適用できる。
これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様と同様の効果が得られる。
また、上述の態様は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の態様の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室

Claims (15)

  1. （ａ）処理室に配置された基板に対して処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
    （ｂ）前記処理室に前記基板がない状態で、前記処理室へクリーニングガスを供給して前記処理室内の部材に付着した堆積物を除去する工程と、を有し、
    ｎ回目に行う前記（ａ）の完了時から前記（ｂ）の実行開始時までの期間Ｔ１よりも、前記（ｂ）の実行完了時からｎ＋１回目に行う前記（ａ）の実行開始時までの期間Ｔ２を短くする（ｎは１以上の整数）、半導体装置の製造方法。
  2. 前記（ｂ）を行うべき状態となった際に、前記（ｂ）を、前記（ｂ）を伴わずにｎ回行われた前記（ａ）の完了直後に開始するのではなく、ｎ＋１回目の前記（ａ）を開始すべき事態になった時点で開始する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記（ａ）をｎ回行った後、ｎ＋１回目の前記（ａ）を開始すべき事態となっていない場合、前記（ｂ）を開始することなく、ｎ＋１回目の前記（ａ）を開始すべき事態となるのを待つアイドル状態に遷移する工程（ｃ）をさらに有する、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記アイドル状態において、ｎ＋１回目の前記（ａ）を開始すべき事態となったら、前記（ｂ）を行ってから前記（ａ）を行う、請求項３記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記（ｂ）を前記（ａ）の開始直前に実行させる、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記（ｂ）の実行完了時からｎ＋１回目に行う前記（ａ）の実行開始時までの期間Ｔ２をゼロにする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記（ｂ）の処理条件を一定にする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記（ｂ）の処理条件のうち、前記処理室の温度を所定の範囲内にする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記（ｂ）の実行時間を一定にする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記（ｂ）の前記クリーニングガスの供給時間を一定にする、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記処理ガスは、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガス、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）ガス、ペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１２）ガス、ヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１４）ガスよりなる群から選択される水素化ケイ素ガスである請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記クリーニングガスは、フッ素(Ｆ２)ガス、フッ化水素(ＨＦ)ガス、フッ化窒素（ＮＦ３）等のフッ素系ガス、或いは、これらの混合ガスである請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記基板を処理する工程では、シリコン膜(Ｓｉ膜)、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）等を含むＳｉ系膜、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）等を含む金属膜、アルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）等を含む高誘電率絶縁膜（Ｈｉｇｈ－ｋ膜）よりなる群から選択される膜が形成される請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  14. 基板を収容する処理室と、
    前記処理室へ処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
    前記処理室へクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
    （ａ）前記処理室に配置された基板に対して前記処理ガスを供給する処理と、（ｂ）前記処理室に前記基板がない状態で、前記処理室へ前記クリーニングガスを供給して前記処理室の部材内に付着した堆積物を除去する処理と、ｎ回目に行う前記（ａ）の完了時から前記（ｂ）の実行開始時までの期間Ｔ１よりも、前記（ｂ）の実行完了時からｎ＋１回目に行う前記（ａ）の実行開始時までの期間Ｔ２を短くする処理と、を行うように、前記処理ガス供給系、前記クリーニングガス供給系を制御することが可能に構成される制御部と、を備える基板処理装置。
  15. （ａ）基板処理装置の処理室に配置された基板に対して処理ガスを供給して前記基板を処理する手順と、
    （ｂ）前記処理室に前記基板がない状態で、前記処理室へクリーニングガスを供給して前記処理室内の部材に付着した堆積物を除去する手順と、
    ｎ回目に行う前記（ａ）の完了時から前記（ｂ）の実行開始時までの期間Ｔ１よりも、前記（ｂ）の実行完了時からｎ＋１回目に行う前記（ａ）の実行開始時までの期間Ｔ２を短くする手順を、コンピュータによって前記基板処理装置に実行させることが可能なプログラム。
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