JP2010080850A - 半導体製造装置及びそのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニングによる損傷を防止することができる半導体製造装置及びそのクリーニング方法を提供する。
【解決手段】ＬＰＣＶＤ装置１において、処理チャンバー１１を設け、処理チャンバー１１の外部に配置され、水素ガスとフッ素ガスとを反応させてフッ化水素ガスを生成すると共に、このフッ化水素ガスを冷却する反応冷却手段２５を設ける。そして、反応冷却手段２５によって冷却されたフッ化水素ガスを、クリーニングガスとして処理チャンバー１１の内部に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置及びそのクリーニング方法に関し、特に、可燃性ガスと支燃性ガスとを反応させて生成されたクリーニングガスを用いる半導体製造装置及びそのクリーニング方法に関する。

ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition：低圧化学気相成長法）装置は、使用することによって不可避的に処理チャンバーの内部に薄膜材料からなる堆積膜が形成される。薄膜材料とは、例えば、シリコンウェーハ上に堆積させるシリコン、シリコン酸化物又はシリコン窒化物等である。このような堆積膜が厚くなると、堆積膜が剥がれてパーティクルとなり、処理チャンバーの内部及びウェーハを汚染してしまう。

そこで、処理チャンバーの内部を定期的にクリーニングし、堆積膜を除去する必要がある。このクリーニングの方法として、フッ化水素ガス（ＨＦ）を含むクリーニングガスにより堆積膜をエッチングする技術が開発されている。しかし、通常、クリーニングガスの供給管はステンレス鋼によって形成されているが、フッ化水素ガス（ＨＦ）は極めて強い腐食性を有しているため、フッ化水素ガス自体を処理チャンバー内に導入しようとすると、フッ化水素ガスにより供給管が腐食されてしまう。これにより、腐食により発生した金属フッ化物が処理チャンバー内に流入し、処理チャンバー内及びウェーハを汚染してしまう。このため、フッ素ガス（Ｆ_２）と水素ガス（Ｈ_２）を独立して処理チャンバー内に導入し、処理チャンバー内でフッ素ガス（Ｆ_２）と水素ガス（Ｈ_２）とを反応させてフッ化水素ガス（ＨＦ）を生成させ、このフッ化水素ガスを用いて処理チャンバーのクリーニングを行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、本発明者等は、特許文献１に記載された方法で処理チャンバー内のクリーニングを行うと、処理チャンバー内において、局所的に損傷が発生することを発見した。

特開２００８−９８４３１号公報

本発明の目的は、クリーニングによる損傷を防止することができる半導体製造装置及びそのクリーニング方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、処理チャンバーと、前記処理チャンバーの外部に配置され、可燃性ガスと支燃性ガスとを反応させてクリーニングガスを生成すると共に前記クリーニングガスを冷却する反応冷却手段と、を備え、前記冷却後のクリーニングガスが前記処理チャンバーの内部に供給されることを特徴とする半導体製造装置が提供される。

本発明の他の一態様によれば、処理チャンバーと、前記処理チャンバーの内部に可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給管と、前記処理チャンバーの内部に支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給管と、を備え、前記可燃性ガス供給管及び前記支燃性ガス供給管のうち少なくとも一方は複数本設けられており、前記複数本の可燃性ガス供給管又は前記複数本の支燃性ガス供給管のうち、前記可燃性ガス又は前記支燃性ガスを流通させる供給管を経時的に変化させることを特徴とする半導体製造装置が提供される。

本発明の更に他の一態様によれば、処理チャンバー内に可燃性ガス及び支燃性ガスを供給する第１の工程と、前記処理チャンバー内に前記支燃性ガスを供給する第２の工程と、を備え、前記第１の工程と前記第２の工程とを交互に実施することを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法が提供される。

本発明の更に他の一態様によれば、処理チャンバー内に可燃性ガス供給管を介して可燃性ガス及び希釈ガスを供給しつつ、前記処理チャンバー内に支燃性ガス供給管を介して支燃性ガス及び希釈ガスを供給する工程を備え、前記工程において、前記可燃性ガス供給管を介する前記希釈ガスの第１の供給量及び前記支燃性ガス供給管を介する前記希釈ガスの第２の供給量のうち、少なくとも一方を経時的に変化させることを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法が提供される。

本発明によれば、クリーニングによる損傷を防止することができる半導体製造装置及びそのクリーニング方法を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体製造装置を例示する模式図であり、
図２は、図１に示す反応冷却手段を例示する断面図である。
本実施形態に係る半導体製造装置は、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路）チップ等の半導体装置を製造する装置であり、例えば、ＬＰＣＶＤ装置である。

図１に示すように、本実施形態に係るＬＰＣＶＤ装置１においては、ＬＰＣＶＤ法によってシリコンウェーハ等の被処理物上に薄膜を形成する処理チャンバー１１が設けられている。また、処理チャンバー１１内には、シリコンウェーハ等の被処理物（図示せず）を保持するウェーハボート１２等の治具が設けられている。処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等の治具は、石英により形成されている。

ＬＰＣＶＤ装置１においては、その使用に伴い、処理チャンバー１１の内部、すなわち、処理チャンバー１１の内壁及びウェーハボート１２等の治具の表面に堆積膜が形成される。そこで、本実施形態においては、フッ化水素ガス（ＨＦ）をクリーニングガスとして使用し、この堆積膜を除去する。フッ化水素ガス（ＨＦ）は、水素ガス（Ｈ_２）とフッ素ガス（Ｆ_２）との燃焼反応によって生成される。なお、本明細書において、燃焼反応とは、発熱を伴う化学反応をいい、それぞれ１種以上の可燃性ガスと支燃性ガスとの結合によって引き起こされる。支燃性ガスは必ずしも酸素には限定されず、例えば、本実施形態においては、フッ素である。

処理チャンバー１１の外部には、反応室１３が設けられている。反応室１３と処理チャンバー１１とは、ＨＦ供給管１４によって連通されている。反応室１３及びＨＦ供給管１４は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）により形成されている。また、ＨＦ供給管１４には弁１４ａが設けられている。

反応室１３には、水素ガス供給管１５及びフッ素ガス供給管１６が連通されている。水素ガス供給管１５及びフッ素ガス供給管１６は、それぞれ、反応室１３内に水素ガス（Ｈ_２）及びフッ素ガス（Ｆ_２）を供給するものであり、例えばステンレス鋼により形成されている。また、水素ガス供給管１５及びフッ素ガス供給管１６には、それぞれ、弁１５ａ及び１６ａが設けられている。

また、処理チャンバー１１には、他のフッ素ガス供給管１７も連通されている。フッ素ガス供給管１７は、フッ素ガスを（Ｆ_２）を処理チャンバー１１内に反応室１３を介さずに直接供給するものであり、例えばステンレス鋼により形成されている。フッ素ガス供給管１７には、弁１７ａが設けられている。更に、処理チャンバー１１の外部には、排気ポンプ１８が設けられており、処理チャンバー１１と排気ポンプ１８とは、排気管１９によって連通されている。

図１及び図２に示すように、反応室１３の周囲には、冷却手段としての水冷装置２１が設けられている。水冷装置２１は、例えば金属からなる中空構造体であり、外壁が反応室１３の外壁に接している。そして、この中空構造体内に冷却水が流通されることにより、水冷装置２１は反応室１３を冷却する。

また、ＨＦ供給管１４の外面には、加熱手段としてのジャケットヒーター２２が巻き付けられている。ジャケットヒーター２２は、シート状の保温材中に電熱線が設けられた電気ヒーターであり、通電されることにより発熱し、ＨＦ供給管１４を加熱する。更に、ＨＦ供給管１４の外面には、熱電対等の温度センサー２３が取り付けられている。反応室１３、ＨＦ供給管１４、水冷装置２１、ジャケットヒーター２２及び温度センサー２３により、反応冷却手段２５が構成されている。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る半導体製造装置の動作、すなわち、本実施形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法について説明する。
弁１４ａ、１５ａ及び１６ａを開き、排気ポンプ１８を作動させて処理チャンバー１１内を排気しながら、水素ガス供給管１５に水素ガス（Ｈ_２）を例えば１ｓｌｍ（標準リットル／分）の流量で供給すると共に、フッ素ガス供給管１６にフッ素ガス（Ｆ_２）を例えば１ｓｌｍの流量で供給する。一方、フッ素ガス供給管１７を介して処理チャンバー１１内にフッ素ガス（Ｆ_２）を導入する。また、水冷装置２１を作動させて、水冷装置２１内に冷却水を流通させる。更に、温度センサー２３を作動させる。

これにより、反応室１３内に水素ガス及びフッ素ガスが供給される。水素ガスは可燃性ガスでありフッ素ガスは支燃性ガスであるため、両ガスは反応してフッ化水素ガス（ＨＦ）が生成する。このフッ化水素ガスがクリーニングガスとなる。このとき、水素ガスとフッ素ガスが反応することにより反応熱が発生するが、この反応熱は反応室１３を介して水冷装置２１に伝達され、水冷装置２１内を流れる冷却水によって排出される。すなわち、水冷装置２１は反応室１３を介してクリーニングガスを冷却する。

そして、冷却されたクリーニングガスが、ＨＦ供給管１４を介して処理チャンバー１１内に導入される。ＨＦ供給管１４から処理チャンバー１１内に導入されたフッ化水素ガス（ＨＦ）は、フッ素ガス供給管１７を介して処理チャンバー１１内に導入されたフッ素ガス（Ｆ_２）と混合される。そして、この混合ガスにより、処理チャンバー１１の内壁及びウェーハボート１２等の治具の表面がエッチングされ、堆積膜が除去される。これにより、処理チャンバー１１内のクリーニングが行われる。

このとき、水素ガス及びフッ素ガスは、処理チャンバー１１の外部に配置された反応室１３内で反応してフッ化水素ガスとなり、水冷装置２１によって十分に冷却された後、処理チャンバー１１内に導入される。このため、水素ガスとフッ素ガスが処理チャンバー１１内で反応して局所的に高温になることはなく、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等の治具に損傷を与えることがない。

また、温度センサー２３によりＨＦ供給管１４内を流通するクリーニングガスの温度を測定する。そして、クリーニングガスの温度が下がりすぎた場合には、ジャケットヒーター２２を作動させてクリーニングガスを加熱する。これにより、クリーニングガスの温度が一定温度、例えば、５０℃に保たれる。この結果、一定の条件下でのエッチングが可能となる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、本実施形態によれば、処理チャンバー１１の外部に配置された反応室１３内で水素ガスとフッ素ガスを反応させてフッ化水素ガスを生成し、このフッ化水素ガスを水冷装置２１によって十分に冷却してから処理チャンバー１１内に導入している。このため、水素ガスとフッ素ガスとを処理チャンバー１１内で反応させることにより、高温の炎が生じ、その熱によって処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等が損傷を受けることがない。すなわち、クリーニングによる損傷を防止することができる。

また、反応室１３及びＨＦ供給管１４はアルミナにより形成されているため、耐熱性及び熱伝導性が優れており、フッ化水素ガス及び反応熱によって損傷を受けることがなく、且つ、クリーニングガスを効率的に冷却することができる。なお、反応室１３及びＨＦ供給管１４の材料はアルミナには限定されず、耐熱性及び熱伝導性が優れた材料であればよい。

更に、クリーニングガスを冷却する冷却手段を水冷装置２１によって構成しているため、低コストで、調達及びメンテナンスが容易で、且つ冷却効率が高い冷却手段を実現することができる。

更にまた、反応室１３には水素ガス及びフッ素ガスが別々に供給されるため、水素ガス供給管１５及びフッ素ガス供給管１６をステンレス鋼により形成しても、これらの供給管がフッ化水素ガスによって腐食することがない。これにより、水素ガス供給管１５及びフッ素ガス供給管１６として、汎用のステンレス管を用いることができる。

更にまた、本実施形態においては、ジャケットヒーター２２を設けているため、クリーニングガスの温度が下がりすぎることがなく、堆積膜を適切な条件でエッチングすることができる。また、温度センサー２３を設けているため、クリーニングガスの温度を正確に把握することができる。

なお、ジャケットヒーター２２が設けられていなくても、クリーニングガスは水素ガスとフッ素ガスとの反応により加熱され、水冷装置２１によって冷却されるため、この加熱と冷却のバランスをとることによって、クリーニングガスの温度を一定に保つことは可能である。また、温度センサー２３が設けられていなくても、例えば処理チャンバー１１に設けられている温度センサー（図示せず）により、クリーニングガスの温度を把握することは可能である。しかし、ジャケットヒーター２２及び温度センサー２３を設けることにより、より容易に且つ精度よくクリーニングガスの温度を制御することができる。

次に、本実施形態の比較例について説明する。
図３は、本比較例に係る半導体製造装置を例示する模式図である。
図３に示すように、本比較例に係るＬＰＣＶＤ装置１０１においては、前述の第１の実施形態に係るＬＰＣＶＤ装置１（図１参照）と比較して、反応冷却手段２５が設けられておらず、水素ガス（Ｈ_２）及びフッ素ガス（Ｆ_２）は、それぞれ水素供給管１０２及びフッ素供給管１０３を介して、処理チャンバー１１内に直接供給されるようになっている。これにより、処理チャンバー１１の内部で水素ガスとフッ素ガスが反応し、フッ化水素ガス（ＨＦ）が生成する。そして、このフッ化水素ガス（ＨＦ）とフッ素ガス（Ｆ_２）との混合ガスを用いて、堆積膜をエッチングする。なお、図３においては、図を見易くするために、ウェーハボート１２（図１参照）は示されていない。

本比較例においては、処理チャンバー１１内において水素ガスとフッ素ガスとが混触されるが、水素とフッ素は烈しく反応して反応熱を発生させるため、局所的に高温の炎が発生する。この炎は処理チャンバー１１内に導入された水素ガスとフッ素ガスとがぶつかる位置で発生するため、常に同じ領域１１２で発生する。このため、この領域１１２において、石英からなる処理チャンバー１１及びウェーハボート等の治具が反応熱によるダメージを受けてしまい、局所的な損傷１１３が発生する。これにより、頻繁に部材の交換を行う必要が生じる。また、損傷部分からダストが発生する。この結果、半導体装置の生産性が低くなる。

これに対して、前述の第１の実施形態によれば、クリーニングによる処理チャンバー等への損傷を防止できるため、部材の交換頻度が低く、ダストの発生も少ない。このため、半導体装置を生産性よく製造することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態に係る半導体製造装置を例示する模式図であり、
図５は、図４に示す三重管を例示する斜視図である。
本実施形態に係る半導体製造装置も、ＬＰＣＶＤ装置である。

図４に示すように、本実施形態に係るＬＰＣＶＤ装置２においては、前述の第１の実施形態に係るＬＰＣＶＤ装置１（図１及び図２参照）と比較して、反応冷却手段２５の代わりに、反応冷却手段として三重管３１が設けられている。三重管３１の端部は処理チャンバー１１に連結されている。

図４及び図５に示すように、三重管３１においては、外側から順に、外筒３２、中筒３３及び内筒３４が同軸状に設けられている。すなわち、中筒３３は外筒３２の内部に配置されており、内筒３４は中筒３３の内部に配置されている。外筒３２、中筒３３及び内筒３４は、例えばアルミナにより形成されている。

そして、外筒３２の端部は処理チャンバー１１に連結されており、外筒３２の内部は処理チャンバー１１の内部に連通されている。また、中筒３３は処理チャンバー１１から離隔した位置で終端しており、終端部は外筒３２の内部に対して開口している。更に、内筒３４も処理チャンバー１１から離隔した位置で終端しており、終端部は外筒３２の内部に対して開口している。例えば、中筒３３及び内筒３２は同じ位置で終端している。これにより、外筒３２における処理チャンバー１１側の部分の内部には中筒３３及び内筒３４が配置されておらず、１つの連続した空間３５となっている。

内筒３４内には、水素ガス（Ｈ_２）が供給される。また、内筒３４と中筒３３との間には、フッ素ガス（Ｆ_２）が供給される。更に、中筒３３と外筒３２との間には、冷却ガスが供給される。冷却ガスは、可燃性ガス及び支燃性ガスと反応しないガスである。本実施形態においては、冷却ガスは水素ガス（Ｈ_２）及びフッ素ガス（Ｆ_２）と反応しないガスであり、例えば、窒素ガス（Ｎ_２）である。また、冷却ガスの温度は室温以下とすることが好ましい。すなわち、冷却ガスは室温でもよく、室温よりも低い温度に冷却されていてもよいが、少なくとも積極的には加熱されていないことが好ましい。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
三重管３１に、処理チャンバー１１に連通されていない部分から、可燃性ガス、支燃性ガス及び冷却ガスを供給する。このとき、内筒３４内に可燃性ガスである水素ガス（Ｈ_２）を供給し、内筒３４と中筒３３との間に支燃性ガスであるフッ素ガス（Ｆ_２）を供給し、中筒３３と外筒３２との間に冷却ガスである窒素ガス（Ｎ_２）を供給する。これらのガスは、三重管３１における中筒３３及び内筒３４が配置されている部分では相互に隔離して流通するが、空間３５において混ざり合う。これにより、水素ガスとフッ素ガスとが反応し、フッ化水素ガス（ＨＦ）が生成される。このとき、反応熱が発生するが、温度が室温以下の窒素ガスによって冷却される。そして、フッ化水素ガスは、反応がほぼ完了し、十分に冷却された状態で、処理チャンバー１１内に導入される。

本実施形態においても、前述の第１の実施形態と同様に、処理チャンバー１１の外部で水素ガスとフッ素ガスが反応してフッ化水素ガスが生成され、このフッ化水素ガスが冷却された後、処理チャンバー１１内に導入されるため、反応熱によって処理チャンバー１１等に損傷を与えることを防止できる。また、未反応の水素ガス及びフッ素ガスが処理チャンバー１１内に導入されたとしても、これらのガスは窒素ガスによって希釈されているため、反応を抑制することができ、処理チャンバー１１等に損傷を与えることを防止できる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

なお、本実施形態においては、三重管３１に対して、内側から順に水素ガス、フッ素ガス及び窒素ガスを供給する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、内側からフッ素ガス、水素ガス及び窒素ガスの順で供給してもよい。また、冷却ガスは窒素ガスに限定されず、水素ガス及びフッ素ガスと反応しないガスであればよい。このとき、冷却ガスとして二酸化炭素（ＣＯ_２）のような比熱が大きいガスを用いれば、冷却効率を向上させることができる。更に、三重管３１の材料はアルミナには限定されず、耐熱性及び熱伝導性が優れた材料であればよい。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
図６は、本変形例における三重管を例示する斜視図である。
図６に示すように、本変形例においては、三重管３１の外面に、水冷装置３６、ジャケットヒーター３７及び温度センサー３８が取り付けられている。水冷装置３６、ジャケットヒーター３７及び温度センサー３８の動作は、前述の第１の実施形態において説明したとおりである。これにより、本変形例によれば、クリーニングガスの温度をより容易に精度よく制御することができる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２の実施形態と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図７は、本実施形態の半導体製造装置を例示する模式図であり、
図８は、横軸に時間をとり、縦軸にガスの供給量をとって、本実施形態における各ガスの供給量の変化を例示するグラフ図である。
なお、本明細書において「供給量」とは、単位時間当たりに処理チャンバー１１内に導入されるガスの量である。

図７に示すように、本実施形態において使用するＬＰＣＶＤ装置３は、前述の第１の実施形態に係るＬＰＣＶＤ装置１（図１参照）と比較して、反応冷却手段２５が設けられていない。そして、水素／窒素供給管４１及びフッ素／窒素供給管４２が処理チャンバー１１に直接連通されている。ＬＰＣＶＤ装置３における上記以外の構成は、第１の実施形態に係るＬＰＣＶＤ装置１と同様である。

次の、本実施形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法について説明する。
図７に示すように、本実施形態においては、ＬＰＣＶＤ装置３について、水素ガス（Ｈ_２）と窒素ガス（Ｎ_２）の混合ガス（以下、「Ｈ_２／Ｎ_２ガス」という）を水素／窒素供給管４１を介して処理チャンバー１１内に導入し、フッ素ガス（Ｆ_２）と窒素ガス（Ｎ_２）の混合ガス（以下、「Ｆ_２／Ｎ_２ガス」という）をフッ素／窒素供給管４２を介して処理チャンバー１１内に導入する。各ガスの温度は、例えば室温とする。また、各ガスは、処理チャンバー１１内に導入される直前ではなく、処理チャンバー１１から遠く離隔した位置で混合されている。例えば、水素ガス及びフッ素ガスを貯蔵しているボンベから出た直後の位置で、水素ガス及びフッ素ガスは窒素ガスと混合されている。

そして、図８に示すように、フッ素／窒素供給管４２を介して処理チャンバー１１内に導入するＦ_２／Ｎ_２ガスの流量は一定としつつ、Ｈ_２／Ｎ_２ガスを断続的に供給する。これにより、処理チャンバー１１内に可燃性ガスである水素ガスと支燃性ガスであるフッ素ガスの双方を供給する工程と、支燃性ガスであるフッ素ガスのみを供給する工程とを、交互に実施する。例えば、Ｆ_２／Ｎ_２ガスを連続的に供給しながら、Ｈ_２／Ｎ_２ガスを１０秒間供給し、２０秒間停止するサイクルを繰り返し実行する。

本実施形態によれば、処理チャンバー１１内にＦ_２／Ｎ_２ガスとＨ_２／Ｎ_２ガスの双方を供給しているときは、処理チャンバー１１内でフッ素ガス（Ｆ_２）と水素ガス（Ｈ_２）との反応が生じ、フッ化水素ガス（ＨＦ）が生成されると共に、反応熱が発生する。これにより、生成したフッ化水素ガス（ＨＦ）及びフッ素ガス（Ｆ_２）により処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等に被着した堆積膜がエッチングされるが、同時に、反応熱によって処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等が加熱される。

また、Ｈ_２／Ｎ_２ガスの供給を停止し、処理チャンバー１１内にＦ_２／Ｎ_２ガスのみを供給しているときは、フッ素ガス（Ｆ_２）と水素ガス（Ｈ_２）との反応はほとんど生じず、既に生成されているフッ化水素ガス及びフッ素ガスによってエッチングが進行する。また、このとき、反応熱は生じないため、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等は冷却される。

このように、本実施形態によれば、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等が加熱されては冷却されるため、これらの温度が著しく上昇することがない。これに対して、水素ガスの合計の供給量は同じであっても、一定の流量で連続的に供給すると、処理チャンバー１１内の同じ領域で反応熱が生成し続け、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等の同じ部分が加熱され続けるため、この部分は最終的には相当な高温に達し、損傷を受けてしまう。いわば、本実施形態においては、水素ガスとフッ素ガスとの反応による炎であって、大きな炎を断続的に形成しているため、小さな炎を継続的に形成する場合と比較して、局所的な加熱を防止することができる。このように、本実施形態によっても、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等のクリーニングによる損傷を抑制することができる。

また、本実施形態においては、処理チャンバー１１内に、可燃性ガスである水素ガス、支燃性ガスであるフッ素ガスの他に、冷却ガス及び希釈ガスとして窒素ガスを供給することにより、処理チャンバー１１内の雰囲気を冷却しつつ、堆積膜をエッチングすることができる。これによっても、反応熱による損傷を抑えることができる。更に、水素ガス及びフッ素ガスを窒素ガスによって希釈することによっても、局所的なエッチングを抑制することができる。更にまた、処理チャンバー１１から遠い位置で水素ガス及びフッ素ガスを窒素ガスと混合させることにより、混合効果を高めることができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図９は、横軸に時間をとり、縦軸にガスの供給量をとって、本実施形態における各ガスの供給量の変化を例示するグラフ図である。
本実施形態において使用するＬＰＣＶＤ装置は、前述の第３の実施形態において使用したＬＰＣＶＤ装置３（図７参照）と同様である。

以下、本実施形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法について説明する。
図７に示すように、本実施形態においても、前述の第３の実施形態と同様に、ＬＰＣＶＤ装置３において、Ｈ_２／Ｎ_２ガスを水素／窒素供給管４１を介して処理チャンバー１１内に導入し、Ｆ_２／Ｎ_２ガスをフッ素／窒素供給管４２を介して処理チャンバー１１内に導入する。

このとき、図９に示すように、水素ガス及びフッ素ガスの供給量は一定としつつ、水素ガスを希釈する窒素ガス、すなわち、水素／窒素供給管４１を介して供給される窒素ガスの供給量（以下、「第１の供給量」という）と、フッ素ガスを希釈する窒素ガス、すなわち、フッ素／窒素供給管４２を介して供給される窒素ガスの供給量（以下、「第２の供給量」という）を、それぞれ経時的に変化させる。

具体的には、第１の供給量及び第２の供給量の合計量を一定としつつ、第１の供給量と第２の供給量とを相補的に変化させる。すなわち、第１の供給量を相対的に多くし、第２の供給量を相対的に少なくする工程と、第１の供給量を相対的に少なくし、第２の供給量を相対的に多くする工程とを、交互に実施する。

本実施形態によれば、Ｈ_２ガス希釈用のＮ_２ガスの供給量（第１の供給量）とＦ_２ガス希釈用のＮ_２ガスの供給量（第２の供給量）とを相補的に変化させているため、処理チャンバー１１内において、水素ガスとフッ素ガスとが衝突し反応する領域が経時的に変化し、従って、反応熱が発生する領域も経時的に変化する。この結果、処理チャンバー１１内の温度分布が均一化され、同じ部分が継続的に加熱されることがなくなり、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等の治具における局所的な損傷を防止することができる。すなわち、本実施形態においては、炎の位置を経時的に移動させることにより、特定の部分が集中的に加熱されることを防止できる。

また、本実施形態においても、前述の第３の実施形態と同様に、窒素ガスを導入することによる冷却効果を得ることができる。このように、本実施形態によっても、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等のクリーニングによる損傷を抑制することができる。

更に、本実施形態によれば、水素ガス及びフッ素ガスの供給量は一定とし、窒素ガスの合計の供給量、すなわち、上述の第１の供給量と第２の供給量の合計量も一定としているため、反応の総量を一定とすることができる。これにより、安定したエッチングが可能となる。

更にまた、本実施形態においても、前述の第３の実施形態と同様に、反応に関与する実ガスである水素ガス及びフッ素ガスを、反応に関与しない窒素ガスによって希釈することにより、処理チャンバー１１内における局所的なエッチングを抑制することができる。なお、水素ガスと窒素ガスの混合、及びフッ素ガスと窒素ガスの混合は、処理チャンバー１１から遠く離れた場所で行うことが好ましい。これにより、混合の効果をより高めることができる。

次に、第４の実施形態の第１の変形例について説明する。
図１０は、横軸に時間をとり、縦軸にガスの供給量をとって、本変形例における各ガスの供給量の変化を例示するグラフ図である。
図１０に示すように、本変形例において、水素ガスを希釈する窒素ガスの供給量（第１の供給量）と、フッ素ガスを希釈する窒素ガスの供給量（第２の供給量）とを、合計量は一定としつつ相補的に変化させる点は、前述の第４の実施形態と同じである。但し、本変形例においては、第１及び第２の供給量に、それぞれ多段階の値をとらせている。

本変形例によれば、処理チャンバー１１内において、水素ガスとフッ素ガスとの反応位置を３ヶ所以上の位置間で変化させることができ、処理チャンバー１１内の温度をより効果的に均一化することができる。この結果、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等の治具における局所的な損傷をより効果的に防止することができる。本変形例における上記以外のクリーニング方法及びその効果は、前述の第４の実施形態と同様である。

次に、第４の実施形態の第２の変形例について説明する。
図１１は、横軸に時間をとり、縦軸にガスの供給量をとって、本変形例における各ガスの供給量の変化を例示するグラフ図である。
図１１に示すように、本変形例においても、第１の供給量と第２の供給量との合計量は一定としつつ、これらを相補的に変化させる点は、前述の第４の実施形態と同じである。但し、本変形例においては、第１及び第２の供給量を、それぞれ段階的に変化させている。

すなわち、第１の供給量を最小値とし、第２の供給量を最大値とした状態から、第１の供給量を段階的に増加させていくと共に、第２の供給量を段階的に減少させていく。そして、第１の供給量を最大値とし、第２の供給量を最小値とする。その後、第１の供給量を段階的に減少させていくと共に、第２の供給量を段階的に増加させていき、第１の供給量を最小値とし、第２の供給量を最大値とする。このサイクルを繰り返す。

本変形例においては、処理チャンバー１１内において、水素ガスとフッ素ガスとの反応位置を段階的に変化させることができる。これにより、処理チャンバー１１内の温度をより均一化し、処理チャンバー１１等における局所的な損傷をより効果的に防止することができる。本変形例における上記以外のクリーニング方法及びその効果は、前述の第４の実施形態と同様である。

なお、上述の第４の実施形態並びにその第１及び第２の変形例においては、第１の供給量と第２の供給量の合計量を一定とする例を示したが、これには限定されず、合計量を変化させてもよい。この場合、第１の供給量及び第２の供給量のうち一方のみを変化させてもよい。また、上述の第４の実施形態並びにその第１及び第２の変形例においては、第１及び第２の供給量をステップ状に変化させる例を示したが、第１及び第２の供給量は連続的に変化させてもよい。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図１２は、本実施形態に係る半導体製造装置を例示する平面図であり、
図１３は、横軸に時間をとり、縦軸にガスの供給量をとって、本実施形態に係るクリーニング方法を例示するグラフ図である。
本実施形態に係る半導体製造装置も、ＬＰＣＶＤ装置である。

図１２に示すように、本実施形態に係るＬＰＣＶＤ装置５においては、前述の第３の実施形態におけるＬＰＣＶＤ装置３（図７参照）と比較して、水素ガス（Ｈ_２）と窒素ガス（Ｎ_２）の混合ガス（Ｈ_２／Ｎ_２ガス）を処理チャンバー１１内に導入する水素／窒素供給管が複数本設けられており、処理チャンバー１１における相互に異なる位置に連結されている。例えば、図１２に示す例では、３本の水素／窒素供給管４１ａ、４１ｂ、４１ｃが設けられており、同一水平面上において、フッ素／窒素供給管４２側からこの順に配置されている。なお、図１２においては、図示の便宜上、処理チャンバー１１、水素／窒素供給管４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、フッ素／窒素供給管４２以外の構成要素は、図示を省略されている。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係るＬＰＣＶＤ装置の動作、すなわち、本実施形態に係る半導体製造装置のクリーニング方法について説明する。
図１２及び図１３に示すように、本実施形態においては、３本の水素／窒素供給管４１ａ、４１ｂ、４１ｃのうち、Ｈ_２／Ｎ_２ガスを流通させる供給管を経時的に変化させる。例えば、処理チャンバー１１の内部に対して、先ず、水素／窒素供給管４１ａを介してＨ_２／Ｎ_２ガスを供給し、次に、水素／窒素供給管４１ｂを介してＨ_２／Ｎ_２ガスを供給し、次に、水素／窒素供給管４１ｃを介してＨ_２／Ｎ_２ガスを供給する。以後、このサイクルを繰り返す。一方、Ｆ_２／Ｎ_２ガスは、同一のフッ素／窒素供給管４２を介して処理チャンバー１１内に供給する。

このように、Ｈ_２／Ｎ_２ガスを流通させる水素／窒素供給管を経時的に切替えることにより、処理チャンバー１１内において、Ｈ_２／Ｎ_２ガスとＦ_２／Ｎ_２ガスとが衝突し水素ガスとフッ素ガスとが反応する位置が、経時的に変化する。例えば、図１２に示す例では、水素／窒素供給管４１ａを使用しているときには、水素ガスとフッ素ガスとは主として領域Ｒａにおいて反応し、水素／窒素供給管４１ｂを使用しているときには主として領域Ｒｂにおいて反応し、水素／窒素供給管４１ｃを使用しているときには主として領域Ｒｃにおいて反応する。これにより、いわば炎の位置が経時的に移動することになるため、処理チャンバー１１内の温度分布が均一化される。この結果、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等の治具における特定の部分が集中的に加熱されることがなくなり、局所的な損傷を抑えることができる。このように、本実施形態によっても、処理チャンバー１１及びウェーハボート１２等のクリーニングによる損傷を抑制することができる。

また、本実施形態においても、前述の第３及び第４の実施形態と同様に、水素ガス及びフッ素ガスを窒素ガスによって希釈することにより、処理チャンバー１１内における局所的なエッチングを抑制することができる。この場合、ガスの混合は処理チャンバー１１から離隔した場所で行うことが好ましい。これにより、混合の効果をより高めることができる。

なお、本実施形態においては、フッ素／窒素供給管４２を１本だけ設け、水素／窒素供給管を複数本設ける例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、水素／窒素供給管を１本だけ設け、フッ素／窒素供給管を複数本設けてもよく、又は、水素／窒素供給管及びフッ素／窒素供給管の双方を複数本設けてもよい。

また、本実施形態においては、複数本の水素／窒素供給管を１本ずつ使用する例を示したが、本発明はこれに限定されず、任意のタイミングにおいて、複数本の水素／窒素供給管を組み合わせて使用してもよい。例えば、第１の期間に水素／窒素供給管４１ａを使用し、第２の期間に水素／窒素供給管４１ｂを使用し、第３の期間に水素／窒素供給管４１ｃを使用し、第４の期間に水素／窒素供給管４１ａ及び４１ｂを使用し、第５の期間に水素／窒素供給管４１ｂ及び４１ｃを使用し、第６の期間に水素／窒素供給管４１ｃ及び４１ａを使用し、第７の期間に水素／窒素供給管４１ａ、４１ｂ、４１ｃを使用してもよい。これにより、処理チャンバー１１内における反応位置をより複雑に変化させることができ、処理チャンバー１１内の温度分布をより効果的に均一化することができる。

更に、本実施形態においては、処理チャンバー１１内に水素ガスと窒素ガスの混合ガス（Ｈ_２／Ｎ_２ガス）及びフッ素ガスと窒素ガスの混合ガス（Ｆ_２／Ｎ_２ガス）を導入する例を示したが、窒素ガスの代わりに水素ガス及びフッ素ガスと反応しない他の希釈ガスを用いてもよく、希釈ガスを用いなくてもよい。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。例えば、前述の第１の実施形態においても、前述の第２の実施形態のように、冷却ガスとして窒素ガスを導入してもよい。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

例えば、前述の各実施形態においては、半導体製造装置としてＬＰＣＶＤ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、半導体装置を製造する半導体製造装置であって、使用に伴って堆積膜が形成される装置であれば、適用可能である。例えば、本発明は各種の成膜装置及びエッチング装置等の加工装置に好適に適用可能である。この場合は、処理チャンバーとは、内部にシリコンウェーハ等の被処理物を収納し、内部の雰囲気を制御しつつ、この被処理物に対して成膜又は加工等の何らかの処理を施す装置である。

また、前述の各実施形態においては、可燃性ガスとして水素ガス（Ｈ_２）を用い、支燃性ガスとしてフッ素ガス（Ｆ_２）を用いる例を示したが、本発明はこれに限定されず、発熱反応によってクリーニングガスを生成する２種以上のガスであれば、可燃性ガス及び支燃性ガスとして使用可能である。更に、前述の各実施形態においては、冷却手段として水冷装置又は窒素ガス（Ｎ_２）等の冷却ガスを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の冷却手段を用いてもよい。例えば、第１の実施形態における反応室１３を強制空冷してもよい。

本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置を例示する模式図である。 図１に示す反応冷却手段を例示する断面図である。 第１の実施形態の比較例に係る半導体製造装置を例示する模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置を例示する模式図である。 図４に示す三重管を例示する斜視図である。 第２の実施形態の変形例における三重管を例示する斜視図である。 本発明の第３の実施形態の半導体製造装置を例示する模式図である。 横軸に時間をとり、縦軸にガスの供給量をとって、第３の実施形態における各ガスの供給量の変化を例示するグラフ図である。 横軸に時間をとり、縦軸にガスの供給量をとって、第４の実施形態における各ガスの供給量の変化を例示するグラフ図である。 横軸に時間をとり、縦軸にガスの流量をとって、第４の実施形態の第１の変形例における各ガスの供給量の変化を例示するグラフ図である。 横軸に時間をとり、縦軸にガスの流量をとって、第４の実施形態の第２の変形例における各ガスの供給量の変化を例示するグラフ図である。 本発明の第５の実施形態に係る半導体製造装置を例示する平面図である。 横軸に時間をとり、縦軸にガスの供給量をとって、第５の実施形態に係るクリーニング方法を例示するグラフ図である。

符号の説明

１、２、３、５ ＬＰＣＶＤ装置、１１ 処理チャンバー、１２ ウェーハボート、１３ 反応室、１４ ＨＦ供給管、１４ａ 弁、１５ 水素ガス供給管、１５ａ 弁、１６ フッ素ガス供給管、１６ａ 弁、１７ フッ素ガス供給管、１７ａ 弁、１８ 排気ポンプ、１９ 排気管、２１ 水冷装置、２２ ジャケットヒーター、２３ 温度センサー、２５ 反応冷却手段、３１ 三重管、３２ 外筒、３３ 中筒、３４ 内筒、３５ 空間、３６ 水冷装置、３７ ジャケットヒーター、３８ 温度センサー、４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ 水素／窒素供給管、４２ フッ素／窒素供給管、１０１ ＬＰＣＶＤ装置、１０２ 水素供給管、１０３ フッ素供給管、１１２ 領域、１１３ 損傷、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ 領域

Claims (5)

1. 処理チャンバーと、
   前記処理チャンバーの外部に配置され、可燃性ガスと支燃性ガスとを反応させてクリーニングガスを生成すると共に前記クリーニングガスを冷却する反応冷却手段と、
   を備え、
   前記冷却後のクリーニングガスが前記処理チャンバーの内部に供給されることを特徴とする半導体製造装置。
2. 処理チャンバーと、
   前記処理チャンバーの内部に可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給管と、
   前記処理チャンバーの内部に支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給管と、
   を備え、
   前記可燃性ガス供給管及び前記支燃性ガス供給管のうち少なくとも一方は複数本設けられており、
   前記複数本の可燃性ガス供給管又は前記複数本の支燃性ガス供給管のうち、前記可燃性ガス又は前記支燃性ガスを流通させる供給管を経時的に変化させることを特徴とする半導体製造装置。
3. 処理チャンバー内に可燃性ガス及び支燃性ガスを供給する第１の工程と、
   前記処理チャンバー内に前記支燃性ガスを供給する第２の工程と、
   を備え、
   前記第１の工程と前記第２の工程とを交互に実施することを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。
4. 処理チャンバー内に可燃性ガス供給管を介して可燃性ガス及び希釈ガスを供給しつつ、前記処理チャンバー内に支燃性ガス供給管を介して支燃性ガス及び希釈ガスを供給する工程を備え、
   前記工程において、前記可燃性ガス供給管を介する前記希釈ガスの第１の供給量及び前記支燃性ガス供給管を介する前記希釈ガスの第２の供給量のうち、少なくとも一方を経時的に変化させることを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。
5. 前記第１の供給量及び前記第２の供給量の合計量は一定であり、
   前記工程は、
   前記第１の供給量を相対的に多くし、前記第２の供給量を相対的に少なくする第１の工程と、
   前記第１の供給量を相対的に少なくし、前記第２の供給量を相対的に多くする第２の工程と、
   を有し、前記第１の工程と前記第２の工程とを交互に実施することを特徴とする請求項４記載の半導体製造装置のクリーニング方法。

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