(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が設置されるＳｉＣコートカーボン、ＳｉＣ、ＳｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3からなる基板ホルダ上の堆積物をクリーニングする方法であって、
前記被処理基板への処理に先だって、前記基板ホルダ上の所定の位置に、ＣｌＦ3ガス、ＮＦ3ガス、ＨＣｌガス、Ｆ2ガスまたはＨＦガスを用いてクリーニング処理を行った場合に前記被処理基板への処理により形成されるＳｉＮ、ＳｉＣまたはＳｉＯ2からなる膜より速い速度でエッチングされるpoly−ＳｉまたはアモルファスＳｉからなる膜によりコーティングを施すことを特徴とするクリーニング方法。
【請求項２】
クリーニング時に前記基板ホルダの光学的特性をモニタし、その検出結果によりクリーニングの終点を設定することを特徴とする、請求項１記載のクリーニング方法。
【請求項３】
被処理基板上に成膜処理を行う基板処理装置において、
処理室と、
前記処理室に設けられた基板ホルダと、
前記基板ホルダの下方に設けられ、前記基板ホルダを加熱するヒータと、
前記基板ホルダの下方に設けられ、前記ヒータを囲む空間を区画する包囲体と、
前記空間内にガスを供給する手段と、を備え、
前記基板ホルダは、前記基板ホルダの下側であってかつ前記包囲体の外側に位置する部分であって、横方向から見た場合に前記包囲体と重なりあう部分を有しており、前記基板ホルダと前記包囲体との間に前記包囲体により区画される空間と包囲体外部の空間とを連通する通路が形成されており、
前記通路は、第１の部分と、前記第１の部分より前記包囲体外部の空間に近い側であって前記第１の部分より下方に位置する第２の部分と、を有していることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置および基板処理装置の基板ホルダのクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハに例えばＣＶＤ法によりＳiＮを成膜するプロセスを実行する際、ウエハ上だけでなくウエハホルダ上にもＳiＮが堆積する。ウエハホルダ上にＳiＮが多量に堆積すると処理に不具合が生じるため、定期的にウエハホルダをクリーニングする必要がある。クリーニングは例えばＣlＦ3を含むエッチングガスにより、ウエハホルダ上の堆積膜をエッチングすることにより行われる。
【０００３】
しかし、ウエハホルダ上の堆積膜が除去された後にさらにエッチングを継続すると、オーバエッチによりウエハホルダがダメージを受ける。たとえ、ウエハホルダをＳiＮに対してエッチング速度の選択比が取れる材質で構成したとしても、オーバエッチングが度重なると、ウエハホルダのダメージは無視できない。このダメージがたび重なるとウエハホルダが使用不能となり、ウエハホルダの交換が必要となるが、ウエハホルダの交換頻度が増すことは、基板処理装置の稼働効率を低下させる要因となり、スループット向上の観点から大きな問題となる。従って、ウエハホルダのオーバエッチは極力回避する必要がある。
【０００４】
このため、堆積膜をまさに除去し終えた瞬間にクリーニングを終了することが望ましいのであるが、クリーニングの終点を的確に判断することは極めて困難である。特に、ウエハホルダへの堆積膜がＳiＮ膜等の透明なものである場合には、たとえ基板処理装置に覗き窓があったとしても、堆積膜がとりきれたかどうかを目視で判断することは事実上不可能である。
【０００５】
このため、成膜処理時におけるウエハホルダ上へのＳiＮの堆積速度を予め実験的に求めることにより所定時間の成膜処理後における堆積膜の厚さを推定するとともに、クリーニング時におけるエッチング速度を予め実験的に求め、これらのデータに基づいて必要なクリーニング時間を求めることが従来から行われている。しかし、この手法を用いる場合でも、ＳiＮの取り残しをなくすために、安全をみて、過剰な時間のエッチング、すなわちオーバエッチを施しているのが現状である。
【０００６】
また、通常、ウエハを加熱するヒータはウエハホルダ下部に設置されているが、ヒータ部材としては石英ほどＳiＮとエッチング速度の選択比のある材質を利用できないため、クリーニング時にエッチングガスの回り込みによる、ヒータのダメージが発生することがあり、このダメージが蓄積すると、ウエハホルダと同様にヒータの交換をも余儀なくされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、クリーニング時にエッチングガスによってウエハホルダおよびヒータがダメージを受けてしまうのでは、時間のかかる部品交換を伴うメンテナンス作業を頻繁に行う必要が生じ、基板処理装置全体の生産性が低くなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、基板ホルダへの堆積物を最短最適な時間でクリーニングすることが可能であり、基板ホルダヘのダメージを低減することができるクリーニング方法、並びにクリーニング時にヒータのダメージを低減することができる基板処理装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第一の特徴は、被処理基板が設置されるＳｉＣコートカーボン、ＳｉＣ、ＳｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3からなる基板ホルダ上の堆積物をクリーニングする方法であって、前記被処理基板への処理に先だって、前記基板ホルダ上の所定の位置に、ＣｌＦ3ガス、ＮＦ3ガス、ＨＣｌガス、Ｆ2ガスまたはＨＦガスを用いてクリーニング処理を行った場合に前記被処理基板への処理により形成されるＳｉＮ、ＳｉＣまたはＳｉＯ2からなる膜より速い速度でエッチングされるpoly−ＳｉまたはアモルファスＳｉからなる膜によりコーティングを施すことにある。
【００１０】
前記ウエハホルダにコーティングする膜は、前記ウエハ上の堆積物のエッチング速度より早い速度でエッチングされる材質とすることができる。
【００１１】
また、前記ウエハホルダにコーティングする膜は、光学的に透明でない（透過性を有さない）ものとすることができる。
【００１２】
また、クリーニング方法を実施するに際して、クリーニング時に前記基板ホルダの光学的特性をモニタし、その検出結果によりクリーニングの終点を設定するようにしてもよい。
【００１４】
更に、本発明の第二の特徴は、被処理基板上に成膜処理を行う基板処理装置において、処理室と、前記処理室に設けられた基板ホルダと、前記基板ホルダの下方に設けられ、前記基板ホルダを加熱するヒータと、前記基板ホルダの下方に設けられ、前記ヒータを囲む空間を区画する包囲体と、前記空間内にガスを供給する手段と、を備え、前記基板ホルダは、前記基板ホルダの下側であってかつ前記包囲体の外側に位置する部分であって、横方向から見た場合に前記包囲体と重なりあう部分を有しており、前記基板ホルダと前記包囲体との間に前記包囲体により区画される空間と包囲体外部の空間とを連通する通路が形成されており、前記通路は、第１の部分と、前記第１の部分より前記包囲体外部の空間に近い側であって前記第１の部分より下方に位置する第２の部分と、を有していることにある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は、基板上に成膜処理（成膜およびエッチングの両方を行う装置であってもよい）を行う基板処理装置一般に対して適用が可能であるが、以下の説明においては、半導体ウエハ上にＳiＮの成膜処理を行う基板処理装置のウエハホルダ（基板ホルダ）をＣlＦ3を含むガスでクリーニングする場合を例にとって説明する。
【００１６】
図１は、本発明が適用される基板処理装置の一例として、減圧ＣＶＤ装置の構成を概略的に示す図である。図１において、符号１は処理室、符号２は処理室１内に処理ガスＧ（成膜ガスまたはエッチングガス）を供給するガス供給管である。処理室１内は真空ポンプＶＰにより減圧することができる。
【００１７】
処理室１内には、ウエハＷを載置するためのウエハホルダ３が設けられている。ウエハホルダ３は光学的に透光性を有する透明な材料、本例では石英により形成されている。ウエハホルダ３の下方には、ウエハホルダ３を介してウエハＷを加熱するヒータ４が設けられている。
【００１８】
また、ウエハホルダ３の下方には、ウエハホルダ３の外周縁に沿って、円筒状の包囲体５が設けられている。包囲体５により囲まれた空間６内に、ヒータ４が位置している。包囲体５により囲まれた空間６は、ウエハホルダ３と包囲体５との間の隙間すなわち通路７を介してのみ、処理室１内の空間８すなわち空間６外の空間に連通している。空間６にはガス供給装置９が接続されており、空間６はガス供給装置９により不活性ガスで満たすことができる。
【００１９】
図２は図１の領域IIにおけるウエハホルダ３と包囲体５との位置関係を詳細に示す図である。この図２に示すように、ウエハホルダ３は、包囲体５より外側に位置し、かつ、横方向から見た場合に包囲体５と重なり幅Ｌをもって重なる部分３ａを有している。この図２の構成によれば、通路７は、ウエハホルダ３の下面と包囲体５の上端部５ａとの間の部分７ａと、部分７ａより空間８に近い側に位置するとともに通路７の部分７ａより外側かつ下方に位置する部分７ｂとを有することになる。従って、空間６内を所定圧力の比重の軽いガスで満たせば、そのガスを部分７ａに滞留させて空間８側に流出させないようにすることができ、空間８側から空間６側へのガスの流入を防止するバリアを形成することができる。
【００２０】
なお、図３に示すように、隙間７すなわち通路７が上昇下降を複数回繰り返すように構成してもよく、このように構成することにより、部分７ａすなわちバリアが形成される部位を複数箇所に設けることができる。
【００２１】
また、ウエハホルダ３の上方（本例ではウエハホルダ３の周縁部の上方）には、ウエハホルダ３の輻射光強度を検出する放射温度計１０が設けられている。この放射温度計１０は、必要のない時にウエハホルダ３上方から退避できるように、図１矢印方向に移動可能とすることが好ましい。
【００２２】
次に、図４を参照してウエハホルダ３のクリーニング方法について説明する。
【００２３】
まず、ウエハホルダ３に成膜物質以外の物質、例えばポリシリコンのコーティングを施す（ステップ１０１）。
【００２４】
次に、所定時間または所定回数のＳiＮ成膜を行う（ステップ１０２）。なお、ステップ１０２終了時には、ウエハホルダ３上にポリシリコン膜が、更にその上にＳiＮ膜が順次積層されることになる。
【００２５】
ステップ１０２の終了後、空間６に不活性ガスを供給し（ステップ１０３）、その後、ヒータをＯＮとして、ウエハホルダ３にエッチングガスを供給してクリーニングを開始する（ステップ１０４）。なお、クリーニング開始とともに放射温度計１０の指示値のモニタを開始する（ステップ１０５）。
【００２６】
クリーニングが進むに従って、ウエハホルダ３の（ウエハホルダ３上の膜の）表面輻射率が変化し、あるいはウエハホルダ３とその上に形成された層をヒータ４側から透過する光量が変化することにより、放射温度計１０の受ける輻射光の強度が変化する。すなわち図５に示すように、上層のＳiＮ膜が消失すると（図５の時点ｔ１参照）、放射温度計１０の指示値はその後急激に上昇し始める。さらにクリーニングを継続すると、下層のポリシリコン膜も消失する。すると、放射温度計１０の指示値が所定値（本例では約５００℃）以上となり、その後概ね一定となるため（図５の時点ｔ２参照）、この時点でクリーニングを終了すればよい（ステップ１０６）。
【００２７】
以上説明したように、クリーニング時にウエハホルダ３の輻射強度をモニタしておくことにより、クリーニングの終点を確実に検出できる。
【００２８】
なお、本例では、ポリシリコンのコーティングを施していることにより以下の利点がある。まず、第一に、ポリシリコンは透明ではないため、処理室１の壁体にのぞき窓を設けることにより、目視によってもクリーニングの終わりを判別することができる。第二に、ポリシリコンの方が、ＳiＮよりもエッチング速度が著しく早いため、ＳiＮ層が一部でもエッチングされ、下地のポリシリコン層が露出すると下地のポリシリコン層に横方向に急激にエッチングが進行する。このために、実質的なエッチングレートを向上させることができ、クリーニング時間を短縮することができる。
【００２９】
また、クリーニング時に空間６に不活性ガスを供給するとともに、ヒータ４により加熱を行うと、ヒータ４により暖められた不活性ガスは浮力により上昇する性質があるため、先に説明したように不活性ガスは隙間すなわち通路７の部分７ａに滞留する。この滞留ガスは、クリーニングガスが通路７から空間６に侵入することを防止するバリアの働きをするため、ヒータ４のダメージを避けることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態においてはポリシリコン層からなるコーティングを設けているが、ポリシリコン層は必ずしも設ける必要はない。すなわち、ポリシリコン層がなくてもウエハホルダ３自体とＳiＮ層との光学的特性の差異に基づいて、クリーニングの終点を検出することは可能である。
【００３１】
また、上記実施形態においては、光学的特性としてウエハホルダ表面の輻射強度をモニタすることにより、クリーニングの進捗状況を検出するようにしているが、これに限定されるものではなく、その他の手法により光学的特性をモニタすることによってもクリーニングの進捗状況を確認することができる。以下、光学的特性をモニタする他の方法について図６乃至図９を参照して説明する。なお、図６乃至図９において、ウエハホルダ３上の層１２は、下層のポリシリコン層および上層のＳiＮ層の複層からなるものであっても、ＳiＮ層のみの単層であっても、光学的なモニタリングによりクリーニングの進捗状況を確認することは可能であるが（前者の場合、モニタした検出値のカーブが複雑になるだけのことである）、以下の図６乃至図９に関連する説明においては、層１２がＳiＮ層のみの単層からなる場合について説明する。
【００３２】
なお、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）のグラフにおいて、横軸はクリーニング時間ｔ、縦軸は放射温度計１０または検出器１０Ａにより検出された透過光、反射光または輻射光の強度Ｉを示している。
【００３３】
まず、図６を参照して第１の方法について説明する。この方法では、図６（ａ）に示すように、ウエハホルダ３の下方に光源１１を設け、ウエハホルダ３の上方の光源１１に対向する位置にフォトディテクタ等の検出器１０Ａを設ける。そしてクリーニング時には、光源１１を点灯して、ウエハホルダ３を透過してくる光の強度Ｉの経時変化を検出器１０Ａにより測定する。この場合、図６（ｂ）に示すように、ウエハホルダ上の層１２にダメージが発生し始めると検出器１０Ａに入射する光の強度が増大し始める。層１２が完全に除去されると、その後に検出器１０Ａに入射する光の強度がほぼ一定となる。この事象を利用してクリーニングの終点を検出することができる。なお、この方法は、ウエハホルダ３が石英等の光学的に透明な透光性を有する材料からなることが前提となる。
【００３４】
次に図７を参照して第２の方法について説明する。この方法では、図７（ａ）に示すように、ウエハホルダ３の上方に光源１１を設け、光源１１とウエハホルダ３との間にハーフミラ１３を設ける。そしてクリーニング時には、光源１１を点灯してウエハホルダ３に光を照射し、ウエハホルダ３からの反射光をハーフミラ１３を介して検出器１０Ａに導き、反射光強度Ｉの経時変化を測定する。この場合も、層１２のダメージの状態により、反射光強度Ｉが図７（ｂ）に示すように変化するため、この事象を利用してクリーニングの終点を検出することができる。なお、この方法は、ウエハホルダ３が透明でも不透明でも実施可能である。
【００３５】
次に図８を参照して第３の方法について説明する。この方法では、図８（ａ）に示すように、ウエハホルダ３の下方に光源１１を設け、ウエハホルダ３の上方の光源１１に対向する位置に放射温度計１０を設ける。そしてクリーニング時には、光源１１を点灯して、ウエハホルダ３を透過してくる光の強度Ｉの経時変化を放射温度計１０により測定する。この場合、図８（ｂ）に示すように、ウエハホルダ３上に層１２が存在している間は、光源１１から放射温度計１０に直接向かう光と、層１２内で回折して放射温度計１０に向かう光とが干渉して、図８（ｂ）に示すように、光の強度Ｉの検出値が振動する。検出値の振幅は層１２の厚さが薄くなるに従って増大し、層１２が消失すると０になる。この事象を利用してクリーニングの終点を検出することができる。
【００３６】
次に図９を参照して第４の方法について説明する。この方法では、図９に示すように、ウエハホルダ３の上方に光源１１と検出器１０Ｂを設ける。そしてクリーニング時には、光源１１を点灯して、層１２による偏光現象により検出器１０Ｂの検出値が変化することを利用して膜厚の測定（分光エリプソによる膜厚測定）を行う。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、基板処理装置が減圧ＣＶＤ装置である場合について説明したが、処理装置が常圧ＣＶＤ装置およびプラズマＣＶＤ装置等の場合にも本発明の適用は可能である。また、基板処理装置は、半導体ウエハに成膜処理を行う装置の他、ＬＣＤ基板等に成膜処理を行う装置であってもよい。
【００３８】
また、上記実施形態においては、クリーニングに用いるエッチングガスとしてＣlＦ3、クリーニング工程において除去する対象となる堆積物すなわち成長膜としてＳiＮ、クリーニング工程に先立ちコーティングする膜としてpoly−Ｓi、を用いた場合について説明したが、本発明の実施はこの組み合わせに限定されるものではなく、以下に例示されたエッチングガス、除去対象の堆積物、コーティング膜の適当な組み合わせによっても実施することができる。
【００３９】
すなわち、（１）クリーニングに用いるエッチングガスとしては、ＣlＦ3、ＮＦ3、ＨＣl、Ｆ2、ＨＦ、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6等を用いることができ、（２）クリーニング工程において除去する対象となる堆積物すなわち成長膜としては、ＳiＮ、（Ｓi3Ｎ4）、ＳiＯ2、ＷＳi、ＡlＮ、ＧaＮ、ＩnＧaＰ、ＧaＡs、ＩnＧaＡlＰ、ＩnＧaＮ、ＩnＡlＮ、ＩnＡlＰ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ダイヤモンド、ＳiＣ、Ａl2Ｏ3、ＺrＯ2、ＷＯ3、ＢＮ、ＴiＣ、ＴiＮ、poly−Ｓi、アモルファスＳi、単結晶Ｓi等を対象とすることができ、（３）クリーニング工程に先立ちコーティングする膜としては、poly−Ｓi、アモルファスＳi、金属Ａl、ＳiＯ2、グラファイト、ダイヤモンド、Ｗ、Ｍo、Ｃu等を用いることができる。
【００４０】
更に、（４）クリーニングの対象となる基板ホルダーとしては、石英、カーボン、ＳiＣコートカーボン、ＳiＣ、Ａl2Ｏ3、Ｓi3Ｎ4等を対象とすることができる。
【００４１】
以下に、上記（１）エッチングガス、（２）堆積物（成長膜）、（３）コーティング膜および（４）基板ホルダの好適な組み合わせについて例示する。
【００４２】
まず、第１の好適な組み合わせとして、エッチングガスがＣlＦ3、ＮＦ3、ＨＣl、Ｆ2またはＨＦ、堆積物がＳiＮ、ＳiＣまたはＳiＯ2、コーティング膜がpoly−ＳiまたはアモルファスＳi、基板ホルダがＳiＯ2またはＡl2Ｏ3、の組み合わせが挙げられる。この組み合わせの場合、クリーニングの進捗状況をモニタする方法としては、図６および図８で説明した方法（透過を利用する方法）が適している。
【００４３】
第２の好適な組み合わせとして、エッチングガスがＣlＦ3、ＮＦ3、ＨＣl、Ｆ2またはＨＦ、堆積物がＳiＮ、ＳiＣまたはＳiＯ2、コーティング膜がpoly−ＳｉまたはアモルファスＳi、基板ホルダがＳiコートカーボンまたはＳiＣ、の組み合わせが挙げられる。この組み合わせの場合、クリーニングの進捗状況をモニタする方法としては、図７および図９で説明した方法（輻射または反射を利用する方法）が適している。
【００４４】
第３の好適な組み合わせとして、エッチングガスがＣlＦ3、ＮＦ3、ＨＣl、Ｆ2またはＨＦ、堆積物がＳiＣ、コーティング膜がＳiＮ、基板ホルダがＳiＯ2またはＡl2Ｏ3、の組み合わせが挙げられる。この組み合わせは、図６および図８で説明した方法（透過を利用する方法）に適している。
【００４５】
第４の好適な組み合わせとして、エッチングガスがＣlＦ3、ＮＦ3、ＨＣl、Ｆ2またはＨＦ、堆積物がＳiＣまたはＳiＮ、コーティング膜がダイヤモンド、基板ホルダがＳiＯ2またはＡl2Ｏ3、の組み合わせが挙げられる。この組み合わせは、図６および図８で説明した方法（透過を利用する方法）に適している。
【００４６】
第５の好適な組み合わせとして、エッチングガスがＣＦ4またはＣ2Ｆ6、堆積物がＳiＮ、ＳiＣまたはＳiＯ2、コーティング膜がＷ、ＭoまたはＣu、基板ホルダがＳiＯ2またはＡl2Ｏ3、の組み合わせが挙げられる。この組み合わせは、図６および図８で説明した方法（透過を利用する方法）に適している。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板ホルダへの堆積物を最短最適な時間でクリーニングすることができ、かつ基板ホルダヘのダメージを低減することができる。またクリーニング時にヒータのダメージを低減することができる。これにより、基板処理装置のメンテナンス頻度を下げることができ、生産性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板処理装置の構成を概略的に示す断面図。
【図２】基板ホルダと包囲体の位置関係を詳細に示す図。
【図３】基板ホルダと包囲体の他の位置関係を詳細に示す図。
【図４】本発明によるクリーニング方法を適用した場合の基板処理装置の稼働手順を示すフローチャート。
【図５】クリーニングが進むにつれて基板ホルダ上の膜が消失することに伴い放射温度計の指示値が変化する様を示すグラフ。
【図６】基板ホルダ上の膜が消失することを光学的に検出する他の手法を説明する図。
【図７】膜が消失することを光学的に検出する更に他の手法を説明する図。
【図８】膜が消失することを光学的に検出する更に他の手法を説明する図。
【図９】膜が消失することを光学的に検出する更に他の手法を説明する図。
【符号の説明】
１  処理室
３  基板ホルダ
４  ヒータ
５  包囲体
９  不活性ガスを供給する手段
【図１】
0003670533.tif 000002
【図２】
0003670533.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003670533.tif 000006
【図６】
0003670533.tif 000007
【図７】
0003670533.tif 000008
【図８】
0003670533.tif 000009
【図９】
0003670533.tif 000010