(57)【要約】【課題】パーティクルの発生を抑制し、生産性の向上を図ることができる基板処理装置のクリーニング方法を提供する。【解決手段】処理容器と、複数の基板を保持する基板保持具とを有し、前記複数の基板を保持した前記基板保持具を前記処理容器内に収容して前記基板に成膜処理を行った後に、前記基板保持具から前記複数の基板を回収し、前記基板保持具を処理容器内に収容した後に、前記処理容器内にクリーニングガスを供給し処理する基板処理装置のクリーニング方法であって、所定の温度よりも高い第１の温度に設定された前記処理容器内に、前記基板を回収した後の前記基板保持具を収容し、前記処理容器内を前記第１の温度に維持する温度安定工程と、前記処理容器内の温度を前記所定の温度である第２の温度に降下させる降温工程と、前記処理容器内を前記第２の温度に維持したままクリーニングガスを供給して前記処理容器内の反応生成物を除去するクリーニング工程とを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、複数の基板を保持する基板保持具とを有し、前記複数の基板を保持した前記基板保持具を前記処理容器内に収容して前記基板に成膜処理を行った後に、前記基板保持具から前記複数の基板を回収し、前記基板保持具を処理容器内に収容した後に、前記処理容器内にクリーニングガスを供給し処理する基板処理装置のクリーニング方法であって、
所定の温度よりも高い第１の温度に設定された前記処理容器内に、前記基板を回収した後の前記基板保持具を収容し、前記処理容器内を前記第１の温度に維持する温度安定工程と、
前記処理容器内の温度を前記所定の温度である第２の温度に降下させる降温工程と、
前記処理容器内を前記第２の温度に維持したままクリーニングガスを供給して前記処理容器内の反応生成物を除去するクリーニング工程とを有する、基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項２】
前記第１の温度は、前記成膜処理が行われた前記基板を前記処理容器から搬出したときの前記処理容器内の温度である、請求項１に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項３】
前記第１の温度と前記第２の温度との温度差が５０〜３５０℃である、請求項１または２に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項４】
前記第１の温度は５５０〜７５０℃である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項５】
前記第２の温度は３５０〜４５０℃以下である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項６】
前記降温工程は、第２の温度よりも低い温度にならないように制御されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項７】
前記基板処理装置は、前記処理容器を加熱するヒータと、前記処理容器を冷却するエアーを供給するブロアと、前記処理容器内の温度を検出する温度センサと、前記ヒータ及び前記ブロアを制御して前記処理容器内の温度を所定の温度に調整する制御部とをさらに有し、
前記降温工程は、前記制御部により制御される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項８】
前記制御部は、予め定められた前記ヒータのヒータ出力と前記ブロアのブロア出力に関する数値モデルと、該数値モデルと前記温度センサが検出した前記処理容器内の温度とに基づいて前記ヒータ出力を演算するヒータ出力演算部と、前記数値モデルと前記温度センサが検出した前記処理容器内の温度とに基づいて前記ブロア出力を演算するブロア出力演算部とを有する、請求項７に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項９】
数値モデルは、ヒータ出力用数値モデルと、ブロア出力用数値モデルとを有し、
前記ブロア出力演算部は、前記ブロア出力用数値モデルと、前記温度センサが検出した処理容器内の温度に基づいて前記ブロア出力を演算する、請求項８に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項１０】
前記ブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、前記温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、前記被処理体の温度推測値と前記被処理体の温度実測値とを比較して調整したモデルである、請求項９に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項１１】
前記クリーニング工程の後に前記処理容器内にコーティング膜を成膜するコーティング工程を有する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項１２】
複数の基板を保持した基板保持具を処理容器内に収容して前記基板に成膜処理を行った後に、前記基板保持具から前記複数の基板を回収し、前記基板保持具を処理容器内に収容した後に、前記処理容器内にクリーニングガスを供給し処理する制御部を有する基板処理システムであって、
前記制御部は、
所定の温度よりも高い第１の温度に設定された前記処理容器内に、前記基板を回収した後の前記基板保持具を収容し、前記処理容器内を前記第１の温度に維持し、
前記処理容器内の温度を前記所定の温度である第２の温度に降下させ、
前記処理容器内を前記第２の温度に維持したままクリーニングガスを供給して前記処理容器内の反応生成物を除去するように制御する、基板処理システム。
【請求項１３】
前記第１の温度は、前記成膜処理が行われた前記基板を前記処理容器から搬出したときの前記処理容器内の温度である、請求項１２に記載の基板処理システム。
【請求項１４】
前記第１の温度と前記第２の温度との温度差が５０〜３５０℃である、請求項１２または１３に記載の基板処理システム。
【請求項１５】
前記制御部は、記処理容器内の温度を前記所定の温度である第２の温度に降下させるときに、前記第２の温度よりも低い温度にならないように制御する、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の基板処理システム。
【請求項１６】
前記制御部は、前記処理容器を加熱するヒータ及び前記処理容器を冷却するエアーを供給するブロアを制御して前記処理容器内の温度を所定の温度に調整する、請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の基板処理システム。
【請求項１７】
前記制御部は、予め定められた前記ヒータのヒータ出力と前記ブロアのブロア出力に関する数値モデルと、該数値モデルと前記処理容器内の温度を検出する温度センサが検出した前記処理容器内の温度とに基づいて前記ヒータ出力を演算するヒータ出力演算部と、前記数値モデルと前記温度センサが検出した前記処理容器内の温度とに基づいて前記ブロア出力を演算するブロア出力演算部とを有する、請求項１６に記載の基板処理システム。
【請求項１８】
前記数値モデルは、ヒータ出力用数値モデルと、ブロア出力用数値モデルとを有し、
前記ヒータ出力演算部は、前記ヒータ出力用数値モデルと、前記温度センサが検出した前記処理容器内の温度に基づいてヒータ出力を求め、
前記ブロア出力演算部は、前記ブロア出力用数値モデルと、前記温度センサが検出した前記処理容器内の温度に基づいて前記ブロア出力を演算する、請求項１７に記載の基板処理システム。
【請求項１９】
前記ブロア出力用数値モデルは、予めヒータおよびブロアを動作させ、前記温度センサ、ヒータ出力値およびブロア出力値に基づいて被処理体の温度を推測し、この温度推測値と被処理体の温度実測値とを比較して調整したモデルである、請求項１８に記載の基板処理システム。
【請求項２０】
前記制御部は、前記処理容器内を前記第２の温度に維持したままクリーニングガスを供給して前記処理容器内の反応生成物を除去した後に、前記処理容器内にコーティング膜を成膜するように制御する、請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置のクリーニング方法及び基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数枚の基板を収容した基板保持具を縦型の反応管に挿入して基板に成膜処理を行う基板処理装置では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理により、反応管内で反応生成物が各基板の表面に堆積し、基板表面に薄膜が形成される。反応生成物は、基板の表面だけでなく、基板処理装置の内部（例えば、反応管の内壁等）にも付着し、その付着物やその影響により反応管内で欠けた石英が、パーティクル源となって、生産性を低下させる原因となる。
【０００３】
従来の基板処理装置では、このようなパーティクルの発生を抑制するため、反応管内にクリーニングガスを供給して、熱処理装置内に付着した反応生成物の除去（ドライエッチング）が行われていた（例えば、特開２００９−１９４３９１号公報（特許文献１））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９４３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の基板処理装置では、基板保持具の下部に反応炉内の温度低下を防止する保温筒が設けられているが、基板保持具の下部に位置する保温筒領域は、ドライエッチングが施される際に、反応炉内の温度が低い傾向となる下部領域に収容されることとなる。そのため、基板保持具の下部では、十分なドライエッチングが行われず、膜残りが生じる傾向がある。この保温筒領域の膜残りは、パーティクルを発生させ、生産性を低下させる可能性がある。
【０００６】
また、保温筒領域の膜残りは、ＤＨＦを用いたウエット洗浄により除去できるが、このようなウエット洗浄を行う間は、成膜処理が休止されるため、生産性が低下する。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、パーティクルの発生を抑制し、生産性の向上を図ることができる基板処理装置のクリーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板処理装置のクリーニング方法は、処理容器と、複数の基板を保持する基板保持具とを有し、前記複数の基板を保持した前記基板保持具を前記処理容器内に収容して前記基板に成膜処理を行った後に、前記基板保持具から前記複数の基板を回収し、前記基板保持具を処理容器内に収容した後に、前記処理容器内にクリーニングガスを供給し処理する基板処理装置のクリーニング方法であって、所定の温度よりも高い第１の温度に設定された前記処理容器内に、前記基板を回収した後の前記基板保持具を収容し、前記処理容器内を前記第１の温度に維持する温度安定工程と、前記処理容器内の温度を前記所定の温度である第２の温度に降下させる降温工程と、前記処理容器内を前記第２の温度に維持したままクリーニングガスを供給して前記処理容器内の反応生成物を除去するクリーニング工程とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、パーティクルの発生を抑制し、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略図である。
【図２】本実施形態に係る熱処理装置の供給ラインおよび排気ラインを示す図である。
【図３】本実施形態に係る熱処理装置の制御方法を示す概略図である。
【図４】本実施形態に係る熱処理装置のコントローラの概略図である。
【図５】本実施形態に係る熱処理装置のクリーニング方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る熱処理装置のクリーニング方法における温度制御を示すグラフである。
【図７】（Ａ）は本実施形態に係る熱処理装置のクリーニング方法を用いた場合の温度変化を示すグラフであり、（Ｂ）は本実施形態に係る熱処理装置のクリーニング方法を用いない場合の温度変化を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係る熱処理装置のクリーニング方法を用いた場合の効果を説明する図である。
【図９】本実施形態に係る熱処理装置のクリーニング方法を用いた場合の効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、本明細書および各図において、共通する構成については、同一符号を付して説明を省略する場合がある。図１は本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略図であり、図２は本実施形態に係る熱処理装置の供給ラインおよびー排気ラインを示す図であり、図３は本実施形態に係る熱処理装置の制御方法を示す概略図であり、図４は本実施形態に係る熱処理装置のコントローラの概略図である。
【００１２】
図１において、熱処理装置１は、縦型の熱処理装置であり、本発明の基板処理装置の一例である。熱処理装置１は、基板、例えば半導体ウエハＷを複数枚収容して酸化、拡散、ＣＶＤ等の熱処理を施すことができる縦型の熱処理炉２を備えている。
【００１３】
熱処理炉２は、内周面にヒータ１８が設けられた炉本体５と、炉本体５内に配置され、炉本体５との間に空間３３を形成するとともに、ウエハＷを収容して熱処理するための処理容器３とを備えている。このうちヒータ１８は、後述のように複数のヒータエレメント１８Ａからなる。
【００１４】
また炉本体５は、ベースプレート６により支持され、このベースプレート６には処理容器３を下方から上方に挿入するための開口部７が形成されている。またベースプレート６の開口部７にはベースプレート６と処理容器３との間の隙間を覆うように図示しない断熱材が設けられている。
【００１５】
処理容器３は、石英製の容器であり、上端が閉塞され、下端が炉口３ａとして開口された縦長の円筒状形状を有する。処理容器３の下端には外向きのフランジ３ｂが形成され、フランジ３ｂは図示しないフランジ押えを介してベースプレート６に支持されている。また、処理容器３には、下側部に処理ガスや不活性ガス等を処理容器３内に導入する導入ポート（導入口）８が設けられている。
【００１６】
導入ポート８には、図示しないガス供給源が接続され、熱処理炉２内に処理ガスを導入するガス導入管（図示せず）が挿通されている。処理ガスはガス供給源からガス導入管を介して処理容器３内に供給される。このような処理ガスとしては、例えば、半導体ウエハＷに薄膜を形成するための成膜用ガスや、後述する熱処理装置１の内部に付着した付着物（反応生成物）を除去（クリーニング）するためのクリーニングガスがある。
【００１７】
成膜用ガスには、半導体ウエハＷに成膜する薄膜の種類等に応じた各種のガスが用いられる。例えば、半導体ウエハＷにシリコン窒化膜を成膜する場合、成膜用ガスには、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）とアンモニア（ＮＨ３）や、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ：Ｓｉ２Ｃｌ６）とアンモニア（ＮＨ３）等が用いられる。また、半導体ウエハＷにポリシリコン膜を成膜する場合、成膜用ガスには、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）が用いられる。
【００１８】
クリーニングガスには、熱処理装置１の内部に付着した付着物を除去可能な各種のガスが用いられる。クリーニングガスは、例えば、フッ化水素（ＨＦ）を含むガスから構成され、本実施の形態では、フッ素とフッ化水素ガスと希釈ガスとしての窒素ガスとの混合ガスから構成されている。
【００１９】
ガス導入管は、図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を介して、処理ガス供給源に接続されている。なお、処理ガス導入管は、熱処理炉２内に導入するガスの種類に応じて、１本以上設けることができる。本実施形態では、図示しないが、熱処理炉２内に成膜用ガスを導入する成膜用ガス導入管と、熱処理炉２内にクリーニングガスを導入するガス導入管とが、熱処理炉２の下端近傍の側面に挿通されている。
【００２０】
なお、熱処理炉２の下端近傍の側面には、図示しないパージガス供給管が挿通されている。パージガス供給管には、ＭＦＣを介して図示しないパージガス供給源に接続されており、所定量のパージガス、例えば、窒素ガスが熱処理炉２内に供給される。
【００２１】
また、処理容器３の側面には、導入ポート８の他、処理容器３内のガスを排気するための図示しない排気ポート（排気口）が、導入ポート８と類似した構成を有して設けられている。導入ポート８には、図示しないガス供給源が接続され、排気ポートには、例えば１３３×６００Ｐａ〜１３３×１０−２Ｐａ程度に減圧制御が可能な真空ポンプを備えた排気系（図示せず）が接続されている。
【００２２】
処理容器３の下方には、処理容器３の炉口３ａを閉塞する蓋体１０が図示しない昇降機構により昇降移動可能に設けられている。この蓋体１０の上部には、炉口の保温手段である保温筒１１が載置され、該保温筒１１の上部には、直径が３００ｍｍのウエハＷを多数枚、例えば１００〜１５０枚程度、上下方向に所定の間隔で搭載する基板保持具である石英製のボート１２が載置されている。蓋体１０には、ボート１２をその軸心回りに回転する回転機構１３が設けられている。ボート１２は、蓋体１０の下降移動により処理容器３内から下方のローディングエリア１５内に搬出（アンロード）され、ウエハＷの移替え後、蓋体１０の上昇移動により処理容器３内に搬入（ロード）される。
【００２３】
上記の炉本体５は、円筒状の断熱材１６と、該断熱材１６の内周面に軸方向（図１の例では上下方向）に多段に形成された溝状の棚部１７とを有し、各棚部１７に沿ってヒータエレメント（ヒータ線、発熱抵抗体）１８Ａが配置されている。断熱材１６は、例えばシリカ、アルミナあるいは珪酸アルミナを含む無機質繊維からなっている。断熱材１６は、縦に二分割されており、このためヒータ１８の組立（例えばヒータエレメント１８Ａの組付等）を容易に行うことができる。
【００２４】
断熱材１６には、ヒータエレメント１８Ａを適宜間隔で径方向に移動可能に且つ棚部１７から脱落ないし脱出しないように保持するピン部材（図示せず）が配設されている。円筒状の断熱材１６の内周面には、これと同心の環状の溝部２１が軸方向に所定ピッチで多段に形成され、隣り合う上部の溝部２１と下部の溝部２１との間に周方向に連続した環状の棚部１７が形成されている。溝部２１におけるヒータエレメント１８Ａの上部と下部、及び溝部２１の奥壁とヒータエレメント１８Ａとの間にはヒータエレメント１８Ａの熱膨張収縮及び径方向の移動を許容する隙間が設けられている。これらの隙間により、強制冷却時の冷却媒体がヒータエレメント１８Ａの背面に回り込み、ヒータエレメント１８Ａを効果的に冷却できるようになっている。なお、このような冷却媒体としては、エアー、窒素ガスあるいは水が考えられる。
【００２５】
ヒータ１８を構成するヒータエレメント１８Ａは、処理容器３の上端から保温筒１１付近の周囲までを覆うように設けられている。また、各ヒータエレメント１８Ａ間は、接続板により接合され、端部側に位置するヒータエレメント１８Ａは断熱材１６を径方向に貫通するように設けられた端子板２２ａ，２２ｂを介して外部のヒータ駆動部１８Ｂに接続されている。
【００２６】
炉本体５の断熱材１６の形状を保持すると共に断熱材１６を補強するために、図１に示すように、断熱材１６の外周面は、金属製、例えばステンレス製の外皮（アウターシェル）２８で覆われている。また、炉本体５の外部への熱の影響を抑制するために、外皮２８の外周面は水冷ジャケット３０で覆われている。断熱材１６の頂部にはこれを覆う上部断熱材３１が設けられ、この上部断熱材３１の上部には外皮２８の頂部（上端部）を覆うステンレス製の天板３２が設けられている。
【００２７】
また、図１および図２に示すように、熱処理後にウエハＷを急速降温させて処理の迅速化を図るために、炉本体５には炉本体５と処理容器３との間の空間３３内の雰囲気を外部に排出する排熱系３５と、空間３３内に常温（２０〜３０℃）のエアーを導入して強制的に冷却する強制冷却手段３６とが設けられている。排熱系３５は、例えば炉本体５の上部に設けられた排気口３７からなり、該排気口３７には、空間３３内のエアーを排気する排気ライン６２が接続されている（図２参照）。
【００２８】
さらに強制冷却手段３６は、炉本体５の断熱材１６と外皮２８の間に高さ方向に複数形成された環状流路３８と、各環状流路３８から断熱材１６の中心斜め方向へ冷却媒体を吹き出して空間３３の周方向に旋回流を生じさせるよう断熱材１６に設けられた吹出し孔４０とを有している。環状流路３８は、断熱材１６の外周面に帯状または環状の断熱材４１を貼り付けるか、あるいは断熱材１６の外周面を環状に削ることにより形成されている。吹出し孔４０は、断熱材１６における上下に隣接するヒータエレメント１８Ａの間である棚部１７にこれを径方向の内外に貫通するように形成されている。このように吹出し孔４０を棚部１７に設けることにより、ヒータエレメント１８Ａに邪魔されることなく冷却媒体を空間３３に噴出することができる。
【００２９】
なお本例では、ヒータエレメント１８Ａとして帯状の発熱抵抗体を用い、棚部１７内に収納した例を示したが、ヒータエレメント１８Ａとしてはこのような構造を有するものに限られず、他の種々の構造のヒートエレメントを用いることができる。また吹出し孔４０からの冷却媒体により空間３３内に旋回流を生じさせる例について示したが、吹出し孔４０からの冷却媒体により必ずしも旋回流を生じさせる必要はない。
【００３０】
外皮２８の外周面には、各環状流路３８に冷却媒体を分配供給するための共通の１本の供給ダクト４９が高さ方向に沿って設けられ、外皮２８には供給ダクト４９内と各環状流路３８とを連通する連通口が形成されている。供給ダクト４９には冷却媒体を供給する供給ライン５２が接続されている。
【００３１】
また、処理容器３内には、処理容器３内の温度を検知する温度センサ（炉内温度センサ）５０が設置され、この温度センサ５０からの検知信号は信号ライン５０ａを介して制御装置５１（コントローラ）に送られる。なお温度センサ５０は、必ずしも処理容器３内に設ける必要はなく、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に設けてもよく、または両方に設けてもよい（図１の２点鎖線）。
【００３２】
さらに排気口３７内にも温度センサ（排気温度センサ）８０が設置され、この温度センサ８０からの検知信号は、信号ライン８０ａを介して制御装置５１に送られる。
【００３３】
また図１および図２に示すように、供給ライン５２と排気ライン６２は各々独立してオープン系の冷却媒体を供給する供給ラインまたは排気する排気ラインを構成している。このうち供給ライン５２には、流量センサ５２ａおよび供給ブロア５３が設けられ、この供給ブロア５３はインバータ駆動部５３ａを有している。
【００３４】
また、供給ブロア５３の入口側には、ダンパ５６が設けられ、供給ブロア５３の出口側には、バルブ５４およびバタフライ弁５５が配置されている。これら供給ブロア５３の入口側のダンパ５６および供給ブロア５３の出口側のバルブ５４およびバタフライ弁５５はいずれも開閉調整自在となっており、ダンパ５６、バルブ５４およびバタフライ弁５５は供給ライン側弁機構５４Ａを構成している。
【００３５】
また、排気ライン６２には流量センサ６２ａおよび排気ブロア６３が設けられ、この排気ブロア６３はインバータ駆動部６３ａを有している。
【００３６】
さらに、排気ブロア６３の入口側にはバタフライ弁６６およびバルブ６７が設けられ、排気ブロア６３の出口側にはバルブ６４、バタフライ弁６５が配置されている。これら排気ブロア６３の入口側のバタフライ弁６６およびバルブ６７、および排気ブロア６３の出口側のバルブ６４およびバタフライ弁６５はいずれも開閉調整自在となっており、かつ排気ブロア６３の入口側のバタフライ弁６６およびバルブ６７、および排気ブロア６３の出口側のバルブ６４およびバタフライ弁６５は排気ライン側弁機構６４Ａを構成している。
【００３７】
そして、制御装置５１、供給ライン５２、供給ブロア５３、供給ライン側弁機構５４Ａ、排気ブロア６３、排気ライン６２および排気ライン側弁機構６４Ａによって、ＲＣＵシステム（Rapid Cooling Unit）１Ａが構成されている（図３参照）。
【００３８】
温度センサ５０は、上述のように処理容器３内に設置されて処理容器３内の温度を検出するものであるが、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に温度センサ５０を設置することにより、間接的に処理容器３内の温度を検出してもよい。
【００３９】
温度センサ５０で検出された検知信号は、信号ライン５０ａを介して制御装置５１に送られる（図１参照）。この制御装置５１は、例えば１００℃〜８００℃の温度領域での昇温過程、降温過程、または温度安定時において、所定の目標温度に対する収束時間を短縮させ、かつ精度良く目標温度に近づけることができる（図４参照）。
【００４０】
すなわち、制御装置５１は、予め定められたヒータ出力とブロア出力に関する数値モデル７１と、この数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求めるヒータ出力演算部５１ａと、数値モデル７１と温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求めるブロア出力演算部５１ｂとを有している。
【００４１】
このうち、数値モデル７１はヒータ出力用数値モデル７１ａとブロア出力用数値モデル７１ｂとを有している。ヒータ出力演算部５１ａはヒータ出力用数値モデル７１ａと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を求め、ブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を求める。
【００４２】
ヒータ出力用数値モデル７１ａは、温度センサ５０およびヒータ駆動部１８Ｂから、予め半導体ウエハＷの温度を推測し、さらに、推測した温度を全体として目的温度に近接させるために、ヒータ１８に供給する電力を特定可能な数学モデルであり、任意のモデル（多変数、多次元、多出力関数）を利用可能である。このようなヒータ出力用数値モデル７１ａとしては、例えば、米国特許第５，５１７，５９４号公報に開示されたモデルを使用することができる。
【００４３】
米国特許５，５１７，５９４号公報に開示されたモデルを例に説明する。まず、図１に示す熱処理装置に、中心と周縁部から例えば６ｍｍ離れた位置とに熱電対を組み込んだ５枚のテスト用半導体ウエハを用意する。次に、これらの５枚のテスト用半導体ウエハが、５つのゾーンに１つずつ位置するように、テスト用ウエハと通常のウエハとをボートに載置する。次に、このボートを処理容器にロードする。次に、ヒータに高周波帯域の信号及び低周波帯域の信号を印加し、温度センサの出力、テスト用ウエハ上の熱電対の出力（ウエハ温度）、ヒータに供給される電流などのデータを、例えば、１〜５秒のサンプリング周期で取得する。
【００４４】
次に、一定の温度範囲、例えば４００℃〜１１００℃の範囲で、１００℃間隔で温度帯域を設定する（広温度帯域を１つのモデルでカバーすると温度の推定などが不正確になってしまうため）。取得したデータから、各温度帯域について、数式（１）に示すＡＲＸ（自動回帰）モデルを設定する。
【００４５】
ｙｔ ＋ ＡＡ１ ｙｔ−１ ＋ ＡＡ２ ｙｔ−２ ＋ ... ＋ ＡＡｎ ｙｔ−ｎ ＝ ＢＢ１ ｕｔ−１ ＋ ＢＢ２ ｕｔ−２ ＋ ... ＋ ＢＢｎ ｕｔ−ｎ ＋ ｅｔ          （１）
ｙｔ：時点ｔでの以下の内容を成分とするｐ行１列のベクトル
内容：温度センサの出力の変動量（この例では５つの温度センサ電対が存在するため、５成分）、上記とは別の場所に置かれた温度センサの出力の変動量（この例では５つの温度センサが存在するため、５成分）、ウエハの中心部にセットした熱電対の出力の変動量（この例では５つ）、ウエハの周縁部にセットした熱電対の出力変動量（この例では５つ）。従って、この例では、ｙ１は２０行１列のベクトルとなる。
【００４６】
ｕｔ：時点ｔでのヒータ電力の変動量を成分とするｍ行１列のベクトル（この例では、ヒータが５台のため、５行１列）。
【００４７】
ｅｔ：ホワイトノイズを成分とするｍ行１列のベクトル。
【００４８】
ｎ：遅れ（例えば８）。
【００４９】
ＡＡ１〜ＡＡｎ：ｐ行ｐ列の行列（この例では、２０行２０列）。
【００５０】
ＢＢ１〜ＢＢｎ：ｐ行ｍ列の行列（この例では、２０行５０列）。
【００５１】
ここで、各係数ＡＡ１〜ＡＡｎとＢＢ１〜ＢＢｎを、最小二乗法などを用いて決定する。
【００５２】
このＡＲＸモデル関係を、状態空間法に適用すると、その基本方程式は下記数式（２）で表すようになる。
【００５３】
ｘｔ＋１ ＝ Ａｘｔ ＋ Ｂｕｔ ＋ ＫＴｅｔ
ｙｔ ＝ Ｃｘｔ＋１ ＋ ｅｔ          （２）
ここで、ｘは状態変数、Ｋはカルマンフィルタのフィードバック系、Ａ，Ｂ，Ｃは行列である。
【００５４】
実際の成膜時の処理速度を向上するため、次数を１０次程度まで低次元化し、この数式（２）から温度帯域毎に数式モデルを作成する。
【００５５】
このようにして、温度帯域毎に、入力（温度センサ、及びヒータ電力Ｐ）からウエハの温度を導く数式３を導く。
【００５６】
［数３］ｘ＾ｔ＋１ ＝ Ａｘ＾ｔ ＋ Ｂ（Ｐinput,t ＋ ｕbias）＋ Ｌ（Ｔthermocouple,t−Ｃｓｘ＾ｔ ＋ Ｓbias）
Ｔmodel,t ＝ Ｃｗｘ＾１ ＋ Ｗbias
次に、再度、テスト用ウエハを処理し、数式３に基づいて推定されたウエハ温度ＴmodelとウエハＷ（被処理体）の実測値Ｔwaferとを比較し、モデルを調整（チューニング）する。このモデル調整動作を必要に応じて複数回繰り返す。
【００５７】
このようにして、ウエハの処理枚数及びその配置に応じて、ウエハの温度推定及びウエハ温度を目標温度とするための出力を定義するヒータ出力用数値モデル７１ａが得られる。なお、推測したウエハ温度を制御対象とする例を示したが、観測温度そのものを制御対象とするモデルとしてもよい。
【００５８】
他方、ブロア出力用数値モデル７１ｂは、上述のヒータ出力用数値モデル７１ａを求める方法と同様に、ヒータ１８を動作させながら、供給ブロア５３および排気ブロア６３を実際に動作させ、半導体ウエハＷの温度を実測することにより、ヒータ出力用数値モデル７１ａとともに取得可能である。
【００５９】
なお、数値モデル７１がヒータ出力用数値モデル７１ａとブロア出力用数値モデル７１ｂの双方を有する例を示したが、単一の数値モデル７１内にヒータ出力用数値モデルおよびブロア出力用数値モデルを含ませてもよい。
【００６０】
また、ヒータ出力演算部５１ａにより求められたヒータ出力は、ヒータ駆動部１８Ｂに送られ、このヒータ駆動部１８Ｂにより、ヒータ出力演算部５１ａにより求められたヒータ出力に基づいてヒータ１８のヒータエレメント１８Ａが駆動制御される。
【００６１】
一方、ブロア出力演算部５１ｂにより求められたブロア出力はインバータ駆動部５３ａ，６３ａに送られ、これらインバータ駆動部５３ａ，６３ａにより供給ブロア５３および排気ブロア６３が駆動制御される。
【００６２】
このようにして、供給ブロア５３と排気ブロア６３とによって、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体が供給される。
【００６３】
なお、供給ブロア５３と排気ブロア６３を設置することによって、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体を供給する例を示したが、これに限らず、供給ブロア５３または排気ブロア６３のうち、いずれか一方のみを設置して炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に冷却媒体を供給してもよい。また、その場合に供給ライン５２と排気ライン６２ともにブロアに接続し、クローズ系の冷却媒体を供給する供給ラインまたは排気する排気ラインを構成してもよい。例えば供給ブロア５３のみを設置する場合、ブロア出力演算部５１ｂにより求められたブロア出力に基づいて、供給ブロア５３のインバータ駆動部５３ａが駆動制御される。
【００６４】
次にこのような構成からなる熱処理装置の動作について説明する。まず、ボート１２内にウエハＷが搭載され、ウエハＷが搭載されたボート１２が蓋体１０の保温筒１１上に載置される。その後、蓋体１０の上昇移動により、ボート１２が処理容器３内へ搬入される。
【００６５】
次に制御装置５１はヒータ駆動部１８Ｂを制御してヒータエレメント１８Ａを作動させ、炉本体５と処理容器３との間の空間３３を加熱し、処理容器３内のボート１２に搭載されたウエハＷに対して必要な熱処理を施す。
【００６６】
この間、後述のように、必要に応じて熱処理作業の効率化を図るため、炉本体５と処理容器３との間の空間３３内を強制的に冷却する。
【００６７】
この場合、まず制御装置５１によって供給ブロア５３および排気ブロア６３が作動する。このとき冷却媒体（２０〜３０℃）が供給ライン５２内に導入され、次に冷却媒体は供給ブロア５３から供給ダクト４９へ送られる。
【００６８】
その後、供給ダクト４９内の冷却媒体は炉本体５の断熱材１６外方に形成された各環状流路３８内に進入し、次に環状流路３８内の冷却媒体は断熱材１６を貫通して設けられた吹出し孔４０から炉本体５と処理容器３との間の空間３３内に吹出されて、この空間３３内を強制的に冷却する。
【００６９】
空間３３内の冷却媒体は排気ライン６２を経て熱交換器６９によって冷却された後、排気ブロア６３によって外部へ排気される。
【００７０】
この場合、ヒータ出力演算部５１ａはヒータ出力用数値モデル７１ａと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてヒータ出力を定め、このヒータ出力に基づいてヒータ駆動部１８Ｂがヒータ１８を駆動制御する。またブロア出力演算部５１ｂはブロア出力用数値モデル７１ｂと温度センサ５０からの炉内温度に基づいてブロア出力を定め、このヒータ出力に基づいてインバータ駆動部５３ａ，６３ａが供給ブロア５３および排気ブロア６３を回転数制御することにより駆動制御する。
【００７１】
これにより、例えば低温域での昇温過程、降温過程、または温度安定時において処理容器３内における温度を所定の目標温度に短時間でかつ、精度よく収束させることができる。
【００７２】
次に、本実施形態に係る熱処理装置のクリーニング方法について説明する。図５は、本実施形態に係る熱処理装置のクリーニング方法の手順を示すフローチャートである。図６は、実施形態に係る熱処理装置のクリーニング方法における温度制御を示すグラフである。
【００７３】
本実施形態のクリーニング方法では、上述のようにウエハＷを保持したボートを処理容器３に収容して成膜処理を行う成膜処理工程を実施した後に、処理容器３内にクリーニングガスを供給して熱処理装置１をクリーニング処理する。
【００７４】
ここで、クリーニングガスには、上述した熱処理装置１の内部に付着した付着物を除去可能な各種のガス（例えば、フッ素（Ｆ２）とフッ化水素（ＨＦ）との混合ガス等）を用いることができる。また、所定のクリーニング温度は、ボート１２を含む熱処理装置１の内部をクリーニングする場合の一般的な加熱温度であり、例えば約２５０〜５００℃の温度範囲に含まれる温度である。
【００７５】
本実施形態に係るクリーニング方法は、温度安定工程、降温工程、およびクリーニング工程を有する。
【００７６】
まず温度安定工程では、クリーニングガスが供給された処理容器３内を第１の温度に設定する（ステップＳＴ１）。第１の温度は、上記のクリーニング温度よりも高い温度に設定されている。次に、第１の温度に設定された処理容器３内に、ウエハＷを回収した後のボート１２（空のボート１２）をロードする。これにより、ボート１２は処理容器３内に収容される（ステップＳＴ２）。そして、処理容器３内にボート１２を収容した状態で、処理容器３内の温度を第１の温度に維持する（ステップＳＴ３）。
【００７７】
降温工程では、温度安定工程を実施した後、処理容器３内の温度を第１の温度から第２の温度に降下させる（ステップＳＴ４）。例えば、図６に示すように、第１の温度を６５０℃に設定して温度安定工程を実施し、後述のクリーニング工程における第２の温度を４００℃とする場合、処理容器３内の温度を６５０℃（第１の温度）から４００℃（第２の温度）に下げる温度制御が行われる。
【００７８】
クリーニング工程では、上記の降温工程を実施した後に、処理容器３内を第２の温度に維持する（ステップＳＴ５）。第２の温度は、上記のクリーニング温度（約３００〜４５０℃）に設定されている。クリーニング工程では、処理容器３内の温度が第２の温度に維持されたままクリーニングガスが供給され、処理容器３内の反応生成物が除去される。これにより、クリーニング工程では、従来のクリーニング条件で処理容器３（反応炉）内のクリーニングが行われる（ステップＳＴ６）。
【００７９】
クリーニング工程を実施した後は、ボート１２を処理容器３からアンロードする（ステップＳＴ７）。これにより、本実施形態のクリーニング方法による熱処理装置１のクリーニング処理（ステップＳＴ１〜ＳＴ７）は終了する。熱処理装置１のクリーニング処理が終了したら、図６に示すように、処理容器３内の温度を７８０℃に上げて反応ＮＨ３ガス、ＤＣＳガスを処理容器３内に導入する等により、次の成膜処理工程が実施される。
【００８０】
また、クリーニング工程を実施した後、ボート１２を処理容器３からアンロードする前に、処理容器３内にコーティング膜を成膜するコーティング工程を実施してもよい。クリーニング工程の後にこのようなコーティング工程を設けることによって、クリーニング後にフッ素化合物などの汚染やパーティクルの発生源が処理容器３内に拡散するのを抑制することができる。
【００８１】
本実施形態のクリーニング方法における温度安定工程、降温工程、クリーニング工程及び任意のコーティング工程は、上述の制御装置５１によりそれぞれ制御することができる。また、本実施形態の基板処理システムは、上述の制御装置５１を有しており、上述した基板処理装置のクリーニング方法における温度安定工程、降温工程、クリーニング工程及び任意のコーティング工程を制御することができる。なお、制御装置５１は、本発明に係る基板処理装置のクリーニング方法及び基板処理システムで用いられる制御部の一例である。
【００８２】
なお、熱処理装置１による成膜処理および熱処理装置１のクリーニング処理において、処理容器３内の圧力は限定されず、成膜条件やクリーニング条件に応じて適宜調整することができる。また、本例の成膜処理およびクリーニング処理において、処理容器３内の温度を維持する時間または降温させる時間は限定されず、成膜条件やクリーニング条件に応じて適宜調整することができる。
【００８３】
このような温度安定工程を含むクリーニングを行うことにより、ボート１２にドライクリーニング（ドライエッチング）を施した場合に、処理容器３内に収容された状態で温度が低い傾向となるボート１２の下部（例えば、保温筒１１の領域）でも十分なドライエッチングが行われ膜残りを抑制することができる。そのため、ボート下部の膜残りによるパーティクルの発生を抑制することができ、生産性の低下を防ぐことができる。
【００８４】
なお、第１の温度および第２の温度は、これらの温度差を５０〜３５０℃に、好ましくは１００〜３００、より好ましくは１５０〜２５０℃に制御する。このように第１の温度と第２の温度との温度差を制御することにより、従来のクリーニング後に膜残りが生じやすいボート１２の下部で確実に膜残りを抑制することができる。そのため、パーティクルの発生が確実に抑制され、生産性の低下を確実に防ぐことができる。
【００８５】
クリーニング温度より高い第１温度は、例えば５５０〜７５０℃であり、好ましくは６００〜７００℃であり、より好ましくは６３０〜６７０℃である。第１の温度が５５０℃未満の場合は、処理容器３内の下部やボート１２の下部にある保温筒１１の領域に膜残りが生じる傾向があり、第１の温度が７５０℃を超える場合は、過度なクリーニングが行われることとなり、処理容器３の内壁やボート１２そのものがエッチングされる傾向がある。
【００８６】
なお、温度安定工程では、成膜処理工程が実施されたウエハＷを処理容器３からアンロードしたときの処理容器３内の温度を、第１の温度として設定、維持してもよい（ステップＳＴ１〜ＳＴ３）。成膜処理が行われたウエハＷを処理容器３からアンロードしたときの処理容器３内の温度は約５５０〜７５０℃の範囲になる傾向があるため、このタイミングで温度安定工程を行えば、クリーニングによるダウンタイム（休止時間）を少なくすることができる。
【００８７】
降温工程では、処理容器３内の温度を第１の温度から第２の温度に下げる際に、第２の温度よりも低い温度にならないように制御されている。すなわち、第１の温度から第２の温度に降温する過程で第２の温度よりも低くなることがないように制御されている。このような温度制御を行うことにより、従来のクリーニングに相当するクリーニング工程を実施する前に処理容器３内を再加熱する必要がないため、クリーニングによるダウンタイムを確実に減らすことができる。
【００８８】
本実施形態では、降温工程におけるこのような温度制御を、上述した制御装置５１（ＲＣＵシステム）で行うことができる。この降温工程における制御装置５１による具体的な温度制御は、成膜処理工程における温度制御を適用すればよい。この場合は、ボート１２が被処理体となる。
【００８９】
図７は、降温工程においてＲＣＵシステムを用いた場合（図７（Ａ））と、ＲＣＵシステムを用いない場合（図７（Ｂ））とで、処理容器３内の温度変化の挙動を比較した図である。図７に示すように、制御装置５１（ＲＣＵシステム）を用いずに降温工程を実施した場合（図７（Ｂ））、第２の温度（３００℃）よりも低い温度に過冷却されている。これに対して、制御装置５１（ＲＣＵシステム）を用いて降温工程を実施した場合（図７（Ａ））、第２の温度（３００℃）よりも低い温度にならない制御が行われている。このように、ＲＣＵシステムを用いた温度制御を降温工程に採用することにより、クリーニングに伴う再加熱が不要で、ダウンタイムを確実に減らすことができる温度制御を行うことができる。
【００９０】
図８及び図９は、本実施形態の基板処理装置のクリーニング方法を実施した場合の効果について説明する図である。これらの図では、縦軸にボート１２の各部の成膜の膜厚を１とし、ドライエッチングによるエッチング膜の膜厚を棒グラフで示している。例えば、棒グラフの頂部が１を超える場合は、ドライエッチングにより成膜がエッチング（クリーニング）されたことを示す。ただし、棒グラフの頂部が１を大きく超える場合は、過剰なエッチングが行われている（ボート１２そのものがエッチングされている）ことを示す。
【００９１】
図８に示すように、まず従来のクリーニング（Conventional）をボート１２の下部に膜残りが生じないように行った場合、ボート１２の下部以外の部分（例えば、ウエハを保持する領域）に膜残りが生じる結果となった。また、従来のクリーニング温度（４２０℃）で長時間（６０分）クリーニングを行った場合、ボート１２の下部に膜残りは生じなかったものの、クリーニング時間が長いためダウンタイムを生じる。さらに、従来のクリーニング温度（４２０℃）で加圧（１５０Ｔｏｒｒ）した場合、ボート１２の下部がエッチングされ、細部に膜残りが生じた。また、クリーニング温度を従来よりも高くして（４６０℃）、ボート１２の下部を中心にクリーニングした場合、ボート１２の下部がエッチングされ、上部および細部に膜残りが生じた。
【００９２】
これに対して、本実施形態におけるクリーニング方法の一例（第１の温度（７００℃）から第２の温度（４２０℃）に制御）を実施した場合、ボート１２の下部を含むボート１２全体に膜残りは生じなかった。
【００９３】
また、図９に示すように、本実施形態におけるクリーニング方法の他の一例（第１の温度（６５０℃）から第２の温度（４００℃）に制御）を実施した場合、ボート１２の全体がエッチングされ難い傾向を示しつつ、膜残りを防ぐ傾向を示した。さらに、本実施形態におけるクリーニング方法の他の一例（第１の温度（６００℃）から第２の温度（４００℃）に制御）を実施した場合、ボート１２の全体がさらにエッチングされ難い傾向を示しつつ、膜残りを確実に防ぐ傾向を示した。
【００９４】
これらの結果から、ボート１２にドライクリーニング（ドライエッチング）を施した場合に、処理容器３内に収容された状態で温度が低い傾向となるボート１２の下部（例えば、保温筒１１の領域）でも十分なドライエッチングが行われ膜残りを抑制することができることが分かった。
【００９５】
このように、温度安定工程および降温工程を含む本実施形態のクリーニング方法を実施することにより、ボート下部の膜残りによるパーティクルの発生を抑制することができ、生産性の低下を防ぐことが可能となる。
【００９６】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定するものではない。例えば、本実施形態は、処理容器３と炉本体５の二重管構造の熱処理炉２を対象としたが、単管構造の熱処理炉に本発明を適用することもできる。すなわち、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【符号の説明】
【００９７】
Ｗ  半導体ウエハ
１  熱処理装置
１Ａ  ＲＣＵシステム
２  熱処理炉
３  処理容器
５  炉本体
１２  ボート
１８  ヒータ
５０  温度センサ
５１  制御装置
５１ａ  ヒータ出力演算部
５１ｂ  ブロア出力演算部
５３  供給ブロア
７１  数値モデル
７１ａ  ヒータ出力用数値モデル
７１ｂ  ブロア出力用数値モデル
【図１】
2018113275.tif 000003
【図２】
2018113275.tif 000004
【図３】
2018113275.tif 000005
【図４】
2018113275.tif 000006
【図５】
2018113275.tif 000007
【図６】
2018113275.tif 000008
【図７】
2018113275.tif 000009
【図８】
2018113275.tif 000010
【図９】
2018113275.tif 000011