(57)【要約】【課題】反応室内壁に付着・堆積する膜厚量の情報をリアルタイムに測定し、クリーニング時期の検出を容易、かつ的確に行える手段を提供する。【解決手段】ウエハ（基板）２ａ、２ｂを反応室１内に収容した状態で所望のガスを供給し、所望の処理を行う基板処理装置において、反応室１内の所定部位の温度を監視する温度測定手段（温度計測用熱電対１１）と、温度測定手段から得た温度情報に基づき、反応室１内の所定部位に堆積した付着物の膜厚量を検出する制御部とを、備えた基板処理装置とするものであって、反応室１の内壁に付着・堆積した膜厚量に起因する反応室の壁温度の変化量を測定し、壁温度の変化量から反応室１内に付着・堆積した付着物の膜厚量を求め、この膜厚量と、あらかじめ設定された膜厚量の限界値とを比較して、膜厚量が膜厚量の限界値に到達した時点を反応室のクリーニング時期とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を反応室内に収容した状態で所望のガスを供給し、所望の処理を行う基板処理装置において、
上記反応室内の所定部位の温度を監視する温度測定手段と、
上記温度測定手段から得た温度情報に基づき、上記反応室内の所定部位に付着した堆積物の膜厚量を検出する制御部とを、備えた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】
本発明は半導体薄膜の気相成長等を行う基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体薄膜等の気相成長を行う反応室（処理室）において、基板（ウエハ）以外の反応室の内壁等に付着した薄膜や中間生成物、あるいは二次副生成物等の膜を除去して、ウエハ処理時のパーティクルの発生等による汚染を防止するクリーニング（清掃）時期の検出法として、あらかじめ、それぞれの成膜シーケンスごとに、基板および反応室の内壁に堆積する膜厚量を実験により求め、それぞれの成膜シーケンスの実行回数と各シーケンスごとの堆積膜厚量の積により、反応室の内壁の積算膜厚量（膜厚合計量）を求め、この積算膜厚量と、あらかじめ決められているクリーニングを必要とする積算膜厚量の閾値（積算膜厚の限界値）との比較を行い、反応室のクリーニング時期の判定を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した反応室の内壁の積算膜厚量の情報は、反応室のクリーニング時期の判定と、反応室のクリーニング作業時間の算定にも利用されている。従来、基板への堆積膜厚は反応室内壁の堆積膜厚とほぼ等しいと解釈されている場合が多く、反応室の内壁の積算膜厚の管理はオペレータ自身が行うか、あるいは膜厚の積算装置で制御することにより行われている。
【０００４】
しかしながら、上記反応室の堆積膜厚の管理方法では、用いる成膜シーケンスすべての堆積膜厚量の情報（データ）を事前に取得しておかねばならず、その管理方法を実施するまでには多大のデータ収集と処理時間を必要とするなど問題がある。
【０００５】
これまでに、反応室のクリーニング時期の検出法として、反応室内の温度やガス成分の状態変化の情報を基に判定する方法が、いくつか提案されているが、反応室内の堆積膜厚の情報を即時に検出する方法がなく、堆積膜厚の情報をリアルタイムで検出できる方法が望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消するものであって、反応室内壁に付着・堆積する膜厚量の情報をリアルタイムに測定し、クリーニング時期の検出を正確に行うことができる基板処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項１に記載のように、基板を反応室内に収容した状態で所望のガスを供給し、所望の処理を行う基板処理装置において、
上記反応室内の所定部位の温度を監視する温度測定手段と、
上記温度測定手段から得た温度情報に基づき、上記反応室内の所定部位に付着した堆積物の膜厚量を検出する制御部とを、備えた基板処理装置とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態の一例を挙げ、図面を用いて詳細に説明する。
本発明の基板処理装置は、例えば図１に示す２枚葉処理装置を用い、ウエハ（基板）２ａ、２ｂを反応室（処理室）１内に収容した状態で、所望のガスを反応ガス供給管６ａ、７ａから供給し、所望の処理、例えば所望の膜の成長を行う基板処理装置において、上記反応室１内の所定部位（反応室１内で膜堆積が最も多い部位である反応室１のほぼ中央部の反応室外壁部）の温度を監視する温度測定手段（温度計測用熱電対１１等）と、上記温度測定手段から得られた温度情報に基づき、上記反応室１内の所定部位に堆積した付着物の膜厚量を検出する制御部とを、備えた基板処理装置とするものである。
【０００９】
本発明の基板処理装置（半導体製造装置）の反応室（処理室）のクリーニング時期の検出法は、反応室の全体および反応室の一部に、基板と同等の成膜もしくは成膜ガスに起因した中間生成物および二次副生成物の膜が付着・堆積する反応室において、上記反応室の内壁に付着・堆積した膜厚量に起因する反応室の壁温度の変化量を測定し、上記壁温度の変化量から反応室１内に付着・堆積した付着物の膜厚量を求め、上記膜厚量と、あらかじめ設定された膜厚量の限界値（これ以上膜厚量が増加するとパーティクル等の汚染物質が発生しやすくなる限界値）とを比較して、上記膜厚量が上記膜厚量の限界値に到達した時点を反応室のクリーニング時期とするものである。
【００１０】
ここで、図１に示す成膜処理を行う基板処理装置の反応室の構造について説明する。これは、ウエハ２ａ、２ｂを一度に処理（薄膜形成処理）する反応室１を有する基板処理装置である。反応室１は横断面が矩形となった石英製の反応管３を有し、その外側には反応管３を加熱するための上段ヒータ４と下段ヒータ５が配置されている。反応管３の両端には、それぞれ反応ガス供給管６ａ、７ａが設けられ、反応処理後の排気ガスを外部に排出するために排気管６ｂ、７ｂがそれぞれ設けられている。なお、反応ガスを反応ガス供給管６ａから供給した場合は、排気管６ｂから排出し、反応ガスを反応ガス供給管７ａから供給した場合は、排気管７ｂから排出するよう構成されている。
【００１１】
反応管３内には、２枚のウエハ２ａ、２ｂをそれぞれ水平状態として相互に所定の間隔を隔てて保持するために、ウエハ保持具８ａ、８ｂが設置されている。薄膜形成処理前のウエハ２ａ、２ｂをウエハ保持具８ａ、８ｂに載置すると共に、処理後に反応管３内から搬出するために、反応管３に対してその一端部からウエハ搬送アーム９ａ、９ｂが進退自在となっている。反応管３の一端部にはウエハ搬送アーム９ａ、９ｂが進退移動する際に反応管３を開くためのゲートバルブ１０が開閉自在に設けられている。
【００１２】
図２は、上記図１に示す構造の反応室壁温度（℃）と反応室内積算膜厚（任意単位、例えばμｍ）との関係を模式的に示すグラフである。反応室壁温度は反応室内積算膜厚の増加に伴い、ほぼリニアに増加し、両者の間には相関があることが分かる。そこで、あらかじめ堆積膜に応じた反応室内の積算膜厚の増加量と反応室壁温度の上昇量との関係を求め、初期反応室壁温度と反応室壁温度上昇量のモニタ値を管理することで、反応室内の積算膜厚リミットを検出（クリーニング時期の検出）することができる。
【００１３】
上記反応室（処理室）１において、成膜処理に伴いウエハ２ａ、２ｂと同様に薄膜が形成される反応室外壁部に温度計測手段１１を設け、図２に示すように、反応室壁温度（℃）と反応室内積算膜厚（任意単位）との関係を求めると、反応室壁温度Ｔに基づき、反応室内積算膜厚ｔを検出することができる。また、反応室内積算膜厚に応じた反応室壁温度変化量（反応室壁温度Ｔ−初期反応室壁温度Ｔ０＝反応室壁温度上昇量ΔＴ）を測定し、その反応室壁温度変化量（上昇量）ΔＴが、規定する反応室内積算膜厚リミットｔ１に対応する反応室壁温度上昇量リミットΔＴ１となれば、反応室内に堆積、付着した膜等の汚染物質の除去を目的とするクリーニング時期であると判定することができる。
反応室壁の温度計測部位としては、積算膜厚リミットｔ１の検出を容易にするため、堆積した膜による温度変化量が最も大きくなる反応室内で膜堆積が最も多い部位に配置することが望ましい。本発明の実施の形態においては、図１に示すように石英製の反応管３のほぼ中心部に温度計測用熱電対１１を配置して反応室壁の温度計測を行った。
【００１４】
図１に示した２枚葉処理装置において、反応ガスとして、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＧｅＨ４等を用い、ドープトポリシリコン（ｄｏｐｅｄ　ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）を成膜した場合、図２に示す反応室壁温度と反応室内積算膜厚との関係は、初期反応室壁温度Ｔ０を約６２５℃、反応室内積算膜厚リミットｔ１を約１０μｍとした時、反応室壁温度リミットＴ１は約６３０℃を示し、反応室壁温度変化量（上昇量）リミットΔＴ１は約５℃となる。そして、〔反応室壁温度変化量（上昇量）〕ΔＴ＝ΔＴ１〔反応室壁温度変化量（上昇量）リミット〕の時、反応室のクリーニング時期が到来したことを意味するものであり、ΔＴを測定するだけでクリーニング時期を容易に検出することができる。なお、本実施の形態ではポリシリコンの成膜において具体的数値を用いて説明したが、上記の依存度を明らかにすることにより、ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＮＨ３等を用いた、Ｓｉ３Ｎ４膜等の種々の成膜プロセスに適用可能であることは言うまでもない。
【００１５】
図３に、他の実施の形態として、半導体製造装置であるコールドウォール（ＣＯＬＤ　ＷＡＬＬ）枚葉処理装置に用いられるヒータユニットの構造を模式的に示す。図３において、１５はヒータユニット、１６はヒータ、１７は反射板、１８はヒータユニット支持台、１９はヒータ電極、２０はヒータユニット支柱、２１は反射板支柱、２２はヒータ用支柱、２３は石英ロッド、２４はヒータユニット側面の温度監視用石英ロッド、２５はウエハである。
【００１６】
この枚葉処理装置用のヒータユニット１５の構造上の特徴は、ヒータユニット１５の内部に、例えば図３に示すヒータユニット１５側面の温度監視用石英ロッド２４を設け、ヒータユニット１５の内部の温度を監視することで、反応室の成膜圧力において、成膜に使用する原料ガスがヒータユニットの側面にて再液化（凝縮）しているか、または、ヒータユニットの側面にて、上記原料ガスの反応生成物等が生成されているかを監視しているものであり、上記ヒータユニットの側面にパーティクル等のウエハ汚染物質が生じない温度範囲か否かを監視するものである。なお、上記ヒータユニット１５側面の温度監視用石英ロッド２４は、一箇所設けた場合について図示しているが、上記石英ロッドは複数箇所設置しても良い。
【００１７】
上記枚葉処理装置のヒータユニット１５を用いて、例えば、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）膜を成膜する場合は、原料ガスとして、ビス（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム〔Ｒｕ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２〕を用い、また、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜を成膜する場合は原料ガスとして、ペンタエトキシタンタル〔Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５〕を用い、減圧ＣＶＤ法で成膜している。
【００１８】
この場合、図４に示すように、反応室の圧力は１００〜２００Ｐａで、上記ヒータユニット側面の温度が約１２０℃以下になると、上記ヒータユニット側面において上記原料ガスが凝縮し、再液化した物質がヒータユニット側面に付着物として形成される。また、３００℃以上となると、ヒータユニット側面に上記原料ガスの反応物質が付着し、ウエハ処理時にパーティクルとして発生しウエハ汚染の原因となっている。
【００１９】
それで、図３に示すごとく、ヒータユニット１５に、ヒータユニット側面の温度監視用石英ロッド２４を設け、ヒータユニット１５側面の温度を、上記原料ガス等の凝縮物質や反応物質が付着しない温度範囲である１２０℃を超え、３００℃未満の温度範囲に入っているかを監視することにより、ウエハ処理時の汚染物質となる上記凝縮物質や反応物質の付着を防止することができる。
【００２０】
また、上記原料ガスは、１００〜２００Ｐａの圧力で、１２０℃以下になると再液化することが分かっているため、例えば、常に１５０℃を基準にして温度を監視モニタしても良い。なお、ヒータユニット側面の温度を監視するのみではなく、ヒータユニット側面の温度が上述した１２０℃〜３００℃の範囲に入るように、ヒータユニット側面の温度を制御しても良い。この場合、ヒータ１６とは別に、ヒータユニット側面を専用に加熱するヒータを設けても良い。
【００２１】
上述においては、原料ガスとして、ビス（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム〔Ｒｕ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２〕と、ペンタエトキシタンタル〔Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５〕の場合について述べたが、これ以外の原料ガスを用いる場合についても、設定された任意の圧力で、再液化する温度を超え、反応物質が生成する温度未満の温度範囲に入っているかを監視すれば、本発明と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の基板処理装置によれば、あらかじめ堆積膜に応じた反応室内の積算膜厚増加量と反応室壁温度上昇量（変化量）の関係を求め、初期反応室壁温度と反応室壁温度上昇量（変化量）のモニタ値を管理することで、反応室内の積算膜厚リミットの検出（クリーニング時期の検出）をリアルタイムに検出することが可能となり、反応室のクリーニング等を的確に行うことができるので、基板（ウエハ）処理時の汚染物質の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で例示した基板処理装置の反応室の構成を示す模式図。
【図２】本発明の実施の形態で例示した反応室壁温度と反応室内積算膜厚との関係を示す図。
【図３】枚葉処理装置のヒータユニットの構成を示す模式図。
【図４】図３に示したヒータユニットへの付着物質と温度の関係を示す図。
【符号の説明】
１…反応室（処理室）
２ａ…ウエハ（基板）
２ｂ…ウエハ（基板）
３…反応管
４…上段ヒータ
５…下段ヒータ
６ａ…反応ガス供給管
６ｂ…排気管
７ａ…反応ガス供給管
７ｂ…排気管
８ａ…ウエハ保持具
８ｂ…ウエハ保持具
９ａ…ウエハ搬送アーム
９ｂ…ウエハ搬送アーム
１０…ゲートバルブ
１１…温度計測用熱電対
１５…ヒータユニット
１６…ヒータ
１７…反射板
１８…ヒータユニット支持台
１９…ヒータ電極
２０…ヒータユニット支柱
２１…反射板支柱
２２…ヒータ用支柱
２３…石英ロッド
２４…ヒータユニット側面の温度監視用石英ロッド
２５…ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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