(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体デバイスの製造において、各種の熱処理が行なわれるが、この処理容器内に堆積した膜を除去する必要がある。この時のクリーニングの終点検出の精度の向上を図る。【解決手段】処理容器２の周囲に設けた加熱機構３により処理容器２内を加熱しながら、処理容器２内にクリーニングガスを導入して処理容器２の内壁に堆積した膜をクリーニングする熱処理装置１のクリーニング方法において、前記加熱機構３の温度を制御するステップＡと、前記加熱機構３に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、前記ステップＢで加熱機構３から発光して前記膜を通過した光の光強度の変化を光強度検出機構２０により検出することによりクリーニングの終点を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器の周囲に設けた加熱機構により処理容器内を加熱しながら、処理容器内にクリーニングガスを導入して処理容器の内壁に堆積した膜をクリーニングする熱処理装置のクリーニング方法において、前記加熱機構の温度を制御するステップＡと、前記加熱機構に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、前記ステップＢで前記膜を通過した光の光強度の変化を光強度検出機構により検出することによりクリーニングの終点を検出することを特徴とする熱処理装置のクリーニング方法。
【請求項２】
被処理体を収容して所定の処理ガス雰囲気下で熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲に設けられ被処理体を加熱する加熱機構と、処理容器の内壁に堆積した膜をクリーニングするために処理容器内にクリーニングガスを導入するガス導入機構とを備えた熱処理装置において、クリーニング中に前記加熱機構の温度を制御するステップＡと、前記加熱機構に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、前記ステップＢで前記膜を通過した光の光強度の変化を検出することによりクリーニングの終点を検出する光強度検出機構を設けたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
前記処理容器は、下部の開口部と、上部の排気口と、前記開口部を開閉する蓋体と、該蓋体上に設けられ多数枚の被処理体を所定間隔で多段に保持する保持具とを備え、先端部が封止された石英管を処理容器内の保持具の直上に先端部が位置するように処理容器の上部から挿入した状態に設け、該石英管の先端部に堆積した膜を通過して処理容器外に導かれた光の光強度を前記光強度検出機構により検出するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記保持具には軸心に沿って中空の光通路が形成され、前記蓋体には光通路に対応する光透過窓が設けられ、処理容器を挟んで光通路の延長線上の一方にレーザ光の発光部を、他方に前記光検出機構の受光部を配置したことを特徴とする請求項３記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理容器の内壁に堆積した膜をガスクリーニングする場合の終点検出の精度を向上させた熱処理装置及びそのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの処理を施すために、各種の熱処理装置が用いられている。そして、その一つとして、一度に多数枚の被処理体の熱処理が可能な縦型熱処理装置が知られている。この縦型熱処理装置は、下端が開口された石英製の処理容器（反応管）内に多数枚の被処理体を保持した保持具（石英製ボート）を収容して開口を蓋体で密閉し、処理容器の周囲に設けた加熱機構により被処理体を加熱して所定の処理ガス雰囲気下で所定の熱処理例えばＣＶＤ処理を行うようになっている。
【０００３】
このような熱処理においては、処理容器の内壁にも膜（ＣＶＤ膜）が成膜されて堆積するため、堆積した膜を除去する必要があり、定期的に処理容器のクリーニングが行われている。クリーニング方法としては、洗浄液を用いる湿式クリーニング方法と、例えば三弗化塩素（ＣｌＦ３）等のクリーニングガス（エッチングガス）を用いる乾式クリーニング方法とがあり、乾式クリーニング方法の方が処理容器の脱着を要せず、熱処理装置の稼働率の向上が図れるため、多く用いられている。
【０００４】
しかし、乾式クリーニング方法においては、加熱機構で覆われた処理容器内をクリーニングするので、クリーニングの終点を検出することが困難であり、そのため、オーバーエッチングによる石英部品のダメージやアンダーエッチングによる膜残りが生じる問題があった。この問題を解決するために、先端部が封止された石英管を処理容器内に設け、該石英管の先端部（検出部）に成膜された膜を通過する光の光強度の変化を光強度検出機構で検出することによってクリーニングの終点を検出するようした発明（気相成長装置及びクリーニング方法）が提案されている（特許第２９３３０７４号公報参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開第２９３３０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、通常、クリーニング中は処理容器内の温度制御すなわち加熱機構の温度制御が常時行われている。このため、加熱機構からの発光強度が常時変動していることから、クリーニングの終点検出を正確に行うことは困難であった。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、クリーニングの終点検出の精度の向上が図れる熱処理装置及びそのクリーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のうち、請求項１の発明は、処理容器の周囲に設けた加熱機構により処理容器内を加熱しながら、処理容器内にクリーニングガスを導入して処理容器の内壁に堆積した膜をクリーニングする熱処理装置のクリーニング方法において、前記加熱機構の温度を制御するステップＡと、前記加熱機構に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、前記ステップＢで加熱機構から発光して前記膜を通過した光の光強度の変化を光強度検出機構により検出することによりクリーニングの終点を検出することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、被処理体を収容して所定の処理ガス雰囲気下で熱処理する処理容器と、該処理容器の周囲に設けられ被処理体を加熱する加熱機構と、処理容器の内壁に堆積した膜をクリーニングするために処理容器内にクリーニングガスを導入するガス導入機構とを備えた熱処理装置において、クリーニング中に前記加熱機構の温度を制御するステップＡと、前記加熱機構に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、前記ステップＢで加熱機構から発光して前記膜を通過した光の光強度の変化を検出することによりクリーニングの終点を検出する光強度検出機構を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２記載の熱処理装置において、前記処理容器は、下部の開口部と、上部の排気口と、前記開口部を開閉する蓋体と、該蓋体上に設けられ多数枚の被処理体を所定間隔で多段に保持する保持具とを備え、先端部が封止された石英管を処理容器内の保持具の直上に先端部が位置するように処理容器の上部から挿入した状態に設け、該石英管の先端部に堆積した膜を通過して処理容器外に導かれた光の光強度を前記光強度検出機構により検出するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３記載の熱処理装置において、前記保持具には軸心に沿って中空の光通路が形成され、前記蓋体には光通路に対応する光透過窓が設けられ、処理容器を挟んで光通路の延長線上の一方にレーザ光の発光部を、他方に前記光検出機構の受光部を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、熱処理装置のクリーニング方法において、加熱機構の温度を制御するステップＡと、加熱機構に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、ステップＢで加熱機構から発光して膜を通過した光の光強度の変化を光強度検出機構により検出することによりクリーニングの終点を検出するため、加熱機構からの発光強度の変動による影響をなくしてクリーニングの終点検出を正確に行うことができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、熱処理装置において、クリーニング中に加熱機構の温度を制御するステップＡと、加熱機構に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、ステップＢで加熱機構から発光して膜を通過した光の光強度の変化を検出することによりクリーニングの終点を検出する光強度検出機構を設けているため、加熱機構からの発光強度の変動による影響をなくしてクリーニングの終点検出を正確に行うことができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、前記処理容器は、下部の開口部と、上部の排気口と、前記開口部を開閉する蓋体と、該蓋体上に設けられ多数枚の被処理体を所定間隔で多段に保持する保持具とを備え、先端部が封止された石英管を処理容器内の保持具の直上に先端部が位置するように処理容器の上部から挿入した状態に設け、該石英管の先端部に堆積した膜を通過して処理容器外に導かれた光の光強度を前記光強度検出機構により検出するように構成されているため、簡単な構造でクリーニングの終点検出を正確に行うことができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、前記保持具には軸心に沿って中空の光通路が形成され、前記蓋体には光通路に対応する光透過窓が設けられ、処理容器を挟んで光通路の延長線上の一方にレーザ光の発光部を、他方に前記光検出機構の受光部を配置したので、クリーニングの終点検出を更に正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を基に詳述する。図１は本発明の実施の形態であるクリーニングの終点検出方法を説明するための図、図２は上記終点検出方法を実施する縦型熱処理装置の一例を示す概略的断面図である。
【００１７】
図２において、１は熱処理装置として例示した縦型熱処理装置で、この縦型熱処理装置１は被処理体例えば半導体ウエハを収容して所定の処理ガス雰囲気下で熱処理する石英製の処理容器（反応管）２と、該処理容器２の周囲に設けられウエハｗを所定の熱処理温度に加熱する加熱機構３と、処理容器２内に処理ガスや不活性ガス（例えば窒素ガス）を導入するガス導入機構４と、処理容器２の内壁に堆積した膜をクリーニングするために処理容器２内にクリーニングガスを導入するガス導入機構（クリーニングガス導入機構）５とを備えている。処理容器２は、下部の開口部６と、上部の排気口７と、前記開口部６を開閉する蓋体８と、該蓋体８上に設けられ多数枚例えば２５〜１００枚程度のウエハｗを所定間隔で多段に保持する石英製の保持具（ボート）９とを備えている。
【００１８】
前記処理容器２は下端が開口された縦長円筒状に形成され、その開口端周縁部には外向きのフランジ部（開口フランジ部）１０が形成されている。このフランジ部１０がベースプレート１１に図示しない支持部材を介して支持されている。また、フランジ部１０には処理ガスやクリーニングガス等を処理容器２内に導入するための複数のガス導入口部１２が設けられ、これらのガス導入口部１２には流量コントローラ１３，１４を含む前記ガス導入機構４，５が接続されている。
【００１９】
前記処理容器２の上部は漸次縮径され、Ｌ字状に曲げられた排気口７が形成され、この排気口７には処理容器２内を所定の圧力に減圧排気するための圧力制御機構を備えた排気系が接続されている（図示省略）。前記加熱機構３は、処理容器２の周囲を覆う円筒状の水冷ジャケット１５を有し、この水冷ジャケット１５内に抵抗発熱体１６を配設して構成されている。抵抗発熱体１６としては、例えば石英管にカーボンワイヤを通してなるカーボン加熱機構であっても良い。なお、加熱機構４としては、円筒状の断熱材の内周に抵抗発熱体を配設してなるものであっても良い。
【００２０】
処理容器２の下方には作業空間であるローディングエリアが設けられ、このローディングエリア内には保持具９を処理容器２内にロード（搬入）、アンロード（搬出）すべく蓋体８を上昇、下降させるための昇降機構（図示省略）が設けられている。
【００２１】
保持具９は例えば下部に１本の脚部１７を有し、蓋体８の中央部には脚部１７の下端部を固定して保持具９に回転を与えるための回転導入機構２７が設けられている。また、蓋体８の上部には、開口部６からの放熱を抑制するためのサーモプラグである面状の下部加熱機構１８が設けられている。
【００２２】
処理容器２内に、ウエハｗを搭載した保持具９を搬入し、処理容器２内を減圧排気すると共に不活性ガスを導入して処理容器２内を不活性ガスで置換し、加熱機構３でウエハｗを所定の温度に加熱した状態でウエハｗに所定の処理ガスを供給して所定の熱処理例えば熱ＣＶＤを施すと、処理容器２の内壁や保持具９の表面にも膜（ＣＶＤ膜）が成膜されて堆積する。処理容器２や保持具９に膜が堆積すると、加熱機構３からの赤外線が透過しにくくなり、所望の熱処理が困難となるので、処理容器２の内壁や保持具９に堆積した膜を除去するためにクリーニングガスを用いたクリーニングを定期的に行う。このクリーニングは、ウエハｗを搭載しない保持具９を処理容器２内に搬入して蓋体８を閉めた状態で加熱機構３により処理容器２内を所定の温度に加熱し、処理容器２内にクリーニングガスを導入して行われる。クリーニングガスとしては、例えばＣｌＦ３が好適に用いされるが、Ｆ２、ＮＨ３，ＨＦなども適用可能である。
【００２３】
クリーニングの終点を検出するために、処理容器２内には、先端部（下端）が封止された石英管１９が処理容器２内の保持具９の直上に先端部を位置させるように処理容器２の上部から挿入した状態に気密に処理容器２と一体的に設けられている。石英管１９の後端部（上端）は処理容器２外に開放されている。石英管１９の先端部及び外周面には、熱処理時に処理容器２の内壁面と同様に膜が堆積する。処理容器２内をクリーニングガスでクリーニングする場合、クリーニングガスが処理容器２内の下方のガス導入口部１２から導入されて処理容器２の上方の排気口７より排出されるため、処理容器２内の下方から上方に順次クリーニングが進行して膜が除去されて行き、石英管１９の先端部の膜が除去された時、その時点をクリーニングの終点とすることができる。
【００２４】
加熱機構３から発光されて石英管１９の先端部の膜を通過する光（赤外線）の光強度は、膜が除去されることにより変化するため、この光強度の変化を検出することによりクリーニングの終点を検出することができる。しかしながら、加熱機構３の温度は制御されており、これにより光強度が変動しているため、クリーニングの終点を正確に検出することは困難である。そこで、図１に示すようにクリーニング中に前記加熱機構３の温度を制御するステップＡと、前記加熱機構３に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、前記ステップＢで加熱機構３から発光して前記膜を通過した光の光強度の変化を検出することによりクリーニングの終点を検出する光強度検出機構２０が設けられている。
【００２５】
この光検出機構２０は、処理容器２の上方すなわち石英管１９の上端に対向して設けられ、石英管１９内を通って処理容器２外に出た光の光強度を検出する光センサ２１と、クリーニング中に前記加熱機構３の温度を制御するステップＡと、前記加熱機構３に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、前記ステップＢで加熱機構３から発光して前記膜を通過した光の光強度の変化を受光部である光センサ２１を介して検出ないし監視する制御装置２２とから主に構成されている。光センサ１２としては、例えばフォトダイオードが用いられる。なお、受光部として、赤外線検出素子例えば放射温度計を用いてもよい。加熱機構３には抵抗発熱体１６に供給するパワー（電力）を制御するパワーコントローラ２３が設けられ、このパワーコントローラ２３を介して制御装置２２により加熱機構３が前記ステップＡとステップＢとが所定の間隔例えば１〜２秒程度で交互に行われるように構成されている。ステップＡは、例えばＰＩＤ制御により行われる。ステップＡでは、例えば最大パワーの６０％±１０％で温度制御されパワーの変動があるのに対し、ステップＢでは、一定例えば６０％固定のパワーが加えられパワーの変動はない。光センサによる検出時間は、例えば１/１０秒から１／１００秒程度である。
【００２６】
ＳｉとＮを含む膜のクリーニングの終点を検出する場合には、波数が７００〜９００ｃｍ−１の光を検出し、Ｓｉ膜のクリーニングの終点を検出する場合には、波数が４００〜６００ｃｍ−１の光を検出し、ＳｉとＯを含む膜のクリーニングの終点を検出する場合には、波数が１０００〜１２００ｃｍ−１の光を検出することが検出精度の向上を図る上で好ましい。
【００２７】
以上の構成からなる縦型熱処理装置ないしそのクリーニング方法によれば、クリーニング中に加熱機構３の温度を制御するステップＡと、加熱機構３に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、ステップＢで加熱機構３から発光して石英管１９の先端部の膜を通過した光の光強度の変化を光強度検出機構２０により検出することによりクリーニングの終点を検出するため、加熱機構３からの発光強度の変動による影響をなくしてクリーニングの終点検出を正確に行うことができる。図１に示すように光強度は加熱機構パワーに応じて変動し、温度制御を行っているステップＡでは光強度の変動が顕著であるため、クリーニングの終点検出を正確に行うことは困難である。これに対し、一定のパワーを加えるステップＢでは、加熱機構パワーに応じて光強度も一定であるため、このステップＢ毎に光強度を検出することにより、加熱機構３からの発光強度の変動による影響をなくしてクリーニングの終点検出を正確に行うことができる。膜が除去されると光強度が増大するため、この変化ないし変化量を検出することによりクリーニングの終点を検出することができる。クリーニングの終点を検出したなら、処理容器２内へのクリーニングガスの導入を停止し、加熱機構３へのパワーの供給を停止し、クリーニングを終了する。このようにクリーニングの終点を正確に検出することができるので、オーバーエッチングによる石英部品（処理容器や保持具）のダメージやアンダーエッチングによる膜残りが生じる問題を解消することができる。
【００２８】
図３は縦型熱処理装置の他の例を示す概略的断面図である。図３の実施の形態において、図２の実施の形態と同一部分は同一参照符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。保持具９には軸心に沿って光が通過可能な中空の光通路２４が形成されている。すなわち、保持具９の天板９ａは中央が開口したドーナッツ状に形成され、保持具９の脚部１７は中空に形成されている。蓋体８には光通路２４に対応する光透過窓２５が設けられ、処理容器２を挟んで光通路２４の延長線上の一方にレーザ光の発光部２６が、他方に前記光強度検出機構２０の受光部である光センサ２１が配置されている。
【００２９】
具体的には、蓋体８の中央部には回転導入機構２７が設けられ、この回転導入機構２７は蓋体８を上下に貫通する回転軸２８と、この回転軸２８を蓋体８に対して気密に且つ回転可能に支持する軸受部２９とから主に構成されている。前記回転軸２８の軸心部には透明石英からなる光透過窓２５が設けられている。本実施の形態によれば、クリーニング中に加熱機構３の温度を制御するステップＡと、加熱機構３に一定のパワーを加えるステップＢとを交互に行い、前記ステップＢで発光部２６からレーザ光を発光させ、石英管１７の先端部に堆積した膜を通過したレーザ光の光強度の変化を光センサ２１を介して検出することにより、加熱機構３からの光ないし赤外線の外乱を受けることがなく、クリーニングの終点検出を更に正確に行うことができる。
【００３０】
図４は縦型熱処理装置の更に他の例を示す概略的断面図である。図４の実施の形態において、図３の実施の形態と同一部分は同一参照符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を加える。図４の実施の形態では、処理容器２の上部に石英管１９を設けず、排気口７の天井面３０に堆積した膜を通過した光例えばレーザ光の光強度の変化を光強度検出機構２０の受光部である光センサ２１により検出するようになっている。本実施の形態によれば、図３の実施の形態と同様の効果を奏することができると共に、石英管１９を用いないので構造の簡素化が図れる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態ないし実施例を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。例えば、図３、図４の実施の形態においては、処理容器を挟んで下方にレーザ光の発光部を、上方に受光部を配置したが、これとは逆に、上方にレーザ光の発光部を、下方に受光部を配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態であるクリーニングの終点検出方法を説明するための図である。
【図２】上記終点検出方法を実施する縦型熱処理装置の一例を示す概略的断面図である。
【図３】縦型熱処理装置の他の例を示す概略的断面図である。
【図４】縦型熱処理装置の更に他の例を示す概略的断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  縦型熱処理装置
ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
２  処理容器
３  加熱機構
４，５  ガス導入機構
６  開口部
７  排気口
８  蓋体
９  保持具
１９  石英管
２０  光強度検出機構
２１  光センサ（受光部）
２２  制御装置
２４  光通路
２５  光透過窓
２６  発光部
２７  回転導入機構
【図１】
2005223161.tif 000003
【図２】
2005223161.tif 000004
【図３】
2005223161.tif 000005
【図４】
2005223161.tif 000006