(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管に設けられたガス導入ノズルにより、前記反応管内に酸化性ガスを導入して支持具により支持した基板に酸化膜を形成する工程と、
酸化膜形成後の基板を前記反応管内から搬出して、前記反応管内をクリーニングする工程と
を有し、
前記反応管内をクリーニングする工程は、
前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管内にフッ化水素ガス及びフッ化塩素ガスの少なくとも一方を含むガスを供給することにより、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルそれぞれの部材が炭化珪素で構成され、前記炭化珪素で構成された部材に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記反応管内に不活性ガスを供給する工程と
を含む
ことを特徴とする基板の製造方法。
【請求項２】
反応管に設けられたガス導入ノズルにより、前記反応管内に酸化性ガスを導入して支持具により支持した基板に酸化膜を形成する工程と、
酸化膜形成後の基板を前記反応管内から搬出して、前記反応管内をクリーニングする工程と
を有し、
前記反応管内をクリーニングする工程は、
前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管内にフッ化水素ガス及びフッ化塩素ガスの少なくとも一方を含むガスを供給することにより、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルのそれぞれの部材が炭化珪素で構成され、前記炭化珪素で構成された部材に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記反応管内に不活性ガスを供給する工程と
を含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
反応管に設けられたガス導入ノズルにより、前記反応管内に酸化性ガスを導入して支持具により支持した基板に酸化膜を形成する工程と、
酸化膜形成後の基板を前記反応管内から搬出して、前記反応管内をクリーニングする工程と
を有し、
前記反応管内をクリーニングする工程は、
前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管内にフッ化水素ガス及びフッ化塩素ガスの少なくとも一方を含むガスを供給することにより、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルのそれぞれの部材が炭化珪素で構成され、前記炭化珪素で構成された部材に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記反応管内に不活性ガスを供給する工程と
を含む
ことを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
反応管に設けられたガス導入ノズルにより、前記反応管内に酸化性ガスを導入して支持具により支持した基板に酸化膜を形成する処理を行った後の前記反応管内をクリーニングする方法であって、
前記反応管内をクリーニングする工程は、
前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管内にフッ化水素ガス及びフッ化塩素ガスの少なくとも一方を含むガスを供給することにより、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルのそれぞれの部材が炭化珪素で構成され、前記炭化珪素で構成された部材に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記反応管内に不活性ガスを供給する工程と
を含む
ことを特徴とするクリーニング方法。
【請求項５】
基板を処理する反応菅と、
前記反応管内で基板を支持する支持具と、
前記反応管に設けられ、前記反応管内に基板に酸化膜を形成するための酸化性ガスを導入するガス導入ノズルと
を有し、
前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルそれぞれの部材が炭化珪素で構成され、前記炭化珪素で構成された部材に形成された酸化膜を除去するためのフッ化水素ガス及びフッ化塩素ガスの少なくとも一方を含むガスを供給するクリーニングガス供給ラインと、
前記反応管内に不活性ガスを供給するパージガス供給ラインと
が設けられる
ことを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理するための基板の製造方法、半導体装置の製造方法、基板処理方法、クリーニング方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱処理装置を用いて基板を熱処理する際に、炭化珪素（ＳｉＣ）製もしくはシリコン（Ｓｉ）製の反応管、基板支持具及びガス導入ノズル等の各部材に酸化珪素膜が形成される場合において、この酸化珪素膜が成長（累積）して膜厚が大きくなると、各部材と酸化珪素膜との熱膨張の差により該酸化珪素膜が剥離し、反応炉内でパーティクルが発生するとの問題があった。そこで、酸化珪素膜が形成された各部材から酸化珪素膜を除去するクリーニング工程が定期的に実施されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このクリーニング工程は、反応炉内の各部材を取り外し、フッ化水素（又はフッ化水素とフッ化アンモニウムとの混合）等の水溶液で酸化珪素膜を除去するものであり、該クリーニング工程には多くの時間がかかっていた。また、クリーニング後の酸化珪素膜が除去された各部材を取り付ける際に、炉内にパーティクルや汚染物等が混入するため、基板の熱処理前に反応炉内を空焼きしたり、塩化水素等で処理したりして、これらのパーティクルや汚染物を除去する工程が不可欠であり、装置の稼働率を低下させる要因となっていた。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来の問題を解消し、稼働率を向上させる基板の製造方法及び熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の特徴とするところは、反応管に設けられたガス導入ノズルにより、前記反応管内に酸化性ガスを導入して支持具により支持した基板に酸化膜を形成する工程と、酸化膜形成後の基板を前記反応管内から搬出して、前記反応管内をクリーニングする工程とを有し、前記反応管内をクリーニングする工程は、前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管内にフッ化水素ガス、フッ化水素ガスと水素ガス、または、フッ化水素ガスと水蒸気を少なくとも含むガスを供給することにより、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルのうちの少なくとも何れかの部材に形成された酸化膜を除去する工程と、前記所定の温度を維持した状態で前記反応管内に不活性ガスを供給する工程とを含むことを特徴とする基板の製造方法にある。
【０００６】
本発明の第２の特徴とするところは、反応管に設けられたガス導入ノズルにより、前記反応管内に酸化性ガスを導入して支持具により支持した基板に酸化膜を形成する工程と、酸化膜形成後の基板を前記反応管内から搬出して、前記反応管内をクリーニングする工程とを有し、前記反応管内をクリーニングする工程は、前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管内にフッ化水素ガス、フッ化水素ガスと水素ガス、または、フッ化水素ガスと水蒸気を少なくとも含むガスを供給することにより、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルのうちの少なくとも何れかの部材に形成された酸化膜を除去する工程と、前記所定の温度を維持した状態で前記反応管内に不活性ガスを供給する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【０００７】
本発明の第３の特徴とするところは、反応管に設けられたガス導入ノズルにより、前記反応管内に酸化性ガスを導入して支持具により支持した基板に酸化膜を形成する工程と、酸化膜形成後の基板を前記反応管内から搬出して、前記反応管内をクリーニングする工程とを有し、前記反応管内をクリーニングする工程は、前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管内にフッ化水素ガス、フッ化水素ガスと水素ガス、または、フッ化水素ガスと水蒸気を少なくとも含むガスを供給することにより、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルのうちの少なくとも何れかの部材に形成された酸化膜を除去する工程と、前記所定の温度を維持した状態で前記反応管内に不活性ガスを供給する工程とを含むことを特徴とする基板処理方法にある。
【０００８】
本発明の第４の特徴とするところは、反応管に設けられたガス導入ノズルにより、前記反応管内に酸化性ガスを導入して支持具により支持した基板に酸化膜を形成する処理を行った後の前記反応管内をクリーニングする方法であって、前記反応管内をクリーニングする工程は、前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管内にフッ化水素ガス、フッ化水素ガスと水素ガス、または、フッ化水素ガスと水蒸気を少なくとも含むガスを供給することにより、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルのうちの少なくとも何れかの部材に形成された酸化膜を除去する工程と、前記所定の温度を維持した状態で前記反応管内に不活性ガスを供給する工程とを含むことを特徴とするクリーニング方法にある。
【０００９】
本発明の第５の特徴とするところは、基板を処理する反応菅と、前記反応管内で基板を支持する支持具と、前記反応管に設けられ、前記反応管内に基板に酸化膜を形成するための酸化性ガスを導入するガス導入ノズルとを有し、前記反応管内を所定の温度に維持した状態で、前記反応管、前記支持具及び前記ガス導入ノズルの少なくとも何れかの部材に形成された酸化膜を除去するためのフッ化水素ガス、フッ化水素ガスと水素ガス、または、フッ化水素ガスと水蒸気を少なくとも含むガスを供給するクリーニングガス供給ラインと、前記所定の温度を維持しながら前記反応管内に不活性ガスを供給するパージガス供給ラインとが設けられることを特徴とする処理装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反応管内にフッ化水素ガス及びフッ化塩素ガスの少なくとも一方を含むガスを供給して各部材に形成された酸化膜を除去することより、各部材の取外し及び取付け等の作業を省略することが可能となり、装置の稼働率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置全体を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱処理装置に用いた反応炉を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施の形態に係る熱処理装置１０の一例を示す。この熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筺体１２を有する。この筺体１２の正面側には、ポッドステージ１４が接続されており、このポッドステージ１４にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚の被処理基板としてのウエハが収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４にセットされる。
【００１３】
筺体１２内の正面側であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。また、このポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２及び基板枚数検知器２４が配置されている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド１６内の基板の枚数が基板枚数検知器２４により検知される。
【００１４】
さらに、筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び支持具としての炭化珪素（ＳｉＣ）製の基板支持具（ボート）３０が配置されている。基板移載機２６は、例えば５枚の基板を取り出すことができるアーム（ツイーザ）３２を有し、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド、ノッチアライナ２８及び基板支持具３０間で基板を搬送する。ノッチアライナ２８は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。
【００１５】
さらに、筺体１２内の背面側上部には反応炉４０が配置されている。この反応炉４０内に、複数枚の基板を装填した基板支持具３０が搬入され熱処理が行われる。
【００１６】
図２に反応炉４０の一例を示す。この反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）製の反応管４２を有する。この反応管４２は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管４２の周囲には、ヒータ４６が配置されている。
【００１７】
反応管４２の下部は、基板支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分（炉口部）は炉口シールキャップ４８がＯリング４９を挟んで当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ４８は、炭化珪素（ＳｉＣ）製の基板支持具３０を支持し、基板支持具３０と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ４８と基板支持具３０との間には、石英製の第１の断熱部材５２と、この第１の断熱部材５２の上部に配置された炭化珪素（ＳｉＣ）製の第２の断熱部材５０とが設けられている。基板支持具３０は、基板を支持する支持具として用いられ、多数枚、例えば２５〜１００枚の基板５４を略水平状態で隙間をもって多段に支持し、反応管４２内に装填される。
【００１８】
反応管４２には、ガス供給ライン６０とガス排気ライン６２とが設けられている。ガス導入ノズル６６は反応管４２内に設けられ、ガス供給ライン６０の下流方向先端部に接続されている。ガス供給ライン６０に導入された処理ガスは、ガス導入ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。なお、ガス導入ノズル６６は、反応管４２の内壁に沿って基板配列領域の上端よりも上方、すなわち基板支持具３０の上端よりも上方まで延びるように構成される。
【００１９】
ガス供給ライン６０は、窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、水素（Ｈ２）ガス、酸素（Ｏ２）ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス、フッ化塩素（ＣｌＦ３）ガス及び水蒸気（Ｈ２Ｏ）等のガス供給源（図示省略）と接続されており、これらのガス（又は少なくとも２種以上の混合ガス）がガス供給ライン６０及びガス導入ノズル６６を介して反応管４０内に供給されるようになっている。なお、反応管４２内に供給されるガスの流量はコントローラ７０により制御されるようになっている。
【００２０】
次に、熱処理装置１０の作用について説明する。
なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ７０により制御される。
【００２１】
まず、ポッドステージ１４に複数枚の基板５４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置１８によりポッド１６をポッドステージ１４からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２０にストックする。次に、ポッド搬送装置１８により、このポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットし、このポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２４によりポッド１６に収容されている基板５４の枚数を検知する。
【００２２】
次に、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６から基板５４を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。このノッチアライナ２８においては、基板５４を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚の基板５４のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８から基板５４を取り出し、基板支持具３０に移載する（基板支持工程）。
【００２３】
このようにして、１バッチ分の基板５４を基板支持具３０に移載すると、例えば６００℃程度の温度に設定された反応炉４０（反応容器４３）内に複数枚の基板５４を装填した基板支持具３０を装入（搬入）し、炉口シールキャップ４８により反応炉４０内を密閉する（基板搬入工程）。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて、ガス供給ライン６０及びガス導入ノズル６６を介して反応管４２内に酸素（Ｏ２）ガスや水蒸気（Ｈ２Ｏ）等の基板５４を酸化させるための酸化性ガスを導入する。基板５４を熱処理する際、基板５４は例えば１３５０℃程度以上の温度に加熱され、該基板５４の表面が酸化される（酸化工程）。
【００２４】
基板５４の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を６００℃程度の温度に降温した後、熱処理後（酸化後）の基板５４を支持した基板支持具３０を反応管４２内から搬出し（搬出工程）、基板支持具３０に支持された全ての基板５４が冷えるまで、基板支持具３０を所定位置で待機させる。次に、待機させた基板支持具３０の基板５４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２６により、基板支持具３０から基板５４を取り出し、ポッドオープナ２２にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置１８により、基板５４が収容されたポッド１６をポッド棚２０、またはポッドステージ１４に搬送して一連の処理が完了する。なお、上述した一連の処理を所定回数（所定時間）行なった後、または所望のタイミングで反応管４２内のクリーニングを行なう（クリーニング工程）。
【００２５】
次に、上述したクリーニング工程の一例を説明する。
クリーニング工程は、上述した酸化工程により、反応管４２内壁、基板支持具３０、第１の断熱部材５２、第２の断熱部材５４及びガス導入ノズル６６等に所定膜厚の酸化珪素膜が形成された場合に実施される。
【００２６】
まず、コントローラ７０は、ガス供給源（図示省略）より反応管４２内にフッ化水素（ＨＦ）ガス及びフッ化塩素（ＣｌＦ３）ガスの少なくとも一方を含むクリーニングガスを供給する。より具体的には、コントローラ７０は、フッ化水素（ＨＦ）ガスと窒素（Ｎ２）ガスとの混合ガス（ＨＦ＋Ｎ２）、フッ化水素（ＨＦ）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガス（ＨＦ＋Ａｒ）、フッ化水素（ＨＦ）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガス（ＨＦ＋Ｈ２）及びフッ化水素（ＨＦ）ガスと水蒸気（Ｈ２Ｏ）との混合ガス（ＨＦ＋Ｈ２Ｏ）から選択されるガスをガス供給ライン６０及びガス導入ノズル６６を介して反応管４０内に所定時間供給する。なお、少量の水蒸気（Ｈ２Ｏ）や水素（Ｈ２）を反応管４２内に供給することでクリーニング反応が加速される。
【００２７】
これにより、反応管４２内壁、基板支持具３０、第１の断熱部材５２、第２の断熱部材５４及びガス導入ノズル６６等の表面に形成された酸化珪素膜がクリーニングガスとの反応により除去される。なお、クリーニングガス種は、上述したフッ化水素（ＨＦ）ガス、フッ化塩素（ＣｌＦ３）を含むものに限らず、酸化珪素膜と反応し、かつ炭化珪素（ＳｉＣ）又はシリコン（Ｓｉ）の部材と反応しない、もしくは反応性が低いガスであればよい。
【００２８】
続いて、コントローラ７０は、ガス供給源（図示省略）より反応管４２内に不活性ガスを供給する。より具体的には、コントローラ７０は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス等をガス供給ライン６０及びガス導入ノズル６６を介して反応管４２内に所定時間供給する（パージする）。これにより、反応管４２内のクリーニングガスが不活性ガスと置換される。
【００２９】
このクリーニング工程は、コントローラ７０の制御により自動的に実施されるようになっている。なお、クリーニングガスは、処理ガスが供給されるガス供給ライン６０及びガス導入ノズルとは別の経路で反応管４０内に供給されるようにしてもよい。
【００３０】
次に、実施例及び比較例について説明する。
【００３１】
[実施例]
まず、熱処理装置１０において酸化工程（アニール工程を含む）を実施した。この酸化工程における酸化（又はアニール）温度は１３５０℃、酸化時間は７５０時間（連続使用時間）とした。続いて、熱処理装置１０においてクリーニング工程を実施した。すなわち、コントローラ７０の制御により、ガス供給ライン６０及びガス導入ノズル６６を介して反応管４０内にクリーニングガスを所定時間供給した。続いて、コントローラ７０の制御により、ガス供給ライン６０及びガス導入ノズル６６を介して反応管４０内に不活性ガスを所定時間供給した（パージした）。本実施例におけるクリーニングガス種は、フッ化水素（ＨＦ）ガスとアルゴン（Ａｒ）ガスとの混合ガス（ＨＦ＋Ａｒ）とした。
【００３２】
反応管４２内壁、基板支持具３０、ガス導入ノズル６６、第１の断熱部材５２等の各部材に形成された酸化珪素膜の除去には６０分、パージ時間には２０分要した。クリーニング温度は８０℃とした。すなわち、本実施例におけるクリーニング工程に要する時間は８０分となった。
【００３３】
[比較例]
まず、熱処理装置１０において上記実施例同様の酸化工程（アニール工程を含む）を実施した。続いて、クリーニング工程を実施した。本比較例におけるクリーニング工程は、反応管４２、基板支持具３０、ガス導入ノズル６６、第１の断熱部材５２等の各部材を作業員２名で取り外し、クリーニング液により該各部材に形成された酸化珪素膜を除去し、各部材を水洗い及び乾燥させた後、作業員２名で反応炉４０内に該各部材を取り付け及び調整し、反応炉４０を加熱（空焼き）するものである。本比較例におけるクリーニング液種は、フッ化水素（ＨＦ）とフッ化アンモニウム水溶液（ＮＨ４Ｆ）との混合液（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）とした。また、クリーニング後の水洗いには水（Ｈ２Ｏ）を使用した。
【００３４】
反応管４２、基板支持具３０、ガス導入ノズル６６、第１の断熱部材５２等の各部材の取り外しには１２０分、各部材に形成された酸化珪素膜の除去及び水洗いには１４４０分、各部材の乾燥には２４０分、各部材の取り付け及び調整には２４０分、反応炉４０の加熱（空焼き）には１４４０分要した。したがって、本比較例におけるクリーニング工程に要する時間は、３４８０分となった。
【００３５】
以上のように、本発明の熱処理装置１０におけるクリーニング工程は、比較例におけるクリーニング工程と比較し、該クリーニング工程にかかる時間を大幅に短縮することができ、もって装置の稼働率を向上させることができる。また、本発明の熱処理装置１０におけるクリーニング工程は、コントローラ７０により自動的に実施されるので、比較例におけるクリーニング工程と比較し、作業員の負担が軽減される。
【００３６】
なお、反応管４２、基板支持具３０、ガス導入ノズル６６、第１の断熱部材５２等の各部材は炭化珪素（ＳｉＣ）製ではなくシリコン（Ｓｉ）製でもよい。この場合、シリコン（Ｓｉ）製の各部材に形成された酸化珪素膜は、フッ化水素（ＨＦ）ガスを含むクリーニングガスで除去することが好ましい。
【００３７】
本発明の熱処理装置は、基板の製造工程に適用することができる。
ＳＯＩ(Silicon On Insulator)ウエハの一種であるＳＩＭＯＸ(Separation by Implanted Oxygen)ウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用する例について説明する。
【００３８】
まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウエハ内への酸素イオンをイオン注入する。その後、酸素イオンが注入されたウエハを上記実施の形態の熱処理装置を用いて、例えばＡｒ、Ｏ２雰囲気のもと、１３００℃〜１４００℃、例えば１３５０℃以上の高温でアニールする。これらの処理により、ウエハ内部にＳｉＯ２層が形成された（ＳｉＯ２層が埋め込まれた）ＳＩＭＯＸウエハが作製される。
【００３９】
このような基板の製造工程の一工程として行なう高温アニール処理を行なう場合であっても、本発明の熱処理装置を適用することができる。
【００４０】
また、本発明の熱処理装置は、半導体装置（デバイス）の製造工程に適用することも可能である。特に、比較的高い温度で行なう熱処理工程、例えば、ウェット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化（パイロジェニック酸化）、ＨＣｌ酸化等の熱酸化工程等に適用するのが好ましい。
【００４１】
このような半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程を行なう場合においても、本発明の熱処理装置を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板の製造方法及び熱処理装置において、反応管及び反応管内の各部材をクリーニングする必要があるものに利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  熱処理装置
３０  基板支持具
４２  反応管
５４  基板
６０  ガス供給ライン
６６  ガス導入ノズル
【図１】
0005331224.tif 000002
【図２】
0005331224.tif 000003