(57)【要約】本発明による処理システムは、内部に被処理基板が載置される反応容器と、基板処理時に前記反応容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、クリーニング時に前記反応容器内に腐蝕性を有するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給機構と、前記反応容器に接続された排気路部材と、前記反応容器及び前記排気路部材のうちの特定の一部分を加熱する加熱手段と、前記特定の一部分の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された検出値に基づいて、前記特定の一部分が所定の目標温度となるように前記加熱部材を制御する温度制御手段と、前記目標温度を、基板処理時とクリーニング時とで変更する温度変更手段と、を備える。前記目標温度は  前記温度変更手段により、基板処理時においては当該特定の一部分への反応副生成物の付着が抑制され得る温度とされる一方、クリーニング時においては当該特定の一部分の腐蝕が抑制され得る温度とされる。
2004070802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に被処理基板が載置される反応容器と、
基板処理時に前記反応容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
クリーニング時に前記反応容器内に腐蝕性を有するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給機構と、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
前記反応容器及び前記排気路部材のうちの特定の一部分を加熱する加熱手段と、
前記特定の一部分の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された検出値に基づいて、前記特定の一部分が所定の目標温度となるように前記加熱部材を制御する温度制御手段と、
前記目標温度を、基板処理時とクリーニング時とで変更する温度変更手段と、
を備え、
前記目標温度は  前記温度変更手段により、基板処理時においては当該特定の一部分への反応副生成物の付着が抑制され得る温度とされる一方、クリーニング時においては当該特定の一部分の腐蝕が抑制され得る温度とされる
ことを特徴とする処理システム。
【請求項２】
前記特定の一部分を冷却する冷却手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の処理システム。
【請求項３】
クリーニング時に前記特定の一部分と前記クリーニングガスとの反応を検出する反応検出手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の処理システム。
【請求項４】
前記反応検出手段が前記特定の一部分と前記クリーニングガスとの反応を検出した場合に、前記温度変更手段は、クリーニング時の目標温度をより低い目標温度に変更するようになっている
ことを特徴とする請求項３に記載の処理システム。
【請求項５】
前記温度変更手段がクリーニング時の目標温度を所定の下限温度にまで変更した場合に、前記クリーニングガス供給機構によるクリーニングガスの供給が停止されるようになっている
ことを特徴とする請求項４に記載の処理システム。
【請求項６】
前記処理ガスによる前記基板の処理を制御する装置制御部と、
総合的な工程管理を担う管理制御部と、
を更に備え、
前記温度変更手段は、前記管理制御部に一体化されて設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の処理システム。
【請求項７】
前記管理制御部は、前記装置制御部から送られる情報に基づいて、前記クリーニングガスの導入時期を決定するようになっており、
前記温度変更手段は、前記導入時期までに、前記目標温度を変更するようになっている
ことを特徴とする請求項６に記載の処理システム。
【請求項８】
前記クリーニングガスは、フッ素ガスを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の処理システム。
【請求項９】
前記特定の一部分は、前記排気路部材の一部または全部である
ことを特徴とする請求項１に記載の処理システム。
【請求項１０】
内部に被処理基板が載置される反応容器と、
基板処理時に前記反応容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
クリーニング時に前記反応容器内に腐蝕性を有するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給機構と、
前記反応容器に接続された排気路部材と、
前記反応容器及び前記排気路部材のうちの特定の一部分を加熱する加熱手段と、
を備えた処理システムの稼働方法であって、
前記反応容器内に基板を搬入する工程と、
前記特定の一部分を、当該特定の一部分への反応副生成物の付着が抑制され得る温度に加熱する工程と、
前記反応容器内に前記処理ガスを供給して前記基板に対して処理を行う工程と、
前記反応容器から前記基板を搬出する工程と、
前記特定の一部分を、当該特定の一部分の前記クリーニングガスによる腐蝕が抑制され得る温度にする工程と、
前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して前記反応容器をクリーニングする工程と、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記特定の一部分を当該特定の一部分の前記クリーニングガスによる腐蝕が抑制され得る温度にする前記工程は、当該特定の一部分を強制的に冷却する工程を含んでいる
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して前記反応容器をクリーニングする前記工程は、前記特定の一部分と前記クリーニングガスとの反応を監視する工程を含んでいる
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して前記反応容器をクリーニングする前記工程は、前記特定の一部分と前記クリーニングガスとの反応が検出された場合に前記特定の一部分の温度を更に下げる工程を含んでいる
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して前記反応容器をクリーニングする前記工程は、前記特定の一部分の温度が所定の下限温度にまで下げられた場合に前記クリーニングガス供給機構によるクリーニングガスの供給を停止する工程を含んでいる
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、定期的に反応容器内をクリーニングガスによりクリーニングする例えば減圧ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などの処理システム及び当該処理システムの稼働方法に関する。
【背景技術】  半導体製造装置の一つである減圧化学的気相成長装置（以下ＬＰ−ＣＶＤ装置という）を用いて成膜プロセスを行ったとき、反応副生成物が大量に発生する場合がある。例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）とアンモニア（ＮＨ３）とを用いてシリコン窒化膜を生成するＬＰ−ＣＶＤ装置においては、膜生成時に反応副生成物である塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）が大量に発生する。この場合、ＬＰ−ＣＶＤ装置の排気部である排気管の内壁の温度が反応副生成物の昇華温度以下であれば、この反応副生成物は排気部に大量に付着し、反応容器内及び排気部を真空に保っている真空ポンプを目詰まりさせるなどの悪影響を引き起こす。そのため、かかるＬＰ−ＣＶＤ装置においては、排気部が反応副生成物の昇華温度以上に加熱されて、反応副生成物が排気部に付着しないようにしている。
また、かかるＬＰ−ＣＶＤ装置により成膜処理を行なうと、半導体ウエハ（以下ウエハという）の成膜面のみならず、反応容器内壁やウエハを保持する搭載治具にもシリコン窒化膜が付着してしまう。そして、このシリコン窒化膜の累積膜厚がある程度の厚さになると、膜剥がれが生じて、コンタミネーション及びダストが増加してしまう。更に、反応容器の内部構成物の輻射率が変化することにより、反応容器内の温度安定性が影響され得るということも分かってきた。これらのことは、製品の歩留まりを低下させる要因となる。このため、定期的にＬＰ−ＣＶＤ装置内をクリーニングして、反応容器内壁や搭載治具に付着したシリコン窒化膜を除去する必要がある。
クリーニング方法としては、ＬＰ−ＣＶＤ装置内に腐食性のエッチングガス、例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ３）、を導入して、該腐食性のエッチングガスとシリコン窒化膜との化学反応を利用するドライエッチング法が広く使用されている（例えば特開２０００−７７３９１を参照）。
ところで、最近において、ＣｌＦ３ガスは、環境問題の点から使用が制限されつつある。このガスに代わって、Ｆ２ガスを含むクリーニングガス、例えばフッ素（Ｆ２）ガスとフッ化水素（ＨＦ）ガスとの混合ガス、を使用することが検討されている。
しかしながら、Ｆ２ガスは腐食性が極めて大きいため、排気部が反応副生成物の昇華温度以上に加熱された状況で、反応容器内に付着したシリコン窒化膜をクリーニングするためにＦ２ガスを含むクリーニングガスが導入されると、例えば排気部のステンレス製部材のコーティング層が損傷し得る。この場合、ステンレス製部材が露出して、当該ステンレス製部材が腐食してしまう。すなわち、排気部そのものが損傷してしまう。また、排気部のステンレス製部材が腐食した状態で該ＬＰ−ＣＶＤ装置を用いてシリコン窒化膜が成膜されると、ステンレスとクリーニングガスとの反応物（例えば、ＣｒＦ２）がシリコン窒化膜中に取り込まれ得る。この場合、生成されるシリコン窒化膜の電気的特性や信頼性などの品質が影響されることが分かっている。また、ステンレスとフッ素との反応物は、シリコン窒化膜生成の触媒としても作用する。従って、該反応物が付着した箇所において、シリコン窒化膜の異常成長が発生し得る。これは、ウエハ表面に生成されるシリコン窒化膜のウエハ面内の均一性を著しく損ね得る。
また、従来、実施したことのない圧力及び／または温度条件で該ＬＰ−ＣＶＤ装置がクリーニングされた場合、排気部の腐食の程度は目視でしか確認する方法がなかった。そのため、排気部が腐食されたにも関わらず、該ＬＰ−ＣＶＤ装置が用いられて、成膜した製品品質に問題が生じたり、排気部自体が破壊されてしまうことさえあり得た。
発明の要旨
本発明は、反応副生成物の付着を抑えるために加熱される部材（例えば排気路部材）が、腐食性のあるクリーニングガスを装置内に流される際に腐食してしまうおそれのある処理システム（例えばシリコン窒化膜を生成するＬＰ−ＣＶＤ装置）が従来有していた上記問題点に鑑みてなされたものであり、例えば排気路部材のステンレス製部の腐食を最小限に抑えることのできる処理システム及び当該処理システムの稼働方法を提供することを目的とする。また他の発明は、例えば排気路部材の温度を変化させることが可能であり、かつ、排気路部材のステンレス製部とクリーニングガスとの反応状況に応じて自動的にクリーニングを終了させる処理システム及び当該処理システムの稼働方法を提供することを目的としている。
本発明は、内部に被処理基板が載置される反応容器と、基板処理時に前記反応容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、クリーニング時に前記反応容器内に腐蝕性を有するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給機構と、前記反応容器に接続された排気路部材と、前記反応容器及び前記排気路部材のうちの特定の一部分を加熱する加熱手段と、前記特定の一部分の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された検出値に基づいて、前記特定の一部分が所定の目標温度となるように前記加熱部材を制御する温度制御手段と、前記目標温度を、基板処理時とクリーニング時とで変更する温度変更手段と、を備え、前記目標温度は  前記温度変更手段により、基板処理時においては当該特定の一部分への反応副生成物の付着が抑制され得る温度とされる一方、クリーニング時においては当該特定の一部分の腐蝕が抑制され得る温度とされることを特徴とする処理システムである。
本発明によれば、前記反応容器及び前記排気路部材のうちの特定の一部分（排気路部材や、反応容器の開口部を塞ぐ蓋体など）において、処理時における反応副生成物の付着が抑制されることに加えて、クリーニング時における腐蝕をも抑制され得る。従って、当該部分の使用寿命を延ばすことができる。
好ましくは、処理システムは前記特定の一部分を冷却する冷却手段を更に備える。
また、好ましくは、処理システムはクリーニング時に前記特定の一部分と前記クリーニングガスとの反応を検出する反応検出手段を更に備える。この場合、前記反応検出手段が前記特定の一部分と前記クリーニングガスとの反応を検出した場合に、前記温度変更手段は、クリーニング時の目標温度をより低い目標温度に変更するようになっていることが好ましい。更には、前記温度変更手段がクリーニング時の目標温度を所定の下限温度にまで変更した場合に、前記クリーニングガス供給機構によるクリーニングガスの供給が停止されるようになっていることが好ましい。
また、処理システムは、前記処理ガスによる前記基板の処理を制御する装置制御部と、総合的な工程管理を担う管理制御部と、を更に備え、前記温度変更手段は、前記管理制御部に一体化されて設けられていることが好ましい。
この場合、好ましくは、前記管理制御部は、前記装置制御部から送られる情報に基づいて、前記クリーニングガスの導入時期を決定するようになっており、前記温度変更手段は、前記導入時期までに、前記目標温度を変更するようになっている。
また、好ましくは、前記クリーニングガスは、フッ素ガスを含む。
なお、例えば、前記特定の一部分は、前記排気路部材の一部または全部である。あるいは，前記特定の一部分は、前記反応容器の一部である。
また、本発明は、内部に被処理基板が載置される反応容器と、基板処理時に前記反応容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、クリーニング時に前記反応容器内に腐蝕性を有するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給機構と、前記反応容器に接続された排気路部材と、前記反応容器及び前記排気路部材のうちの特定の一部分を加熱する加熱手段と、を備えた処理システムの稼働方法であって、前記反応容器内に基板を搬入する工程と、前記特定の一部分を、当該特定の一部分への反応副生成物の付着が抑制され得る温度に加熱する工程と、前記反応容器内に前記処理ガスを供給して前記基板に対して処理を行う工程と、前記反応容器から前記基板を搬出する工程と、前記特定の一部分を、当該特定の一部分の前記クリーニングガスによる腐蝕が抑制され得る温度にする工程と、前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して前記反応容器をクリーニングする工程と、を備えたことを特徴とする方法である。
本発明によれば、前記反応容器及び前記排気路部材のうちの特定の一部分（排気路部材や、反応容器の開口部を塞ぐ蓋体など）において、処理時における反応副生成物の付着が抑制されることに加えて、クリーニング時における腐蝕をも抑制され得る。従って、当該部分の使用寿命を延ばすことができる。
好ましくは、前記特定の一部分を当該特定の一部分の前記クリーニングガスによる腐蝕が抑制され得る温度にする前記工程は、当該特定の一部分を強制的に冷却する工程を含んでいる。
また、好ましくは、前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して前記反応容器をクリーニングする前記工程は、前記特定の一部分と前記クリーニングガスとの反応を監視する工程を含んでいる。
この場合、更に好ましくは、前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して前記反応容器をクリーニングする前記工程は、前記特定の一部分と前記クリーニングガスとの反応が検出された場合に前記特定の一部分の温度を更に下げる工程を含んでいる。
この場合、更に好ましくは、前記反応容器内に前記クリーニングガスを供給して前記反応容器をクリーニングする前記工程は、前記特定の一部分の温度が所定の下限温度にまで下げられた場合に前記クリーニングガス供給機構によるクリーニングガスの供給を停止する工程を含んでいる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の一実施の形態における処理システムを示す全体構成図である。
図２は、本発明の一実施の形態における処理システムの制御系を示す構成図である。
図３は、本発明の一実施の形態における処理システムの動作を示すフローチャートである。
図４は、本発明の一実施の形態における処理システムの動作を示すフローチャートである。
図５は、本発明の一実施の形態における処理システムの排気部の目標温度を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に、添付図面を参照しながら、本発明の一実施の形態であるシリコン窒化膜を生成するＬＰ−ＣＶＤ装置について詳細に説明する。
この実施の形態では、シリコン窒化膜を生成するＬＰ−ＣＶＤ装置の排気部（排気路部材）に対して、最適な温度制御が行われる。
例えばＬＰ−ＣＶＤ装置の装置本体を制御する装置制御部から、クリーニング工程の時間情報が得られ、例えばＬＰ−ＣＶＤ装置の排気部のヒータから、ヒータ出力データが得られ、排気部付属の温度検出手段から、温度検出データが得られ、ＬＰ−ＣＶＤ装置付帯の排気ガス成分分析装置から、分析データが得られるようになっている。これらデータ群に基いて、排気部温度制御動作決定部が、排気部温度制御動作決定プログラムに従って、排気部の最適な温度制御を実施する。
図１は、本実施の形態の処理システムを示す全体構成図である。図１中、反応管１は、例えば石英で作られた内管１ａ及び外管１ｂよりなる二重構造を有している。反応管１の下部側には、金属製例えばステンレス製の筒状のマニホールド１１が設けられている。前記内管１ａの上端は開口されており、前記内管１ａはマニホールド１１の内方側にて支持されている。外管１ｂの上端は塞がれており、下端はマニホールド１１の上端に気密に接合されている。この例では、反応管１とマニホールド１１とにより反応容器が構成されている。
図１は、反応管１内に基板であるウエハＷが搬入されている状態を示している。前記反応管１内には、複数枚のウエハＷが各々水平な状態で上下に間隔をおいて保持具である石英製のウエハボート１２に棚状に載置されている。ウエハボート１２は、蓋体１３の上に延びる回転軸１５によって支持されている。回転軸１５は石英製の保温ユニット１４によって囲まれている。保温ユニット１４は、例えば石英フィンなどの断熱ユニットからなる。前記蓋体１３は、ウエハボート１２を反応管１内に搬入、搬出するためのボートエレベータ１６の上に搭載されており、上限位置にあるときにはマニホールド１１の下端開口部を閉塞する役割を持つ。回転軸１５は、蓋体１３の下方のボートエレベータ１６に設けられた駆動部１７により回転する。これにより、ウエハボート１２が回転する。
反応管１の周囲には、これを取り囲むように例えば抵抗発熱体からなる加熱手段であるヒータ２が設けられている。ヒータ２の周囲には、図示しない炉本体が設けられている。また反応管１の周囲には、処理ガスの供給管である第１の成膜ガス供給管２１及び第２の成膜ガス供給管２２並びにクリーニングガス供給管２３が設けられ、内管１ａの中にそれぞれのガスを供給できるようになっている。第１の成膜ガス供給管２１及び第２の成膜ガス供給管２２は、夫々、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス及びアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給するためのものであり、図示しないガス供給源に接続されている。クリーニングガス供給管２３の基端側は分岐されていて、両分岐管を通じて夫々フッ素ガス及びフッ化水素ガスを供給できるようになっている。Ｖ１〜Ｖ３は、ガスの供給、供給停止を行うための例えばエアバルブからなるバルブである。２４〜２７は、ガス流量を調整するためのマスフローコントローラである。
マニホールド１１には、内管１ａと外管１ｂとの間から排気できるように、金属製例えばステンレスからなる排気部をなす排気路部材である排気管３が接続されている。排気管３は、真空排気手段である真空ポンプ３１と接続されている。また、排気管３は、途中にメインバルブ３２を有している。メインバルブ３２を開閉することにより、外管１ｂの内部と真空ポンプ３１とが連通乃至遮断できるようになっている。またメインバルブ３２の開度を調整することにより、反応容器内の圧力が制御され得る。真空ポンプ３１から排出されるガスは、除害装置３０を介して大気に放出される。
排気管３の外周には、当該排気管３の内壁を加熱することが可能な加熱手段である例えばテープ状の排気部ヒータ３３が、巻回して設けられている。排気部ヒータ３３には、電源部３４から電力が供給される。
また、排気管３の外周には、排気管３を冷却するための冷却用流体がマニホールド１１側から真空ポンプ３１側に向かってつまり排気路の上流側から下流側に向かって通流するように、流路部材としての冷却管４１が設けられている。冷却用流体は、チラーユニット４２により所定の温度に冷却されるようになっている。冷却用流体としては、例えば水が使用されるが、他の様々な冷却用流体、例えばＨ２、Ｈｅ、油、空気などを用いてよい。この例では、冷却管４１及びチラーユニット４２により排気管３の外側を冷却するための第１の冷却手段（外側冷却手段）１００を構成している。
更に排気管３の内壁を冷却するために、第１の冷却手段１００に加えてあるいは第１の冷却手段１００に代えて、排気管３の内部に冷却ガスを供給するための第２の冷却手段（内側冷却手段）２００として、冷却ガスライン４３を設けるようにしてもよい。冷却ガスライン４３の供給口は、排気管３の上流端に近い部位に配置され得る。冷却ガスとしては、熱伝導率が高くかつ排気管３の内壁を構成する材料と反応しない気体、例えばＨ２やＨｅ、あるいはＮ２などの不活性ガス、を使用することができる。冷却ガスライン４３の基端側は、バルブＶ４及び流量調整部４４を介して、ガス供給源４５に接続されている。第２の冷却手段２００は、メインバルブ３２の閉状態を除いて使用することができる。
排気管３には、当該排気管３の温度を検出するための温度検出手段としての排気部熱電対３５が、例えば排気方向に沿って複数設けられている。この熱電対３５は、他の様々な温度測定器、例えば、サーミスタや、パイロメータなどで代用可能である。
また、本発明処理システムは、排気管３を構成するステンレス製部材と腐食性エッチングガスであるクリーニングガスとの反応の監視を可能とするように、反応検出手段としての四重極質量分析計（以下、Ｑ−ｍａｓｓと略す）３６を備えている。この例では、採取管３７によって、メインバルブ３２の直ぐ上流位置におけるガスが採取されるようになっている。Ｑ−ｍａｓｓ３６は、排気管３内のガスに含まれる成分、例えばＣｒＦ２、の濃度情報をイオン電流の形で分析し、リアルタイムに後述の記憶部（記録媒体）に排気管内ガス成分データとして送信する機能を有している。本実施形態では、反応検出手段であるガス分析装置として、Ｑ−ｍａｓｓを使用しているが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、他の反応分析装置、例えば排気管３内の反応熱に基いて反応状態を推測する装置などを用いて排気管３の内壁の反応分析を行うようにしてもよい。
以上の実施の形態においては、加熱手段により排気管３内が加熱され、冷却手段により排気管３が冷却され、排気管３のステンレス製部材とガスとの反応状態が監視される。しかし、排気管３そのもののみに限らす、排気路部材の全体つまり排気管に加えてメインバルブ３２などの介設機器に対しても、加熱、冷却が行われ、ガスとの反応が検出されてもよい。
図２は、本実施の形態の処理システムの制御系を示す構成図である。図中、例えばコンピュータからなる装置制御部５は、プロセスレシピ及びクリーニングレシピなどを備えている。これらレシピの中には、例えば排気管３の内壁の目標温度が含まれている。装置制御部５は、プロセス時及びクリーニング時に、ＬＰ−ＣＶＤ装置本体３００のプロセス温度、プロセス圧力、ガス流量などの制御を行う一方、排気管３の内壁の目標温度やクリーニングの開始時刻及び終了時刻などの情報を後述の制御部６に伝達する機能を有している。なおクリーニングの開始時刻とは、クリーニングレシピが選択され、装置本体３００がそのレシピにより定められた圧力、温度などの処理条件に向かって動作し始める時刻である。
図２に示すように、例えば装置制御部５とは別個のコンピュータからなる制御部６は、バス６１、ＣＰＵ（中央処理部）６２、第１の記憶部（記録媒体）６３、排気部温度制御動作決定プログラム（を記憶する記録部）６４、第２の記憶部６５、を有している。この制御部６には、前記Ｑ−ｍａｓｓ３６及び排気部温度制御部としての排気部温度コントローラ７が接続されている。制御部６は、種々の情報の通信網とデータベースとを併用し、ウエハ上に形成されるデバイスの開発、基板の加工、装置の組み立て等の製造にかかわる一連の工程と、それらに関する情報と、を総合的に管理する管理制御部として構成され得る。その場合、図１に示すＬＰ−ＣＶＤ装置で行われる工程の前工程あるいは後工程が行われる１つあるいは複数の装置との間で情報の授受を行うための通信部（図示せず）を備え得る。
排気部温度コントローラ７は、シリコン窒化膜成膜時において排気管３の内壁が昇華温度以上になるように、目標温度と熱電対３５からの温度検出値とに基づいて、電源部３４を介して排気部ヒータ３３に対してＰＩＤ制御を行う。即ち、温度検出値と目標温度に対応した温度設定値との差は、ＰＩＤ演算回路により、ＰＩＤ制御され、排気部ヒータ３３への供給電力を決定するために使われる。
また第２の記憶部６５内には、プロセス及びクリーニングの各々と排気管３の内壁の目標温度（排気部目標温度）とを対応させた情報であるテーブル６６が記憶されている。このテーブル６６は、例えば予め装置制御部５にて作成されて、装置制御部５から取り込まれるか、あるいは、装置制御部５から取り込まれたデータに基づいて、制御部６側で作成される。この例のテーブル６６には、排気部目標温度として、第１部位及び第２部位の夫々の値が記載されている。排気管３の内壁が排気方向に複数に分けられた場合、例えば反応容器に近い部位と遠い部位とに分けられた場合、各部位毎に加熱手段（例えばヒータ）、温度検出手段（例えば熱電対）、電源部及び排気部温度コントローラが設けられて、独立して温度制御が行われることが好ましい。
図１では１個のヒータ３３のみが図示されていて、排気管３の内壁の温度は一括して制御されるように記載してあるが、実際には、例えば反応容器に近い部位と遠い部位とは分けて制御され得る。このため、反応容器に近い部位が第１の部位、反応容器から遠い部位が第２の部位とされて、それぞれの目標温度が設定されている。第１の部位は反応容器内で加熱されたガスが入ってくる部位なので、例えば第２の部位よりも低い温度が設定されている。一例を挙げると、クリーニング時における第１の部位の目標温度及び第２の部位の目標温度は、夫々２０℃及び２５℃に設定される。なお、プロセス時には、第１の部位の目標温度及び第２の部位の目標温度は、夫々例えば１８０℃及び２００℃とされる。
これら排気部目標温度は、使用されるガスの種類、排気管３の材質（特にはその内面のコーティングの材質）などに応じて決められ得て、例えば装置制御部５で例えばコントロールパネルを介してオペレータにより入力され得る。これら排気部目標温度は、例えば排気部温度制御動作決定プログラム６４に従って反応容器で行われる処理に応じて読み出され、排気部温度コントローラ７に送られる。
反応容器内をクリーニングするときは、排気部温度制御動作決定部としての制御部６が排気部温度制御動作決定プログラム６４に従って、排気部である排気管３の内壁の目標温度を決定する。つまり、成膜処理が行われていたときの目標温度からクリーニング時に見合った目標温度への変更がなされる。排気部温度コントローラ７は、その目標温度に適合するよう、排気部ヒータ３３を動作させる。この例では、目標温度の変更は、前記テーブル６６の目標温度を読み出すことにより行われる。
この実施例では、排気部温度制御動作決定プログラム６４、ＣＰＵ６２及びテーブル６６が、排気管３の内壁の目標温度を変更するための温度変更手段を構成する。熱電対３５の温度検出値は、排気部温度コントローラ７に送られると共に、制御部６により定期的（本実施例においては、１０秒毎）にサンプリングされ、記憶部６３に記憶される。
また、排気部温度コントローラ７は、排気部温度制御動作決定プログラムに従う冷却動作の決定に基づく制御部６からの冷却指示を受けると、それに従い第１の冷却手段１００を動作させる。具体的には、例えばチラーユニット４２に対して通流指示を送る。チラーユニット４２は、通流指示を受信すると、排気管３を囲っている冷却管４１内に流体を流す。これにより排気管３の温度がより低温に下げられる。流体は、熱伝導率の高い物質であればどの流体を使用しても問題ない。本実施例では、例えば温度：５［℃］、流量：５〜１５［ｌ／ｍｉｎ］の水が流されている。
制御部６において、記憶部６３は、装置制御部５から送信されるクリーニング開始時刻及びクリーニング終了時刻、Ｑ−ｍａｓｓ３６から送られる排気ガス成分データ、排気部熱電対３５から送られる温度検出値、排気部ヒータ３３からのヒータ出力、などの情報を記憶する。排気部温度制御動作決定プログラム６４は、記憶部６３に送られて記憶された上述の情報に基づいて、排気部目標温度を決定する。必要に応じて、排気部温度制御動作決定プログラム６４は、第１の冷却手段１００に冷却動作指示を作成する。なお第２の冷却手段２００が設けられる場合には、上述の情報に基づいて第２の冷却手段２００に対する冷却動作指示を作成するようにしてもよい。第１の冷却手段１００あるいは第２の冷却手段２００を用いて冷却状態を制御するにあたっては、目標温度及び／または温度検出値に基づいて冷却流体あるいはガスの通流状態と通流停止状態とを選択することに限らず、それらの流量を制御するようにしてもよい。
以上のように構成された処理システムの動作を図３及び図４のフローチャートを参照しながら説明する。先ずＬＰ−ＣＶＤ装置による成膜時の動作から述べる。
ステップＳ１に示すように、成膜時は、制御部６の排気部温度制御動作プログラム６４により、排気部目標温度例えば排気管３の内壁の目標温度が反応副生成物の昇華温度以上の温度に設定され、当該目標温度が排気部温度コントローラ７に出力される。排気部温度コントローラ７は、この目標温度に基づいて、排気部ヒータ３３の出力をＰＩＤ制御する。この例では、成膜処理は、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びアンモニア（ＮＨ３）を反応させて窒化シリコン膜を成膜するプロセスである。このため、反応副生成物である塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）の昇華温度は１５０℃であり、前記目標温度は例えば２００℃と設定される。
排気部熱電対３５は、排気部温度コントローラ７に排気管３の温度を伝達する。排気部ヒータ３３は、排気部温度コントローラ７によって送られる信号に基づき制御される。第１の冷却手段１００は、成膜時は、通常動作しない。Ｑ−ｍａｓｓ３６は、成膜時の排気ガス成分データを記憶部６３に定期的（本実施例においては、１０秒毎）に送信する。
ＬＰ−ＣＶＤ装置においては、ステップＳ２に示すように、成膜を行なう基板であるウエハが所定枚数ウエハボート１２上に移載されて保持され、ボートエレベータ１７の上昇により、反応管１及びマニホールド１１により形成される反応容器内に搬入される。マニホールド１１の下端開口部（炉口）は、蓋体１３により塞がれる。次いで、メインバルブ３２が開けられて、真空ポンプ３１により反応容器内が真空排気される。反応容器内が所定の圧力例えば約０．１Ｐａになった時点において、メインバルブ３２が閉じられ、閉空間としての反応容器内の圧力上昇の有無が確認される。ここで、圧力上昇が確認されると、成膜中に大気が巻き込まれることになる。この場合には、所望のシリコン窒化膜を得ることができない。
更に、ヒータ２により、反応容器内が所定のプロセス温度、例えばおよそ５００℃から８００℃までの間から選択される温度、まで昇温される。その後、処理ガス供給管から処理ガスが導入される。処理ガス供給管は、導入される処理ガスの種類に合わせて、常時準備されている。通常、シリコン窒化膜を成膜する場合は、ジクロロシラン及びアンモニアが用いられるのが一般的である。この例では、これらのガスが処理ガス供給管２１、２２から夫々反応容器内に供給され、所定時間成膜が行われる。このとき、反応副生成物である塩化アンモニウムが生成され、排気内に流入する。しかし、排気管３内は塩化アンモニウムの昇華温度以上に加熱されているので、塩化アンモニウムは排気管３には付着しないまま排気され、図示しないトラップにて捕獲される。
成膜処理後は、反応容器内に残る残留ガスが例えば図示しないガス供給管を通じて流されるＮ２ガスを用いてパージされる。その後、ボートエレベータ１７が降下されてウエハボート１２が搬出される。
ウエハ上への成膜と同時に、反応容器の内部雰囲気にさられた部分、例えばウエハボート１２、外管１ｂの内壁、内管１ａなど、にもシリコン窒化膜が付着、堆積し得る。長期間の処理装置の使用の間に、このシリコン窒化膜の膜厚が増大される。このようなシリコン窒化膜は、コンタミネーションやダストの原因となり、成膜斑や導電阻害や絶縁不良などの製品（デバイス）の品質劣化につながる。従って、かかるデバイスの品質劣化を防ぐために、窒化膜用のＬＰ−ＣＶＤ装置に対して定期的にクリーニングを行う必要がある。このため、ステップＳ３に示すように、装置制御部５は、クリーニングを行う時期であるか否か、例えば窒化シリコン膜の累積膜厚が設定値に達したか否か、を判定する。設定値に達している場合は、例えば自動的にクリーニングレシピが選択されて、クリーニングが開始される。あるいは、クリーニング実施について装置の操作画面上に表示がなされる。あるいは、アラームを発生させて、オペレータにクリーニング実施が促される。
次に、ＬＰ−ＣＶＤ装置をクリーニングする方法について詳細に説明する。先ず、例えばステップＳ４に示すように、装置制御部５によりクリーニングレシピが選択されて当該クリーニングレシピによる動作が始まると、装置制御部５から制御部６にクリーニング開始時刻が伝達されて記憶部６３に記憶される（ステップＳ５）。すると、制御部６が排気部温度制御動作決定部として排気部温度制御動作決定プログラム６４に従って、クリーニング開始時刻（既述のクリーニングレシピが選択された時刻）に基づいてクリーニング実施時刻（クリーニングガスが導入される時刻）を推定する（ステップＳ６）と共に、排気部である排気管３の内壁の目標温度を、塩化アンモニウムの昇華温度以上の温度から当該内壁がクリーニングガスにより腐食されない適切な温度、例えば当該内壁を構成するステンレス表面がフッ素により損傷しない程度の温度（例えば２５℃）、に変更する（ステップＳ７）（成膜時の目標温度よりも小さくする）。変更後の目標温度は、制御部６から排気部温度コントローラ７に送信される。具体的には、クリーニングに応じた目標温度がテーブル６６から読み出されて、排気部温度コントローラ７に送信される。
また、この例では、クリーニング開始時刻の例えば６０分後が、クリーニング実施時刻として推定される。そして、クリーニング実施時刻に排気部である排気管３の内壁の温度が目標温度まで下がるように、制御部６から排気部温度コントローラ７に冷却動作指示が送信される。これにより、排気部温度コントローラ７は、第１の冷却手段１００が冷却動作を実行するように、例えばチラーユニット４２に対して冷却水の冷却及び通流の動作指示を出す（ステップＳ８）。例えば、前記プログラム６４に基いてクリーニング実施時刻が推定されたときに、そのときの排気管３の内壁の温度と目標温度と冷却状態（冷媒の温度、流量など）とに基づいて、排気管３の内壁の温度がクリーニング実施時刻までに目標温度まで下がるか否かが判断される。その判断結果によっては、第１の冷却手段１００に加えて第２の冷却手段２００が使用される。あるいは、チラーユニット４２に対して冷媒の流量を増やすような指示が与えられる。
第１の冷却手段１００は、冷却動作指示を受信すると、冷却動作を開始する。すなわち、冷却水が冷却管４１内を流されて、排気管３を強制的に冷却する。排気部熱電対３５による温度検出値が例えば目標温度付近の温度まで下がると、前記制御部６は冷却動作停止指示を排気部温度コントローラ７に出力する（ステップＳ９）。これにより、第１の冷却手段１００による冷却動作、例えば冷却水の通流、が停止する。排気管３を冷却するにあたっては、第１の冷却手段１００に加えて第２の冷却手段２００に冷却指示を与えて、冷却ガスライン４３から排気管３内に冷却ガスを供給するようにしてもよい。
一方、クリーニングレシピが選択されると、ＬＰ−ＣＶＤ装置においては、ウエハの搭載されていないウエハボート１２が反応容器内に搬入され、蓋体１３によりマニホールド１１の下端開口部が閉じられる。これにより、反応容器から排気管３のメインバルブ３２までの部位が閉空間となる。次に、メインバルブ３２が開けられて、真空ポンプ３１により反応容器内が真空状態とされる。反応容器内の圧力が下がりきった状態、例えば約０．１Ｐａになった時点において、メインバルブ３２が閉じられる。そして、閉空間としての反応容器内の圧力上昇の有無が確認される。ここで、圧力上昇が確認されると、クリーニング中に大気が巻き込まれることになる。この場合には、クリーニングガスが大気と反応する危険性がある。
次いで、ヒータ２により、反応容器内の温度がクリーニング温度、例えば３００℃、まで昇温される。反応容器内がクリーニング温度に達した後、クリーニングガス供給管２３を通じて、クリーニングガス（ドライエッチングガス）、例えばフッ素ガス及びフッ化水素ガス、が反応容器内に導入されてクリーニングが実施される（ステップＳ１０）。クリーニングガスにより、ウエハボート１２、外管１ｂの内壁、内管１ａなどに付着したシリコン窒化膜がエッチングされて除去される。
また、Ｑ−ｍａｓｓ３６により、排気管３内を流れてきたガス中において、排気管３の腐食の程度を示す指標となる成分の濃度が監視される。この例では、排気管３の材料であるステンレスとクリーニングガスとの反応生成物であるＣｒＦ２の濃度が、ＣｒＦ２に相当するイオン電流として検出される。この検出値は定期的に、例えば１０秒間隔で、制御部６の記憶部６３に記憶される（ステップＳ１１）。排気部温度制御動作決定プログラムに従って、ＣｒＦ２の濃度が予め設定した濃度以下であるか否かが判断される（ステップＳ１２）。ＣｒＦ２の濃度が予め設定した濃度以下であれば、クリーニングの終了信号が出力されているか否かが判断される（ステップＳ１３）。出力されていなければ、ステップＳ１１、Ｓ１２が繰り返される。クリーニングの終了信号が出力されていれば、装置制御部５がクリーニングガス供給管２３に設けられているバルブＶ３を閉じてクリーニングを終了する（ステップＳ１４）。
一方、ステップＳ１２にて、ＣｒＦ２の濃度が予め設定した濃度を越えていると判断された場合には、排気部温度制御動作決定プログラム６４により、排気部温度コントローラ７に対して、目標温度を所定温度例えば５℃だけ下げるような指示が与えられる、即ち、５℃だけ低い目標温度が出力される（ステップＳ１５）。排気部温度コントローラ７は、これにより、第１の冷却手段１００に新しい冷却動作指示を送信する（ステップＳ１６）。当該第１の冷却手段１００の動作が修正されると、排気管３の温度が更に下げられる。これにより、排気管３での反応が抑制され得る。ここで、既述のように、排気管３の内壁の加熱領域が複数に分割されていて、夫々独立して温度制御されるときには、各加熱領域の目標温度がいずれも５℃だけ低く変更される。
そして、ＣｒＦ２の濃度が設定値を上回り続けている状態が続けば、例えばＣｒＦ２の濃度に相当するイオン電流が１Ｅ−９（Ａ）を越えていれば、目標温度を降温するステップが繰り返される。具体的には、例えばステップＳ１６の後、ステップＳ１７によりクリーニング終了信号が出力されていないか否かが判断される。クリーニング終了信号が出力されていれば、ステップＳ１４に進んでクリーニングが終了する。クリーニング終了信号が出力されていなければ、例えば前記目標温度を５℃降温する指示を出したステップＳ１５から所定時間が経過しているか否かが判断される（ステップＳ１８）。所定時間が経過していれば、ステップＳ１９により再度ＣｒＦ２の濃度が予め設定した濃度以下であるか否かが判断される。ここで、ＣｒＦ２の濃度が予め設定した濃度以下であれば、ステップＳ１３に進む。ＣｒＦ２の濃度が予め設定した濃度を依然上回っていれば、制御部６の排気部温度制御動作決定プログラム６４は、更に排気部目標温度を所定温度例えば５℃降温させる作業を繰り返す。排気管３の内壁温度が予め設定された下限温度、例えば第１の冷却手段１００の冷却流体の温度よりも１０℃高い温度、まで下げられても、ＣｒＦ２の濃度が設定値以下にならなければ、本システムではクリーニングガスと排気部ステンレス部材との反応を制御することはできないと判断され、クリーニングが中止される。即ち、フローチャートでは、ステップＳ１９の後に、排気部目標温度が所定の下限温度まで降温されたか否かが判断される（ステップＳ２０）。所定の下限温度まで降温されていなければ、ステップＳ１５に戻って目標温度が例えば５℃降温される。所定の下限温度まで降温されていれば、ステップＳ２１にてクリーニングが中止される。
クリーニングの中止は、排気部温度制御動作決定プログラム６４が装置制御部５にクリーニングアボート指示を、第１の冷却手段１００に冷却停止指示を夫々送信することにより行われる。装置制御部５は、クリーニングアボート指示を受信すると、即座にクリーニングガス供給管２３のバルブＶ３を閉止してクリーニングを終了させる。また、第１の冷却手段１００は、冷却停止指示を受信すると、即座に冷却動作を停止する。
反応容器内のクリーニングが終了すると、反応容器内のクリーニングガスが、例えば図示しないガス供給管を通じて導入されるガス、例えばＮ２ガス、で置換される。一方、排気部温度制御動作プログラム６４は、排気部目標温度を反応副生成物の昇華温度以上になるように変更する（ステップＳ２２）。変更後の排気部目標温度は、排気部温度コントローラ７に出力される。排気部目標温度と成膜工程及びクリーニング工程との関係を図５に示す。
上述の実施の形態によれば、成膜時には、排気部の目標温度を反応副生成物の昇華温度以上としているので、排気部（具体的には排気路部材である排気管３の内壁）に反応副生成物が付着することを防止できる一方、クリーニング時には、排気部を構成しているステンレスのクリーニングガスによる腐食が十分抑制される適切な温度まで目標温度を降温しているので、排気路部材の使用寿命が長くなる。また、金属部分の腐食が抑えられることにより、ウエハに対する金属汚染が防止され得る。また、成膜工程からクリーニング工程に移るときに、例えば冷却流体により排気管３を強制的に冷却することによって排気部の温度がクリーニング時に見合った温度まで降温されるので、排気部の降温が速やかに行われ、従ってクリーニング工程に速やかに移行できる。
更にまた、排気部を構成しているステンレス部材とクリーニングガスとの反応の状態が排気管３内を流れるガス中の所定の成分、例えばＣｒＦ２、の濃度により監視され、その濃度が所定濃度を上回ったときに排気管３の温度が降温されるようになっているため、排気部を構成しているステンレス部材の腐食を確実に抑制することができる。なお、このような構成にすれば、排気部のみならずマニホールド１１などのステンレス部材が腐食した場合にも、いち早く検出することができる。
上述の実施の形態では、排気管３の内壁とクリーニングガスとの反応状態を検出する反応検出手段として、Ｑ−ｍａｓｓが用いられている。しかし、排気部ヒータ３３の出力を監視し、排気部ヒータ３３の出力の変化により、前記反応状態を予測することも可能である。（排気管３の内壁とクリーニングガスとの反応が起こると、当該反応の副生成物との反応のために前記出力が低下する。）この場合は、記憶部６３に定期的、例えば１０秒毎、に排気部ヒータ３３の出力が送信される必要があり、排気部ヒータ３３の出力を監視して前記反応の有無を推定するプログラムが必要である。
上述の実施の形態では、クリーニングガスとして、フッ素ガス及びフッ化水素ガスの混合ガスが用いられている。このように腐食性の強いフッ素ガスが用いられる場合に、本発明は有効な技術である。しかし、本発明は、クリーニングガスとしてこのようなガスを用いる場合に限定されるものではなく、他のガスを用いてクリーニングを行う場合にも適用できる。
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら、説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。例えば、上記実施形態は、排気部のステンレス部材のクリーニングガスによる腐食を抑制するようにしているが、ＬＰ−ＣＶＤ装置の炉口を塞ぐ蓋体１３あるいはマニホールド１１に用いたステンレス部材の腐食を抑制するために本発明を適用してもよい。この場合、前記テーブル６６には、プロセス毎に、排気部目標温度に加えてこれら部材の目標温度が記載される。
更に上述の実施の形態では、装置制御部５とは別のコンピュータにより管理制御部をなす制御部６が構成されている。しかし、装置制御部５が管理制御部を兼用してもよい。この場合、装置制御部５により排気部などの目標温度が変更されることになる。
また、本発明は、シリコン窒化膜の生成を行なうＬＰ−ＣＶＤを例にとって説明したが、例えばシリコン窒化膜の生成を行なうプラズマＣＶＤ、アルミニウムエッチングにも適用可能である。要するに、反応副生成物の付着を防ぐために排気部などの部材を加熱する必要がある一方、クリーニング時に当該部材が腐食性ガスにさらされるような装置に、本発明は適用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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