(57)【要約】【課題】反応容器のクリーニングが十分に行われたか否かを、効率的に確認することができる成膜装置のクリーニング方法を提供する。【解決手段】本発明に係る成膜装置のクリーニング方法は、成膜装置が有する反応容器内でＣＶＤ処理を行う工程と、前記反応容器に、プラズマを用いた第１のクリーニング処理を行う工程（Ｓ２）と、前記反応容器に、前記第１のクリーニング処理よりクリーニング力が強いプラズマを用いて第２のクリーニング処理を行い（Ｓ３）、かつ前記反応容器からの排気ガスを分析することにより、前記第１のクリーニング処理によるクリーニングの程度を判断する工程（Ｓ４）とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜装置が有する反応容器内でＣＶＤ処理を行う工程と、
前記反応容器に、プラズマを用いた第１のクリーニング処理を行う工程と、
前記反応容器に、前記第１のクリーニング処理よりクリーニング力が強いプラズマを用いて第２のクリーニング処理を行い、かつ前記反応容器からの排気ガスの成分を分析することにより、前記第１のクリーニング処理によるクリーニングの程度を判断する工程と、
を具備する成膜装置のクリーニング方法。
【請求項２】
前記クリーニングの程度を判断する工程において、前記排気ガス中に含まれる特定成分の濃度が一定値以下の場合に、前記第１のクリーニング処理が適切であると判断する請求項１に記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項３】
前記ＣＶＤ処理は酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を基板に形成する処理、又はタングステン膜を基板に形成する処理である請求項１又は２に記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項４】
前記第１のクリーニング処理及び第２のクリーニング処理は、使用されるクリーニング用のガスが互いに異なる請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項５】
前記第１及び第２のクリーニング処理に使用されるクリーニング用のガスは互いに同一であり、前記第２のクリーニング処理における前記クリーニング用のガスの流量は、前記第１のクリーニング処理における前記クリーニング用のガスの流量より多い請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項６】
使用されるクリーニング用のガスの種類及び前記反応容器内の圧力は、それぞれ前記第１のクリーニング処理と前記第２のクリーニング処理とで同一であり、前記第２のクリーニング処理におけるプラズマ入力は、前記第１のクリーニング処理におけるプラズマ入力より高い請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項７】
前記第１及び第２のクリーニング処理に使用されるクリーニング用のガスは互いに同一であり、前記第２のクリーニング処理における前記反応容器内の圧力は、前記第１のクリーニング処理における前記反応容器内の圧力より高い請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項８】
前記第２のクリーニング処理において、前記反応容器内の圧力を変化させる請求項１〜７のいずれか一項に記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項９】
反応容器に、プラズマを用いた第１のクリーニング処理を行う工程と、
前記反応容器に、前記第１のクリーニング処理よりクリーニング力が強いプラズマを用いて第２のクリーニング処理を行い、かつ前記反応容器からの排気ガスの成分を分析することにより、前記第１のクリーニング処理によるクリーニングの程度を判断する工程と、
前記反応容器内に半導体基板を搬入する工程と、
前記反応容器内に位置する半導体基板にＣＶＤ処理を行う工程と、
前記反応容器から前記半導体基板を搬出する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置のクリーニング方法及び半導体装置の製造方法に関する。特に本発明は、反応容器のクリーニングが十分に行われたか否かを、効率的に確認することができる成膜装置のクリーニング方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程には、シリコンウェハに酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜などをＣＶＤ法により成膜する工程が多く含まれる。ＣＶＤ法は、チャンバー（反応容器）内部で材料ガスを反応させることにより膜を形成する方法であるため、シリコンウェハだけではなくチャンバーの内部（例えばチャンバーの内壁）にも膜が形成される。この膜はパーティクルの発生源になるため、除去する必要がある。チャンバー内部の膜を除去する方法として、チャンバー内にプラズマを発生させ、チャンバー内部に付着した膜をケミカルエッチングして気体の物質に変え、チャンバー外部に排気する方法がある。例えば付着した膜が酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜である場合、Ｃ３Ｆ６等に高周波を印加することでＣ３Ｆ６等が活性化し、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜がケミカルエッチングされてＳｉＦ４になる。
【０００３】
ケミカルエッチングによるチャンバークリーニングの程度を評価する方法には、チャンバーからの排気ガスを四重極質量分析器又はＦＴ−ＩＲによって分析し、ケミカルエッチングによる生成物の濃度を測定する方法がある。この方法によれば、生成物の濃度が閾値以下となった場合に、評価対象となっているクリーニングが十分に行われたとクリーニング中に判断することができる（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２２４１６３号公報（第１７段落〜第１９段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した方法は、クリーニング中の分析結果に基づいてそのクリーニングが十分に行われたか否かを判断しているため、チャンバー内部が予め均一にケミカルエッチングされることが分かった条件で行う場合は有効である。従って、予め条件出しが行われた量産段階での装置メンテナンスとしては十分有効である。しかし、または条件出しが行われていない基礎実験におけるクリーニングでは、例えばケミカルエッチング時のプラズマ分布に偏りがあって局所的に膜が残る場合があるため、ケミカルエッチングによる生成物の濃度が閾値以下になっても、クリーニングが不十分な場合がある。このため、従来は、条件出し又は基礎実験の段階では、クリーニングが十分に行われたことを確認するために、膜残りが見える状態に達するまで長時間にわたって処理を繰り返し、その後、チャンバーを大気開放して内部を目視確認していた。従って多大な労力を必要としていた。
【０００５】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、反応容器のクリーニングが十分に行われたか否かを、効率的に確認することができる成膜装置のクリーニング方法及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る成膜装置のクリーニング方法は、成膜装置が有する反応容器内でＣＶＤ処理を行う工程と、
前記反応容器に、プラズマを用いた第１のクリーニング処理を行う工程と、
前記反応容器に、前記第１のクリーニング処理よりクリーニング力が強いプラズマを用いて第２のクリーニング処理を行い、かつ前記反応容器からの排気ガスの成分を分析することにより、前記第１のクリーニング処理によるクリーニングの程度を判断する工程とを具備する。
【０００７】
この成膜装置のクリーニング方法によれば、前記反応容器を大気開放せずに、前記第２のクリーニング処理時の排気ガスの成分を分析することにより、前記第１のクリーニング処理によるクリーニングの程度を判断する。このため、効率的に前記第１のクリーニング処理によるクリーニングの程度を判断することができる。
【０００８】
前記クリーニングの程度を判断する工程において、例えば前記排気ガス中に含まれる特定成分の濃度が一定値以下の場合に、前記第１のクリーニング処理が適切であると判断する。前記ＣＶＤ処理は、例えば酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を基板に形成する処理、又はタングステン膜を基板に形成する処理であるが、本発明は、フッ素系エッチングガスを用いたプラズマクリーニングを採用する成膜装置のすべてに適用可能である。
【０００９】
前記第１のクリーニング処理及び第２のクリーニング処理は、使用されるクリーニング用のガスが互いに異なっていてもよい。また、前記第１及び第２のクリーニング処理に使用されるクリーニング用のガスが互いに同一である場合、前記第２のクリーニング処理におけるクリーニング用のガスの流量は、前記第１のクリーニング処理におけるクリーニング用のガスの流量より多くてもよい。使用されるクリーニング用のガスの種類及び前記反応容器内の圧力は、それぞれ前記第１のクリーニング処理と前記第２のクリーニング処理とで同一である場合、前記第２のクリーニング処理におけるプラズマ入力は、前記第１のクリーニング処理におけるプラズマ入力より高くてもよい。前記第１及び第２のクリーニング処理に使用されるクリーニング用のガスが互いに同一である場合、前記第２のクリーニング処理における前記反応容器内の圧力は、前記第１のクリーニング処理における前記反応容器内の圧力より高くてもよい。
【００１０】
前記第２のクリーニング処理において、前記反応容器内の圧力を変化させてもよい。このようにすると、第２のクリーニング処理中にプラズマの分布が変化するため、第１のクリーニング処理後に部分的に残る膜を検出しやすくなる。
【００１１】
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、反応容器に、プラズマを用いた第１のクリーニング処理を行う工程と、
前記反応容器に、前記第１のクリーニング処理よりクリーニング力が強いプラズマを用いて第２のクリーニング処理を行い、かつ前記反応容器からの排気ガスの成分を分析することにより、前記第１のクリーニング処理によるクリーニングの程度を判断する工程と、
前記反応容器内に半導体基板を搬入する工程と、
前記反応容器内に位置する半導体基板にＣＶＤ処理を行う工程と、
前記反応容器から前記半導体基板を搬出する工程とを具備する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る半導体装置の製造方法に用いられる成膜装置の構成を説明する為の概略図である。この成膜装置はシリコンウェハに酸化シリコン膜（例えば層間絶縁膜）をＣＶＤ法により形成する装置であり、原料ガスとしてＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane）を含有するＨｅガス、及びオゾンガスが用いられる。これら原料ガスは、配管３５，３６、ミキシングバルブ３４、及び配管３７を介してチャンバー（反応容器）１０の内部に供給される。
【００１３】
チャンバー１０の内部には、シャワーヘッド１１及びサセプター１２が互いに対向するように配置されている。シャワーヘッド１１はコンデンサ２１及び整合器２２を介して高周波電源２３に接続されており、サセプター１２は接地されている。配管３７から送られた原料ガスは、シャワーヘッド１１から、シャワーヘッド１１とサセプター１２の間の空間に供給され、この空間で高周波が印加されることによりプラズマ化する。
【００１４】
ミキシングバルブ３４には、さらに配管３０が接続されている。配管３０はチャンバー１０の内部をクリーニングするためのガスを流す配管であり、上流側に、Ｃ３Ｆ６を供給する配管３１、ＮＦ３を供給する配管３２、及びＯ２を供給する配管３３が接続されている。配管３１，３２，３３それぞれには、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）３１ａ,３２ａ，３３ａが取り付けられている。
【００１５】
チャンバー１０には、排気用配管４０が取り付けられている。排気用配管４０にはスロットルバルブ４１が取り付けられている。排気用配管４０の下流には、チャンバー１０を排気して減圧するドライポンプ４２が取り付けられている。ドライポンプ４２の下流には、排気されたガスを排気ガス処理システム（図示せず）に送る配管４６が取り付けられている。
【００１６】
配管４６には、配管４６を流れる排気ガスの成分を分析するために、ＦＴ−ＩＲ４４が取り付けられている。配管４６を流れる排気ガスは、配管４３を介してＦＴ−ＩＲ４４に送られる。ＦＴ−ＩＲによって分析された排気ガスは、配管４５を介して配管４６に戻される。なお、配管４５にはダイヤフラムポンプ４５ａが取り付けられている。ダイヤフラムポンプ４５ａが動作することにより、配管４６を流れる排気ガスの一部が、配管４３、ＦＴ−ＩＲ４４、及び配管４５の順に流れる。
【００１７】
図２は、図１に示した成膜装置の第１の動作例を説明する為のフローチャートである。本フローチャートに示す動作は、成膜装置のクリーニングの条件出しを行うためのものである。まず、チャンバー１０の内部にＴＥＯＳを含有するＨｅガス及びオゾンガスを導入し、これらに高周波を印加してプラズマを発生させることにより、酸化シリコン膜形成処理を実行する（Ｓ１）。これにより、チャンバー１０の内部には酸化シリコン膜が付着する。
【００１８】
次いで、第１のクリーニング処理を行う（Ｓ２）。このクリーニング処理はチャンバー１０の内部に付着した酸化シリコン膜をエッチングして除去するためのものである。クリーニングガスとしては、Ｃ３Ｆ６及びＯ２の混合ガスが用いられる。Ｃ３Ｆ６及びＯ２は、シャワーヘッド１１を介してチャンバー１０の内部に導入された後、高周波が印加されることによりプラズマ化し、チャンバー１０の内部に付着した酸化シリコン膜をケミカルエッチングする。酸化シリコン膜はケミカルエッチングによって気体であるＳｉＦ４に変化し、ドライポンプ４２によってチャンバー１０の外部に排気される。
【００１９】
第１のクリーニング処理において、ＦＴ−ＩＲ４４は、チャンバー１０からの排気ガスを分析し、排気ガス中に含まれるＳｉＦ４の濃度を測定する。ＳｉＦ４の濃度が第１の基準値以下になった場合、チャンバー１０の内部が十分にクリーニングされたと判断できるため、第１のクリーニング処理を終了する。なお、第１のクリーニング処理後であっても、第１のクリーニング処理時のプラズマ分布に偏りがあったときなど、酸化シリコン膜が部分的に残留する場合がある。
【００２０】
次いで、第２のクリーニング処理を行う（Ｓ３）。このクリーニング処理は、第１のクリーニング処理によってチャンバー１０の内部に付着した酸化シリコン膜が十分に除去されたか否かを確認するための処理であり、第１のクリーニング処理よりケミカルエッチング力が強い条件で行われる。具体的には、クリーニングガスとしてＮＦ３及びＯ２の混合ガスを用いることにより、ケミカルエッチング力が第１のクリーニング処理より強くなる。第１のクリーニング処理後に酸化シリコン膜が部分的に残留している場合には、残留している酸化シリコン膜が第２のエッチング処理によってケミカルエッチングされ、ＳｉＦ４に変化し、ドライポンプ４２によってチャンバー１０の外部に排気される。
【００２１】
第２のクリーニング処理において、ＦＴ−ＩＲ４４は、チャンバー１０からの排気ガスの成分を分析し、排気ガス中に含まれるＳｉＦ４の濃度を測定する。ＳｉＦ４の濃度の最大値が第２の基準値以下の場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、第１のクリーニング処理におけるクリーニング条件が適切であったと判断し、このクリーニング条件を実際に用いるクリーニング条件に設定する。
【００２２】
ＳｉＦ４の濃度が第２の基準値以上の場合（Ｓ４：Ｎｏ）、第１のクリーニング処理後に酸化シリコン膜の残膜があり、第１のクリーニング処理におけるクリーニング条件が不適切であったと判断する。そして、第１のクリーニング処理におけるクリーニング条件を変更し（Ｓ５）、上記したＳ２の処理に戻る。
【００２３】
なお、第２のクリーニング処理において、チャンバー１０の内部の圧力を途中で変化させてもよい。例えば後半を前半より低圧にする。このようにすると、第２のクリーニング処理におけるプラズマ分布が途中で変化するため、酸化シリコン膜の残膜の検出精度が向上する。
【００２４】
また、第２のクリーニング処理のケミカルエッチング力を第１のクリーニング処理よりケミカルエッチング力を強くする他の方法としては、第１及び第２のクリーニング処理に使用されるクリーニング用のガスが互いに同一である場合には、クリーニングガスの流量を第１のクリーニング処理より多くする方法、及び、チャンバー１０の圧力を第１のクリーニング処理より高くする方法がある。また、使用されるクリーニング用のガスの種類及びチャンバー１０内の圧力が第１のクリーニング処理と同一である場合には、クリーニングガスをプラズマ化するための高周波入力を高くする方法がある。
【００２５】
図３（Ａ）は、第１の動作例におけるＦＴ−ＩＲ４４のＳｉＦ４の検出結果の一例を示すグラフである。横軸は時間を示しており、縦軸はＳｉＦ４の濃度を示す。本グラフにおける第２のクリーニング処理では、チャンバー１０の内部の圧力を途中で低圧にしている。本グラフでは、第２のクリーニング処理においてＳｉＦ４が検出されている。
【００２６】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した例における第２のクリーニング処理時のＳｉＦ４濃度の最大値を示す棒グラフである。本グラフでは、第１のクリーニング処理が第１の条件及び第２の条件によって行われた場合それぞれの場合を示している。本図に示すように、第１のクリーニング処理の条件が異なることにより、第２のクリーニング処理中のＳｉＦ４濃度の最大値が大きく異なる。このことから、第２のクリーニング処理によって、第１のクリーニング処理後において酸化シリコン膜が残留しているか否かを判断することができる。
【００２７】
このように、第１の動作例によれば、第２のクリーニング処理時のＳｉＦ４濃度の最大値によって、チャンバー１０のクリーニングが十分に行われたか否かを判断している。このため、クリーニングが十分に行われたか否かをチャンバー１０を大気開放することなく効率的に確認することができる。従って、第１のクリーニング処理の条件が適切であったか否かを効率的に判断することができる。
【００２８】
図４は、図１に示した成膜装置の第２の動作例を説明する為のフローチャートである。本フローチャートに示す動作は、図１に示した成膜装置が半導体装置の層間絶縁膜形成工程に用いられる場合を示している。
【００２９】
まず、チャンバー１０の内部にシリコンウェハを搬入する（Ｓ２１）。このシリコンウェハには、予めトランジスタ等の半導体素子が形成されている。次いで、チャンバー１０の内部にＴＥＯＳを含有するＨｅガス及びオゾンガスを導入し、これらに高周波を印加してプラズマを発生させることにより、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜をシリコンウェハ上に形成する（Ｓ２２）。
その後、チャンバー１０からシリコンウェハを搬出する（Ｓ２３）。
【００３０】
上記した層間絶縁膜形成処理を行った回数が予め定められた回数以下の場合、クリーニングタイミングではないと判断して（Ｓ２４：Ｎｏ）、Ｓ２１に戻る。上記した層間絶縁膜形成処理を行った回数が予め定められた回数になった場合、クリーニングタイミングであると判断し（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、第１の動作例で示した第１のクリーニング処理（Ｓ２）及び第２のクリーニング処理（Ｓ３）を行う。なお、第１のクリーニング処理の条件は、第１の動作例によって条件出しが行われる。
【００３１】
次いで、第２のクリーニング処理中におけるＳｉＦ４の濃度が第２の基準値以下であるか否かを判断する（Ｓ４）。ＳｉＦ４の濃度の最大値が第２の基準値以下の場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、第１のクリーニング処理によってチャンバー１０の内部が十分にクリーニングされたと判断し、Ｓ２１に戻る。
【００３２】
ＳｉＦ４の濃度が第２の基準値以上の場合（Ｓ４：Ｎｏ）、第１のクリーニング処理後に酸化シリコン膜の残膜があると判断し、第１のクリーニング処理におけるクリーニング条件を変更した上で（Ｓ５）、第１のクリーニング処理を再び行う。
【００３３】
このように、第２の動作例によれば、チャンバー１０のクリーニングが十分に行われたか否かを、チャンバー１０を大気開放することなく効率的に確認することができる。
【００３４】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば上記した実施形態では、第１のクリーニング処理で用いるガスをＣ３Ｆ６としたが、第２のクリーニング処理で用いるガスをＮＦ３である場合には、Ｃ３Ｆ８、ＣＯＦ２、又はＣ２Ｆ６であってもよい。また、第２のクリーニング処理で用いるガスをＮＦ３としたが、第１のクリーニング処理で用いるガスがＣ３Ｆ６である場合には、ＣＯＦ２又はＣ２Ｆ６としてもよい。
【００３５】
また、上記した実施形態において成膜装置は酸化シリコン膜を形成していたが、窒化シリコン膜又はタングステン膜を形成してもよい。窒化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとして、ＳｉＨ４−ＮＨ３、ＳｉＨ４−Ｎ２、ＳｉＣｌ４−ＮＨ３−Ｈ２、ＳｉＨ４−ＮＨ３−Ｈ２、ＳｉＨ２Ｃｌ２−ＮＨ３−Ｎ２、又はＳｉＣｌ４−Ｎ２Ｈ４−Ｈ２が用いられる。また、タングステン膜を形成する場合、原料ガスとしてフッ化タングステン（ＷＦ６）が用いられる。なお、これらいずれの場合においても、クリーニング用のガスは、上記した実施形態と同一である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】成膜装置の構成を説明する為の概略図。
【図２】図１に示した成膜装置の第１の動作例を説明する為のフローチャート。
【図３】（Ａ）はＦＴ−ＩＲ４４のＳｉＦ４の検出結果の一例を示すグラフ、（Ｂ）は第２のクリーニング処理時のＳｉＦ４濃度の最大値を示す棒グラフ。
【図４】図１に示した成膜装置の第２の動作例を説明する為のフローチャート。
【符号の説明】
【００３７】
１０…チャンバー、１１…シャワーヘッド、１２…サセプター、２１…コンデンサ、２２…整合器、２３…高周波電源、３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，４３，４５，４６…配管、３１ａ，３２ａ，３３ａ…マスフローコントローラー、３４…ミキシングバルブ、４０…排気用配管、４１…スロットルバルブ、４２…ドライポンプ、４５ａ…ダイヤフラムポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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