(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被処理体が収容された反応室を所定の温度に加熱し、該反応室内にクリーニングガスを供給して、前記被処理体の表面に付着した汚染物質を除去する被処理体の洗浄方法であって、
前記反応室の温度を前記クリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱するとともに、前記反応室の外部でクリーニングガスを活性化可能な温度に加熱し、該活性化可能な温度に加熱したクリーニングガスを前記活性化状態を維持可能な温度に加熱した反応室内に供給する、ことを特徴とする被処理体の洗浄方法。
【請求項２】
前記クリーニングガスは塩酸を含み、
前記クリーニングガスを少なくとも８００℃に加熱し、前記反応室の温度を７００℃〜１０００℃に加熱する、ことを特徴とする請求項１に記載の被処理体の洗浄方法。
【請求項３】
前記汚染物質は鉄、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも一つである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の被処理体の洗浄方法。
【請求項４】
複数の被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、
前記反応室内に前記被処理体の表面に付着した汚染物質を除去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手段と、
前記反応室の外部の前記クリーニングガス供給手段に介設され、前記クリーニングガスを所定の温度に加熱する加熱手段と、
前記加熱部により前記反応室を前記クリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱させるとともに、前記加熱手段により前記クリーニングガスを活性化可能な温度に加熱させ、前記クリーニングガス供給手段により前記活性化可能な温度に加熱されたクリーニングガスを前記活性化状態を維持可能な温度に加熱された反応室内に供給させる制御手段と、
を備える、ことを特徴とする被処理体の洗浄装置。
【請求項５】
前記クリーニングガスは塩酸を含み、
前記制御手段は、前記加熱手段に前記クリーニングガスを少なくとも８００℃に加熱させ、前記加熱部に前記反応室の温度を７００℃〜１０００℃に加熱させる、ことを特徴とする請求項４に記載の被処理体の洗浄装置。
【請求項６】
前記汚染物質は、鉄、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも一つである、ことを特徴とする請求項４または５に記載の被処理体の洗浄装置。
【請求項７】
前記反応室は、前記被処理体を収容する内管と、該内管を覆うように形成された有天井の外管とから構成され、
前記クリーニングガス供給手段が前記内管内を臨むように配設されている、ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の被処理体の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体の洗浄方法及び洗浄装置に関し、詳しくは被処理体に付着した汚染物質を除去する被処理体の洗浄方法及び洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の処理によって、半導体ウエハ等の被処理体に、ポリシリコン膜、シリコン酸化膜等の薄膜を形成することが広く行われている。このような薄膜を形成する工程では、例えば、図３に示すような熱処理装置が用いられている。
【０００３】
図３に示す熱処理装置５１を用いた薄膜の形成は以下のようにして行われる。まず、石英等のセラミックからなる内管５２ａと外管５２ｂとから構成された二重管構造の反応管５２をヒータ５３により所定の温度に加熱する。次に、複数枚の半導体ウエハ５４を、石英等のセラミックからなるウエハボート５５内に収容し、このウエハボート５５を反応管５２（内管５２ａ）内にロードする。続いて、排気ポート５６から反応管５２内のガスを排出し、反応管５２内を所定の圧力に減圧する。反応管５２内が所定の圧力に減圧されると、導入ポート５７から内管５２ａ内に処理ガスを供給し、半導体ウエハ５４の表面に薄膜を形成する。
【０００４】
ところで、空気中には、鉄、銅、アルミニウム等の物質（汚染物質）が含まれていることから、半導体ウエハ５４に汚染物質が付着する場合がある。このような汚染物質が付着した状態で半導体ウエハ５４上に薄膜を形成すると、半導体装置の特性が悪化し、歩留まりが悪くなるという問題が発生してしまう。このため、半導体ウエハ５４上に薄膜を形成する前には、半導体ウエハ５４に付着した汚染物質を除去する半導体ウエハ５４の洗浄が行われている。
【０００５】
半導体ウエハ５４の洗浄は、以下のようにして行われる。まず、反応管５２内を所定の温度、例えば８００℃に加熱し、反応管５２内に複数枚の半導体ウエハ５４が収容されたウエハボート５５をロードする。次に、導入ポート５７から内管５２ａ内に洗浄ガス、例えば塩酸（ＨＣｌ）ガスを供給する。反応管５２内では塩酸ガスが熱分解を起こし、熱分解により生成された塩素とウエハボート５５内の半導体ウエハ５４に付着した汚染物質とが反応して塩化物を生成する。そして、この塩化物を排気ポート５６を介して熱処理装置５１外に排出することにより、半導体ウエハ５４が洗浄される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体装置の高集積化に伴うデバイスパターンの微細化により、半導体ウエハ５４に付着した汚染物質量に対する許容範囲が厳しくなり、上記洗浄方法では許容範囲内にまで汚染物質を除去できなくなるという問題が生じてきた。このため、さらに半導体ウエハ５４に付着した汚染物質の除去が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被処理体に付着した汚染物質の除去効率を向上させることができる被処理体の洗浄方法及び洗浄装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる被処理体の洗浄方法は、複数の被処理体が収容された反応室を所定の温度に加熱し、該反応室内にクリーニングガスを供給して、前記被処理体の表面に付着した汚染物質を除去する被処理体の洗浄方法であって、前記反応室の温度を前記クリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱するとともに、前記反応室の外部でクリーニングガスを活性化可能な温度に加熱し、該活性化可能な温度に加熱したクリーニングガスを前記活性化状態を維持可能な温度に加熱した反応室内に供給する、ことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、クリーニングガスは、活性化可能な温度に加熱され、この加熱されたクリーニングガスが反応室内に供給される。また、反応室の温度はクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱される。このため、クリーニングガスは、活性化された状態で反応室内に供給され、反応室内でも活性化された状態が維持される。このように、活性化された状態のクリーニングガスが汚染物質と反応するので、この反応が促進される。従って、被処理体に付着した汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【００１０】
前記クリーニングガスは塩酸を含み、前記クリーニングガスを少なくとも８００℃に加熱し、前記反応室の温度を７００℃〜１０００℃に加熱することが好ましい。前記汚染物質としては、例えば鉄、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも一つがある。
【００１１】
この発明の第２の観点にかかる被処理体の洗浄装置は、複数の被処理体を収容するとともに、所定の温度に設定可能な加熱部を有する反応室と、前記反応室内に前記被処理体の表面に付着した汚染物質を除去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手段と、前記反応室の外部の前記クリーニングガス供給手段に介設され、前記クリーニングガスを所定の温度に加熱する加熱手段と、前記加熱部により前記反応室を前記クリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱させるとともに、前記加熱手段により前記クリーニングガスを活性化可能な温度に加熱させ、前記クリーニングガス供給手段により前記活性化可能な温度に加熱されたクリーニングガスを前記活性化状態を維持可能な温度に加熱された反応室内に供給させる制御手段と、を備える、ことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、制御手段により、加熱手段を介してクリーニングガスが活性化可能な温度に加熱され、この加熱されたクリーニングガスがクリーニングガス供給手段を介して反応室内に供給される。また、制御手段により、加熱部を介して反応室の温度がクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱される。このため、クリーニングガスは、活性化された状態で反応室内に供給され、反応室内でも活性化された状態が維持される。このように、活性化された状態のクリーニングガスが汚染物質と反応するので、この反応が促進される。従って、被処理体に付着した汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【００１３】
前記クリーニングガスは塩酸を含み、前記制御手段は、前記加熱手段に前記クリーニングガスを少なくとも８００℃に加熱させ、前記加熱部に前記反応室の温度を７００℃〜１０００℃に加熱させることが好ましい。前記汚染物質としては、例えば鉄、銅、アルミニウム、タングステンの少なくとも一つがある。
【００１４】
前記反応室は、例えば前記被処理体を収容する内管と、該内管を覆うように形成された有天井の外管とから構成されている。そして、前記クリーニングガス供給手段が前記内管内を臨むように配設されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかる被処理体の洗浄方法及び洗浄装置を、図１に示すバッチ式縦型熱処理装置を用いて、半導体ウエハに付着した汚染物質を除去する場合を例に説明する。
【００１６】
図１に示すように、熱処理装置１は、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管２を備えている。反応管２は、内部に内管３と、内管３を覆うと共に内管３と一定の間隔を有するように形成された有天井の外管４とから構成された二重管構造に構成されている。内管３及び外管４は、耐熱材料、例えば石英により形成されている。
【００１７】
外管４の下方には、筒状に形成されたステンレス鋼（ＳＵＳ）からなるマニホールド５が配置されている。マニホールド５は、外管４の下端と気密に接続されている。また、内管３は、マニホールド５の内壁から突出すると共に、マニホールド５と一体に形成された支持リング６に支持されている。
【００１８】
マニホールド５の下方には蓋体７が配置されている。蓋体７は、ボートエレベータ８により上下動可能に構成されている。そして、ボートエレベータ８により蓋体７が上昇すると、蓋体７とマニホールド５とが接触し、反応管２が密閉される。
【００１９】
蓋体７には、例えば石英からなるウエハボート９が載置されている。ウエハボート９には、被処理体、例えば半導体ウエハ１０が垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚収容されている。
【００２０】
反応管２の周囲には、反応管２を取り囲むように断熱体１１が設けられ、その内壁面には、例えば抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１２が設けられている。
【００２１】
また、マニホールド５の側面には、クリーニングガス導入管１３が挿通されている。クリーニングガス導入管１３は、例えば、内管３内を臨むように、支持リング６より下方のマニホールド５の側面に挿通されている。そして、クリーニングガス導入管１３から導入されたクリーニングガス、例えば塩酸（ＨＣｌ）ガスと希釈ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスとが反応管２内の内管３内に供給される。なお、マニホールド５の側面には、図示しない処理ガス導入管が挿通され、処理ガス導入管から導入された処理ガスにより、半導体ウエハ１０に薄膜を形成する等の各種の処理が行われる。
【００２２】
クリーニングガス導入管１３には、加熱器１５が介設されている。加熱器１５は、例えば抵抗発熱体からなるヒータを備え、加熱器１５内に供給されたクリーニングガスを所定の温度に加熱する。
【００２３】
マニホールド５の側面には排出口１４が設けられている。排出口１４は支持リング６より上方に設けられており、反応管２内の内管３と外管４との間に形成された空間に連通する。そして、クリーニングガスがクリーニングガス導入管１３から内管３内に供給されて半導体ウエハ１０の表面に付着した汚染物質の除去処理が行われ、除去処理によって発生した反応生成物が内管３と外管４との間を通って排出口１４に排出される。
【００２４】
ボートエレベータ８、昇温用ヒータ１２、クリーニングガス導入管１３、加熱器１５には、制御部１６が接続されている。制御部１６は、マイクロプロセッサ、プロセスコントローラ等から構成され、熱処理装置１の各部の温度、圧力等を測定し、測定データに基づいて、上記各部に制御信号等を出力して、熱処理装置１の各部を制御する。
【００２５】
次に、以上のように構成される熱処理装置１を用いた半導体ウエハ１０の洗浄方法について、半導体ウエハ１０の表面に付着した汚染物質を塩酸ガス（クリーニングガス）で除去する場合を例に説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１を構成する各部の動作は、制御部１６によりコントロールされている。
【００２６】
まず、図示しないヒータにより、加熱器１５を所定の温度に加熱する。この加熱器１５の温度は、加熱器１５内に供給されるクリーニングガスを活性化させることが可能な温度であればよく、本実施の形態のような塩酸ガスを含むクリーニングガスの場合、８００℃以上であることが好ましい。本実施の形態では、加熱器１５を１０００℃に加熱している。
【００２７】
また、昇温用ヒータ１２により、反応管２内を所定の温度に加熱する。反応管２内の温度は、クリーニングガス導入管１３から供給されるクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度であればよく、本実施の形態のような塩酸ガスを含むクリーニングガスの場合、７００℃以上であることが好ましい。ただし、内管３等の石英中には微量のアルミニウム、鉄、銅等の重金属（汚染物質）が含まれており、反応管２内を１０００℃より高い温度に加熱すると、石英から汚染物質が放出されるおそれがあることから、反応管２内の温度は７００℃〜１０００℃であることが好ましい。本実施の形態では、反応管２内を８００℃に加熱している。
【００２８】
次に、ボートエレベータ８により蓋体７が下げられた状態で、半導体ウエハ１０が収容されたウエハボート９を蓋体７上に載置する。続いて、ボートエレベータ８により蓋体７を上昇させ、ウエハボート９（半導体ウエハ１０）を反応管２内にロードする。これにより、半導体ウエハ１０を反応管２の内管３内に収容すると共に、反応管２を密閉する。
【００２９】
反応管２を密閉した後、クリーニングガス導入管１３から加熱器１５内に所定の流量のクリーニングガスを供給する。本実施の形態では、０．５リットル／ｍｉｎの塩酸ガスと１０リットル／ｍｉｎの窒素（Ｎ２）ガスとが供給されている。加熱器１５に供給された塩酸ガスは、加熱器１５内で加熱されることにより活性化され、活性化された状態でクリーニングガス導入管１３に排出されて内管３内に導入される。ここで、反応管２内の温度はクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度に加熱されているので、塩酸ガスは活性化された状態のまま、半導体ウエハ１０の表面に供給される。
【００３０】
半導体ウエハ１０の表面に活性化された塩酸ガスが供給されると、半導体ウエハ１０の表面に付着した汚染物質（例えば鉄）と塩酸ガス中の塩素とが反応して塩化物（例えば、二塩化鉄（ＦｅＣｌ２）、三塩化鉄（ＦｅＣｌ３））を生成する。ここで、半導体ウエハ１０の表面に供給された塩酸ガスは活性化されているので、塩酸ガス中の塩素と汚染物質との反応が促進され、汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【００３１】
生成された塩化物は、排出口１４を介して熱処理装置１外に排出される。そして、塩素ガスを所定時間、例えば１５分間供給すると、半導体ウエハ１０の表面に付着した汚染物質がほぼ除去され、半導体ウエハ１０が洗浄される。
【００３２】
半導体ウエハ１０が洗浄されると、クリーニングガス導入管１３からの塩素ガスの供給を停止する。次に、クリーニングガス導入管１３から窒素ガスを、所定量、例えば２０リットル／ｍｉｎ供給して、反応管２内の未反応の塩酸ガス、生成された塩化物等を排気口１４に排出する。なお、反応管２内の未反応の塩酸ガス等を確実に排出するために、反応管２内のガスの排出及び窒素ガスの供給を複数回繰り返すことが好ましい。
【００３３】
反応管２内から未反応の塩酸ガス等を排出した後、洗浄された半導体ウエハ１０上にシリコン酸化膜を形成するような各種の処理が行われる。半導体ウエハ１０に各種の処理が行われると、ボートエレベータ８により蓋体７を下げ、ウエハボート９（半導体ウエハ１０）を反応管２からアンロードする。そして、次の半導体ウエハ１０をウエハボート９に収容し、ウエハボート９を反応管２内にロードして、同様の処理を繰り返す。
【００３４】
次に、本実施の形態の効果を確認するため、半導体ウエハ１０に汚染物質としての鉄を１×１０１３（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）付着させ、半導体ウエハ１０の洗浄を行った。半導体ウエハ１０の洗浄は、クリーニングガス導入管１３から０．５リットル／ｍｉｎの塩酸ガス及び１０リットル／ｍｉｎの窒素ガスを反応管２内に１５分間供給した。そして、加熱器１５の加熱温度（加熱せず、７００℃、８００℃、１０００℃）と反応管２内の温度（６００℃、７００℃、８００℃）との関係について検討を行った。この結果を図２に示す。
【００３５】
図２に示すように、反応管２内の温度が７００℃以上の場合について、加熱器１５の加熱温度を８００℃以上にしてクリーニングガスを加熱することにより、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を大幅に減少させることができることが確認できた。これは、加熱器１５によりクリーニングガスを８００℃に加熱することにより塩素ガスを活性化させることができ、さらに反応管２内の温度を７００℃以上にすることにより反応管２内で塩素ガスが活性化した状態を維持させることができるためである。
【００３６】
反応管２内の温度が８００℃の場合について、加熱器１５の加熱温度を７００℃にしてクリーニングガスを加熱しても、反応管２内に供給される塩素ガスは活性化されず、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を減少させることができない。また、反応管２内の温度が６００℃の場合について、加熱器１５の加熱温度を１０００℃にしてクリーニングガスを加熱しても、活性化された塩素ガスが反応管２内で活性化した状態を維持できなくなり、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を減少させることができない。
【００３７】
このように、加熱器１５により塩素ガスを活性化させるとともに、反応管２内で塩素ガスが活性化した状態を維持させることにより、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を大幅に減少させることができ、鉄（汚染物質）の除去効率を向上させることができる。
【００３８】
なお、クリーニングガス導入管１３からの塩酸ガスの流量を０．５リットル／ｍｉｎから１リットル／ｍｉｎと２倍にした場合、またクリーニングガス導入管１３からの塩酸ガスの供給時間を１５分から３０分と２倍にした場合についても同様に半導体ウエハ１０の洗浄を行い、クリーニングガス導入管１３からの塩酸ガスの流量及び供給時間について検討を行ったところ、塩酸ガスの流量及び供給時間による影響はほとんどなく、ほぼ同様の結果となることが確認できた。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、加熱器１５の加熱温度を８００℃以上にして塩素ガスを活性化させるとともに、反応管２内の温度を７００℃以上にして塩素ガスが活性化した状態を維持させることにより、加熱器１５による加熱をしないときに比べ、半導体ウエハ１０に付着した鉄の量を大幅に減少させることができ、鉄の除去効率を向上させることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば以下の場合であってもよい。
【００４１】
本実施の形態では、半導体ウエハ１０に付着した汚染物質を除去するクリーニングガスとして、塩酸ガスを例に本発明を説明したが、汚染物質に応じて種々のクリーニングガスを用いることが可能である。この場合、加熱器１５の温度が加熱器１５内に供給されるクリーニングガスを活性化させることが可能な温度であるとともに、反応管２内の温度がクリーニングガスの活性化状態を維持可能な温度であればよく、クリーニングガスに用いられるガスの種類に対応して、これらの温度は異なる。
【００４２】
また、塩酸ガスを含むクリーニングガスとして、例えば塩酸ガスとジクロルエチレンガス（Ｃ２Ｈ２Ｃｌ２）との混合ガスであってもよい。さらに、塩酸ガスに酸素ガスを混合してもよい。この場合、汚染物質を酸化物としても熱処理装置１外に排出させることができ、汚染物質の除去効率を向上させることができる。ただし、半導体ウエハ１０の表面に不要な酸化膜が形成されないように、半導体ウエハ１０の洗浄条件を厳密に制御することが好ましい。
【００４３】
本実施の形態では、汚染物質として鉄の場合を例に本発明を説明したが、汚染物質は鉄の他、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等であってもよい。これらの場合にも、鉄の場合と同様に、除去効率を向上させることができる。
【００４４】
本実施の形態では、塩酸ガスの希釈ガスとして窒素ガスを用いた場合を例に本発明を説明したが、希釈ガスは塩酸ガスと反応性を有しないガスであればよく、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスのような不活性ガスであってもよい。
【００４５】
クリーニングガス導入管１３の加熱器１５の下流側に、クリーニングガス導入管１３の内径を縮径させるようなオリフィスを設けてもよい。この場合、加熱器１５内を通過するクリーニングガスに十分な滞留時間が付与され、加熱器１５による加熱効率が向上する。このため、半導体ウエハ１０に付着した汚染物質の除去効率をさらに向上させることができる。また、加熱器１５の加熱温度を下げることも可能になる。
【００４６】
本実施の形態では、バッチ式縦型熱処理装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば枚葉式の熱処理装置にも適用することが可能である。また、被処理体は半導体ウエハに限定されるものではなく、ＬＣＤ用のガラス基板等にも適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理体に付着した汚染物質の除去効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の熱処理装置の概略図である。
【図２】本実施の形態の加熱器の温度と反応管の温度との関係を示す表である。
【図３】従来の熱処理装置の概略図である。
【符号の説明】
１  熱処理装置
２  反応管
３  内管
４  外管
１０  半導体ウエハ
１２  昇温用ヒータ
１３  クリーニングガス導入管
１４  排出口
１５  加熱器
１６  制御部
【図１】
0003891765.tif 000002
【図２】
0003891765.tif 000003
【図３】
0003891765.tif 000004