(57)【要約】【課題】サブミクロンサイズの微細なパーティクルを除去し、高品質の成膜処理を行うことを目的とする。【解決手段】弾性波２１を印加したパージガスによりパーティクルを除去することにより、成膜処理前に反応炉内の反応副生成堆積膜２０から発生する微細パーティクルを強制的に除去排出するので、成膜処理時には微細パーティクルの発生を抑制でき、高品質の成膜処理を行うことができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを用いて被処理基板に対してＣＶＤ成膜処理を行い、
前記被処理基板の成膜処理を行う反応炉と、
前記反応炉内で前記被処理基板を保持するボードと、
前記反応炉内に前記反応ガスを導入する反応ガス導入ラインと、
前記反応炉内にパージガスを導入するパージガス導入ラインと、
前記反応炉内のガスを排気する排気管と、
前記反応炉内の温度を制御する加熱ヒータと、
前記パージガスに弾性波を印加する弾性波印加装置と
を有し、前記弾性波が印加されたパージガスにより前記反応炉内壁表面及び前記ボード表面に堆積するパーティクルを除去することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記弾性波印加装置がカルマン渦を発生させるカルマン渦発生機であることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記弾性波印加装置が前記反応炉の内部に１又は複数設けられることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記弾性波印加装置が、前記反応炉の内壁の近傍及び前記ボード近傍に設けられることを特徴とする請求項３記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記パージガス導入ラインの前記反応炉外に、前記弾性波印加装置が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記パージガスに印加する前記弾性波の周波数を変化させるために、前記パージガスの流量、及び流経を変化させる機械的機能を備えることを特徴とする請求項２記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記排気管が排気する前記ガスの圧力を調整する機械的調整機能を備えることを特徴とする請求項２記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶＤ処理により半導体素子の製造を行う半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を製造する工程に於いて、ウェーハ等の被処理基板に化学気相成長法ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜処理をすることが行われている。
【０００３】
以下、図６を用いて従来の半導体製造装置について説明する。
図６は従来の半導体製造装置の構成を示す概略図である。
先ず、図６を用いて従来のパーティクル低減を行いながらＣＶＤ成膜処理を行う半導体製造装置を説明する。
【０００４】
図６に示す半導体製造装置はバッチ処理式の半導体製造装置、特に予備室としてロードロック室１０１を具備したロードロック式半導体製造装置である。気密なロードロック室１０１の上面には反応炉１０２が気密に連設され、前記ロードロック室１０１には図示しない基板移載室がゲートバルブ（図示せず）を介して気密に連設されている。前記反応炉１０２は前記ロードロック室１０１の上面に気密に取付けられた炉口フランジ１０４、該炉口フランジ１０４に気密に立設されたアウタチューブ１０５、該アウタチューブ１０５内に同心に立設されたインナチューブ１０６、前記アウタチューブ１０５を囲繞する様に設けられたヒータ（図示せず）等により構成されている。又、前記反応炉１０２内部には反応ガスを導入するガス導入ライン１０７，１０８が連通し、又排気装置１０９が連通している。前記ロードロック室１０１にはボートエレベータ（図示せず）が設けられ、ボート１１０を昇降させ、前記反応炉１０２内に前記ボート１１０を装入引出しする様になっている。被処理基板であるウェーハ１１１は前記ボート１１０に水平姿勢で多段に装填される。前記ロードロック室１０１の内部には降下状態の前記ボート１１０に平行となる様ガスパージノズル１１２が直立して設けられ、又前記ロードロック室１０１には真空排気装置１１３が連通され、該真空排気装置１１３により前記ロードロック室１０１内が真空引きされ、更に前記ガスパージノズル１１２により不活性ガスの一つである窒素ガスが供給され、大気圧復帰がなされる。
【０００５】
以下、ウェーハ処理について説明する。
前記ロードロック室１０１、反応炉１０２が大気圧状態で前記ボート１１０が降下（アンロード）され、該ボート１１０の降下状態で図示しない基板移載機により所定枚数のウェーハ１１１が前記ボート１１０に装填される。前記反応炉１０２内は稼働中成膜温度に維持されており、図示しないボートエレベータによりボート１１０が上昇され、前記ウェーハ１１１は前記反応炉１０２内に装入（ロード）される。前記排気装置１０９により、前記反応炉１０２内部が真空排気され、反応ガスが前記ガス導入ライン１０７，１０８より導入され、前記ウェーハ１１１に成膜処理がなされる。成膜処理完了後、前記反応炉１０２内を大気圧に復帰させ、図示しないボートエレベータにより前記ボート１１０をアンロードし前記ロードロック室１０１内に引出す。該ロードロック室１０１内で、前記ボート１１０を冷却し、図示しない基板移載機により、前記ウェーハ１１１を払出す。払出しが完了すると未処理のウェーハが更に前記ボート１１０に装填された後、一旦ロードロック室１０１を前記真空排気装置１１３により真空排気して、気中の水分や酸素を除去する。その後、ガスパージノズル１１２から窒素ガスを導入し、ロードロック室１０１を大気圧に戻し、反応炉１０２と略同圧にする。次にボートが反応炉１０２へロードされ、処理が続行される（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
従来の半導体製造装置は、被処理基板に成膜を行う反応炉内から基板をアンロードした状態で、反応炉内を成膜温度よりも低い温度に温度降下させてガスパージする半導体素子の製造方法に係り、又前記温度降下及びガスパージの工程は、処理済基板を反応炉内からアンロードした後、次に処理する基板をロードする迄の間に行う半導体素子の製造方法に係り、又前記温度降下は、被処理基板を反応炉にロードする際に生じる温度降下以上の降下分とした半導体素子の製造方法に係り、又前記温度降下させた後、次に処理する基板を反応炉内へロードする迄の間に、反応炉内を温度上昇させる工程を有する半導体素子の製造方法に係り、又前記温度上昇時の反応炉内の温度は、次に処理をする基板を反応炉内へロードする際の反応炉内の温度が前記温度降下時の温度以上となる様にした半導体素子の製造方法に係り、又複数の被処理基板をボートに装填した状態で、反応炉内でバッチ処理した後にボートを反応炉内からアンロードして処理済基板をボートから取出し、次に処理する未処理基板をボートへ装填して、再び反応炉内へロードする迄の間に、前記反応炉内の温度降下、ガスパージ、及び温度上昇を行う様にした半導体素子の製造方法に係り、又ボートを反応炉から予備室へアンロードした後、予備室内でボート上の処理済基板を冷却し、ボートから処理済基板を取出す過程に於いて、反応炉内を温度降下させると共に真空排気を行ってガスパージし、その後予備室内で次に処理する未処理基板をボートに装填する過程に於いて、反応炉内の温度を上昇させると共に反応炉内を予備室と略同圧にする様にした半導体素子の製造方法に係り、又成膜時の膜厚が１０００Å以上である窒化膜の成膜工程に於ける半導体素子の製造方法に係り、又前記ガスパージの方法が反応炉内に不活性ガスを少量導入しつつ真空排気を行う半導体素子の製造方法に係るものである。
【０００７】
又、被処理基板に成膜処理を行う反応炉と、反応ガス導入、排気手段と、反応炉内をガスパージする為の不活性ガス導入手段と、反応炉内の温度を制御する温度制御手段とを具備し、被処理基板を反応炉内で処理した後、反応炉内から処理済基板をアンロードした状態で、反応炉内を成膜温度よりも低い温度となる様温度降下させてガスパージする様構成した半導体製造装置に係り、又前記温度降下させた後、次に処理する基板を反応炉内へロードする迄の間に、反応炉内を温度上昇させる様にした半導体製造装置に係るものである。
【０００８】
又、反応炉内に被処理基板のない状態で、反応炉内を温度降下させ、反応炉内に付着した反応副生成物堆積膜の応力を増大させ、堆積膜に強制的に亀裂を発生させ、亀裂発生時に生じる微細パーティクルをガスパージにより強制的に排出する半導体製造装置に係るものである。
【特許文献１】特開２００３−３０６９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＣＶＤ装置によりウェーハに成膜処理、例えばＳｉＮ膜の生成を行うと、反応副生成物が反応室壁面に付着堆積して膜を生成する。この堆積膜は基板処理を重ねる毎に成長していき、所定の厚みを越えると亀裂が生じ、剥がれ、パーティクルとなって反応室内に浮遊し、被処理基板に付着する。
【００１０】
パーティクルの数が多くなり、被処理基板に付着する数が多くなると歩留りが低下し、製品品質も低下するという弊害が生じる。又、クリーニングガスによるクリーニングは石英部材への劣化の影響が非常に大きくなる等の理由があり問題である。
【００１１】
更に、微細化により、数年前まで問題となってなかったサブミクロンサイズの微細なパーティクルの除去が課題となるようになってきた。
従来の真空破壊、温度低下による強制的に亀裂を発生させた堆積膜で生じた微細なパーティクルを、パージ用のガスの噴出だけで除去することが困難となってきた。
【００１２】
上記問題点を解決するために、本発明の半導体製造装置は、サブミクロンサイズの微細なパーティクルを除去し、高品質の成膜処理を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の半導体製造装置は、反応ガスを用いて被処理基板に対してＣＶＤ成膜処理を行い、前記被処理基板の成膜処理を行う反応炉と、前記反応炉内で前記被処理基板を保持するボードと、前記反応炉内に前記反応ガスを導入する反応ガス導入ラインと、前記反応炉内にパージガスを導入するパージガス導入ラインと、前記反応炉内のガスを排気する排気管と、前記反応炉内の温度を制御する加熱ヒータと、前記パージガスに弾性波を印加する弾性波印加装置とを有し、前記弾性波が印加されたパージガスにより前記反応炉内壁表面及び前記ボード表面に堆積するパーティクルを除去することを特徴とする。
【００１４】
又、前記弾性波印加装置がカルマン渦を発生させるカルマン渦発生機であることを特徴とする。
又、前記弾性波印加装置が前記反応炉の内部に１又は複数設けられることを特徴とする。
【００１５】
又、前記弾性波印加装置が、前記反応炉の内壁の近傍及び前記ボード近傍に設けられることを特徴とする。
又、前記パージガス導入ラインの前記反応炉外に、前記弾性波印加装置が設けられることを特徴とする。
【００１６】
又、前記パージガスに印加する前記弾性波の周波数を変化させるために、前記パージガスの流量、及び流経を変化させる機械的機能を備えることを特徴とする。
又、前記排気管が排気する前記ガスの圧力を調整する機械的調整機能を備えることを特徴とする。
【００１７】
以上により、サブミクロンサイズの微細なパーティクルを除去し、高品質の成膜処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べた如く本発明によれば、弾性波を印加したパージガスによりパーティクルを除去することにより、成膜処理前に反応炉内の反応副生成堆積膜から発生する微細パーティクルを強制的に除去排出するので、成膜処理時には微細パーティクルの発生を抑制でき、高品質の成膜処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の第一の実施例に係る減圧ＣＶＤ装置による半導体製造装置について、図１，図３，図４，図５を参照しながら説明する。
図１は第一の実施例に係る減圧ＣＶＤ装置による半導体製造装置の構成を示す概略図である。図３はカルマン渦発生機から弾性波が発生する様子を示す図、図４は反応炉に付着した堆積物を弾性波にて除去する様子を説明するための図、図５は本発明の半導体製造装置における処理工程を示すフロー図である。
【００２０】
図１において、１は真空排気管、２は反応ガス導入ラインで、３はパージガス導入ラインを示す。４は被処理基板をのせる石英ボードを示す。５は反応炉を示す。６は弾性波を発生させる部分であり本発明のカルマン渦発生機である。７はボード回転盤を示す。８は排気開閉弁を示す。９は吸入弁を示す。１０はガス導入管を示す。５０は加熱ヒータである。
【００２１】
反応炉５に真空排気管１が途中の排気開閉弁８を介し繋がっており、反応ガス導入ライン２とパージガス導入ライン３が途中吸入弁９を介し繋がっている。
反応炉５の内部では、吸入弁９から繋がるガス導入管１０が反応炉５内部上部まで延びている。ガス導入管１０の途中からはカルマン渦発生機６が複数個繋がっている。
【００２２】
反応炉５はボード回転盤７との間で密閉されており、内部には被処理基板をのせる石英ボード４があり、外部には反応炉５を加熱する加熱ヒータ５０が設置されている。
以上のように構成された減圧ＣＶＤ装置による半導体製造装置について、以下その動作について図３，図４，図５で説明する。
【００２３】
まず、通常、被処理基板を減圧ＣＶＤ装置で成膜処理するには、反応炉５とボード回転盤７を開き、被処理基板を載せた石英ボード４を反応炉５の中にロードする（ステップ１）。
【００２４】
その後、真空排気管１から反応炉５の内部が真空排気され、反応ガスが低速で前記反応ガス導入ライン２より導入される（ステップ２）。減圧ＣＶＤ装置では、反応炉５内の反応ガス圧力を制御し、加熱ヒータ５０で反応炉５内の温度を制御して被処理基板の成膜処理をする（ステップ３）。成膜処理完了後、前記反応炉５内にパージガス導入ライン３から不活性ガスを徐々に導入し、一方で反応ガスを真空排気管１から排気する（ステップ４）。この動作では同時に石英ボード４が冷却され、冷却後、前記石英ボード４を前記反応炉５から取出し、成膜処理された被処理基板を移載機などにより前記石英ボード４から取出す。また前記石英ボード４には新しく未処理基板が挿入され、前記記述動作の成膜処理が繰り返し続けられる。
【００２５】
上記記載の動作で被処理基板に成膜処理を何度か繰り返して行うが、何度か成膜処理を行うと、図４に示すように石英ボード４や反応炉５の内壁に堆積膜２０が付着してくる。終には堆積膜２０が被処理基板の成膜処理中にはく離し、脱落する。
【００２６】
堆積膜２０のはく離や脱落を未然に防止するために、何度か被処理基板に成膜処理した後に反応炉５内に被処理基板のない状態で、排気開閉弁８を開放し、不活性ガスが、パージガス導入ライン３からガス導入ライン１０を通じてカルマン渦発生機６へ高速に流れるようにする（ステップ５）。
【００２７】
前記カルマン渦発生機６へ高速で不活性ガスが流れるとカルマン渦１４が発生し、弾性波２１が発生する。弾性波２１が印加された不活性ガスにより、石英ボード４及び、反応炉５の内壁に剥離しかかっている堆積膜２０が強制的に剥され、真空排気管１から排出される（ステップ６）。
【００２８】
また、パージガス導入ライン３を閉鎖、排気開閉弁８を開放し、反応炉５内の真空度を上げて、瞬間的に真空破壊を発生させ、反応炉５内に付着した堆積膜の応力を増大させ、堆積膜に強制的に亀裂を発生させる。同時にカルマン渦発生機６へ不活性ガスを流し、不活性ガスに弾性波２１を印加することにより、堆積膜の亀裂部分から破壊が容易となるため、石英ボード４及び反応炉５の内壁に剥離しかかっている堆積膜２０を強制的に剥し、真空排気管１から排出することができる。さらに、この一連の動作を何回か繰り返すことにより、さらに有効に微細なパーティクルを除去できる。
【００２９】
また、カルマン渦発生機６を反応炉５内に複数設置してもよく、カルマン渦発生機６の先端部分に当たる噴出管１３は反応炉５近傍、石英ボード４近傍であることが望ましい。
以下、本実施例のパージガスに弾性波を印加する方法について図３を参照しながら説明する。図３に本発明の減圧ＣＶＤ装置による半導体製造装置におけるカルマン渦１４により弾性波２１を発生させる様子を示す。ガス導入管１０に図３に示すようなカルマン渦発生機６が複数繋がっている。１０はガス導入管であり、各カルマン渦発生機６に繋がっている。前記各カルマン渦発生機内６には、振動物１１が、噴出管１３の中央部にある。
【００３０】
ガスパージ作業を行う時、ガス導入管１０から、各カルマン渦発生機６にガス１２が流れてくる。カルマン渦発生機６内では、静止した物体である振動物１１が流れる気体中にあるため、その後の流れに周期的な渦（カルマン渦１４）ができる。
【００３１】
このカルマン渦１４の一つ一つが弾性波２１を発生させる。この時の振動数ｆは振動物１１から放出されるカルマン渦１４の数に等しく次式で表される。
ｆ＝Ｓｔ・Ｖ／ｄ      式１  
Ｓｔはストラハル数で振動物１１の形状によって異なる。円錐の場合はＳｔ＝０．２５５となる。
【００３２】
Ｖは気流の速度ｍ／ｓ、ｄは振動物１１の代表寸法である。
実際計算では、振動物１１が円錐の場合、その直径ｄ＝１．５ｍｍ、ガスが流れる管の直径Φ＝６．３７ｍｍ、流量が５０ｓｌｍの時
流速Ｖ＝２６．１ｍ／ｓであり、振動数ｆは４．４４ｋＨｚとなる。
【００３３】
振動数ｆは、式１より気流速度に比例して変化するので、流径、流量、圧力を各調整弁で制御する事により所望の振動数ｆに調整することができる。
流径は噴出管１３に機械的な絞りを設ける事により、流量、圧力は排気管開閉弁８、吸入弁９に機械的調整機能を設けることにより実現ことができる。ガスに印加される弾性波２１の振動数ｆが調整可能であるため、図４に示すように、反応炉７の内壁に付着している堆積膜２０の付着力が弱くなり、前記堆積膜２０が剥がれ、脱落しそうなところに弾性波２１が照射された場合、脱落部の大きさにより、選択的容易に強制脱落させることができる。
【００３４】
図１の構成を持つ第１の実施例の場合、被処理基板を石英ボード４に設置して処理する時、反応ガスも複数のカルマン渦発生機６を通るため、カルマン渦が発生するが、前記で計算例の場合、振動物１１が円錐、その直径ｄ＝１．５ｍｍ、ガスが流れる管の直径Φ＝６．３７ｍｍ設定で、流量が０．１〜１ｓｌｍの時、流速Ｖ＝５．２〜５２ｃｍ／ｓの時に発生する振動数ｆは８．８〜８８Ｈｚで反応ガスへカルマン渦を印加することによる影響が無いレベルである。又、カルマン渦発生機６を複数個使用しているため、反応炉５に充満させるのに必要な流量も確保できる。
【００３５】
一方でパージガスを吸入する場合、パーティクルを除去するための振動数ｆが数ＫＨｚと高周波にしなければならないため、前記計算より流速をＶ＝数十１ｍ／ｓと高速にしなければならない。この場合、１つのカルマン渦発生機６の流量を確保するために複数あるカルマン渦発生機６の中で１個又は数個だけ開放にし、残り多数を一時的に閉鎖しパージを実施してもよい。例えば、反応炉５の上部に位置するカルマン渦発生機６をパージ初期に開放し、時間を経て、反応炉５の下部へ開放する部分が移っていってもよい。この作業を繰り返すことにより、反応炉５でカルマン渦発生機６で発生する弾性波が反応炉５内に均一に印加できるため、パーティクル排除処理を均一にすることができる。
【００３６】
以上のように、本実施例によれば、反応ガス導入手段とパージするためのパージガス導入手段とガスを排気する手段とパージガスに弾性波を印加する手段を設けることにより、弾性波を印加したパージガスによりパーティクルを除去することにより、成膜処理前に反応炉内の堆積膜から発生する微細パーティクルを強制的に除去排出するので、成膜処理時には微細パーティクルの発生を抑制でき、高品質の成膜処理を行うことができる。又、堆積膜が完全に剥離する前に反応炉の洗浄を実施すればよいので洗浄時期の間隔が長くなり、保守性が向上すると共に稼働率が向上し、又従来に比較し処理時間も長くなることはない等の優れた効果を発揮する。
【００３７】
以下本発明の第二の実施例について図２を参照しながら説明する。
図２は第二の実施例に係る減圧ＣＶＤ装置による半導体製造装置の構成を示す概略図である。
【００３８】
図２に示す第二の実施例に係る半導体製造装置は、第一の実施例と以下の点で構成が異なる。
第一の実施例で備える、反応炉５内にあるガス導入ライン１０に繋がる複数のカルマン発生機６は設置されていない、替わりに開放口３０が複数存在している。一方でパージガス導入ライン３と吸入弁９の途中にカルマン渦発生機６があり、この部分でパージガスに弾性波を印加させる。その他の部分についての構成は第一の実施例と同じである。又、動作についても前記第一の実施例と同じである。
【００３９】
又、カルマン発生機６による弾性波の発生工程も第一の実施例と同様である。第一の実施例では、反応炉５に導入される際にカルマン発生機６により弾性波を発生させたが、第二の実施例では、パージガス導入ライン３内に設けられたカルマン発生機６により弾性波を発生させ、ガス導入ライン１０を介して反応炉５に弾性波を導入している。
【００４０】
以上のように、本実施例においても、弾性波を印加したパージガスによりパーティクルを除去することにより、成膜処理前に反応炉内の堆積膜から発生する微細パーティクルを強制的に除去排出するので、成膜処理時には微細パーティクルの発生を抑制でき、高品質の成膜処理を行うことができる。
【００４１】
以上の各実施例では、弾性波を生成する方法として、カルマン発生機を用いてカルマン渦を発生させる方法を例に説明したが、上記方法以外でカルマン渦を発生させても良く、又、カルマン渦以外の方法で弾性波を生成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、サブミクロンサイズの微細なパーティクルを除去し、高品質の成膜処理を行うことができ、ＣＶＤ処理により半導体素子の製造を行う半導体製造装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第一の実施例に係る減圧ＣＶＤ装置による半導体製造装置の構成を示す概略図
【図２】第二の実施例に係る減圧ＣＶＤ装置による半導体製造装置の構成を示す概略図
【図３】カルマン渦発生機から弾性波が発生する様子を示す図
【図４】反応炉に付着した堆積物を弾性波にて除去する様子を説明するための図
【図５】本発明の半導体製造装置における処理工程を示すフロー図
【図６】従来の半導体製造装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
【００４４】
１    真空排気管
２    反応ガス導入ライン
３    パージガス導入ライン
４    石英ボード
５    反応炉
６    カルマン渦発生機
７    ボード回転盤
８    廃棄開閉弁
９    吸入弁
１０    ガス導入管
１１    振動物
１２    ガス
１３    噴出管
１４    カルマン渦
２０    堆積物
２１    弾性波
３０    開放口
５０    加熱ヒータ
１０１    ロードロック室
１０２    反応炉
１０４    炉口フランジ
１０５    アウタチューブ
１０６    インナチューブ
１０７    ガス導入ライン
１０８    ガス導入ライン
１０９    排気装置
１１０    ボート
１１１    ウェーハ
１１２    ガスパージノズル
１１３    真空排気装置
【図１】
2009302353.tif 000003
【図２】
2009302353.tif 000004
【図３】
2009302353.tif 000005
【図４】
2009302353.tif 000006
【図５】
2009302353.tif 000007
【図６】
2009302353.tif 000008