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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】半導体製造装置のクリーニング方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20231205BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101H
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2022541841
(86)(22)【出願日】2021-07-19
(86)【国際出願番号】 JP2021026923
(87)【国際公開番号】W WO2023002521
(87)【国際公開日】2023-01-26
【審査請求日】2022-07-06
(73)【特許権者】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】山田 将貴
(72)【発明者】
【氏名】武居 亜紀
(72)【発明者】
【氏名】黒崎 洋輔
(72)【発明者】
【氏名】服部 孝司
【審査官】宇多川 勉
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０１６６９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１９２６６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２７５７７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１７３７７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１４０１６６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体製造装置のクリーニング方法であって、処理容器内部の処理室内にフッ化水素およびアルコールの蒸気を含む処理用のガスを導入する導入口と、前記処理室内に配置され処理対象のウエハがその上面に載せられる試料台と、前記導入口にアルキル基を持つアルコール類、または、水である極性分子ガスを導入する導入機構と、前記導入口に赤外線照射により前記極性分子ガスを室温より高い温度に加熱する加熱機構と、を備えた半導体製造装置の前記処理室内の前記試料台に前記ウエハを載置し、
前記処理室内において、前記フッ化水素および前記極性分子ガスの蒸気を含む混合気体により、前記ウエハの酸化シリコンをエッチング処理し、
その後、前記処理室内に、前記酸化シリコンのエッチング処理中のアルコールの流量以上のアルコールを導入し、かつ、前記加熱機構により前記赤外線照射した前記極性分子ガスを導入することにより、前記処理室内をクリーニングする、半導体製造装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体ウエハ等の基板状の試料上に配置された処理対象の膜を処理して半導体デバイスを製造する半導体製造装置および半導体製造装置のクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【0002】
上記のように、半導体ウエハのような試料上に予め形成された処理対象の膜を処理して回路用の構造を形成する工程を有する半導体デバイスの製造においては、半導体デバイスの微細化に伴ってより高精度な加工技術のニーズが高まっている。特に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から構成された或いはこれを含んだＳｉＯ２膜は、様々な半導体デバイスの回路に適用されており、これをエッチングする技術も従来から継続して検討され進歩してきた。近年では、ＳｉＯ２膜を加工する処理に、プラズマを用いずに処理用のガスとして特定の物質の蒸気をＳｉＯ２膜表面に供給して当該物質の原子又は分子とＳｉＯ２とを反応させる、所謂ベーパーエッチングの開発が進んでいる。従来のＳｉＯ２膜の除去方法として、フッ酸を用いたウエットエッチが主であったが、近年の半導体素子の微細化に伴い、表面張力による素子パターン倒壊などの課題が顕現化している。そこで、例えば、非特許文献１、非特許文献２、または、特許文献１で記載されている様な、フッ化水素（ＨＦ）とアルコールとの混合ガスを用いたベーパーエッチングが提案されている。また、近年では、ＨＦとアルコールとのベーパーエッチングにおいて、窒化シリコン（ＳｉＮ）に対するＳｉＯ２のエッチングの選択比を向上させる為、－１０℃以下での低温プロセスが有望視されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００５－１６１４９３号公報
【非特許文献】
【0004】
【文献】Chun Su Lee et al., “Modeling and Characterization of Gas-Phase Etching of Thermal Oxide and TEOS Oxide Using Anhydrous HF and CH3OH”, J. Electrochem. Soc., vol. 143, No.3 pp.1099-1103 (1996)
【文献】Keiichi Shimaoka et al., “Characteristic of Silicon Nitride Reaction to Vapor-Phase HF Gas Treatment”, IEEJ Trans. SM, vol. 126, No.9 pp.516-521 (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ベーパーエッチングを実現する半導体製造装置（便宜的に、ノンプラズマドライ加工装置と称する）における課題の１つは、真空容器のチャンバー（反応室とも言う）内部のクリーニング方法である。従来のドライエッチング装置は、（酸化/物理エネルギーアシスト等の）プラズマによるチャンバー内部のクリーニングが可能であったが、プラズマ源が無いノンプラズマドライ加工装置においては、これまでのプラズマによるチャンバー内部のクリーニングが困難である。また、前述したHFを用いた低温プロセスにおいては、エッチング中に発生する反応生成物によるフッ素の影響で、半導体ウエハに形成した半導体素子の素子特性を劣化させる課題が顕現化している。
【0006】
図１に、SiN膜３１とSiO2膜３２との積層構造３３におけるベーパーエッチングの模式図を示す。ここでは、ベーパーエッチングのエッチングガスとして、フッ化水素HFとメタノールCH3OH（図１には、ＡＬＣとして示す）との混合ガス３４を使用している。SiO2膜３２は以下の反応式１に従い、エッチングが進行する（非特許文献１）。
【0007】
(反応式１) SiO2 + 4HF + 2CH3OH → SiF4(↑) + 2H2O + 2CH3OH
本プロセスにおいては、余剰HFが残留ガスとしてSiN/SiO2の積層膜３３に付着する。付着量としては、温度低下により増大する傾向にあり、特許文献２に記載されたHFとCH3OHとの混合ガス３４を用いた低温プロセスでは、残留フッ化水素３５（図１では、残留フッ化水素３５は白丸〇で示される）の量としては増大する。また、HF/CH3OHのベーパーガスによるエッチングにおいて、SiN膜３１上には変質物であるケイフッ化アンモニウム(NH4)2SiF6が形成される事が知られている（非特許文献２）。ケイフッ化アンモニウムは、通常、加熱により昇華する物質であるが、チャンバー内部に昇華温度以下の所謂コールドスポットが存在する場合は、反応生成物３６であるケイフッ化アンモニウムがチャンバー内に堆積する事例が生じる。図１では、反応生成物３６は白三角△で示される。
本プロセスにおいては、余剰HFが残留ガスとしてSiN/SiO2の積層膜３３に付着する。付着量としては、温度低下により増大する傾向にあり、特許文献２に記載されたHFとCH3OHとの混合ガス３４を用いた低温プロセスでは、残留フッ化水素３５（図１では、残留フッ化水素３５は白丸〇で示される）の量としては増大する。また、HF/CH3OHのベーパーガスによるエッチングにおいて、SiN膜３１上には変質物であるケイフッ化アンモニウム(NH4)2SiF6が形成される事が知られている（非特許文献２）。ケイフッ化アンモニウムは、通常、加熱により昇華する物質であるが、チャンバー内部に昇華温度以下の所謂コールドスポットが存在する場合は、反応生成物３６であるケイフッ化アンモニウムがチャンバー内に堆積する事例が生じる。図１では、反応生成物３６は白三角△で示される。
【0008】
半導体ウエハ上やチャンバー内に堆積したケイフッ化アンモニウムは、赤外線（IR）ランプやホットガスによる加熱によって昇華させる方法が考えられるが、チャンバー内でもIRランプの発光する赤外光が直接当らない部位も多く存在する。例えば、半導体ウエハを載置して処理するステージ（試料台）の下部では、IRランプの発光する赤外光が直接当らず、反応生成物や残留HFが堆積する事が課題となっており、IRランプのみで残留フッ素を低減する事が困難である。
【0009】
また、半導体製造装置のメンテナンス面でも、チャンバー内にHFが残存していると大気開放時にフッ酸となり、人体への影響が大きい。その為、大気開放前のサイクルパージを入念に実施する必要があり、サイクルパージの時間が半導体製造装置のダウンタイム（停止時間）に占める割合も高く、メンテナンス性を低下させる要因になっている。
【0010】
本発明の目的は、チャンバー内の反応生成物や残留HFを低減することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0012】
一実施の形態による半導体製造装置は、処理容器内部の処理室内にフッ化水素およびアルコールの蒸気を含む処理用のガスを導入する導入口と、処理室内に配置され処理対象のウエハがその上面に載せられる試料台と、導入口に極性分子ガスを導入する導入機構を備える。
【発明の効果】
【0013】
上記一実施の形態による半導体製造装置によれば、チャンバー（反応室）内の反応生成物や残留HFを低減させる効果がある。また、チャンバー内にフッ化水素が残留した場合、SiO2のエッチングレートの変動や半導体素子の素子特性への影響が懸念される為、これら反応生成物や残留HFの低減を実現する事で、半導体ウエハ間のエッチングレート変動や半導体素子の素子特性の劣化を未然に防ぐことが可能となる。これにより、ＳｉＯ２を含んで構成された膜のエッチングにおいてエッチング処理の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】HFとメタノールを用いたSiN/SiO2の積層膜への残留物付着の模式図。
【図2】エッチングチャンバ内での残留物付着の模式図。
【図3】実施の形態によるクリーニング機構を備えた第１の酸化膜除去エッチングチャンバを有する半導体製造装置の断面図。
【図4】実施の形態によるクリーニング機構を備えた第２の酸化膜除去エッチングチャンバを有する半導体製造装置の断面図。
【図5】実施の形態によるクリーニング機構を備えた第３の酸化膜除去エッチングチャンバを有する半導体製造装置の断面図。
【図8A】クリーニング工程で一定のCH3OHガス、および、第２の赤外線ランプの出力を一定値にした場合のプロセスフロー図。
【図8B】クリーニング工程において、CH3OHをパルス的に導入した場合のプロセスフロー図。
【図8C】クリーニング工程において、第２の赤外線ランプの出力をパルス的に印加した場合のプロセスフロー図。
【図9A】エッチング後にクリーニングプロセスを実施しない場合のガス流量を示すフローチャート図。
【図9B】エッチング後にクリーニングプロセスを実施しない場合の残留フッ化水素の時間推移。
【図10A】エッチング後にCH3OHガスをフローした場合のガス流量を示すフローチャート図。
【図10B】エッチング後にCH3OHガスをフローした場合の残留フッ化水素の時間推移。
【図11A】エッチング後に加熱したCH3OHガスをフローした場合のガス流量を示すフローチャート図。
【図11B】エッチング後に加熱したCH3OHガスをフローした場合の残留フッ化水素の時間推移。
【図12A】エッチング後に加熱したN2ガスをフローした場合のガス流量を示すフローチャート図。
【図12B】エッチング後に加熱したN2ガスをフローした場合の残留フッ化水素の時間推移。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の実施の形態を、以下図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【0016】
図１は、HFとメタノールを用いたSiN/SiO2の積層膜への残留物付着の模式図を示す。フッ化水素HFとメタノールCH3OHの混合ガス３４をエッチングガスとして用いたSiO2膜３２のエッチング工程では、図中に示すような余剰フッ化水素が半導体製造装置のチャンバー（反応室とも言う）内に残留フッ化水素３５として残留する。また、SiN膜３１上ではケイフッ化アンモニウムに代表される反応生成物３６が形成され、例えば反応生成物３６を加熱により除去した場合は、チャンバー内に残留する。前述の低温でのエッチングを実施した場合、これら残留するフッ化水素３５や反応生成物３６が、処理対象の半導体ウエハ（半導体基板とも言う）３０の上に形成された、SiN膜３１とSiO2膜３２の積層膜３３に付着しやすい状況となる。
【0017】
図２は、HFとアルコールを用いた酸化膜エッチングを実現する為のエッチングチャンバにおける反応生成物の発生と付着の模式図を示す。半導体製造装置３００は、真空容器１、ガス導入部２、第１の赤外線ランプ３、エッチング対象の半導体ウエハ４、チラーなどで温度制御された低温ステージ５、などを含む。図２において、３６がケイフッ化アンモニウムに代表される反応生成物、３５が残留フッ化水素をそれぞれ表す。低温ステージ５は、エッチングの処理対象の半導体ウエハ４がその上面に載せられる試料台である。真空容器１は、処理対象の半導体ウエハ４が配置される試料台５を有した処理室２０を内部に備えたエッチングチャンバ（チャンバーとも称する）２１を構成している。
【0018】
SiNに対するSiO2エッチングの選択比を得る為、低温ステージ５の温度は、例えば、－20℃以下の温度に維持することを特徴とする。第１の赤外線ランプ３は、出力調整によりウエハ４や低温ステージ５の一部を加熱する事を特徴とする。前述した残留フッ化水素３５や反応生成物３６は、低温プロセスにおいてはウエハ４のみならず、チャンバー２１内のパーツに付着しやすくなる。真空容器１は、ヒータ加熱などにより、壁材への付着を抑制する工夫がなされているが、例えば低温ステージ５の側面や下部など、赤外線ランプ３によって加熱されない場所に、残留フッ化水素３５や反応生成物３６が付着しやすい。また、これら付着した残留フッ化水素３５や反応生成物３６によって、半導体ウエハ４に形成された半導体素子の素子特性の劣化や真空容器１を含む半導体製造装置３００のメンテナンス性を低下させる要因となっている。
【0019】
そこで、本発明では、残留フッ化水素３５や反応生成物３６を低減させる方法として、エッチング後に加温された極性分子ガスをクリーニングガスとして用いる方法を提案する。フッ化水素分子はフッ素の強い電気陰性度により、電気的に偏極した、所謂、極性分子として知られる。その為、チャンバー２１内に付着した残留フッ化水素３５を効率的に除去するためには、例えばアルキル基を持つアルコール類、または、水といった極性分子を用いた電気化学的な脱離が望ましい。また、本発明にて対象とする低温でのエッチングは、前述の通り付着係数が高くなるため、残留フッ化水素３５の脱離には高温のガス照射が望ましい。以上の理由により、加温された極性分子ガスによる残留フッ化水素３５の除去が実現できると考えられる。
【0020】
また、本発明では、赤外線（IR）ランプの発光する赤外光で直接加熱が出来ないチャンバー（反応室）内の部位に付着した残留フッ化水素HFやケイフッ化アンモニウムなどのフッ化化合物を除去する方法として、加熱された極性分子ガスを用いたチャンバーのクリーニング法を提案する。極性分子ガスの加熱方法は、ヒータ加熱、IRランプ加熱、または、ホットガスへの極性分子ガスの添加の方式を採用することができる。HFは水素結合により極性を備えたガスであるが、アルコールなどの極性分子ガスと混合しやすい特徴を持つ。また、特にアルコールは、赤外線波長領域での赤外吸収が大きい為、IRランプによるIR加熱により分子レベルで効率的に気体を温めることができる。その為、IR加熱によって温められたアルコールにより、IRランプから発光する赤外光が直接当らない部位においても、残留フッ素を効率的に除去する事が可能となる。
【0021】
これにより、チャンバー（反応室）内の反応生成物や残留HFを低減させる効果がある。また、チャンバー内にフッ化水素が残留した場合、SiO2のエッチングレートの変動や半導体素子の素子特性への影響が懸念される為、これら反応生成物や残留HFの低減を実現する事で、半導体ウエハ間のエッチングレート変動や半導体素子の素子特性の劣化を未然に防ぐことが可能となる。
【0022】
図３は、本発明を実現する第１の酸化膜除去用のエッチングチャンバを有する半導体製造装置の断面図を示す。半導体製造装置１００は、図２で説明したと同様に、真空容器（処理容器）１、ガス導入部（導入口とも言う）２、第１の赤外線ランプ３、エッチング対象の半導体ウエハ４、チラーなどで温度制御された低温ステージ５、を含む。低温ステージ５は、エッチングの処理対象の半導体ウエハ４がその上面に載せられる試料台である。真空容器１は、処理対象の半導体ウエハ４が配置される試料台５を有した処理室２０を内部に備えたエッチングチャンバ（チャンバーとも称する）２１を構成している。ガス導入部２は、処理室２０内にフッ化水素HFおよびアルコール（HFと極性分子ガス）の蒸気を含む処理用のガスを導入する。
【0023】
半導体製造装置１００は、さらに、HF用の流量制御器６、ヒドロキシ基（OH基）を含む極性ガス用の流量調整器７、あらかじめ加温されたガス用の流量調整器８、を含む。極性ガス用の流量調整器７は、ガス導入部２に極性分子ガスを導入する導入機構である。
【0024】
尚、OH基を含む極性ガスは、メタノールCH3OH、エチルアルコールC2H5OH、プロパノールC3H7OHなどのアルコール（ＡＬＣと訳す）や水H2Oなどを指すが、本発明では分子構造にOH基を備え、電気極性が偏った極性分子ガスであればその形態を限定しない。
【0025】
また、加温ガスの流量調整器８においては、加温ガスとしてはアルゴンAr、ヘリウムHe、窒素N2などのSiO2のエッチングに直接寄与しないガスが望ましい。図３では、一例として、加熱された窒素N2が示されている。また、本発明ではその加温方法は限定しない。
【0026】
第１の酸化膜除去用のエッチングチャンバ２１を用いたSiO2膜の除去方法は、HF用流量制御器６と極性分子ガス用流量調整器７を用い、HFと極性分子ガスとをエッチングに適切な流量比にてSiO2膜のエッチングを実施する。
【0027】
一方で、第１の酸化膜除去用のエッチングチャンバ２１の内部のクリーニングプロセスに関しては、極性ガス用流量調整器７と加温ガス用流量調整器８を用い、加温ガスに極性分子ガスを混合させることで、実質的に極性分子ガスを加温する。尚、クリーニングプロセスの間に、第１の赤外線ランプ３を機能させても問題ない。この様な機構（７、８）を備えることにより、加温された極性分子ガスによる残留フッ化水素３５の除去が可能となる。
【0028】
図４は、本発明を実現する第２の酸化膜除去用のエッチングチャンバを有する半導体製造装置の断面図を示す。半導体製造装置１００ａは、図３で示した様に、真空容器１、ガス導入部２、第１の赤外線ランプ３、半導体ウエハ４、低温ステージ５、HF用の流量制御器６、ヒドロキシ基（OH基）を含む極性ガス用の流量調整器７、処理室２０、エッチングチャンバ（チャンバー）２１、を含む。半導体製造装置１００ａは、さらに、ガスの加温機構９を含む。ガスの加温機構９は、例えば、配管をヒータで加熱する機構を指す。尚、加温させる機構の設置場所は、ここでは限定しない。
【0029】
第２の酸化膜除去エッチングチャンバ２１を用いたSiO2膜のエッチングの過程では、HF用流量制御器６と極性分子ガス用流量調整器７を用い、HFと極性分子ガス（ここでは、メタノールCH3OHのガス）とをエッチングに適切な流量比にしてSiO2膜のエッチングを実施する。この際にはガス加温機構９は機能させず、エッチングに最適な温度でのプロセスガスを供給する。
【0030】
一方で第２の酸化膜除去エッチングチャンバ２１の内部のクリーニングの過程においては、HF用流量制御器６でHFの供給を停止させ、極性分子ガス用流量調整器７で極性分子ガスの供給のみとする。この際には、ガス加温機構９を機能させ、極性分子ガスを室温より高い温度に加温させる。尚、図３と同様に、クリーニングプロセスの間、第１の赤外線ランプ３を機能させても問題ない。
【0031】
この様なガス加温機構９（および、第１の赤外線ランプ３）を備えることにより、室温より高い温度に加温された極性分子ガスによる残留フッ化水素３５の除去が可能となる。
【0032】
図５は、本発明を実現する第３の酸化膜除去エッチングチャンバを有する半導体製造装置の断面図を示す。半導体製造装置１００ｂは、図３で説明したように、真空容器１、ガス導入部２、第１の赤外線ランプ３、半導体ウエハ４、低温ステージ５、HF用の流量制御器６、ヒドロキシ基（OH基）を含む極性ガス用の流量調整器７、処理室２０、エッチングチャンバ（チャンバー）２１、を含む。半導体製造装置１００ｂは、さらに、第２の赤外線ランプ１０を含む。第２の赤外線ランプ１０は、極性ガス用流量調整器７で流量調整された極性分子ガスを赤外線照射により加熱する目的として設けられ、例えば、真空容器１内のガス導入部２に設置する事が望ましい。
【0033】
第３の酸化膜除去エッチングチャンバ２１を用いたSiO2膜のエッチングの過程では、図４と同様に、HF用流量制御器６と極性分子ガス用流量調整器７を用い、HFと極性分子ガス（ここでは、メタノールCH3OHのガス）とをエッチングに適切な流量比にしてSiO2膜のエッチングを実施する。この際には、第２の赤外線ランプ１０による加熱は実施しない。尚、プロセスによっては、第１の赤外線ランプ３にてウエハ４を加熱する場合も発生する。その為、加熱速度を向上させるために、第１の赤外線ランプ３としては、3μｍ以下の近赤外線の波長領域を用いることが望ましい。
【0034】
次に、第３の酸化膜除去エッチングチャンバ２１の内部のクリーニングプロセスにおいては、図４と同様に、HF用流量制御器６でHFの供給を停止させ、極性分子ガス用流量調整器７で極性分子ガスの供給のみとする。このクリーニング過程において、第２の赤外線ランプ１０により極性分子ガスを室温より高い温度に加熱する。第２の赤外線ランプ１０の波長領域としては、極性分子ガスの種別に依存するが、例えばCH3OHをクリーニングガスとして用いた場合は、波長が1～3μcm程度の近中赤外線領域を用いるのが望ましい。この波長の帯域での中赤外線はCH3OH分子での赤外線吸収が大きく、CH3OH分子内でのC-OやC-Hの結合における分子伸縮振動が起きる。その結果として、赤外線によるCH3OH分子を効率的に加熱する事が可能となる。尚、前述の通りに、クリーニングプロセスの間、第１の赤外線ランプ３を機能させても問題ない。
【0035】
この様な第２の赤外線ランプ１０（および、第１の赤外線ランプ３）を備えることにより、加温された極性分子ガスによる残留フッ化水素３５の低減が可能となる。
【0036】
図６は、図３の第１の酸化膜除去エッチングチャンバを備えた半導体製造装置の全体的な構成図を示す。半導体製造装置１００は、図３にて記載した第１の酸化膜除去用のエッチングチャンバ２１と、HF用の流量制御器６、ヒドロキシ基（OH基）を含む極性ガス用の流量調整器７、あらかじめ加温されたガス用の流量調整器８、HF供給器１１、アルコール供給器１２、HFとアルコール以外のキャリアガスの供給器１３、真空排気装置１５、チラー１６、等を含む。
【0037】
HF供給器１１は、例えば高圧ボンベによるHFガスの供給を可能とし、HF流量調節器６を通じてエッチングチャンバ２１へ供給される。
【0038】
アルコール供給器１２は、例えばキャニスタに貯蔵された液体のアルコールを加温する事によりアルコール蒸気として、アルコール流量調整器７を通じてエッチングチャンバ２１へ供給する。
【0039】
HFとアルコール以外のキャリアガスの供給器１３は、例えば、Ar、He、N2などの反応性の低いキャリアガスの高圧ボンベを表す。尚、これらのキャリアガスは、予め、ヒータ等により加温された状態で、ホットガス流量調整器８を通じてチャンバー２１内に供給される。
【0040】
真空排気装置１５は、例えば、ドライポンプやターボ分子ポンプなどにより構成され、エッチングチャンバ２１内のガスや反応生成物を排気する。
【0041】
チラー１６は、エッチングチャンバ２１内の低温ステージ５の温度を制御する事が可能である。
【0042】
図７は、図４の第２の酸化膜除去エッチングチャンバを備えた半導体製造装置の構成図を示す。、半導体製造装置１００ａは、図４にて記載した酸化膜除去用のエッチングチャンバ２１と、HF用の流量制御器６、ヒドロキシ基（OH基）を含む極性ガス用の流量調整器７、HF供給器１１、アルコール供給器１２、真空排気装置１５、チラー１６、配管加熱機構１７、等を含む。HF供給器１１、アルコール供給器１２、真空排気装置１５、チラー１６は図６にて説明した構成である。
【0043】
配管加熱機構１７は、ガス流量制御部７から酸化膜除去用エッチングチャンバ２１へのガス導入部２までの配管を加熱できる構成とされている。配管加熱機構１７により、極性分子ガスは室温より高い温度に加熱することができる。加熱方法は、ヒータによる加温が一般的であるが、本発明では、その加熱形態は不問とする。
【0044】
図８Ａ～図８Ｃは、残留物クリーニングプロセス（クリーニング工程とも言う）ＣＬでのプロセスフロー図を表す。ここでは、エッチングガスとしてHFとCH3OHの混合ガス（気体）を用い、クリーニングガスとしてCH3OHを用いた一例を説明する。また、図５にて記載した第３の酸化膜除去エッチングチャンバを有する半導体製造装置１００ｂを用いた場合を例として説明する。
【0045】
図８Ａは、クリーニング工程ＣＬで一定のCH3OHガス、および、第２の赤外線ランプ１０の出力を一定値にした場合のプロセスフローを示す。エッチング工程ＥＴ中は、HFとCH3OHの流量比を２：１に調整し混合させる。尚、その流量は、本発明で限定はしない。クリーニング工程ＣＬでは、HFの供給量をゼロにし、CH3OHの流量をエッチング工程ＥＴで使用した流量よりも多く流す。尚、CH3OHの流量を増大させるとクリーニング効果が増大するが、爆発下限以下にて運用するのが望ましい。第２の赤外線ランプ１０の出力は、クリーニング工程ＣＬにおいて、一定値で出力する。出力の大きさに関しては第２の赤外線ランプ１０の性能に大きく依存するため、CH3OHが効率的に加温されるような出力値を用いることが望ましい。その為、クリーニングガスの最大流量や赤外線ランプ１０の出力値は本発明では不問とする。
【0046】
図８Ｂは、クリーニング工程ＣＬにおいて、CH3OHをパルス的に導入した場合のプロセスフローを示す。図８Ｂの例では、クリーニング工程ＣＬにおいて、CH3OHが複数回（ここでは、３回）パルス的に、エッチングチャンバ２１内に供給した例が示される。
【0047】
図８Ｃは、クリーニング工程ＣＬにおいて、第２の赤外線ランプ１０の出力をパルス的に印加した場合のプロセスフローを示す。図８Ｃの例では、クリーニング工程ＣＬにおいて、第２の赤外線ランプ１０が複数回（ここでは、３回）パルス的にＯＮ状態とされて、エッチングチャンバ２１内を加熱する例が示される。
【0048】
半導体製造装置のクリーニング方法についてまとめると、以下である。
【0049】
半導体製造装置のクリーニング方法は、例えば、図５に示した半導体製造装置１００ｂにおいて、
１）処理室２０内の試料台５にウエハ４を載置し、
２）（エッチング工程）処理室２０内において、フッ化水素および極性分子ガスの蒸気を含む混合ガス（気体）により、ウエハ４に形成されている酸化シリコン膜３２をエッチング処理し、
３）（クリーニング工程）その後、処理室２０内に、酸化シリコン膜３２のエッチング処理中のアルコール（CH3OH）の流量以上のアルコール（CH3OH）を導入し（図８Ａ～図８Ｃ参照）、かつ、加熱機構（第２の赤外線ランプ１０）により赤外線照射した極性分子ガス（CH3OH）を導入することにより、処理室２０内をクリーニングする。これにより、処理室２０内の残留フッ化水素HFを除去する。
１）処理室２０内の試料台５にウエハ４を載置し、
２）（エッチング工程）処理室２０内において、フッ化水素および極性分子ガスの蒸気を含む混合ガス（気体）により、ウエハ４に形成されている酸化シリコン膜３２をエッチング処理し、
３）（クリーニング工程）その後、処理室２０内に、酸化シリコン膜３２のエッチング処理中のアルコール（CH3OH）の流量以上のアルコール（CH3OH）を導入し（図８Ａ～図８Ｃ参照）、かつ、加熱機構（第２の赤外線ランプ１０）により赤外線照射した極性分子ガス（CH3OH）を導入することにより、処理室２０内をクリーニングする。これにより、処理室２０内の残留フッ化水素HFを除去する。
【0050】
【0051】
【0052】
図９Ａ～図１２Ｂは、図５で示した第３の酸化膜除去エッチングチャンバを有する半導体製造装置を用いた場合において、エッチング工程ＥＴのエッチング条件は共通とし、クリーニング工程ＣＬのクリーニング条件は異ならせた複数の例における残留フッ化水素HFの時間推移の結果を示している。
【0053】
図９Ａ、図９ＢはクリーニングプロセスＣＬを実施しない場合（CH3OHガスのフロー無し、赤外線の加熱無しのクリーニング条件）を示し、図９Ａはガス流量を示すフローチャート図であり、図９Ｂは残留フッ化水素HFの時間推移を示す図である。
【0054】
図１０Ａ、図１０ＢはクリーニングプロセスＣＬにおいてCH3OHガスのみをフローし、赤外線による加熱を行わないクリーニング条件であり、図１０Ａはガス流量を示すフローチャート図であり、図１０Ｂは残留フッ化水素HFの時間推移を示す図である。
【0055】
図１１Ａ、図１１ＢはクリーニングプロセスＣＬにおいてCH3OHガスを赤外線ランプ１０により加熱するクリーニング条件であり、図１１Ａはガス流量を示すフローチャート図であり、図１１Ｂは残留フッ化水素HFの時間推移を示す図である。
【0056】
図１２Ａ、図１２ＢはクリーニングプロセスＣＬにおいてCH3OHガス代わりに窒素Ｎ２ガスを用い、窒素Ｎ２ガスを赤外線ランプ１０による加熱するクリーニング条件であり、図１２Ａはガス流量を示すフローチャート図であり、図１２Ｂは残留フッ化水素HFの時間推移を示す図である。
【0057】
本例では、第３の酸化膜除去エッチングチャンバ２１において、エッチング工程ＥＴの後の残留フッ化水素HFの残留量を計測する為、エッチング工程ＥＴにおいてHF / CH3OHの混合ガスをエッチングガスとして用いたSiO2膜３２（図１参照）のエッチングを実施し、エッチング工程ＥＴの後の残留フッ化水素HFの残留量をQ-massを用いて計測した。SiO2膜３２のエッチングに用いた混合ガスの流量として、HF ＝ 0.9 (L/min)、 CH3OH ＝ 0.45 (L/min)とした。尚、エッチング工程ＥＴでは、エッチングの温度は-20℃、エッチング時間は1分間とした。
【0058】
残留フッ化水素HFの除去のための後処理プロセスとして、クリーニングガス（CH3OHガス）の供給をしない、および、赤外線ランプ１０を照射しないクリーニング条件（図９Ａ参照）での残留フッ化水素の残留量の時間推移の結果を図９Ｂに示す。SiO2膜３２のエッチングが完了した2分後から、チャンバー２１内の真空排気が真空排気装置１５により開始される。この真空排気により、残留フッ化水素HFの残留量は減少していく。便宜的に残留フッ素の残留量の閾値として、Q-massの強度が3.0 x 10-11 (counts)とした場合、真空排気のみでは少なくとも5時間経過しても3.0 x 10-11 (counts)以下になる事は無かった。
【0059】
続いて、クリーニングガスとしてメタノールCH3OHのガスを流し、赤外線ランプ１０による加熱を実施しないクリーニング条件（図１０Ａ参照）での残留フッ化水素の残留量の結果を図１０Ｂに示す。尚、クリーニングガスとして導入したメタノールは、CH3OH ＝ 0.15 (L/min)の流量とし、100分間クリーニングガスを流した。本結果によると、赤外線ランプ１０で加熱しない場合においても、CH3OHを流す事で、Q-massによる残留フッ化水素の強度が3.0 x 10-11 (counts)に減少するのに約150分の時間を要した。本結果より、メタノールCH3OHをクリーニングガスとして使用する事で、残留フッ化水素の排気時間を短縮できる事が分かった。
【0060】
続いて、クリーニングガスとしてメタノールCH3OHのガスを流し、赤外線ランプ１０による加熱を実施したクリーニング条件（図１１Ａ参照）での残留フッ化水素の残留量の結果を図１１Ｂに示す。クリーニングガスの流量として、図１０Ａで用いたメタノールCH3OHのガスのフローと同条件（CH3OH ＝ 0.15 (L/min)の流量）とし、メタノールCH3OHのガスを流している間、赤外線ランプ１０による加温を実施した。赤外線ランプ１０によるメタノールCH3OHのガスの加温により、閾値である3.0 x 10-11 (counts)に達するのに要した時間は約20分となった。本結果（図１１Ｂ）は、チャンバー２１内のクリーニングを実施しない場合（図９Ａ、図９Ｂ）と比較し94%以下にクリーニング時間を短縮する効果がある事が分かった。加温をしないメタノールCH3OHのガスのフローによるクリーニング条件（図１０Ａ、図１０Ｂ）と比較し、87%程度、クリーニング時間を短縮する効果がある事が分かった。
【0061】
尚、比較の為、無極性分子ガスである窒素N2ガスを用いたクリーニング効果に関しても検討を行った。図１２Ｂにその結果を示す。窒素N2ガスの流量は 0.15 (L/min)とし、赤外線ランプ１０による加温は100分間とする。加温された窒素N2ガスのフローにより、残留フッ化水素HFのクリーニング時間（閾値である3.0 x 10-11 (counts)に達するのに要した時間）は60分となった。加温されたメタノールCH3OHのガスによるクリーニング時間（20分）と比較すると、加温された窒素N2ガスのクリーニング時間は、約3倍の時間を要することが分かった。
【0062】
以上の結果から、赤外線ランプ１０による加温は無極性分子ガスよりも極性分子ガスの方が加熱効率が高く、本発明による極性分子ガスのIR加熱により効果的な残留フッ化水素のクリーニングを実施できるといえる。
【0063】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0064】
１・・・真空容器（処理容器）
２・・・ガス導入部
３・・・第１の赤外線ランプ
４・・・ウエハ
５・・・低温ステージ（試料台）
６・・・HFガス流量調整器
７・・・極性分子ガス流量調整器
８・・・ホットガス流量調整器
９・・・加熱機構
１０・・・第２の赤外線ランプ
１１・・・HF供給器
１２・・・極性分子ガス供給器
１３・・・ホットガス供給器
１５・・・真空排気装置
１６・・・チラー
１７・・・配管加熱機構
２０・・・処理室
２１・・・エッチングチャンバ（チャンバー）
１００、１００ａ、１００ｂ・・・半導体製造装置
２・・・ガス導入部
３・・・第１の赤外線ランプ
４・・・ウエハ
５・・・低温ステージ（試料台）
６・・・HFガス流量調整器
７・・・極性分子ガス流量調整器
８・・・ホットガス流量調整器
９・・・加熱機構
１０・・・第２の赤外線ランプ
１１・・・HF供給器
１２・・・極性分子ガス供給器
１３・・・ホットガス供給器
１５・・・真空排気装置
１６・・・チラー
１７・・・配管加熱機構
２０・・・処理室
２１・・・エッチングチャンバ（チャンバー）
１００、１００ａ、１００ｂ・・・半導体製造装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】