JP2001168033A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クリーニングガスのプラズマを発生させる副
チャンバ内に堆積した反応生成物の主チャンバ内への流
入を防止することができる半導体製造装置を提供するこ
と。 【解決手段】 主チャンバ１と副チャンバ２との間を連
絡する導入通路３と真空排気通路４との間にバイパス通
路１８を設けるとともに、導入通路３とバイパス通路１
８との接続点に３ポート弁１７を設け、主チャンバ１の
クリーニング時は主チャンバ１と副チャンバ２とを連通
させ、副チャンバ２の真空排気時は、３ポート弁１７を
切り換えてバイパス通路１８を介して副チャンバ２を真
空排気通路４に接続する。これにより副チャンバ２から
主チャンバ１へのパーティクルの流入を防止することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置に関
し、更に詳しくは、チャンバ内のドライクリーニング機
能を備えた半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体装置の製造工程では、半導
体基板表面への成膜にＣＶＤ（Chemical vapor deposit
ion ）法が不可欠である。ＣＶＤ法は公知のように、薄
膜材料を構成する元素からなる１種又は数種の化合物ガ
ス、単体ガスを成膜室内の半導体基板上に供給し、気相
又は半導体基板表面での化学反応により所望の薄膜を形
成する方法である。ＣＶＤ法には、ＣＶＤ反応の励起エ
ネルギとして熱を用いる熱ＣＶＤ法や、反応性ガス（原
料ガス）のプラズマ放電分解によって薄膜を形成するプ
ラズマＣＶＤ法、光のエネルギにより気体分子を分解さ
せ薄膜を形成する光ＣＶＤ法などがある。

【０００３】ここで、半導体基板の成膜に伴って、成膜
を行うチャンバの内壁にも薄膜材料が付着し、堆積す
る。この堆積膜の膜厚は半導体基板の処理枚数に応じて
増大する。これが部分的に剥離して半導体基板に付着す
ると、デバイスのパターン欠陥の原因となる。これを防
止するため、これら堆積膜を定期的に除去する必要があ
る。

【０００４】チャンバ内壁面に付着した堆積膜を除去す
る方法として、一般的に、チャンバ内を溶剤で拭き取る
ウエットクリーニング法と、クリーニングガスのプラズ
マを発生させ、そのなかのラジカルを用いて堆積膜を除
去するドライクリーニング法とがある。前者はチャンバ
内を大気に開放して作業する必要があるので、作業後の
真空排気等により装置立上げに長時間を要し、装置稼働
率の低下を招く点で問題がある。そのため、現在では後
者の方法が主流となりつつあり、例えば特開平１０−２
６１６２３号の開示例など種々の技術が提案されてい
る。

【０００５】図５に、チャンバ内のドライクリーニング
機能を備えた従来のプラズマＣＶＤ装置の概要を示す。
主チャンバ１は内部に半導体基板（図示略）を収容し、
トップノズル９及びサイドノズル１０から供給される原
料ガスを図示しないプラズマ発生機構でプラズマ化し
て、公知のように半導体基板表面に原料ガスの薄膜を形
成する。このとき、主チャンバ１の内壁面や基板保持部
（ペデスタル）８上など半導体基板以外の場所にも薄膜
材料が付着し堆積する。副チャンバ２は、主チャンバ１
内の堆積物を除去するドライクリーニング工程で用いら
れ、その詳細が図４に示される。

【０００６】図４を参照して、冷却水が循環する本体２
１の内部には石英チューブ２２及びサファイアチューブ
２３が設けられ、内周側のサファイアチューブ２３内に
供給されるＮＦ₃ ガスを、マグネトロン２６から導波管
２７を介して供給されるマイクロ波２８で励起すること
によりプラズマ化し、フッ素ラジカル（Ｆラジカル）を
発生させる。このフッ素ラジカルは導入通路３を介して
主チャンバ１内に導入され、主チャンバ１内の堆積物と
反応して蒸気圧の高い化合物となり、結果的に真空排気
されて主チャンバ１内から除去される。

【０００７】主チャンバ１内のドライクリーニング中
は、図５を参照して、第１バルブ１１及び圧力調整弁１
３を備えた真空排気通路４を介してドライポンプ５によ
り排気されるとともに、圧力調整弁１３により主チャン
バ１内がドライクリーニングに最適な圧力に調整され
る。なお、図において符号６は主チャンバ１の真空排気
時に作動するターボ分子ポンプ、７はゲートバルブ、１
２はターボ分子ポンプ６の吐出口とドライポンプ５との
間の連通／遮断を行う第２バルブ、１４はスロットルバ
ルブをそれぞれ示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで問題となるの
は、副チャンバ２における接ガス部がサファイアチュー
ブ２３であるため、このサファイアチューブ２３の内壁
面にＦとＡｌ（アルミニウム）を含んだ反応物が生成さ
れ、これが副チャンバ２内の真空排気及びＡｒ（アルゴ
ン）ガスによる置換の際にサファイアチューブ２３の内
壁面から剥離し、結果的に主チャンバ１内へ流入して、
主チャンバ１の内壁面や基板保持部８、更にはこれから
成膜を行う半導体基板上に付着し、デバイス不良を引き
起こしてしまうということである。サファイアチューブ
２３は本来、プラズマの衝撃から石英チューブ２３を保
護するために配置されるものであるが、従来の装置構成
では上記の問題が避けられない。

【０００９】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、副チ
ャンバ内に堆積したプラズマ反応生成物の主チャンバ内
への流入を防止することができる半導体製造装置を提供
することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明は、導入通路と真空排気通路との間に主
チャンバをバイパスするバイパス通路を設けるととも
に、導入通路とバイパス通路との接続点に、副チャンバ
と主チャンバとの間を連通させる第１の状態と、副チャ
ンバと真空排気通路とをバイパス通路を介して連通させ
る第２の状態とを選択的にとる流路切換手段を設けてい
る。この流路切換手段としては３ポート弁を用いること
ができる。そして、主チャンバのクリーニング時は流路
切換手段を第１の状態として、副チャンバで発生させた
プラズマ中のラジカルを主チャンバ内へ供給してドライ
クリーニング作用を得、副チャンバの真空排気時やガス
置換時は流路切換手段を第２の状態として、バイパス通
路を介して副チャンバ内の真空排気を行うようにし、副
チャンバ内に付着した反応生成物の主チャンバへの流入
を防止する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１２】図１は本発明の実施の形態を示している。
本実施の形態では半導体製造装置として、チャンバ内の
ドライクリーニング機能を備えたプラズマＣＶＤ装置を
例にとり説明する。ここで、図５を参照して説明した従
来のプラズマＣＶＤ装置と対応する部分については同一
の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
すなわち本実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置で
は、主チャンバ１及び副チャンバ２の構成は従来と全く
同様に構成される。

【００１３】本実施の形態では、主チャンバ１と副チャ
ンバ２との間を連絡する導入通路３と、主チャンバ１を
真空排気手段であるドライポンプ５に接続する真空排気
通路４との間に、主チャンバ１をバイパスするバイパス
通路１８が設けられている。このバイパス通路１８と導
入通路３との接続点には３ポート弁１７が設けられる。
また、バイパス通路１８と真空排気通路４との接続点
は、圧力調整弁よりも排気方向からみて上流側、すなわ
ち第１バルブ１１と圧力調整弁１３との間の配管部分と
される。

【００１４】３ポート弁１７は本発明に係る流路切換手
段として配置され、主チャンバ１と副チャンバ２との間
を連通させる第１の状態と、副チャンバ２をバイパス通
路１８を介して真空排気通路４に接続する第２の状態と
を選択的にとりうる構成とされる。

【００１５】本実施の形態は以上のように構成され、次
にこの作用を図２及び図３を参照して説明する。

【００１６】（ステップＳ１、ｔ０〜ｔ１）成膜時、半
導体基板は基板保持部８上に載置され、公知のようにト
ップノズル９及びサイドノズル１０から供給される薄膜
形成ガスを図示しないプラズマ発生機構でプラズマ化し
て半導体基板表面に薄膜を形成する。このとき、第１バ
ルブ１１は閉、第２バルブ１２は開、ゲートバルブ７は
開、３ポート弁１７は第１の状態とされ、ターボ分子ポ
ンプ６により主チャンバ１内が所定の真空度にまで排気
されている。

【００１７】主チャンバ１内のドライクリーニングは、
所定枚数の半導体基板を処理する毎に行われる。以下、
ドライクリーニング工程について説明する。

【００１８】（ステップＳ２、ｔ１〜ｔ２）ドライクリ
ーニングは主チャンバ１から半導体基板を搬出したのち
行われる。そして、第１バルブ１１を開、第２バルブ１
２及びゲートバルブ７を閉とし、クリーニング用ガスと
してＮＦ₃ ガスをマスフローコントローラ１５で流量調
整して副チャンバ２内へ導入し、マグネトロン２６から
のマイクロ波２８を印加してＮＦ₃ ガスをプラズマ化す
る（図４参照）。プラズマ中のＦラジカルは導入通路３
から第１の状態にある３ポート弁１７を介して主チャン
バ１内へ導入される。導入されたＦラジカルは、除去対
象である堆積物（例えばシリコン酸化膜（SiO₂））と反
応して蒸気圧の高い化合物となり、真空排気通路４を介
して真空排気され、主チャンバ１内から除去される。こ
のドライクリーニング工程中、主チャンバ１内は、圧力
調整弁１３によりドライクリーニングに最適な圧力に維
持される。

【００１９】（ステップＳ３、ｔ２〜ｔ３）ドライクリ
ーニングの終了直前、３ポート弁１７が第１の状態から
第２の状態へ切り換えられる。これにより主チャンバ１
内へのＦラジカルの導入が停止され、ＮＦ₃ ガスはバイ
パス通路１８を介して真空排気される。このときバイパ
ス通路１７と真空排気通路４との接続点が、圧力調整弁
１３よりも排気方向からみて上流側とされるので、ガス
流路の変更によるドライクリーニングの圧力変動が抑制
され、これにより副チャンバ２内でのＦとＡｌの反応生
成物の剥離が抑制される。また、ドライクリーニングの
終了直前に３ポート弁１７を第１の状態から第２の状態
へ切り換えるようにしているので、終了直後における圧
力の変動によって剥離した上記反応生成物の主チャンバ
１内への流入が防止される。

【００２０】（ステップＳ４、ｔ３〜ｔ４）次に、第１
バルブ１１が閉じ、この動作を受けてＮＦ₃ ガスの供給
が停止される。そして、圧力調整弁１３の開度が全開と
され、バイパス通路１８を介して副チャンバ２内の真空
引きが行われる。

【００２１】（ステップＳ５、ｔ４〜ｔ５）副チャンバ
２内の真空引きが行われた後、マスフローコントローラ
１６により流量調整されたＡｒガスが副チャンバ２内へ
供給され、副チャンバ２内のＮＦ₃ ガスを置換する。

【００２２】（ステップＳ６、ｔ５〜ｔ６）その後、Ａ
ｒガスの供給を停止し、再度、副チャンバ２内の真空引
きを行う。

【００２３】これら副チャンバ２内の真空引き、および
Ａｒガスの置換の際、副チャンバ２内では反応生成物の
剥離が起こるおそれがあるが、これらのダストはバイパ
ス通路１８を介して真空排気されるので、主チャンバ１
内に流入することはない。

【００２４】（ステップＳ７、ｔ６〜ｔ７）次に、第１
バルブ１１を開けて主チャンバ１内の真空引きを開始
し、一定の時間または圧力にまで減圧されると、３ポー
ト弁１７を第２の状態から第１の状態へと切り換える。

【００２５】（ステップＳ８、ｔ７〜ｔ８）そして、一
定時間Ａｒガスを流して主チャンバ１内を置換する。

【００２６】（ステップＳ９、ｔ８〜ｔ９）その後、Ａ
ｒガスの供給を停止して、主チャンバ１内を所定圧にま
で真空排気する。

【００２７】次いで、成膜を行う状態（ステップＳ１）
に主チャンバ１を切り替えるため、第２バルブ１２及び
ゲートバルブ７を開いて、ターボ分子ポンプ６側からの
主チャンバ１内の真空引きを開始する。以降、この動作
を繰り返す。

【００２８】以上のように本実施の形態によれば、副チ
ャンバ２内の真空引き、副チャンバ２内のガス置換のガ
ス経路が主チャンバ１内を通らないようにしているの
で、ドライクリーニング時の副チャンバ２内の反応生成
物が主チャンバ１内へ流入することを防止することがで
きる。なお主チャンバ１内の真空排気時、副チャンバ２
内も同時に真空排気されるが、比較的低真空度からの真
空排気なので副チャンバ２内の反応生成物が剥離して主
チャンバ１内へ流入することはほとんどない。

【００２９】したがって、成膜時、主チャンバ１の内壁
面や半導体基板、及び基板保持部８等に付着するパーテ
ィクルを減少させることができ、これによりデバイス不
良発生の抑制、膜厚の安定化、半導体基板と基板保持部
８との接触状態の安定による基板温度の安定化、更に基
板保持部８への半導体基板の搬送精度の向上、などの効
果を得ることができる。

【００３０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００３１】例えば以上の実施の形態では、主チャンバ
１としてプラズマＣＶＤ装置を例にとり説明したが、こ
れに代えて、減圧ＣＶＤ装置として適用することも可能
である。また、成膜装置に限らず、プラズマエッチング
装置あるいはアッシング装置として適用することも可能
である。

【００３２】更に、クリーニング用のラジカル元素はフ
ッ素に限らず、除去対象堆積物の種類に応じて塩素ラジ
カル等の他のラジカル元素を適用することも可能であ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体製造
装置によれば、副チャンバから主チャンバ内へのパーテ
ィクルの流入を防止することができるので、デバイス不
良の発生を抑制することができるとともに、半導体基板
に対する膜厚制御の安定化、半導体基板と基板保持部と
の間の接触状態の安定による基板温度の安定化、更に半
導体基板の搬送精度の向上、などの効果を得ることがで
きる

【００３４】また、請求項２の発明によれば、ドライク
リーニング圧力を大きく変動させることなくガス流路を
変更することができ、これにより副チャンバ内の反応生
成物の剥離を抑制することができる。

【００３５】さらに請求項３の発明によれば、ドライク
リーニング終了直後における圧力の変動による副チャン
バから主チャンバへのパーティクルの流入を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による半導体装置の製造装
置の配管構成及び装置構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態の作用を説明するフロー図
である。

【図３】本発明の実施の形態の作用を説明する図であ
り、各チャンバ内の圧力の概略推移、各弁の切り換えタ
イミング、及び、ガスの供給タイミングを示している。

【図４】副チャンバの構成を示す断面図である。

【図５】従来の半導体装置の製造装置の配管構成及び装
置構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１…主チャンバ、２…副チャンバ、３…導入通路、４…
排気通路、５…ドライポンプ、６…ターボ分子ポンプ、
１１…第１バルブ、１２…第２バルブ、１３…圧力調整
弁、１７…３ポート弁（流路切換手段）、１８…バイパ
ス通路、２３…サファイアチューブ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の表面に所定の処理を施す主
   チャンバと、この主チャンバ内の堆積物を除去するべく
   クリーニングガスのプラズマを発生させる副チャンバ
   と、前記主チャンバと前記副チャンバとの間を連絡し前
   記プラズマ中のラジカルを前記主チャンバへ導入する導
   入通路と、前記主チャンバ内を圧力調整弁を介して真空
   排気手段に接続する真空排気通路とを備えた半導体製造
   装置において、 前記導入通路と前記真空排気通路との間に前記主チャン
   バをバイパスするバイパス通路を設けるとともに、 前記導入通路と前記バイパス通路との接続点に、前記副
   チャンバと前記主チャンバとの間を連通させる第１の状
   態と、前記副チャンバと真空排気通路とを前記バイパス
   通路を介して連通させる第２の状態とを選択的にとる流
   路切換手段を設け、 前記主チャンバのクリーニング時は前記流路切換手段を
   前記第１の状態とし、前記副チャンバの真空排気時は前
   記流路切換手段を前記第２の状態とすることを特徴とす
   る半導体製造装置。
2. 【請求項２】 前記バイパス通路と前記真空排気通路と
   の接続点は、前記圧力調整弁よりも排気方向からみて上
   流側とされることを特徴とする請求項１に記載の半導体
   製造装置。
3. 【請求項３】 前記流路切換手段は、前記主チャンバの
   ドライクリーニングの終了直前に前記第１の状態から前
   記第２の状態へ切り換えられることを特徴とする請求項
   １に記載の半導体製造装置。