JP3595508B2 - Semiconductor manufacturing equipment - Google Patents

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Description

【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、特に絶縁膜形成工程でウエーハ上に膜を成膜した後にｉｎ−ｓｉｔｕ（インシチュー）クリーニングを実行する半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高密度プラズマ源を使用した絶縁膜成膜装置では、絶縁膜成膜のプロセスと、チャンバー内壁等に付着した絶縁膜を除去するｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングプロセスとが、繰り返し周期的に実行される。この種の装置において、高密度プラズマ源を用いた絶縁膜成膜工程は、高真空領域（気圧が数十Ｐａに減圧された領域）で行われる。一方、その成膜工程に続いて実行されるｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングは、中真空領域（気圧が数百Ｐａに減圧された領域）内で行われる。
【０００３】
上述したように成膜工程とｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの工程とでは、処理の行われる領域の圧力が大きく異なっている。このため、成膜工程における減圧にはターボ分子ポンプが用いられ、一方、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングにおける減圧には、ターボ分子ポンプに代えてドライポンプが用いられるのが通常である。
【０００４】
上述したポンプの切り替えを可能とするため、高密度プラズマ源を使用した絶縁膜成膜装置には、構造的にｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングで清浄化できない領域が存在する。このような領域に付着した膜は、チャンバー内壁から剥がれ落ちることによりパーティクルとなり、半導体装置の歩留まりを低下させる要因となる。
【０００５】
以下、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングに関する従来の絶縁膜成膜装置の構造的な問題を図１を参照してより詳細に説明する。
図１は高密度プラズマ源を用いた絶縁膜成膜装置の概念図である。プロセスチャンバー１０１内には、ウエーハ１０２を保持するためのサセプター１０３が設けられている。サセプター１０３は、ＲＦ電源１０８に繋がっておりＲＦ印可ができる。チャンバー１０１の外壁にはコイル１０５が設置されている。コイル１０５は、ＲＦ電源１０４に繋がっておりＲＦ印可ができる。サセプター１０３にはウエーハ冷却機構、ウエーハチャック機構が備わっているが、本発明に関係しないのでその詳細な説明は割愛する。また、この装置は、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングガスを導入するための配管ラインを備えているが、その構成は本発明には影響しないので図示を省略する。
【０００６】
この装置の真空系は、チャンバー１０１を高真空に保つためのターボ分子ポンプ１１１と、ターボ分子ポンプ１１１の背圧を引くため、或いはチャンバー１０１内のガスを粗引きするためのドライポンプ１１３とを備えている。真空ラインには、圧力制御のためのスロットルバルブ１０９、チャンバー１０１のメインバルブ１１０、チャンバー１０１内のガスを粗引きする時に用いるバルブ１０７、およびターボ分子ポンプ１１１の下流に位置するバルブ１１２が設けられている。ここでは、チャンバー１０１内の圧力を、スロットルバルブ１１０を用いて制御することとしているが、その圧力はターボ分子ポンプ１１１の回転数により制御してもよい。
【０００７】
絶縁膜の成膜は高真空領域で実行される。このため、絶縁膜の成膜工程では、バルブ１０７が閉状態とされ、かつ、メインバルブ１１０とバルブ１１２の双方が開状態とされた状態で、ターボ分子ポンプ１１１により真空引きが行われ、更に、その背圧がドライポンプ１１３により引かれる。一方、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングは、中真空領域で実行されるため、その工程では、ドライポンプ１１３により真空引きが行われる。この際、装置の真空系は、メインバルブ１１０とバルブ１１２が閉状態とされ、かつ、バルブ１０７が開状態とされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
絶縁膜の成膜工程における真空系の状態と比較すると、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング中の真空系は、メインバルブ１１０の下流から、ターボ分子ポンプ１１１の下流に位置するバルブ１１２の上流までの領域が閉ざされた状態となる。この閉ざされた領域にはｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングガスが流れないため、メインバルブ１１０の弁体やターボ分子ポンプ１１１のローターやステ−ターに付着した生成物は（チャンバー１０１の内壁に付着する量に比べ非常に微量であるが）、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングによって除去できない。
【０００９】
従来の絶縁膜成膜装置において、この部分に付着する生成物を除去するためには、真空配管、バルブ、ポンプなどを取り外してクリーニングを実行する必要がある。このため、従来の装置において、上記のクリーニングは、長時間のダウンタイムを発生させ、装置の稼働率を低下させる要因となっていた。また、メインバルブ１１０の弁体に付着した生成物は、弁体の動作に伴ってパーティクル源となっていた。このように、高密度プラズマ源を用いた従来の絶縁膜成膜装置は、成膜工程とｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング工程とを異なる圧力領域で実行するという構造的な問題を有し、また、その結果生ずるパーティクルにより半導体装置の歩留まりを低下させるという問題を有するものであった。
【００１０】
これらの課題は、従来の装置の構成をそのまま維持したのでは解決することが困難である。すなわち、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの手法としては、チャンバー１０１内にｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングガスを導入してＲＦ放電を行い、その結果生成される活性化種によりｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングする方法、或いは、チャンバー１０１の外で例えばフッ素ラジカル等のｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング用活性種を生成しこれをチャンバー１０１に導入してｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングする方法など、色々な方法が知られている。しかしながら、これらのｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングは、何れも高密度プラズマ源を用いた成膜に用いられる圧力領域では実行できない。一方、その成膜の圧力をｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングで用いられる圧力とすると、高密度プラズマが放電できない。このため、従来の装置においては、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの圧力領域と高密度プラズマを用いた成膜圧力とが異なる圧力領域で実行されることに起因する問題を解決することが困難であった。
【００１１】
上述の如く、従来の装置では、圧力領域の相違に起因して、真空系の状態を切り替えないと成膜の処理とｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの処理とが実行できない事が重大な課題である。上記の課題を解決する一つの方法は、成膜処理とｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの処理とを同一の圧力領域で実行できるようにすることである。例えば、成膜処理をｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング圧力領域で行う事ができれば上記の課題は解決するが、この場合は高密度プラズマの放電ができなくなり、成膜処理が行えない。また、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングが実行できる範囲の中で真空度を下げて成膜処理を行った場合は、成膜プラズマ中のイオンの平均自由距離が十分でないため、配線やＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を形成するための埋め込み絶縁膜に空孔が生じやすい。この空孔は半導体装置の特性に影響を与えるため無視する事はできない。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング中でもメインバルブを閉めることなく、通常の成膜で使用している真空系、つまり、ターボ分子ポンプを含む真空系で真空引きができるように、プロセスチャンバーとターボ分子ポンプとの間に真空のコンダクタンスを下げるパーツを入れた半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の目的を達成するため、半導体ウエーハに絶縁膜を成膜する半導体製造装置であって、
絶縁膜の成膜処理を行うためのプロセスチャンバーと、
前記プロセスチャンバー内のガスを排出する真空ポンプと、
前記プロセスチャンバーと前記真空ポンプとの間に配置される圧力制御用バルブと、
前記プロセスチャンバーと前記真空ポンプとを遮断するメインバルブと、
所定の開口を有する弁体を備え、前記プロセスチャンバーと前記真空ポンプとの間に配置される開閉バルブと、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体製造装置であって、前記開閉バルブが、前記メインバルブと前記真空ポンプとの間に配置されることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の半導体製造装置であって、絶縁膜の成膜処理の際に前記開閉バルブを開状態とし、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの際に前記開閉バルブを閉状態とする制御装置を更に備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の半導体製造装置であって、前記制御装置は、絶縁膜の成膜処理の際に、前記プロセスチャンバー内の圧力が所定の高真空状態となるように前記圧力制御用バルブを制御し、かつ、in-situクリーニングの際に、前記プロセスチャンバー内の圧力が所定の中真空状態となるように前記圧力制御用バルブを制御することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図２および図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図２は、本発明の実施の形態１である半導体製造装置の構成を説明するための図を示す。図２に示すように、本実施形態の半導体製造装置は、プロセスチャンバー２０１を備えている。チャンバー２０１の内部には、ウエーハ２０２を保持するためのサセプター２０３が配置されている。
【００１８】
サセプター２０３は、ＲＦ電源２０８に繋がっておりＲＦ印可ができる。チャンバー２０１の外壁にはコイル２０５が設置されている。コイル２０５は、ＲＦ電源２０４に繋がっておりＲＦ印可ができる。サセプター２０３にはウエーハ冷却機構、ウエーハチャック機構が備わっているが、本発明に関係しないのでその詳細な説明は割愛する。また、この装置は、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングガスを導入するための配管ラインを備えているが、その構成は本発明には影響しないので図示を省略する。
【００１９】
この装置の真空系は、チャンバー２０１を高真空に保つためのターボ分子ポンプ２１１と、ターボ分子ポンプ２１１の背圧を引くため、或いはチャンバー２０１内のガスを粗引きするためのドライポンプ２１３とを備えている。真空ラインには、圧力制御のためのスロットルバルブ２０９、チャンバー２０１のメインバルブ２１０、チャンバー２０１内のガスを粗引きする時に用いるバルブ２０７、およびターボ分子ポンプ２１１の下流に位置するバルブ２１２が設けられている。ここでは、チャンバー２０１内の圧力を、スロットルバルブ２１０を用いて制御することとしているが、その圧力はターボ分子ポンプ１１の回転数により制御してもよい。
【００２０】
以上説明した構造は、図１に示す従来の絶縁膜成膜装置の構造と同じである。本実施形態の半導体製造装置は、スロットルバルブ２０９とターボ分子ポンプ２１１との間にバルブ２１４を備えており、かつ、このバルブ２１４の弁体に、図３に示すような穴３０１が形成されている点に特徴を有している。
【００２１】
ウエーハ２０２上に絶縁膜を成膜する工程では、プロセスチャンバー２０１に、例えばＳｉＨ４、ＳｉＦ４、ＰＨ３等の半導体材料ガスが導入され、かつ、サセプター２０３およびコイル２０５に、ＲＦ電源２０４、２０８により高周波が印可される。その結果、チャンバー２０１内部に高密度プラズマが生成され、その高密度プラズマ内で半導体材料ガスが分解されることによりウエーハ２０２上に絶縁膜が成膜される。この時、装置の内部には、チャンバー２０１内のガスが、圧力制御用のスロットルバルブ２０９を通って、ターボ分子ポンプ２１１、およびドライポンプ２１３により排気されるように真空排気経路が形成される。
【００２２】
ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングは、チャンバー２０１内にクリーニング用のラジカル分子を生成するための材料ガス、例えば、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８等の半導体材料ガスを導入して行われる。より具体的には、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの工程では、チャンバー２０１内に上記の材料ガスが導入され、かつ、ＲＦ電源２０４、２０８によりチャンバー２０１内にプラズマが生成される。この処理は、絶縁膜の成膜処理の場合と異なり、５００Ｐａ程度の中真空領域で行なう必要がある。
【００２３】
ターボ分子ポンプ２１１が通常の用い方で用いられると、チャンバー２０１の内圧は高真空領域まで減圧される。このため、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの際にターボ分子ポンプ２１１を用いるためには、チャンバー２０１内の真空度を何らかの手法で中真空のレベルに下げる必要がある。チャンバー２０１内の真空度を下げる手法としては、例えば、ターボ分子ポンプ２１１の上流に取り付けられているスロットルバルブ２０９を制御することが考えられる。しかしながら、この場合、スロットルバルブ２０９の上流側と下流側に発生させる圧力差が高いため、制度の高い制御は実現できない。
【００２４】
本実施形態の装置において、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの際に、図３に示す様な特徴的な弁体を持ったバルブ２１４を閉状態とすると、そのバルブ２１４の上流・下流間に圧力差をつけることができ、スロットルバルブ２０９の上流・下流間の圧力差を小さくすることができる。尚、バルブ２１４の上流・下流間に生ずる圧力差は、図３に示す弁体の穴の大きさおよび数量により制御することができる。本実施形態では、その大きさが１ｍｍ２とされ、また、その数が１００個程度とされている。
【００２５】
本実施形態の装置は、スロットルバルブ２０９やバルブ２１４の状態を制御する制御装置（図示せず）を備えている。この制御装置は、絶縁膜の成膜処理の際には、バルブ２１４を開状態としつつ所望の真空度が得られるようにスロットルバルブ２０９を制御し、また、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの際には、バルブ２１４を閉状態としたうえで所望の真空度を得るためにスロットルバルブ２０９を制御する。この場合、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの際にスロットルバルブ２０９の上流・下流間に生ずる圧力差が抑制されているので、ターボ分子ポンプ２１１を動作させつつ、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの実行に必要な中真空の状態を精度良く作り出すことができる。
【００２６】
本実施形態の装置において、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの際に形成される真空排気経路は、バルブ２１４が閉状態となることを除き絶縁膜の成膜中に形成される真空排気経路と全く同じである。つまり、本実施形態において、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの際に、チャンバー２０１内のガスが排気される経路は、絶縁膜の成膜中にチャンバー２０１内のガスが辿るのと全く同じ経路を辿って排出される。このため、本実施形態の装置によれば、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングにより、チャンバー２０１や真空排気経路に付着した絶縁膜を完全に除去することができる。
【００２７】
ところで、上述した実施の形態１では、チャンバー２０１の中にｉｎ−ｓｉｔｕクリーニング用の材料ガスを導入し、そのチャンバー２０１内部でラジカル分子を生成してクリーニングを行なっているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、チャンバー２０１の外で生成されたラジカル分子をチャンバー２０１内に直接導入してｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングを行なっても、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、高密度プラズマを用いた成膜処理の際にプロセスチャンバー内に発生するパーティクル源を、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングにより完全に除去することができる。このため、本発明によれば、プロセスチャンバーや真空排気経路の中にパーティクルの発生源が残存するのを防止し、半導体装置の歩留まりを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の高密度プラズマ源を用いた絶縁膜成膜装置の概要を表す図である。
【図２】本発明の実施の形態１である半導体製造装置の概要を表す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の半導体製造装置が備えるバルブの弁体の平面図である。
【符号の説明】
２０１ プロセスチャンバー
２０２ ウエーハ
２０３ サセプター
２０４、２０８ ＲＦ電源
２０５ ＲＦ導入用コイル
２０６ バイパス配管
２０７、２１２ バルブ
２０９ スロットルバルブ
２１０ メインバルブ
２１１ ターボ分子ポンプ
２１３ ドライポンプ
２１４ 差圧発生用バルブ
３０１ 差圧発生用穴[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a semiconductor manufacturing apparatus that performs in-situ (in-situ) cleaning after forming a film on a wafer in an insulating film forming step.
[0002]
[Prior art]
In an insulating film forming apparatus using a high-density plasma source, a process of forming an insulating film and an in-situ cleaning process of removing an insulating film attached to an inner wall of a chamber or the like are repeatedly and periodically performed. In this type of apparatus, an insulating film formation step using a high-density plasma source is performed in a high vacuum region (a region in which the atmospheric pressure is reduced to several tens Pa). On the other hand, in-situ cleaning performed subsequent to the film forming process is performed in a medium vacuum region (a region in which the atmospheric pressure is reduced to several hundred Pa).
[0003]
As described above, the pressure in the region where the processing is performed is greatly different between the film forming step and the in-situ cleaning step. For this reason, a turbo molecular pump is used for the pressure reduction in the film forming process, while a dry pump is usually used instead of the turbo molecular pump for the pressure reduction in the in-situ cleaning.
[0004]
In order to enable the above-mentioned switching of the pump, the insulating film deposition apparatus using the high-density plasma source has a region which cannot be structurally cleaned by in-situ cleaning. The film attached to such a region becomes particles by peeling off from the inner wall of the chamber, which causes a reduction in the yield of the semiconductor device.
[0005]
Hereinafter, a structural problem of the conventional insulating film forming apparatus regarding in-situ cleaning will be described in more detail with reference to FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram of an insulating film forming apparatus using a high-density plasma source. A susceptor 103 for holding a wafer 102 is provided in the process chamber 101. The susceptor 103 is connected to an RF power supply 108 and can apply RF. A coil 105 is provided on the outer wall of the chamber 101. The coil 105 is connected to the RF power supply 104 and can perform RF application. The susceptor 103 is provided with a wafer cooling mechanism and a wafer chuck mechanism. However, since it is not related to the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Although this apparatus is provided with a piping line for introducing an in-situ cleaning gas, its illustration is omitted because the configuration does not affect the present invention.
[0006]
The vacuum system of this apparatus includes a turbo-molecular pump 111 for keeping the chamber 101 at a high vacuum, and a dry pump 113 for reducing the back pressure of the turbo-molecular pump 111 or roughing the gas in the chamber 101. Have. The vacuum line is provided with a throttle valve 109 for pressure control, a main valve 110 of the chamber 101, a valve 107 used for roughing the gas in the chamber 101, and a valve 112 located downstream of the turbo molecular pump 111. ing. Here, the pressure in the chamber 101 is controlled using the throttle valve 110, but the pressure may be controlled by the rotation speed of the turbo-molecular pump 111.
[0007]
The formation of the insulating film is performed in a high vacuum region. Therefore, in the step of forming the insulating film, the turbo-molecular pump 111 evacuates the vacuum in a state where the valve 107 is closed and both the main valve 110 and the valve 112 are open. The back pressure is drawn by the dry pump 113. On the other hand, in-situ cleaning is performed in a medium vacuum region, and in that process, vacuum is drawn by the dry pump 113. At this time, in the vacuum system of the apparatus, the main valve 110 and the valve 112 are closed, and the valve 107 is opened.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Compared with the state of the vacuum system in the insulating film formation process, the vacuum system during the in-situ cleaning has a closed region from the downstream of the main valve 110 to the upstream of the valve 112 located downstream of the turbo-molecular pump 111. It will be in a state where it was lost. Since the in-situ cleaning gas does not flow in this closed area, the products adhering to the valve element of the main valve 110 and the rotor and the stator of the turbo molecular pump 111 (to the amount adhering to the inner wall of the chamber 101). Although very small in comparison), it cannot be removed by in-situ cleaning.
[0009]
In the conventional insulating film forming apparatus, in order to remove a product adhering to this portion, it is necessary to perform cleaning by removing a vacuum pipe, a valve, a pump, and the like. For this reason, in the conventional apparatus, the above-described cleaning causes a long downtime, which is a factor of reducing the operation rate of the apparatus. Further, the product adhered to the valve body of the main valve 110 has become a particle source with the operation of the valve body. As described above, the conventional insulating film forming apparatus using the high-density plasma source has a structural problem that the film forming step and the in-situ cleaning step are performed in different pressure regions, and as a result, There is a problem that the yield of the semiconductor device is reduced by the generated particles.
[0010]
These problems are difficult to solve if the configuration of the conventional device is maintained as it is. That is, as a method of in-situ cleaning, a method of performing RF discharge by introducing an in-situ cleaning gas into the chamber 101 and performing in-situ cleaning by an activated species generated as a result, or a method of cleaning the chamber 101 Various methods are known, such as a method of generating an in-situ cleaning active species such as a fluorine radical outside and introducing the active species into the chamber 101 for in-situ cleaning. However, none of these in-situ cleanings can be performed in a pressure region used for film formation using a high-density plasma source. On the other hand, if the pressure for the film formation is set to the pressure used for in-situ cleaning, high-density plasma cannot be discharged. For this reason, in the conventional apparatus, it has been difficult to solve the problem caused by the fact that the pressure region for in-situ cleaning and the film formation pressure using high-density plasma are performed in different pressure regions.
[0011]
As described above, in the conventional apparatus, it is a serious problem that the film forming process and the in-situ cleaning process cannot be performed unless the state of the vacuum system is switched due to the difference in the pressure region. One method for solving the above-mentioned problem is to enable a film forming process and an in-situ cleaning process to be performed in the same pressure region. For example, if the film forming process can be performed in the in-situ cleaning pressure region, the above-mentioned problem is solved. However, in this case, high-density plasma cannot be discharged, and the film forming process cannot be performed. Further, when the film formation process is performed with the degree of vacuum reduced within a range in which in-situ cleaning can be performed, the average free distance of ions in the film formation plasma is not sufficient, so that wiring or STI (Shallow Trench Isolation) is not used. Vacancies are likely to be formed in the buried insulating film for forming the holes. These holes cannot be ignored because they affect the characteristics of the semiconductor device.
[0012]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and a vacuum system used for normal film formation without closing a main valve even during in-situ cleaning, that is, a vacuum system including a turbo molecular pump. An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus in which parts for lowering the vacuum conductance are inserted between a process chamber and a turbo molecular pump so that a vacuum can be evacuated in a system.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a semiconductor manufacturing apparatus for forming an insulating film on a semiconductor wafer to achieve the above object,
A process chamber for performing an insulating film formation process;
A vacuum pump for exhausting gas in the process chamber,
A pressure control valve disposed between the process chamber and the vacuum pump,
A main valve that shuts off the process chamber and the vacuum pump;
Providing a valve body having a predetermined opening, an opening and closing valve disposed between the process chamber and the vacuum pump,
It is characterized by having.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing apparatus according to the first aspect, the open / close valve is disposed between the main valve and the vacuum pump.
[0015]
The invention according to claim 3 is the semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the open / close valve is opened during a process of forming an insulating film, and the open / close valve is opened during in-situ cleaning. It is characterized by further comprising a control device for closing the state.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing apparatus according to the third aspect, the control device causes the pressure in the process chamber to be in a predetermined high vacuum state when the insulating film is formed. wherein controlling the pressure control valve, and, during the in-situ cleaning, the pressure of the process chamber is characterized by controlling the pressure control valve so that the vacuum state in the predetermined manner.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the semiconductor manufacturing apparatus of the present embodiment includes a process chamber 201. A susceptor 203 for holding a wafer 202 is disposed inside the chamber 201.
[0018]
The susceptor 203 is connected to an RF power supply 208 and can perform RF application. A coil 205 is provided on the outer wall of the chamber 201. The coil 205 is connected to the RF power supply 204 and can perform RF application. The susceptor 203 is provided with a wafer cooling mechanism and a wafer chuck mechanism. However, since the susceptor is not related to the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Although this apparatus is provided with a piping line for introducing an in-situ cleaning gas, its illustration is omitted because the configuration does not affect the present invention.
[0019]
The vacuum system of this apparatus includes a turbo-molecular pump 211 for keeping the chamber 201 at a high vacuum and a dry pump 213 for reducing the back pressure of the turbo-molecular pump 211 or roughing the gas in the chamber 201. Have. The vacuum line is provided with a throttle valve 209 for pressure control, a main valve 210 of the chamber 201, a valve 207 used for roughing gas in the chamber 201, and a valve 212 located downstream of the turbo-molecular pump 211. ing. Here, the pressure in the chamber 201 is controlled using the throttle valve 210, but the pressure may be controlled by the rotation speed of the turbo-molecular pump 11.
[0020]
The structure described above is the same as the structure of the conventional insulating film forming apparatus shown in FIG. The semiconductor manufacturing apparatus according to the present embodiment includes a valve 214 between the throttle valve 209 and the turbo molecular pump 211, and a valve 301 having a hole 301 as shown in FIG. Is characterized by
[0021]
In the step of forming an insulating film on the wafer 202, a semiconductor material gas such as SiH 4 , SiF 4 , PH 3 or the like is introduced into the process chamber 201, and the susceptor 203 and the coil 205 are supplied with RF power sources 204 and 208. A high frequency is applied. As a result, high-density plasma is generated inside the chamber 201, and the semiconductor material gas is decomposed in the high-density plasma, whereby an insulating film is formed on the wafer 202. At this time, a vacuum exhaust path is formed inside the apparatus so that the gas in the chamber 201 is exhausted by the turbo molecular pump 211 and the dry pump 213 through the throttle valve 209 for pressure control.
[0022]
The in-situ cleaning is performed by introducing a material gas for generating radical molecules for cleaning, for example, a semiconductor material gas such as NF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 into the chamber 201. More specifically, in the in-situ cleaning step, the above-described material gas is introduced into the chamber 201, and plasma is generated in the chamber 201 by the RF power supplies 204 and 208. This process needs to be performed in a medium vacuum region of about 500 Pa unlike the case of the insulating film formation process.
[0023]
When the turbo molecular pump 211 is used in a normal manner, the internal pressure of the chamber 201 is reduced to a high vacuum region. Therefore, in order to use the turbo molecular pump 211 at the time of in-situ cleaning, it is necessary to reduce the degree of vacuum in the chamber 201 to a medium vacuum level by some method. As a method of reducing the degree of vacuum in the chamber 201, for example, it is conceivable to control a throttle valve 209 mounted upstream of the turbo molecular pump 211. However, in this case, since the pressure difference generated between the upstream side and the downstream side of the throttle valve 209 is high, highly accurate control cannot be realized.
[0024]
In the apparatus of the present embodiment, when the valve 214 having the characteristic valve element as shown in FIG. 3 is closed during in-situ cleaning, a pressure difference is generated between the upstream and downstream of the valve 214. Thus, the pressure difference between upstream and downstream of the throttle valve 209 can be reduced. It should be noted that the pressure difference between the upstream and downstream of the valve 214 can be controlled by the size and number of holes in the valve body shown in FIG. In the present embodiment, the size is 1 mm 2, and the number is about 100 pieces.
[0025]
The device of the present embodiment includes a control device (not shown) for controlling the states of the throttle valve 209 and the valve 214. This control device controls the throttle valve 209 so that a desired degree of vacuum is obtained while the valve 214 is in an open state at the time of forming an insulating film, and at the time of in-situ cleaning, After the valve 214 is closed, the throttle valve 209 is controlled to obtain a desired degree of vacuum. In this case, since the pressure difference generated between the upstream and the downstream of the throttle valve 209 during the in-situ cleaning is suppressed, while the turbo molecular pump 211 is operated, the medium vacuum necessary for performing the in-situ cleaning is reduced. The state can be created with high accuracy.
[0026]
In the apparatus of this embodiment, the vacuum exhaust path formed during in-situ cleaning is exactly the same as the vacuum exhaust path formed during the formation of the insulating film except that the valve 214 is closed. . That is, in the present embodiment, during the in-situ cleaning, the path through which the gas inside the chamber 201 is exhausted follows the same path as the gas inside the chamber 201 follows during the formation of the insulating film. Is done. Therefore, according to the apparatus of the present embodiment, the insulating film adhered to the chamber 201 and the evacuation path can be completely removed by in-situ cleaning.
[0027]
By the way, in Embodiment 1 described above, a material gas for in-situ cleaning is introduced into the chamber 201 and radical molecules are generated inside the chamber 201 to perform cleaning. However, the present invention is not limited to this. It is not limited. That is, even if radical molecules generated outside the chamber 201 are directly introduced into the chamber 201 to perform in-situ cleaning, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0028]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a particle source generated in a process chamber during a film forming process using high-density plasma can be completely removed by in-situ cleaning. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent a source of particles from remaining in the process chamber or the evacuation path, and to increase the yield of the semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of an insulating film forming apparatus using a conventional high-density plasma source.
FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of a semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a plan view of a valve body of a valve provided in the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
201 process chamber 202 wafer 203 susceptor 204, 208 RF power supply 205 RF introduction coil 206 bypass pipe 207, 212 valve 209 throttle valve 210 main valve 211 turbo molecular pump 213 dry pump 214 differential pressure generating valve 301 differential pressure generating hole

Claims (4)

半導体ウエーハに絶縁膜を成膜する半導体製造装置であって、
絶縁膜の成膜処理を行うためのプロセスチャンバーと、
前記プロセスチャンバー内のガスを排出する真空ポンプと、
前記プロセスチャンバーと前記真空ポンプとの間に配置される圧力制御用バルブと、
前記プロセスチャンバーと前記真空ポンプとを遮断するメインバルブと、
所定の開口を有する弁体を備え、前記プロセスチャンバーと前記真空ポンプとの間に配置される開閉バルブと、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。A semiconductor manufacturing apparatus for forming an insulating film on a semiconductor wafer,
A process chamber for performing an insulating film formation process;
A vacuum pump for exhausting gas in the process chamber,
A pressure control valve disposed between the process chamber and the vacuum pump,
A main valve that shuts off the process chamber and the vacuum pump;
Providing a valve body having a predetermined opening, an opening and closing valve disposed between the process chamber and the vacuum pump,
A semiconductor manufacturing apparatus comprising: 前記開閉バルブは、前記メインバルブと前記真空ポンプとの間に配置されることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the on-off valve is arranged between the main valve and the vacuum pump. 絶縁膜の成膜処理の際に前記開閉バルブを開状態とし、ｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングの際に前記開閉バルブを閉状態とする制御装置を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置。The semiconductor device according to claim 1, further comprising a control device that opens the open / close valve during a process of forming an insulating film and closes the open / close valve during in-situ cleaning. manufacturing device. 前記制御装置は、絶縁膜の成膜処理の際に、前記プロセスチャンバー内の圧力が所定の高真空状態となるように前記圧力制御用バルブを制御し、かつ、in-situクリーニングの際に、前記プロセスチャンバー内の圧力が所定の中真空状態となるように前記圧力制御用バルブを制御することを特徴とする請求項３記載の半導体製造装置。The control device controls the pressure control valve so that the pressure in the process chamber is in a predetermined high vacuum state during the deposition process of the insulating film, and, at the time of in-situ cleaning, 4. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the pressure control valve is controlled so that the pressure in the process chamber is in a predetermined medium vacuum state.
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