JP2000235955A - Cvd装置およびcvd装置のクリーニング方法 - Google Patents
Cvd装置およびcvd装置のクリーニング方法Info
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Abstract
グが終了した時点で確実にクリーニング処理を終了させ
ることができるCVD装置及びCVD装置のクリーニン
グ方法を提供する。 【解決手段】 内部で物質堆積処理がなされる真空容器
1と、真空容器1の内部に堆積した前記物質の成分をエ
ッチングするクリーニングガスを導入するクリーニング
ガス供給系7と、前記エッチング中の真空容器1内に存
在するガスを分析する質量分析器10と、質量分析器1
0からの質量スペクトル信号強度に基づいて前記エッチ
ングガスの導入を停止するクリーニングガス供給停止機
構13を備えたものである。
Description
相成長)装置及びCVD装置のクリーニング方法、特
に、半導体製造に用いるCVD装置の真空容器内部に付
着した膜を除去するためのクリーニング機構を具備した
CVD装置及びCVD装置のクリーニング方法に関する
ものである。
る化学反応を密閉した真空容器内で生じさせて薄膜を成
長させるものであり、目的とする薄膜を堆積するための
半導体基板は真空容器内のサセプタ等の基板支持体上に
載置され、主として薄膜はこの半導体基板上に堆積する
のであるが、この膜は基板上のみならず、真空容器の内
壁にも成膜されて残留する。CVD装置を半導体製品製
造のため連続して稼働させる場合、この残留物は処理ご
とに真空容器の内壁上に堆積され、一定量以上の膜厚に
なるとプロセスの不安定化や膜剥離による半導体基板上
のパーティクルの原因となる。
定期間毎に真空を破ることなくクリーニングするドライ
クリーニング(以下単にクリーニングという)方法が開
発されており、このクリーニング方法はクリーニングガ
スとしてClF3ガスを使用し、そのガスからF原子を
発生させて真空容器の内壁に付着、堆積した膜をエッチ
ングして除去するものである。ClF3ガスはプラズマ
励起を必要とせず、常温でも分解して容易にF原子を放
出するので、CVD装置によく採用されているが、この
クリーニング法においては単にClF3ガスの分解と反
応であるため、プラズマクリーニングの時のように反応
に伴う発光スペクトルなどを利用したクリーニングの終
点検出ができず、特に枚葉式のCVD装置では有効なク
リーニング終点検出方法が見出されなかった。そこであ
らかじめ膜堆積物に対するエッチング速度を測定してお
き、堆積膜が完全に除去されると予想される時間固定の
クリーニングを行うことでクリーニングの終点を決める
ようにしていた。
うな方法ではクリーニングの終点を直接検出していない
ので、最適なクリーニング時間を設定することができ
ず、ある場合にはクリーニング不足のためのクリーニン
グ残渣や過剰クリーニングによる真空容器内壁の表面荒
れ、真空容器内に設置された治具などの変形劣化といっ
た不具合が生じることになる。すなわち、クリーニング
時間が短い場合には、真空容器内部に付着堆積した膜が
残り、これが半導体基板上へのパーティクル汚染の原因
となって再クリーニングが必要となる。また、クリーニ
ング時間が長い場合には、真空容器内部に備え付けられ
た部品治具の寿命が短くなり、交換頻度が多くなるため
ランニングコストが高くなっている。さらに、このクリ
ーニングを行っている間は生産が停止し生産性を低下さ
せる等、種々の問題点があった。
であり、堆積膜とガスとの反応だけで行う膜エッチング
が終了した時点で確実にクリーニング処理を完了させる
ことができるCVD装置及びCVD装置のクリーニング
方法を提供することを目的とするものであり、また、半
導体製造工程において、クリーニング終了から生産開始
までのタイムラグを最小にすることにより、高い生産性
を実現することを他の目的とするものである。
内部で物質堆積処理がなされる容器と、容器内部に堆積
した物質の成分をエッチングするエッチングガスを導入
する手段と、エッチング中の容器内に存在するガスを分
析する質量分析器と、質量分析器から質量スペクトル信
号強度に基づいて前記エッチングガスの導入を停止する
手段とを備えたCVD装置であり、また、本発明のCV
D装置のクリーニング方法は物質を堆積するCVD装置
の容器内に、物質の成分をエッチングするエッチングガ
スを導入する工程と、エッチングガスを用いて前記物質
の成分を除去する工程と、物質の成分を除去する工程中
の容器内に存在するガスを質量分析し、その質量スペク
トル信号強度を測定する工程と、質量スペクトル信号強
度に基づいて前記エッチングガスの導入を停止する工程
とを含むものである。
だけで行う膜エッチングが終了した時点で確実にクリー
ニング処理を終了させることができ、また、半導体製造
工程において、クリーニング終了から生産開始までのタ
イムラグを最小にすることが可能となり、高い生産性を
実現することができる。
ング法は、化学反応を利用した技術であるから、反応後
の反応生成物が真空容器内に存在し、その量はクリーニ
ングが進むにつれ増加し、真空容器に付属した排気系の
排気速度とのバランスでやがて一定の量になった後、付
着堆積膜がすべてエッチングされてクリーニング終了と
ともに急速に減少することが予想される。反応生成物の
検出は、存在場所によらず真空容器内に被クリーニング
処理物が存在する限り行われ、反応性物が検出されなく
なれば、真空容器内に被処理物が存在しないということ
を意味する。
出することにより、クリーニングの終点検出が可能とな
るのであるが、この終点検出においては被クリーニング
処理物を構成する材料、クリーニングガスの種類や温度
などの条件によって、クリーニング工程中の反応生成物
の種類とその存在量は変わってくる。
し、明確なクリーニング終点を判定するためには質量分
析法での信号強度が大きく、かつその信号強度がクリー
ニング反応をできるだけ忠実に反映するような反応生成
物のスペクトルを選ぶ必要があり、そのためには予め反
応生成物の種類の予想や実験的に質量分析を行った上で
最も顕著にクリーニング状態を反映している質量数を選
択すればよい。
されたものであり、以下、その各実施の形態について図
面を参照しながら説明する。
置の実施の形態1における構成を示す断面概略図であ
る。図1において、CVD装置の真空容器1の中央部に
は基板設置台となるサセプタ2が配置され、成膜が行わ
れるとき、サセプタ2上には半導体基板3が載置され
る。サセプタ2の上方にはガスを均一に供給するための
多孔板4が取り付けられ、この上部よりガス導入管5が
真空容器1内に導入されている。このガス導入管5に
は、膜を堆積するための材料ガス供給系6と、容器内ク
リーニングガス供給系7が接続されており、それぞれに
所定のガスを供給する。また、真空容器1の下部におい
て容器底面に排気口8が設けられており、真空容器1内
で発生したクリーニング時の反応生成物のガスや膜堆積
時の余った材料ガス、クリーニング用ガスは真空排気装
置9により排気される構造となっている。
析器であり、それに付属した真空ポンプ11により、ク
リーニング中に発生した反応生成物ガスあるいはイオン
を分析器10の内部に取り込み、質量のスペクトルを瞬
時に分析する。12はコントローラであって、質量分析
器10と接続され、その機能の1つは質量分析器10か
ら伝達された特定の被クリーニング処理物を構成する材
料とクリーニングガスとの反応によって生じた様々な質
量を持つ生成物スペクトルのうちから、検出しやすい特
定の質量スペクトルを選び出してその強度の時間的変化
をモニターするものである。また、もう一つの機能は、
クリーニング時において特定の質量スペクトル物質があ
る強度になったとき、クリーニングガスの供給を停止す
る命令を発することであり、これによりコントローラ1
2に接続されたクリーニングガス供給停止機構13がク
リーニングガスを遮断停止する。クリーニングガス供給
を停止する時点でのスペクトル強度は予め実験によって
堆積膜がすべてエッチングされたときの強度を測定して
得られた値をコントローラ12に設定しておけばよいの
である。
ング中に生じる反応生成物質の質量スペクトル強度の時
間的変化を直接モニターすることができるので、真空容
器1内部に付着堆積した膜が完全に除去できた時点での
スペクトル強度がわかれば正確にクリーニングの終点を
検出でき、その時点で正確にクリーニング動作を停止す
ることができる。
リーニング終了時点で正確にクリーニング動作を停止さ
せることができるので、膜の残渣や過剰クリーニングに
よる真空容器内壁の表面荒れや治具などの変形劣化とい
った問題は解決され、これら治具など交換頻度が減少さ
れて生産性が向上すると共に、過剰クリーニングのムダ
な時間をとることなくクリーニング作業が終了するの
で、直ちに生産目的物である半導体等の生産を開始でき
る。
置のクリーニング方法の実施の形態2におけるクリーニ
ング時間と信号強度の関係を示す曲線図である。本実施
の形態は図1に示したCVD装置を用い、真空容器1内
に付着したタングステンシリサイド膜を除去、清浄化す
るものである。
に25回の連続成膜(1回あたりのタングステンシリサ
イド膜の成膜膜厚は約150nm)を行っており、真空
容器1内壁にタングステンシリサイド膜が付着している
状態であるとする。このタングステンシリサイドは例え
ば、WF6とSiH2Cl2ガスを用いて約600℃の温
度で成長させることができるものである。
いてクリーニングした場合の、質量数279の質量スペ
クトル信号強度の経時変化を質量分析器8を用いて測定
した結果は図2に示すとおりであり、質量数279はW
F6に対応すると考えられる。この例のクリーニング条
件は、ClF3ガス流量500sccm,圧力2000
Pa,サセプタ2の温度200℃であった。図2より、
信号強度はクリーンニング時間が進むと共に増加し、あ
る時間でピークに達した後減少していることがわかる。
このピークはタングステンシリサイド膜がClF3ガス
と反応して生成されるWF6の増加が終了したこと、即
ち真空容器1内に付着したタングステンシリサイド膜が
ClF3ガスと反応してエッチングされてなくなり、実
際にクリーニングが終了したことを意味している。ま
た、別の反応生成物であるWOF4に対応すると考えら
れる質量数257の信号強度も同様の変化が確認され、
クリーニングの終点検出に利用できることが確認され
た。この質量数でも信号強度のピークに達した時点でク
リーニングが終了する点ではWF6と同様である。
スペクトル強度がピークに達した後、テールを引いて徐
々に減少しているが、これはクリーニングが終了した後
も生成物が真空容器内に一定の時間留まり、次第に排気
されていくためであると考えられる。したがって原理的
には信号強度がピークに達した時点で、クリーニングガ
スをガス供給停止機構13が遮断するようにコントロー
ラ12を設定すればよいが、実際には少しマージンを見
てある程度の濃度低下した時間にクリーニングを停止す
ることが望ましい。図2に示した例では、質量数279
ではピーク値の約60〜70%、質量数257について
はピーク値の約50%になったところでクリーニングを
停止した。
置のクリーニング方法の実施の形態3におけるクリーニ
ング時間と信号強度の関係を示す曲線図である。本実施
の形態は図1に示したCVD装置を用い、真空容器1内
に付着したアモルファスシリコン膜を除去、清浄化する
ものである。
に使用される場合、リンなどの不純物が導入されてい
る。この場合、CVD装置は既に25回の連続成膜(1
回あたりのアモルファスシリコン膜成膜膜厚は約100
nm)を行っており、真空容器1内壁にアモルファスシ
リコン膜が付着している状態であるとする。図3はこの
状態のCVD装置でClF3ガスを用いてクリーニング
した場合のSiF4に対応する質量数85の信号強度の
経時変化を質量分析器10を用いて測定した結果であ
る。この時のクリーニング条件は、ClF3ガス流量5
00sccm,圧力2000Pa,サセプタ2の温度2
00℃であった。
ング時間の進行とともに増加し、ある時間でピークに達
した後減少していることがわかる。このピークはアモル
ファスシリコン膜がClF3ガスと反応して生成される
SiF4の増加がこの時点で終了したこと、すなわち真
空容器1内に付着したアモルファスシリコン膜がすべて
エッチングされてなくなり、クリーニングが終了したこ
とを意味している。この後はSiF4の供給がなく、徐
々に排気されて行くだけなので信号強度が減少する。な
お、クリーニング停止はピーク強度の70〜80%の点
とした。
したCVD装置を用い、真空容器1内で1回にタングス
テンシリサイド膜とリンが導入されたアモルファスシリ
コン膜を連続成膜した積層膜構造を形成した後、真空容
器1内に付着したタングステンシリサイド膜とアモルフ
ァスシリコン膜を除去、清浄化するものである。
リンが導入されたアモルファスシリコン膜2層構造の膜
はポリサイドと呼ばれ、半導体装置のゲート電極や中間
層の配線として使用されているものである。CVD装置
は既に25回の連続成膜(1回あたりの成膜は、タング
ステンシリサイド膜約150nm/アモルファスシリコ
ン膜約100nm)を行っており、真空容器1の内壁に
タングステンシリサイド膜とアモルファスシリコン膜が
付着している状態であるとする。クリーニング条件は、
ClF3ガス流量500sccm,圧力2000Pa,
サセプター温度200℃であった。
して質量数279,257,85(図2,図3参照)の
信号強度は、クリーニング時間の進行とともに増加し、
ある時間でピークに達した後減少していた。このピーク
はタングステンシリサイド膜とアモルファスシリコン膜
がClF3ガスと反応して生成されるWF6,WOF4,
SiF4の供給が終了したこと、すなわち真空容器1内
に付着したタングステンシリサイド膜とアモルファスシ
リコン膜がなくなり、クリーニングが終了したことを意
味している。
ぞれの膜のエッチング状態を検出する質量スペクトルを
適当に組み合わせることによってクリーニングを検出で
きる。ただし、タングステンシリサイド膜とアモルファ
スシリコン膜のクリーニング終了時間が若干異なること
があるので、複数の質量スペクトルのすべてがピークに
達した後にクリーニングを終了するのが望ましい。
にあるCVD装置でのクリーニングにおいては、これと
は別のクリーニング停止方法を用いることができる。本
実施の形態は質量分析の対象をクリーニングによる堆積
付着物起源の反応生成物ではなく、ClF3クリーニン
グガスとし、その変化からクリーニング終点検出を行う
CVD装置のクリーニング方法である。
25回の連続成膜(1回あたりの成膜膜厚は約150n
m)を行っており、真空容器1の内壁にタングステンシ
リサイド膜が付着している状態である。図4は本発明の
CVD装置のクリーニング方法の実施の形態5における
クリーニング時間と信号強度の関係を示す曲線図であ
り、前記の状態のCVD装置でClF3ガスを用いてク
リーニングした場合の、ClF3に対応する質量数73
およびCl2に対応する質量数70の信号強度の経時変
化を質量分析器10を用いて測定した結果を示していて
いる。クリーニング条件は、ClF3ガス流量500s
ccm,圧力2000Pa,サセプタ温度200℃であ
った。
ニング開始時にはほとんど検出されず、ある時間に達す
ると増加し始め、その後一定になっていることがわか
る。これは、クリーニング初期はClF3ガスが堆積付
着物との反応によりほとんど消費されており、すべての
堆積付着物のエッチングが終了すると共に、ClF3ガ
スが反応を起こさず、消費されなくなったことを示して
いると考えられる。すなわち、このClF3ガス濃度が
一定になった時点で、真空容器1内に付着したタングス
テンシリサイド膜がなくなり、クリーニングが終了した
ことを意味している。また、質量数70の信号強度は、
クリーンニング時間の増加とともに増加し、ある時間で
ピークに達した後減少していることがわかる。質量数7
0の信号はClF3ガスがタングステンシリサイド膜と
反応して生成されるCl2によるもので、ピーク位置で
真空容器1内に付着したタングステンシリサイド膜がな
くなり、クリーニングが終了したことを意味している。
物の元素を含む物質の質量スペクトル変化だけでなく、
クリーニングガス起源の元素だけを含む反応生成物の質
量スペクトルによってもクリーニング終点検出をするこ
とができる。図4において質量数70を用いる場合は信
号ピーク出現後、その約60〜70%の強度になった時
点でクリーニングを終了し、質量数73を用いる場合は
信号強度が一定になってから適当な時間をおいてクリー
ニングを終了した。クリーニング終点検出は質量数7
0,73の1種類を使用しても可能であるが、両方を用
いる方が正確であって望ましいし、さらに実施の形態1
で用いた質量数の信号変化を合わせて用いれば一層確実
に終点を検出できる。このことはタングステンシリサイ
ドに限らず、アモルファスシリコン膜や複合膜でも同様
である。
れば、ClF3ガスを用いるクリーニングの終点検出が
正確にでき、クリーニング時間の最適化ができるので、
付着堆積物のエッチングが完全に終了した時点でただち
にクリーニング動作を停止させることが可能となり、ク
リーニングによる生産時間のタイムロスを最小にするこ
とで高い生産性が実現できる。
物のエッチングが完全に終了した時点で直ちにクリーニ
ング動作を停止させることができるので、クリーニング
による生産時間のタイムロスは最小に抑えられ、高い生
産性が実現できるという有利な効果が得られる。
成を示す断面概略図
の形態2におけるクリーニング時間と信号強度の関係を
示す曲線図
の形態3におけるクリーニング時間と信号強度の関係を
示す曲線図
の形態5におけるクリーニング時間と信号強度の関係を
示す曲線図
Claims (9)
- 【請求項1】 内部で物質堆積処理がなされる容器と、
前記容器内部に堆積した前記物質の成分をエッチングす
るエッチングガスを導入する手段と、前記エッチング中
の前記容器内に存在するガスを分析する質量分析器と、
前記質量分析器からの質量スペクトル信号強度に基づい
て前記エッチングガスの導入を停止する手段を備えたこ
とを特徴とするCVD装置。 - 【請求項2】 物質を堆積するCVD装置の容器内に前
記物質の成分をエッチングするエッチングガスを導入す
る工程と、前記エッチングガスを用いて前記物質の成分
を除去する工程と、前記物質の成分を除去する工程中の
前記容器内に存在するガスを質量分析し、その質量スペ
クトル信号強度を測定する工程と、前記質量スペクトル
信号強度に基づいて前記エッチングガスの導入を停止す
る工程を含むことを特徴とするCVD装置のクリーニン
グ方法。 - 【請求項3】 容器内に存在するガスは、前記物質の成
分を除去する際に生成された少なくとも前記物質の成分
を含むガスであり、前記質量スペクトル信号強度に基づ
いて前記エッチングガスの導入を停止する工程は、前記
質量スペクトル信号強度が最大に達した後、前記エッチ
ングガスの導入を停止する工程であることを特徴とする
請求項2記載のCVD装置のクリーニング方法。 - 【請求項4】 容器内に存在するガスは、前記物質の成
分を除去する際に生成され、少なくとも前記エッチング
ガスの成分を含むガスであり、前記質量スペクトル信号
強度に基づいて前記エッチングガスの導入を停止する工
程は、前記質量スペクトル信号強度が最大に達した後、
前記エッチングガスの導入を停止する工程であることを
特徴とする請求項2記載のCVD装置のクリーニング方
法。 - 【請求項5】 容器内に存在するガスはエッチングガス
であり、前記質量スペクトル信号強度に基づいて前記エ
ッチングガスの導入を停止する工程は、前記質量スペク
トル信号強度が最大かつ一定になった後、前記エッチン
グガスの導入を停止する工程であることを特徴とする請
求項2記載のCVD装置のクリーニング方法。 - 【請求項6】 エッチングガスはClF3であり、物質
はタングステンシリサイド系物質を含む物質であり、前
記質量スペクトル信号は質量数279または257を有
する信号であることを特徴とする請求項2または請求項
3に記載のCVD装置のクリーニング方法。 - 【請求項7】 エッチングガスがClF3であり、物質
がアモルファスシリコン系物質を含む物質であり、前記
質量スペクトル信号は質量数85を有する信号であるこ
とを特徴とする請求項2または請求項3に記載のCVD
装置のクリーニング方法。 - 【請求項8】 エッチングガスはClF3であり、前記
質量スペクトル信号は質量数70を有する信号であるこ
とを特徴とする請求項2または請求項4記載のCVD装
置のクリーニング方法。 - 【請求項9】 エッチングガスがClF3であり、前記
質量スペクトル信号は質量数73を有する信号であるこ
とを特徴とする請求項5記載のCVD装置のクリーニン
グ方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11036396A JP2000235955A (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | Cvd装置およびcvd装置のクリーニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11036396A JP2000235955A (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | Cvd装置およびcvd装置のクリーニング方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000235955A true JP2000235955A (ja) | 2000-08-29 |
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ID=12468704
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JP11036396A Pending JP2000235955A (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | Cvd装置およびcvd装置のクリーニング方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000235955A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004082009A1 (ja) * | 2003-03-14 | 2004-09-23 | Research Institute Of Innovative Technology For The Earth | Cvd装置のクリーニング装置およびcvd装置のクリーニング方法 |
WO2014123028A1 (ja) * | 2013-02-05 | 2014-08-14 | 株式会社日立国際電気 | クリーニング方法 |
-
1999
- 1999-02-15 JP JP11036396A patent/JP2000235955A/ja active Pending
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