JP2001107244A - 半導体成膜装置の洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製膜装置、特にシリコン系薄膜製膜装
置の内部のトレイ、キャリア、電極部等の部品に付着し
た半導体膜を、その部品の面を変形させる力が加わらな
いように洗浄を行う方法、ならびに、メンテナンス性の
良い半導体製膜装置の部品洗浄装置を提供すること 【解決手段】 苛性ソーダやアルカリ系の洗浄剤で部品
に付着した半導体層を除去した後、水系の液ですすぎ、
乾燥して洗浄する。トレイについては成膜した基板を取
り外したトレイをキャリヤと共に収容する移動台車と、
移動台車の吊り下げ部をつり下げるクレーン、及び吊り
下げ部及びトレイ全体が収まるアルカリ系エッチング手
段と、すすぎ手段、乾燥手段とを有する部品洗浄装置。
また、その他の部品は適宜収納する治具で構成した。部
品に変形を与えずにこれに付着した各種の薄膜を、安価
な設備及び材料を用いて除去できるので洗浄作業が簡単
になる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ装
置等のシリコン系半導体製膜装置の洗浄方法並びに洗浄
装置、特にインライン型のプラズマＣＶＤ装置などの量
産型成膜装置の内部の部材及び基板を設置するトレイの
洗浄方法並びに洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ装置等のシリコン系半導
体製膜装置においては、例えば図１に示す様に、トレー
２に基板３を搭載して製膜室に搬送し、シランガス等の
半導体ガスをガス導入系６よりシャワープレート１を経
由して導入し、カソード４と基板３の存在するアノード
（トレー）２の間にＲＦ電源５より例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を供給してガスを分解し、基板面にシ
リコン系の半導体薄膜を製膜していた。この際、基板３
には勿論薄膜が製膜されるが、同時に、トレー２やシャ
ワープレート１にも製膜される。また、局所的な放電に
より、シリコンを含む粉体が形成される場合もある。

【０００３】この様なシリコン生成物は、製膜当初は特
に基板上の半導体薄膜に影響を及ぼすことは無いが、何
回も製膜すると、装置の内面から剥離し、製膜中に剥落
するダストをなって、ピンホール等の欠陥を発生し不都
合を生じることとなる。この様な現象は、プラズマＣＶ
Ｄのみならずスパッタ、熱ＣＶＤ装置においても同様に
発生する問題である。

【０００４】この様なシリコン生成物の除去のため、従
来は、装置内部の膜付着部の部品やトレーを装置から取
り外して別の場所へ移動させ、そこでガラスビーズブラ
スト（ガラス粒子吹付け法）や液体ホーニング或いは酸
洗の処理により不用なシリコン生成物を除去したのち、
再度、組み立てる方法が一般的であった。

【０００５】この対策として例えば、特開平６−９３４
７４に開示されている様にエッチングガスを装置や別の
所に導入してプラズマを発生させる方法で除去させる方
法が一般的であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したシリコン生成
物の除去方法によれば、比較的簡便に厚く付着した膜を
除去できるが、ガラスビーズブラストや液体ホーニング
では装置部品やトレイの面に機械的な圧力が加わるため
に、当該部品が変形し易く、また酸洗ではＳｉＯ ₂、Ｓ
ｉＮｘ膜は除去できるが、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜
は容易には除去できないという欠点があった。特に、大
型のプラズマＣＶＤ装置の場合には、トレイの変形に伴
い基板の位置が正確に決まらず、その変形のために基板
に成膜された膜の膜厚分布が大きく変わるので、トレイ
の変形に対して充分な配慮が必要であった。

【０００７】一方、エッチングガスを用いる場合におい
ては、シリコン生成物を除去する速度を稼ぐためＮ
Ｆ₃、ＣｌＦ₃等の腐食性の強いガスを用いる必要があ
り、これらのガスは理論的には反応ガスと同量必要であ
ると同時に価格が半導体ガスと同等あるいはそれより高
価であるために材料コストの問題がある。また、製膜装
置の排気系は腐食性ガスや反応生成物に対応したポンプ
を準備する必要があり、装置コストの問題が生じてい
た。

【０００８】また、これらのガスを除害する設備も必要
であるばかりでなく、除害した廃液はフッ素系の産業廃
棄物となって環境上も大きな問題である。これらの問題
は、太陽電池等の環境対策としての商品を製造している
企業にとってマイナスイメージが大きく、容易にはこれ
らの手段を使用できないという障害になっていた。

【０００９】本発明は、トレイの面を変形させる力が加
わらないように洗浄を行なえ、また、特殊な装置を要せ
ず低コストに作業性の良い半導体製膜装置の洗浄方法な
らびに同製膜装置の洗浄装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では製膜室内部及
びトレーの半導体付着部分は容易に取り外し可能な部品
とするとともに、前記、取り外し可能部品を複数保持可
能な治具で保持した状態で、アルカリ系のエッチング剤
に治具と部品を同時に浸せきし、エッチング完了後、水
系の洗浄剤で洗浄し、乾燥するようにした。

【００１１】また、上記アルカリ系のエッチング剤とし
て苛性ソーダかつ／または界面活性剤を含むアルカリ系
洗浄剤を用いるとともに、上記水系の洗浄剤は、水道
水、純水を用いている。

【００１２】この方法を装置化するために、取り外し可
能な製膜室内部及びトレーの半導体付着部分の部品を複
数保持可能な治具で保持した状態で同治具を搬送する搬
送系、同じ状態で治具と部品を同時に浸せき可能なアル
カリ系のエッチング剤浸漬手段、エッチング完了後に投
入する水系の洗浄手段、及び乾燥手段を構成要素とする
ことで、上記の目的を達成するようにした。

【００１３】

【作用】基板の成膜に伴う薄膜が除去しなければならな
い程度にシャワープレート、防着板等の装置内部の部品
あるいはトレイに付着すると、基板を取り外したトレイ
を半導体成膜装置の付近に待機させた移動台車に移し変
える。量産装置などの大型半導体製膜装置においては装
置に付属したクレーンやロボット等の手段を用いて移し
替える。

【００１４】大型半導体製膜装置には多数のシャワープ
レート、防着板、トレイ及びキャリヤが使用されてお
り、そのうちの幾つかのトレイを収容すると移動台車を
そのまま洗浄装置の近傍へ移動させる。移動台車の上部
は複数の被洗浄物を保持する機構を有しており、その部
分と台車を切り離して、洗浄装置の搬送機構を用いて保
持機構に被洗浄物を積載したまま、アルカリ系のエッチ
ング剤槽にこれらを浸漬する。

【００１５】エッチングが完了後、すすぎを行う槽に被
洗浄物を移動し、水などですすぐ、すすぎは複数の槽を
用意しておき、例えば最初は純度の低い水道水、続いて
水道水の高圧洗浄、イオン交換水、純水というように流
れ方式で各槽を移動する。すすぎが完了後、温風などで
乾燥する。乾燥が完了したら、保持機構と被洗浄物を再
び移動台車に戻し、半導体製膜装置の付近にて再組立を
行う。

【００１６】エッチング反応速度にもよるが、シリコン
生成物が付着する部分は、スペアを用意しておき、移動
台車上で待機しておけば半導体製膜装置の稼働率を維持
することが可能である。この様にすれば、高価なガスを
用いることなく比較的ありふれたエッチング剤で洗浄す
るのでコストも掛かるかからない。また、つり上げる方
式で移動台車に移動し、移動台車上の保持手段ごと防着
板等の装置内部の部品あるいはトレイを洗浄槽、乾燥室
を移動して洗浄するので、変形させるような力が加わる
ことがなく、作業性も向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、具体的な実施の形態を、図
２及び図３を用いて説明する。説明は具体的なイメージ
を描きやすい様に装置的に行うが、これに限定されるも
のではなく、思想的に同様なものに適宜応用可能な物で
あることを断っておく。 ［トレー］図２（ａ）は、本発明が実施されるトレー２
の一例を示す。この装置ではキャリア台車上に製膜用の
トレー２が載置されており、トレー２とキャリア８は４
本のネジ９で取り外すことが可能である。またトレー２
の上部には移動台車に積載する為の吊り穴１０が２カ所
開けてある。この吊り穴につり上げ治具を取り付け、移
動台車の掛け部までクレーンあるいはロボットで移動し
て載せる。移動台車には複数のトレー２が載置される。

【００１８】ここで特徴的なのは、図２（ｂ）に示す様
に、キャリア８の部分には製膜されない構成になってい
ることである。キャリア８には搬送を円滑にするために
機構部品が存在し、エッチング等の処理で細かな部分に
液が入り込むと問題が発生することと、洗浄部分の点数
を出来るだけ少なくしたいためである。

【００１９】なお、キャリア８及びトレー２は、耐アル
カリ性の材質で作られている。具体的にはステンレスス
チール、カーボン、セラミックコートの金属などが好ま
しい。製膜領域がトレー２に限定されていること、耐ア
ルカリ性の２点を満たす物であれば本発明に係わるトレ
ー２と移動台車１２の形態は適宜設計できる。たとえ
ば、基板を水平にして製膜するタイプのＣＶＤ装置であ
ればトレーを棚に収納する移動台車を用いればよく、垂
直に基板を保持するタイプのＣＶＤ装置でも、トレーを
ＣＶＤ装置内の上部レールを走行するカートでつり下げ
る様なタイプのものであれば、トレーのみを移載するハ
ンガーの様な形状の吊り具を多数設置した移動台車を用
意すればよい。 ［シャワープレート、防着板］装置内部のシャワープレ
ート１と防着板１１もトレー２と同様に簡便に取り外す
構造になっている。また、シャワープレート１の様に大
型の部品はトレー２と同様に治具で吊され、移動台車１
２に積み替えられる。一方、他の小物部品は、金網のバ
スケットに収納される。

【００２０】近年の装置ではメンテナンスを簡便に行う
為に、シャワープレート１と防着板１１以外の部品に
は、シリコン生成物が付着しない構造になっており、本
発明の装置でも適宜その様に設計されている。 ［移動台車］また、移動台車１２は、トレー２を保持す
る部分と台車の部分が分離できる構造が好ましく。保持
部分にはそれら全体を、吊り下げる為のフック１４が設
けられている。この部分は洗浄装置の槽に入れられるの
でステンレスや耐アルカリ性のメッキや樹脂コートがな
された金属フレームが用いられる。一方台車は、強度を
維持できるものが適宜用いられる。 ［洗浄槽］図３に本発明の洗浄槽の一例を示す。この例
ではアルカリ洗浄槽２２、第１濯ぎ槽２３、高圧水シャ
ワー水洗槽２４、第２濯ぎ槽２５が順次配置されてい
る。

【００２１】また、槽の上部には、移動台車の上部保持
部を移動するためのクレーン２１あるいはロボット設備
が設置されている。

【００２２】アルカリ洗浄槽には強アルカリ系の洗剤あ
るいは苛性ソーダ、あるいは苛性カリの水溶液が用いら
れる。苛性ソーダ（ＮａＯＨ）の場合の濃度としては３
〜１０重量％のものが用いられる。苛性ソーダの濃度に
対する依存性を調べると０〜３重量％の間は濃度にほぼ
比例してエッチング速度が増加し、５重量％を越えると
ほぼ一定と思われる割合でゆっくりと増加し、３５重量
％程度で最大となる。４０重量％を越えると速度が減少
する様な傾向を示すことがわかっている。実質上は３％
以上苛性ソーダを入れてもそれほどエッチング速度が上
がらないという事情から、３重量％でも十分であるが、
エッチング液を繰り返し利用する等の観点で５％あるい
は１０重量％までの範囲で調整している。なお、苛性ソ
ーダの１０重量％を越えた液の場合、冬季に固形物が凍
結する現象が生じるなど管理が困難になる。また、濃度
を少なくした方がすすぎ工程も短時間にすますことがで
きる。

【００２３】アルカリ洗浄槽に薄膜シリコンやアモルフ
ァスシリコンを投入すると最初は激しく反応し、水素や
苛性ソーダのミストが大量に発生する。そのために、ド
ラフトブロアーなどを槽の上部に設けて排気するように
している。また、熱の著しい発生があり、エッチング前
は２５℃程度の液温が４０℃以上にまで上昇する。しか
しながら、その後は、液温が低下しゆっくりとした反応
になる。この反応を促進するために、ヒータ２６を導入
している。液温に対してアレニウスプロットで記載でき
る活性化過程の反応であるので、８０℃近くまで温度を
上げることで反応速度を著しく上げることが可能であ
る。このときの速度はおよそ３μｍ／分まで達する。こ
れ以上温度を上昇させるヒーター２６の近傍で沸騰する
等の問題が発生する可能性がある。

【００２４】上記の温度にて反応速度を上昇させる他、
トレー、電極、防着板等装置内部部品へエッチング液を
浸透させることも反応速度を高める有効な手だてであ
る。その為には、強アルカリ系の界面活性剤をエッチン
グ液に混ぜるとよい。装置内部部品に付着したシリコン
生成物に僅かな亀裂が生じるとエッチング液はその隙間
からシリコン生成物と部品との界面から毛細管現象で浸
透する。その結果表面よりも先にこの界面のエッチング
が進行してやがてシリコン生成物は膜の形で部品から剥
離するので生成物の厚み／エッチング速度で計算される
時間より大幅に高速に処理を完了することが可能であ
る。

【００２５】薄膜シリコン多結晶、シリコン系アモルフ
ァス半導体等の製膜速度は０．１Å〜１００Å／秒
（０．０００６〜０．６μｍ／分）の範囲であり、特性
上及び経済上の要件を満足するのは１〜４０Å／秒
（０．００６〜０．２４μｍ／分）と言われている。エ
ッチング速度は３μｍ／分であるので一般の使用に当た
っては十分経済的な速度であるといえる。

【００２６】エッチングの完了した部品は、エッチング
液を除くためにすすぎを行う。

【００２７】この例では、部品に残った液を簡単に落と
した後、表面が乾かない内に第１濯ぎ槽２３に送り込
む。ここでは、水流を送ることで効率的にアルカリ分を
落としている。この水系のすすぎ液はアルカリ中和の対
象となる為に、数回のすすぎに繰り返して使用する。

【００２８】次に部品は高圧水シャワー水洗槽２４に送
り込む、ここでは、アルカリは完全に除去される。ま
た、僅かに残ったシリコンフレークも高圧シャワーで除
去される。特にシャワープレート等の詰まりの原因にな
る固形分が残った場合は有効な手段である最後の第２濯
ぎ槽２５では水流と常時入れ替えられる水系の濯ぎ液で
表面の汚れを除去するとともに、前のすすぎ段階で使用
した濯ぎ液の不純物を新しい濯ぎ液で置き換えることで
洗浄は完了する。

【００２９】なお、第１、第２の濯ぎ槽の濯ぎ液として
は水が好ましく、できれば高純度のものを用いるのが良
い。

【００３０】この後、移動台車の下の部分と合体した状
態で大型の熱風乾燥機に治具ごと送り込み、そのあと冷
却して、スペア部品保管所に管理されるか本体に再設置
される。

【００３１】本発明を有効に利用する上で、スペア部品
を用いることが極めて有効である。すなわち、装置のメ
ンテナンスを始めるときにスペア部品を配置した移動台
車を本体から部品を外すと、直ぐにスペア部品を取り付
ける。外した部品は洗浄装置で洗浄工程を開始するとい
う方式をとると、装置のダウンタイムを最小限にするこ
とが可能である。また、洗浄工程は例えば１ｍｍ程度と
厚くシリコン生成物が付着した場合でも、エッチング時
間が３３０分（５．５時間）、すすぎ、乾燥で２時間と
合計８時間程度で処理を完了することが可能であり、装
置を適切に設計することで、トレーの洗浄については自
動化が可能である。他の部品は半導体製膜装置本体から
の取り外しと組立以外は自動化可能である。

【００３２】発明者らが実際に検討した範囲では、装置
として、アモルファスシリコンや薄膜多結晶シリコンを
製膜するプラズマＣＶＤ装置に有効であることが判明し
ている。一方、ａ−ＳｉＣ：Ｈなど炭素を含む膜ではエ
ッチング速度が遅いことが判明している。

【００３３】その様な場合は、苛性カリの方が苛性ソー
ダより反応速度が速いが、発明者らは洗浄が完了した部
品を装置に取り付けて、エッチングされやすいアモルフ
ァスシリコンや薄膜多結晶シリコンを先に０．５μｍ以
上製膜してから、ａ−ＳｉＣ：Ｈなどの膜を製膜するよ
うにしている。

【００３４】この場合、界面活性剤を液に混入すると早
い時期に下地のシリコン膜がエッチングされやすくな
り、インライン式の装置の様に異なる種類の膜を製膜す
る装置で同時に洗浄するときにおいても特定のチャンバ
ーの部品のエッチングが遅すぎるというような問題を解
決することが可能である。また、反応は化学反応による
もので、装置をシステムとして上手に作れば、物理的な
応力を発生することなくトレー等の部品の変形も全く生
じない。

【００３５】本発明で使用する、苛性ソーダ、苛性カ
リ、界面活性剤（アルカリ系の洗剤）は極めてありふれ
たものであり、価格的にもエッチングガスと比較して安
価なものである。

【００３６】また、装置は塩化ビニール等の材料やステ
ンレスが耐食性に優れるので用いられる。これらありふ
れたもので、真空装置の様に高価なものではない。 ［廃液の処理］エッチング液やすすぎの第１槽目の液
は、除害して廃棄する必要がある。シリコンと苛性ソー
ダの溶液との反応生成物は、基本的には、シリコン、酸
素、水素、ナトリウムの化合物（主として珪酸ソーダ）
である。これを塩酸で中和すると食塩水と珪酸（ＳｉＯ
２）ができる。これらは全く無害なものであり、廃棄し
ても全く問題が生じない。その点で本発明は環境上も優
れたものである。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によるときは、プラ
ズマＣＶＤ等のシリコン系半導体製膜装置の洗浄を、シ
リコン生成物が付着する部品のみに分離するようにし、
その部品を収容する移動台車と、その部品及び収容した
移動台車の部品保持部が収まるエッチング式洗浄乾燥設
備で構成し、エッチング剤を苛性ソーダ、苛性カリ、界
面活性剤（アルカリ系の洗剤）としたので、トレイに変
形を与えずにこれに付着した各種のシリコン系生成物を
除去でき、洗浄作業が簡単になる等の効果がある。ま
た、エッチングの廃棄物も食塩水と珪酸を主成分とする
物で環境的にも安全である。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマＣＶＤ装置の一例

【図２】本発明に対応するプラズマＣＶＤ装置

【図３】本発明の洗浄設備の一実施例

【符号の説明】

１ シャワープレート ２ トレー（アノード） ３ 基板 ４ カソード ５ ＲＦ電源 ６ ガス導入系 ７ ガス排気系 ８ キャリア ９ ネジ １０ 吊り穴 １１ 防着板 １２ 移動台車 １３ フック １４ トレー吊り具 ２０ 洗浄槽 ２１ クレーン ２２ アルカリ洗浄槽 ２３ 第１濯ぎ槽 ２４ 高圧水シャワー水洗槽 ２５ 第２濯ぎ槽 ２６ ヒーター ２７ 攪拌スクリュー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体製膜装置の製膜室の内部に付着し
   た半導体及び基板を取付けたトレイに付着した半導体を
   除去する洗浄方法であって、製膜室内部及びトレーの半
   導体付着部分は用意に取り外し可能な部品とするととも
   に、前記、取り外し可能部品を複数保持可能な治具で保
   持した状態で、アルカリ系のエッチング剤に治具と部品
   を同時に浸せきし、エッチング完了後、水系の洗浄剤で
   洗浄し、乾燥することを特徴とする半導体製膜装置の洗
   浄方法。
2. 【請求項２】 上記アルカリ系のエッチング剤が、苛性
   ソーダまたは苛性カリかつ／または界面活性剤を含むア
   ルカリ系洗浄剤であることを特徴とする請求項１に記載
   の半導体製膜装置の洗浄方法。
3. 【請求項３】 上記水系の洗浄剤は、水道水、純水の何
   れかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製
   膜装置の洗浄方法。
4. 【請求項４】 半導体製膜装置の製膜室の内部に付着し
   た半導体及び基板を取付けたトレイに付着した半導体を
   除去する洗浄装置であって、取り外し可能な製膜室内部
   及びトレーの半導体付着部分の部品を複数保持可能な治
   具で保持した状態で同治具を搬送する搬送系、同じ状態
   で治具と部品を同時に浸せき可能なアルカリ系のエッチ
   ング剤浸漬手段、エッチング完了後に投入する水系の洗
   浄手段、及び乾燥手段を有することを特徴とする半導体
   製膜装置の洗浄装置。