JP2002033315A - 成膜装置のクリーニング方法および装置 - Google Patents

成膜装置のクリーニング方法および装置

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JP2002033315A
JP2002033315A JP2000217700A JP2000217700A JP2002033315A JP 2002033315 A JP2002033315 A JP 2002033315A JP 2000217700 A JP2000217700 A JP 2000217700A JP 2000217700 A JP2000217700 A JP 2000217700A JP 2002033315 A JP2002033315 A JP 2002033315A
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film forming
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cleaning
reaction product
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Atsutake Fukazawa
篤毅 深澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クリーニングガスの利用率を向上させるとと
もに、成膜装置の排気系の除害装置を省略できるように
する。 【解決手段】 成膜装置50の成膜処理室52には、循
環パイプ78が排気管70と別に接続してある。循環パ
イプ78には、クリーニングガス供給部102が接続し
てあり、成膜処理室78にクリーニングガスを供給する
ことができる。また、循環パイプ78には、循環ポンプ
80が設けてあって、成膜処理室52内のガスを循環さ
せることができるようにしてある。循環ポンプ80の吐
出側に設けた反応生成物除去部84は、タンク86の入
口側と出口側とに設けたフィルタ部90、92によっ
て、循環するガスからガス状反応生成物を除去する。反
応生成物除去部84のタンク86内には、冷却器88が
設けてあり、循環するガスを冷却してガス状の反応生成
物を凝固させることができるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、成膜装置のクリー
ニング方法に係り、特にC26 などのパーフルオロ化
合物(PFC)をプラズマ化して成膜装置内の付着物を
クリーニングする成膜装置のクリーニング方法および装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置は、二酸化ケイ素(SiO
2 )などの絶縁膜、または多結晶シリコンやタングステ
ンなどの導電性の膜を形成する成膜工程と、これらの膜
を所定のパターンにエッチングするエッチング工程とを
多数回繰り返して行なうことにより製造される。ところ
が、成膜工程においては、プラズマCVDなどの成膜装
置の電極や内部の壁面にも絶縁膜や導電膜が付着する。
このため、一般に各成膜工程を終了する都度、成膜装置
の内部をクリーニングして付着物を除去する必要があ
る。図2は、従来の成膜装置のクリーニング方法を説明
する図である。
【0003】図2において、成膜装置であるプラズマC
VD装置10は、マスフローコントローラ12を有する
原料配管14を介して原料ガス供給部16が接続してあ
り、原料ガス供給部16からモノシラン(SiH4 )な
どの成膜原料ガスが供給される。また、プラズマCVD
装置10には、排気管18を介してドライポンプ(真空
ポンプ)20が接続してあり、内部を真空にすることが
できるようになっている。
【0004】排気管18には、圧力制御器22が設けて
あって、プラズマCVD装置10の内部を所定の真空度
に保持できるようにしてあるとともに、排気バイパス2
4が圧力制御器22と並列に接続してあり、プラズマC
VD装置10の稼動初期時に、排気バイパス24を介し
てプラズマCVD装置10内を急速に排気できるように
してある。そして、プラズマCVD装置10は、例えば
一酸化窒素(NO)の供給部(図示せず)から供給され
た一酸化窒素と、原料ガス供給部16から供給されたモ
ノシランとをプラズマ化し、図示しないシリコンウエハ
の表面に二酸化ケイ素の膜を成膜する。
【0005】さらに、プラズマCVD装置10には、配
管26を介してクリーニングガス供給部28が接続して
あり、プラズマCVD装置10の内部にC26 などの
クリーニングガスを供給できるようにしてある。そし
て、配管26には、マスフローコントローラ30が設け
てあって、プラズマCVD装置10に供給するクリーニ
ングガスの流量を制御できるようになっている。また、
ドライポンプ20の排気側または吸気側(図2において
は排気側)には、燃焼式排気装置32などの除害装置が
設けてあって、ドライポンプ20から排出された未反応
のクリーニングガスを分解して大気中に放出するように
なっている。
【0006】このようになっているプラズマCVD装置
10においては、成膜工程の終了後、クリーニングガス
供給部28からクリーニングガスをプラズマCVD装置
10に供給し、これをプラズマ化してプラズマCVD装
置10の電極や内壁面に付着している二酸化ケイ素など
の付着物と反応させる。そして、ガス状の反応生成物
は、排気管18を介してドライポンプ20によって、未
反応のクリーニングガスとともにプラズマCVD装置1
0の外部に抜き出される。また、ドライポンプ20から
吐出された未反応のクリーニングガスは、地球温暖化の
原因となることから、燃焼式排気装置32に送って高温
に加熱して分解したのち、大気中に放出する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のプラズマCVD装置10の成膜後におけるクリーニン
グは、C26 などのPFCからなるクリーニングガス
をプラズマ化し、プラズマCVD装置10内の付着物と
反応させることにより行なっている。そして、未反応の
クリーニングガスは、反応生成物とともにドライポンプ
20によって吸引し、燃焼式排気装置32によって分解
したのち、大気中に放出している。ところが、クリーニ
ングガスをプラズマ化して反応させる場合、反応に寄与
するクリーニングガスは、プラズマCVD装置10に供
給される量の20〜30%にすぎず、残りの70〜80
%は未反応の状態でそのまま捨てられることになり、き
わめて不経済であり、半導体装置のコストを上昇させる
一因となっている。また、クリーニングガスは、地球温
暖化係数の高いPFCであるところから、クリーニング
ガスを分解して除害する燃焼式排気装置32をドライポ
ンプ20の後段に設ける必要があり、設備コストやラン
ニングコストを増大させる。そこで、図3のようにして
プラズマCVD装置10から排出されるガスを循環させ
てクリーニングガスをより有効に利用することが考えら
れる。
【0008】すなわち、プラズマCVD装置10のガス
流入側とドライポンプ20の吸引側との間に循環路34
を設け、この循環路34に循環ポンプ36を設置する。
そして、プラズマCVD装置10から排気管18に排出
されたガスを、循環ポンプ36によって循環路34に吸
引し、プラズマCVD装置10に戻す。これにより、プ
ラズマCVD装置10から排出された未反応のクリーニ
ングガスを再度プラズマCVD装置10に供給すること
ができ、クリーニングガスの利用効率を向上することが
できる。
【0009】ところが、プラズマCVD装置10によっ
て成膜を行なうと、成膜原料のガスが排気管18にも流
れるため、排気管18の内面に0.1μm〜数μm程度
の非常に細かい付着物が生成される。このような微細な
付着物は、ガスの流れとともに飛散するとフィルタによ
って除去することが困難である。このため、排気管18
に循環路34を接続して排気管18を流れるガスをプラ
ズマCVD装置10に戻すと、排気管18内の付着物が
循環させるガスとともに循環路34内に流入して管壁に
付着することになり、循環路34をクリーニングするた
めに多くの時間と費用とを必要とする。
【0010】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、クリーニングガスの利用効率を
高めることができるとともに、排気管内の生成物の影響
を受けないようにすることを目的としている。また、本
発明は、成膜装置の排気系の除害装置を省略できるよう
にすることなどを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る成膜装置のクリーニング方法は、成
膜装置内にクリーニングガスを導入してプラズマ化し、
プラズマ化させたクリーニングガスと前記成膜装置内の
付着物とを反応させ、排気系と併設された循環経路によ
り反応生成物を前記クリーニングガスとともに成膜装置
の外部に取り出して除去したのち、前記クリーニングガ
スを前記成膜装置に戻すことを特徴としている。
【0012】このように構成した本発明は、成膜装置に
供給したクリーニングガスを反応生成物とともに、排気
系と併設した循環経路により成膜装置の外部に取り出
し、反応生成物を除去して未反応のクリーニングガスを
成膜装置に戻すようにしているため、クリーニングガス
の利用率を向上することができる。また、循環経路を排
気系と別に設けているため、排気系の排気管などの内部
に堆積された生成物の影響を避けることができ、循環経
路のメンテナンスが容易となる。
【0013】そして、ガスを循環させ、成膜装置に戻す
ガスによる反応が進行しなくなったときに、循環させて
いるガスを循環経路外に排出し、新たなクリーニングガ
スを成膜装置内に導入することにより、クリーニングガ
スをほぼ100%利用することができる。また、反応生
成物の除去は、ガス状の反応生成物を捕集することがで
きるガスフィルタを使用してガス状態で除去してよい。
さらに、反応生成物を凝固させて固体にして除去しても
よい。反応生成物を凝固させるには、循環させるガスを
冷却することにより、容易に行なうことができる。そし
て、反応生成物の除去は、ガス状態での除去と、凝固さ
せて固体状態での除去とを併用することが望ましい。
【0014】上記のクリーニング方法を実施する成膜装
置のクリーニング装置は、成膜装置内にクリーニングガ
スを供給するガス供給手段と、前記成膜装置内に供給さ
れた前記クリーニングガスをプラズマ化するプラズマ発
生手段と、前記成膜装置内のガスを外部に取り出し、再
び成膜装置に戻す排気系と併設されたガス循環手段と、
このガス循環手段によって前記成膜装置から取り出した
前記ガスから、プラズマ化した前記クリーニングガスと
前記成膜装置内の付着物との反応生成物を除去する反応
生成物除去手段とを有することを特徴としている。
【0015】これにより、クリーニングガスをほぼ10
0%利用することができるとともに、排気系に堆積した
生成物の影響を防ぐことができる。そして、反応生成物
除去手段は、ガス状の前記反応生成物を選択的に捕集す
るガスフィルタからなるフィルタ部を設けることができ
る。さらに、反応生成物除去手段は、ガス状の前記反応
生成物を凝固させる生成物凝固部を設けるようにしても
よい。クリーニングガスを循環させる経路に、循環させ
ているガスによる付着物との反応能力を検知する反応検
出センサを設けることにより、循環させるガスの有効性
(クリーニング能力)を把握することができ、必要以上
にクリーニング(清掃)時間がかかるのを防止したり、
クリーニングが完了したことを容易に知ることができ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明に係る成膜装置のクリーニ
ング方法および装置の好ましい実施の形態を、添付図面
に従って詳細に説明する。
【0017】図1は、本発明の実施の形態に係る成膜装
置のクリーニング装置の説明図である。図1において、
成膜装置であるプラズマCVD装置50は、実施形態の
場合、枚葉式であって、成膜処理室52内に上部電極5
4と下部電極56とが配設してあり、下部電極56の上
に図示しないシリコンウエハを配置するようになってい
る。そして、成膜処理室52のガス導入口には、原料配
管58を介して原料ガス供給部60が接続してあって、
原料ガス供給部60からモノシランなどの成膜用原料ガ
スを成膜処理室52に供給できるようにしてある。ま
た、原料配管58には、原料ガスの流量を調整するマス
フローコントローラ62が設けてあるとともに、マスフ
ローコントローラ62と原料ガス供給部60との間に開
閉弁64が設けてある。
【0018】一方、成膜処理室52の排気口は、実施形
態の場合、下部電極56の中央部に形成してあって、こ
の排気口に、排気系を構成している排気管70の一端が
接続してある。そして、排気管70は、開閉弁66と圧
力制御器68とを有し、成膜処理室52内のガスが排気
管70に流入するのを阻止できるとともに、圧力制御器
68によって成膜処理室52内の圧力を所定の値に制御
できるようになっている。排気管70の他端は、排気ポ
ンプ72に接続してあって、排気ポンプ72を駆動する
ことにより、成膜処理室52の内部を排気して真空にす
ることができるようにしてある。また、排気管70に
は、開閉弁74を有する排気バイパス76が開閉弁6
6、圧力制御器68と並列に接続してあって、プラズマ
CVD装置50を稼動させる初期時に排気バイパス76
を介して成膜処理室52内を排気し、迅速に真空が得ら
れるようにしてある。なお、排気ポンプ72は、実施形
態の場合、ドライポンプでなく、より小型のポンプを使
用している。
【0019】また、成膜処理室52には、排気管70と
別に循環経路を構成する循環パイプ78の一端が接続し
てある。この循環パイプ78の他端は、原料配管58の
マスフローコントローラ62より下流側に接続してあ
る。そして、循環パイプ78には、循環パイプ78とと
もに循環手段を構成している循環ポンプ80が設けてあ
って、循環ポンプ80を作動させることにより、循環パ
イプ78を介して成膜処理室52内のガスを吸引し、さ
らに成膜処理室52のガス供給側に戻すことができるよ
うにしてある。また、循環パイプ78には、循環ポンプ
80の吸引側に開閉弁82が取り付けてあるとともに、
循環ポンプ80の吐出側に反応生成物除去手段である反
応生成物除去部84が設けてある。
【0020】反応生成物除去部84は、タンク86を有
している。タンク86は、生成物凝固部を構成してい
て、内部に冷却コイルや冷却フィンなどからなる冷却器
88が配設され、タンク86に流入したガスを冷却し、
後述するように、ガス内の反応生成物を凝固させること
ができるようになっている。そして、タンク86のガス
流入口とガス流出口とには、フィルタ部90、92が設
けてある。このフィルタ部90、92には、ガス状の反
応生成物やガス状の成膜成分などの不純物を選択的に捕
集するガスフィルタ(図示せず)が配置してある。
【0021】反応生成物除去部84の下流側の循環パイ
プ78には、開閉弁94とマスフローコントローラ96
とが直列に設けてある。また、開閉弁94とマスフロー
コントローラ96との間の循環パイプ78には、開閉弁
98を備えたクリーニングガス供給管100を介してク
リーニングガス供給部(ガス供給手段)102が接続し
てある。なお、循環経路の一部をなす成膜処理室52に
は、内部を観察できる図示しない覗き窓が設けてあっ
て、この覗き窓に反応検出センサであるプラズマ分光モ
ニタ104が配置してあり、成膜処理室52内のクリー
ニングが終了したか否か、またクリーニングガスの反応
能力(クリーニング能力)があるか否かを検知すること
ができるようになっている。
【0022】上記のごとく構成してある実施形態におい
ては、シリコンウエハに成膜する場合、プラズマCVD
装置50の成膜処理室52にシリコンウエハが搬入さ
れ、下部電極56の上に配置される。そして、成膜処理
室52には、原料ガス供給部60からモノシランと一酸
化窒素などの原料ガスが供給される。これらの原料ガス
は、上部電極54と下部電極56とに供給される高周波
電力によってプラズマ化され、シリコンウエハの上に二
酸化ケイ素の膜が堆積される。そして、成膜が終了した
シリコンウエハは、図示しないカセットモジュール等に
搬送される。その後、排気管70の開閉弁66を閉じて
排気ポンプ72を停止し、成膜処理室52のクリーニン
グを開始する。
【0023】すなわち、クリーニングガス供給管100
に設けた開閉弁98を開放し、クリーニングガス供給部
102からC26 と酸素(O2 )との混合ガスなどの
クリーニングガスを、マスフローコントローラ96を介
して成膜処理室52に供給するとともに、循環パイプ7
8の開閉弁82、94を開放して循環ポンプ80を駆動
する。また、成膜処理室52に所定量のクリーニングガ
スを供給したのちは、開閉弁98を閉じてクリーニング
ガス供給部102からのクリーニングガスの供給を停止
する。そして、上部電極54と下部電極56との間に高
周波電圧を印加してクリーニングガスをプラズマ化し、
成膜処理室52内に付着している二酸化ケイ素などの付
着物と反応させる。
【0024】クリーニングガスと付着物とが反応して生
じたガス状の反応生成物は、成膜処理室52内の未反応
のクリーニングガスとともに、循環パイプ78を介して
循環ポンプ80によって吸引され、成膜処理室52から
取り出されて反応生成物除去部84に送られる。例え
ば、成膜処理室52内の付着物が二酸化ケイ素であり、
クリーニングガスがC26 とO2 との混合ガスである
場合、係数を無視すると、
【0025】
【化1】 のような反応系となり、化学式1の右辺に示したような
成分からなる混合ガスが循環パイプ78に流入する。
【0026】また、シリコン窒化膜(Si34 膜)の
成膜処理をし、成膜処理室52内の付着物が窒化シリコ
ン(Si34 )である場合、係数を無視すると、
【0027】
【化2】 のような反応系となり、化学式2の右辺に示したような
成分を含む混合ガスが循環パイプ78に流入する。
【0028】さらに、例えば配線層間絶縁プラグとして
タングステン(W)の膜を成膜すると、成膜処理室52
の電極54、56や内壁にはタングステンが付着する。
この場合には、係数を無視すると、
【0029】
【化3】 のような反応系となって、化学式3の右辺に示したよう
な成分からなる混合ガスが循環パイプ78に流入する。
【0030】反応生成物除去部84に送られたガスは、
タンク86の入口側と出口側とに設けたフィルタ部9
0、92によってガス状の反応生成物(例えば、四フッ
化ケイ素(SiF4 )や六フッ化タングステン(WF
6 )など)や、ガス状の成膜成分などの不純物ガスが選
択的に捕集されるとともに、循環ガス中に含まれるパー
ティクルなどが除去される。また、タンク86に流入し
たガスは、冷却器88によって冷却され、気体状の反応
生成物などのガス状の不純物を凝固させて固体にすると
ともに、凝固させた生成物を大きく成長させて出口側の
フィルタ部92を通過しないようにする。
【0031】このようにして反応生成物とパーティクル
などの不純物が除去された未反応のクリーニングガス
は、マスフローコントローラ96を介して再び成膜処理
室52に戻し、プラズマ化して成膜処理室52内の付着
物と反応させる。そして、このようなガスの循環は、循
環させているガスの反応能力がなくなるまで、または成
膜処理室52のクリーニングが終了するまで行われる。
この循環させているガスの反応能力がなくなったことの
検出、または成膜処理室52のクリーニングが終了した
ことの検出、いわゆるエンドポイントの検出は、成膜処
理室52の覗き窓に配置したプラズマ分光モニタ104
によって行われる。
【0032】すなわち、プラズマ分光モニタ104は、
プラズマ状態の原子の結合から発せられる光を検出でき
るようになっている。例えば、ケイ素と酸素とが結合し
たSi−O結合のプラズマにおいては、704nmの波
長のところに顕著なピークが現れる。従って、二酸化ケ
イ素のクリーニングを行なっている場合、704nmの
ピークが現れなくなったことによってクリーニングガス
の反応能力がなくなって反応が進行しなくなったこと、
または付着していた二酸化ケイ素が除去されたことを検
知することができる。なお、プラズマ分光モニタ104
には、図示しないブザーなどの告知装置を接続し、循環
させているガスのクリーニング能力がなくなったとき
や、クリーニングが終了したときにプラズマ分光モニタ
104の出力に基づいて、その旨を告知させるようにす
ることが望ましい。
【0033】上記のようにして循環させているガスの反
応能力がなくなり、反応が進行しなくなった場合には、
排気バイパス76に設けた開閉弁74を開放し、排気ポ
ンプ72を駆動して循環させていたガスを大気中に放出
する。この循環させているガスの排出は、成膜処理室5
2の内部を高い真空度にしたり、窒素ガスなどの不活性
な置換ガスを成膜処理室52に供給し、ガス置換をさせ
て行なうことができる。そして、循環させているガスの
排出が終了したならば、再びクリーニングガス供給部1
02からクリーニングガスを成膜処理室52に供給し、
前記したと同様にして成膜処理室52のクリーニングを
続行する。そして、このクリーニングガスの供給、循
環、排出を成膜処理室52に付着している付着物が除去
されるまで繰り返す。
【0034】このように、実施の形態においては、クリ
ーニングガスを循環させて使用しているため、クリーニ
ングガスのほぼ100%を反応に寄与させることがで
き、クリーニングガスの利用効率が高まって、半導体装
置などのコストを削減することができる。また、クリー
ニングガスをほぼ100%反応に寄与させることができ
るため、従来のように排気ポンプ72の吐出側に燃焼式
排出装置などの除害装置を設ける必要がなく、成膜装置
の簡素化とコストの削減とを図ることができる。
【0035】なお、前記実施の形態においては、成膜装
置がプラズマCVD装置50である場合について説明し
たが、熱CVD装置などにも適用することができる。ま
た、前記実施の形態においては、クリーニングガスがC
26 とO2 との混合ガスである場合について説明した
が、クリーニングガスはこれに限定されず、NF3 やC
4 などの他のガスを使用してもよい。
【0036】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、成膜装置に供給したクリーニングガスを循環させて
使用することにより、クリーニングガスをほぼ100%
利用することができ、成膜装置をクリーニングのための
費用を低減することができる。また、クリーニングガス
を循環させる循環経路を排気系と併設しているため、排
気系の生成物による影響を避けることができる。さら
に、クリーニングガスをほぼ100%利用できるため、
成膜装置の排気系に設けていた除害装置を省略すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る成膜装置のクリーニ
ング装置の説明図である。
【図2】従来の成膜装置をクリーニングする方法を説明
する図である。
【図3】クリーニングガスを循環させる方法の一例を示
す説明図である。
【符号の説明】
50………成膜装置 52………成膜処理室 54、56………プラズマ発生手段(上部電極、下部電
極) 60………原料ガス供給部 62、96………マスフローコントローラ 68………圧力制御器 70………排気管 72………排気ポンプ 78、80………循環手段(循環パイプ、循環ポンプ) 84………反応生成物除去手段(反応性生成物除去部) 86、88………生成物凝固部(タンク、冷却器) 90、92………フィルタ部 102………クリーニングガス供給手段(クリーニング
ガス供給部) 104………反応検出センサ(プラズマ分光モニタ)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 成膜装置内にクリーニングガスを導入し
    てプラズマ化し、プラズマ化させたクリーニングガスと
    前記成膜装置内の付着物とを反応させ、排気系と併設さ
    れた循環経路により反応生成物を前記クリーニングガス
    とともに成膜装置の外部に取り出して除去したのち、前
    記クリーニングガスを前記成膜装置に戻すことを特徴と
    する成膜装置のクリーニング方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の成膜装置のクリーニン
    グ方法において、前記成膜装置に戻すガスによる反応が
    進行しなくなったときに、循環させているガスを循環経
    路外に排出し、新たなクリーニングガスを前記成膜装置
    内に導入することを特徴とする成膜装置のクリーニング
    方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の成膜装置のク
    リーニング方法において、前記反応生成物の除去は、ガ
    ス状態で除去することを特徴とする成膜装置のクリーニ
    ング方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の成
    膜装置のクリーニング方法において、前記反応生成物を
    凝固させて除去することを特徴とする成膜装置のクリー
    ニング方法。
  5. 【請求項5】 成膜装置内にクリーニングガスを供給す
    るガス供給手段と、前記成膜装置内に供給された前記ク
    リーニングガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、
    前記成膜装置内のガスを外部に取り出し、再び成膜装置
    に戻す排気系と併設されたガス循環手段と、このガス循
    環手段によって前記成膜装置から取り出した前記ガスか
    ら、プラズマ化した前記クリーニングガスと前記成膜装
    置内の付着物との反応生成物を除去する反応生成物除去
    手段とを有することを特徴とする成膜装置のクリーニン
    グ装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の成膜装置のクリーニン
    グ装置において、前記反応生成物除去手段は、ガス状の
    前記反応生成物を選択的に捕集するフィルタ部を有して
    いることを特徴とする成膜装置のクリーニング装置。
  7. 【請求項7】 請求項5または6に記載の成膜装置のク
    リーニング装置において、前記反応生成物除去手段は、
    ガス状の前記反応生成物を凝固させる生成物凝固部を有
    していることを特徴とする成膜装置のクリーニング装
    置。
  8. 【請求項8】 請求項5ないし7のいずれかに記載の成
    膜装置のクリーニング装置において、前記クリーニング
    ガスを循環させる経路に、循環させているガスによる前
    記付着物との反応能力を検知する反応検出センサを設け
    たことを特徴とする成膜装置のクリーニング装置。
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