JP2002047571A - 成膜装置のクリーニング方法 - Google Patents

成膜装置のクリーニング方法

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JP2002047571A
JP2002047571A JP2000229212A JP2000229212A JP2002047571A JP 2002047571 A JP2002047571 A JP 2002047571A JP 2000229212 A JP2000229212 A JP 2000229212A JP 2000229212 A JP2000229212 A JP 2000229212A JP 2002047571 A JP2002047571 A JP 2002047571A
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Japan
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gas
film forming
film
forming chamber
susceptor
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JP2000229212A
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Katsuhiro Yamazaki
克弘 山崎
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Shibaura Mechatronics Corp
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Shibaura Mechatronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周辺機器および部品を損傷させることなく成
膜室の内部に付着した膜を高圧下で迅速に除去すること
ができる成膜装置のクリーニング方法を提供する。 【解決手段】 成膜後に、成膜室内を一方側に排気する
とともに、エッチングガスを他方側から成膜室内に導入
して成膜室の内圧を数百Torr程度の高圧に保持し、
エッチングガス成分を作用させて付着した不要な膜を除
去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、成膜室の内部に付
着した不要な膜を除去する成膜装置のクリーニング方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】成膜装置は半導体ウエハなどの基板に膜
を堆積させる装置であるが、その過程において基板を支
持するサセプタ及びその周辺部にも膜が付着堆積するの
で、これをクリーニングにより定期的に除去する必要が
ある。例えば週に数回程度は装置を停止させて成膜室内
をクリーニング処理する必要がある。
【0003】従来のクリーニング方法は、およそ50T
orrの低い圧力で行っていたため堆積物を削り取る速
度(エッチングレート)が遅く、クリーニング処理時間
が約100分間にも及んでいた。このように長時間にわ
たるクリーニング処理は成膜装置の稼働率を低下させる
原因となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで、クリーニング
処理にかかる時間を短縮するために、圧力を上昇させて
エッチングレートを増大させることが考えられる。しか
し、高い圧力下でクリーニング処理を行うと、サセプタ
に内蔵されたヒータ等の部品が腐食されて損傷を受ける
という問題がある。
【0005】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであって、周辺機器および部品を損傷させるこ
となく壁面に付着した膜を高圧下で迅速に除去すること
ができる成膜装置のクリーニング方法を提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る成膜装置の
クリーニング方法は、成膜室の内部に付着した不要な膜
を除去する成膜装置のクリーニング方法であって、成膜
後に、成膜室内を一方側に排気するとともに、エッチン
グガスを他方側から成膜室内に導入して成膜室の内圧を
数百Torr程度の高圧に保持し、エッチングガス成分
を作用させて付着した不要な膜を除去することを特徴と
する。
【0007】この場合に、Oリング付き弁体を有する自
動圧力制御バルブを用いて成膜室内を排気することによ
り成膜室の内圧を300〜500Torrの範囲に圧力
制御することが好ましい。成膜室の内圧が500Tor
rを超えると、減圧装置(Oリング付き弁体を有する自
動圧力制御バルブを含む真空排気装置)が腐食により損
傷を受けるなどの安全上の問題を生じるとともに、エッ
チング速度の増加効果がほぼ飽和するので、成膜室の内
圧の上限値は500Torrとすることが望ましい。一
方、従来の圧力50Torrに比べてエッチング速度に
有意の差を生じるようにするためには図6に示すように
300Torr以上に昇圧する必要があるので、成膜室
の内圧の下限値は300Torrとすることが望まし
い。
【0008】また、サセプタ内部に不活性ガスを供給し
てサセプタ内部の部材の腐食損傷を防止することが好ま
しい。不活性ガスには窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウ
ムガス等を用いる。窒素ガスを用いる場合は、標準状態
(大気圧/室温)で6リットル/分以上の流量とするこ
とが好ましい。標準状態で6リットル/分以上の流量の
窒素ガスをサセプタ内部に供給すると、図5に示すよう
にサセプタ内部のヒータやリフトピン等の削れ量が略ゼ
ロになるからである。
【0009】エッチングガスにはClF3ガス単体又は
ClF3ガスに他のガス成分としてO 2,N2,Ar,He
等の不活性ガスのうち少なくとも1つを混合したガスを
用いることが好ましい。なお、ClF3ガスの他にエッ
チングガスとしてはCF4,SF6,NF3,CH22
ス単体又はこれらのガスにO2,N2,Ar,He等の不
活性ガスのうち少なくとも1つを混合したガスを用いる
ようにしてもよい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好ましい実施の形態について説明する。
【0011】成膜装置1のチャンバ2内には、図1に示
すようにサセプタ12が設けられ、被処理体としての半
導体ウエハWがサセプタ12上に載置されるようになっ
ている。チャンバ2の内部は整流板3により上下に仕切
られ、上部にはガス導入部4が形成され、下部には成膜
室5が形成されている。
【0012】チャンバ2の上部壁を成膜ガス供給管6お
よびエッチングガス供給管7がそれぞれ貫通し、各供給
管の開口部6a,7aがガス導入部4にそれぞれ連通し
ている。成膜ガス供給管6はバルブ6bを介して図示し
ないガス供給源に連通している。このガス供給源は成膜
ガスとしてのシラン、ジシラン等を収容した複数のガス
ボンベを備えている。一方、エッチングガス供給管7は
バルブ7bを介して図示しないガス供給源に連通してい
る。このガス供給源はクリーニング用のエッチングガス
としてのClFを収容したガスボンベを備えている。
供給管6又は7を介してガス導入部4にガスを供給する
と、ガスは整流板3の多数の孔3aを通って下方の成膜
室5に流れ込むようになっている。
【0013】チャンバ2の下部壁を複数の排気管8がそ
れぞれ貫通している。これらの排気管8の開口部8aは
サセプタ12の周囲で成膜室5に連通開口している。複
数の排気管8はバルブ8bに合流し、さらに自動圧力制
御バルブ9を経由して真空ポンプ10の吸引口に連通し
ている。真空ポンプ10は成膜室5の内圧が例えば1×
10-3〜1×10-6Torrのレベルになるまで排気する能
力を有している。
【0014】次に、図2および図3を参照しながら自動
圧力制御バルブ(APC)9について説明する。
【0015】APC9は、真空ポンプ10による成膜室
5の排気量を制御するためのものであり、ケース91、
弁体92、Oリング93、弁座94、シャフト95、ス
テッピングモータ96をそれぞれ備えている。ケース9
1内には弁体92が流路90を塞ぐように可動にシャフ
ト95に支持されている。弁体92の外周には保持溝が
形成され、この保持溝にOリング93が嵌め込まれてい
る。Oリング93は硬質の樹脂又は金属でつくられ、ケ
ース91の内面に形成された弁座94に当接され、流路
90を気密に塞ぐようになっている。シャフト95はス
テッピングモータ96の駆動軸に連結されている。モー
タ96によりシャフト95を回転角度制御動作させる
と、弁体92の開度が変わるようになっている。
【0016】モータ96の電気回路はケーブル97を介
して図示しない電源に接続され、電源はコントローラ
(図示せず)の出力部に接続されている。コントローラ
の入力部には成膜室5に取り付けられた圧力センサ(図
示せず)が接続されている。コントローラは、圧力セン
サから成膜室内圧の検出信号を受けると、これに基づい
てモータ96の電源に指令信号を送り、APC9の弁体
92の開度を変えさせるようになっている。
【0017】サセプタ12はチャンバ2の下部に取り付
けられている。サセプタ12の上部にはウエハホルダ1
3が設けられ、この上にウエハWが載置されるようにな
っている。サセプタ12は円筒状をなし、その内部には
少なくとも3本のリフトピン14とヒータ18がそれぞ
れ設けられている。
【0018】リフトピン14はシリンダ16に昇降可能
に支持されている。シリンダ16によりリフトピン14
を上昇させると、各ピン14はウエハホルダ13の貫通
孔13aを通ってホルダ13より突出してウエハWを上
方に突き上げるようになっている。リフトピン14は耐
食性金属、樹脂、カーボン材あるいはセラミックででき
ている。
【0019】ヒータ18は渦巻状をなし、ウエハホルダ
13とほぼ平行に設けられている。このヒータ18は抵
抗発熱体からなり、最高加熱温度が約1000℃であ
る。ヒータ18の電源も図示しないコントローラにより
制御されるようになっている。
【0020】チャンバ2の下部壁のほぼ中央をパージガ
ス供給管20が貫通し、供給管の開口部20aがサセプ
タ12の内部に連通している。パージガス供給管20は
バルブ20bを介して図示しない窒素ガス供給源に連通
している。バルブ20bは流量制御弁であり、ガス供給
源からサセプタ12の内部に供給される窒素ガスの流量
が制御されるようになっている。
【0021】次に、クリーニング動作について説明す
る。
【0022】繰り返しの成膜処理により成膜室5の内壁
面2aやサセプタ12の外周面等には例えばポリシリコ
ン膜が多量に付着堆積している。このポリシリコン膜を
以下の条件で除去した。
【0023】排気管8を介してチャンバ2の内部を真空
排気した状態から、成膜室5の内圧を希釈ガスやサセプ
タパージガスによって約385Torrまで上昇させた
ところでエッチングガスとしてClF単体ガスを約6
00sccmの流量で供給管7を介してチャンバ2内に
導入した。排気とガス供給とがバランスして成膜室5の
内圧が約385TorrになるようにAPC9の開度を
制御した。クリーニング処理中はパージガス供給管20
を介して窒素ガスをサセプタ12の内部に供給し、パー
ジガスによりヒータ18およびリフトピン14の腐食を
防止した。
【0024】これによりチャンバ内壁面2a、整流板3
の下面、サセプタ12の外周面にそれぞれ付着したポリ
シリコン膜を除去した。本実施例では約14〜17分間
のクリーニング処理により成膜室5の内壁面2aおよび
サセプタ12の外周面等からほぼ完全に付着膜を除去す
ることができた。
【0025】図4は横軸に自動圧力制御バルブ(AP
C)の開度(%)をとり、縦軸に成膜室内の圧力(P
a)をとって、Oリング付きAPCを用いて成膜室内を
圧力制御した結果(実施例)とOリング無しAPCを用
いて成膜室内を圧力制御した結果(比較例)とを比べて
その減圧効果を示す特性線図である。図中の特性線A
(黒菱形)は実施例の方式で制御した結果を、特性線B
(黒三角)は比較例の方式で制御した結果を示す。図か
ら明らかなようにOリング無しAPC(特性線B)より
もOリング付きAPC(特性線A)のほうが排気コンダ
クタンスの調整幅が広いことがわかる。従って、成膜プ
ロセスは膜の均一性や被覆性能を向上させるために低圧
で行われるため、Oリング付きAPCを用いることによ
り高圧クリーニング処理が可能な圧力から成膜処理可能
な圧力までを1つのAPCで対応させることができる。
また、クリーニングと成膜とで別々の排気系をもつ必要
がなくなるので、コストダウンに寄与することができ
る。
【0026】図5は横軸にパージガスとしてのN2ガス
流量(標準リットル/分)をとり、縦軸にクリーニング
ガスによるサセプタ内部のエッチング速度(μm/分)
をとって、両者の関係について調べた特性線Cを示す図
である。図から明らかなように、パージガス流量の増加
に伴いサセプタ内部の削れ量は急激に減少し、窒素ガス
流量が標準状態で6リットル/分以上になると、削れ量
がほぼゼロになる。
【0027】図6は横軸に成膜室内の圧力(Torr)
をとり、縦軸にエッチング速度(μm/分)をとって、
エッチング速度の圧力依存性を示す特性線Dを示す図で
ある。エッチング速度の計測点は、チャンバ内壁面2
a、整流板3の下面、サセプタ12の外周面でそれぞれ
1箇所とした。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、周辺機器および部品を
損傷させることなく成膜室の内部に付着した膜を高圧下
で迅速に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る成膜装置のクリーニン
グ方法に用いられた装置の概要を示す内部透視断面図。
【図2】自動圧力制御バルブ(APC)をガス流路に直
交する方向から見て示す図。
【図3】自動圧力制御バルブ(APC)をガス流路に平
行な方向から見て示す図。
【図4】APC開度と成膜室の圧力との関係をOリング
の有無により比較して示す特性線図。
【図5】パージガスとしてのN2ガス流量とクリーニン
グガスによるサセプタ内部の削れ量との関係を示す特性
線図。
【図6】クリーニング処理時における成膜室内の圧力と
エッチング速度との関係を示す特性線図。
【符号の説明】
1…成膜装置、 2…チャンバ、2a…内壁面、 3…整流板、 4…ガス導入部、 5…成膜室、 6…成膜ガス供給管、 7…エッチングガス供給管、 8…排気管、 9…自動圧力制御バルブ(APC)、 90…ガス流路、 91…ケース、 92…弁体、 93…Oリング、 94…弁座、 95…シャフト、 96…モータ、 10…真空ポンプ、 12…サセプタ、 13…ウエハホルダ、 14…リフトピン、 16…昇降シリンダ、 18…ヒータ、 20…パージガス供給管、 W…ウエハ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 成膜室の内部に付着した不要な膜を除去
    する成膜装置のクリーニング方法であって、 成膜後に、成膜室内を一方側に排気するとともに、エッ
    チングガスを他方側から成膜室内に導入して成膜室の内
    圧を数百Torr程度の高圧に保持し、エッチングガス
    成分を作用させて付着した不要な膜を除去することを特
    徴とする成膜装置のクリーニング方法。
  2. 【請求項2】 Oリング付き弁体を有する自動圧力制御
    バルブを用いて成膜室内を排気することにより成膜室の
    内圧を300〜500Torrの範囲に圧力制御するこ
    とを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 サセプタ内部に不活性ガスを供給してサ
    セプタ内部の部材の腐食損傷を防止することを特徴とす
    る請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 標準状態で6リットル/分以上の流量の
    窒素ガスを供給してサセプタ内部を窒素ガスパージする
    ことを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 エッチングガスとしてClF3ガス単体
    又はClF3ガスに他の成分ガスを混合したガスを用い
    ることを特徴とする請求項1記載の方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011035434A (ja) * 2002-03-28 2011-02-17 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体デバイスの製造方法およびクリーニング方法

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