JP2006210671A

JP2006210671A - 半導体製造装置のクリーニング方法

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Publication number: JP2006210671A
Application number: JP2005021137A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yoshimori; 大晃吉森
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】半導体製造装置の真空処理室内の洗浄時に処理室内壁等に付着する水分を早期に除去し、装置のダウンタイムを短縮させることにより、生産性の向上を図ることのできる半導体製造装置のクリーニング方法を提供する。
【解決手段】真空の処理室１と、ガス導入口２と、排気口３とを備える。処理室１内部には、ウェハを載置し処理するステージ１ａが設けられ、このステージ１ａは処理室外部の高周波電源と接続されている。排気口３の下流側には、処理室１の排気量を制御する圧力制御装置４および圧力計６と、処理室１内の空気を排気するポンプ５とが設けられている。洗浄後の処理室１内を真空排気する場合に、ガス導入口２から水分を含んでいないパージガスを流し、同時にポンプ５を稼動させ真空排気を行い、かつ使用しているポンプ５を排気速度が大きい範囲で使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置のクリーニング方法に係り、特に、装置のダウンタイムを短縮させることにより、生産性の向上を図る技術に関する。

プラズマ処理によってアッシングを行う半導体製造装置においては、基板の表面から除去されたレジストがアッシングを行う真空処理室の内壁に茶色い堆積物として大量に付着する。このような堆積物が真空処理室内に付着すると、アッシング処理の雰囲気が変化する。このためアッシングレートの変動が生じたり、堆積物のパーティクルが発生することになる。

アッシングレートの変動はアッシング処理の不均一を招き、多数の基板を安定して処理することが困難になる。またパーティクルの発生はパーティクルが基板表面に付着することを意味し、製品不良を発生させて製品歩留まりを低下させる。そこで、真空処理室に付着した堆積物を定期的に、あるいはアッシング処理の度に除去する必要が生じる。従来は真空処理室内を大気開放してアルコールなどの揮発性洗浄剤や純水を使用して処理室内壁を拭上げ洗浄していた。

半導体製造装置の真空処理室を大気開放して洗浄を行った場合、洗浄後には、処理室を一定時間真空に排気し、その後に清浄度試験を行って、処理室が所定の規格内に入っていることを確認し処理を再開する。言い換えれば、洗浄後に処理室を真空排気して内壁に吸着した水分等の揮発性残留物（以下、残留水分等という。）がほぼ除去されなければ、処理室が清浄度試験の規格内に入らず、処理を再開できないのである。つまり、処理室を真空排気している間は装置のダウンタイム時間となるから、この時間を短くできれば、短くできた時間分が装置ダウンタイムの短縮になり、これにより生産性が向上することとなる。

そこで、従来から、この装置のダウンタイムを短縮するべく、洗浄後の真空処理室内壁に吸着している残留水分等をプラズマ放電やヒータで加熱して除去したり、パージガスで除去する技術が知られている。
特開平１０−２３３３８９号公報

ところで、上記のパージガスにより真空処理室内壁の残留水分等を除去する方法では、パージガスの導入、パージガスの停止、排気処理の開始、排気処理の停止、パージガスの導入という処理サイクルを繰り返して行うようにしている。すなわち、真空処理室内に密閉されたパージガスを排気ポンプ（真空ポンプ）で排気することにより真空処理室内壁に吸着している残留水分等を除去している。

しかしながら、密閉された処理室内のガスを排気ポンプで真空排気した場合、当初すなわち処理室内が高圧時には排気効率が良いが、低圧になるに従って排気効率が下がり、その結果、全体としてはクリーニング作業に長時間を要することとなっていた。これは、上記のようなガスの導入の開始及び停止のサイクルを繰り返したとしても結果は同様であり、作業時間の短縮とはならなかった。

本発明は、かかる課題の認識に基づいて提案されたものであり、その目的は、半導体製造装置の真空処理室の洗浄時に処理室内壁等に吸着している残留水分等を早期に除去し、装置のダウンタイムを短縮させることにより、生産性の向上を図ることのできる半導体製造装置のクリーニング方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、真空の処理室を備えた半導体製造装置をクリーニングする方法であって、前記処理室の洗浄後に、前記処理室を真空排気すると同時に又は所定の間隔をおいて前記処理室内にパージガスを導入し、前記真空排気処理における排気ポンプの吸入圧力を１Ｐａ以上１００００Ｐａ以下とすることを特徴とする。

以上のような態様では、真空処理室の洗浄後、処理室内を真空排気する場合に、当該処理室内に水分を含んでいないパージガス、例えば窒素ガスや酸素ガスを流しながら真空排気を行い、かつ真空排気処理における排気ポンプの吸入圧力を１Ｐａ以上とすることによって、排気ポンプの排気速度が大きい範囲で真空排気を行う。これにより、到達圧力の１Ｐａ以下となった場合に排気速度が急激に遅くなり処理室１の内壁から脱離した残留水分等が排気されにくくなってしまう状態を防ぐことができる。したがって、真空排気処理において処理室内壁に付着した水分を効率よく排気することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記吸入圧力は、５Ｐａ以上１０００Ｐａ以下であることを特徴とする。
以上のような態様では、吸入圧力が１Ｐａの場合は、排気速度が最大排気速度の３０％となり、洗浄後、処理室内が清浄度試験の規格内に入るまでに相当時間を要するが、これをガスを導入し、排気ポンプの吸入圧力を５Ｐａ以上として最大排気速度の８０％以上の範囲で排気することとすれば、上記規格内に入るまでに排気時間を１／３以下に短縮することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記真空排気処理における排気ポンプの吸入圧力が所定の値より下がった場合に前記パージガスを導入することを特徴とする。
以上のような態様では、処理室内のパージガスを排気ポンプで真空排気した場合、当初すなわち処理室内が高圧時には排気効率が良いが、低圧になるに従って排気効率が下がるから、この低圧になったところで、パージガスを導入することにより、吸入圧力を上げて排気速度を高く保つことができる。そのため、処理室内壁に吸着した残留水分を効率よく排気することが可能となる。

請求項４の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記パージガスの導入量と前記排気量を調整して前記真空排気処理における排気ポンプの吸入圧力を所定の圧力値に保つことを特徴とする。
以上のような態様では、パージガスの導入量と真空排気の排気量を調整して、排気ポンプの吸入圧力を一定範囲に保つことによって、吸入圧力の低下による排気効率の低下を防止し、処理室内壁に吸着した残留水分等を短時間で排気することが可能となる。

以上のような本発明では、半導体製造装置の真空処理室の洗浄時に処理室内壁に吸着した残留水分等を早期に除去し、装置のダウンタイムを短縮させることにより、生産性の向上を図ることができる。

次に、本発明の実施の形態（以下、実施形態と呼ぶ）について、図１から図３を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明を実現するための基本的構成を備えた半導体製造装置を示したものであり、真空の処理室１と、ガス導入口２と、排気口３と圧力計６とを備える。ガス導入口２の上流側には、ガス供給手段７とガス制御手段８が設けられている。このガス供給手段７は、パージガスを供給するためのものであり、ガス制御手段８は、パージガス流量を測定しつつ、その流量を所定の設定値に制御するためのものである。

排気口３の下流側には、処理室１からの排気量を制御する圧力制御装置４と、処理室１内のガスを排気するポンプ５とが設けられている。この圧力制御装置４は、圧力計６による測定値が所定の範囲となるように、排気流量又は圧力を制御するものであり、この圧力制御装置４により排気ポンプ５の吸入圧力が制御される。なお、図１では、圧力計６を圧力制御装置４と排気ポンプ５の間に設けているが、応答性は落ちるものの圧力計６を排気口３の入口付近や処理室１に設けることもできる。

また、図１における半導体製造装置は本発明のクリーニング方法を実現するための最小構成を例示するものに過ぎず、その他公知の装置構成の追加変更は適宜可能である。例えば、ガス導入口２は、図面上装置の上方向に設けているが、処理室の側方からガスを導入するように設けても良く、またウエハを載置するステージ１ａや高周波電源等の公知の半導体製造装置の構成要素の追加や変更は自由である。

次に、このような構成の半導体製造装置のクリーニング方法について説明する。処理室１を大気開放した後、アルコールなどの揮発性洗浄剤や純水を使用して処理室１の内壁を拭上げ洗浄するが、この際、処理室１の内壁には水分等が吸着する。この内壁に吸着した水分等が除去されないと、清浄度試験の規格内に入らないため、洗浄後は処理室１を真空排気して処理室１の内壁に吸着した水分等を徐々に除去する。

ここで、本実施形態における清浄度試験とは、半導体製造装置内の清浄度を評価するためのものである。具体的には、処理室内を真空排気した後、密閉状態で放置すると、処理室内壁等に吸着している水分等が徐々に脱離してくるが、水分等が脱離してくると、その分、処理室内圧力が上昇する。清浄度試験とは、その圧力上昇量で処理室内壁等の清浄度を評価するものである。なお、試験の手順については後述する。

従来、処理室１内の洗浄後に密閉された処理室１を単に真空排気した場合、排気当初の処理室１内が高圧な時には排気効率が高いが、処理室１内が低圧なるにつれて排気効率は下がる。特に、排気ポンプの吸入圧力が１Ｐａ以下となってしまうと、図２に示すように排気速度が急激に遅くなり、処理室１の内壁から脱離した水分等が排気されにくくなってしまう。

そこで、本実施形態では、洗浄後の処理室１内を真空排気する場合に、ガス導入口２から水分を含んでいないガス（パージガス）、例えば窒素ガスや酸素ガスを流しながら、同時にポンプ５を稼動させ真空排気を行い、かつ使用しているポンプ５を排気速度が大きい範囲で使用する。

ポンプ５による排気は、原則として、排気作業中に排気ポンプの吸入圧力を所定圧力以上に保ったまま行えばよいから、具体的な手法としては、例えば、排気作業中に排気ポンプの吸入圧力が所定値以下に下がったときにガス導入口２からガスを導入し、所定圧力値以上を保ちつつ排気作業を行ったり、連続的にガスを導入しつつガス導入量と排気量とを調整して排気ポンプの吸入圧力を所定圧力値以上に保ちつつ排気する方法等がある。なお、排気ポンプの吸入圧力の制御は、圧力計６と圧力制御装置４によって行う。

次に、ポンプ５による排気速度について図３を用いて説明する。図３は、処理室１の洗浄後、ガス導入口２から水分を含まない酸素ガスを供給してポンプ５の吸入圧力を圧力制御装置４で任意に調整した場合における、清浄度試験に合格することができる程、処理室内壁等が清浄化されるのに必要となる真空排気時間を示したものである。なお、このときの処理室１の内壁温度は常温である。

これによると、排気ポンプの吸入圧力が１Ｐａの場合は、排気速度が排気ポンプの最大排気速度の３０％となり、清浄度試験の合格規格値内に入るまでに９０分間を要するが、これをガスを導入し、吸入圧力を５Ｐａ以上として最大排気速度の８０％以上の範囲で排気することとすれば、合格規格値内に入るまでの時間が４０分間程度となり、ガスを流さないで真空排気した０．３Ｐａの場合と比較して、排気時間を１／３以下に短縮することができる。

ここで、清浄度試験の手順について説明すると、まず、処理室１の洗浄処理等の後、処理室を密閉して真空排気する。次に、真空排気を止め、密閉状態における所定時間内（通常は３００ｓｅｃ程度）の圧力上昇を測定する。そして、上記測定値と処理室容積から試験値を求める。その際に使用する換算式は、次の通りである。
（数１）

経験則上、この試験値が１０^-4Ｐａ・ｍ³／ｓｅｃ以下であれば、半導体装置等の製造に悪影響を及ぼさないことが知られており、本実施形態においても、これを清浄度試験の合格規格値としている。

このような本実施形態によれば、洗浄後の処理室１内を真空排気する場合に、ガス導入口２から水分を含んでいないパージガス、例えば窒素ガスや酸素ガスを流し、真空排気を行い、かつ使用しているポンプ５を排気速度が大きい範囲で使用することにより、効率よく内壁から脱離した残留水分等を排気することができ、これにより最も効率的に処理室内壁に吸着した水分等を除去することが可能となる。

本実施形態は、具体的には例えば以下のような条件において実施される。処理室１の処理室体積を１０〜６０Ｌとする。ガス導入口２から導入するガスをＮ₂又はＡｒ若しくは０₂とする。また、ガス流量は２００〜１０００ｓｃｃｍとし、処理温度としては処理室１の内壁温度を常温〜８０℃とする。

なお、内壁温度は常温でも図３のような効果を生ずるが、温度が高くなれば内壁より脱離する水分等の量が増すので、さらにダウンタイムの短縮を図ることができる。

ポンプ５には、ポンプ能力３０００Ｌ／ｍｉｎ（ドライポンプ）〜７８０００Ｌ／ｍｉｎ（ターボ分子ポンプ）のものを用いる。また、排気時間は４０〜９０ｍｉｎとした。また、ポンプの吸入圧力値は、１Ｐａ以上１００００Ｐａ以下とする。

以上のように、洗浄後の処理室１内を真空排気する場合に、ガス導入口２から水分を含んでいないパージガスを流し、真空排気を行い、かつ使用しているポンプ５を排気速度を最大排気速度の８０％以上の範囲で排気することとすれば、清浄度試験の合格規格値である１０^-4Ｐａ・ｍ³／Ｓ内に入るまでの排気時間を従来の１／３以下に短縮することができる。これにより、効率よく内壁から脱離した残留水分等を除去することが可能となる。

［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次に例示するような他の実施形態も含むものである。例えば、上記実施形態では、半導体製造装置の例として、アッシング装置を取り上げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ドライエッチング装置、ＣＶＤ装置あるいはスパッタ装置などの半導体製造装置のクリーニングにも適用可能である。

また、排気ポンプの例としてドライポンプ、ターボ分子ポンプを挙げているが、本発明はこれらに限らず、同様の機能を有する排気ポンプも含まれる。さらに、パージガスの例として、Ｎ₂、Ａｎ、Ｏ₂などを取り上げているが、これらに限らず、水分等の揮発性成分を含まないガスであれば良い。

本発明はまた、通常行う堆積物除去のためのクリーニング作業のみならず、例えば、処理室内部材の交換等のために処理室を大気開放し、その後、内壁に吸着した水分等を除去する場合等のクリーニング作業にも適用が可能である。そして、この除去する残留水分等は、処理室内壁に吸着したものに限られず、処理室内の例えばステージ等の内部部材に吸着したものも含まれることは言うまでもない。

本発明の実施形態の装置構成を示す図。本発明の実施形態における吸入圧力と排気速度の関係を示す図。本発明の実施形態における吸入圧力、最大排気速度比及び清浄度試験の規格内に到達する時間の関係を示した図。

符号の説明

１…処理室
１ａ…電極
２…ガス導入口
３…排気口
４…圧力制御装置
５…ポンプ
６…圧力計
７…ガス供給手段
８…ガス制御手段

Claims

真空の処理室を備えた半導体製造装置をクリーニングする方法であって、
前記処理室の洗浄後に、前記処理室を真空排気すると同時に又は所定の間隔をおいて前記処理室内にパージガスを導入し、
前記真空排気処理における排気ポンプの吸入圧力を１Ｐａ以上１００００Ｐａ以下とすることを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。
前記排気ポンプの吸入圧力は、５Ｐａ以上１０００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
前記真空排気処理における排気ポンプの吸入圧力が所定の値より下がった場合に前記パージガスを導入することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体製造装置のクリーニング方法。
前記パージガスの導入量と前記排気量を調整して前記真空排気処理における排気ポンプの吸入圧力を所定の圧力値に保つことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体製造装置のクリーニング方法。