JP2011151243A - 基板処理装置のクリーニング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複雑な工程を要することなく、簡易にターボ分子ポンプの内部に付着した付着物を除去することのできる基板処理装置のクリーニング方法を提供する。
【解決手段】処理ガス供給機構102からの処理ガスの供給を停止する工程と、ターボ分子ポンプ103を停止する工程と、真空ポンプ104を駆動してターボ分子ポンプ103の排気側圧力を低下させつつターボ分子ポンプ103を加熱機構107によって加熱してターボ分子ポンプ103内に付着した付着物を除去する除去工程とを実施する。
【選択図】図1
【解決手段】処理ガス供給機構102からの処理ガスの供給を停止する工程と、ターボ分子ポンプ103を停止する工程と、真空ポンプ104を駆動してターボ分子ポンプ103の排気側圧力を低下させつつターボ分子ポンプ103を加熱機構107によって加熱してターボ分子ポンプ103内に付着した付着物を除去する除去工程とを実施する。
【選択図】図1
Description
本発明は、基板処理装置のクリーニング方法に関する。
例えば、半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ等の基板を基板処理装置の処理チャンバー内に配置し、処理チャンバー内を所定圧力の真空雰囲気として、基板に所定の処理(例えば、エッチングや成膜。)を施すことが行われている。
このような基板処理装置では、処理チャンバーの排気部にターボ分子ポンプ(Turbo Molecular Pump)を設け、このターボ分子ポンプの下流側にドライポンプ等を設けた構成とすることが知られている。このような構成とした場合、ターボ分子ポンプ内に流入したガスやパーティクル等によってターボ分子ポンプの内部の回転翼等に異物が付着する場合がある。この場合、処理チャンバーとターボ分子ポンプとの間にガスやパーティクル等を捕捉するデポトラップ(コールドトラップ等)を設ければよいが、装置の構造上処理チャンバーとターボ分子ポンプとの間にデポトラップを設けることが困難な場合があり、また、このような位置にデポトラップを設けることは、真空度を高めるという観点からは好ましくない。
また、この場合、ターボ分子ポンプを加熱して異物の付着を防止することも考えられるが、ターボ分子ポンプでは、動作中は動翼が高速回転しており、その温度を上げ過ぎると動翼がクリープ現象を起こすため、ターボ分子ポンプを一定温度(例えば120℃)以上に加熱することは、好ましくない。このため、従来からターボ分子ポンプの内部の付着物を除去するための各種のクリーニング方法が提案されている。その一つとして、例えば、付着物に向けて、付着物を気化させる気化ガスを供給して付着物を除去する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
上述したとおり、従来からターボ分子ポンプの内部をクリーニングする各種の方法が提案されている。しかしながら、例えば、プラズマエッチング装置では、形成するパターンが、56nmから43nmさらに32nm等に微細化されるに従って、その工程は複雑化しており、例えばデポ物を付着させつつエッチングする工程等のため、ターボ分子ポンプの内部に付着する付着物の量が増加する傾向にある。このため、複雑な工程を要することなく、簡易にターボ分子ポンプの内部に付着した付着物を除去することのできる基板処理装置のクリーニング方法の開発が望まれていた。
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、複雑な工程を要することなく、簡易にターボ分子ポンプの内部に付着した付着物を除去することのできる基板処理装置のクリーニング方法を提供しようとするものである。
本発明に係る基板処理装置のクリーニング方法は、基板を収容して所定の処理を施す処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に所定のガスを供給するガス供給機構と、前記処理チャンバーに接続され、前記処理チャンバー内を排気するためのターボ分子ポンプと、前記ターボ分子ポンプを冷却するための冷却機構と、前記ターボ分子ポンプの排気側に設けられた真空ポンプとを具備した基板処理装置の前記ターボ分子ポンプ内に付着した付着物を除去するための基板処理装置のクリーニング方法であって、前記ガス供給機構からのガスの供給を停止する工程と、前記ターボ分子ポンプを停止する工程と、前記真空ポンプを駆動して前記ターボ分子ポンプの排気側圧力を低下させつつ前記ターボ分子ポンプを加熱機構によって加熱して前記ターボ分子ポンプ内に付着した付着物を除去する除去工程とを具備したことを特徴とする。
本発明によれば、複雑な工程を要することなく、簡易にターボ分子ポンプの内部に付着した付着物を除去することのできる基板処理装置のクリーニング方法を提供することができる。
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置のクリーニング方法を実施する基板処理装置の構成を模式的に示すものである。図1に示すように、基板処理装置100は、処理チャンバー101を具備している。この処理チャンバー101は、内部を気密に閉塞可能とされており、この中に半導体ウエハ等の基板を収容して、この基板に所定の処理を施すようになっている。
処理チャンバー101には、この処理チャンバー101内に所定のガス(処理ガス)を供給するためのガス供給機構102が接続されている。また、処理チャンバー101の下部には、この処理チャンバー101内を所定の真空度に排気するためのターボ分子ポンプ103が接続されており、処理チャンバー101とターボ分子ポンプ103との間には、自動圧力制御弁106が介挿されている。
また、ターボ分子ポンプ103の排気側には、ドライポンプ(真空ポンプ)104が設けられている。さらに、ターボ分子ポンプ103には、ターボ分子ポンプ103の駆動中に、ターボ分子ポンプ103を冷却するための冷却機構105が設けられている。なお、処理チャンバー101には、基板に所定の処理を施すための機構、例えば、処理ガスをプラズマ化するための機構、基板を加熱又は冷却するための温度調節機構等が設けられている。
上記構成の基板処理装置100では、処理チャンバー101内に半導体ウエハ等の基板を収容し、ターボ分子ポンプ103及びドライポンプ104によって、処理チャンバー101内を所定の真空度に真空引きしながら、ガス供給機構102によって、処理チャンバー101内に所定のガスを供給して基板に所定の処理を施す。この処理が、例えばプラズマエッチング処理の場合、ガス供給機構102から供給されるガスとしては、例えばAr、N2、O2、CHF3、CH2F2、C4F8、CO、CF4、C4F6、CH4等が挙げられる。
このように基板処理装置100において基板の処理、例えばエッチング処理等を行うと、パーティクルや副生成物がターボ分子ポンプ103内に侵入してターボ分子ポンプ103内に付着する。このターボ分子ポンプ103内の付着物を除去するクリーニングを行うために、本実施形態では、ターボ分子ポンプ103を加熱するための加熱機構107が設けられており、ターボ分子ポンプ103とドライポンプ104との間には、デポトラップ108(コールドトラップ等)が介挿されている。なお、ターボ分子ポンプ103の機種によっては、加熱機構を具備したものもあり、この場合は、この加熱機構を用いることができる。
以下、ターボ分子ポンプ103内の付着物をクリーニングする方法について説明する。ターボ分子ポンプ103内の付着物をクリーニングする際は、ガス供給機構102からのガスの供給を停止するとともに、ターボ分子ポンプ103を停止する。この時、冷却機構105によるターボ分子ポンプ103の冷却を停止することが好ましい。また、自動圧力制御弁106を閉じることがさらに好ましい。
次に、ドライポンプ(真空ポンプ)104を駆動してターボ分子ポンプ103の排気側圧力を低下させつつ加熱機構107によってターボ分子ポンプ103を加熱することによってターボ分子ポンプ103内の付着物を除去する除去工程を実施する。
この除去工程では、ターボ分子ポンプ103の排気側圧力を少なくとも1330Pa(10Torr)以下とすることが好ましく、133Pa(1Torr)以下程度とすることがさらに好ましい。また、加熱機構107によるターボ分子ポンプ103の加熱温度は、120℃以上、例えば150℃程度とすることが好ましい。これによって、ターボ分子ポンプ103内の付着物を、主に昇華によりガス化して除去することができる。なお、この際、ターボ分子ポンプ103から除去された付着物は、デポトラップ108によってトラップされ、ドライポンプ104中に侵入することを抑制することができる。
基板処理装置100がプラズマエッチングの場合であって、処理ガスとしてAr、N2、O2、CHF3、CH2F2、C4F8、CO、CF4、C4F6、CH4等のガスを使用した場合のターボ分子ポンプ103内の付着物について上記のクリーニング工程を実施した。なお、エッチング処理としては、主としてレジストをマスクとしてSiO2等をエッチングする処理を行った場合であり、ターボ分子ポンプ103内の付着物には、元素としてF,N,Si,O,C,H等が含まれており、付着物中にはCとFとの結合、SiとFとの結合、NとHとの結合、CとOとの結合、SiとOとの結合等が含まれている。
上記のクリーニングの結果、ターボ分子ポンプ103の排気側圧力を133Pa(1Torr)、加熱温度を120℃とし、上記の除去工程を2時間行った場合、付着物の40%程度を除去することができた。また、ターボ分子ポンプ103の排気側圧力を133Pa(1Torr)のまま、加熱温度を150℃に上昇させ、さらに上記の除去工程を2時間行った場合、略100%の付着物を除去することができた。この付着物の減少量は、熱重量分析によって測定した。なお、この場合の付着物は、大気圧では140℃付近から昇華が始まり、133Pa(1Torr)以下では、110℃付近から昇華が始まる。このため、加熱温度を考慮すると、少なくともターボ分子ポンプ103の排気側圧力を1330Pa(10Torr)以下とすることが好ましく、133Pa(1Torr)以下とすることがさらに好ましい。また、ターボ分子ポンプ103の加熱温度は、120℃以上とすることか好ましく、150℃程度とすることがさらに好ましい。
上記のクリーニング工程を行う頻度は、基板処理装置100の種類や実施するプロセスによって大きく異なるが、上記のように基板処理装置100がプラズマエッチングの場合であって、使用する処理ガスが上記のような場合、数年に1回〜数カ月に1回程度となる。以上のように本実施形態では、複雑な工程を要することなく、簡易にターボ分子ポンプ103の内部に付着した付着物を除去することができる。
図2は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置のクリーニング方法を実施する基板処理装置の構成を模式的に示すものである。図2に示すように、基板処理装置100aでは、ターボ分子ポンプ103とドライポンプ(真空ポンプ)104との間に第2のターボ分子ポンプ109を介挿し、この第2のターボ分子ポンプ109とドライポンプ(真空ポンプ)104を駆動してターボ分子ポンプ103のクリーニング(上記した除去工程)を行う。
なお、図2では、第2のターボ分子ポンプ109とドライポンプ(真空ポンプ)104との間にデポトラップ108を設けているが、ターボ分子ポンプ103と第2のターボ分子ポンプ109との間にデポトラップ108を設けてもよい。なお、他の部分については、図1に示した基板処理装置と同様に構成されているので、対応する部分には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
本実施形態では、通常時は介挿されていない第2のターボ分子ポンプ109を排気系に介挿してターボ分子ポンプ103をクリーニングするため、図1に示した実施形態よりも工程数が増加するが、ターボ分子ポンプ103の排気側圧力をより低下させることができるので、ターボ分子ポンプ103の加熱温度をより低い温度(例えば、80℃〜90℃)で、ターボ分子ポンプ103中の付着物を除去することができる。さらに、冷却機構105によるターボ分子ポンプ103の冷却を停止すれば、より効率的にターボ分子ポンプ103中の付着物を除去することができる。
図3は、図1、図2に示した基板処理装置の処理チャンバー101の部分の構成を、プラズエッチング装置を例にして具体的に示したものである。プラズマエッチング装置200は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバー1を有している。この処理チャンバー1は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。
処理チャンバー1内には、被処理基板である半導体ウエハWを水平に支持する載置台2が設けられている。載置台2は例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台2は、絶縁板3を介して導体の支持台4に支持されている。また、載置台2の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング5が設けられている。さらに、載置台2及び支持台4の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材3aが設けられている。
載置台2には、第1の整合器11aを介して第1のRF電源10aが接続され、また、第2の整合器11bを介して第2のRF電源10bが接続されている。第1のRF電源10aは、プラズマ発生用のものであり、この第1のRF電源10aからは所定周波数(27MHz以上例えば40MHz)の高周波電力が載置台2に供給されるようになっている。また、第2のRF電源10bは、イオン引き込み用(バイアス用)のものであり、この第2のRF電源10bからは第1のRF電源10aより低い所定周波数(13.56MHz以下、例えば2MHz)の高周波電力が載置台2に供給されるようになっている。一方、載置台2の上方には、載置台2と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド16が設けられており、シャワーヘッド16と載置台2は、一対の電極(上部電極と下部電極)として機能するようになっている。
載置台2の上面には、半導体ウエハWを静電吸着するための静電チャック6が設けられている。この静電チャック6は絶縁体6bの間に電極6aを介在させて構成されており、電極6aには直流電源12が接続されている。そして電極6aに直流電源12から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハWが吸着されるよう構成されている。
支持台4の内部には、冷媒流路4aが形成されており、冷媒流路4aには、冷媒入口配管4b、冷媒出口配管4cが接続されている。そして、冷媒流路4aの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、支持台4及び載置台2を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台2等を貫通するように、半導体ウエハWの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス(バックサイドガス)を供給するためのバックサイドガス供給配管30が設けられており、このバックサイドガス供給配管30は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台2の上面に静電チャック6によって吸着保持された半導体ウエハWを、所定の温度に制御可能となっている。
上記したシャワーヘッド16は、処理チャンバー1の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド16は、本体部16aと電極板をなす上部天板16bとを備えており、絶縁性部材45を介して処理チャンバー1の上部に支持されている。本体部16aは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板16bを着脱自在に支持できるように構成されている。
本体部16aの内部には、ガス拡散室16cが設けられ、このガス拡散室16cの下部に位置するように、本体部16aの底部には、多数のガス通流孔16dが形成されている。また、上部天板16bには、当該上部天板16bを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔16eが、上記したガス通流孔16dと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室16cに供給された処理ガスは、ガス通流孔16d及びガス導入孔16eを介して処理チャンバー1内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部16a等には、冷媒を循環させるための図示しない配管が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド16を所望温度に冷却できるようになっている。
上記した本体部16aには、ガス拡散室16cへ処理ガスを導入するためのガス導入口16gが形成されている。このガス導入口16gにはガス供給配管15aが接続されており、このガス供給配管15aの他端には、プラズマエッチング用の処理ガスを供給する処理ガス供給源15が接続されている。
ガス供給配管15aには、上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)15b、及び開閉弁V1が設けられている。そして、処理ガス供給源15からプラズマエッチングのための処理ガスとして、例えばAr、N2、O2、CHF3、CH2F2、C4F8、CO、CF4、C4F6、CH4等のガスが、ガス供給配管15aを介してガス拡散室16cに供給され、このガス拡散室16cから、ガス通流孔16d及びガス導入孔16eを介して処理チャンバー1内にシャワー状に分散されて供給される。
処理チャンバー1の側壁からシャワーヘッド16の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体1aが設けられている。この円筒状の接地導体1aは、その上部に天板を有している。
処理チャンバー1の底部には、排気口71が形成されており、この排気口71には、排気管72を介して排気装置73が接続されている。排気装置73は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバー1内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、処理チャンバー1の側壁には、ウエハWの搬入出口74が設けられており、この搬入出口74には、当該搬入出口74を開閉するゲートバルブ75が設けられている。
図中76,77は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド76は、処理チャンバー1の内壁面に沿って設けられ、デポシールド77は、支持台4及び載置台2の周囲を囲むように設けられている。これらのデポシールド76,77は、処理チャンバー1内壁等にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止する役割を有している。
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部60によって、その動作が統括的に制御される。この制御部60には、CPUを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ61と、ユーザインターフェース62と、記憶部63とが設けられている。
ユーザインターフェース62は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部63には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ61の制御にて実現するための制御プログラム(ソフトウエア)や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース62からの指示等にて任意のレシピを記憶部63から呼び出してプロセスコントローラ61に実行させることで、プロセスコントローラ61の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体(例えば、ハードディスク、CD、フレキシブルディスク、半導体メモリ等)などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
このように構成されたプラズマエッチング装置で、半導体ウエハWに形成された絶縁膜等をプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ75が開かれ、半導体ウエハWが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して搬入出口74から処理チャンバー1内に搬入され、載置台2上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバー1外に退避させ、ゲートバルブ75を閉じる。そして、排気装置73の真空ポンプにより排気口71を介して処理チャンバー1内が排気される。
処理チャンバー1内が所定の真空度になった後、処理チャンバー1内には処理ガス供給源15から所定の処理ガス(エッチングガス)が導入され、処理チャンバー1内が所定の圧力、例えば6.7Pa(50mTorr)に保持され、この状態で第1のRF電源10aから載置台2に、周波数が例えば40MHzの高周波電力が供給される。また、第2のRF電源10bからは、イオン引き込みのため、載置台2に周波数が例えば2.0MHzの高周波電力(バイアス用)が供給される。このとき、直流電源12から静電チャック6の電極6aに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハWはクーロン力により吸着される。
この場合に、上述のようにして下部電極である載置台2に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド16と下部電極である載置台2との間には電界が形成される。半導体ウエハWが存在する処理空間には放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハW上に形成された絶縁膜等がエッチング処理される。
そして、上記したエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給、直流電圧の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハWが処理チャンバー1内から搬出される。
以上、本発明を実施形態について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。例えば、上記の実施形態では、本発明を、プラズマエッチング装置に適用した場合について説明したが、他の基板処理装置、例えば、CVD装置等の成膜装置についても、同様にして適用することができる。
100,100a……基板処理装置、101……処理チャンバー、102……ガス供給機構、103……ターボ分子ポンプ、104……ドライポンプ(真空ポンプ)、105……冷却機構、106……自動圧力制御弁、107……加熱機構、108……デポトラップ、109……第2のターボ分子ポンプ。
Claims (8)
- 基板を収容して所定の処理を施す処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に所定のガスを供給するガス供給機構と、
前記処理チャンバーに接続され、前記処理チャンバー内を排気するためのターボ分子ポンプと、
前記ターボ分子ポンプを冷却するための冷却機構と、
前記ターボ分子ポンプの排気側に設けられた真空ポンプと
を具備した基板処理装置の前記ターボ分子ポンプ内に付着した付着物を除去するための基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記ガス供給機構からのガスの供給を停止する工程と、
前記ターボ分子ポンプを停止する工程と、
前記真空ポンプを駆動して前記ターボ分子ポンプの排気側圧力を低下させつつ前記ターボ分子ポンプを加熱機構によって加熱して前記ターボ分子ポンプ内に付着した付着物を除去する除去工程と
を具備したことを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。 - 請求項1記載の基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記冷却機構による前記ターボ分子ポンプの冷却を停止する工程をさらに具備したことを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。 - 請求項1又は2記載の基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記処理チャンバーと前記ターボ分子ポンプとの間に設けられた自動圧力制御弁を閉じる工程をさらに具備したことを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。 - 請求項1〜3いずれか1項記載の基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記真空ポンプによって前記ターボ分子ポンプの排気側圧力を1330Pa以下とすることを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。 - 請求項4記載の基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記真空ポンプによって前記ターボ分子ポンプの排気側圧力を133Pa以下とすることを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。 - 請求項1〜5いずれか1項記載の基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記加熱機構による前記ターボ分子ポンプの加熱温度を120℃以上とすることを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。 - 請求項1〜5いずれか1項記載の基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記ターボ分子ポンプと前記真空ポンプとの間に、前記ターボ分子ポンプより排気能力の低い第2のターボ分子ポンプを取り付け、前記第2のターボ分子ポンプを運転しつつ前記除去工程を行うことを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。 - 請求項7記載の基板処理装置のクリーニング方法であって、
前記冷却機構による前記ターボ分子ポンプの冷却を停止するとともに、前記加熱機構による前記ターボ分子ポンプの加熱温度の上限を90℃とすることを特徴とする基板処理装置のクリーニング方法。
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