JP4385027B2 - Semiconductor manufacturing apparatus cleaning method, cleaning apparatus, and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造装置内部のウエハトレーなどの部材のクリーニングに関する。より詳しくは、(III−V族)窒化物半導体を製造するためのMOCVD装置内の部材を熱触媒体を用いて発生させた水素活性種を用いてクリーニングする方法およびクリーニング装置ならびに半導体製造装置に関する。   The present invention relates to cleaning a member such as a wafer tray inside a semiconductor manufacturing apparatus. More specifically, the present invention relates to a method, a cleaning apparatus, and a semiconductor manufacturing apparatus for cleaning a member in an MOCVD apparatus for manufacturing a (III-V) nitride semiconductor by using hydrogen active species generated using a thermal catalyst. .

(III−V族)窒化物半導体は、LED等の発光デバイス、高速、高出力トランジスタ等の電子デバイスなど様々な分野で期待されている電子材料である。中でも窒化ガリウム系半導体は青色LEDとして実用化されており、今や欠かせないデバイスの一つとなっている。
上記デバイスに限らず、半導体を製造する際は、その製造環境をいかにクリーンな状態にするかが、高品質な半導体を得る上においても、歩留まり向上においても、最も基本的かつ重要な要素の一つである。
(III-V) nitride semiconductors are electronic materials expected in various fields such as light-emitting devices such as LEDs and electronic devices such as high-speed and high-power transistors. Among these, gallium nitride semiconductors have been put into practical use as blue LEDs and are now indispensable devices.
When manufacturing semiconductors, not limited to the above devices, how to make the manufacturing environment clean is one of the most fundamental and important factors in obtaining high-quality semiconductors and improving yield. One.

半導体製造における原料ガスの利用効率は低く、窒化物半導体からなる反応生成物、余剰堆積物(以下、付着物と総称する)が、基板上だけでなくチェンバー内にも堆積する。中でも(III−V族)窒化物半導体を製造する装置であるMOCVD装置は、付着物による汚染が激しい。特に、サセプタやウエハトレーなどのリアクター(反応炉)周辺に付着した付着物は、剥離等により半導体製品に混入し、製品の品質が低下することが問題となっている。
品質低下を避けるため、定期的なパーツの交換や、チェンバー内の堆積物を除去するクリーニングが行われている。
The utilization efficiency of the source gas in semiconductor manufacturing is low, and reaction products and surplus deposits (hereinafter collectively referred to as deposits) made of a nitride semiconductor are deposited not only on the substrate but also in the chamber. In particular, the MOCVD apparatus, which is an apparatus for manufacturing a (III-V) nitride semiconductor, is severely contaminated with deposits. In particular, there is a problem that deposits attached to the periphery of a reactor (reactor) such as a susceptor or a wafer tray are mixed into a semiconductor product due to peeling or the like, and the quality of the product is deteriorated.
In order to avoid quality degradation, parts are regularly replaced and cleaning is performed to remove deposits in the chamber.

クリーニング方法には種々あるが、大きくわけてドライクリーニングとウエットクリーニングがある。
一般に(III−V族)窒化物半導体のウエットクリーニングには、塩酸、硫酸、フッ酸などが使われるが、窒化ガリウム系化合物半導体製造時の反応生成物等は、これらに溶解しないため、王水、熱燐酸が用いられる。
Although there are various cleaning methods, there are roughly two types: dry cleaning and wet cleaning.
Generally, hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, etc. are used for wet cleaning of (III-V) nitride semiconductors, but reaction products and the like during the manufacture of gallium nitride compound semiconductors do not dissolve in these, so aqua regia Hot phosphoric acid is used.

王水、熱燐酸によるウエットクリーニングの場合、チェンバー内にリンが残留し半導体の品質に悪影響を及ぼしたり、強酸であるため取り扱いに注意が必要である、廃液の処理設備が必要であるなどの問題がある。また、王水、熱燐酸はクリーニング力が強いためにパーツにもダメージを与える可能性があり、よって、選択的なクリーニングが可能なソフトなクリーニングが望まれている。   In the case of wet cleaning with aqua regia or hot phosphoric acid, phosphorous remains in the chamber, which adversely affects the quality of the semiconductor, is a strong acid, requires careful handling, and requires a waste liquid treatment facility. There is. In addition, aqua regia and hot phosphoric acid have a strong cleaning power and may damage parts. Therefore, soft cleaning capable of selective cleaning is desired.

ドライクリーニングの場合、フッ素や塩素を加えたクリーニングガスを流し、プラズマを発生させたり、より反応性の高い三フッ化塩素を用いて高温で処理する方法がある。
また、熱水素を用いたドライクリーニングも行われている。熱水素によるクリーニング方法は、1000℃以上に加熱したクリーニング対象物に水素を接触させて堆積物を除去するというものである。
In the case of dry cleaning, there is a method in which a cleaning gas containing fluorine or chlorine is supplied to generate plasma or to perform treatment at a high temperature using chlorine trifluoride having higher reactivity.
In addition, dry cleaning using hot hydrogen is also performed. The cleaning method using hot hydrogen is to remove deposits by bringing hydrogen into contact with a cleaning target heated to 1000 ° C. or higher.

熱水素によるドライクリーニングは、上述したウエットクリーニングのような問題はない。しかし、この方法ではウエハトレーを1000℃以上の高温に加熱するため、トレーに反りが生じ変形する場合がある。高品質な半導体の製造にはトレーの温度分布が重要なパラメータとなる。トレーに反りが生ずると温度分布が変わってくるため、半導体の品質低下、成長再現性の低下を招く。そのためトレーの定期的な交換が必要であるが、交換にかかる費用、付着物除去にかかる人件費の他に、交換したトレーの正確な温度分布を、再度把握する手間など、トータルのランニングコストを引き上げることになる。   Dry cleaning with hot hydrogen does not have a problem like the wet cleaning described above. However, in this method, since the wafer tray is heated to a high temperature of 1000 ° C. or higher, the tray may be warped and deformed. The temperature distribution of the tray is an important parameter for the production of high-quality semiconductors. When the tray is warped, the temperature distribution changes, leading to a reduction in semiconductor quality and a reduction in growth reproducibility. Therefore, regular replacement of the tray is necessary, but in addition to the cost of replacement and labor cost of removing deposits, the total running cost such as re-examining the accurate temperature distribution of the replaced tray is reduced. Will be raised.

他に、熱触媒体を用いた水素活性種でクリーニングする方法も行われている。例えば、熱触媒体を用いて水素ガス活性種を発生させ、付着物を除去する工程を含む薄膜形成方法や、熱触媒体を用いて水素ガス活性種を発生させ、反応生成物、付着物を除去する機構を備えたことを特徴とするPECVD装置が知られている。   In addition, a method of cleaning with a hydrogen active species using a thermal catalyst is also performed. For example, a method of forming a thin film including a step of generating hydrogen gas active species using a thermal catalyst and removing deposits, or generating a hydrogen gas active species using a thermal catalyst to generate reaction products and deposits. A PECVD apparatus having a mechanism for removing is known.

これら、先行技術は、いずれもPECVD装置を用いたシリコン半導体の製造装置に関するものである。このように、水素原子でシリコンがエッチングできることは既知であった。
しかし、これまで、窒化ガリウム系半導体製造装置に対し熱触媒体を用いて発生させた活性種水素でクリーニングすることを適用した例はなかった。
なぜなら、シリコン系半導体と窒化ガリウム系半導体とでは成長温度が大きく異なり、窒化ガリウム系半導体は非常に結合が強いことから、従来のソフトなクリーニング方法ではクリーニングが困難とされていたからである。
特開2004−43847号公報 特開2004−149857号公報 奥村ら、”窒化物半導体の電子デバイス応用の現状と課題”、電子技術総合研究所彙集、P.153〜159、第62巻、第10、11号(1999)
These prior arts all relate to a silicon semiconductor manufacturing apparatus using a PECVD apparatus. Thus, it was known that silicon could be etched with hydrogen atoms.
However, until now, there has been no example of applying cleaning with active species hydrogen generated using a thermal catalyst to a gallium nitride based semiconductor manufacturing apparatus.
This is because the growth temperature differs greatly between silicon-based semiconductors and gallium nitride-based semiconductors, and gallium nitride-based semiconductors are very strong in bonding, so that cleaning with conventional soft cleaning methods has been difficult.
JP 2004-43847 A JP 2004-149857 A Okumura et al., “Current Status and Issues of Nitride Semiconductor Application to Electronic Devices”, Vocabulary of Electronic Technology Research Institute, P.A. 153-159, Vol. 62, No. 10, 11 (1999)

よって、本発明の課題は、窒化ガリウム系半導体製造装置の各種部材のクリーニングに関し、確実に窒化物半導体からなる付着物を除去でき、しかも上記各種部材を傷めることのないクリーニング方法を得ることである。   Accordingly, an object of the present invention relates to cleaning various members of a gallium nitride based semiconductor manufacturing apparatus, and is to obtain a cleaning method that can reliably remove deposits made of a nitride semiconductor and that does not damage the various members. .

上記の課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、(III−V族)窒化物半導体を製造するための半導体製造装置の内部もしくは該半導体製造装置の内部で用いられる部材に付着した窒化物半導体からなる付着物を、熱触媒体により発生させた水素活性種によってクリーニングする際、前記部材の温度を600〜900℃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である。
To solve the above problem,
The invention according to claim 1 is a deposit made of a nitride semiconductor attached to a member used in a semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a (III-V) nitride semiconductor or in the semiconductor manufacturing apparatus. In the cleaning method of a semiconductor manufacturing apparatus, the temperature of the member is set to 600 to 900 ° C. when cleaning with the hydrogen active species generated by the thermal catalyst.

請求項2にかかる発明は、前記(III−V族)窒化物半導体が窒化ガリウム系半導体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である。
請求項3にかかる発明は、水素活性種を発生させるための触媒温度が1650〜1950℃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である。
The invention according to claim 2 is the method for cleaning a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the (III-V) nitride semiconductor is a gallium nitride based semiconductor.
The invention according to claim 3 is the method for cleaning a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the catalyst temperature for generating hydrogen active species is 1650 to 1950 ° C.

請求項4にかかる発明は、前記水素活性種によるクリーニングの実施前に、塩素を含むクリーニングガスによってクリーニングを行うことを特徴とする請求項1ないし3にいずれかに記載の半導体製造装置のクリーニング方法である。
請求項5にかかる発明は、(III−V族)窒化物半導体製造装置に用いられる部材のクリーニング装置であって、チャンバーと、このチャンバーに設けられ、水素を水素活性種にするための熱触媒体と、チャンバー内に設けられ、クリーニングの対象となる部材を載置して、これを600〜900℃に加熱するヒータと、チャンバー内を減圧状態とするための排気装置と、チャンバー内に水素を供給する水素供給源を備えたことを特徴とするクリーニング装置である。
Invention, prior to performing the cleaning by the hydrogen active species, cleaning method of a semiconductor manufacturing apparatus according to any three claims 1 and performs cleaning by the cleaning gas containing chlorine according to claim 4 It is.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a cleaning device for a member used in a (III-V) nitride semiconductor manufacturing apparatus, a chamber and a thermal contact provided in the chamber for converting hydrogen into a hydrogen active species. A medium, a heater provided in the chamber and mounted on a member to be cleaned and heated to 600 to 900 ° C., an exhaust device for reducing the pressure in the chamber, and hydrogen in the chamber A cleaning device comprising a hydrogen supply source for supplying the gas.

請求項6にかかる発明は、基板上に窒化物半導体からなる薄膜を成膜する成膜装置とクリーニング装置とこれら成膜装置とクリーニング装置とを連結するグローブボックスを備え、
クリーニング装置は、チャンバーと、このチャンバーに設けられ、水素を水素活性種とするための熱触媒体と、チャンバー内に設けられ、クリーニングの対象となる部材を載置して、これを600〜900℃に加熱するヒータと、チャンバー内を減圧状態とするための排気装置と、チャンバー内に水素を供給する水素供給源を備え、
上記成膜装置内で用いられる部材を該成膜装置からグローブボックスを介してクリーニング装置に移送し、この部材に付着した窒化物半導体からなる付着物を、前記部材を600〜900℃に加熱するとともに熱触媒体によって生成した水素活性種によりクリーニングし、クリーニング後の部材をグローブボックスを介して成膜装置に戻すように構成されていることを特徴とする半導体製造装置である。
The invention according to claim 6 includes a film forming apparatus that forms a thin film made of a nitride semiconductor on a substrate, a cleaning apparatus, and a glove box that connects the film forming apparatus and the cleaning apparatus.
The cleaning apparatus includes a chamber, provided in the chamber, a thermal catalyst for the hydrogen and hydrogen active species, provided in the chamber, by placing the member to be cleaned of the subject, this 600 to 900 A heater for heating to ° C., an exhaust device for reducing the pressure in the chamber, and a hydrogen supply source for supplying hydrogen into the chamber,
A member used in the film forming apparatus is transferred from the film forming apparatus to a cleaning device through a glove box, and the adhering material made of a nitride semiconductor adhering to the member is heated to 600 to 900 ° C. In addition, the semiconductor manufacturing apparatus is configured to be cleaned with hydrogen active species generated by the thermal catalyst and to return the cleaned member to the film forming apparatus through the glove box.

本発明のクリーニング方法および装置によれば、熱触媒体と水素との反応により活性な活性種が生成し、この活性種が半導体製造装置内部あるいは、これを構成する各種部材に付着した窒化物半導体からなる付着物を簡単にかつ確実に除去する。しかも、各種部材を1000℃以上の高温に曝す必要がなく、これの損傷を防ぐことができる。
本発明のクリーニング方法では、水素活性種によるクリーニングの実施前に、塩素を含むガスを用いたクリーニングを行うことにより、寄り効果の高いクリーニングが可能である。しかも、本発明のように、塩素を含むガスを用いた後で、水素活性種によるクリーニングをクリーニングを行うと、残留塩素を気にしなくてもよいので、非常に好ましい。
According to the cleaning method and apparatus of the present invention, active active species are generated by the reaction of the thermal catalyst and hydrogen, and the active species adheres to the inside of the semiconductor manufacturing apparatus or to various members constituting the semiconductor. The deposit consisting of is easily and reliably removed. Moreover, it is not necessary to expose the various members to a high temperature of 1000 ° C. or higher, and damage to the members can be prevented.
In the cleaning method of the present invention, cleaning with a gas containing chlorine is performed before cleaning with the hydrogen active species, whereby cleaning with a high shifting effect is possible. In addition, as in the present invention, it is very preferable to perform cleaning with active hydrogen species after using chlorine-containing gas because residual chlorine does not have to be taken into account.

また、本発明の半導体製造方法および装置によれば、窒化物半導体からなる薄膜の成膜とウエハートレーなどの部材の付着物の除去を同時に行うことができ、効率の良い半導体装置の製造が可能となる。   In addition, according to the semiconductor manufacturing method and apparatus of the present invention, it is possible to simultaneously form a thin film made of a nitride semiconductor and to remove deposits on a member such as a wafer tray, so that an efficient semiconductor device can be manufactured. It becomes.

図1は、本発明のクリーニング装置の一例を示すもので、半導体製造装置内部で用いられているウエハートレーなどの部材に付着した付着物を除去するための装置である。このものでは、半導体製造装置の操業を停止し、該装置から取り出した部材をクリーニングするものである。   FIG. 1 shows an example of a cleaning apparatus according to the present invention, which is an apparatus for removing deposits adhering to a member such as a wafer tray used in a semiconductor manufacturing apparatus. In this apparatus, the operation of the semiconductor manufacturing apparatus is stopped, and the member taken out from the apparatus is cleaned.

この装置は、クリーニングが行われる密閉可能なチャンバー1と、このチャンバー1内に設けられた熱触媒体2と、チャンバー1内に設けられ、クリーニングの対象となる部材3を載置して、これを加熱するヒータ4と、チャンバー1内を減圧状態とするための排気装置5と、チャンバー1内に水素を供給する水素供給源6とから概略構成されている。   This apparatus includes a sealable chamber 1 in which cleaning is performed, a thermal catalyst 2 provided in the chamber 1, and a member 3 provided in the chamber 1 to be cleaned. Is composed of a heater 4 for heating the chamber 1, an exhaust device 5 for reducing the pressure in the chamber 1, and a hydrogen supply source 6 for supplying hydrogen into the chamber 1.

熱触媒体2は、タングステン、トリウム、モリブデン、白金、パラジウム、バナジウム、シリコンなどの金属材料からなるもので、コイル状、メッシュ状の形状となっており、これに電流を流すことにより1500〜2000℃に加熱されるようになっている。この熱触媒体2の温度は、図示しない放射温度計で測定することができ、この測定温度によって、熱触媒体2に流す電流値を制御して温度制御を行うことができる。熱触媒体2の温度が1500℃未満であると水素活性種の生成が不十分であり、2000℃を越えると消費電力が非常に大きくなるとともに、熱触媒体2の寿命が低下する。   The thermal catalyst 2 is made of a metal material such as tungsten, thorium, molybdenum, platinum, palladium, vanadium, or silicon, and has a coil shape or a mesh shape. Heated to ℃. The temperature of the thermal catalyst 2 can be measured with a radiation thermometer (not shown), and the temperature can be controlled by controlling the value of the current flowing through the thermal catalyst 2 according to the measured temperature. When the temperature of the thermal catalyst body 2 is less than 1500 ° C., the generation of hydrogen active species is insufficient, and when it exceeds 2000 ° C., the power consumption becomes very large and the life of the thermal catalyst body 2 decreases.

また、この熱触媒体2の付近には、水素供給源6からの水素の導入口7が形成されており、この導入口7からチャンバー1内に送給された水素が高温の熱触媒体2と接触すると加熱され、活性化されて水素活性種となり、この水素活性種が部材3に付着した付着物を除去することになる。
さらに、熱触媒体2と部材3との距離が約50mm程度となるように両者の位置関係が定められている。
Further, an introduction port 7 for hydrogen from the hydrogen supply source 6 is formed in the vicinity of the thermal catalyst body 2, and the hydrogen fed into the chamber 1 from the introduction port 7 is a high temperature thermal catalyst body 2. When heated, it is heated and activated to become hydrogen active species, and this hydrogen active species removes the deposits adhering to the member 3.
Further, the positional relationship between the thermal catalyst body 2 and the member 3 is determined so that the distance between the thermal catalyst body 2 and the member 3 is about 50 mm.

このクリーニング装置を用いたクリーニング方法は以下のようである。ヒータ4上にクリーニング対象となる部材3、例えばウエハートレーを載置し、排気装置5を作動させてチャンバー1内を1〜100Paの減圧状態とする。ついで、ヒータ4に通電して部材3を600〜900℃に加熱する。部材3の温度が600℃未満であるとクリーニングが不十分となり、900℃を越えると部材3が熱によって変形したりして損傷、劣化する。これと同時に熱触媒体2にも通電してこれを1500〜2000℃に加熱する。この状態で、水素供給源6からの水素を1〜100sccm程度チャンバー1に送給し、水素活性種を発生させて、部材3のクリーニングを実施する。   The cleaning method using this cleaning device is as follows. A member 3 to be cleaned, such as a wafer tray, is placed on the heater 4 and the exhaust device 5 is operated to bring the chamber 1 into a reduced pressure state of 1 to 100 Pa. Then, the heater 4 is energized to heat the member 3 to 600 to 900 ° C. When the temperature of the member 3 is less than 600 ° C., cleaning becomes insufficient, and when it exceeds 900 ° C., the member 3 is deformed by heat and is damaged or deteriorated. At the same time, the thermal catalyst 2 is energized and heated to 1500 to 2000 ° C. In this state, about 1 to 100 sccm of hydrogen from the hydrogen supply source 6 is supplied to the chamber 1 to generate hydrogen active species, and the member 3 is cleaned.

クリーニング時間は、特に限定されず、対象となる部材3の大きさや付着物の付着度合などによって左右されるが、通常の8インチ用ウエハートレーでは0.5〜4時間とされる。
所定時間クリーニングを行った後、ヒータ4、熱触媒体2への通電を停止し、チャンバー1内を冷却して作業が終了する。
The cleaning time is not particularly limited and depends on the size of the target member 3 and the degree of adhesion of the adhered material, but it is 0.5 to 4 hours for a normal 8-inch wafer tray.
After performing the cleaning for a predetermined time, the energization to the heater 4 and the thermal catalyst 2 is stopped, the inside of the chamber 1 is cooled, and the operation is completed.

このようなクリーニング方法によれば、後述する具体例からも明らかなように、ウエハートレーなどの部材3に付着したGaNなどの窒化物半導体からなる付着物を完全に除去することができる。例えば、厚さ3〜5μmのGaNからなる付着物を1〜3時間のクリーニングで除去できる。
また、対象部材3の加熱温度が1000℃未満であっても、付着物を除去できるので、部材3を損傷、劣化させることもない。
According to such a cleaning method, as will be apparent from specific examples described later, the deposits made of a nitride semiconductor such as GaN attached to the member 3 such as a wafer tray can be completely removed. For example, deposits made of GaN having a thickness of 3 to 5 μm can be removed by cleaning for 1 to 3 hours.
Further, even if the heating temperature of the target member 3 is less than 1000 ° C., the deposits can be removed, so that the member 3 is not damaged or deteriorated.

このような水素活性種によるクリーニングの実施前に、チャンバー内を500〜1000℃に加熱し、0.1〜50%の塩素を含んだガスを流通させておくと良い。塩素を希釈するガスは、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、空気などの塩素系ガスと反応しないガスを用いるのがよい。本発明では、塩素含有ガスによるクリーニングの後に、水素活性種によるクリーニングを行うので塩素ガスは低濃度でもよいが、濃度を高めて処理時間を短くしてもよい。比較的高い濃度の塩素含有ガスを用いることで塩素がチャンバー内に残っていたとしても、水素活性種によるクリーニング時に残留塩素は除去されるので、これら2つのクリーニング方法の併用は、非常に好ましい。   Before performing such cleaning with hydrogen active species, the inside of the chamber is preferably heated to 500 to 1000 ° C., and a gas containing 0.1 to 50% chlorine is circulated. As a gas for diluting chlorine, it is preferable to use a gas that does not react with a chlorine-based gas such as nitrogen, hydrogen, helium, argon, or air. In the present invention, the cleaning with the hydrogen-containing species is performed after the cleaning with the chlorine-containing gas, so that the chlorine gas may have a low concentration, but the processing time may be shortened by increasing the concentration. Even if chlorine remains in the chamber by using a relatively high concentration of chlorine-containing gas, residual chlorine is removed during cleaning with the hydrogen active species, so the combined use of these two cleaning methods is very preferable.

図2は、本発明の半導体製造装置の例を示すもので、この例では、クリーニングの対象となる部材としてウエハートレーを対象とするものである。
この例の製造装置は、成膜装置21とクリーニング装置22とこれら成膜装置21とクリーニング装置22とを繋ぐグローブボックス23とから概略構成されている。
FIG. 2 shows an example of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention. In this example, a wafer tray is targeted as a member to be cleaned.
The manufacturing apparatus of this example is generally configured by a film forming apparatus 21, a cleaning apparatus 22, and a glove box 23 that connects the film forming apparatus 21 and the cleaning apparatus 22.

上記成膜装置21は、成膜用の原料ガスを送給する上流フローチャンネル211と、成膜が行われる中間フローチャンネル212と、成膜によって生じた排ガスを排気するための下流フローチャンネル213とからなり、中間フローチャンネル212には、円盤状のウエハートレー214、サセプター215、ヒータ216が設置され、ウエハートレー214上にサファイアなどの基板217が載置されるようになっている。   The film forming apparatus 21 includes an upstream flow channel 211 for supplying a raw material gas for film formation, an intermediate flow channel 212 for film formation, and a downstream flow channel 213 for exhausting exhaust gas generated by the film formation. The intermediate flow channel 212 is provided with a disk-shaped wafer tray 214, a susceptor 215, and a heater 216, and a substrate 217 such as sapphire is placed on the wafer tray 214.

クリーニング装置22は、図1に示したクリーニング装置と同一構造のものであって、同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
また、成膜装置21とクリーニング装置22とを繋ぐグローブボックス23は、その内部で、ウエハートレー214の成膜装置21とクリーニング装置22との間の移動が可能となっており、かつ基板217の外部への取り出しが可能なように構成されている。
The cleaning device 22 has the same structure as that of the cleaning device shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In addition, the glove box 23 that connects the film forming apparatus 21 and the cleaning apparatus 22 can move between the film forming apparatus 21 and the cleaning apparatus 22 of the wafer tray 214, and the substrate 217. It is configured so that it can be taken out to the outside.

また、成膜装置21とグローブボックス23との間、クリーニング装置22とグローブボックス23との間には、開閉弁24、25が間挿されており、両装置間での気体の流通が必要に応じて遮断できるようになっている。   In addition, on-off valves 24 and 25 are inserted between the film forming apparatus 21 and the glove box 23 and between the cleaning apparatus 22 and the glove box 23, and it is necessary for gas to flow between both apparatuses. It can be blocked accordingly.

この製造装置にあっては、成膜装置21では、GaNなどの窒化物半導体からなる薄膜を基板217上に成膜し、これと同時にクリーニング装置22では、先の成膜工程で付着物が付着したウエハートレー214をクリーニングする。
ウエハートレー214のクリーニング方法は、先に説明したとおりであるので、説明は省略する。
In this manufacturing apparatus, the film forming apparatus 21 forms a thin film made of a nitride semiconductor such as GaN on the substrate 217, and at the same time, the cleaning apparatus 22 attaches the deposit in the previous film forming process. The wafer tray 214 is cleaned.
Since the cleaning method of the wafer tray 214 is as described above, the description thereof is omitted.

ついで、グローブボックス23にクリーニング装置22からクリーニングしたウエハートレー214を移動し、このクリーニングされたウエハートレー214に新しい基板217を乗せる。これと同時に、成膜装置21から成膜が終了したウエハートレー214をグローブボックス23に移動し、ウエハートレー214から基板217を取り出す。
ついで、基板217を取り出したウエハートレー214をグローブボックス23からクリーニング装置22に移動し、これと同時に新しい基板217を載せたクリーニング済みのウエハートレー214をグローブボックス23から成膜装置21に送る。
Next, the cleaned wafer tray 214 is moved from the cleaning device 22 to the glove box 23, and a new substrate 217 is placed on the cleaned wafer tray 214. At the same time, the wafer tray 214 on which film formation has been completed is moved from the film formation apparatus 21 to the glove box 23, and the substrate 217 is taken out from the wafer tray 214.
Next, the wafer tray 214 from which the substrate 217 has been taken out is moved from the glove box 23 to the cleaning device 22, and at the same time, the cleaned wafer tray 214 on which the new substrate 217 is placed is sent from the glove box 23 to the film forming device 21.

そして、成膜装置21では新しい基板217に対して窒化物半導体からなる薄膜が成膜され、クリーニング装置22ではウエハートレー214のクリーニングが行われる。
以下、この操作を繰り返して連続的に成膜とクリーニングとが同時並行的に実施される。
The film forming apparatus 21 forms a thin film made of a nitride semiconductor on the new substrate 217, and the cleaning apparatus 22 cleans the wafer tray 214.
Thereafter, this operation is repeated, and film formation and cleaning are performed simultaneously in parallel.

なお、本発明では、上述の実施形態以外に、図2に示した成膜装置内に、熱触媒体を設け、水素を供給するように構成して、成膜装置内部において、各種部材をクリーニングするようにしてもよい。
また、2つ以上の半導体成膜チェンバーを用い、同一のチェンバーにおいて、半導体の成膜と、熱触媒体によって発生させた水素活性種によるチェンバー内部のクリーニングとを交互に実施するとともに、前記チェンバーが、クリーニングを行なっているときに、前記チェンバーと並列に設置した他のチェンバーを用いて半導体の成膜を行なうものであってもよい。
In the present invention, in addition to the above-described embodiment, a thermal catalyst is provided in the film forming apparatus shown in FIG. 2 to supply hydrogen, and various members are cleaned inside the film forming apparatus. You may make it do.
In addition, two or more semiconductor film forming chambers are used, and in the same chamber, the semiconductor film forming and the cleaning of the inside of the chamber by the hydrogen active species generated by the thermal catalyst are alternately performed. During the cleaning, the semiconductor film may be formed using another chamber installed in parallel with the chamber.

さらに、半導体を成膜するためのチェンバーを2つ以上有し、各チェンバーは、チェンバー内部をクリーニングするための水素活性種を発生させる熱触媒体を備え、半導体成膜とチェンバー内部のクリーニングとを交互に実施できるチェンバーであって、各チェンバーを切り替えることで半導体の製造を連続的に行なうものであってもよい。   Further, the chamber has two or more chambers for film formation of semiconductors, and each chamber includes a thermal catalyst that generates hydrogen active species for cleaning the interior of the chamber, and performs semiconductor film formation and cleaning of the interior of the chamber. It is a chamber which can be implemented alternately, and the semiconductor may be continuously manufactured by switching each chamber.

以下、具体例を示す。
(例1)
図1に示したクリーニング装置を用いて、サファイア基板上に成膜した厚さ2.7μmのGaN膜をクリーニングした。熱触媒体には、タングステンワイヤを巻回してなるコイル状のものを使用し、サファイア基板から50mm離して設置した。水素供給源から50sccm(標準状態換算で毎分50cm3)の水素をチャンバー内に導入した。
Specific examples are shown below.
(Example 1)
Using the cleaning apparatus shown in FIG. 1, the 2.7 μm thick GaN film formed on the sapphire substrate was cleaned. As the thermal catalyst, a coil-shaped member formed by winding a tungsten wire was used, and was placed 50 mm away from the sapphire substrate. Hydrogen was introduced into the chamber at 50 sccm (50 cm 3 / min in terms of standard conditions) from a hydrogen supply source.

基板温度800℃、熱触媒体温度1750℃、圧力50Paの条件で、基板上のGaN膜を1時間クリーニングした。クリーニング後のGaN膜の断面の走査電気顕微鏡写真から水素活性種によるクリーニングによって、GaN膜の部分が、ほぼ除去されていることが判明した。圧力が10Pa程度までは、同じ温度条件でクリーニングが可能であった。ただし、10Pa前後では、クリーニング時間を長めにした方が良い。   The GaN film on the substrate was cleaned for 1 hour under conditions of a substrate temperature of 800 ° C., a thermal catalyst temperature of 1750 ° C., and a pressure of 50 Pa. From the scanning electron micrograph of the cross section of the GaN film after cleaning, it was found that the GaN film portion was almost removed by cleaning with hydrogen active species. Cleaning was possible under the same temperature conditions up to a pressure of about 10 Pa. However, it is better to extend the cleaning time at around 10 Pa.

(例2)
次に、水素活性種によるクリーニングにおけるクリーニング対象物の温度依存性を確認した。例1のような圧力条件では、GaN膜が全てクリーニングされてしまうため、温度依存性を確認できる条件として、圧力約2.7Paにおいて実験を行なった。その他の条件は例1と同様である。
表1に、サンプルとなる基板の温度を変化させてクリーニングした結果を示す。処理前のGaNの膜厚を1として、クリーニングによりどの程度除去できたかを除去率によって表した。
(Example 2)
Next, the temperature dependence of the cleaning object in cleaning with hydrogen active species was confirmed. Under the pressure conditions as in Example 1, all of the GaN film is cleaned, so an experiment was conducted at a pressure of about 2.7 Pa as a condition for confirming temperature dependency. Other conditions are the same as in Example 1.
Table 1 shows the results of cleaning by changing the temperature of the sample substrate. Assuming that the film thickness of GaN before treatment is 1, the degree of removal by cleaning is represented by the removal rate.

Figure 0004385027
Figure 0004385027

表1に示したように、600℃ではGaN膜を除去できないが、それより高い温度であればトレーの反りを生じない1000℃以下の範囲でクリーニングの効果がある。中でも、基板温度が800℃前後のときが最も除去率が高かった。   As shown in Table 1, the GaN film cannot be removed at 600 ° C., but if the temperature is higher than that, there is an effect of cleaning in the range of 1000 ° C. or less where no warping of the tray occurs. In particular, the removal rate was highest when the substrate temperature was around 800 ° C.

(例3)
次に、熱触媒体の温度依存性の確認を行った。例2と同様に、温度依存性を確認できる処理圧力約2.7Paにおいて実験を行なった。基板温度は800℃とし、その他の条件は例1と同様である。
表2に、サンプル基板の温度を変化させてクリーニングした結果を示す。表1と同様に、処理前のGaN膜の膜厚を1として、クリーニングによりどの程度除去できたかを除去率によって表した。
(Example 3)
Next, the temperature dependence of the thermal catalyst was confirmed. As in Example 2, the experiment was performed at a processing pressure of about 2.7 Pa where temperature dependence could be confirmed. The substrate temperature was 800 ° C., and other conditions were the same as in Example 1.
Table 2 shows the results of cleaning by changing the temperature of the sample substrate. Similar to Table 1, the film thickness of the GaN film before treatment was set to 1, and the degree of removal by cleaning was represented by the removal rate.

Figure 0004385027
Figure 0004385027

表2に示したように、熱触媒体が1600〜2000℃であれば、クリーニングの効果がある。中でも熱触媒体温度が、1850℃前後のときが最も除去率が高かった。   As shown in Table 2, if the thermal catalyst is 1600 to 2000 ° C., there is a cleaning effect. In particular, the removal rate was highest when the temperature of the thermal catalyst was around 1850 ° C.

(例4)
従来方法である、基板温度を1000℃以上に加熱して水素でGaN膜をクリーニング処理する熱水素処理をした場合の基板の走査電子顕微鏡断面写真を検討したところ、GaN膜が残留しているのに加え、表面に雲状のものが堆積していることがわかった。この雲状のものは、上述した熱水素処理では除去することのできない残留物と考えられ、物理的に除去することが必要である。
(Example 4)
Examination of a scanning electron microscope cross-sectional photograph of the substrate when the substrate temperature was heated to 1000 ° C. or more, which was a conventional method, and the GaN film was cleaned with hydrogen, the GaN film remained. In addition to the above, it was found that cloud-like objects were deposited on the surface. This cloud-like material is considered as a residue that cannot be removed by the above-described hot hydrogen treatment, and needs to be physically removed.

本発明のクリーニング装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the cleaning apparatus of this invention. 本発明の半導体製造装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the semiconductor manufacturing apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・チャンバー、2・・熱触媒体、3・・部材、4・・ヒータ、5・・排気装置、6・・水素供給源、21・・成膜装置、22・・・クリーニング装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber 2 ... Thermal catalyst body 3 ... Member 4 ... Heater 5 ... Exhaust device 6 ... Hydrogen supply source 21 ... Film forming device 22 ... Cleaning device

Claims (6)

(III−V族)窒化物半導体を製造するための半導体製造装置の内部もしくは該半導体製造装置の内部で用いられる部材に付着した窒化物半導体からなる付着物を、熱触媒体により発生させた水素活性種によってクリーニングする際、前記部材の温度を600〜900℃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。 (III-V) Hydrogen generated by a thermal catalyst in the semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a nitride semiconductor or deposits made of a nitride semiconductor attached to a member used in the semiconductor manufacturing apparatus A cleaning method of a semiconductor manufacturing apparatus , wherein the temperature of the member is set to 600 to 900 ° C. when cleaning with active species. 前記(III−V族)窒化物半導体が窒化ガリウム系半導体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。   2. The method of cleaning a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the (III-V) nitride semiconductor is a gallium nitride based semiconductor. 水素活性種を発生させるための触媒温度が1650〜1950℃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。 The method for cleaning a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the catalyst temperature for generating hydrogen active species is 1650 to 1950 ° C. 前記水素活性種によるクリーニングの実施前に、塩素を含むクリーニングガスによってクリーニングを行うことを特徴とする請求項1ないし3にいずれかに記載の半導体製造装置のクリーニング方法。 4. The method for cleaning a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein cleaning is performed with a cleaning gas containing chlorine before the cleaning with the hydrogen active species . (III−V族)窒化物半導体製造装置に用いられる部材のクリーニング装置であって、チャンバーと、このチャンバーに設けられ、水素を水素活性種にするための熱触媒体と、チャンバー内に設けられ、クリーニングの対象となる部材を載置して、これを600〜900℃に加熱するヒータと、チャンバー内を減圧状態とするための排気装置と、チャンバー内に水素を供給する水素供給源を備えたことを特徴とするクリーニング装置。A cleaning device for a member used in a (III-V) nitride semiconductor manufacturing apparatus, which is provided in a chamber, a thermal catalyst provided in the chamber, for converting hydrogen into a hydrogen active species, and in the chamber A heater for mounting a member to be cleaned and heating the member to 600 to 900 ° C., an exhaust device for reducing the pressure in the chamber, and a hydrogen supply source for supplying hydrogen into the chamber A cleaning device characterized by that. 基板上に窒化物半導体からなる薄膜を成膜する成膜装置とクリーニング装置とこれら成膜装置とクリーニング装置とを連結するグローブボックスを備え、
クリーニング装置は、チャンバーと、このチャンバーに設けられ、水素を水素活性種とするための熱触媒体と、チャンバー内に設けられ、クリーニングの対象となる部材を載置して、これを600〜900℃に加熱するヒータと、チャンバー内を減圧状態とするための排気装置と、チャンバー内に水素を供給する水素供給源を備え、
上記成膜装置内で用いられる部材を該成膜装置からグローブボックスを介してクリーニング装置に移送し、この部材に付着した窒化物半導体からなる付着物を、前記部材を600〜900℃に加熱するとともに熱触媒体によって生成した水素活性種によりクリーニングし、クリーニング後の部材をグローブボックスを介して成膜装置に戻すように構成されていることを特徴とする半導体製造装置
A film forming apparatus and a cleaning apparatus for forming a thin film made of a nitride semiconductor on a substrate, and a glove box for connecting the film forming apparatus and the cleaning apparatus are provided.
The cleaning device is provided with a chamber, a thermal catalyst for providing hydrogen as a hydrogen active species, and a member to be cleaned, which is provided in the chamber. A heater for heating to ° C., an exhaust device for reducing the pressure in the chamber, and a hydrogen supply source for supplying hydrogen into the chamber,
A member used in the film forming apparatus is transferred from the film forming apparatus to a cleaning device through a glove box, and the adhering material made of a nitride semiconductor adhering to the member is heated to 600 to 900 ° C. In addition, the semiconductor manufacturing apparatus is configured to perform cleaning with active hydrogen species generated by the thermal catalyst, and to return the cleaned member to the film forming apparatus through the glove box .
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