JP4615649B2

JP4615649B2 - 半導体成膜装置の洗浄方法及び洗浄装置

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Publication number: JP4615649B2
Application number: JP28533499A
Authority: JP
Inventors: 正隆近藤
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JP2001107244A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置等のシリコン系半導体製膜装置の洗浄方法並びに洗浄装置、特にインライン型のプラズマＣＶＤ装置などの量産型成膜装置の内部の部材及び基板を設置するトレイの洗浄方法並びに洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマＣＶＤ装置等のシリコン系半導体製膜装置においては、例えば図１に示す様に、トレー２に基板３を搭載して製膜室に搬送し、シランガス等の半導体ガスをガス導入系６よりシャワープレート１を経由して導入し、カソード４と基板３の存在するアノード（トレー）２の間にＲＦ電源５より例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給してガスを分解し、基板面にシリコン系の半導体薄膜を製膜していた。この際、基板３には勿論薄膜が製膜されるが、同時に、トレー２やシャワープレート１にも製膜される。また、局所的な放電により、シリコンを含む粉体が形成される場合もある。
【０００３】
この様なシリコン生成物は、製膜当初は特に基板上の半導体薄膜に影響を及ぼすことは無いが、何回も製膜すると、装置の内面から剥離し、製膜中に剥落するダストをなって、ピンホール等の欠陥を発生し不都合を生じることとなる。この様な現象は、プラズマＣＶＤのみならずスパッタ、熱ＣＶＤ装置においても同様に発生する問題である。
【０００４】
この様なシリコン生成物の除去のため、従来は、装置内部の膜付着部の部品やトレーを装置から取り外して別の場所へ移動させ、そこでガラスビーズブラスト（ガラス粒子吹付け法）や液体ホーニング或いは酸洗の処理により不用なシリコン生成物を除去したのち、再度、組み立てる方法が一般的であった。
【０００５】
この対策として例えば、特開平６−９３４７４に開示されている様にエッチングガスを装置や別の所に導入してプラズマを発生させる方法で除去させる方法が一般的であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したシリコン生成物の除去方法によれば、比較的簡便に厚く付着した膜を除去できるが、ガラスビーズブラストや液体ホーニングでは装置部品やトレイの面に機械的な圧力が加わるために、当該部品が変形し易く、また酸洗ではＳｉＯ₂、ＳｉＮｘ膜は除去できるが、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜は容易には除去できないという欠点があった。特に、大型のプラズマＣＶＤ装置の場合には、トレイの変形に伴い基板の位置が正確に決まらず、その変形のために基板に成膜された膜の膜厚分布が大きく変わるので、トレイの変形に対して充分な配慮が必要であった。
【０００７】
一方、エッチングガスを用いる場合においては、シリコン生成物を除去する速度を稼ぐためＮＦ₃、ＣｌＦ₃等の腐食性の強いガスを用いる必要があり、これらのガスは理論的には反応ガスと同量必要であると同時に価格が半導体ガスと同等あるいはそれより高価であるために材料コストの問題がある。また、製膜装置の排気系は腐食性ガスや反応生成物に対応したポンプを準備する必要があり、装置コストの問題が生じていた。
【０００８】
また、これらのガスを除害する設備も必要であるばかりでなく、除害した廃液はフッ素系の産業廃棄物となって環境上も大きな問題である。これらの問題は、太陽電池等の環境対策としての商品を製造している企業にとってマイナスイメージが大きく、容易にはこれらの手段を使用できないという障害になっていた。
【０００９】
本発明は、トレイの面を変形させる力が加わらないように洗浄を行なえ、また、特殊な装置を要せず低コストに作業性の良い半導体製膜装置の洗浄方法ならびに同製膜装置の洗浄装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では製膜室内部及びトレーの半導体付着部分は容易に取り外し可能な部品とするとともに、前記、取り外し可能部品を複数保持可能な治具で保持した状態で、アルカリ系のエッチング剤に治具と部品を同時に浸せきし、エッチング完了後、水系の洗浄剤で洗浄し、乾燥するようにした。
【００１１】
また、上記アルカリ系のエッチング剤として苛性ソーダかつ／または界面活性剤を含むアルカリ系洗浄剤を用いるとともに、上記水系の洗浄剤は、水道水、純水を用いている。
【００１２】
この方法を装置化するために、取り外し可能な製膜室内部及びトレーの半導体付着部分の部品を複数保持可能な治具で保持した状態で同治具を搬送する搬送系、同じ状態で治具と部品を同時に浸せき可能なアルカリ系のエッチング剤浸漬手段、エッチング完了後に投入する水系の洗浄手段、及び乾燥手段を構成要素とすることで、上記の目的を達成するようにした。
【００１３】
【作用】
基板の成膜に伴う薄膜が除去しなければならない程度にシャワープレート、防着板等の装置内部の部品あるいはトレイに付着すると、基板を取り外したトレイを半導体成膜装置の付近に待機させた移動台車に移し変える。量産装置などの大型半導体製膜装置においては装置に付属したクレーンやロボット等の手段を用いて移し替える。
【００１４】
大型半導体製膜装置には多数のシャワープレート、防着板、トレイ及びキャリヤが使用されており、そのうちの幾つかのトレイを収容すると移動台車をそのまま洗浄装置の近傍へ移動させる。移動台車の上部は複数の被洗浄物を保持する機構を有しており、その部分と台車を切り離して、洗浄装置の搬送機構を用いて保持機構に被洗浄物を積載したまま、アルカリ系のエッチング剤槽にこれらを浸漬する。
【００１５】
エッチングが完了後、すすぎを行う槽に被洗浄物を移動し、水などですすぐ、すすぎは複数の槽を用意しておき、例えば最初は純度の低い水道水、続いて水道水の高圧洗浄、イオン交換水、純水というように流れ方式で各槽を移動する。すすぎが完了後、温風などで乾燥する。乾燥が完了したら、保持機構と被洗浄物を再び移動台車に戻し、半導体製膜装置の付近にて再組立を行う。
【００１６】
エッチング反応速度にもよるが、シリコン生成物が付着する部分は、スペアを用意しておき、移動台車上で待機しておけば半導体製膜装置の稼働率を維持することが可能である。この様にすれば、高価なガスを用いることなく比較的ありふれたエッチング剤で洗浄するのでコストも掛かるかからない。また、つり上げる方式で移動台車に移動し、移動台車上の保持手段ごと防着板等の装置内部の部品あるいはトレイを洗浄槽、乾燥室を移動して洗浄するので、変形させるような力が加わることがなく、作業性も向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施の形態を、図２及び図３を用いて説明する。説明は具体的なイメージを描きやすい様に装置的に行うが、これに限定されるものではなく、思想的に同様なものに適宜応用可能な物であることを断っておく。
［トレー］
図２（ａ）は、本発明が実施されるトレー２の一例を示す。この装置ではキャリア台車上に製膜用のトレー２が載置されており、トレー２とキャリア８は４本のネジ９で取り外すことが可能である。またトレー２の上部には移動台車に積載する為の吊り穴１０が２カ所開けてある。この吊り穴につり上げ治具を取り付け、移動台車の掛け部までクレーンあるいはロボットで移動して載せる。移動台車には複数のトレー２が載置される。
【００１８】
ここで特徴的なのは、図２（ｂ）に示す様に、キャリア８の部分には製膜されない構成になっていることである。キャリア８には搬送を円滑にするために機構部品が存在し、エッチング等の処理で細かな部分に液が入り込むと問題が発生することと、洗浄部分の点数を出来るだけ少なくしたいためである。
【００１９】
なお、キャリア８及びトレー２は、耐アルカリ性の材質で作られている。具体的にはステンレススチール、カーボン、セラミックコートの金属などが好ましい。製膜領域がトレー２に限定されていること、耐アルカリ性の２点を満たす物であれば本発明に係わるトレー２と移動台車１２の形態は適宜設計できる。たとえば、基板を水平にして製膜するタイプのＣＶＤ装置であればトレーを棚に収納する移動台車を用いればよく、垂直に基板を保持するタイプのＣＶＤ装置でも、トレーをＣＶＤ装置内の上部レールを走行するカートでつり下げる様なタイプのものであれば、トレーのみを移載するハンガーの様な形状の吊り具を多数設置した移動台車を用意すればよい。
［シャワープレート、防着板］
装置内部のシャワープレート１と防着板１１もトレー２と同様に簡便に取り外す構造になっている。また、シャワープレート１の様に大型の部品はトレー２と同様に治具で吊され、移動台車１２に積み替えられる。一方、他の小物部品は、金網のバスケットに収納される。
【００２０】
近年の装置ではメンテナンスを簡便に行う為に、シャワープレート１と防着板１１以外の部品には、シリコン生成物が付着しない構造になっており、本発明の装置でも適宜その様に設計されている。
［移動台車］
また、移動台車１２は、トレー２を保持する部分と台車の部分が分離できる構造が好ましく。保持部分にはそれら全体を、吊り下げる為のフック１４が設けられている。この部分は洗浄装置の槽に入れられるのでステンレスや耐アルカリ性のメッキや樹脂コートがなされた金属フレームが用いられる。一方台車は、強度を維持できるものが適宜用いられる。
［洗浄槽］
図３に本発明の洗浄槽の一例を示す。この例ではアルカリ洗浄槽２２、第１濯ぎ槽２３、高圧水シャワー水洗槽２４、第２濯ぎ槽２５が順次配置されている。
【００２１】
また、槽の上部には、移動台車の上部保持部を移動するためのクレーン２１あるいはロボット設備が設置されている。
【００２２】
アルカリ洗浄槽には強アルカリ系の洗剤あるいは苛性ソーダ、あるいは苛性カリの水溶液が用いられる。苛性ソーダ（ＮａＯＨ）の場合の濃度としては３〜１０重量％のものが用いられる。苛性ソーダの濃度に対する依存性を調べると０〜３重量％の間は濃度にほぼ比例してエッチング速度が増加し、５重量％を越えるとほぼ一定と思われる割合でゆっくりと増加し、３５重量％程度で最大となる。４０重量％を越えると速度が減少する様な傾向を示すことがわかっている。実質上は３％以上苛性ソーダを入れてもそれほどエッチング速度が上がらないという事情から、３重量％でも十分であるが、エッチング液を繰り返し利用する等の観点で５％あるいは１０重量％までの範囲で調整している。なお、苛性ソーダの１０重量％を越えた液の場合、冬季に固形物が凍結する現象が生じるなど管理が困難になる。また、濃度を少なくした方がすすぎ工程も短時間にすますことができる。
【００２３】
アルカリ洗浄槽に薄膜シリコンやアモルファスシリコンを投入すると最初は激しく反応し、水素や苛性ソーダのミストが大量に発生する。そのために、ドラフトブロアーなどを槽の上部に設けて排気するようにしている。また、熱の著しい発生があり、エッチング前は２５℃程度の液温が４０℃以上にまで上昇する。しかしながら、その後は、液温が低下しゆっくりとした反応になる。この反応を促進するために、ヒータ２６を導入している。液温に対してアレニウスプロットで記載できる活性化過程の反応であるので、８０℃近くまで温度を上げることで反応速度を著しく上げることが可能である。
このときの速度はおよそ３μｍ／分まで達する。これ以上温度を上昇させるヒーター２６の近傍で沸騰する等の問題が発生する可能性がある。
【００２４】
上記の温度にて反応速度を上昇させる他、トレー、電極、防着板等装置内部部品へエッチング液を浸透させることも反応速度を高める有効な手だてである。その為には、強アルカリ系の界面活性剤をエッチング液に混ぜるとよい。装置内部部品に付着したシリコン生成物に僅かな亀裂が生じるとエッチング液はその隙間からシリコン生成物と部品との界面から毛細管現象で浸透する。その結果表面よりも先にこの界面のエッチングが進行してやがてシリコン生成物は膜の形で部品から剥離するので生成物の厚み／エッチング速度で計算される時間より大幅に高速に処理を完了することが可能である。
【００２５】
薄膜シリコン多結晶、シリコン系アモルファス半導体等の製膜速度は０．１Å〜１００Å／秒（０．０００６〜０．６μｍ／分）の範囲であり、特性上及び経済上の要件を満足するのは１〜４０Å／秒（０．００６〜０．２４μｍ／分）と言われている。エッチング速度は３μｍ／分であるので一般の使用に当たっては十分経済的な速度であるといえる。
【００２６】
エッチングの完了した部品は、エッチング液を除くためにすすぎを行う。
【００２７】
この例では、部品に残った液を簡単に落とした後、表面が乾かない内に第１濯ぎ槽２３に送り込む。ここでは、水流を送ることで効率的にアルカリ分を落としている。この水系のすすぎ液はアルカリ中和の対象となる為に、数回のすすぎに繰り返して使用する。
【００２８】
次に部品は高圧水シャワー水洗槽２４に送り込む、ここでは、アルカリは完全に除去される。また、僅かに残ったシリコンフレークも高圧シャワーで除去される。特にシャワープレート等の詰まりの原因になる固形分が残った場合は有効な手段である
最後の第２濯ぎ槽２５では水流と常時入れ替えられる水系の濯ぎ液で表面の汚れを除去するとともに、前のすすぎ段階で使用した濯ぎ液の不純物を新しい濯ぎ液で置き換えることで洗浄は完了する。
【００２９】
なお、第１、第２の濯ぎ槽の濯ぎ液としては水が好ましく、できれば高純度のものを用いるのが良い。
【００３０】
この後、移動台車の下の部分と合体した状態で大型の熱風乾燥機に治具ごと送り込み、そのあと冷却して、スペア部品保管所に管理されるか本体に再設置される。
【００３１】
本発明を有効に利用する上で、スペア部品を用いることが極めて有効である。すなわち、装置のメンテナンスを始めるときにスペア部品を配置した移動台車を本体から部品を外すと、直ぐにスペア部品を取り付ける。外した部品は洗浄装置で洗浄工程を開始するという方式をとると、装置のダウンタイムを最小限にすることが可能である。また、洗浄工程は例えば１ｍｍ程度と厚くシリコン生成物が付着した場合でも、エッチング時間が３３０分（５．５時間）、すすぎ、乾燥で２時間と合計８時間程度で処理を完了することが可能であり、装置を適切に設計することで、トレーの洗浄については自動化が可能である。他の部品は半導体製膜装置本体からの取り外しと組立以外は自動化可能である。
【００３２】
発明者らが実際に検討した範囲では、装置として、アモルファスシリコンや薄膜多結晶シリコンを製膜するプラズマＣＶＤ装置に有効であることが判明している。一方、ａ−ＳｉＣ：Ｈなど炭素を含む膜ではエッチング速度が遅いことが判明している。
【００３３】
その様な場合は、苛性カリの方が苛性ソーダより反応速度が速いが、発明者らは洗浄が完了した部品を装置に取り付けて、エッチングされやすいアモルファスシリコンや薄膜多結晶シリコンを先に０．５μｍ以上製膜してから、ａ−ＳｉＣ：Ｈなどの膜を製膜するようにしている。
【００３４】
この場合、界面活性剤を液に混入すると早い時期に下地のシリコン膜がエッチングされやすくなり、インライン式の装置の様に異なる種類の膜を製膜する装置で同時に洗浄するときにおいても特定のチャンバーの部品のエッチングが遅すぎるというような問題を解決することが可能である。
また、反応は化学反応によるもので、装置をシステムとして上手に作れば、物理的な応力を発生することなくトレー等の部品の変形も全く生じない。
【００３５】
本発明で使用する、苛性ソーダ、苛性カリ、界面活性剤（アルカリ系の洗剤）は極めてありふれたものであり、価格的にもエッチングガスと比較して安価なものである。
【００３６】
また、装置は塩化ビニール等の材料やステンレスが耐食性に優れるので用いられる。これらありふれたもので、真空装置の様に高価なものではない。
［廃液の処理］
エッチング液やすすぎの第１槽目の液は、除害して廃棄する必要がある。シリコンと苛性ソーダの溶液との反応生成物は、基本的には、シリコン、酸素、水素、ナトリウムの化合物（主として珪酸ソーダ）である。これを塩酸で中和すると食塩水と珪酸（ＳｉＯ２）ができる。これらは全く無害なものであり、廃棄しても全く問題が生じない。その点で本発明は環境上も優れたものである。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、プラズマＣＶＤ等のシリコン系半導体製膜装置の洗浄を、シリコン生成物が付着する部品のみに分離するようにし、その部品を収容する移動台車と、その部品及び収容した移動台車の部品保持部が収まるエッチング式洗浄乾燥設備で構成し、エッチング剤を苛性ソーダ、苛性カリ、界面活性剤（アルカリ系の洗剤）としたので、トレイに変形を与えずにこれに付着した各種のシリコン系生成物を除去でき、洗浄作業が簡単になる等の効果がある。また、エッチングの廃棄物も食塩水と珪酸を主成分とする物で環境的にも安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマＣＶＤ装置の一例
【図２】本発明に対応するプラズマＣＶＤ装置
【図３】本発明の洗浄設備の一実施例
【符号の説明】
１シャワープレート
２トレー（アノード）
３基板
４カソード
５ＲＦ電源
６ガス導入系
７ガス排気系
８キャリア
９ネジ
１０吊り穴
１１防着板
１２移動台車
１３フック
１４トレー吊り具
２０洗浄槽
２１クレーン
２２アルカリ洗浄槽
２３第１濯ぎ槽
２４高圧水シャワー水洗槽
２５第２濯ぎ槽
２６ヒーター
２７攪拌スクリュー

Claims

シャワープレート、カソード、及び防着板からなる群から選ばれた少なくとも１種である、プラズマＣＶＤ半導体製膜装置の製膜室の内部の取り外し可能な部品に付着した半導体、及び半導体が製膜される矩形平板状基板が取付けられるべき、プラズマＣＶＤ半導体製膜装置のアノードとして機能するトレイに付着した半導体を除去する洗浄方法であって、
前記製膜室から取り外された部品を前記トレイとともに治具に保持する工程、
前記部品及びトレイを治具とともに、３〜１０重量％の苛性ソーダを含む、８０℃を越えない温度に加熱された、アルカリ系のエッチング剤に浸漬する工程、
前記治具に保持された部品及びトレイを水系の洗浄剤で洗浄する工程、及び
前記洗浄された部品及びトレイを乾燥する工程
を具備し、前記部品及びトレイは、ステンレススチール、カーボン、及びセラミックコートされた金属からなる群から選ばれた１種である耐アルカリ性の材質からなる、半導体製膜装置の洗浄方法。
上記アルカリ系のエッチング剤が、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体製膜装置の洗浄方法。
上記水系の洗浄剤は、水道水、純水の何れかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製膜装置の洗浄方法。
シャワープレート、カソード、及び防着板からなる群から選ばれた少なくとも１種である、プラズマＣＶＤ半導体製膜装置の製膜室の内部の取り外し可能な部品に付着した半導体、及び半導体が製膜される矩形平板状基板が取付けられるべき、プラズマＣＶＤ半導体製膜装置のアノードとして機能するトレイに付着した半導体を除去する洗浄装置であって、
前記製膜室の内部から取り外された部品を前記トレイとともに保持する治具、
前記部品及びトレイを保持する治具を搬送する手段、
前記部品及びトレイを治具とともに、３〜１０重量％の苛性ソーダを含むアルカリ系のエッチング剤に浸漬する手段、
アルカリ系のエッチング剤を加熱する加熱手段、
前記治具に保持された部品及びトレイを水系の洗浄剤で洗浄する手段、及び
前記洗浄された部品及びトレイを乾燥する手段
を具備し、前記部品及びトレイは、ステンレススチール、カーボン、及びセラミックコートされた金属からなる群から選ばれた１種である耐アルカリ性の材質からなる、半導体製膜装置の洗浄装置。