JPH0529274A - 半導体製造装置およびそのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チャンバ内のスパッタエッチングによる付着
物をチャンバを開放することなく除去する。 【構成】 スパッタエッチングチャンバ１内を加熱機構
２３により加熱しつつクリーニングガス導入口２５から
スパッタエッチングチャンバ１内にクリーニングガスを
導入し、ウエハホルダ９にＲＦ電源１２からＲＦバイア
スを与える。この電圧により対向電極１０とウエハホル
ダ９との間にプラズマが生じ、クリーニングガスのプラ
ズマが発生する。このプラズマにより防着板１４ｂに付
着している堆積物１８が気化される。ターボ分子ポンプ
２０によりスパッタエッチングチャンバ１内の気体を外
部に排出する。 【効果】 そのため、スパッタエッチングチャンバ１を
開放することなく堆積物１８を除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、チャンバ内に収納さ
れる半導体基板の表面にスパッタエッチングを施すスパ
ッタエッチング機構を有する半導体製造装置および該半
導体製造装置のクリーニング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３はプロセスチャンバが別個になった
セパレートタイプの従来のスパッタエッチング装置を示
す断面図である。図において、１はスパッタエッチング
チャンバ、２はスパッタエッチングチャンバ１内の気圧
を１０^-2Torr程度の低真空状態迄荒引きする低真空ポン
プ、３はスパッタエッチングチャンバ１と低真空ポンプ
２の間に設けられた真空バルブ、４は低真空ポンプ２に
より低真空状態にされたスパッタエッチングチャンバ１
内の気圧を１０^-6〜１０^-8Torr程度の高真空状態にする
高真空ポンプである。５はスパッタエッチングチャンバ
１と高真空ポンプ４の間に設けられた真空バルブ、６は
スパッタエッチングチャンバ１内の気圧を高真空状態か
ら大気圧に戻すとき、スパッタエッチングチャンバ１内
に窒素又は大気を導入するベント配管、７はスパッタエ
ッチングされる基板を搬送する為の搬送チャンバ、８は
スパッタエッチングチャンバ１と搬送チャンバ７の間に
設けられた真空バルブ、９は基板を設置するウエハホル
ダである。

【０００３】１０はウエハホルダ９に対向して設けられ
た対向電極、１１はスパッタエッチ時に使用する不活性
ガスであるＡｒ（アルゴン）を導入する為のＡｒガス導
入管、１２はスパッタエッチング時にウエハホルダ９に
ＲＦバイアスを印加する為のＲＦ電源、１３はＲＦ電源
１２とウェハホルダ９を接続するケーブルとスパッタエ
ッチングチャンバ１とを絶縁する絶縁体である。１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、スパッタエッチング時
に基板からたたき出された材料がスパッタエッチングチ
ャンバ１の内壁や対向電極１０に直接付着するのを防止
する防着板である。

【０００４】図４は図３に示した装置を用いて基板にス
パッタエッチングを施した場合の装置内の状態を示した
断面図である。図において、１５はウエハホルダ９上に
設置された基板、１６はＡｒガスがイオン化したアルゴ
イオンＡｒ⁺ 、１７はアルゴイオンＡｒ⁺ １６が基板１
５の表面に衝突した際、基板１５の表面からたたき出さ
れた基板表面上の材料、１８は材料１７が防着板１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄへ付着して形成された堆積
物である。

【０００５】図５は図３に示した装置を用いて多数の基
板１５にスパッタエッチングを長時間くり返して行なっ
た後の装置内の状態を示した断面図である。図におい
て、１９は防着板１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに付
着して形成された堆積物１８が、防着板１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，１４ｄから剥がれた物（以下異物という）
である。

【０００６】次に動作について説明する。真空バルブ
３，５，８を閉じてスパッタエッチングチャンバ１内部
に外部から大気が入らないようにする。次に、真空バル
ブ３を開き低真空ポンプ２を作動させ、スパッタエッチ
ングチャンバ１内の気圧が１０^-2Torr程度になったら低
真空ポンプ２を停止させ、真空バルブ３を閉じる。一
方、真空バルブ５を開き高真空ポンプ（クライオポンプ
又はターボ分子ポンプ）４を作動させ、スパッタエッチ
ングチャンバ１内の気圧をさらに下げる。そして、スパ
ッタエッチングチャンバ１内を高真空状態（１０^-7Torr
程度）にする。その後、高真空ポンプを停止させ、真空
バルブ５を閉じる。なお、この時点で搬送チャンバ内も
排気され高真空状態になっているものとする。スパッタ
エッチングチャンバ１内の気圧を大気圧から１０^-2Torr
程度に下げるのにかかる時間は約３０分程度であるが、
これを１０^-2Torr程度からさらに１０^-7Torr程度に下げ
るまでには２〜６時間程度必要である。

【０００７】スパッタエッチングチャンバ１内の気圧を
高真空状態にした後、真空バルブ８を開き搬送チャンバ
７から基板１５を搬送し、ウエハホルダ９上に設置す
る。

【０００８】次に、Ａｒガス導入口１１よりＡｒガス
（１０^-3〜１０^-2Torr）をスパッタエッチングチャンバ
１内に導入し、ウエハホルダ９にＲＦ電源１２よりＲＦ
バイアスを印加する。このとき、ウエハホルダ９に設け
られているマッチングボックス（図示せず）の働きによ
り基板１５の電位はマイナスの電位になる。なお、対向
電極１０、スパッタエッチングチャンバ１は接地してお
く。そうすると、対向電極１０とウエハホルダ９との間
でプラズマが発生し、Ａｒガスがイオン化されアルゴン
イオンＡｒ⁺ １６となる。アルゴンイオンＡｒ⁺ １６は
プラスにチャージされているため、−電位になっている
基板１５の表面にたたき付けられ、基板１５表面の材料
１７が基板１５よりたたき出される。たたき出された材
料１７は図４に示すようにスパッタエッチングチャンバ
１内の防着板１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに堆積物
１８として付着する。防着板１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，
１４ｄに付着した堆積物１８の量が多くなり過ぎると、
堆積物１８が剥がれ落ち図５に示すように異物１９が発
生する。

【０００９】通常、異物１９が発生する前に防着板１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを新品と交換する。この交
換は、真空バルブ３，５，８をすべて閉じ、ベント管６
からスパッタエッチングチャンバ１内に窒素を導入し、
スパッタエッチングチャンバ１内の気圧を大気圧にした
後に行われる。この防着板１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１
４ｄの交換時にはスパッタエッチングの処理を停止する
必要があり、このとき約１２時間のロスタイムが生じ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のスパッタエッチ
ング装置は以上のように構成されており、異物１９の発
生を防止するためには、防着板１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄの交換の頻度を多くする必要がある。防着板
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの交換時毎にスパッタ
エッチングチャンバ１内の気圧を大気圧にする必要があ
り、このとき上述のようにロスタイムが生じるためスパ
ッタエッチング処理可能時間が短くなる。また、防着板
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの交換を行うため、ウ
エハホルダ９の位置がずれることもあり、この場合、設
置される基板の位置もずれ、エッチングがうまくできな
くなるという問題点があった。さらに、スパッタエッチ
ングチャンバ１内を開放するのでスパッタエッチングチ
ャンバ１内へ外部から大気が入り、この大気に含まれる
ごみがＯリングに付着して、装置が故障するという問題
点もあった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、チャンバを開放することなくチ
ャンバ内のスパッタエッチングによる付着物を除去する
ことができる半導体製造装置およびそのクリーニング方
法を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、チャンバ内
に収納された半導体基板の表面にスパッタエッチングを
施すスパッタエッチング機構を有する半導体製造装置に
適用される。

【００１３】この発明に係る半導体製造装置は、前記チ
ャンバ内に活性ガスであるクリーニングガスを導入する
クリーニングガス導入口と、前記クリーニングガスをプ
ラズマ化するプラズマ化手段と、前記チャンバ内を排気
するターボ分子ポンプと、前記チャンバ内を加熱する加
熱機構とを備えている。

【００１４】この発明に係る半導体製造装置のクリーニ
ング方法は、上記半導体製造装置のクリーニング方法で
あって、前記加熱手段により前記チャンバ内部を加熱す
るとともに、前記クリーニングガス導入口から前記クリ
ーニングガスを前記チャンバ内に導入する工程と、前記
プラズマ化手段により前記クリーニングガスをプラズマ
化し、該プラズマにより前記チャンバの内のスパッタエ
ッチングによる付着物を気化させる工程と、前記チャン
バ内を前記ターボ分子ポンプにより排気する工程とを備
えている。

【００１５】

【作用】この発明に係る半導体製造装置におけるクリー
ニングガス導入口には活性ガスであるクリーニングガス
に導入される。加熱手段は、チャンバ内部を加熱するの
で、チャンバ内部にクリーニングガスが吸着せず、ま
た、チャンバ内部に存在する水分も気化する。プラズマ
化手段によりクリーニングガスがプラズマ化され、この
プラズマによりチャンバ内のスパッタエッチングによる
付着物が気体となる。この気体はターボ分子ポンプによ
り排気される。このため、チャンバを開放して付着物を
除去する必要がなくなる。

【００１６】この発明における半導体製造装置のクリー
ニング方法においては、加熱手段によりチャンバ内部を
加熱するとともに、チャンバ内部にクリーニングガス導
入口からクリーニングガスを導入するので、クリーニン
グガスがチャンバの内部の壁面に吸着しない。また、チ
ャンバ内部を加熱するので、水分は気化する。プラズマ
化手段によりクリーニングガスがプラズマ化し、該プラ
ズマによりチャンバ内のスパッチエッチングによる付着
物を気化させる。次に、ターボ分子ポンプによりチャン
バ内を排気する。そのため、チャンバを開放して付着物
を除去する必要がなくなる。

【００１７】

【実施例】図１はこの発明に係る半導体製造装置の一実
施例を示す断面図である。図において、図３に示した従
来装置との相違点は、スパッタエッチングチャンバ１の
壁面に設けられた防着板１４ａ，１４ｃ，１４ｄなくし
たこと、高真空ポンプ４としてターボ分子ポンプ２０を
特に用いたこと、ターボ分子ポンプ２０用低真空ポンプ
２１，加熱機構２３，クリーニングガス導入口２５を新
たに設けたこと、対向電極１０をウエハホルダ９の基板
設置面を取り囲むような形状にしたことである。ターボ
分子ポンプ２０は真空バルブ５を介してスパッタエッチ
ングチャンバ１に接続されている。低真空ポンプ２１は
ターボ分子ポンプ２０の排気を補助する。加熱機構２３
は対向電極１０内に設けられている。クリーニングガス
導入口２５はクリーニングガスをスパッタエッチングチ
ャンバ１内に導入するためのものである。その他の構成
は従来装置と同様である。

【００１８】図２は図１に示した装置を用いて基板１５
にスパッタエッチングを施した場合の装置内の状態を示
す断面図である。

【００１９】次に動作について説明する。スパッタエッ
チング動作については従来と同様である。すなわち、ス
パッタエッチングチャンバ１内を低真空ポンプ２および
ターボ分子ポンプ２０を用いて高真空状態にする。そし
て、ウエハホルダ９上に基板１５を設置し、Ａｒガス導
入口１１よりＡｒガスをスパッタエッチングチャンバ１
内に導入し、ウエハホルダ９にＲＦ電源１２よりＲＦバ
イアスを印加する。すると対向電極１０とウエハホルダ
９との間にプラズマが発生し、アルゴイオンＡｒ⁺ １６
が基板１５にたたき付けられ、基板１５表面がスパッタ
効果によりエッチングされる。このとき基板１５表面か
らたたき出された例えばシリコンが防着板１４ｂに堆積
物１８として付着する。対向電極１０はウエハホルダ９
の基板設置面を取り囲むような形状であり、従って対向
電極１０のウエハホルダ９に面した側に設けられている
防着板１４ｂの形状もウエハホルダ９の基板設置面を取
り囲むような形状になっている。そのため、基板１５か
ら飛び出したシリコンは防着板１４ｂのみに付着し堆積
物１８が防着板１４ｂ以外に付着することはない。

【００２０】次に、堆積物１８をスパッタエッチングチ
ャンバ１内を開放することなく除去する方法について説
明する。基板１５をスパッタエッチングチャンバ１内か
ら取り除いた状態で以下の処理を施す。シリコンを気化
してエッチングすることができるクリーニングガス、た
とえば、活性なガスであるフレオンをクリーニングガス
導入口２５からスパッタエッチングチャンバ１内に導入
する。

【００２１】このとき加熱機構２３によりスパッタエッ
チングチャンバ１内をあらかじめ加熱しておく。この加
熱によりフレオンがスパッタエッチングチャンバ１の内
部に存在する壁面に吸着しないようにしている。このよ
うにするのは、スパッタエッチングチャンバ１内の気圧
を高真空状態にする場合、フレオンがスパッタエッチン
グチャンバ１の内部に存在する壁面に吸着しているとそ
の吸着しているフレオンも排気しなければならず、高真
空状態にするのに時間がかかるためである。

【００２２】ＲＦ電源１２からＲＦバイアスをウエハホ
ルダ９に印加するとマッチングボックスの働きによりウ
エハホルダ９の電位はマイナスになり、対向電極１０と
ウエハホルダ９との間にフレオンプラズマが発生する。
このフレオンプラズマが発生する範囲に存在する堆積物
１８、つまり防着板１４ｂに付着している堆積物（シリ
コン）１８がフレオンプラズマにより気化される。次
に、ターボ分子ポンプ２０によりスパッタエッチングチ
ャンバ１内の気体をスパッタエッチングチャンバ１の外
部に排出する。

【００２３】高真空ポンプとしてターボ分子ポンプ２０
を特に用いているのは以下の理由による。スパッタエッ
チングチャンバ１内を高真空状態にする高真空ポンプを
従来装置で使用していたクライオポンプの様な冷凍方式
のものにすると、フレオンガスがクライオポンプに内蔵
される冷凍機の表面に付着しポンプの能力が劣化してし
まう。そのため、スパッタエッチングチャンバ１内のク
リーニング後、再びスパッタエッチングチャンバ１内を
高真空状態にできない。一方、ターボ分子ポンプ２０は
クライオポンプのように冷凍方式のものではなくガス分
子の移動により排気を行うものなので、ポンプの能力が
劣化することがない。そのため、スパッタエッチングチ
ャンバ１内をクリーニング後、再び高真空状態にするの
に要する時間がクライオポンプを用いた時よりも速くな
る。

【００２４】一方、ターボ分子ポンプ２０は、水分（Ｈ
₂ Ｏ）の排気能力がクライオポンプと比較して悪いた
め、ターボ分子ポンプ２０を用いてスパッタエッチング
チャンバ１内の気圧を高真空状態にするのにクライオポ
ンプに比べ時間がかかる。そこでスパッタエッチングチ
ャンバ１内の水分を除去するために加熱機構２３を設け
ている。この加熱機構２３によりスパッタエッチングチ
ャンバ１内を加熱し、防着板１４ｂ等に吸着している水
分を気化させ、水蒸気にしてターボ分子ポンプ２０で真
空引きするようにしている。これにより、スパッタエッ
チングチャンバ１内を真空状態にする時間が短縮され
る。

【００２５】以上のように、フレオンプラズマにより堆
積物１８を気化させ、ターボ分子ポンプ２０により外部
へ排出するようにしたので、スパッタエッチングチャン
バ１を開放することなくチャンバ内をクリーニングでき
る。仮に、スパッタエッチングチャンバ１を開放してク
リーニングするようにしたとしても、スパッタエッチン
グチャンバ１の開放頻度は少なくなる。その結果、スパ
ッタエッチング可能時間が長くなる。また、ウエハホル
ダ９の位置ずれが生じにくくなり、スパッタエッチング
がうまくできなくなることがない。さらに、Ｏリングに
ごみがつきにくくなり、装置が故障しにくくなる。

【００２６】なお、フレオンガスを用いるためスパッタ
エッチングチャンバ１内で使用する材料はフレオンガス
に対して耐腐食性のあるものでなければならない。クリ
ーニングガスとしてフレオンガスを使用する場合、スパ
ッタエッチングチャンバ１内の材料はチタン製のものは
使用できず、アルミニューム等により構成すればよい。

【００２７】なお、上記実施例では加熱機構２３を対向
電極１０の内部に設けた場合について説明したが、加熱
機構２３はスパッタエッチングチャンバ１内部を加熱す
ることがでればどのような位置に設けてもよい。

【００２８】また、上記上記実施例ではフレオンガスを
クリーニングガスとして使用した場合について説明した
が、これに限定されず、プラズマ化されることにより防
着板１４ｂに付着している堆積物１８を気化することが
できればどの様なガスでもよい。

【００２９】さらに、上記実施例では、防着板１４ｂを
ウエハホルダ９の基板設置面を取り囲むような形状にし
たが、防着板１４ｂの形状は図３に示した従来のような
形状であってもよい。このような形状にしても堆積物１
８が最も多く形成される対向電極１０近傍にフレオンプ
ラズマが生じ、ほとんどの堆積物１８は除去されるの
で、スパッタエッチングチャンバ１の開放頻度は減る。

【００３０】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の半導体製
造装置によれば、チャンバ内に活性なクリーニングガス
を導入するクリーニングガス導入口と、クリーニングガ
スをプラズマ化するプラズマ化手段と、チャンバ内を排
気するターボ分子ポンプと、チャンバ内を加熱する加熱
手段とを設けたので、チャンバの内部の壁面にクリーニ
ングガスが吸着せず、また、チャンバ内部に存在する水
分も気化する。またクリーニングガスがプラズマ化さ
れ、このプラズマによりチャンバ内のスパッタエッチン
グによる付着物が気体となる。この気体はターボ分子ポ
ンプによりチャンバ外に排出される。このため、チャン
バを開放して付着物を除去する必要がなくなる。その結
果、チャンバを開放頻度が減り、基板の処理可能時間が
長くなるという効果がある。また、チャンバに外部から
大気が入る頻度が少くなるので、装置の故障が少なくな
るという効果がある。

【００３１】また、請求項２に記載の半導体製造装置の
クリーニング方法によれば、加熱手段によりチャンバ内
部を加熱するとともに、チャンバ内部にクリーニングガ
ス導入口から活性なクリーニングガスを導入するので、
クリーニングガスがチャンバの内部の壁面に吸着しな
い。またチャンバ内を加熱するので、水分は気化する。
プラズマ化手段によりクリーニングガスがプラズマ化
し、該プラズマによりチャンバ内のスパッタエッチング
による付着物を気化させる。次に、ターボ分子ポンプに
よりチャンバ内を排気する。そのため、チャンバを開放
して付着物を除去する必要がなくなる。その結果、チャ
ンバを開放頻度が減り、基板の処理可能時間が長くなる
という効果がある。また、チャンバに外部から大気が入
る頻度が少くなるので、装置の故障が少なくなるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る半導体製造装置の一実施例を示
す断面図である。

【図２】図１に示した装置の動作を説明するための図で
ある。

【図３】従来のスパッタエッチング装置を示す断面図で
ある。

【図４】図３に示した装置の説明をするための図であ
る。

【図５】図３に示した装置の説明をするための図であ
る。

【符号の説明】

１ スパッタエッチングチャンバ ９ ウエハホルダ １０ 対向電極 １２ ＲＦ電源 ２３ 加熱機構 ２５ クリーニングガス導入口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバ内に収納された半導体基板の表
   面にスパッタエッチングを施すスパッタエッチング機構
   を有する半導体製造装置において、 前記チャンバ内に活性ガスであるクリーニングガスを導
   入するクリーニングガス導入口と、 前記クリーニングガスをプラズマ化するプラズマ化手段
   と、 前記チャンバ内を排気するターボ分子ポンプと、 前記チャンバ内を加熱する加熱手段とを備えた半導体製
   造装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体製造装置のクリ
   ーニング方法であって、 前記加熱手段により前記チャンバ内部を加熱するととも
   に、前記クリーニングガス導入口から前記クリーニング
   ガスを前記チャンバ内に導入する工程と、 前記プラズマ化手段により前記クリーニングガスをプラ
   ズマ化し、該プラズマにより前記チャンバ内のスパッタ
   エッチングによる付着物を気化させる工程と、 前記チャンバ内を前記ターボ分子ポンプにより排気する
   工程とを備えた半導体製造装置のクリーニング方法。