(57)【要約】      （修正有）【課題】長期間の使用によって、処理チャンバ内に除去しきれずに残存した堆積物、生成物のクリーニング作業の効率化を図り、もって装置停止時間の短縮化、装置の稼働率の向上を図るようした半導体製造装置を提供する。【解決手段】内部が減圧される処理チャンバ２を含む装置本体１と、処理チャンバ２の上部開口と着脱自在なトップチャンバ３とを有する半導体製造装置において、処理チャンバ２の上部開口と着脱自在であり、処理チャンバ２内のクリーニングを行うクリーニングユニット３０を備えている。クリーニングユニット３０は、シャワーヘッド構造の電極を有し、シャワーヘッドにはクリーニングガスが外部から導入されるようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が減圧される処理チャンバを含む装置本体と、前記処理チャンバの上部開口と着脱自在なトップチャンバとを有し、前記トップチャンバはドームと前記処理チャンバ内にプラズマを生成するためのコイルとを含む半導体製造装置において、
前記処理チャンバの上部開口と着脱自在であって、前記処理チャンバ内のクリーニングを行うクリーニングユニットを備え、
前記クリーニングユニットはシャワーヘッド構造の電極を有し、前記シャワーヘッドにはクリーニングガスが外部から導入されるようになっていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
内部が減圧される処理チャンバを含む装置本体と、前記処理チャンバの上部開口と着脱自在なトップチャンバとを有し、前記トップチャンバはドームと前記処理チャンバ内にプラズマを生成するためのコイルとを含む半導体製造装置の使用方法であって、
前記処理チャンバの上部開口と着脱自在であり、前記処理チャンバ内のクリーニングを行うクリーニングユニットを用意しておき、
前記半導体製造装置の通常の処理時には、前記処理チャンバの上部開口に前記トップチャンバを装着して使用し、
前記処理チャンバ内の所定のクリーニング時には、前記処理チャンバの上部開口から前記トップチャンバを取り外してその上部開口に前記クリーニングユニットを装着して使用し、
前記クリーニングユニットは、シャワーヘッド構造の電極を有し、前記シャワーヘッドにはクリーニングガスが外部から導入されるようになっていることを特徴とする半導体製造装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置として、例えば高密度プラズマ（ＨＤＶ）式ＣＶＤ装置が知られている（特許文献１などを参照）。
このＣＶＤ装置は、図２に示すように、内部が減圧される処理チャンバ２を含む装置本体１と、処理チャンバ２の上部開口に着脱自在なトップチャンバ３とを備えている。処理チャンバ２の上部開口にトップチャンバ３の装着時には、トップチャンバ３が処理チャンバ２を覆うようになる。
【０００３】
処理チャンバ２内には、ウェハ（基板）Ｗを支持するための基板支持部材４が配置され、この基板支持部材４の上部には、ウェハＷを固定するための静電チャック５が設けられている。
トップチャンバ３は、開口部６を備えた搭載台７を有し、この搭載台７上には開口部６を覆うようにセラミック製のドーム８が搭載されている。また、搭載台７上には、高周波発生装置９および周波数変換装置１０が搭載されている。
【０００４】
ドーム８には、サイドコイル１１およびトップコイル１２が取り付けられている。コイル１１、１２は、高周波発生装置９で発生され周波数変換装置１０で周波数変換された高周波信号が供給され、これにより処理チャンバ２内にプラズマを生成する。
搭載台７の開口部６の内周面には、シラン、酸素（Ｏ２）、アルゴンなどのガスを処理チャンバ２内に供給する複数のサイドノズル１３が配置されている。また、ドーム８の天井には、シラン、酸素などのガスを処理チャンバ２内に供給する複数のトップノズル１４が配置されている。
処理チャンバ２には、ガス供給ライン１５を介してリアクタキャビティ１６が接続されている。このリアクタキャビティ１６は、プラズマを生成するためのマイクロ波発生装置１７を有するとともに、図示しないガス供給源と接続される。
【０００５】
処理チャンバ２の下方には、ターボスロットルバルブを内部に配置したスロットル弁チャンバ１８が設けられている。スロットル弁チャンバ１８の下側には、ゲートバルブ１９を介して処理チャンバ２内を真空引きするターボポンプ（主真空ポンプ）２０が配置されている。ターボポンプ２０の排気口は、排気配管２１を介してドライポンプ（補助真空ポンプ）２２に接続されている。排気配管２１には、バルブ（開閉弁）２３が設けられている。また、スロットル弁チャンバ１８の排気口と排気配管２１とは排気配管２４で接続されている。排気配管２４には、バルブ２５と圧力調整バルブ２６が設けられている。
なお、このＣＶＤ装置は、図２に示すように、処理チャンバ２内の圧力を測定する圧力計２７と、排気配管２４内の圧力を測定する圧力計２８を備えている。
【０００６】
次に、このように構成したＣＶＤ装置において、基板支持部材４上のウェハＷの表面に例えばＳｉＯ２の膜を堆積（形成）する処理について、図２を参照して説明する。
ゲートバルブ１９を開き、ドライポンプ２２およびターボポンプ２０により処理チャンバ２内を真空引きすると同時に、ノズル１３からＡｒガスを処理チャンバ２内に導入する。そして、処理チャンバ２の圧力が所定値になると、コイル１１、１２は、高周波発生装置９で発生され周波数変換装置１０で周波数変換された高周波信号が供給され、これにより処理チャンバ２内にプラズマを生成する。
【０００７】
続いて、ＳｉＨ４ガスおよびＯ２ガスを処理チャンバ２内に順次導入すると、ＳｉＨ４ガスおよびＯ２ガスは、イオンまたはラジカルに電離された状態でウェハＷに達し、化学反応によりウェハＷの表面にＳｉＯ２の膜が堆積される。
次に、図２のＣＶＤ装置では、以下のようにして処理チャンバ２内のクリーニング（清掃）を行うことができる。
【０００８】
第１のクリーニング方法は、ゲートバルブ１９およびバルブ２３を閉め、バルブ２５を開く。そして、リアクタキャビティ１６とマイクロ波発生装置１７を動作させることにより、プラズマ化したＮＦ３などのクリーニングガスが処理チャンバ２内に供給される。これにより、処理チャンバ２の内壁や構造物に付着したデポ物（堆積物）、生成物をエッチング作用により除去できる。このときには、ドライポンプ２２を運転させるので、その除去物質は、クリーニングガスとともに排気配管２４を経由させて外部に除去できる。
【０００９】
第２のクリーニング方法は、ＣＶＤ装置の上部に取り付けたリモートプラズマユニット（図示せず）で発生させたプラズマ化クリーニングガスを、ウェハＷ上に膜を堆積させる時に使用するガスノズル（例えば複数のサイドノズル１３）を用いて、処理チャンバ２内に供給する。この場合も上記と同様に、処理チャンバ２の内壁や構造物に付着した堆積物、生成物を外部に除去できる。
【特許文献１】特開２００１−５３００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記のクリーニング方法では、処理チャンバ２の内壁などに付着した堆積物（デポ物）を完全に除去できず、クリーニングのたびに残る残膜が数ヶ月〜数年の単位の長期間に累積し、その膜が厚くなると遂には剥がれ、パーティクル発生の要因になる。このような対策として、以下の方法が採用されている。
第１には、その剥がれた膜を水によって拭き取る方法である。しかし、この方法では、剥がれた膜は除去できるが、残膜までは除去できないという不具合がある。
【００１１】
第２には、処理チャンバ２の内壁を研磨する方法である。この方法では、以下のような不具合がある。
（１）研磨作業に時間がかかり過ぎ、装置の停止時間が長くなる。
（２）研磨の残り滓の完全な除去が困難で、装置の立ち上がりに時間がかかる。
（３）研磨作業は人間が行うので、作業負荷が大きい。
（４）研磨滓の残りが、製品ウェハの金属汚染を引き起こすリスクがある。
（５）研磨作業は手作業のため、手が入りにくい構造部の研磨ができず、完全に付着物の除去ができない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、長期間の使用によって、処理チャンバ内に除去しきれずに残存した堆積物、生成物のクリーニング作業の効率化を図り、もって装置停止時間の短縮化、装置の稼働率の向上を図ることができる半導体製造装置およびその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
第１の発明は、内部が減圧される処理チャンバを含む装置本体と、前記処理チャンバの上部開口と着脱自在なトップチャンバとを有し、前記トップチャンバはドームと前記処理チャンバ内にプラズマを生成するためのコイルとを含む半導体製造装置において、前記処理チャンバの上部開口と着脱自在であって、前記処理チャンバ内のクリーニングを行うクリーニングユニットを備え、前記クリーニングユニットはシャワーヘッド構造の電極を有し、前記シャワーヘッドにはクリーニングガスが外部から導入されるようになっている。
【００１４】
第２の発明は、内部が減圧される処理チャンバを含む装置本体と、前記処理チャンバの上部開口と着脱自在なトップチャンバとを有し、前記トップチャンバはドームと前記処理チャンバ内にプラズマを生成するためのコイルとを含む半導体製造装置の使用方法であって、前記処理チャンバの上部開口と着脱自在であり、前記処理チャンバ内のクリーニングを行うクリーニングユニットを用意しておき、前記半導体製造装置の通常の処理時には、前記処理チャンバの上部開口に前記トップチャンバを装着して使用し、前記処理チャンバ内の所定のクリーニング時には、前記処理チャンバの上部開口から前記トップチャンバを取り外してその上部開口に前記クリーニングユニットを装着して使用し、前記クリーニングユニットは、シャワーヘッド構造の電極を有し、前記シャワーヘッドにはクリーニングガスが外部から導入されるようになっている。
このような構成の本発明によれば、長期間の使用によって、処理チャンバ内に除去しきれずに残存した堆積物、生成物のクリーニング作業の効率化を図り、もって装置停止時間の短縮化、装置の稼働率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の半導体製造装置の実施形態の構成について、図１を参照して説明する。図１は実施形態の構成を示す図である。
この実施形態に係る半導体製造装置は、高密度プラズマ式ＣＶＤ装置に適用した例であり、図２に示すＣＶＤ装置の構成を基本とし、さらに図１に示すクリーニングユニット３０を追加するようにした。従って、以下の説明では、図２の構成要素と同一部分には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００１６】
クリーニングユニット３０は、処理チャンバ２の上部開口に、その上部開口を塞ぐ形態で着脱自在に構成され、装着時に処理チャンバ２内のクリーニングを行うものである。
また、クリーニングユニット３０は、図１に示すように、ドーム型の電極保持部材３１と、電極保持部材３１に保持される電極３２と、電極３２を電極保持部材３１に固定する固定部材３３とを備えている。
【００１７】
電極３２は、高周波発生装置３４に電気的に接続されている。また、電極３２は、シャワーヘッド型の平面電極を採用している。すなわち、電極３２は、円板状の平板部３５と、それに続く保持部３６とを有する。保持部３６は、電極保持部材３１の内側に保持され、このときに、電極保持部材３１と平板部３５との間に部屋（空間）３７が形成されるようになっている。平板部３５の厚さ方向には、多数の孔３８が設けられている。
電極保持部材３１の天井には、ＮＦ３、Ｃ２Ｆ６などのクリーニングガスを部屋３７内に導入するためのクリーニングガス導入口３９が設けられ、その導入口３９はクリーニングガス供給配管４０と接続されている。
【００１８】
ここで、クリーニングユニット３０によるクリーニングは、半導体製造装置の長時間の使用によって処理チャンバ２の内壁および構造物に堆積した堆積物、生成物を除去することが主目的であり、一時的に生産を停止させて行う作業である。
このため、クリーニングユニット３０は、未使用時に、装置本体１から完全に取り外すようにしても良く、あるいはダンパーなどで蓋のように支える構造とし、処理チャンバ２の横に設置しておくようにしても良い。
【００１９】
次に、このような構成の実施形態の使用方法について、図１を参照して説明する。
この使用方法では、処理チャンバ２内のクリーニングを行うクリーニングユニット３０を予め用意しておく。
そして、実施形態の通常の処理時（製造時）には、例えば、ウェハＷ上にＳｉＯ２などの所定の膜を堆積させる場合には、処理チャンバ２の上部開口にトップチャンバ３を装着して使用する。このような処理は、従来技術の場合と同様である。
【００２０】
ここで、ウェハＷの成膜処理などを１回以上行った後に、従来技術で説明した第１のクリーニング方法で、処理チャンバ２内のクリーニングを行う。しかし、第１のクリーニング方法を行っても、装置の長時間の使用によって、処理チャンバ２の内壁および構造物に除去しきれずに残存する堆積物、生成物が存在する。従って、その第１のクリーニングは、補助的はクリーニングにすぎない。
【００２１】
そこで、その除去しきれずに残存する堆積物、生成物を除去するために、この実施形態では、一時的に生産を停止させて行う本格的なクリーニングを行う。
この場合には、処理チャンバ２内のクリーニング時には、処理チャンバ２の上部開口からトップチャンバ３を取り外し、その上部開口に新たにクリーニングユニット３０を装着する。
【００２２】
このクリーニング時には、基板支持部材４上のウェハＷは除去された状態になり、基板支持部材４は接地される。また、ゲートバルブ１９およびバルブ２３を閉め、バルブ２５を開く。そして、部屋３７にはクリーニングガスが導入され、このクリーニングガスは電極３２の多数の孔３８によって分散されて処理チャンバ２内に供給される。
このとき、高周波発生装置３４で生成される高周波電圧がクリーニングユニット３０の電極３２に印加されるので、処理チャンバ２内にプラズマが発生する。このため、処理チャンバ２内に供給されるクリーニングガスは、プラズマによりそのクリーニングガスを分解して化学反応を起こさせ、これにより処理チャンバ２の内壁などに付着する堆積物、生成物が剥離される。ドライポンプ２２が運転されているので、その剥離された堆積物、生成物を、排気配管２４を経由させて外部に除去される。
【００２３】
以上説明したように、実施形態では、処理チャンバの真上にクリーニングガスを導入するシャワーヘッド型の平面電極を設置するようにしたので、クリーニングガスの処理チャンバの内壁、構造物への到達距離が短く、従来の方法に比較して効果的なクリーニングが可能である。
また、実施形態では、処理チャンバの上部のほぼ前面から多くのプラズマクリーニングガスを供給できるので、より効率の良いクリーニングが可能である。このため、従来ガスクリーニング取り切れなかった箇所も効率良くクリーニングできる。
【００２４】
さらに、実施形態では、ガス反応を用いたクリーニングのため、従来のように研磨くずの発生がなく、パーティクル発生がない。
また、実施形態では、ガスを使ったドライクリーニングのため、トップチャンバを装置本体から取り外してクリーニングユニットと交換するだけで、クリーニングが可能となる。このため、クリーニング作業の効率化、装置停止時間の短縮化により、装置の稼働率を向上できる。
【００２５】
なお、上記の実施形態では、プラズマ式ＣＶＤ装置に適用した場合について説明した。すなわち、真空保持された処理チャンバ２内にウェハＷを配置し、処理チャンバ２内に処理ガスを供給しながら高周波電力をコイルに印加し、処理チャンバ２内にプラズマを発生させ、そのプラズムにより処理ガスを分解して化学反応を起こさせ、それによりウェハＷ上に薄膜を形成する装置に、適用するようにした。
しかし、本発明は、プラズマを用いてエッチングを行うプラズマエッチング装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図である。
【図２】従来装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・装置本体、２・・・処理チャンバ、３・・・トップチャンバ、３０・・・クリーニングユニット、３２・・・電極、３８・・・孔、３９・・・クリーニングガス導入口
【図１】
2009054914.tif 000003
【図２】
2009054914.tif 000004