特許 7517863 装置稼働方法と基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】装置稼働方法と基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20240709BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240709BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/31 C

C23C16/44 J

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020083393

(22)【出願日】2020-05-11

(65)【公開番号】P2020191444

(43)【公開日】2020-11-26

【審査請求日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】62/851,347

(32)【優先日】2019-05-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519237203

【氏名又は名称】エーエスエム・アイピー・ホールディング・ベー・フェー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】田辺 伸章

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３１０８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５２３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４３１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１９９４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３３３６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リアクタチャンバの内部にガスを提供して前記リアクタチャンバの内部の基板に処理を施すことと、
リアクタチャンバに基板をロード又はアンロードしている最中に、前記リアクタチャンバにつながる排気ライン、又は前記排気ラインにつながるドライポンプに前記リアクタチャンバを経由しないプラズマを提供して、前記排気ラインと前記ドライポンプの少なくとも一方をクリーニングし、
クリーニングに用いられるプラズマを生成するリモートプラズマユニットから、前記リモートプラズマユニットと前記リアクタチャンバをつなげる接続ラインを介して前記リアクタチャンバにプラズマを提供して、前記リアクタチャンバをクリーニングし、
前記排気ラインと前記ドライポンプの少なくとも一方をクリーニングするときは、前記リモートプラズマユニットから、前記リモートプラズマユニットと前記排気ラインをつなげるバイパスラインを介して前記排気ラインにプラズマを提供し、
前記排気ラインと前記ドライポンプの少なくとも一方のクリーニングは、前記基板のロード又はアンロードが終わる前に終了することを特徴とする装置稼働方法。

【請求項2】

前記バイパスラインから前記排気ラインに提供されるプラズマの量は、プレッシャーコントロールバルブによって調整されることを特徴とする請求項１に記載の装置稼働方法。

【請求項3】

前記排気ラインと前記ドライポンプの少なくとも一方をクリーニングするときは、前記リモートプラズマユニットとは別に設けられた専用リモートプラズマユニットで前記ドライポンプに直接プラズマを提供することを特徴とする請求項１に記載の装置稼働方法。

【請求項4】

前記ドライポンプは回転するインペラーが設けられた部屋を複数有し、前記専用リモートプラズマユニットのプラズマが複数の前記部屋に対して個別に提供されることを特徴とする請求項３に記載の装置稼働方法。

【請求項5】

前記リアクタチャンバのクリーニングはメインレシピによって実行され、前記排気ラインと前記ドライポンプの少なくとも一方のクリーニングはサブレシピによって前記メインレシピと並行して実行されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置稼働方法。

【請求項6】

リアクタチャンバと、
接続ラインを介して前記リアクタチャンバに通じ、プラズマを提供するリモートプラズマユニットと、
排気ラインを介して前記リアクタチャンバに通じ、前記リアクタチャンバのガスを排気するドライポンプと、
前記接続ラインと、前記排気ラインとをつなげるバイパスラインと、を備え、
前記リモートプラズマユニットは前記リアクタチャンバの上に設けられ、
前記排気ラインは前記リアクタチャンバの下に設けられ、
前記バイパスラインは、前記リアクタチャンバの表面に沿って設けられ、
前記バイパスラインの屈曲部には丸みがつけられたことを特徴とする基板処理装置。

【請求項7】

リアクタチャンバと、
排気ラインを介して前記リアクタチャンバに通じ、前記リアクタチャンバのガスを排気するドライポンプと、
前記ドライポンプに直接接続された専用リモートプラズマユニットと、を備え、
前記ドライポンプは、前記排気ラインにつながる第１インレットと、前記専用リモートプラズマユニットにつながる第２インレットと、排気口と、を備え、
前記ドライポンプは、前記第１インレットにつながる第１空間に設けられた第１インペラーと、第１空間につながる第２空間に設けられた第２インペラーと、を有し、前記第２インレットから前記第１空間に至る第１経路と、前記第２インレットから前記第２空間に至る第２経路が提供されたことを特徴とする基板処理装置。

【請求項8】

前記第１経路を開閉する第１バルブと、前記第２経路を開閉する第２バルブとを備えたことを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は装置稼働方法と基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

リアクタチャンバに提供されたガスは、ドライポンプによって排気ラインを経由して外部に排気される。例えば、副生成物の多く発生するプロセスにおいては、排気ライン又はドライポンプに堆積物が堆積する。堆積物の堆積は、装置の稼働を妨げたり、ドライポンプの保護機能に基づくドライポンプのロックを生じさせたりする。例えば、ルーツ型真空ポンプでは、多くの堆積物が堆積すると、インペラーの回転が悪くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開2005-236293号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

リモートプラズマユニットから、リアクタチャンバを経由して排気ラインへクリーニングガスを提供することで、排気ラインとドライポンプの閉塞を抑制し得る。しかしながら、そのようなクリーニングは、リアクタチャンバにおける処理を中断させるので、装置の処理を遅延させる要因となっていた。これは、スループットの低下を招くということもできる。

【0005】

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気系の効率的なクリーニングを可能とする装置稼働方法と基板処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る装置稼働方法は、リアクタチャンバの内部にガスを提供して該リアクタチャンバの内部の基板に処理を施すことと、リアクタチャンバに基板をロード又はアンロードしている最中に、該リアクタチャンバにつながる排気ライン、又は該排気ラインにつながるドライポンプに該リアクタチャンバを経由しないプラズマを提供して、該排気ラインと該ドライポンプの少なくとも一方をクリーニングすること、とを備えたことを特徴とする。

【0007】

本開示のその他の特徴は以下に明らかにする。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、例えば排気系の効率的なクリーニングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】装置稼働方法の例を示す図である。

【図2】基板処理装置の構成例を示す図である。

【図3】別の例に係る基板処理装置の構成例を示す図である。

【図4】基板処理装置の斜視図である。

【図5】別の例に係る基板処理装置の構成例を示す図である。

【図6】図５のドライポンプの構成例を示す斜視図である。

【図7】図６のドライポンプの構成例を示す断面図である。

【図8】変形例に係る装置稼働方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

装置稼働方法と基板処理装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0011】

実施の形態．
図１は、装置稼働方法の例を示す図である。この例では、リアクタチャンバにおいて基板に成膜処理を施す装置の稼働について説明する。基板は例えばウエハである。リアクタチャンバでは、例えば物理的気相堆積、エピタキシャル堆積若しくは他の成膜、拡散、又はエッチングプロセスを施してもよい。まず、ステップＳ１にて、例えばリアクタチャンバのサセプタに基板を提供する。基板のローディングには要する時間は例えば２２秒である。

【0012】

次いで、ステップＳ２にて、基板に処理を施す。処理の一例は基板に対するプラズマＣＶＤ法による成膜である。成膜処理は、リアクタチャンバの内部にガスを提供して行うことができる。ガスをリアクタチャンバに提供して、基板の膜の改質、エッチングなどの処理を実行してもよい。

【0013】

次いで、ステップＳ３にて、基板をアンロードする。基板のアンロードに要する時間は例えば２２秒である。次いで、ステップＳ４にてリアクタチャンバの内部をクリーニングする。一例によれば、リモートプラズマユニットから、クリーニングに用いられるプラズマをリアクタチャンバに提供することでリアクタチャンバをクリーニングする。リアクタチャンバのクリーニングに要する時間は例えば５４秒である。

【0014】

次いで、ステップＳ５にて、リアクタチャンバに新たな基板を提供する。ステップＳ６にてその基板に対して処理を施し、ステップＳ７にてその基板をアンロードする。

【0015】

こうしてメインレシピによる一連の処理を繰り返すことで、基板に対して順次処理が施される。一例によれば、リアクタチャンバのクリーニングはメインレシピによって実行され、排気ラインとドライポンプの少なくとも一方のクリーニングはサブレシピによってメインレシピと並行して実行される。一例によれば、排気ラインは、リアクタチャンバとドライポンプをつなぐパイプである。一例によれば、ドライポンプはリアクタチャンバからガス分子を除去するデバイスである。サブレシピは、基板をローディングするステップＳ１、Ｓ５と、基板をアンローディングするステップＳ３、Ｓ７の最中に、リアクタチャンバにつながる排気ライン、又は排気ラインにつながるドライポンプにリアクタチャンバを経由しないプラズマを提供させる。サブレシピによって、基板のロードとアンロード時に、排気ラインとドライポンプの少なくとも一方をクリーニングする。

【0016】

例えば、時刻Ｔ１からＴ２までの時間と、時刻Ｔ３からＴ４までの時間の和は、６５秒程度とすることができる。

【0017】

このように、基板搬送と、排気系のクリーニングを同時に行うことで、スループットを高め得る。

【0018】

図２は、上述の装置稼働方法に用いられる基板処理装置の構成例を示す図である。リアクタチャンバ１０では、例えば、ガスを用いて基板に成膜、エッチング、改質処理などの処理を施す。これらの処理はプラズマの生成を伴ってもよい。リモートプラズマユニット１４は、接続ライン１２を介してリアクタチャンバ１０に通じ、リアクタチャンバ１０にプラズマを提供し得る。リモートプラズマユニット１４は、例えばＡｒ又はＮＦ３などのガス源Ｇ１から提供されたガスを、プラズマ化し、リアクタチャンバ１０にクリーニング用のプラズマとして提供する。他方、基板の処理時には、接続ライン１２に接続されたガス源Ｇ２から、成膜用のガスをリアクタチャンバ１０に提供する。成膜用のガスは例えばＴＥＯＳ、Ａｒ及びＯ_２を含み得る。

【0019】

リアクタチャンバ１０には排気ライン１６が接続されている。この排気ライン１６を通じて、リアクタチャンバ１０のガスが、ドライポンプ２０によって排気される。ドライポンプ２０は例えばルーツ型ドライ真空ポンプである。基板の成膜に用いられたガスと、リアクタチャンバ１０のクリーニングに用いられたガスは排気ライン１６を介してドライポンプ２０によって排気されうる。

【0020】

この装置には、接続ライン１２と排気ライン１６をつなげるバイパスライン３０が設けられている。バイパスライン３０は、リモートプラズマユニット１４から、リアクタチャンバ１０を経由せずに、排気ライン１６とドライポンプ２０にクリーニングガスを提供することを可能とする経路である。

【0021】

このような基板処理装置を用いて図１の装置稼働方法を実現し得る。ステップ２の成膜においては、例えば、図２のバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４を閉め、バルブＶ３を開けることで、プラズマＣＶＤ法又はプラズマＡＬＤ法などの方法で、基板に膜を形成する。当然ながら、成膜にはプロセスガスの提供が必要となる。ステップ４においては、バルブＶ２、Ｖ４を閉じて、バルブＶ１、Ｖ３を開けた状態で、リモートプラズマユニット１４から接続ライン１２を介してプラズマを含むクリーニングガスをリアクタチャンバ１０に提供する。

【0022】

排気ライン１６とリアクタチャンバ１０をクリーニングするときは、例えばバルブＶ１、Ｖ３を閉じて、バルブＶ２、Ｖ４を開けた状態で、リモートプラズマユニット１４からバイパスライン３０を介して排気ライン１６の大部分にプラズマを提供する。プレッシャーコントロールバルブ（ＰＣＶ）１８によってバイパスライン３０を経由したリアクタチャンバ１０への流れが抑制されていれば、バルブＶ３を開放してもよい。

【0023】

上述の各工程では、プレッシャーコントロールバルブ（ＰＣＶ）１８によってガス流量を調整しうる。このＰＣＶ１８は、バイパスライン３０から排気ライン１６に提供されるプラズマの量の調整に利用できる。ＰＣＶは、ユーザが指定した圧力となるように、％で表現される開度を設定するバルブである。

【0024】

排気ライン１６とドライポンプ２０のクリーニングにおいて、バイパスライン３０を経由し、リアクタチャンバ１０を経由しないクリーニングガスを用いることは、クリーニングレートを高める。

【0025】

図３は、別の例に係る基板処理装置の構成例を示す図である。この装置は、排気ライン１６にＰＣＶ４０を有し、バイパスライン３０にもＰＣＶ４２を有する。２つのＰＣＶ４０、４２を用いることで、制御の自由度を高めることができる。別の例によれば、別の位置にバルブとＰＣＶを設けたり、図２、３のバルブとＰＣＶのいくつかを省略したりできる。

【0026】

図４は、基板処理装置の斜視図である。一例によれば、リモートプラズマユニット１４はリアクタチャンバ１０の上に設けられ、排気ラインはリアクタチャンバ１０の下に設けられる。図４には、バイパスライン３０がリアクタチャンバ１０の表面に沿って設けられたことが図示されている。バイパスライン３０は、経路長を最小化するために、リアクタチャンバ１０の表面に沿って設けることができる。バイパスライン３０を曲線的なラインとしたり、バイパスライン３０の屈曲部に丸みをつけたりすることは、リモートプラズマユニット１４から提供されるプラズマの失活を抑制し得る。

【0027】

図５は、別の例に係る基板処理装置の構成例を示す図である。この基板処理装置は、ドライポンプ自身にクリーニング機能を持つということができる。一例によれば、ドライポンプ２０は、排気ライン１６を介してリアクタチャンバ１０に通じるとともに、専用リモートプラズマユニット５０に直接接続されている。専用リモートプラズマユニット５０とドライポンプ２０は、専用ライン５２によって通じている。専用リモートプラズマユニット５０をドライポンプ２０に隣接させることで、専用ライン５２を短くし得る。専用リモートプラズマユニット５０で発生させるプラズマは、リモートプラズマユニット１４で発生させるプラズマと一致させることができる。

【0028】

この例では、サブレシピによって、専用リモートプラズマユニット５０でドライポンプ２０に直接プラズマを提供する。排気ライン１６のクリーニングは、リアクタチャンバ１０を経由したプラズマによって行い得る。専用リモートプラズマユニット５０の利用によって、ドライポンプ２０の堆積物を効率よく除去し得る。

【0029】

図６は、図５のドライポンプ２０の構成例を示す斜視図である。このドライポンプ２０は、排気ライン１６につながる第１インレット２０ａと、専用リモートプラズマユニット５０につながる第２インレット２０ｂと、排気口２０ｃと、を備えている。

【0030】

図７は、図６のドライポンプ２０の構成例を示す断面図である。一例によれば、ドライポンプ２０の中には、インペラーが設けられた部屋が複数ある。図７では、第１インレット２０ａにつながる第１空間２０ｄに設けられた第１インペラー２０ｅと、第１空間２０ｄにつながる第２空間２０ｆに設けられた第２インペラー２０ｇと、が設けられている。さらに、第２インレット２０ｂから第１空間２０ｄに至る第１経路２０Ａと、第２インレット２０ｂから第２空間２０ｆに至る第２経路２０Ｂが提供されている。第１経路２０Ａを開閉する第１バルブ２０Ｃと、第２経路２０Ｂを開閉する第２バルブ２０Ｄとを提供することができる。

【0031】

複数の第１インペラー２０ｅと複数の第２インペラー２０ｇを回転させることで、排気ライン１６から第１インレット２０ａ、第１空間２０ｄ、第２空間２０ｆを経由して排気口２０ｃへとガスを排気する。第１インペラー２０ｅと第２インペラー２０ｇの全体又はその軸部分に堆積物が堆積すると、ドライポンプ２０の動作に支障が生じ得る。そのような堆積物を、専用リモートプラズマユニット５０からのプラズマで除去する。例えば、第１バルブ２０Ｃを開けて、第２バルブ２０Ｄを閉じた状態で専用リモートプラズマユニット５０から第１空間２０ｄにプラズマを提供することで、第１空間２０ｄと第１インペラー２０ｅのクリーニングを行う。さらに、第１バルブ２０Ｃを閉じて、第２バルブ２０Ｄを開けた状態で専用リモートプラズマユニット５０から第２空間２０ｆにプラズマを提供することで、第２空間２０ｆと第２インペラー２０ｇのクリーニングを行う。このように、専用リモートプラズマユニット５０のプラズマが複数の部屋に対して個別に提供されることは、各インペラーの十分なクリーニングを可能とする。

【0032】

ここまでに説明した、リモートプラズマユニット１４又は専用リモートプラズマユニット５０で生成され、クリーニングに用いられるプラズマは、ラジカルおよび／またはエネルギー励起された中性種とすることができる。ラジカルおよび／またはエネルギー励起された中性種は、リアクタチャンバ１０から出たプロセス後のガス、他の材料又は堆積物と反応し、より装置への危害が少ない組成物に変換することが予期される。

【0033】

図８は、変形例に係る装置稼働方法を示す図である。この例では、排気ラインとドライポンプの少なくとも一方のクリーニングは、基板のロード又はアンロードが終わる前に終了する。クリーニングが終了する時刻Ｔ１′から成膜プロセスが開始する時刻Ｔ２までの間に、成膜プロセスの開始を可能とするバルブの開閉状態及び／又はＰＣＶの設定を行い得る。また、クリーニングが終了する時刻Ｔ３′からリアクタチャンバのクリーニングが開始する時刻Ｔ４までの間に、リアクタチャンバのクリーニングの開始を可能とするバルブの開閉状態及び／又はＰＣＶの設定を行い得る。このように、基板のロード又はアンロードが終わる前に、排気ラインとドライポンプの少なくとも一方のクリーニングを終えることは更なるスループットの向上に寄与し得る。

【符号の説明】

【0034】

１０ リアクタチャンバ、 １４ リモートプラズマユニット、 １６ 排気ライン、 ２０ ドライポンプ、 ５０ 専用リモートプラズマユニット、 ５２ 専用ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】