JP2006196691A - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望のフォーカスリングを使用して、基板に処理を施すことにより、基板における処理の均一性を向上させることができる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体製造装置１は、ウェハＷが載置される下部電極９を内部に備えたエッチング処理室４と、下部電極９に載置されたウェハＷの周囲を取り囲むように配置されるフォーカスリング１１を複数収容するフォーカスリング待機室５と、エッチング処理室４内を大気開放させずに、エッチング処理室４とフォーカスリング待機室５との間でフォーカスリング１１を搬送する搬送機構６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。

従来から、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置においては、プラズマを均一にウェハに接触させるためにウェハの周囲を取り囲むようにフォーカスリングが配置されている。

このフォーカスリングは、エッチングレート、エッチング形状、或いはデポジションレート等の面内均一性が最適になるように、プロセス条件に合わせて材質、大きさ、形状、及び高さ等が工夫されている。

しかしながら、この最適化されたフォーカスリングは、ある特定のプロセス条件には最適となるが、他のプロセス条件では最適とはならないことがある。このため、プロセス条件に合わせてフォーカスリングを交換して、常にプロセス条件に対して最適なフォーカスリングを使用することが望まれている。

ところが、これまでのように、一度設置するとチャンバ内を大気開放しない限りフォーカスリングを変えられない場合には、手間等の問題からフォーカスリングの交換を諦めて、プロセス条件の方をそのフォーカスリングに合わせて最適化することが多いというのが現状である。

なお、チャンバ内に移動可能な複数のフォーカスリングを配置して、その中からプロセス条件に対して最適なフォーカスリングを使用する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この技術によれば、大気開放することなく、フォーカスリングを交換することができるが、使用していないフォーカスリングがチャンバ内に存在するので、プラズマの均一性が乱れる可能性があるとともに、プラズマにより使用していないフォーカスリングが損傷してしまい、フォーカスリングの寿命が短くなり易い。
特開平８−１８６０９６号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。即ち、所望のフォーカスリングを使用して、基板に処理を施すことにより、基板における処理の均一性を向上させることができる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一の態様によれば、基板が載置される電極を内部に備えた基板処理室と、前記電極に載置された基板の周囲を取り囲むように配置されるフォーカスリングを複数収容するフォーカスリング待機室と、前記基板処理室内を大気開放させずに、前記基板処理室と前記フォーカスリング待機室との間で前記フォーカスリングを搬送する搬送機構と、を具備することを特徴とする半導体製造装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、フォーカスリング待機室内に収容された複数のフォーカスリングの中から所望のフォーカスリングを選択し、基板処理室内を大気開放させずに前記基板処理室内の電極上に前記選択されたフォーカスリングを配置する工程と、前記電極上かつ前記フォーカスリングの内側に基板を配置する工程と、前記基板に処理を施す工程と、を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の一の態様の半導体製造装置によれば、複数のフォーカスリングをフォーカスリング待機室に収容させた場合には、所望のフォーカスリングを使用して、基板に処理を施すことができるので、基板における処理の均一性を向上させることができる。また、本発明の他の態様の半導体装置の製造方法によれば、所望のフォーカスリングを使用して、基板に処理を施すことができるので、基板間やロット間でも基板における処理の均一性を向上させることができる。

以下、実施の形態について説明する。図１は本実施の形態に係る半導体製造装置の概略構成図であり、図２は本実施の形態に係る下部電極上にウェハ及びフォーカスリングが載置された状態のエッチング処理室内の模式図であり、図３は本実施の形態に係る内部に複数のフォーカスリングが収容された状態のキャリアの模式図である。図４は本実施の形態に係るフォーカスリング洗浄機構の模式図であり、図５は本実施の形態に係る半導体製造装置の制御系統の電気的な接続を示すブロック図である。

図１に示されるように、半導体製造装置１は、ウェハ予備室２、オリエンタ３、エッチング処理室４（基板処理室）、及びフォーカスリング待機室５を備えている。ウェハ予備室２は、ウェハＷ（基板）を例えば１ロット収容したキャリア（図示せず）を配置するためのものであり、オリエンタ３は、後述するロボットアーム８に対するウェハＷの２次元方向のズレを補正するためものである。エッチング処理室４は、ウェハＷにエッチングを施すためのものであり、フォーカスリング待機室５は、後述する複数のフォーカスリング１１を収容するためのものである。

ウェハ予備室２、オリエンタ３、エッチング処理室４、及びフォーカスリング待機室５には、各室を大気開放させずにウェハＷやフォーカスリング１１を搬送する搬送機構６が接続されている。本実施の形態では、搬送機構６は、トランスファー室７、及びトランスファー室７内に配置されたロボットアーム８等から構成されている。

ロボットアーム８は、ウェハＷ及び後述するフォーカスリング１１を支持してウェハＷ及びフォーカスリング１１を搬送するものであり、ウェハ予備室２、オリエンタ３、エッチング処理室４、フォーカスリング待機室５を自在に行き来できるように構成されている。

エッチング処理室４内には、図２に示されるようにウェハＷを載置するための円板状の下部電極９（電極）が配置されている。下部電極９上には、下部電極９と対向する位置に上部電極（図示せず）が配置されている。ウェハＷを下部電極９に載置した状態で、エッチング処理室４内にエッチングガスを供給するとともに下部電極９と上部電極との間に電圧を印加することにより、プラズマが発生し、ウェハＷにエッチングが施される。

下部電極９のウェハ載置面には、下部電極９にウェハＷを載置させるため及び下部電極９からウェハＷを離間させるための出没可能なプッシュピン１０が配置されている。下部電極９にウェハＷを載置する際には、プッシュピン１０が下部電極９から突出している状態でロボットアーム８によりプッシュピン１０上にウェハＷを載置し、その後プッシュピン１０を下降させて、下部電極９にウェハＷを載置する。また、下部電極９からウェハＷを離間させる際には、プッシュピン１０が下部電極９に収容されている状態でプッシュピン１０を上昇させることによりウェハＷを持ち上げて、下部電極９からウェハＷを離間させる。

下部電極７の外周縁部上には、下部電極７に載置されたウェハＷの周囲を取り囲むように環状のフォーカスリング１１が配置されている。このフォーカスリング１１もウェハＷと同様、プッシュピン１０´により下部電極９への載置及び下部電極９からの離間が可能な構造となっている。

フォーカスリング待機室５内には、図３に示されるように複数のフォーカスリング１１を収容したキャリア１２が配置されている。本実施の形態では、材質、大きさ、形状、及び高さ等の少なくともいずれかがそれぞれ異なる複数種類のフォーカスリング１１がキャリア１２内に収容されている。なお、複数種類のフォーカスリング１１に代えて或いは複数種類のフォーカスリング１１とともに、いずれかのフォーカスリング１１と同一種類のフォーカスリング１１をキャリア１２内に収容させてもよい。

フォーカスリング１１の材質が異なるものとしては、例えば、ＷＳｉｘ等のＷを含む材料、Ｃｕを含む材料、Ｓｉ、及びＳｉＯ_２で形成されたもの等をそれぞれ用意しておく。フォーカスリング１１の大きさが異なるものとしては、例えば、内径や外径が異なるもの等をそれぞれ用意しておく。フォーカスリング１１の形状が異なるものとしては、例えば、フォーカスリング１１の表面が平坦なものやフォーカスリング１１の表面は平坦であるが表面に溝が形成されたもの等をそれぞれ用意しておく。フォーカスリング１１の高さが異なるものとしては、例えば、ウェハＷの高さとほぼ同じ高さのもの（ウェハＷの高さに対して０〜±０．５ｍｍ程度のもの）、及びウェハＷの高さより高いもの（ウェハＷの高さに対して１ｍｍ以上高いもの）等をそれぞれ用意しておく。

フォーカスリング待機室５内には、図４に示されるようにフォーカスリング１１を洗浄するフォーカスリング洗浄機構１３が配置されている。フォーカスリング洗浄機構１３は、例えば、フォーカスリングの形状に沿って移動可能なスポンジ１４等から構成されている。フォーカスリング１１がキャリア１２に収容されている状態で、洗浄液を染み込ませたスポンジ１４がフォーカスリング１１に接触しながらフォーカスリング１１の形状に沿って移動することにより、フォーカスリング１１が洗浄される。なお、本実施の形態では、フォーカスリング１１を洗浄する際に、フォーカスリング１１を固定しているが、スポンジ１４を移動させる代わりにフォーカスリング１１を回転させてもよい。また、スポンジ１４の代わりにノズル（図示せず）を配置して、ノズルから洗浄液をフォーカスリング１１に向けて供給することにより、フォーカスリング１１を洗浄してもよい。

半導体製造装置１は、図５に示されるように入力部１５と制御部１６とを備えている。入力部１５は、例えばガス種等のプロセス条件やウェハＷのロット情報等のウェハ情報を入力可能に構成されている。制御部１６は、入力部１５に入力されたプロセス条件やウェハ情報等に基づいて、所望のフォーカスリング１１を選択するとともに、選択されたフォーカスリング１１をエッチング処理室４とフォーカスリング待機室５との間で搬送するようにロボットアーム８を制御するように構成されている。なお、制御部１６は、ロボットアーム８を制御する他、半導体製造装置１全体の動作を制御するように構成されている。

制御部１６には、プロセス条件やウェハ情報等と、フォーカスリング１１とを関連付けた情報が記憶されている。即ち、予め実験等により例えばプロセス条件Ａに対してはフォーカスリング１１ａが最適であり、プロセス条件Ｂ及びプロセス条件Ｃに対してはフォーカスリング１１ｂが最適であり、プロセス条件Ｄ〜プロセス条件Ｆに対してはフォーカスリング１１ｃが最適であることを把握しておき、それらの情報を制御部１６に記憶させておく。これにより、例えばプロセス条件Ａが入力部１５に入力されると、制御部１６によりフォーカスリング１１ａが自動的に選択されるようになっている。

なお、入力部１５にウェハＷ端のシースの歪みによりエッチング形状が曲がるような厳しいデザインルールが入力された場合には、ウェハＷの高さとほぼ同じ高さのフォーカスリング１１が選択され、またその影響が少ないデザインルールが入力された場合にはウェハＷの高さより高いフォーカスリング１１が選択されることが好ましい。それは、ウェハＷ端のシースの歪みによりエッチング形状が曲がるような場合には、ウェハＷの高さとほぼ同じ高さのフォーカスリング１１を選択することにより、シースの歪みを低減させることができ、精度の高いエッチングを行うことができるからであり、またその影響が少ない場合には、フォーカスリング１１は一般的に徐々にエッチングされるため、ウェハＷの高さより高いフォーカスリング１１を選択することにより、フォーカスリング１１の寿命が長くなるからである。

入力部１５にエッチング対象としてＳｉが入力された場合には、例えばＳｉＯ_２で形成されたフォーカスリング１１が選択されることが好ましく、またエッチング対象としてＳｉＯ_２が入力された場合には、例えばＳｉで形成されたフォーカスリング１１が選択されることが好ましい。また、エッチング対象としてＷやＣｕを含む材料が入力された場合やウェハＷ上のプラズマにさらされる領域にＷやＣｕを含む材料が存在することがウェハ情報として入力された場合にはＷやＣｕを含む材料から構成されたフォーカスリング１１が選択されることが好ましい。さらに、エッチング対象に応じて生成される体積物の材料種とフォーカスリング１１との密着性の観点から、表面が平坦なフォーカスリング１１及び表面に溝が形成されたフォーカスリング１１を適宜選択することも可能である。

以下、半導体製造装置１の動作について説明する。図６（ａ）〜図７（ｃ）は本実施の形態に係る半導体製造装置１の動作状態の模式図である。

まず、入力部１５にプロセス条件やウェハ情報等を入力する。入力部１５にプロセス条件やウェハ情報等が入力されると、制御部１６が複数種類のフォーカスリング１１の中から入力されたプロセス条件やウェハ情報等に対して所望のフォーカスリング１１を選択する。制御部１６により所望のフォーカスリング１１が選択されると、図６（ａ）に示されるようにフォーカスリング待機室５内にロボットアーム８が進入し、キャリア１２から選択されたフォーカスリング１１が取り出される。そして、フォーカスリング１１を支持したロボットアーム８がトランスファー室７を介してエッチング処理室４内に進入し、下部電極９から突出しているプッシュピン１０´上にフォーカスリング１１が載置される。フォーカスリング１１がプッシュピン１０´上に載置されると、プッシュピン１０´が下降し、図６（ｂ）に示されるように下部電極９上にフォーカスリング１１が載置される。

次に、図６（ｃ）に示されるようにウェハ予備室２内にロボットアーム８が進入し、キャリアからウェハＷが取り出される。そして、図６（ｄ）に示されるようにウェハＷを支持したロボットアーム８がトランスファー室７を介してオリエンタ３に進入し、オリエンタ３上にウェハＷが載置される。オリエンタ３上にウェハＷが載置されると、ウェハＷの２次元方向のズレが補正され、再びロボットアーム８にウェハＷが支持される。

その後、ウェハＷを支持したロボットアーム８がトランスファー室７を介してエッチング処理室４内に進入し、下部電極９から突出しているプッシュピン１０上にウェハＷが載置される。ウェハＷがプッシュピン１０上に載置されると、プッシュピン１０が下降し、図７（ａ）に示されるように下部電極９にウェハＷが載置される。そして、エッチングガス供給機構（図示せず）によりエッチングガスがエッチング処理室４内に供給され、かつ下部電極９と上部電極との間に電圧が印加されることによりプラズマが発生し、ウェハＷにエッチングが施される。

ウェハＷにエッチングが施された後、プッシュピン１０が上昇し、ウェハＷが下部電極９から離間する。その後、ロボットアーム８にウェハＷが支持され、その状態でロボットアーム８がトランスファー室７を介してウェハ予備室２内に進入し、図７（ｂ）に示されるようにエッチングが施されたウェハＷがキャリアに戻される。

次いで、エッチングが施されていないウェハＷがキャリアから取り出され、上記と同様な手順でウェハＷにエッチングが施される。この動作が１ロット繰り返される。

ウェハＷが１ロット処理された後、ロボットアーム８がエッチング処理室４内に進入し、ロボットアーム８にフォーカスリング１１が支持される。その後、フォーカスリング１１を支持したロボットアーム８がトランスファー室７を介してフォーカスリング待機室５内に進入し、図７（ｃ）に示されるようにキャリア１２にフォーカスリング１１が戻される。フォーカスリング１１がキャリア１２に戻されると、洗浄液を染み込ませたスポンジ１４がフォーカスリング１１に接触するとともに、スポンジ１４がフォーカスリング１１の形状に沿って移動して、フォーカスリング１１が洗浄される。

本実施の形態では、複数のフォーカスリング１１を収容するフォーカスリング待機室５と、エッチング処理室４内を大気開放させずにエッチング処理室４とフォーカスリング待機室５との間でフォーカスリング１１を搬送する搬送機構６とを備えているので、フォーカスリング待機室５に複数のフォーカスリング１１を収容した場合には、所望のフォーカスリング１１を使用して、ウェハＷにエッチングを施すことができる。これにより、ウェハＷのエッチングの均一性、ウェハＷ間／ロット間の均一性を向上させることができる。

例えば、フォーカスリング待機室５に複数種類のフォーカスリング１１を収容した場合には、複数種類のフォーカスリング１１の中からプロセス条件及びウェハ情報等に対して所望のフォーカスリング１１を選択することができるので、常に所望のフォーカスリング１１を使用してウェハＷのエッチングを行うことができる。これにより、ウェハＷにおけるエッチングの均一性を向上させることができる。また、フォーカスリング待機室５に同一種類のフォーカスリング１１を収容した場合には、エッチング処理室４を大気開放することなく寿命に到達したフォーカスリング１１を新たなフォーカスリング１１に交換することができるので、長期間に亘ってウェハＷにおけるエッチングの均一性を向上させることができる。

本実施の形態では、エッチング処理室４を大気開放せずにフォーカスリング１１を交換することができるので、エッチング処理室４内を洗浄する頻度を低減させることができる。即ち、通常、フォーカスリングを交換する際には、エッチング処理室を大気開放させる必要があるが、エッチング処理室を大気開放させると、エッチング処理室内を洗浄しなければならない。これに対し、本実施の形態では、エッチング処理室４を大気開放させずにフォーカスリング１１を交換することができるので、エッチング処理室４内を洗浄する頻度を低減させることができる。

本実施の形態では、エッチング処理室４内には、使用するフォーカスリング１１のみ配置されるので、プラズマの均一性が乱れ難く、またプラズマにより使用していないフォーカスリング１１の損傷を抑制することができ、フォーカスリング１１の寿命が長くなる。

本実施の形態では、プロセス条件やウェハ情報を入力可能な入力部１５と、入力部１５に入力されたプロセス条件やウェハ情報に基づいて、所望のフォーカスリング１１を選択する制御部１６とを備えているので、プロセス条件やウェハ情報に対して所望のフォーカスリング１１を正確かつ容易に選択することができる。

本実施の形態では、使用後フォーカスリング１１を洗浄するので、フォーカスリング１１に付着している付着物によるロット間の経時変化を抑制することができる。また、本実施の形態では、フォーカスリング待機室５内にフォーカスリング洗浄機構１３を配置しているので、フォーカスリング１１の洗浄及び管理が容易に行い得る。

本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施の形態では、フォーカスリング１１をエッチング処理室４に搬送する例について説明しているが、例えばアッシング装置及びプラズマＣＶＤ装置等のプラズマを使用する装置であれば適用可能であり、またＣＣＰタイプのプラズマ処理装置に限らず、ＩＣＰタイプ等他の方式のプラズマ処理装置であってもよい。

上記実施の形態では、フォーカスリング待機室５内にフォーカスリング洗浄機構１３を配置しているが、トランスファー室７にフォーカスリング洗浄室を接続し、そのフォーカスリング洗浄室内にフォーカスリング洗浄機構１３を配置してもよい。また、エッチング処理室４を大気開放することなく、フォーカスリング待機室５を大気開放可能に構成した場合には、フォーカスリング待機室５を大気開放して、フォーカスリング待機室５外において人手や洗浄装置でフォーカスリング１１を洗浄してもよい。

実施の形態に係る半導体製造装置の概略構成図である。 実施の形態に係る下部電極上にウェハ及びフォーカスリングが載置された状態のエッチング処理室内の模式図である。 実施の形態に係る内部に複数のフォーカスリングが収容された状態のキャリアの模式図である。 実施の形態に係るフォーカスリング洗浄機構の模式図である。 実施の形態に係る半導体製造装置の制御系統の電気的な接続を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は実施の形態に係る半導体製造装置の動作状態の模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施の形態に係る半導体製造装置の動作状態の模式図である。

符号の説明

１…半導体製造装置、４…エッチング処理室、５…フォーカスリング待機室、８…ロボットアーム、９…下部電極、１１…フォーカスリング、１３…フォーカスリング洗浄機構、１５…入力部、１６…制御部。

Claims (5)

1. 基板が載置される電極を内部に備えた基板処理室と、
   前記電極に載置された基板の周囲を取り囲むように配置されるフォーカスリングを複数収容するフォーカスリング待機室と、
   前記基板処理室内を大気開放させずに、前記基板処理室と前記フォーカスリング待機室との間で前記フォーカスリングを搬送する搬送機構と、
   を具備することを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記複数のフォーカスリングは、材質、大きさ、形状、及び高さの少なくともいずれかがそれぞれ異なることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
3. プロセス条件及び基板情報の少なくともいずれかを入力する入力部と、前記入力部に入力されたプロセス条件及び基板情報の少なくともいずれかに基づいて、前記複数のフォーカスリングの中から所望のフォーカスリングを選択する制御部とをさらに備え、前記搬送機構は前記選択されたフォーカスリングを搬送することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体製造装置。
4. 前記フォーカスリングを洗浄するフォーカスリング洗浄機構をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
5. フォーカスリング待機室内に収容された複数のフォーカスリングの中から所望のフォーカスリングを選択し、基板処理室内を大気開放させずに前記基板処理室内の電極上に前記選択されたフォーカスリングを配置する工程と、
   前記電極上かつ前記フォーカスリングの内側に基板を配置する工程と、
   前記基板に処理を施す工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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