JP2006216710A - 半導体製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
搬送中における試料に付着する異物の量を抑制することのできる半導体製造装置を提供する。
【解決手段】
ガス供給手段及びガス排気手段を備えた真空処理室と、該真空処理室内で試料を載置して保持する試料載置電極と、ガス供給手段及びガス排気手段を備えた搬送室と、前記真空処理室と搬送室間を連絡する通路を開閉するゲートバルブと、搬送室内に配置した搬送アーム９及び該搬送アーム先端に配置した試料保持部９ａを備え、試料を該保持部に保持して前記搬送室から真空処理室に搬送し、処理済みの試料を真空処理室から搬送室に搬送する搬送装置と、搬送中の試料の搬送位置に連動して試料にガスを吹き付けて浮遊する塵埃の試料表面への付着を防止するガス吹きつけ手段２５ｃを備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造装置に係り、特に、ウエハ等の試料に付着する異物の量を抑制することのできる半導体製造装置に関する。
ＤＲＡＭやマイクロプロセッサ等の半導体装置の製造工程において、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置が広く用いられている。半導体装置の製造に際して歩留まりを向上させるためには、ウエハ等の試料に所定の処理を施しているとき、あるいは試料を搬送しているときに試料に異物粒子が付着しないようにすることが重要である。
例えば、配線幅が５０ｎｍの半導体装置において、配線の直上に直径１００ｎｍの異物が付着した状態でエッチングを行うと、異物の付着した部分は局所的にエッチング処理が阻害され断線などの不良となる。
大きさが数十ｎｍ程度から数μｍ程度の帯電していない粒子は、数Ｐａ以上の圧力のガス中ではガスの流れに乗った運動が支配的となる。このため、例えば、特許文献１に示されるように、プラズマ処理を行っていない間、試料にクリーンなガスを吹き付けた状態にしておくことにより、試料に異物粒子が付着しないようにすることができる。
また、帯電している粒子の運動に対してはクーロン力が支配的となる。そのため、例えば特許文献２に示されるように、処理室内の電界分布を制御することにより、帯電した異物粒子が試料に付着しないようにすることができる。
特開２０００−１７３９３５号公報 特開平５−４７７１２号公報
特許文献１あるいは特許文献２に示されるように、試料に異物を付着させないための技術はいずれもプラズマ処理中や待機中など試料が静止している状態を対象とする技術であり、搬送中の試料に異物が付着しないようにするための技術ではない。
搬送中の試料に異物が付着する原因としては、従来、搬送中の試料の動きを考慮した異物対策がとられていないこと、搬送室内をクリーンに保つ対策が不十分であること、搬送中にゲートバルブを開閉する際、ガスの流れが急激に変化し異物が巻き上げられることなどが挙げられる。本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、試料に付着する異物の量を抑制することのできる半導体製造装置を提供するものである。
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
ガス供給手段及びガス排気手段を備えた真空処理室と、該真空処理室内で試料を載置して保持する試料載置電極と、ガス供給手段及びガス排気手段を備えた搬送室と、前記真空処理室と搬送室間を連絡する通路を開閉するゲートバルブと、搬送室内に配置した搬送アーム及び該搬送アーム先端に配置した試料保持部を備え、試料を該保持部に保持して前記搬送室から真空処理室に搬送し、処理済みの試料を真空処理室から搬送室に搬送する搬送装置と、搬送中の試料の搬送位置に連動して試料にガスを吹き付けて浮遊する塵埃の試料表面への付着を防止するガス吹きつけ手段を備えた。
本発明は、以上の構成を備えるため、試料に付着する異物の量を抑制することができる。
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置を説明する図である。図の例では半導体製造装置として、平行平板型ＵＨＦ−ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)プラズマエッチング装置を用いた。
図１に示すように、エッチング装置は、処理室１、搬送室２及びロードロック室（図示せず）を備える。処理室１と搬送室２の間にはゲートバルブ１２が取り付けられている。また、処理室１の上部には電磁波放射ための平面アンテナ３が試料１０を戴置するための載置電極４と平行に設置されている。
アンテナ３にはプラズマ生成のための放電電源（図示せず）とアンテナにバイアスを印加するためのバイアス電源（図示せず）が接続される。また、載置電極４には試料に入射するイオンを加速するためバイアス電源（図示せず）が接続される。載置電極４は上下に可動であり、載置電極４の外周にはスリット１４が取り付けられている。アンテナ３の下部にはシャワープレート５が設置されており、処理ガスはシャワープレートに設けられたガス孔を介して処理室内に供給される。
また、処理室１の搬送室の反対側には、シャワープレートのガス孔を介さないで試料に向けてガスを噴出するためのガス噴出口２５ａが設置されている。処理室内に供給するガスの流量はガス流量制御器２２によって調節することができる。また、ガスの配管内やガス流量調節器内で発生した異物粒子が処理室内に侵入しないようにするため、ガス流量制御器２２とガス噴出口２５との間及びガス流量制御器２２とシャワープレート５との間にはフィルタ２１が設置される 。
処理室１には、処理室内を減圧するためのターボ分子ポンプ６ａが取り付けられる。また、処理室内の圧力を制御するためバタフライバルブ７ａがターボ分子ポンプ６ａの上部に取り付けられる。
搬送室２には搬送室内を減圧するためターボ分子ポンプ６ｂが取り付けられる。また、搬送室２の圧力を調節するためターボ分子ポンプ６ｂの上部にはバタフライバルブ７ｂが取り付けられる。搬送室２にはガスを供給するためのガス噴出口２５ｂが設置されている。ガス噴出口２５ｂから搬送室内に供給するガスの流量は、ガス流量制御器２２ｂにより調節する。また、ガス配管内やガス流量調節器内で発生した異物粒子が処理室内に侵入しないようにするため、ガス流量制御器２２ｂとガス噴出口２５ｂとの間にはフィルタ２１ｂが設置される。
図２は、図１に示す搬送ロボット８の詳細を説明する図である。図に示すように、搬送室２内には、試料１０を搬送するための搬送ロボット８が取り付けられる。搬送ロボット８は、搬送アーム９及び該搬送アーム先端に配置した試料保持部９ａからなる搬送手段を二組備えている。
前記搬送アームの試料保持部９ａにはガス噴出口２５ｃが取り付けられており、試料保持部９ａに戴置された試料に対して略平行方向にガスが噴射されるようになっている。ガス噴出口２５ｃは試料保持部の動きに連動して動くため、試料の搬送中に試料に飛来する異物粒子をガス噴出口２５ｃから噴射するガスによって吹き飛ばし、異物粒子が試料に付着しないようにしている。
ガス噴出口２５ｃから噴出するガス（クリーンガス）としては、例えば低コストの窒素ガスあるいはアルゴンなどの希ガスを用いることができる。ガス噴出口２５ｃから噴出すガスの流量はガス流量制御器２２ａで調節する。さらに、ガス噴出口２５ｃとガス流量制御器２２ａの間にフィルタ２１ａを設置することにより、ガス配管内やガス流量制御器２２ａで発生した異物粒子が処理室内に流入しないようにすることができる。
また、搬送ロボット及び搬送アームは全て接地することにより、搬送アームが動いてた場合においても搬送室内の電界分布に変化が生じないようにする。これにより帯電した異物粒子の舞い上がりを抑制することができる。
図１において、処理室１と搬送室２にはそれぞれ真空計３１ａと３１ｂが取り付けられている。ゲートバルブ１２を開放する際には、処理室１と搬送室２にＡｒあるいは窒素等のガスを供給する。このとき、制御コンピュータ１１は、搬送室２と処理室１の排気速度を調節することにより、搬送室２が処理室１に対して所定の圧力で陽圧になるように圧力制御を行う。これによりゲートバルブを開放したとき、搬送室２から処理室１に向かってガスが流れることになる。このため、処理室１内の異物粒子あるいは処理室１内に残留している腐食ガスあるいは堆積性ガスが搬送室２に流入することはない。
なお、処理室及び搬送室の圧力は数Ｐａ以上であることが望ましい。また、搬送室から処理室へ十分な流量のガス流を作るため、搬送室と処理室の差圧は数Ｐａ以上にすることが望ましい。さらにガスの流れによる異物の舞い上げを抑制するため、処理室と搬送室の差圧は数十Ｐａを超えないことが望ましい。また、搬送室が処理室に対して所定の圧力範囲で陽圧になっていない場合は、ゲートバルブが開かないように制御コンピュータ１１によりインターロックをかけるようにするとよい。
また、処理室１には腐食ガスの濃度センサ１７及び堆積性ガスの濃度センサ１８が設置されている。濃度センサ１７及び１８は制御コンピュータ１１に接続されており、処理室１内の腐食ガスの濃度及び処理室内の堆積性ガスの濃度が所定の濃度以下になっていない場合に、制御コンピュータ１１によりゲートバルブが開かないようにインターロックをかけるようにするとよい。
図３は、処理室１内に取り付けたガスの噴出口２５ａの作用について説明する図であり、載置電極４を下方に下げ、且つゲートバルブ１２を開放した状態を示している。
この状態のとき、シャワープレート５からのみガスを噴出すると、搬送室２から流入するガスの一部は試料の上部に到達することになる。このため、搬送室２から飛来する異物粒子が載置電極４に戴置された試料に付着することがある。
一方、搬送室２と反対の位置にあるガス噴出口２５ａからガスを噴出することにより、図３に示すように搬送室から処理室へ流入するガスが、電極４上に戴置した試料の上部に流入しないようにガスの流れを制御することができる。これにより搬送室２から飛来する異物粒子が載置電極４に戴置した試料に付着することを抑制することができる。
図４は、図１に示すスリット１４の形状を説明する図である。また、図５は載置電極４の周囲にスリット１４を取り付けた状態におけるガスの流れを説明する図である。
図４に示すように、スリット１４は、例えば放射状のフィンを複数本備え、該フィンの間に複数のスリットを放射状形成している。
スリット１４は、図５に示すように、載置電極４の外周に取り付けられており、電極１４と同時に上下動する。また、図１に示したように、電極４を上方の処理位置に上げたとき、スリット１４は処理室１と搬送室２を接続する搬送口よりも上に位置するようになっている。ゲートバルブを開ける際はシャワープレートからガスを供給し、且つ電極４を上方に上げておくようにする。
次に、ゲートバルブ１２を開放する際における電極４の位置制御及び電極４の外周に取り付けたスリット１４の役割について説明する。図５には、このときののガスの流れを矢印線１６で示してある。このようにシャワープレート５から供給するガスの流れ１６により、搬送室か２ら処理室１に流入する異物粒子あるいは処理室１内の下方で舞い上がった異物粒子が電極に戴置された試料上に飛来するのを抑制することができる。またスリット１４付近ではシャワープレートから供給したガスの流れの速度が速くなるため、スリット１４を設置することにより載置電極４に戴置した試料に異物が飛来するのをさらに抑制することができる。
図６は、ゲートバルブ１２付近の詳細を説明する図である。ゲートバルブは開閉時に上下に駆動されるため異物粒子を発生しやすい。このため、ゲートバルブ１２付近にガスを吹き付けるためのガス噴出口２５ｄを設置する。これにより、試料を搬送する前にゲートバルブ付近の異物粒子を吹き飛ばしておくことができる。さらにゲートバルブ付近を浮遊する帯電した異物粒子をクーロン力により引き付けるため、ゲートバルブ付近に正及び負の電圧を局所的に印加する電極を設ける。これにより、試料がゲートバルブ付近を通過する際に異物粒子が試料に付着するのを抑制することができる。
また、図１に示すように、搬送室２及び処理室１にはイオン源１９及び電気集塵機２０が取り付けてある。イオン源１９により、ゲートバルブの開閉等に伴って舞い上がった異物粒子をイオン化し、電気集塵機２０により除去することができる。マイナスイオンの方がプラスイオンよりも生成効率がよいため、イオン源にはマイナスイオンを生成する装置を用いることが望ましい。
図７は、図１に示す半導体製造装置の処理シーケンスを説明する図である。半導体製造装置が待機中の場合は、例えば処理室内では５００ｃｃ／ｍｉｎ、搬送室内では２００ｃｃ／ｍｉｎの流量でＡｒガスを流した状態とする。Ａｒガスは処理室内ではシャワープレート５とガス噴出口２５ａから供給し、搬送室２内では搬送アームに取り付けられたガス噴出口２５ｃから供給する（ｔ１）。試料の搬送を始める前に、処理室１と搬送室２に供給するＡｒガスの流量を、例えばそれぞれ１０００ｃｃ／ｍｉｎと５００ｃｃ／ｍｉｎに増加させる。処理室と搬送室の圧力は、例えばそれぞれ１０Ｐａと１５Ｐａになるように排気速度を調節する（ｔ２）。次に試料をロードロック室から搬送室に搬入する。次にゲートバルブを開放し、その後電極４を搬送位置まで下げる。そして、試料を電極４上に戴置し、次に電極４を上方に上げる（ｔ３）。その後、ゲートバルブを閉じる（ｔ４）。次に、プラズマにより所定の処理を行うため、Ａｒガスの流量を徐々に減らしながら、処理ガスの供給量を徐々に増やしていく。処理ガスはシャワープレートから供給する（ｔ５）。そして、所定の処理（ｔ６）が終了した後、処理ガスの供給量を徐々に減らしながらＡｒガスの供給量を徐々に増やして行く。ガスの供給量を徐々に増減させるのはガス流れの急激な変化に伴う異物の舞い上げを抑制するためである（ｔ５，ｔ７）。
試料の搬出が終了し装置を待機状態にする際は、試料の搬出後から所定の時間が経過するまでは処理室内と搬送室内に例えばそれぞれ１０００ｃｃ／ｍｉｎと５００ｃｃ／ｍｉｎの流量でガスを流したままにし、その後コスト低減のためガスの流量をそれぞれ例えば５００ｃｃ／ｍｉｎと２００ｃｃ／ｍｉｎに低減した状態で待機する。
図８は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。搬送ロボット８以外の構成は図１に示す構成と同様であるからその説明を省略する。図８Ａは搬送ロボットの上面図、図８Ｂは側面図である。図８に示すように、搬送ロボットの中心軸２６には試料に略平行方向にガスを噴出するためのガス噴出口２５ｃが取り付けられている。該ガス噴出口２５ｃは搬送ロボットの回転動作に連動して回転する。このため、試料の搬送動作中において、常に試料にガスを吹き付けることができる。図８の例では、アーム９が伸びたときは試料に吹きつけるガスの流速が図１に示す例に実施例１に比して少なくなる。しかし、ガスの配管をアームの伸縮に連動させる必要がないため、構造は簡単になる。
図９は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。搬送ロボット８以外の構成は図１に示す構成と同様であるからその説明を省略する。図９Ａは搬送ロボットの上面図、図９Ｂは側面図である。この例では、図９に示すように、試料１０に対して略平行方向にガスを噴射するためのガス噴出口２５ｃを搬送ロボットの中心軸２６を中心として円周方向に複数個設置した。複数個のガス噴出口２５ｃの内、試料に対してガスを吹き付けることのできる位置にある噴出口のみからガスを噴出するように、ガスの噴出をガス噴出口毎に制御する。これにより、試料が搬送室内のどこにあっても試料に対して略平行方向にガスを吹き付けることができる。この例の場合は、図９に示す例とは異なり、ガス噴出口を固定できるメリットがある。
図１０は、本発明の第４の実施形態を説明する図である。搬送ロボット８以外の構成は図１に示す構成と同様であるからその説明を省略する。図１０Ａは搬送ロボットの上面図、図１０Ｂは側面図である。
この例では、搬送アーム９の上方に搬送ロボットの中心軸２６と連動して回転するシャワーヘッド２７を設置する。シャワーヘッド２７には複数のガス噴出口が設置されており、搬送アーム９の保持部９ａ上に戴置した試料に対して、上方からガスを噴出する。これにより、搬送室内を浮遊している異物粒子が試料に付着するのを抑制することができる。この例では、シャワーヘッド２７の設置などにより搬送系は大型になるが、前述の各実施形態に比して異物粒子の試料への付着抑制効果は高い。
図１１は、本発明の第５の実施形態を説明する図である。図１に示される部分と同様の部分については説明を省略する。この例では、載置電極４の外周部と処理室１の上面との間に、内径が試料より大きいドーナツ状の円盤１４を複数枚近接して設置する。これにより、複数枚の円盤の間、複数枚の円盤の内の最上側の円盤と処理室の上面間、あるいは最下側の円盤と載置電極間に複数のスリットを形成する。該スリットは、図５に示すスリット１４と同様に、搬送室から流入する異物粒子や処理室内で舞い上がった異物粒子が載置電極に戴置された試料に付着するのを抑制することができる。
図１２は、本発明の第６の実施形態を説明する図である。図１２はプラズマエッチング装置を上方から見たときの概略を示す図である。図に示すように、エッチング処理装置は処理室１、搬送室２及びロードロック室１５を備える。
搬送室２の上部には、搬送動作時に試料を搬送する軌跡２８に沿ってガス噴出口２５ｃを複数個設置する。ガス流量制御器２２ｅの下流にはガス配管を複数の系統に分岐し、分岐した配管それぞれにバルブ２４（２４ａ〜２４ｆ）を設ける。また、バルブの下流側にはそれぞれ前記ガス噴出口２５ｃを接続する。試料の搬送動作に連動してバルブ２４（２４ａ〜２４ｆ）の開閉を制御することにより、搬送中の試料の上方から常にガスを噴出させることができる。これにより、搬送室内での異物粒子の試料への付着を抑制することができる。
以上、半導体製造装置として、プラズマエッチング装置を用いた例について説明したが、本発明はプラズマＣＶＤ装置など他の半導体製造装置にも広く適用することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、搬送室と処理室のガスの流れを試料の搬送動作に連動して制御するため、試料の搬送時に付着する異物数を少なくすることができ、歩留まりを向上させることができる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置を説明する図である。 図１に示す搬送ロボット８の詳細を説明する図である。 処理室１内に取り付けたガスの噴出口２５ａの作用について説明する図である。 図１に示すスリットの形状を説明する図である。 載置電極４の周囲にスリット１４を取り付けた状態におけるガスの流れを説明する図である。 ゲートバルブ１２付近の詳細を説明する図である。 図１に示す半導体製造装置の処理シーケンスを説明する図である。 本発明の第２の実施形態を説明する図である。 本発明の第３の実施形態を説明する図である。 本発明の第４の実施形態を説明する図である。 本発明の第５の実施形態を説明する図である。 本発明の第６の実施形態を説明する図である。
符号の説明
１ 処理室
２ 搬送室
３ アンテナ
４ 試料載置電極
５ シャワープレート
６ａ ターボ分子ポンプ
７ａ バタフライバルブ
８ 搬送ロボット
９ 搬送アーム
１０ 試料
１１ 制御コンピュータ
１２ ゲートバルブ
１３ フォーカスリング
１４ スリット
１５ ロードロック室
１７ 腐食ガスの濃度センサ
１６ ガスの流れ
１８ 堆積性ガスの濃度センサ
１９ イオン源
２０ 電気集塵機
２１ フィルタ
２２ ガス流量制御器
２３ 電極の上下駆動装置
２４ａ〜２４ｆ バルブ
２５ ガス噴出口
２６ 搬送ロボットの中心軸
２７ シャワーヘッド
２８ 試料の軌跡

Claims (16)

  1. ガス供給手段及びガス排気手段を備えた真空処理室と、
    該真空処理室内で試料を載置して保持する試料載置電極と、
    ガス供給手段及びガス排気手段を備えた搬送室と、
    前記真空処理室と搬送室間を連絡する通路を開閉するゲートバルブと、
    搬送室内に配置した搬送アーム及び該搬送アーム先端に配置した試料保持部を備え、試料を該保持部に保持して前記搬送室から真空処理室に搬送し、処理済みの試料を真空処理室から搬送室に搬送する搬送装置と、
    搬送中の試料の搬送位置に連動して試料にガスを吹き付けて浮遊する塵埃の試料表面への付着を防止するガス吹きつけ手段を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  2. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    前記搬送装置はガスの吹き出し方向を可変に制御できるガス吹きつけ手段を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  3. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    前記ガス吹きつけ手段は、試料の搬送位置に連動してガスを噴出する複数のガス噴出口を、試料の搬送経路に沿って備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  4. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    前記ガス吹きつけ手段は、前記ゲートバルブの開閉時にゲートバルブにガスを吹き付けることを特徴とする半導体製造装置。
  5. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    搬送室及び真空処理室は内部の圧力を測定する圧力計を備え、搬送室の圧力が真空処理室室の圧力よりも数パスカルないし数十パスカル大であるときのみゲートバルブの解放を許可するインターロックを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  6. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    前記試料載置電極が上昇した通常の処理位置において試料載置電極上の空間と載置電極外周の空間を分割するスリットを備え、該スリットは真空処理容器側に固定したことを特徴とする半導体製造装置。
  7. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    前記試料載置電極が上昇した通常の処理位置において、試料載置電極上の空間と載置電極外周の空間を分割するスリットを前記通路よりも上側に備え、該スリットを試料載置電極側に固定したことを特徴とする半導体製造装置。
  8. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    搬送室にはイオンを放出するイオン源及びイオン化された塵埃を吸着する吸着電極を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  9. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    真空処理室にはイオンを放出するイオン源及びイオン化された塵埃を吸着する吸着電極を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  10. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    真空処理室は内部の腐食性ガスあるいは堆積性ガスの濃度を測定する測定器を備え、測定した濃度が所定値以下であるときのみゲートバルブの解放を許可するインターロックを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
  11. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    搬送室及び搬送アームは接地したことを特徴とする半導体製造装置。
  12. 請求項１記載の半導体製造装置において、
    前記ガス吹きつけ手段は、処理済みの試料を真空処理室から搬送室に搬送した後、所定の時間が経過するまで搬送室及び処理室にガスを供給することを特徴とする半導体製造装置。
  13. 請求項１２記載の半導体製造装置において、
    前記ガス吹きつけ手段は、前記所定の時間が経過した後は搬送室及び処理室に供給するガス流量を低減することを特徴とする半導体製造装置。
  14. ガス供給手段及びガス排気手段を備えた真空処理室と、
    該真空処理室内で試料を載置して保持する試料載置電極と、
    ガス供給手段及びガス排気手段を備えた搬送室と、
    前記真空処理室と搬送室間を連絡する通路を開閉するゲートバルブと、
    搬送室内に配置した搬送アーム及び該搬送アーム先端に配置した試料保持部を有し、試料を該保持部に保持して前記搬送室から真空処理室に搬送し、処理済みの試料を真空処理室から搬送室に搬送する搬送装置とを備え、
    被処理体の搬送動作に連動して、処理室または搬送室のガスの流れを制御することにより、異物粒子の試料への飛散を抑制したことを特徴とする半導体製造装置。
  15. 請求項１４記載の半導体製造装置において、
    前記真空処理室には処理ガスを供給するためのガス噴出口の他に、試料にガスを噴射するためのガス噴出口を、前記真空処理室内において搬送室と処理室を接続する搬送口と略反対側に備えたことを特徴とする半導体製造装置
  16. 請求項１４記載の半導体製造装置において、
    前記ゲートバルブを開閉する際は前記試料載置電極を上に上げておくように制御することを特徴とする半導体製造装置。
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