JP2009087992A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理体の吸湿を抑えたプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】本発明では、プラズマ処理室と、真空搬送室と、ロック室と、大気側搬送室とを備えた半導体製造装置において、乾燥空気を大気側搬送室に導入して、大気搬送室内の湿度を調整できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体製造において、被処理体の表面の吸湿を抑制するための機能を備えたプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置では、ウエハステーションや大気搬送室の一部がほぼ大気圧雰囲気のクリーンルーム内に設置されている。このクリーンルーム内には除湿器などで湿度が所定の範囲内に調節されたドライエアーがユーティリティーの１つとして供給されている場合がある。

特許文献１には、除湿ローターを有し、この除湿ローターの除湿ゾーンに給気エアーが供給されて除湿処理が行われ、除湿ローターの再生ゾーンに再生エアーが供給されて除湿部材の再生が図られる除湿システムが開示されている。再生エアーが流れる再生ラインには、ヒートポンプの凝縮器が設けられ、この凝縮器によって再生エアーが加熱されるようになっている。

また、特許文献２には、高清浄乾燥空気の製造供給システム及び方法が開示されている。この方法によれば、原料空気圧縮工程，触媒精製工程，吸着精製工程等を経て製造された高清浄乾燥空気を、半導体，高密度記録媒体，液晶製造工場等のクリーンルーム内に供給する。前記高清浄乾燥空気を前記クリーンルーム内に配置した保管庫，搬送装置等を有する搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に供給するとともに、前記搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方から排出された使用済み高清浄乾燥空気を再度搬送設備及び処理設備のいずれか一方又は双方に循環供給する。

特開２００６−１２５６７０号公報 国際公開 ＷＯ００／０３４２３号公報

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歩留まりを向上させるためには、異物粒子の発生を低減させることが重要である。そのため、量産現場においては、異物数を測定するための検査ウエハを用い、模擬放電を行ってそのときにウエハに落下した異物数をウエハ面板検査装置にてカウントすることによって、定期的に装置の異物数を監視している。また、半導体装置の微細化の進展により、エッチング工程では、堆積性の強いＣＦ（フルオロカーボン）系のガスが用いられることが多くなっている。この場合、放電中にウエハ表面に例えば厚さ数nm〜数十nmのCF系の堆積膜が生成される。該堆積膜はエッチング特性を決める重要な要素であり、プラズマ中で生成されたイオンが加速されて該堆積膜に入射し、該堆積膜と被エッチング層との界面付近にエネルギーが付与されることによりエッチング反応が進行する。

異物数を検査する模擬放電では、実際のエッチング条件と同等のエッチングガスを用いて放電する場合が多く、この場合、検査ウエハ表面にはCF堆積膜が生成する。このウエハを面板検査装置にて検査するためにプラズマ処理装置から大気中に搬出すると、大気中の水分がウエハ表面に付着し、CF系堆積膜が吸湿や化学反応等を起こす。その結果、ウエハの表面に微細な膨らみなどの幾何構造が発生することがあり、この状態で面板検査装置で異物数を検査すると、該幾何構造を異物粒子と誤ってカウントする。これにより、正確に装置の異物レベルを測定できない問題が生じる。

また、製品処理ウエハにおいても、エッチング終了後、ＣＦ系堆積膜が着いた状態でウエハをエッチング処理装置から搬出して通常のクリーンルームの環境に曝すと、空気中に含まれる水分が付着して吸湿や化学反応を起こし、フッ酸（HF）等が発生する場合がある。このフッ酸は被処理体の表面の微細パターンを浸食するため、半導体装置の歩留まりが低下する原因となる。また、ＣＦ系堆積膜が吸った水分が微細パターン中に浸透し、該水分が配線の酸化や、low−k膜の劣化を引き起こすことがあり、半導体装置の歩留まり低下や、性能劣化の原因となる。

上記特許文献１、２を含む従来の技術では、このような問題点についての配慮はなされていなかった。

本発明の目的は、検査ウエハの表面にＣＦ系堆積物等の吸湿を起こしうる膜が生成されても異物数の検査を正確に行うことができると共に、半導体装置の歩留まりの低下を防止し得るようにするために、クリーンルームでの被処理体の吸湿を抑えたプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明は、プラズマ処理室と、真空搬送室と、ロック室と、大気側搬送室とを備えた半導体製造装置において、大気搬送室に湿度１０％以下の乾燥空気を供給するようにしたことを特徴とする。

本発明では、大気搬送室内の湿度を調整して被処理体の吸湿を抑えることにより、検査ウエハでの異物数検査が正確に行えるようになり、また、吸湿による半導体デバイスの劣化を抑えることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。

まず、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施例のプラズマ処理装置全体を上方から見た図である。図２は、図１の装置の大気側搬送室３３と真空搬送室３１とロック室３５の部分を側面から見たときの状態を示している。

本実施例のプラズマ処理装置は、ウエハ２を収納するフープ３８を設置するクリーンルーム１内のほぼ大気圧の雰囲気のウエハステーション３７と、大気側搬送室３３と、ウエハアライナー３６と、一対のロック室３５と真空搬送室３１と複数のプラズマ処理室３０（３０−１〜４）と、ウエハエッジクリーナー３９を備えたプラズマ処理装置である。大気側搬送室３３と真空搬送室３１にはそれぞれウエハ２を搬送するための搬送ロボットが設置されている。なお、図２ではプラズマ処理室やウエハエッジクリーナー等一部は図示を省略した。

本装置の大気側搬送室３３の上部には、ファンフィルターユニット１３３が設置されている。また、大気側搬送室内３３に低露点（低湿度）の乾燥空気（ドライエアー）を供給するため、ファンフィルターユニットに乾燥空気を供給する配管が接続されている。乾燥空気はドライエアーユニット１３４から供給する。このドライエアーユニット１３４の具体的な構成例としては例えば、特許文献１にあるように、ドライエアーユニット内に設置された除湿ローターが回転することにより、空気の吸湿と除湿ローターの再生を同時に行うタイプのものを用いることができる。８１は装置の全体を制御する制御コンピューターである。

ドライエアーユニットから供給されたエアーは、温度調節機１３１によってクリーンル−ムの室温と同程度に調節される。温度調節器１３１を通過した乾燥空気は、減圧弁（レギュレーター）１３５−１を介して所定の圧力に減圧され、マスフローコントローラー１２−１を介して所定の流量で大気側搬送室内に供給される。

さらに、コンプレッサー１３０によってクリーンルーム１内の空気を集め、これを減圧弁１３５−２によって所定の圧力に減圧し、マスフローコントローラー１２−２によって所定の流量で、マスフローコントローラー１２−１を介して供給された乾燥空気に混合させ、この混合空気を大気側搬送室内に供給する。

ここで、乾燥空気と通常の空気を混合する意義や混合比の調整方法について述べる。一般にドライエアーユニットで生成される乾燥空気は、露点温度が例えばマイナス５０度以下であり、これは湿度に換算するとおおむね１%未満である。このような乾燥空気中では、ウエハが帯電しやすくなるため、ウエハの搬送中等にウエハ表面の微細パターンにダメージが入る恐れがある。そのため、湿度は例えば数％以下にしない方がよい場合がある。また、湿度が例えば数％であっても、湿度を下げれば、ウエハの帯電は起こりやすくなるため、大気側搬送室内にはウエハの帯電を緩和するためのイオン源、即ちイオナイザー１５１が設置されている。

また、半導体の製造では、すべてのウエハにおいて加工や保管条件が同じになるように製造ラインを管理している。例えば大気側搬送室を湿度１%未満にした場合、一旦フープをウエハステーションにて開け、ウエハの処理を終えた後に閉じた場合、フープ内の湿度は最初は大気側搬送室と同等の湿度になる。しかし、大気側搬送室の湿度が１%未満であっても、フープの密閉度によっては必ずしも湿度を１%未満の状態を長期にわたって保持できるとは限らない。つまり、すべてのウエハを湿度を１%未満の状態で管理するのは難しい場合がある。そのため、例えば湿度５〜１０%など、ある程度以上で且つ幅を持った値で管理する方が、管理が容易であることもある。

また、検査ウエハの表面に生成されたＣＦ系堆積物が吸湿によって幾何変形して異物粒子として誤カウントすることはすでに述べたが、検査ウエハを放電に曝した後のウエハの保管環境がおおむね露点温度がマイナス１０度以下（湿度換算でおおむね１０%以下）であれば、ほとんどの放電ガス系において、異物粒子として誤カウントするレベルにまで吸湿することは無いことが本発明の発明者らの実験により明らかになっている。以上のような観点から、大気側搬送室には例えば湿度が５%〜１０%の範囲で調整するのが現実的な運用方法であることもある。

先に述べた特許文献１に記載されているようなドライエアーユニットは、除湿ローターの回転速度や、除湿ローターの加熱力によって、湿度（露点温度）をある程度調整することはできるが、一般に、露点温度マイナス５０以下の乾燥空気を製造できる能力を有する装置では、逆に湿度が５〜１０%と通常の空気より若干低湿度のエアーを安定に供給することは得意ではない。そのため、例えば湿度が５〜１０%の空気を供給するためには通常の空気と乾燥空気を所定の流量比で混合させる方が容易である。

例えば、図３に示したように乾燥空気を８０L/min、空気を２０L/minの流量で供給している。各エアーの湿度は湿度計１３２−１と１３２−２で読み取っており、それぞれ湿度は３０%、ほぼ０%だったものとする。マスフローコントローラー１２−１と１２−２の下流で合流された通常エアーと乾燥空気の混合気体の湿度Ｃは、通常の空気の湿度をＡ、流量をＸ、乾燥空気の湿度をＢ、流量をＹとすると次の関係式で示される。

C=（A×X＋B×Y）／（Ｘ＋Ｙ）
ここで乾燥空気の湿度は１%未満でありであるため、上記式は
C=A×X／（Ｘ＋Ｙ）
と簡略化される。

従って、図３では混合エアーの湿度は約６%となる。このように通常の湿度の空気と乾燥空気を混合させることにより、簡単に任意の湿度のエアーを供給することが可能となる。

さらに、乾燥空気はロック室にも供給できるようにしてある。ロック室では真空引きやパージを繰り返すため、ロック室内に水分が入るのは望ましくなく、通常は窒素ガスを供給するようになっている。しかし、ドライエアーユニットが接続されている場合は、乾燥空気を供給する方が、乾燥窒素を用いる場合に比べて運用コストは安くなるメリットがある。

また、大気側搬送室に供給した低湿度の空気は、排気側搬送室の下方に設置された排気口１３７から排気してこれをドライエアーユニット１３４に戻すようにしている。これは、クリーンルーム１の空気よりも、もともと低湿度の空気をもどして、その空気の湿度を下げる方がドライエアーユニットの運用コストが安くなるためである。さらに、ドライエアーユニットは大気中に含まれる有機物を除去する能力を有している場合が多く、この場合、エアーを循環させる方が、大気側搬送室内の有機物汚染レベルをより下げられるメリットもある。

また、図示は省略したが、ドライエアーユニットに供給する空気には、大気側搬送室から排出したエアー以外に、クリーンルーム１の空気も選択して取り入れることができるようになっている。また、大気側搬送室はクリーンルームの空気に対して若干陽圧になるようにしている。さらに、大気側搬送室から排出したエアーの一部は排気ダクト８６を介して排気できるようになっている。次にドライエアーユニットを介したエアーの循環について述べる。

ここでは簡単に排気口１３７以外を介して大気側搬送室から漏れ出るエアーの量が無視できると仮定する。この場合、図３の例では大気側搬送室から排気口１３７を通して排出されるエアーは１００L/minとなる。ドライエアーユニットから供給されるエアーは８０Ｌ/minであるため、この場合、大気側搬送室から排出したエアー１００L/minのうち、８０L/minはドライエアーユニットに戻し、残り２０L／ｍｉｎはドライエアーユニットに戻さずに、排気ダクト８６へ排気する。即ち、循環させながらも、一部は排気する構造となっている。

本実施例によれば、大気搬送室内の湿度を調整して被処理体の吸湿を抑えることにより、検査ウエハでの異物数検査が正確に行えるようになり、また、吸湿による半導体デバイスの劣化を抑えることができる。

また、本発明のプラズマ処理装置において、排気側搬送室には湿度計（露点計）１３２−３が設置されており、フープを開けるとき、または大気側搬送室とロック室の間に設置されたゲートバルブ４０−１を開ける際は、大気側搬送室内の湿度が所定の値になっていることを条件にこれらの解放を許可するように装置全体の制御コンピューター８１が管理している。

即ち、大気側搬送室内の湿度が所定の値の範囲内で無ければ、フープやゲートバルブが開かないようにインターロックがかかるようになっている。大気側搬送室に湿度計を設置し、該湿度計が所定の値をはずれているときは、ロック室の大気搬送室側の扉が開かないようにインターロックをかける。あるいは、大気側搬送室の湿度計が所定の値をはずれているときは、フープが開かないように構成されている。

本実施例によれば、大気搬送室内の湿度を調整して被処理体の吸湿を抑えることにより、検査ウエハでの異物数検査が正確に行えるようになり、また、吸湿による半導体デバイスの劣化を抑えることができる。また、大気側搬送室内の湿度が所定の値になっていることを条件にウエハの搬送が可能になるので、湿度に起因する半導体装置の歩留まり低下や、性能劣化を確実に排除することができる。

ここまでは湿度が１%よりも幾分大きいエアーを供給する場合について述べてきたが、本発明はこれに限定されるものではない。

次に、本発明の第３の実施例を図４に示す。図４において、図２と同様の構成は説明を省略する。図４では図２に対して、通常の空気を乾燥空気に混合させるための系統が省略されている。この場合、大半のエアーはドライエアーユニット１３４を介して循環を繰り返すことになるため、湿度を極力低下させることができるだけでなく、エアー中の有機物も極力低減することができる。これは、吸湿を極力抑えるために、大気側搬送室の湿度をできる限り０%に近づけた方が望ましい場合、または、有機物汚染を極力低減したい場合に適用される方法である。

図４の体系と図２の体系のどちらが望ましいかは、エッチング処理に用いられるガス系や、ウエハ表面の微細パターン部の材質の吸湿に対する影響度や、該ウエハで製造されるデバイスの有機物汚染に対する許容度に依存する。また、図４の方法では通常のエアーを混合させない分だけ、図２の方法に対して装置のコストが安くなるメリットもある。

なお、図１から図４では大気側搬送室に乾燥空気を流すようにしているが、吸湿を抑えるのが目的であれば、大気側搬送室に窒素ガスを供給することも１つの手段ではある。しかし、窒素を流すことによって装置周辺の酸素濃度が下がることによる窒息のリスクがある。そのため、乾燥空気を流す方が安全である。もし大気側搬送室に窒素ガスを供給する場合は、大気側搬送室の密閉度を上げ、窒素ガスが外に漏れないようにするとともに、装置周辺に酸素濃度計を設置することが必要である。また、メンテナンス時は、大気側搬送室に通常の空気を送り込んで、溜まった窒素ガスを排気ダクト等に排気する配管を設置しなければならない。

本発明の第１の実施形態を説明するための装置全体を上方から見た概略図である。 本発明の第１の実施形態を説明するための装置全体を側面から見た概略図である。 エアーの流れを示す図である。 本発明の第１の実施形態を説明するための概略図である。

符号の説明

１：クリーンルーム、２：被処理体、１２：マスフローコントローラー、１８：バルブ、３０：エッチング処理室、３１：真空搬送室、３２：真空搬送ロボット、３３：大気搬送室、３４：大気搬送ロボット、３５：ロック室、３６：アライナー、３７：ウエハステーション、３８：フープ、３９：ウエハエッジクリーナー 、４０：ゲートバルブ、８１：制御コンピューター、８５：ドライエアー源、８６：排気ダクト、１３０：コンプレッサー、１３１：温度制御器、１３２：湿度計、１３３：ファンフィルターユニット、１３４：ドライエアーユニット、１３５：レギュレーター、１３６：フープ開閉装置、１３７：排気口、１５１：イオナイザー。

Claims (4)

1. 処理室と、真空搬送室と、ロック室と、大気搬送室を備えたプラズマ処理装置において、該大気搬送室に湿度１０％以下の乾燥空気を供給するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 処理室と、真空搬送室と、ロック室と、大気搬送室を備えたプラズマ処理装置において、略１%未満の乾燥空気とクリーンルーム内の空気を混合させて、湿度が０%ないし前記クリーンルームの湿度の範囲の、任意の湿度の空気を前記大気搬送室内に供給できるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項１または２のプラズマ処理装置において、前記大気側搬送室に湿度計を設置し、該湿度計の測定値が所定の値をはずれているときは、前記ロック室の前記大気搬送室側の扉が開かないようにインターロックをかけることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項１または２のプラズマ処理装置において、ウエハを収納するフープを設置するウエハステーションが前記大気搬送室に対応して配置され、
   前記大気側搬送室に湿度計を設置し、該湿度計の測定値が所定の値をはずれているときは、前記フープが開かないようにインターロックをかけることを特徴とするプラズマ処理装置。

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