JP2010165726A - 真空処理装置、及び、該真空処理装置における静電チャックのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空チャンバー内の静電チャック表面に静電吸着された異物の除去が困難である。
【解決手段】反応チャンバー１の出入口１ａに挿入可能な真空搬送ロボットのウェハローダー用ロボットハンド９の下部に、不活性ガスを噴射するガスノズル１０と、イオンにより静電気を中和させるイオナイザー１１とが付加された。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理される半導体基板を固定するための静電チャック（Electrostatic Chuck：以下、ＥＳＣと略す。）の表面をクリーニングする方法、クリーニング機構、及び該機構を備えた真空処理装置に関する。

ここでＥＳＣとは、ステージの表面に誘電層を設け、ステージとウェハの間に電圧を印加し、両者の間に発生した静電気力によってウェハをステージ側に吸着する機構である。

半導体素子の製造工程では、ドライエッチング装置や成膜装置などが用いられる。それらの装置では、ＥＳＣを構成しているステージに半導体基板を載せた状態で処理される形態が多用されている。

このような形態の装置では、処理量の増加に伴って反応チャンバーの内壁等に付着する反応生成物も増加し剥がれやすくなる。剥がれた反応生成物がＥＳＣ表面に付着すると、半導体基板とＥＳＣ表面との接着状態が不良となってエッチング特性や成膜特性に悪影響をもたらす原因となる。

これを回避するために、接着不良のアラームが発信される毎に反応チャンバーの中を大気開放状態にしてＥＳＣ表面をクリーニングする必要があった。このような状況は著しい生産性の低下をもたらす問題があった。

そこで、真空チャンバーを大気開放することなく、ガスの吹き付けによってＥＳＣ表面の異物を取り除く方法が、特許文献１や特許文献２等によって提案されている。また、イオンを含むクリーンエアをウェハに供給することによってウェハ上の静電気を除去する方法が、特許文献３によって提案されている。

特開2006-22912号公報 特開平6-172972号公報 特開2005-72374号公報

しかし、特許文献１及び２に記載された方法は、真空チャンバー内壁やＥＳＣ表面上の異物を、ガスノズルを用いて除去する構造で、単にガスを吹き付けるだけである。そのため、静電気を伴わずに付着している異物は除去できるが、静電吸着された異物の除去は困難であるという課題がある。さらにガスノズルを取り付けるために別の機構が真空チャンバー内に必要になっている。

本発明は、処理基板が置かれる静電チャックと、静電チャック上に処理基板を搬送するロボットハンドとを有する真空処理装置に係るものである。そして、ロボットハンドにガスノズルとイオナイザーとが設けられたことを特徴とする。

かかる特徴によれば、静電チャック表面に異物が在って処理基板の接着不良が発生したとき、装置内に大気に開放することなく、ロボットハンドを静電チャックの表面近傍に配置する。そして、その表面近傍からイオナイザーで、静電チャック表面に付着している異物の静電気を除去し、それからガスノズルよりガスを静電チャック表面に向けて噴射すると、ＥＳＣ表面の異物が容易に除去される。

本発明によれば、真空チャンバーに新しい機構を追加しないで、ＥＳＣ表面の異物を取り除くことができる。また、半導体素子の製造工程において真空チャンバーを大気開放することなく、ＥＳＣ表面の異物を取り除くことができる。

本発明の真空処理装置の一実施例においてチャンバー内にロボットハンドを挿入したときの断面図である。 本発明の真空処理装置の一実施例におけるＥＳＣとロボットハンドの動きを表した平面図である。 本発明の真空処理装置の一実施例においてロボットハンドがＥＳＣ表面クリーニングを行ったときの移動範囲を示す平面図である。 本発明の真空処理装置の一実施例においてＥＳＣ表面クリーニングを実施する際のフローチャートである。 本発明の真空処理装置の他の実施例におけるロボットハンドのガスノズルを表した平面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

ここでは、本発明を適用する真空処理装置として、薄膜の堆積やエッチング等に使用されているプラズマ処理装置を例にして説明する。

この種のプラズマ処理装置は、図１に示すように、高周波プラズマとなるガスが導入される石英製の反応チャンバー１（反応室）を備える。

反応チャンバー１の上部の外側面にはプラズマ発生用アンテナ２を構成するように、反応チャンバー１の外周に沿って巻線状のコイル３が形成されている。コイル３にＲＦジュネレータ（高周波発振器）４から高周波電力を印加すると、アンテナ２は反応チャンバー１内にプラズマを生成する。

ＲＦジュネレータ４の一端は、整合器５を介してコイル３上部に接続され、他端は、コイル３下部と接続されて、接地されている。

反応チャンバー１は反応チャンバー１の下部の排気配管６により真空排気される。ガスは、不図示のガス導入系から反応チャンバー１内の上部に導入される。

反応チャンバー１内の下部には、処理基板であるウェハ（半導体基板）を載置するためのＥＳＣ７が設置されている。ＥＳＣ７を構成しているステージ（基台）は内部に電極８を備えており、内部電極８は接地されている。

上記のように構成されたプラズマ処理装置（誘導性結合型プラズマ装置）においては、アンテナ電流が作る磁界により放電する。つまり、ファラデーの電磁誘導の法則により磁界の時間変化が電界を誘導し、この電界で電子が加速されてプラズマ放電が維持される。この装置で得られるプラズマは、プラズマ密度として１０¹⁷〜１０¹⁸ｍ^-3、電子温度２〜４ｅＶ、直径３０ｃｍ程度であり、広い圧力範囲（１〜４０Ｐａ）で容易に、大口径の高密度プラズマが得られる。

このようなプラズマ処理装置は、通常、反応チャンバー１の出入口１ａに搬送チャンバーを連結している。搬送チャンバーは内部に真空搬送ロボットを備えた真空容器である。真空搬送ロボットは、ウェハを反応チャンバー１内から搬送チャンバーへ移動したり、搬送チャンバーから反応チャンバー１内へと移動させたりするロボットハンド９を有する。本実施例のウェハローダー用ロボットハンド９はウェハを載せられるように略平面形状を有する（図２参照）。

本発明では、ロボットハンド９の下部（すなわち、ウェハが載置されるＥＳＣ７の表面と対向する面）に、不活性ガス（Ｎ₂ガス等）を噴射するガスノズル１０と、イオナイザー１１とが設けられている。

イオナイザー１１は、雰囲気中の空気をイオン化させ、発生させたイオンにより静電気を中和させる除電装置である。したがって、静電気によってＥＳＣ７の表面に付着している異物の静電気を除去することができる。

イオナイザー１１は、軟Ｘ線照射を利用するタイプや、コロナ放電を利用するタイプであってもよい。軟Ｘ線照射タイプは、軟Ｘ線の照射エネルギーにより、帯電物周辺の雰囲気を直接イオン化させ、静電気を中和させる。一方、コロナ放電タイプは、放電針と呼ばれる針の先端に高電圧を印加し、コロナ放電を発生させて空気をイオン化し、発生させたイオンを帯電物に当てることで静電気を中和させる。

本発明に使用するイオナイザーは上記のいずれのタイプでも良いが、Ｘ線の使用は管理や取り扱いが複雑になるのでコロナ放電タイプが望ましい。

また本発明は、ロボットハンド９の下部にガスノズル１０とイオナイザー１１を付加したので、ガスノズル１０とイオナイザー１１を、ＥＳＣ５の表面近傍に近づけることが容易である。例えばロボットハンド下部とＥＳＣ表面の間隙ｄ（図１参照）を５ｍｍから１０ｍｍまでにすることが出来る。その上、本実施例のガスノズル１０はブロー方向を可変できるスイング機構（不図示）を有している。異物の静電気を除去した後に、上記のようにガスノズル１０をＥＳＣ５の表面に接近させた状態でガスノズル１０のブロー方向を可変する操作を行うと、ガスブローによって異物が除去される効果が非常に高い。

さらに、真空搬送ロボットは、ウェハを保持する面に垂直な軸を中心とした方向（図２中のθ方向）にロボットハンド９を回転する機能を有している。そのため、ＥＳＣ５の表面全体をブローすることが可能である（図３参照）。

また、ＥＳＣ５上からガスブローによって除去された異物は、反応チャンバー１の下部にある、真空ポンプに接続された排気配管６を通って、排出することができる。

次に、本実施例の装置におけるＥＳＣ７表面のクリーニング操作（異物の除去）について説明する。

本実施例のプラズマ処理装置は、反応チャンバー１内のＥＳＣ７上へのウェハの接着状態を監視している。ＥＳＣ７表面に異物が多く存在していると、ＥＳＣ７にウェハを載せたときに接着不良を引き起こす。本例の装置は、エッチング特性や成膜特性等に悪影響を及ぼすような接着状態のとき、ウェハ吸着エラーを出力する（図４のステップＳ１）。

ウェハ吸着エラーが発生すると、真空搬送ロボットがウェハを反応チャンバー１から回収する（図４のステップＳ２）。

続いて、反応チャンバー１内に真空搬送ロボットがロボットハンド９を出入口１ａから挿入する（図４のステップＳ３）。この結果、図１及び図２に示すようにロボットハンド９の下部がＥＳＣ７の表面と対向する。

そして、ロボットハンド９の下部に付いているイオナイザー１１が起動し、これによってＥＳＣ７上の異物に帯びた静電気を除電する（図４のステップＳ４）。

その後、スイング機構を備えたガスノズル１０がスイングしながら、ガスノズル１０からＥＳＣ７表面に向けて不活性ガスが噴射される（図４のステップＳ５〜Ｓ６）。

さらに、図２及び図３に示すように、ロボットハンド９がＥＳＣ７表面と平行な方向であるＸ方向（直線方向）とθ方向（回転方向）に動き、ＥＳＣ７の表面全体にガスが吹きかかるように２周回する（図４のステップＳ７）
以上のように、真空処理装置に常設されているロボットハンド９の下部にガスノズル１０とイオナイザー１１を付加することにより、反応チャンバー１内に新しい機構を追加しないで、ＥＳＣ７上に静電付着された異物を効果的に除去することが可能である。さらに、ＥＳＣ表面の近傍からガスブローを行えるため、ＥＳＣ７上の異物除去能力の向上が期待できる。

また、上記の実施例では、スポット状の吹き出し口からなるガスノズル１０が複数配置されたロボットハンド９を示したが、本発明に用いられるガスノズルはこのような形状に限定されない。例えば、図５に示すように、Ｘ方向に直線状の細長い開口を持つガスノズル１２がロボットハンド９の下部に設けられていても良い。この構成によれば、図２のガスノズル１０を用いた異物除去操作に比べて、少ない操作で、ＥＳＣ表面の多くをクリーニングすることができる。

１ 反応チャンバー
１ａ 出入口
２ アンテナ
３ コイル
４ ＲＦジェネレータ
５ 整合器
６ 排気配管
７ ＥＳＣ
８ 内部電極
９ ロボットハンド
１０、１２ ガスノズル
１１ イオナイザー

Claims (9)

1. 処理基板が置かれる静電チャックと、
   ガスノズルとイオナイザーとが設けられた、前記静電チャック上に前記処理基板を搬送するロボットハンドと、
   を有する真空処理装置。
2. 処理基板が置かれる静電チャックと、前記静電チャック上に前記処理基板を搬送するロボットハンドを持つ真空搬送装置と、を有し、
   前記ロボットハンドに、不活性ガスを噴射するガスノズルと、イオンにより静電気を中和させるイオナイザーと、が設けられた真空処理装置。
3. 処理基板を処理するための反応チャンバーと、
   前記反応チャンバー内に設置され前記処理基板が置かれる静電チャックと、
   前記反応チャンバー内に前記処理基板を搬送する真空搬送装置のロボットハンドと、
   を有し、
   前記反応チャンバー内に前記処理基板を搬送したときに前記静電チャックと対向する前記ロボットハンドの面に、不活性ガスを噴射するガスノズルと、イオンにより静電気を中和させるイオナイザーと、を備えた真空処理装置。
4. 前記ガスノズルはガスの吹き出し方向を可変できるスイング機構を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の真空処理装置。
5. 前記ガスノズルは直線状の細長い開口からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の真空処理装置。
6. 前記ロボットハンドは前記処理基板を載置する面に垂直な軸を中心とした方向に回転可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の真空処理装置。
7. 前記イオナイザーはコロナ放電タイプであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の真空処理装置。
8. 薄膜の堆積およびエッチングに使用されているプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の真空処理装置。
9. 処理基板が置かれる静電チャックと、前記処理基板を搬送する真空搬送装置のロボットハンドと、を有する真空処理装置において前記静電チャックの表面をクリーニングする方法であって、
   不活性ガスを噴射するガスノズルと、イオンにより静電気を中和させるイオナイザーと、が設けられた前記ロボットハンドを、前記処理基板が取り除かれた前記静電チャックの表面に対向させる工程と、
   前記静電チャックの表面と対向配置した前記ロボットハンドの前記イオナイザーを起動する工程と、
   前記静電チャックの表面と対向配置した前記ロボットハンドの前記ガスノズルから不活性ガスを噴射する工程と、
   前記不活性ガスを噴射しながら、前記ロボットハンドを前記静電チャックの表面と平行な方向に動かして前記静電チャックの表面全体に前記不活性ガスを吹き付ける工程と、
   を含むクリーニング方法。

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