JP2010283174A - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2010283174A
JP2010283174A JP2009135617A JP2009135617A JP2010283174A JP 2010283174 A JP2010283174 A JP 2010283174A JP 2009135617 A JP2009135617 A JP 2009135617A JP 2009135617 A JP2009135617 A JP 2009135617A JP 2010283174 A JP2010283174 A JP 2010283174A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
chamber
stage
semiconductor manufacturing
manufacturing apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009135617A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Matsuzawa
豊 松澤
Masunori Takamori
益教 高森
Shuichi Fukuda
崇一 福田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2009135617A priority Critical patent/JP2010283174A/ja
Publication of JP2010283174A publication Critical patent/JP2010283174A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

【課題】プラズマ処理する半導体基板を載せるステージ上の異物を検知し、該異物を、チャンバーを大気開放してのメンテナンスなく除去できる半導体製造装置を提供する。
【解決手段】エッチングを行うプリクリーンチャンバー4と、バッファチャンバー8と、基板搬送用のロボット5と、基板処理毎のバイアス電圧を検出する検出部7と、設備パラメータの異常判定を行う異常判定部11と、基板の搬送および処理シーケンスを切り替え可能な制御部12とを備え、チャンバー8内にダミー基板を格納する。異常判定部11は、設備のメンテナンス後に変更設定されたバイアス電圧の異常判定規格から前記検出部7での検出値が外れるチャンバー4の異常の有無を判断し、制御部12は、異常判定部11で異常有りと判断されたときに、チャンバー4への被処理基板9の搬入を停止しダミー基板を搬入するクリーニング処理を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は半導体製造装置に関し、特に、半導体集積回路素子や液晶表示素子等のマイクロエレクトロニクスデバイスの製造工程において基板をステージ上でプラズマ処理する半導体製造装置に関するものである。
半導体集積回路素子や液晶表示素子等のマクロエレクトロニクスデバイスの性能を向上させ低コスト化を実現するために、大集積化に耐える高精度かつ高速の微細加工(ドライエッチング等)を大面積の被処理基体(基板)の上で実現する要求が高まっている。このような微細加工にはプラズマを利用した処理が適しており、かかるプラズマを形成する技術として誘導結合方式(Inductively coupled system)がある。
誘導結合方式では一般に、減圧容器の外部に配置したアンテナに高周波を印加し、減圧容器に設けた高周波導入部材を介して減圧容器の内部に電磁界を誘導し、それにより発生するプラズマ中の電子にエネルギを供給してプラズマを維持する。この方式は、比較的高真空(10−3Torr(=133mPa)程度)で高密度のプラズマを維持することができるという特徴がある。このため、被処理基体に入射するイオンの方向性が良く揃い、例えばドライエッチングに使用する場合に基体面と加工面の間の垂直性が高く、高頻度の加工を実現できる。またプラズマ中から多量のイオンを被処理基体に引き込むことが可能であるため、高速な加工にも適している。
誘導結合型プラズマをドライエッチング技術に応用する場合には、プラズマ形成用の高周波とは別個に、被処理基体に対してイオンを引き込むための高周波バイアスを印加する必要がある。高周波バイアス電流は被処理基体からカソードシースを介してプラズマに、そしてプラズマからアノードシースを介して減圧容器の壁に流れ込む。
この時にアノードとなる減圧容器の面積をカソードとなる基板電極の面積に対して充分大きくすると、プラズマと減圧容器との間の電位差が小さくなる一方で、プラズマとカソードとの間の電位差が相対的に大きくなる。これにより被処理基体上のイオンエネルギーが相対的に大きくなり、高いエッチング効率が得られる。一方、アノードシース側の電圧は比較的小さいため、イオンスパッタによる減圧容器の消耗やその生成物による汚染などの悪影響は抑制される。
一方、半導体集積回路素子の微細化に伴い、ゲート酸化膜の膜厚は数nm程度まで薄くなっており、ゲート酸化膜の耐電圧は低くなってきている。それにより半導体集積回路素子は、プラズマにさらされた時のダメージに弱くなってきている。そのため、製造工程にプラズマを用いる場合、生成したプラズマが半導体集積回路素子にプラズマダメージを与え、特性劣化を引き起こすことがある。
プラズマダメージの対策としては、基板電極とそれに対向するアンテナ電極とにそれぞれ印加する高周波バイアスの位相を制御し、両電極のいずれか一方に常にアースとしての機能を持たせる等の提案がなされている(例えば特許文献1)。あるいは、高周波バイアスによる高周波電流経路のうち基板の外周部分を対向アンテナ電極の基板対向面に向かうように、矯正手段を設ける提案もなされている(例えば特許文献2)。
特開2002−184766号公報 特開2001−185542号公報
しかし従来の方法では、基板電極となるステージ上に異物が落下した場合に、この上に基板を搬送して基板の一部が浮き上がった状態でプラズマ処理を行うと、基板面内でバイアス電圧Vdcがゲート酸化膜の耐電圧を超えてしまい、プラズマを回路の一部として電流が流れ、デバイスが破壊されてしまう問題があった。以下に説明する。
図16は従来よりある半導体製造装置(スパッタ装置)の構成を示す。バッファチャンバー1、スパッタチャンバー2,3、プリクリーンチャンバー4、ロードロック6が、トランスファーチャンバー8に対して接続されている。トランスファーチャンバー8内には、各チャンバーへの基板9搬送を行うロボット5が備えられている。
たとえばTi/TiNのバリヤメタルスパッタを行う工程では、基板9は、プリクリーンチャンバー4で表層の自然酸化膜が除去され、スパッタチャンバー3でTiの成膜、スパッタチャンバー2でTiNの成膜処理がなされる。
プリクリーンチャンバー4を一例としたチャンバーの構成を図17に示す。チャンバー60においては、エッチングガス(図示せず)を流しながら、ステージ54上の基板9に対し、上部の高周波電源62および下部の高周波電源(バイアス用)59によって、プラズマによる処理が行われる。
この時、基板9裏面からのパーティクル持込みや、チャンバー60上部からの副生成物のはがれ、もしくはチャンバー60が石英やセラミックなどの割れやすい材料からなるパーツで構成されている場合には該チャンバー60の一部の損傷破片等の落下によって、図示したようにステージ54上に異物64が存在することがある。かかる状況で基板9のエッチング処理を行うと、プラズマが基板9の面内で不均一となるため、バイアス電圧Vdcは基板9の面内で不均一となり、ゲート酸化膜の耐電圧値を超えて破壊に至る。
上記状況下でエッチング処理を行った場合の半導体デバイスのP検結果およびVtのPCM特性を図18に示す。基板中央部ではP検検査結果は正常であるが、基板上部および下部では検査結果が異常となっている。面内でPOS.1からPOS.5の位置でPCM測定を行った結果、POS.1,2,5の位置ではVt特性は正常値を示したが、POS.3,4では異常値となった。
同じくステージ54上に異物64が存在する状況下でダメージ評価基板をエッチング処理した場合のダメージ評価結果を図19に示す。基板中央部は正常であるが、基板上部および下部は異常となった。
以上の事実は、従来の半導体製造装置においてステージ54上に異物64が存在する状態でプラズマ処理を行うと、基板上での位置によっては、プラズマダメージによりゲート酸化膜が破壊することを示している。
かかるゲート酸化膜の破壊を避けるための第1の方法として、従来、ダメージ評価基板により定期的に管理を行う方法がとられている。図20に従来の処理フローを示す。チャンバーのメンテナンスS1を行った後、ダメージ評価基板処理S2を行い、ダメージ評価結果S3が規格内であれば、製品ロットの処理S4〜S6をダメージ評価管理周期S7が来るまで行う。
図20の処理フローでのダメージ評価結果の推移を図21に示す。横軸はダメージ評価の実施日、縦軸は耐電圧良品率(%)を表す。この例ではダメージ評価基板の耐電圧良品率が95%以上の場合にダメージがない(正常)と判断している。この図21での推移から、良品率が約50%となった異常点(6/30)は検出出来ているが、異常点前後の管理間隔が、異常発生した可能性がある異常対象期間となり、この異常対象期間が長いと加工不良が多量に発生する問題があった。これに対処するために管理周期を短くすると、ダメージ評価基板についての製造コスト(加工コスト)が高くなり、装置稼動率も低下してしまう問題があった。
そこで、装置から出力されるバイアス電圧Vdcの値にインターロックを設ける方法が考えられる。図22にバイアス電圧Vdcの推移を示す。図21の評価を行ったのと同じ処理フローにおいて、ダメージが発生した期間の異常を検出するために、Vdcの管理規格を−360V(下限値)〜−310V(上限値)(それぞれ破線で示す)としてダメージ評価を行った。
この図22の結果によれば、図21の評価で検出された異常対象期間については、Vdc管理規格を−360V〜−310Vとする事で同様の異常対象期間(Vdc低下点)が検出されていることから、かかるVdc管理規格を用いることで異常判定が可能であると考えられる。このVdcの低下が見られた前後でのVdc(四角で囲む)と半導体デバイスのVtと関係を図23に示す。ここでのVdcの異常判定は、図23に表れたデバイスの異常とも相関がとれている。
しかしその一方で、図22の結果によれば、図21の評価では異常が検出されなかった期間に2回目のVdc低下点が検出されている。このVdc低下点の検出期間に対応する半導体デバイスのVtでは異常は見られなかったので、2回目のVdc低下点は誤判定であると考えられる。このことより、Vdcに絶対値による管理規格を設けることは困難である。ここで、図22の上部に示した矢印↓はメンテナンスを行った時期を表している。メンテナンス時期毎にVdcのシフトが見られる。メンテナンス時のチャンバー内部品のばらつきや組み付け状況によってVdcの値が変化するものと考えられる。
したがって、装置から出力されるVdcにインターロックを設けることだけでは、上述の問題、すなわちステージ上に異物が存在する状態でプラズマ処理を行うことによる基板のプラズマダメージ、特にゲート酸化膜の破壊の問題を解消できない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステージ上に異物が落下している事を検知し、該異物を、チャンバーを大気開放してメンテナンスを行うことなく除去できる半導体製造装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、プラズマによるエッチングチャンバーと、バッファチャンバーと、基板搬送手段とを備えた半導体製造装置において、前記エッチングチャンバーのステージ上で基板をプラズマ処理する毎のバイアス電圧を検出する検出部と、設備パラメータの異常判定を行う異常判定部と、基板の搬送および処理シーケンスを切り替え可能な制御部とをさらに備え、前記バッファチャンバー内に、絶縁膜を形成したダミー基板が格納されており、前記異常判定部は、設備のメンテナンス後のダメージ評価結果に基づいて変更設定されたバイアス電圧の異常判定規格に対して、前記検出部でのバイアス電圧の検出値を比較して、前記検出値が前記異常判定規格から外れる前記エッチングチャンバーの異常の有無を判断し、前記制御部は、前記異常判定部で異常有りと判断されたときに、前記エッチングチャンバーへの被処理基板の搬入を停止し前記ダミー基板を搬入するクリーニング処理を行うように構成されたことを特徴とする。
これによれば、バイアス電圧の管理によって、ステージ上に異物が落下した異常を基板処理中に検知し被処理基板の搬入を停止するので、異物がステージ上にありプラズマが不均一となる状況で被処理基板を処理することがなくなり、被処理基板のプラズマダメージを防止することができる。
前記バッファチャンバー内に、絶縁膜を形成したダミー基板と裏面を吸着面とした吸着基板とが格納されており、前記制御部は、前記エッチングチャンバーへの被処理基板の搬入を停止した後、前記ダミー基板を前記バッファチャンバーから前記エッチングチャンバー内のステージ上へ搬送してプラズマ処理するダミー処理と、前記吸着基板を前記バッファチャンバーから前記エッチングチャンバー内のステージ上へ搬送して前記ステージ上の異物を吸着する吸着処理と、からなるクリーニング処理に切り替えるように構成されたことを特徴とする。これにより異物を効率よく確実に除去することができる。
前記基板搬送手段は、基板を裏面から保持する第一の保持手段および該第一の保持手段を駆動する第一の駆動手段と、基板を外周方向から保持する第二の保持手段および該第二の保持手段を駆動する第二の駆動手段とを備えていることを特徴とする。
前記エッチングチャンバーに、基板を載せて基板裏面が前記ステージに接触する接触位置あるいは基板裏面が前記ステージとの間に所定距離をあける非接触位置に配置する昇降手段を有することを特徴とする。
前記バッファチャンバーに、前記ダミー基板を帯電させるチャージング手段を有することを特徴とする。
前記エッチングチャンバー内のステージは、静電チャック機構を有するとともに、ステージ表面にチャネルを有しており、前記エッチングチャンバーの内外に、前記チャネルに不活性ガスを供給するガス配管と、該ガス配管内を流れるガスを流量測定する手段および圧力制御する手段とが配置されており、前記ステージ上に搬送した前記ダミー基板をプラズマ処理するに先立って、前記ダミー基板を静電チャックするとともに前記ガス配管より不活性ガスを圧力制御下に前記チャネルに供給して前記ガス配管内のガス流量を測定し、前記ガス流量の測定値を基に前記異常判定部で前記エッチングチャンバーの異常判定を行うように構成されたことを特徴とする。
本発明の半導体製造装置は、バイアス電圧の管理によって、ステージ上に異物が落下した異常を基板処理中に検知し被処理基板の搬入を停止するので、異物がステージ上にありプラズマが不均一となる状況で被処理基板を処理することがなくなり、被処理基板のプラズマダメージ、加工不良を防止することができる。チャンバーを開放してメンテナンスを行わなくても異物の除去が可能であるため、装置稼働率が向上する。
本発明の一実施形態の半導体製造装置の構成図 図1の半導体製造装置の一部であるチャンバーの構成図 図1の半導体製造装置に設けられたダミー基板収納部の詳細図 図1の半導体製造装置に設けられた第二のロボットハンドの概略図 同第二のロボットハンド(基板開放状態)の詳細図 同第二のロボットハンド(基板保持状態)の詳細図 図2のチャンバーでの第一の処理フロー図 図2のチャンバーでの第一の自動クリーニングプロセスフロー図 図2のチャンバーでのバイアス電圧の推移を示す図 図2のチャンバーでのバイアス電圧データを示す図表 図2のチャンバーでのメンテナンス区間におけるプロセス毎のバイアス電圧を示す図表 図2のチャンバーでの第二の自動クリーニングプロセスフロー図 図2のチャンバーでの第二の処理フロー図 図2のチャンバーで基板を静電チャック状態で裏面He流量によるステージ上異物検知方法を説明する図 図2のチャンバーでの第三の自動クリーニングプロセスフロー図 従来の半導体製造装置の構成図 図16の半導体製造装置の一部であるチャンバーの構成図 従来の半導体製造装置におけるP検のMAPとPCMでのVt特性値の分布図 従来の半導体製造装置におけるダメージ評価基板での評価結果の分布図 従来の処理フロー図 図16のチャンバーでのダメージ評価結果の推移を示す図 図16のチャンバーでのバイアス電圧の推移を示す図 図16のチャンバーでのバイアス電圧と半導体デバイス電圧との関係を示す図
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は半導体製造装置の一例であるスパッタ装置を示す。バッファチャンバー1と、スパッタチャンバー2,3と、プリクリーンチャンバー4と、ロードロック6とが、トランスファーチャンバー8の周りに接続されている。ロードロック6には、基板9を収納したカセット10が設置されている。バッファチャンバー1にはダミー基板収納部24が設置されている。
トランスファーチャンバー8内にはロボット5が備えられている。ロボット5は、第一のロボットアーム17および第一のロボットハンド18と、第二のロボットアーム19および第二のロボットハンド20とを備えている。第一のロボットアーム17および第一のロボットハンド18は、各チャンバー1〜4およびロードロック6間の基板搬送を行う。第一のロボットハンド18は、基板9を基板裏面から保持するタイプのロボットハンドであって、半導体製造装置で一般的に用いられている形状を有している(詳細は図示せず)。
プリクリーンチャンバー4には、後述するバイアス電圧Vdcや基板裏面のHe流量、RFパワー等の設備パラメータを検出できる検出部7が備えられ、設備パラメータの異常を判定する異常判定部11と装置の制御を行う制御部12が電気的に接続されている。
制御部12は、半導体製造工場内で製品処理の実行を司るMES16に通信回線13で接続されており、MES16からの通信信号により装置の状態変更(処理可能、メンテナンス中、停止中)を行い、ロット処理に関する指令(ロットID、基板ID、基板枚数、処理ステップ、処理レシピ、処理レシピ内パラメータ)を受け取り、半導体製造装置内の各チャンバーへの基板搬送や各チャンバーでの基板処理を実行する。
たとえばTi/TiNのバリヤメタルのスパッタを行う工程では、基板9は、プリクリーンチャンバー4で表層の自然酸化膜が除去され、スパッタチャンバー3でTiの成膜、スパッタチャンバー2でTiNの成膜処理がなされる。
処理時の設備パラメータは検出部7で測定され、電気的に接続された異常判定部11へ伝送される。異常判定部11は、検出部7から受信した設備パラメータを、処理レシピ、工程、処理ステップ、プロセス毎に異常判定が可能である。また異常判定部11は、同一処理レシピであっても、制御部12がMES16から受け取ったプロセス、ロットID、基板ID、工程、の情報を制御部12から受信し、それらの情報毎の異常判定値を使って、異常判定が可能である。
この異常判定部11は、通信回線13で異常判定値変更サーバー14と接続されており、異常判定値変更サーバー14は設備管理データサーバー15と接続されている。設備管理データサーバー15内には、設備のチャンバー毎に行われたエッチングレート管理、パーティクル管理、ダメージ管理などの設備管理データが蓄積されており、その内容には、メンテナンス後や設備管理後に行った設備管理用基板のロットID、基板ID、処理時刻、各評価データ、各評価結果が含まれている。
プリクリーンチャンバー4の詳細な構成を図2に示す。プリクリーンチャンバー4において、反応容器67はステンレス鋼などの金属材料からなり、その上部には半球ドーム状のベルジャー60が取り付けられている。ベルジャー60は石英やアルミナ等の絶縁材料により構成されており、ベルジャー60の外側には螺旋状のコイル61が設置されている。コイル61は、反応容器67内に高周波を誘導しプラズマを維持するエネルギを供給するための高周波アンテナの役割を果たすもので、このコイル61の両端には、インピーダンス整合器(図示せず)を介して、例えば13.56MHzの高周波電源62が接続されている。
また反応容器67には、エッチングガス供給源(図示せず)から供給されるエッチングガスを内部に導入するためのガス導入部52と、内部の排気を行うための真空ポンプ(図示せず)に接続される排気口53とが設けられている。
反応容器67の内部には、被処理基体である基板9を載置する静電チャック機構を備えたステージ54が配置されている。ステージ54は電極としても機能するもので、高周波バイアス電源59を介して接地されている。
反応容器67の内外には、基板9をステージ54上へ脱着するためのリフター68が設置されている。リフター68の上部はステージ54を貫通しており、基板9の裏面と接触するため、アルマイト等の絶縁材料で構成されている。リフター68の下部は直動型サーボアクチュエータ66に接続されていて上下動作が精密に制御されるようになっており、基板9がペデスタル56上に載った位置を零として、ペデスタル56上から基板9裏面までの隙間65を精密に位置制御できる。
隙間65が零の位置を認識する方法は次の通りである。ペデスタル56上へ基板9を載置しておき、リフター68を上昇させると、このリフター68が基板9の裏面に当たって基板9が上昇し始める瞬間に直動型サーボアクチュエータ66のモータートルクが上昇するので、このモータートルクの変化点での直動型サーボアクチュエータ66の位置センサー値を零点位置として記憶させる。
反応容器67の内外にはさらに、容器内で生成されたプラズマの輻射熱によって加熱される基板9の温度を一定に保つための冷却機構が設けられている。ステージ54には熱媒体を通す冷却ライン63が設けられていて、前記熱媒体によってステージ54が常に一定の温度に制御される。ステージ54上には無数のペデスタル56があり、ペデスタル56間のチャネル57にガスを流すガス配管58が配置されていて、このガス配管58を通してチャネル57に冷却媒介用のガス、例えばHe、Ar、N2等の不活性ガスが流される。55はガスの圧力を測定するための圧力計であり、51はガスの流量を測定するためのマスフローメーターである。
これらの冷却機構によって、プラズマで加熱される基板9を裏面から冷却し熱平衡状態となし、基板温度を常に一定に保つことが出来る。ただし、本実施例では処理時間の短いプロセスを想定しており、基板温度の上昇は問題がないため、プラズマ処理中における静電チャックおよび不活性ガス導入は行わないものとして説明する。
次に、バッファチャンバー1内の詳細な構成を説明する。図3(a)に示すダミー基板収納部24は、吸着基板22とダミー基板21の2種類の基板を収納するものであり、アルミニウム等の金属で構成してもよいが、吸着基板22およびダミー基板21への接触面は全てアルマイトやタフラム処理により絶縁物とする。
吸着基板22の収納箇所の基板支持部25は、拡大図示したように30度の傾斜を持たせて、吸着基板22の吸着シート23面が接触しないように構成してある。一番下のダミー基板21を帯電させることが出来るように、ダミー収納部24の下部にチャージングバー28を設置してある。チャージングバー28の下には、該チャージングバー28を奥行き方向に移動可能なスライド式ガイド31とそれを動作させるためのアクチュエーター(図示せず)とを備えている。チャージングバー28は、接続ケーブル32を介してチャンバー外部の直流高圧電源27に接続されている。
図3(b)にも示すダミー基板21は、基板表裏面に絶縁物が存在すればよく、例えばSiN基板であってよい。ここではダミー基板21は、半導体装置の製造工程で一般に使用されるダミー基板の内、熱酸化炉で基板表裏面に酸化膜を成長させた酸化膜付き基板を使用した。
図3(c)にも示す吸着基板22は、通常のSi基板の裏面に吸着シート23を貼り付けたものを使用した。吸着シート23は、市販されている吸着シート(例えば日東電工(株)製)でよく、Si基板裏面に基板外周から1mmの隙間26を設けた形で円盤状に貼り付ける。この吸着基板22をダミー基板収納部24に吸着シート23面を下向きとして収納する。
以下、図1〜図3をも参照しつつ説明する。ダミー基板収納部24から吸着基板22を搬送するためにトランスファーチャンバー8内に設けられている第二のロボットアーム19と第二のロボットハンド20について説明する。
図4(a)(b)は第二のロボットハンド20の概略図を示す。第二のロボットハンド20は、ベース部41に設置されたリンク駆動部42に対してそれぞれリンク43を介して接続された4本のフィンガー45を有しており、これらのフィンガー45を使って、吸着基板22をその上方から基板外周から抱えるように保持する。
図5(a)(b)は第二のロボットハンド20を基板を開放した状態で示した詳細図である。リンク駆動部42は、ベース部41の溝に設置された軸受け40に回転可能な形で設置され、該リンク駆動部42の下端に同一中心軸上に設置されたプーリ50およびタイミングベルト(図示せず)を通じて第二のロボットアーム19により回転駆動される。
リンク駆動部42に対して上述のようにリンク43を介して接続した4本のフィンガー45は、ベース部41に対しても、回転軸46を回転中心として回転可能な形で結合されている。フィンガー45とリンク43との接続、リンク43とリンク駆動部42との接続は、フィンガー45およびリンク駆動部42の上部に埋設されたポスト47によってなされている。フィンガー45はバネ39等の弾性体でベース部41に接続され、それにより通常時には、ベース部41側に引張り状態とされ開かれていて、基板開放状態となっている。
図6(a)(b)は第二のロボットハンド20を吸着基板22を保持した状態で示した詳細図である。先の図5の基板開放状態から、リンク駆動部42を時計方向に回転させることにより、フィンガー45がリンク43を介して吸着基板22を保持する方向に動作する。なおリンク43は、図6(c)に示したように軸受け48とスライド軸受け部49が形成されていて、スライド軸受け部49がリンク駆動部42のポスト47側に接続されることによって、ポスト47との回転、往復運動が可能な構造となっている。フィンガー45の下端には基板22を保持するためのツメ44を備えている。このツメ44は吸着シール23外周部に接触しない程度の大きさとされている。
以上のスパッタ装置における処理フローについて図1〜図3をも参照しつつ説明する。
図7は同スパッタ装置における第一の処理フローを示す。プリクリーンチャンバー4のメンテナンスS1を行った後、ダメージ評価基板処理S2を行い、ダメージ評価結果S3が規格内であるかを判断する。規格内であれば、異常判定値変更サーバー14が、設備管理データサーバー15からダメージ評価の結果とその評価ロットID、評価基板IDを受け取り、評価基板処理時のバイアス電圧Vdcを参考にして、異常判定部11に対してVdc規格設定S11を行う。その後、製品(被処理基板)ロットの存在の判断S4を行い、存在するときに製品処理S5を行い、Vdc結果判断S12を経て、ロット内基板処理完了の判断S6を行い、処理完了でなければ製品処理S5に戻る、というステップを、処理完了するまで繰り返す。
この際に、製品処理S5を行う製品の1枚処理毎に、検出部7によってVdcを検出し、異常判定部11によって処理時のVdc結果判断S12を行い、Vdc結果判断S12でVdcが異常値を示さなければ、ロット内基板処理完了の判断S6へと進む。
一方、Vdc結果判断S12でVdcが異常値を示した場合には、Vdc異常の原因がステージ上への異物の落下である場合が多いため、自動クリーニングプロセスS13へ移行し、自動で異物の除去を行い、その後に再び製品処理S5に戻る。
自動クリーニングプロセスS13について説明する。図8は本発明の第一の自動クリーニングプロセスフローを示す。自動クリーニングプロセスを開始するときには次の製品処理を停止S21する。
そして、バッファチャンバー1におけるダミー基板収納部24からダミー基板21を第一のロボットアーム17と第一のロボットハンド18を使ってプリクリーンチャンバー4へ移載し、ダミー基板21の処理数(移載数)が規定内であるかの判断S22を行いつつダミー処理S23を規定枚数まで行う。この時に、ダミー処理S23を行う基板毎にVdc結果判断S24を行い、Vdcが正常値に戻っていれば、製品処理S5へ移行する。
ダミー処理S23により異物を除去する原理は次の通りである。高周波電源によってコイル61とステージ54とに高周波を加えて、反応容器67内にプラズマを発生させ、ステージ54の上面に載置されたダミー基板21を処理すると、その間にダミー基板21とステージ54との間に発生した直流電圧によりステージ54上で両側に電荷が蓄積し、ダミー基板21とステージ54とは絶縁膜を介して互いにクーロン力で引き合う状態になる。ステージ54上に異物が存在した場合も、ダミー基板21とステージ54との間でクーロン力が働き引き合った状態となる。そして処理が終わってもクーロン力の一部は残るため、ステージ54からダミー基板21をロボットによって移載する際に異物はダミー基板21かステージ54に吸着され、ダミー基板21に吸着した異物は搬出されることになる。
規定枚数(例えば5枚)のダミー基板21のダミー処理S23を行ってもVdcが正常値に戻らなければ、制御部12は、ステージ温度を低下S26させる。その後に、第二のロボットアーム19と第二のロボットハンド20を使って、ダミー基板収納部24から吸着基板22をプリクリーンチャンバー4へ搬送S27し、ステージ上へ載置した後に回収する。
このようにすることにより、ダミー処理S23でも除去でき難い比較的大きな異物であっても吸着基板22で吸着して除去することが可能である。なおこのように吸着基板22を載置するので、S26でのステージ温度は、吸着基板22に貼られた吸着シート23の耐熱温度で決定するが、一般的なものでは、例えば150℃以下とする事が望ましい。
この後に再び、ダミー基板21を第一のロボットアーム17と第一のロボットハンド18を使ってプリクリーンチャンバー4へ移載し、ダミー処理S28を行う。この時もVdc結果判断S29を行い、Vdcが正常値に戻っていれば、製品処理S5へ移行する。
Vdcが異常値のままであれば、吸着基板搬送S27によっても除去できない異物の存在が推測されるので、設備のトラブルとしてオフラインへ移行し、設備調査S30を行う。
次に、Vdc規格の設定方法について説明する。図9にバイアスVdcの推移を示す。この図9のVdcデータは図22のものと同一であるが、Vdc異常判定規格38が異なる。下向きの矢印↓は、図22と同様に、チャンバーメンテナンスを行った時期を示している。
これら過去のメンテナンス間隔毎のVdc推移から予め管理規格幅を決定する。たとえば過去の数回のメンテナンス間隔毎にVdc推移を集計し、平均値±4〜6σ程度で規格を設定する。ここに示す例では、区間1についての規格は−335±30Vとした。同様に数区間について検討を行い、各区間においてVdcの異常誤判断が出ない程度に規格幅を決定する。本事例においては各区間とも±30Vとした。
異常判定値変更サーバー14は、製品処理時に検出部7で測定したVdcデータを異常判定部11を介して、処理日時、ロットID、基板ID、処理工程、処理プロセス、処理レシピ、処理ステップと紐付けて、常時格納している。
また異常判定値変更サーバー14は、メンテナンス後にダメージ評価結果判断が正常となった事を、設備管理データサーバー15から読み込み、その直前に処理されたダメージ評価基板のVdcを参考にして、異常判定規格として設定する。
なお、Vdcは製品の膜構造によっても左右されるため、予め膜構造の違いによるVdcの差を見積もっておいて、Vdc異常判定規格を定める事が望ましい。本実施例では、膜構造はプロセス毎に異なっているため、プロセス毎に異常判定規格を定めた例として説明する。
図10は基板処理時のVdcデータである。このデータは異常判定値変更サーバー14に処理日時毎に格納されている。図11は、図10のデータ群からあるメンテナンス区間内のデータを抽出し、プロセス毎にVdcの平均値(Vdc[V])を求めたものである。またダメージ評価基板のVdc平均値を基準とした時の、各プロセスの差分値(ΔVdc[V])を求めたものである。
例えば、図9における区間1のメンテナンス後のダメージ評価基板処理時のVdcは−342Vであった。その時のプロセスAについては、図11からVdcとダメージ評価のVdcとの差分値が7なので、−342+7=−335Vとなる。そこで、プロセスAに対するVdcの異常判定規格は−335±30Vと設定する。
以上の手順でメンテナンス毎にプロセスAのGL工程に対してVdcの異常判定規格を設定すると、図9に破線で示した異常判定規格38となる。上述のように図9と先の図22とは同じVdcの推移を示すものであるが、図22では固定の異常判定規格を用いていたため誤判定が発生していたのに対して、図9では誤判定が無くなっている。
上述の第一の処理フロー(図7参照)で実施する第二の自動クリーニングプロセスS13について説明する。製品処理S5での製品の1枚処理毎に、Vdcを検出して処理時のVdc結果判断S12を行い、ステップS12でVdcが異常値を示した場合に、上述の第一の自動クリーニングプロセスS13に代えて、この第二の自動クリーニングプロセスS13へ移行して自動で異物の除去を行い、その後に再び製品の処理に戻ることになる。
図12は第二の自動クリーニングプロセスフローを示す。この自動クリーニングプロセスを開始するときには次の製品処理を停止S21する。そして、バッファチャンバー1からプリクリーンチャンバー4へとダミー基板21を移載し、ダミー基板21の処理数(移載数)が規定内であるかの判断S22を行いつつダミー処理S23を規定枚数まで行う。この時に、ダミー処理S23を行う基板毎にVdc結果判断S24を行い、Vdcが正常値に戻っていれば、製品処理S5へ移行する。
この第二の自動クリーニングプロセスが上述の第一の自動クリーニングプロセスと相違するのは、規定枚数(例えば5枚)のダミー基板21のダミー処理S23を行ってもVdcが正常値に戻らなければ、ダミー基板21裏面を帯電S31させ、プリクリーンチャンバー4へ搬送S32し、その後に再びダミー処理S33を行う点である。
帯電S31のときには、先の図3に示した直流高圧電源27をONにして、チャージングバー28に備えた放電部29からダミー基板21を帯電させる。帯電のために加える電圧等の条件に関しては、予めオフラインの実験を行う事によって決定しておく。チャージングバー28は上述のようにスライド式ガイド31の上に設置されているので、スライド式ガイド31に沿ってアクチュエーター(図示せず)により移動させながら、ダミー基板収納部24に収納された最下段のダミー基板21裏面を帯電させる。
搬送S32のときには、帯電したダミー基板21を、第二のロボットアーム19と第二のロボットハンド20により基板外周を保持してプリクリーンチャンバー4へ搬送し、上昇させたリフター68上へ受け渡す。次にこのリフター68を、基板裏面とペデスタル56との隙間65が予め設定し隙間設定値(0.5〜10mm)となる位置まで下降させ、その静電吸着力によってステージ54上の異物を吸着させる。そして、リフター68を上昇させることにより、帯電したダミー基板21をステージ54へ接触させることなくステージ54から離間させ、第二のロボットアーム19と第二のロボットハンド20を使って、プリクリーンチャンバー4からダミー基板収納部24へ収納する。
ダミー処理S33のときには、ダミー基板21を第一のロボットアーム17と第一のロボットハンド18を使ってプリクリーンチャンバー4へ移載して処理する。この時Vdc結果判断S34を行い、Vdcが正常値に戻っていれば、製品処理S5へ移行する。
Vdcが正常値に戻らなければ、第一の自動クリーニングプロセスと同様に、制御部12が、ステージ温度を低下S26させ、吸着基板22をプリクリーンチャンバー4へ搬送S27し、ステージ上へ載置した後に回収し、この後に再び、ダミー基板21を第一のロボットアーム17と第一のロボットハンド18を使ってプリクリーンチャンバー4へ移載し、ダミー処理S28を行う。この時もVdc結果判断S29を行い、Vdcが正常値に戻っていれば、製品処理S5へ移行する。
Vdcが異常値のままであれば、たとえば吸着基板搬送S27によっても除去できない異物の存在が推測されるので、設備のトラブルとしてオフラインへ移行し、設備調査S30を行う。
図13は本発明の第二の処理フローを示している。ステップS14〜S16以外は上述第一の処理フローと同様である。
ステップS14においてプラズマを用いた製品処理を実行する前に、先の図2に示した静電チャック機構を備えたステージ54に載置した基板9を、静電チャックをONにしてステージ54上に固定し、その状態でチャネル57に不活性ガス、例えばHeを導入し、基板9裏面側のHeのガス圧力を一定に制御するサブステップを10秒間実施する。
その際のHe流量を監視し、所定範囲内にあるかの判断S15を行う。He流量が所定範囲を越えた異常時には、第三の自動クリーニングプロセスS16へ移行する。
He流量結果が所定範囲内であるか、あるいは第三の自動クリーニングプロセスS16によって所定範囲内となった正常時には、静電チャックをOFFにし高周波を印加してプラズマ処理を行う。
以上のようなサブステップを加えたことにより、製品基板のVdcのみでステージ上の異物を判断するよりも確実に異物有無を判断し、異物を除去することができ、異常を原因とする基板のプラズマダメージ(加工不良)を低減することができる。
上述の静電チャック状態でのHe流量によるステージ54上異物64の検知方法について説明する。図14は設備パラメータ波形を示す。1kVを印加して基板9を静電チャックし、基板9裏面のHeガス圧力を3.7Torrとなるように制御した。そのときの、(a)はESC電圧(静電チャックの電圧)の経時変化、(b)はHe流量の経時変化を示している。静電チャックの電圧を0Vとした後、(c)(d)に示すように、上部RFパワー、下部RFパワーを印加して、プラズマ処理を行っている。
図14(b)に示すように、正常時のHe流量は立ち上がり時に瞬間的にオーバーシュートするが、その後に安定し1.1sccmとなっている。一方、ステージ上に異物が落下付着した異常時にはHe流量は2sccmとなっている。このことから、異常判定規格をたとえば1.1±0.2sccmと設定することにより(破線で示す)、異常検出が可能であることがわかる。
図15に第三の自動クリーニングプロセスフローを示す。上述の第二の自動クリーニングプロセスとの違いは、この第三の自動クリーニングプロセスフローでは、ダミー処理を行うステップS42,S43,S44のいずれでも、プラズマ処理前に静電チャック状態で基板裏面にHeを流すレシピを使用することと、その後にHe流量結果判定を行うステップS42、S45、S46を設けたことである。
本発明にかかる半導体製造装置は、ステージ上に落下した異物を即座に検知可能であり、チャンバーを開放することなく異物の除去が可能となるため、プラズマダメージによる加工不良を防止し、かつ装置稼働率を向上できるので、非常に有用である。
1.バッファチャンバー
2.スパッタチャンバー
3.スパッタチャンバー
4.プリクリーンチャンバー
5.ロボット
6.ロードロック
7.検出部
8.トランスファーチャンバー
9.基板
11.異常判定部
12.制御部
17.第一のロボットアーム
18.第一のロボットハンド
19.第二のロボットアーム
20.第二のロボットハンド
21.ダミー基板
22.吸着基板
28.チャージングバー
38.異常判定規格
51.マスフローメーター
54.ステージ
55.圧力計
58.ガス配管
59.高周波電源(基板バイアス用)
64.異物
68.リフター

Claims (6)

  1. プラズマによるエッチングチャンバーと、バッファチャンバーと、基板搬送手段とを備えた半導体製造装置において、
    前記エッチングチャンバーのステージ上で基板をプラズマ処理する毎のバイアス電圧を検出する検出部と、設備パラメータの異常判定を行う異常判定部と、基板の搬送および処理シーケンスを切り替え可能な制御部とをさらに備え、
    前記異常判定部は、設備のメンテナンス後のダメージ評価結果に基づいて変更設定されたバイアス電圧の異常判定規格に対して前記検出部でのバイアス電圧の検出値を比較して、前記検出値が前記異常判定規格から外れる前記エッチングチャンバーの異常の有無を判断し、前記制御部は、前記異常判定部で異常有りと判断されたときに、前記エッチングチャンバーへの被処理基板の搬入を停止し前記ダミー基板を搬入するように構成されたことを特徴とする半導体製造装置。
  2. 前記バッファチャンバー内に、絶縁膜を形成したダミー基板と裏面を吸着面とした吸着基板とが格納されており、前記制御部は、前記エッチングチャンバーへの被処理基板の搬入を停止した後に、前記ダミー基板を前記バッファチャンバーから前記エッチングチャンバー内のステージ上へ搬送してプラズマ処理するダミー処理と、前記吸着基板を前記バッファチャンバーから前記エッチングチャンバー内のステージ上へ搬送して前記ステージ上の異物を吸着する吸着処理と、からなるクリーニング処理に切り替えるように構成された
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置。
  3. 前記基板搬送手段は、基板を裏面から保持する第一の保持手段および該第一の保持手段を駆動する第一の駆動手段と、基板を外周方向から保持する第二の保持手段および該第二の保持手段を駆動する第二の駆動手段とを備えていることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の半導体製造装置。
  4. 前記エッチングチャンバーに、基板を載せて基板裏面が前記ステージに接触する接触位置あるいは基板裏面が前記ステージとの間に所定距離をあける非接触位置に配置する昇降手段を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。
  5. 前記バッファチャンバーに、前記ダミー基板を帯電させるチャージング手段を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。
  6. 前記エッチングチャンバー内のステージは、静電チャック機構を有するとともに、ステージ表面にチャネルを有しており、前記エッチングチャンバーの内外に、前記チャネルに不活性ガスを供給するガス配管と、該ガス配管内を流れるガスを流量測定する手段および圧力制御する手段とが配置されており、前記ステージ上に搬送した前記ダミー基板をプラズマ処理するに先立って、前記ダミー基板を静電チャックするとともに前記ガス配管より不活性ガスを圧力制御下に前記チャネルに供給して前記ガス配管内のガス流量を測定し、前記ガス流量の測定値を基に前記異常判定部で前記エッチングチャンバーの異常判定を行うように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体製造装置。
JP2009135617A 2009-06-05 2009-06-05 半導体製造装置 Pending JP2010283174A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009135617A JP2010283174A (ja) 2009-06-05 2009-06-05 半導体製造装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009135617A JP2010283174A (ja) 2009-06-05 2009-06-05 半導体製造装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010283174A true JP2010283174A (ja) 2010-12-16

Family

ID=43539661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009135617A Pending JP2010283174A (ja) 2009-06-05 2009-06-05 半導体製造装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010283174A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019040853A (ja) * 2017-08-23 2019-03-14 東京エレクトロン株式会社 測定装置、測定方法及びプラズマ処理装置
KR20200083563A (ko) * 2018-06-15 2020-07-08 가부시키가이샤 알박 진공 처리 장치, 더미 기판 장치
CN113109258A (zh) * 2020-01-10 2021-07-13 东京毅力科创株式会社 载置台的异物的检测方法以及检测装置
JP2022184797A (ja) * 2021-05-31 2022-12-13 セメス カンパニー,リミテッド 容器及び基板処理システム

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019040853A (ja) * 2017-08-23 2019-03-14 東京エレクトロン株式会社 測定装置、測定方法及びプラズマ処理装置
JP7138497B2 (ja) 2017-08-23 2022-09-16 東京エレクトロン株式会社 測定装置、測定方法及びプラズマ処理装置
KR20200083563A (ko) * 2018-06-15 2020-07-08 가부시키가이샤 알박 진공 처리 장치, 더미 기판 장치
KR102392851B1 (ko) * 2018-06-15 2022-04-29 가부시키가이샤 알박 진공 처리 장치, 더미 기판 장치
CN113109258A (zh) * 2020-01-10 2021-07-13 东京毅力科创株式会社 载置台的异物的检测方法以及检测装置
CN113109258B (zh) * 2020-01-10 2024-06-04 东京毅力科创株式会社 载置台的异物的检测方法以及检测装置
JP2022184797A (ja) * 2021-05-31 2022-12-13 セメス カンパニー,リミテッド 容器及び基板処理システム
JP7492551B2 (ja) 2021-05-31 2024-05-29 セメス カンパニー,リミテッド 容器及び基板処理システム

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102033807B1 (ko) 이탈 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치의 제어 장치
KR101690808B1 (ko) 디척킹 동안 전압 전위 스파이크의 감소를 위한 장치 및 방법
US10069443B2 (en) Dechuck control method and plasma processing apparatus
US7799238B2 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
KR100830070B1 (ko) 디척킹에 대한 음향 검출 및 그를 위한 장치
US6409896B2 (en) Method and apparatus for semiconductor wafer process monitoring
JP6837274B2 (ja) 半導体製造装置及び基板搬送方法
JP2019176031A (ja) プラズマ処理装置、及び被処理体の搬送方法
TW202015093A (zh) 電漿處理機台上基於影像的電漿鞘輪廓偵測
US6077353A (en) Pedestal insulator for a pre-clean chamber
JP2010283174A (ja) 半導体製造装置
JP2007149960A (ja) プラズマ処理装置
JP4582711B2 (ja) 真空処理装置及び真空処理方法
JPH11340208A (ja) プラズマ処理方法
JP4576200B2 (ja) 基板処理装置及び基板処理装置におけるアーキング発生監視方法
KR101087140B1 (ko) 플라즈마 처리 장치의 척킹/디척킹 장치 및 척킹/디척킹 방법
JP5302916B2 (ja) 基板処理装置
JP5295994B2 (ja) 基板処理装置及び基板処理装置におけるアーキング発生監視方法
EP3109890B1 (en) Plasma etching apparatus
JP2009182094A (ja) 半導体装置の製造方法および製造装置
US11772137B2 (en) Reactive cleaning of substrate support
US20230109672A1 (en) Apparatus for arcing diagnosis, plasma process equipment including the same, and arcing diagnosis method
US20220028670A1 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
JP2005150555A (ja) 半導体製造装置
JP2013149891A (ja) プラズマ処理装置