JP2010283174A - 半導体製造装置 - Google Patents

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。