JP2011211115A - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ処理装置において、装置を停止することなく下部電極上の異物を除去
することにより高スループットを実現するプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を
提供する。
【解決手段】 基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記基板を載置す
る支持テーブルと、前記支持テーブルに設けられた下部電極と、前記下部電極と対向する
ように設けられた上部電極と、前記支持テーブル上に被処理基板を搬送する搬送アームと
を有し、前記搬送アーム裏面に電圧を印加することができることを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置、特にエッチング装置及びエッチ
ングを用いた半導体装置の製造方法に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェハーにポリシリコン膜等のシリコン
膜や絶縁膜等の多層膜が形成された後、所定の配線パターンを形成するためにプラズマエ
ッチングが行われる。このようなプラズマエッチングを行うために、種々の装置が用いら
れている。その中でも、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置が主流である。容量
結合型平行平板プラズマ処理装置では、エッチングチャンバー内に一対の平行平板電極（
上部および下部電極） が配置され、処理ガスがエッチングチャンバー内に導入されると
ともに、電極の少なくとも一方に高周波電力が印加されて電極間に高周波電界が形成され
る。この高周波電界により、処理ガスのプラズマが形成され、被処理基板に対してプラズ
マエッチング処理が施される。

このようなプラズマ処理装置では、エッチングチャンバー内に処理ガスの反応副生成物
からなる異物が堆積する。このような異物はエッチングチャンバーの内壁等に堆積し、プ
ラズマ処理を行った際に帯電する。帯電した異物はウェハーの搬送時等にエッチングチャ
ンバーの内壁等から剥離してウェハーの搬送アームや下部電極上に付着する。

例えば、特許文献１には、ヒータを備えたハンドリングアームが開示されている。具体
的には、ハンドリングアームを加熱することによりハンドリングアームに異物が付着する
ことを抑制する技術が開示されている。

異物が下部電極上に付着すると、次のウェハーを搬送してきた際にウェハーが異物上に
乗り上げ、下部電極上に正常に載置することができないため処理エラーが生じる。しかし
、帯電した異物は静電気力により下部電極に付着しているため容易に除去することができ
ない。そのため、上記の問題が生じた場合には装置を停止しエッチングチャンバー全体を
洗浄しなければならずスループットの悪化が問題となっていた。

特開平１１−３５４５０３

プラズマ処理装置において、装置を停止することなく下部電極上の異物を除去すること
により高スループットを実現するプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。

本発明の一態様による半導体製造装置は、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置
であって、前記基板を載置する支持テーブルと、前記支持テーブルに設けられた下部電極
と、前記下部電極と対向するように設けられた上部電極と、前記支持テーブル上に被処理
基板を搬送する搬送アームとを有し、前記搬送アーム裏面に電圧を印加することができる
ことを特徴とする。

また、本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、基板にプラズマ処理を施すプラ
ズマ処理工程であって、プラズマ処理装置内に搬送アームを用いて前記基板を搬送する工
程と、前記プラズマ処理装置に設けられた電極間にプラズマを発生させて前記基板を処理
する工程と、プラズマ処理された前記基板を前記プラズマ処理装置外へ搬送する工程と、
前記プラズマ処理後に前記搬送アーム裏面に電圧を印加する工程とを、備えることを特徴
とする。

プラズマ処理装置において、装置を停止することなく下部電極上の異物を除去すること
により高スループットを実現するプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する
ことができる。

本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置図を示した断面図である。 比較例に係る下部電極上に付着した異物による問題の発生について説明した断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置図のチャンバー内の上面図である。 本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置の搬送アームを表す上面から見た平面図及び断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置の搬送アームを表す下面から見た平面図である。 本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置図を用いて下部電極上の異物を除去するシーケンスの工程図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１に本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示した断面図である。
このエッチング装置は、気密に構成されたチャンバー１を備えている。チャンバー１の壁
部は、例えばアルミニウム製である。チャンバー１内には、被処理基板であるウェハー２
を水平に支持する支持テーブル３が設けられている。また、支持テーブル３の上方には、
導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング４が設けられている。支持テ
ーブル３、及びフォーカスリング４は、ボールねじを含むボールねじ機構（図示せず）に
より昇降可能となっている。チャンバー１は接地されている。

また、支持テーブル３の中には冷媒流路５ａ及び５ｂが設けられて支持テーブル３を冷
却可能となっている。冷媒流路５ａ及び５ｂ内に適宜の冷媒を循環させることによって、
ウェハー２を所定の温度に制御可能となっている。また、冷媒からの冷熱を効率よくウェ
ハー２に伝達するために、ウェハー２の裏面にＨｅガスを供給するガス導入機構（図示せ
ず）が設けられている。さらに、支持テーブル３を貫通して後述する搬送アームにより搬
送してきたウェハー２を支持テーブル３上に載置するためのプッシャーピン６が備えられ
ている。支持テーブル３の上部にはエッチングを行うためのプラズマを発生させるための
下部電極７が配置されている。

チャンバー１内の上部の下部電極７と対向する位置には上部電極８が設けられており、
下部電極７と上部電極８は一対の平板電極を構成している。上部電極８には、高周波電力
を供給するための給電線９が接続されている。この給電線９には、マッチングボックス１
０を介して高周波電源１１が接続されている。高周波電源１１からは、所定の周波数の高
周波電力が上部電極８に供給されるようになっている。

ウェハー２は静電チャック（図示せず）によって下部電極７と上部電極８との間に載置
されている。静電チャックには直流電源が接続され、静電チャックに電圧が印加されるこ
とにより、例えばクーロン力によってウェハー２が吸着されるようになっている。

チャンバー１の天井壁部分には、支持テーブル３に対向する様にシャワーヘッド１２が
設けられている。シャワーヘッド１２は、その下面に多数のガス吐出孔１３が設けられて
おり、かつその上部にガス供給配管１４が接続されている。このガス供給配管１４ の他
端には、エッチング用の反応ガス及び希釈ガスからなる処理ガスを供給する処理ガス供給
系１５が接続されている。

エッチングの反応ガスとしては、ハロゲン系のガスが用いられ、希釈ガスとしてはＡｒ
ガス、Ｈｅガス等、通常この分野で用いられるガスが用いられ得る。このような処理ガス
が、処理ガス供給系１５からガス供給配管１４を介してシャワーヘッド１２に至り、ガス
吐出孔１３から吐出され、ウェハー２に形成された膜がエッチングされる。

チャンバー１の下部には、排気ポート１６が形成されており、この排気ポート１６には
真空ポンプを有する排気系（図示せず）が接続されている。そして真空ポンプを作動させ
ることにより、チャンバー１内は所定の真空度まで減圧され得るようになっている。また
、チャンバー１の側壁には、ウェハー２の搬入出口と、当該搬入出口を開閉するゲートバ
ルブ１７とが設けられており、ゲートバルブ１７はチャンバー１とウェハー２の搬入路１
８とを接続している。なお、図１では排気ポート１６が複数形成されている構造を示して
いるが、本実施形態はこれに限らない。

以下、図２を用いて下部電極７上に付着した異物による問題の発生について比較例とし
て断面図を用いて説明する。図２は図１に示したプラズマエッチング装置の支持テーブル
３周辺を拡大して図示した断面図である。図２（ａ）は下部電極上に異物１９が付着した
状態を示している。

この状態で、図２（ｂ）に示すように、ウェハー２を支持テーブル３上に載置しようと
しても、ウェハー２が異物１９上に乗り上げてしまうため水平に載置することができない
。また、異物１９上にウェハー２が乗り上げることにより冷媒流路５ａ及び５ｂを循環し
ているＨｅガスがウェハー２の裏面からチャンバー内に漏れ出す原因となるため装置が停
止してしまう恐れがあった。また、異物１９がウェハー２の裏面に付着することにより他
の装置へ異物１９が持ち込まれてしまうことも懸念される。

異物１９はチャンバー１内に堆積した処理ガスの反応副生成物からなる。このような異
物１９はチャンバー１の内壁等に堆積し、プラズマ処理を行った際に帯電する。帯電した
異物１９はウェハー２の搬送時等にチャンバー１の内壁等から剥離してウェハー２の搬送
アームや下部電極７上に付着する。帯電した異物１９は静電気力によって下部電極７に付
着しており、不活性ガス等を吹き付けた程度では容易に除去することができない。

また、プラズマエッチング装置に別途異物除去機構を設けるには、従来の装置の構成を
大幅に見直す必要が生じ多大なコストが必要となる。そこで、本発明の第一の実施形態に
係るプラズマエッチング装置ではウェハー２の搬送アームの裏面にＲＦ（Radio Frequenc
y）電極を設けることにより、装置構成を見直すことなく異物１９の除去を実現している
。

図３は図１に示したプラズマエッチング装置のチャンバー１内の上面図を示している。
なお、図３では上部電極８や排気ポート１６は省略して図示している。支持テーブル３、
フォーカスリング４及び下部電極７はそれぞれ中心を共有した円形に形成されている。ま
た、下部電極７にはプッシャーピン６が貫通する穴６ａが所定の位置に複数設けられてお
り、これらのプッシャーピン６によりウェハー２を下部電極７上に載置する。また、下部
電極７には冷媒流路５ａ及び５ｂが設けられており、ウェハー２の裏面に冷却ガスを供給
できる。冷媒流路５ａ及び５ｂの位置は図３に示した位置及び数に限定されず適宜変更す
ることが可能である。

続いて、本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置の搬送アーム２０につ
いて説明する。図４及び図５は本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置の
搬送アーム２０を表す平面図及び断面図である。なお、図面では電極構造の一例を示して
いるため、電極構造はこの図面に記載された構造に限らない。

図４（ａ）は搬送アーム２０を上面から見た平面図を示している。図４（ａ）に示すよ
うに、搬送アーム２０は、ウェハー２を載置する載置部２１と載置部２１を支える支持部
２２からなる。搬送アーム２０が駆動することにより、載置部２１が下部電極７上にくる
とプッシャーピン６が持ち上がり、ウェハー２をプッシャーピン６上に載置する。そのた
め、搬送アーム２０にはプッシャーピン６に対応する位置に溝部２３が設けられている。
なお、搬送アーム２０の駆動機構については特に限定されない。載置部２１と支持部２２
が一体となって平行移動しても良いし、支持部２２が伸縮することにより載置部２１が移
動する機構としても良い。これらは装置に応じて適宜変更することが可能である。

図４（ｂ）は図４（ａ）に示した搬送アーム２０の断面図を示している。図４（ｂ）に
示すように、載置部２１の下面にはＲＦ（Radio Frequency）電極２３が設けられている
。異物１９は帯電しているため、ＲＦ電極２４から発せられたＲＦ放電によって異物１９
が浮遊し、排気ポート１６から排出される。

図５（ａ）（ｂ）に搬送アーム２０を下面（裏面）から見た平面図を示す。図５（ａ）
に示すように、載置部２１の裏面にＲＦ電極２４を取り付けることによって、ＲＦ電極２
４と搬送アーム２０間にＲＦを掛けることが可能となる。

また、図５（ｂ）に示すように載置部２１の裏面に正極グリッド２５と負極グリッド２
６を設けて正極グリッド２５と負極グリッド２６間にＲＦを掛けるようにしても構わない
。

図６は本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置図を用いて下部電極７上
の異物を除去するシーケンスの工程図を示している。図６（ａ）はウェハー２をプラズマ
処理した後のチャンバー１内の状態を表している。図６（ａ）に示すように、下部電極７
上に帯電した異物１９が付着している。

続いて、図６（ｂ）に示すように、チャンバー１内に搬送アーム２０を搬入し、下部電
極７の裏面に設けられたＲＦ電極２４に対して電圧を印加する。異物１９は帯電している
ため、ＲＦ電極２４に生じた電界によって力を受け、下部電極７上に引き上げられる。

次に、図６（ｃ）に示すように、チャンバー１からの排気によって浮遊した異物１９が
チャンバー１内から排出される。ＲＦ処理後は搬送アーム２０への電圧の印加を終了させ
て、搬送アーム２０をチャンバー１外へ搬出して処理を完了する。

なお、搬送アーム２０によるＲＦ洗浄シーケンスは前記に示したものに限らない。例え
ば、処理済のウェハーを搬出した後、次のウェハーを搬入する際にＲＦ処理を行っても構
わない。

以上示したように、本発明の第一の実施形態に係るプラズマエッチング装置を用いるこ
とによって、下部電極上に付着した異物を、エッチングチャンバーを洗浄することなく除
去することが出来るため、装置を停止しエッチングチャンバー全体を洗浄する必要がなく
スループットの向上が期待できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範
囲で種々に変形して実施することができる。

１ チャンバー
２ ウェハー
３ 支持テーブル
４ フォーカスリング
５ａ、５ｂ 冷媒流路
６ プッシャーピン
７ 下部電極
８ 上部電極
９ 給電線
１０ マッチングボックス
１１ 高周波電源
１２ シャワーヘッド
１３ ガス吐出孔
１４ ガス供給配管
１５ 処理ガス供給系
１６ 排気ポート
１７ ゲートバルブ
１８ 搬入路
１９ 異物
２０ 搬送アーム
２１ 載置部
２２ 支持部
２３ 溝部
２４ ＲＦ電極
２５ 正極グリッド
２６ 負極グリッド

Claims (5)

1. 基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
   前記基板を載置する支持テーブルと、
   前記支持テーブルに設けられた下部電極と、
   前記下部電極と対向するように設けられた上部電極と、
   前記支持テーブル上に被処理基板を搬送する搬送アームとを有し、
   前記搬送アーム裏面に電圧を印加することができることを特徴とするプラズマ処理装置
   。
2. 前記搬送アーム裏面にＲＦを印加することが可能であることを特徴とする請求項１に記
   載のプラズマ処理装置。
3. 前記搬送アームは、前記支持基板を載置する載置部と前記載置部を支持する支持部とか
   らなり、前記載置部と前記支持部との間に電圧を掛けることが可能であることを特徴とす
   る請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記搬送アーム裏面は、正極と負極とを有し、前記正極と負極との間に電圧を掛けるこ
   とが可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
5. 基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理工程であって、
   プラズマ処理装置内に搬送アームを用いて前記基板を搬送する工程と、
   前記プラズマ処理装置に設けられた電極間にプラズマを発生させて前記基板を処理する
   工程と、
   プラズマ処理された前記基板を前記プラズマ処理装置外へ搬送する工程と、
   前記プラズマ処理後に前記搬送アーム裏面に電圧を印加する工程とを、
   備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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