JP2507155B2 - 半導体製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、プラズマを用いて基板を加工する装置内で
静電気的な力を利用することによって半導体基板設置台
に固定された半導体基板を半導体基板設置台より解放す
るための半導体製造装置及びそれを用いた半導体装置の
製造方法に関するものである。

従来の技術 DRAMやSRAM等の半導体素子は、高集積化の一途をたど
っており、それにともなって素子を製造するための微細
加工技術も急速な進歩を遂げている。微細加工技術の中
でも特にドライエッチングの技術と種々の膜を堆積する
ためのCVD技術はその基盤となるものである。

例えばドライエッチング装置で実際にドライエッチン
グを行う際には、ドライエッチング装置内の半導体基板
設置台に半導体基板を固定しなければならない。この半
導体基板固定の方式にも石英製のリング状ウェートで固
定するものや半導体基板を帯電させて静電気的な力によ
って固定するものなど様々な方式がある。前者は、石英
製のリング状ウェートがドライエッチングにより削られ
るためドライエッチング装置の汚染を引き起こすのでよ
い方法ではない。後者は、そのような欠点がないので、
優れていると考えられるが、この方法では半導体基板設
置台より半導体基板を解放するときに被エッチング膜に
損傷を与えてしまうという欠点がある。

第６図は、従来技術におけるドライエッチング装置の
構成図を示すものである。基板処理室50内部に、表面に
絶縁膜膜２で覆われた半導体基板設置台３を設け、その
基板設置台３に半導体基板１が設置されたのちに直流電
圧源８が半導体基板設置台３に印加される。次にガスボ
ンベ19からエッチングガスが導入されて高周波電源７が
半導体基板設置台３に印加されるとプラズマが発生して
エッチングが始まると同時に半導体基板設置台３に半導
体基板１が静電気的に固定される。高周波電源７を半導
体基板設置台３から切り放すとプラズマが消滅してエッ
チングが終了する。

第７図は、従来技術で用いられている半導体基板設置
台に静電気的に半導体基板を固定及び解放する場合の原
理を説明するものである。第７図（ａ）は、エッチング
開始前の状態のエッチング装置を模式的に示したもので
ある。エッチング室内の半導体基板設置台３は、絶縁物
２で被覆されており、この半導体基板設置台３には、高
周波電源７と正の直流電圧源８が並列に接続されてい
る。スイッチ５を閉じて正の直流電圧源８を半導体基板
設置台３に印加すると、半導体基板設置台３は、正電荷
Q9が生じて正に帯電し、それにともなって半導体基板１
は、わずかに誘電分極をする。それによって生じる静電
気力では半導体基板１を半導体基板設置台３上に固定す
ることはできない。

次に第７図（ｂ）に、エッチング中の状態を示す。エ
ッチングは、エッチング室内をエッチングガスで満たし
たのちに、スイッチ４を閉じて高周波電源７を半導体基
板設置台３に印加することによって、プラズマ10を発生
させて行う。プラズマ10が発生してエッチングが開始さ
れると、半導体基板１にプラズマ10より電子11が供給さ
れるため、半導体基板設置台３の正電荷Q9に応じて負電
荷Ｑ′12が半導体基板１に蓄積される。したがって正電
荷Q9と負電荷Ｑ′12との間には、静電気力が生じ、ウェ
ハ１は半導体基板設置台３上に固定される。

第７図（ｃ）は、エッチング終了後の状態を示す。ス
イッチ４を開いて高周波電源７を半導体基板設置台３か
ら取り除くと、放電が停止してプラズマ10が消失する。
そして次にスイッチ５を開いて正の直流電圧源８を半導
体基板設置台３から取り除き、スイッチ６を閉じて半導
体基板設置台３を接地すると、半導体基板設置台３上の
正電荷Q9は半導体基板１の負電荷Ｑ′12のために正電荷
Ｑ′13にまで減少するが、零にすることはできない。そ
のために半導体基板１内の負電荷Ｑ′12と半導体基板設
置台３の正電荷Ｑ′13との間の静電気力は消失せず、半
導体基板１を半導体基板設置台３より解放することがで
きない。

第７図（ｄ）は、半導体基板１に接地端子17を接触さ
せた状態を示している。この時、接地端子17と半導体基
板３との間の電気回路の抵抗値と容量値によって正電荷
Ｑ′13と負電荷Q12の消失に要する時間は異なる。この
抵抗値と容量値が大きくなれば消失に要する時間は長く
なり、正電荷Ｑ′13と負電荷Q12が完全に消失しない間
に半導体基板１を半導体基板設置台３から外部より機械
的な力を加えて解放しなければならない。また、半導体
基板上の膜は半導体基板上に蓄積された電荷を、その電
荷が消失する経路のなす等価電気回路の容量値で割った
値に相当する損傷を受けることになる。

第８図（ａ）は、静電気的に半導体基板を固定及び解
放する場合の従来の技術のドライエッチング装置の動作
の流れ図を示すものである。この図について簡単に説明
する。

半導体基板を装置内の半導体基板設置台に搬送する。
エッチングガスをエッチング室に流す。半導体基板設置
台に接続された正の直流電圧源回路によって半導体基板
を半導体基板設置台に静電気的に固定する。この状態で
半導体基板設置台に高周波電源を印加してエッチングを
開始する。エッチングが終了すると半導体基板設置台よ
り高周波電源を切り放し、エッチング室へのエッチング
ガスの流入を止める。正の直流電圧源を半導体基板設置
台より切り放し、半導体基板設置台と半導体基板を接地
して半導体基板を半導体基板設置台から解放する。

以上のように構成された従来の半導体製造装置におい
ては、半導体製造装置内の半導体基板設置台に静電気的
に固定された半導体基板にドライエッチングを施した後
に半導体基板設置台と半導体基板を接地することにより
半導体基板設置台及び半導体基板の電荷を減少させるこ
とによって半導体基板設置台より半導体基板を解放して
いる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら前記のような構成では、半導体基板に存
在する電荷を半導体基板の裏面から抜き取ることによっ
て消失させているので、半導体基板上に製造されている
種々の膜に損傷を与えてしまうため、素子製造上好まし
く更に半導体基板設置台及び半導体基板に存在する電荷
を完全に消失せしめて容易に半導体基板を半導体基板設
置台より解放することは不可能であるという問題点を有
していた。

本発明はかかる点に鑑み、半導体基板設置台に静電気
的に固定された半導体基板を容易に、しかも半導体基板
上の膜に損傷を与えずに解放するための半導体製造装置
と半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は、プラズマを用いた基板処理室内の半導体基
板設置台に、静電気的に固定された半導体基板に存在す
る電荷を荷電粒子源より発生させた荷電粒子を半導体基
板に照射することにより、または半導体基板を固定する
ために用いた直流電圧源とは極性の異なる直流電圧源を
半導体基板設置台に印加することによって消失せしめ
て、容易にかつ膜に損傷を与えることなく半導体基板を
半導体基板設置台より解放することを特徴とするもので
ある。

作用 本発明は前記した構成により、半導体基板設置台を接
地したのちに荷電粒子源より荷電粒子を半導体基板設置
台に静電気的に固定された半導体基板に照射することに
よって、またはエッチング終了後半導体基板設置台を接
地する代わりに半導体基板を固定するために用いた直流
電圧源とは極性の異なる直流電圧源を半導体基板設置台
に印加することによって半導体基板内の電荷が消失する
ので、半導体基板を半導体基板設置台に固定している静
電気力は、消失することになり、半導体基板を半導体基
板設置台より容易にかつ半導体基板上の膜に損傷に与え
ることなく解放することができる。

実施例 第１図（ａ）は、本発明の第１の実施例における半導
体製造装置の構成図である。本実施例では本発明をRIE
方式のドライエッチング装置に適用した例である。

基板処理室50内部に表面に絶縁膜２を有する半導体基
板設置台３を設け、その基板設置台３上に半導体基板１
を設置し、半導体基板設置台３に直流電圧源８と高周波
電源７を印加して、ガスボンベ19からエッチングガスを
供給することによってプラズマを発生させてエッチング
すると同時に半導体基板１を半導体基板設置台３に固定
する。エッチングが終了すると半導体基板設置台３から
直流電圧源８と高周波電源７を切り放し、エッチング室
内に設置された荷電粒子発生装置14から荷電粒子を半導
体基板１に照射することによって半導体基板１及び半導
体基板３の電荷を消失させて半導体基板１を半導体基板
設置台から解放する。

第１図（ｂ）は荷電粒子発生装置14がエッチング室外
に設置されていることだけが、第１図（ａ）と異なる。

第２図は本発明の第１の実施例における半導体製造装
置の半導体基板設置台に静電気的に半導体基板を固定お
よび解放するための原理を示すものである。

第２図（ａ）において、エッチング開始前の状態を示
す。スイッチ５を閉じて半導体基板設置台３に正の直流
電圧源８を印加して半導体基板設置台３に正の電荷Q9を
誘起する。この電荷Q9に応じて半導体基板１に誘電分極
により電荷が生じるが、この電荷だけでは半導体基板１
を半導体基板設置台３に固定するには不十分である。

次に第２図（ｂ）において、スイッチ４を閉じて高周
波電源７を半導体基板設置台３に印加してプラズマ10を
発生させてエッチングを開始する。プラズマ10より電子
11が半導体基板１に入射して半導体基板１には、負電荷
Ｑ′12が蓄積されて正電荷Q9との間に静電気力が生じ
る。この静電気力によって半導体基板１は、半導体基板
設置台３上に固定される。

次に第２図（ｃ）にエッチング終了後の状態を示す。
エッチングの終了時には、スイッチ４は開き高周波電源
７は印加されないためにプラズマは、消失する。これに
よってプラズマ10からの電子11の流入はなくなる。この
状態でスイッチ５を開きスイッチ６を閉じると、半導体
基板設置台３の正電荷Q9は、半導体基板に蓄積された負
電荷Ｑ′12と同じ絶対値であるが極性の異なる正電荷
Ｑ′13にまで減少するが、零にはならない。

そこで第２図（ｄ）に示すようにエッチング室内また
は室外に設けられたイオン源14より発生する希ガスや不
活性ガスなどの荷電粒子15を半導体基板１に照射して半
導体基板１上の負電荷Ｑ′12を消失させる。この負電荷
Ｑ′12が消失すると同時に半導体基板設置台３の正電荷
Ｑ′13も消失する。したがって、負電荷Ｑ′12と正電荷
Ｑ′13の間に生じていた静電気力も消失して半導体基板
設置台３に固定された半導体基板１を容易に、しかも半
導体基板３上の膜に損傷を与えることなく解放すること
ができる。

第８図（ｂ）に、この実施例の装置動作の流れ図を示
す。この図について簡単に説明する。半導体基板１をエ
ッチング室内の半導体基板設置台３に搬送し、設置す
る。エッチングガスをエッチング室に流す。半導体基板
設置台３に正の直流電圧８を印加する。この状態で半導
体基板設置台３に高周波電源７を印加してエッチングを
開始する。エッチングが開始されると半導体基板１は半
導体基板設置台３に静電気的に固定される。エッチング
が終了すると半導体基板設置台３より高周波電源７を切
り放し、エッチング室へのエッチングガスの流入を止め
る。正の直流電圧源８を半導体基板設置台３より切り放
し、半導体基板設置台３を接地し、半導体基板１に荷電
粒子を照射して、半導体基板上の電荷を消失させて半導
体基板１を半導体基板設置台３から解放する。

第３図に荷電粒子発生装置14が、半導体製造装置内に
設置されている場合の実施例を示す。第３図（ａ）は、
ドライエッチング終了後に荷電粒子源14と接続された円
筒状のノズル30が半導体基板上にまで移動して半導体基
板１に荷電粒子を照射する装置例である。

第３図（ｂ）は、ドライエッチング終了後に荷電粒子
源14と接続された円盤状の荷電粒子照射板31が半導体基
板１の近くにまで移動して、半導体基板１に荷電粒子を
照射する装置例である。

第３図（ｃ）は、ドライエッチング終了後に荷電粒子
源14と接続された円環状の荷電粒子照射ノズル32が、半
導体基板上に移動して荷電粒子を照射する装置例であ
る。

以上のようにこの実施例によれば、半導体装置内外に
荷電粒子発生装置14を設けることにより、半導体基板設
置台の半導体基板に半導体基板内の電荷と極性の異なる
荷電粒子を照射して半導体基板及び半導体基板設置台の
電荷を消失させることによって静電気力で半導体基板設
置台に固定された半導体基板を容易に、しかも半導体基
板上の膜や素子に損傷を与えることなく解放することが
できる。

第４図は、本発明の第２の実施例における半導体製造
装置の構成図である。本実施例もまた本発明をRIE方式
のドライエッチング装置に適用している。表面に絶縁膜
２を有する半導体基板設置台３上に半導体基板１を設置
し、半導体基板設置台３に直流電圧源８と高周波電源７
を印加して、ガスボンベ19からエッチングガスを供給す
ることによってプラズマを発生させてエッチングすると
同時に半導体基板１を半導体基板設置台３に固定する。
エッチングが終了すると半導体基板設置台３から直流電
圧源８と高周波電源７を切り放し、半導体基板設置台３
に負の直流電圧源16を印加して半導体基板設置台３に存
在する電荷を引き抜く。従って、静電気力は消失して、
半導体基板１は半導体基板設置台３から開放される。

第５図は本発明の第２の実施例における半導体製造装
置の半導体基板設置台に静電気的に固定せれた半導体基
板を解放するための原理を図に示すものである。第５図
（ａ）は、エッチング開始前の状態を示すものである。
スイッチ５を閉じて半導体基板設置台３に正の直流電圧
源８を印加して半導体基板設置台３に正の電荷Q9を誘起
する。この電荷Q9に応じて応じて半導体基板１に誘電分
極による電荷が生じるが、半導体基板１を半導体基板設
置台３に固定するには不十分である。

次に第５図（ｂ）において、スイッチ４を閉じて高周
波電源７を半導体基板設置台３に印加してプラズマ10を
発生させてエッチングを開始する。プラズマ10より電子
11が半導体基板１に入射して半導体基板１には、負電荷
Ｑ′12が蓄積されて正電荷Q9との間に静電気力が生じ
る。この静電気力によって半導体基板１は、半導体基板
設置台３上に固定される。

次に第５図（ｃ）にエッチング終了後の状態を示す。
エッチングの終了時には、スイッチ４は開き高周波電源
７は半導体基板設置台３に印加されなくなるためにプラ
ズマ10は消失する。これによってプラズマ10からの電子
11の流入はなくなる。この状態でスイッチ５を開き正の
直流電圧源８を半導体基板設置台３より切り放し、スイ
ッチ６を閉じると半導体基板設置台３には負の直流電圧
源16が印加されて半導体基板設置台３の正電荷Q9は消失
して、同時に半導体基板１に蓄積された負電荷Ｑ′12も
消失する。ただしここで負の直流電圧源の電圧は、正の
直流電圧源の電圧よりも大きいものを用いる。したがっ
て、半導体基板１の負電荷Ｑ′12と半導体基板設置台３
の正電荷Q9との間に生じていた静電気力は消失して、半
導体基板１を半導体基板設置台３より容易に解放するこ
とができる。この方法では、半導体基板上の膜バイアス
電圧を与えていないので、半導体基板上の膜に損傷を与
えずに半導体基板１を半導体基板設置台３から解放する
ことができる。

第８図（ｃ）に、この実施例の装置動作の流れ図を示
す。この図について簡単に説明する。半導体基板を装置
内の半導体基板設置台に搬送する。エッチングガスをエ
ッチング室に流す。半導体基板設置台に接続された正の
直流電圧源回路によって半導体基板を半導体基板設置台
に静電気的に固定する。この状態で半導体基板設置台に
高周波電源を印加してエッチングを開始する。エッチン
グが終了すると半導体基板設置台より高周波電源を切り
放し、エッチング室へのエッチングガスの流入を止め
る。正の直流電圧源を半導体基板設置台より切り放し、
半導体基板設置台をに正の直流電圧源より大きな電圧を
持つ負の直流電圧源を印加し、半導体基板設置台の電荷
を消失させて半導体基板を半導体基板設置台から解放す
る。

以上のようにこの実施例によれば、半導体装置内に半
導体基板を半導体基板設置台に固定するための正の直流
電圧源より大きな電圧を持つ負の直流電圧源を設けるこ
とにより、半導体基板設置台の正電荷を消失させること
ができるため、静電気力で半導体基板設置台に固定され
た半導体基板を容易に半導体基板上の膜に損傷を与える
ことなく解放することができる。

なお、以上の説明で高周波電源と正の直流電圧源の半
導体基板設置台への印加及び切り離しの順序を前後させ
ても得られる効果は、同じである。

また、本実施例では本発明をRIE方式のドライエッチ
ング装置に適用したが、ECR方式等のドライエッチング
装置、プラズマCVD装置、プラズマスパッタ装置等のプ
ラズマを用いて基板を加工する装置であれば適用可能で
ある。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、半導体製造装
置内で静電気的に半導体基板設置台に固定された半導体
基板を容易に、しかも半導体基板上に形成した膜や素子
に損傷を与えることなく半導体基板設置台より解放する
ことができ、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における装置構成図、第
２図は第１の実施例における半導体基板の固定と解放の
原理説明図、第３図は荷電粒子源の例を示す構成図、第
４図は第２の実施例における装置構成図、第５図は第２
の実施例における半導体基板の固定と解放の原理図、第
６図は従来の装置の構成図、第７図は従来の装置におけ
る半導体基板の固定と解放の原理図、第８図は従来、実
施例１、実施例２の装置動作流れ図である。 １……半導体基板、２……絶縁物、３……半導体基板設
置台、4,5,6……スイッチ、７……高周波電源、８……
正の直流電圧源、９……正電荷Ｑ、10……プラズマ、11
……電子、12……負電荷Ｑ′、13……正電荷Ｑ′、14…
…荷電粒子発生装置、15……荷電粒子、16……負の直流
電圧源、50……基板処理室。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−236255（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−116076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−67629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−255039（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−51542（ＪＰ，Ａ) 実公 昭59−23415（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマを用いた基板処理室と、前記基板
   処理室内部に設けられ表面に絶縁膜を有する半導体基板
   設置台と、前記半導体基板設置台に接続された高周波電
   源と、前記半導体基板設置台に接続された直流電圧源
   と、前記半導体基板設置台上に設置された半導体基板に
   対して正電荷の荷電粒子を照射するイオン源とを具備す
   る半導体製造装置。
2. 【請求項２】基板処理室内の半導体基板設置台に半導体
   基板を設置する工程と、前記半導体基板設置台に接続さ
   れた直流電圧源により前記半導体基板設置台に直流電圧
   を印加する工程と、前記半導体基板設置台に接続された
   高周波電源により前記半導体基板設置台に高周波電圧を
   印加して前記基板処理室内にプラズマを発生させる工程
   と、前記直流電圧源による直流電圧及び前記高周波電源
   による高周波電圧の印加を停止した後に、イオン源から
   正電荷の荷電粒子を前記半導体基板に照射する工程とを
   含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。