JP4394778B2

JP4394778B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

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Publication number: JP4394778B2
Application number: JP26857899A
Authority: JP
Inventors: 地塩輿水; 和典長畑
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: US6818560B1; JP2001093884A; KR20010039900A; KR100662959B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，半導体装置の製造工程では，エッチング装置が使用されている。エッチング装置としては，処理室内に上部電極と下部電極とを対向配置したプラズマエッチング装置が広く用いられている。該エッチング装置では，下部電極に高周波電力を印加することにより，処理室内に導入された処理ガスがプラズマ化される。かかる構成により，下部電極上に載置された被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）にプラズマエッチング処理が施される。
【０００３】
また，処理が施されたウェハは，次のようにして処理室内から搬出される。まず，処理室内を処理時の減圧雰囲気に維持したままの状態で，下部電極を上部電極近傍のプラズマ処理位置から下方のウェハの搬送位置まで降下させる。また，ウェハを吸着保持する静電チャックへの高圧直流電圧の印加を停止する。次いで，下部電極が搬送位置に下がりきった後，リフターピンを上昇させて，ウェハを載置面から離すとともに載置面上方に配置する。その後，処理室と搬送室とを接続するゲートバルブを開放し，ウェハを処理室内から搬送室内に搬出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，静電チャックは，導電性の薄膜を絶縁性の薄膜で挟持して成る。従って，静電チャック上に載置されたウェハは，グランドから絶縁される。かかる状態でプラズマ処理を行うと，処理終了後もウェハに溜まっている電荷が静電チャックにより逃げられず，残留する。さらに，上記装置では，下部電極を搬送位置まで降下させた後にウェハの搬出を行う。従って，下部電極上のウェハと上部電極との距離は，下部電極の降下に伴って長くなる。そして，残留電荷によるウェハと上部電極との間の電圧は，ウェハと上部電極との間の距離が増加するにつれて大きくなる。例えば，プラズマ処理位置に配されたウェハと上部電極との間の距離と，搬送位置に配されたウェハと上部電極との間の距離の差が４倍である場合には，
Ｖ＝（Ｑ・ｄ）／（Ｓ・ε）
の式から求められるように，搬送位置に配された際にウェハと上部電極との間の電圧が５倍程度まで上昇する。なお，上記式中Ｖはウェハと上部電極との間の間の電圧であり，Ｑはウェハの残留電荷であり，ｄはウェハと上部電極との間の距離であり，Ｓはウェハの表面積であり，εは誘電率である。その結果，ゲートバルブの開放により搬送室内のガスが処理室内に流れ込むと，ウェハと導電性のリフターピンとの間で局所的に放電し，ウェハが損傷するという問題点がある。また，かかる問題は，マイクロ波型プラズマエッチング装置や誘導結合型プラズマエッチング装置などのように，下部電極の載置面と対向する処理室内壁が誘電体壁から成る場合にも発生する。
【０００５】
また，従来，下部電極を搬送位置に降下させる前に予め処理室内に不活性ガスを導入し，ウェハの残留電荷を自己放電させて上記異常放電を防止する技術が提案されている。しかしながら，不活性ガスを処理ガスの供給系から導入した場合には，短時間に大量の不活性ガスを導入することが困難であり，スループットが低下するという問題点がある。また，不活性ガスを専用のガス供給系から導入する場合には，新たにガス供給系を設けなければならない。その結果，装置構成を変更が必要になり，イニシャルコストの増加を招くという問題点がある。
【０００６】
本発明は，従来の技術が有する上記問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の目的は，上記問題点およびその他の問題点を解決することが可能な，新規かつ改良されたプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，請求項１に記載の発明のように，被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において，プラズマ処理時に減圧雰囲気に維持されるプラズマ処理室と，プラズマ処理室内に配置され，被処理体を載置可能に構成されるとともに，上方のプラズマ処理位置と下方の搬送位置との間を移動可能に構成される電極と，電極の載置面に設けられ，高圧直流電圧の印加により被処理体を着脱自在に吸着保持する静電チャックと，プラズマ処理室内よりも高圧雰囲気に維持され，プラズマ処理室との間で被処理体の受け渡しを行う搬送室と，プラズマ処理室と搬送室とを開閉自在に気密に接続する開閉手段と，プラズマ処理終了後，電極をプラズマ処理位置から搬送位置に到達させるまでに，開閉手段を開放して搬送室内のガスをプラズマ処理室内に導入する制御を行う制御手段と，を備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【０００８】
本発明によれば，プラズマ処理後から電極が搬送位置に下がりきる前までに開閉手段を開放し，搬送室内の高い圧力のガスをプラズマ処理室内に導入することができる。このため，例えば平行平板型のプラズマ処理装置では，下部電極と対向する上部電極と被処理体との間の電圧が大きくなる前に，被処理体の残留電荷を穏やかに自己放電させ，除去することができる。また，例えばマイクロ波型プラズマ処理装置や誘導結合型プラズマ処理装置では，電極と対向する誘電体壁などの天板と被処理体との間の電圧が大きくなる前に，被処理体の残留電荷を上記と同様に除去することができる。その結果，搬送位置に下がりきった電極から被処理体を離した場合でも異常放電が生じず，被処理体の損傷を防止できる。また，搬送室内には，開閉手段開放時にプラズマ処理室内からのパーティクルの回り込みを防ぐために，一般的にプラズマ処理室内よりも高い圧力のガスが常時大流量で導入されている。さらに，プラズマ処理室内と搬送室内とを連通する被処理体の搬入搬出口は，被処理体を保持した搬送手段が通過可能なように比較的大きく形成されている。このため，本発明によれば，装置構成の大きな設計変更を伴うことなく，プラズマ処理室内に上記ガスを瞬時に導入することができる。その結果，ガス導入時に電極の移動速度を低下させる必要がなく，スループットの低下を防止することができる。さらに，イニシャルコストの増加を抑制できるとともに，容易に実施することができる。
【０００９】
さらに，制御手段に，例えば請求項２に記載の発明のように，開閉手段の開放直後までに，静電チャックに対して被処理体の吸着保持時に印加した高圧直流電圧の逆極性の高圧直流電圧を印加する制御を行わせることが好ましい。かかる構成によれば，上記逆極性の高圧直流電圧の印加により，被処理体の残留電荷の自己放電をより起こり易くすることができる。その結果，残留電荷を抑えることができる。このため，静電チャックから被処理体を容易に外すことが可能となり，パーティクルの発生を防ぐことができる。また，被処理体での異常放電の発生を，確実に防止することができる。
【００１０】
また，本発明の第２の観点によれば，請求項３に記載の発明のように，プラズマ処理室内に配置される電極の載置面に被処理体を載置し，電極の載置面に設けられた静電チャックに高圧直流電圧を印加して被処理体を吸着保持して，減圧雰囲気下で被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって，プラズマ処理終了後，電極を上方のプラズマ処理位置から下方の搬送位置に移動させる工程と，電極が搬送位置に到達するまでに，プラズマ処理室との間で被処理体の受け渡しを行う搬送室とプラズマ処理室とを開閉自在に接続する開閉手段を開放し，プラズマ処理室内よりも高圧雰囲気に維持されている搬送室内のガスをプラズマ処理室内に導入する工程と，を含むことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。
【００１１】
本発明によれば，プラズマ処理終了後から電極が搬送位置まで到達する前までに，搬送室内の高圧のガスをプラズマ処理室内に導入してプラズマ処理室内の圧力を上昇させることができる。このため，被処理体と上部電極あるいは誘電体壁との間の電圧が大きくなる前に被処理体の残留電荷を除去でき，被処理体の損傷を防止できる。
【００１２】
さらに，例えば請求項４に記載の発明のように，開閉手段の開放直後までに，静電チャックに対して被処理体の吸着保持時に印加した高圧直流電圧の逆極性の高圧直流電圧を印加する工程を含ませることが好ましい。かかる構成により，被処理体の残留電荷の自己放電を一層促進することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら本発明にかかるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を，プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法に適用した好適な実施の形態について，詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
（１）エッチング装置の構成
まず，図１を参照しながら，本発明を適用可能なエッチング装置１００について概略する。処理室（プラズマ処理室）１０２は，気密な導電性の処理容器１０４内に形成されている。処理室１０２内には，導電性の下部電極１０６が配置されている。下部電極１０６は，ウェハＷの載置台を兼ねている。下部電極１０６の載置面には，静電チャック１０８が設けられている。静電チャック１０８は，導電性薄膜を絶縁性薄膜で挟持して成る。また，静電チャック１０８には，高圧直流電圧を出力する高圧直流電源１１０が接続されている。また，高圧直流電源１１０には，制御器１１２が接続されている。制御器１１２は，高圧直流電源１１０の制御，および後述する駆動機構Ｍ１２０，ゲートバルブＧの制御を行う。なお，制御器１１２の制御構成については，以下で詳述する。また，下部電極１０６には，静電チャック１０８上に載置されたウェハＷの周囲を囲うように絶縁性のリング体１１４が設けられている。また，下部電極１０６の周囲には，絶縁部材１１６を介してバッフル板１１８が設けられている。
【００１５】
また，下部電極１０６には，駆動モータＭ１２０が，昇降軸１２２と導電部材１２４と絶縁部材１１６を介して接続されている。かかる構成により，下部電極１０６は，駆動モータＭ１２０の作動により昇降する。また，駆動モータＭ１２０には，制御器１１２が接続されている。また，昇降軸１２２の周囲には，導電性の気密な伸縮部材から成るベローズ１２６と，導電性のベローズカバー１２８が配置されている。ベローズ１２６およびベローズカバー１２８は，両端が各々導電部材１２４と処理容器１０４底部に接続されている。
【００１６】
また，下部電極１０６には，リフターピン１３０が設けられている。リフターピン１３０は，不図示の駆動モータの作動により，下部電極１０６内を貫通して，静電チャック１０８の載置面から上方に突出し，あるいは静電チャック１０８の載置面下方に収納可能に構成されている。また，下部電極１０６には，高周波電力を出力する高周波電源１３２が整合器１３４を介して接続されている。
【００１７】
また，処理室１０２内には，下部電極１０６の載置面と対向して上部電極１３６が配置されている。上部電極１３６は，処理室１０２の内壁の一壁を構成し，処理容器１０４を介して接地されている。また，上部電極１３６には，多数のガス吐出孔１３６ａが形成されている。従って，処理ガス供給源１３８内の処理ガスは，流量調整バルブ１４０と開閉バルブ１４２とガス吐出孔１３６ａを介して，処理室１０２内に吐出される。また，処理室１０２内のガスは，真空ポンプＰ１４４により，開閉バルブ１４６と排気量調整バルブ１４８とを介して排気される。また，処理室１０２側壁外部には，磁石１５０が設けられている。磁石１５０は，上部電極１３６と下部電極１０８との間に回転磁界を形成可能に構成されている。
【００１８】
また，処理室１０２の下方の搬送空間１０２ａは，搬入出口１０４ａとゲートバルブ（開閉手段）Ｇと搬入出口２００ａを介して搬送室２００に接続されている。かかる構成により，ゲートバルブＧを開放すれば，処理容器１０４内と搬送室２００内が連通する。また，ゲートバルブＧを閉じれば，処理容器１０４内と搬送室２００内とが気密に隔離される。また，ゲートバルブＧには，制御器１１２が接続されている。また，搬送室２００内には，搬送アーム２０２が配置されている。搬送アーム２０２は，不図示の駆動機構の駆動により，ウェハＷを保持したままの状態で，搬送室２００内と処理容器１０４内との間を移動可能に構成されている。また，搬送室２００内には，不活性ガス供給源２０４内の不活性ガスが開閉バルブ２０６を介して導入される。また，搬送室２００内のガスは，真空ポンプ２０８により開閉バルブ２１０を介して排気される。
【００１９】
（２）ウェハの搬出構成
次に，図１および図２を参照しながら，本発明の中核をなすウェハＷの搬出構成について，エッチング処理工程を例に挙げて説明する。
（ａ）ウェハＷの搬入からエッチング処理まで
まず，搬送アーム２０２上のウェハＷを，搬送室２００内から搬送空間１０２ａ内に搬入し，リフターピン１３０上に載置する。この際，下部電極１０６は，上部電極１３６との相対距離が後述のプラズマ処理位置よりも長い搬送空間１０２ａ内の搬送位置に配置されている。また，搬送室２００内には，不活性ガス供給源２０４から不活性ガス，例えばＮ_２が２０００ｓｃｃｍの大流量で常時導入されている。さらに，搬送室２００内は，真空ポンプＰ２０８により大排気量で排気されている。このため，搬送室２００内の圧力は，ゲートバルブＧの開閉に関わらず，例えば１００ｍＴｏｒｒ以上，好ましくは１７０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒに常時維持されている。
【００２０】
搬送アーム２０２は，ウェハＷを受け渡し後に搬送室２００内に退避する。その後，制御器１１２の制御によりゲートバルブＧを閉じる。また，リフターピン１３０を降下させ，リフターピン１３０上のウェハＷを静電チャック１０８の載置面（チャック面）に載置する。次いで，制御器１１２は，高圧直流電源１１０を制御し，静電チャック１０８に，例えば１．５ｋＶ〜２．０ｋＶの正極性の高圧直流電圧を印加する。かかる電力の印加により，ウェハＷは，静電チャック１０８の載置面に吸着保持される。その後，制御器１２２は，駆動モータＭ１２０を制御し，下部電極１０６を上部電極１３６との相対距離が上記搬送位置よりも短い，上部電極１０６近傍のプラズマ処理位置まで上昇させる。また，処理室１０２内に処理ガス，例えばＣ_４Ｆ_８とＯ_２とＡｒの混合ガスを導入するとともに，処理室１０２内を真空引きする。その結果，処理室１０２内の圧力は，搬送室２００内よりも低い，例えば１ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒに維持される。その後，下部電極１０６に，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し，ウェハＷに所定のエッチング処理を施す。
【００２１】
（ｂ）エッチング処理終了からウェハＷの搬出まで
エッチング処理の終了後，制御器１１２は，図２に示すように，高圧直流電源１１０を制御して，静電チャック１０８に上記正極性とは逆の負極性の高圧直流電圧を印加させる。該負極性の高圧直流電圧は，例えば−３００Ｖに設定されている。その後，制御器１１２は，下部電極１０６をプラズマ処理位置に配置したまま，ゲートバルブＧを開放させる。その結果，処理室１０２内に搬送室２００内のＮ_２が瞬時に流入し，処理室１０２内が搬送室２００内と同一の圧力になる。このため，エッチング処理終了後に帯電したウェハＷの残留電荷が，ウェハＷに損傷を与えない程度に緩慢に自己放電して消失する。さらに，ウェハＷには，負極性の高圧直流電圧が印加されているので，残留電荷の除電が一層促進される。従って，後述の如く下部電極１０６を搬送位置まで降下させ，ウェハＷと上部電極１３６との間の距離が離れても，ウェハＷと上部電極１３６との間の電圧が上昇することがない。その結果，リフターピン１３０の上昇により，ウェハＷを静電チャック１０８の載置面から離しても，ウェハＷと導電性のリフターピン１３０との間で異常放電が生じず，ウェハＷの損傷を防止できる。さらに，ウェハＷとリフターピン１３０を収容する穴部との間での異常放電の発生も防止できる。
【００２２】
次いで，制御器１１２は，駆動モータＭ１２０を制御して，下部電極１０６をプラズマ処理位置から搬送位置まで降下させる。また，制御器１１２は，高圧直流電源１１０の負極性の高圧直流電圧の出力を停止させる。下部電極１０６が搬送位置まで下がりきった後，リフターピン１３０を上昇させて，ウェハＷを静電チャック１０８の載置面上方に配置させる。次いで，搬送室２００内の搬送アーム２０２を搬送空間１０２ａ内に進入させ，リフターピン１３０上のウェハＷを受け取る。その後，ウェハＷを保持した搬送アーム２０２を搬送室２００内に引き戻す。
【００２３】
（第２の実施の形態）
次に，本発明の第２の実施の形態について説明する。なお，本実施の形態も上述したプラズマエッチング装置１００に適用されるので，装置構成についての説明は省略する。また，エッチング処理終了時までの各工程は，上記第１の実施の形態と同一なので説明を省略する。
【００２４】
本実施の形態の特徴は，下部電極１０６をプラズマ処理位置から降下させた直後に，処理室１０２内にＮ_２ガスを導入する点にある。すなわち，エッチング処理終了後，下部電極１０６をプラズマ処理位置に配置したままで，図３に示すように，静電チャック１０８に印加する高圧直流電圧の極性を正から負に切り替える。次いで，下部電極１０６をプラズマ処理位置から降下させる。下部電極１０６の降下直後，ゲートバルブＧを開放し，搬送室２００内のＮ_２を処理室１０２内に流入させる。その結果，処理室１０２内が搬送室２００内の圧力と同一になり，ウェハＷの残留電荷が消失する。その後，静電チャック１０８への高圧直流電圧の印加を停止する。下部電極１０６が搬送位置まで下がりきった後，リフターピン１３０を上昇させてウェハＷを静電チャック１０８から離す。そして，搬送アーム２０２により，ウェハＷを搬送室２００内に搬出する。
【００２５】
本実施の形態は，以上のように構成されており，下部電極１０６の降下中に搬送室２００内のＮ_２を処理室１０２内に導入するので，下部電極１０６の降下を従来と同様のタイミングで開始することができる。その結果，Ｎ_２導入に伴うスループットの低下を防止できる。
【００２６】
以上，本発明の好適な実施の形態について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更例および修正例に想到し得るものであり，それら変更例および修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２７】
例えば，上記実施の形態において，ゲートバルブの開放前から開放後まで静電チャックに逆極性の高圧直流電圧を印加する構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，上記逆極性の高圧直流電圧を，例えばゲートバルブの開放直後までの任意のタイミングで静電チャックに印加してもよい。
【００２８】
また，上記実施の形態において，下部電極が搬送位置に下がりきった後にリフターピンを上昇させる構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，例えば下部電極の降下中にリフターピンを上昇させてもよい。
【００２９】
また，上記実施の形態において，プラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されず，プラズマＣＶＤ装置やプラズマアッシング装置などの各種プラズマ処理装置にも本発明を適用することができる。さらに，被処理体としては，上述したウェハだけではなく，ＬＣＤ用ガラス基板を採用しても本発明を実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば，搬送室内のガスをプラズマ処理室内に導入して，被処理体の残留電荷を除去することができる。その結果，設計変更を伴わず，かつスループットを低下させることなく，搬出時の異常放電に伴う被処理体の損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略的な断面図である。
【図２】図１に示すエッチング装置のウェハ搬出工程を説明するための概略的なタイミングチャート図である。
【図３】図１に示すエッチング装置に適用可能な他のウェハ搬出工程を説明するための概略的なタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１００エッチング装置
１０２処理室
１０６下部電極
１０８静電チャック
１１０高圧直流電源
１１２制御器
１２０駆動モータ
１２２昇降軸
１３０リフターピン
１３２高周波電源
１３６上部電極
１３８処理ガス供給源
１４４，２０８真空ポンプ
２００搬送室
２０２搬送アーム
２０４不活性ガス供給源
Ｇゲートバルブ
Ｗウェハ

Claims

被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において：
プラズマ処理時に減圧雰囲気に維持されるプラズマ処理室と；
前記プラズマ処理室内に配置され，前記被処理体を載置可能に構成されるとともに，上方のプラズマ処理位置と下方の搬送位置との間を移動可能に構成される電極と；
前記電極の載置面に設けられ，高圧直流電圧の印加により前記被処理体を着脱自在に吸着保持する静電チャックと；
前記プラズマ処理室内よりも高圧雰囲気に維持され，前記プラズマ処理室との間で前記被処理体の受け渡しを行う搬送室と；
前記プラズマ処理室と前記搬送室とを開閉自在に気密に接続する開閉手段と；
プラズマ処理終了後，前記電極を前記プラズマ処理位置から前記搬送位置に到達させる前までに，前記開閉手段を開放して前記搬送室内のガスを前記プラズマ処理室内に導入する制御を行う制御手段と；
を備えることを特徴とする，プラズマ処理装置。
前記制御手段は，前記静電チャックに対して前記被処理体の吸着保持時に印加した前記高圧直流電圧の逆極性の高圧直流電圧を，プラズマ処理終了後から前記開閉手段の開放直後までの間に印加を開始し、前記電極が前記搬送位置に到達する前までに印加を終了する制御を行うことを特徴とする，請求項１に記載のプラズマ処理装置。
プラズマ処理室内に配置される電極の載置面に被処理体を載置し，前記電極の載置面に設けられた静電チャックに高圧直流電圧を印加して前記被処理体を吸着保持して，減圧雰囲気下で前記被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって：
プラズマ処理終了後，前記電極を上方のプラズマ処理位置から下方の搬送位置に移動させる工程と；
前記電極が前記搬送位置に到達する前までに，前記プラズマ処理室との間で前記被処理体の受け渡しを行う搬送室と前記プラズマ処理室とを開閉自在に接続する開閉手段を開放し，前記プラズマ処理室内よりも高圧雰囲気に維持されている前記搬送室内のガスを前記プラズマ処理
室内に導入する工程と；
を含むことを特徴とする，プラズマ処理方法。
さらに，前記静電チャックに対して前記被処理体の吸着保持時に印加した前記高圧直流電圧の逆極性の高圧直流電圧を，プラズマ処理終了後から前記開閉手段の開放直後までの間に印加を開始し、前記電極が前記搬送位置に到達する前までに印加を終了する工程を含むことを特徴とする，請求項３に記載のプラズマ処理方法。