JP2002100573A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents
半導体製造装置および半導体製造方法Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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-
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- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
- H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パーティクルが半導体基板1上に付着して半
導体基板1の処理特性を損なうことを防止する。 【解決手段】 半導体基板1を冷却するために半導体基
板1の下面に冷却用媒体ガスを吹き付けると、冷却用媒
体ガスが半導体基板1の周囲から処理室7内に放出さ
れ、その際に半導体基板1の周辺部に付着した堆積膜や
滞留した異物を巻き上げてパーティクルを発生させる。
これに対して、ステージ5に熱伝導率が高い材料を用
い、ステージ5内の冷却用媒体通路12内に冷却用媒体
を流してステージ5を冷却することで、熱が半導体基板
1からステージ5に伝達されるようにして半導体基板1
を間接的に良好に冷却することができ、冷却用媒体ガス
によって処理室7内へパーティクルを発生させることが
ないので、パーティクルの発生を低減できる。
導体基板1の処理特性を損なうことを防止する。 【解決手段】 半導体基板1を冷却するために半導体基
板1の下面に冷却用媒体ガスを吹き付けると、冷却用媒
体ガスが半導体基板1の周囲から処理室7内に放出さ
れ、その際に半導体基板1の周辺部に付着した堆積膜や
滞留した異物を巻き上げてパーティクルを発生させる。
これに対して、ステージ5に熱伝導率が高い材料を用
い、ステージ5内の冷却用媒体通路12内に冷却用媒体
を流してステージ5を冷却することで、熱が半導体基板
1からステージ5に伝達されるようにして半導体基板1
を間接的に良好に冷却することができ、冷却用媒体ガス
によって処理室7内へパーティクルを発生させることが
ないので、パーティクルの発生を低減できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置お
よび半導体製造方法に関し、特に、製造プロセス実行中
にプロセス装置内に生じる異物粒子(以下パーティクル
と称する)が、被処理基板上に付着して製品の品質を損
なうことを防止する機能を備えた半導体製造装置に関す
る。
よび半導体製造方法に関し、特に、製造プロセス実行中
にプロセス装置内に生じる異物粒子(以下パーティクル
と称する)が、被処理基板上に付着して製品の品質を損
なうことを防止する機能を備えた半導体製造装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】LSIの製造工程において、プロセス装
置内に生じるパーティクルは、被処理基板上に付着する
などして、製品の歩留まりを低下させたり、製造装置の
稼働率を下げる大きな要因になる。パーティクルは、プ
ロセス装置内に付着した反応生成物(堆積膜)が剥離し
たり、プラズマ中で反応生成物が成長することで発生す
る。このようなパーティクルが被処理基板上に落下する
ことを防止する方法としては、特開平5−29272号
公報や特開平7−58033号公報に記載されているよ
うに、プロセス終了後に被処理基板を覆うカバーを取り
付ける方法などが提案されている。
置内に生じるパーティクルは、被処理基板上に付着する
などして、製品の歩留まりを低下させたり、製造装置の
稼働率を下げる大きな要因になる。パーティクルは、プ
ロセス装置内に付着した反応生成物(堆積膜)が剥離し
たり、プラズマ中で反応生成物が成長することで発生す
る。このようなパーティクルが被処理基板上に落下する
ことを防止する方法としては、特開平5−29272号
公報や特開平7−58033号公報に記載されているよ
うに、プロセス終了後に被処理基板を覆うカバーを取り
付ける方法などが提案されている。
【0003】図18に、従来の一般的な半導体製造装置
の模式的断面図を示す。この半導体製造装置は、処理対
象となる半導体基板101をゲートバルブ109を介し
て内部に配置可能な処理室(チャンバー)107を有し
ている。処理室107には、エッチングガスなどの処理
用ガスを導入するための導入口110と、処理室107
内を排気するための排気口111が設けられている。処
理用ガスの導入経路は、導入口110から、半導体基板
101の処理面上方に位置しており、処理面に亘って多
数の開口部を有するシャワーヘッド106に連通してお
り、処理面上に実質的に均等に処理用ガスを導けるよう
になっている。
の模式的断面図を示す。この半導体製造装置は、処理対
象となる半導体基板101をゲートバルブ109を介し
て内部に配置可能な処理室(チャンバー)107を有し
ている。処理室107には、エッチングガスなどの処理
用ガスを導入するための導入口110と、処理室107
内を排気するための排気口111が設けられている。処
理用ガスの導入経路は、導入口110から、半導体基板
101の処理面上方に位置しており、処理面に亘って多
数の開口部を有するシャワーヘッド106に連通してお
り、処理面上に実質的に均等に処理用ガスを導けるよう
になっている。
【0004】また、処理室107内の上下には、内部に
高周波電力を供給するための加工用上部電極102と加
工用下部電極103とが設けられている。加工用下部電
極103には高周波電源104が接続されており、加工
用下部電極102は接地されている。加工用下部電極1
03上には、半導体基板101が載置されるステージ1
05が絶縁体108を加工用下部電極103との間に挟
んで設けられている。ステージ105には、不図示の静
電吸着電源が接続されており、半導体基板101を静電
気力により保持する静電チャック電極として機能する。
ステージ105は、半導体基板101を、処理に適した
適性な上下位置に導くことができるように上下に移動可
能になっている。
高周波電力を供給するための加工用上部電極102と加
工用下部電極103とが設けられている。加工用下部電
極103には高周波電源104が接続されており、加工
用下部電極102は接地されている。加工用下部電極1
03上には、半導体基板101が載置されるステージ1
05が絶縁体108を加工用下部電極103との間に挟
んで設けられている。ステージ105には、不図示の静
電吸着電源が接続されており、半導体基板101を静電
気力により保持する静電チャック電極として機能する。
ステージ105は、半導体基板101を、処理に適した
適性な上下位置に導くことができるように上下に移動可
能になっている。
【0005】また、処理中に半導体基板101を冷却す
る冷却用媒体ガスを導入するための冷却用媒体ガス通路
112が、ステージ105と絶縁体108と加工用下部
電極103とを貫いて、半導体基板101の直下に複数
の開口部を有するように形成されている。
る冷却用媒体ガスを導入するための冷却用媒体ガス通路
112が、ステージ105と絶縁体108と加工用下部
電極103とを貫いて、半導体基板101の直下に複数
の開口部を有するように形成されている。
【0006】この半導体製造装置による半導体基板10
1の処理は、処理用ガスを導入口110から導入し、高
周波電力を加工用上部電極102と加工用下部電極10
3とを介して処理室107内に供給して行われる。この
際、半導体基板101の温度を処理に適した適正な温度
に保つなどの目的で半導体基板101を冷却するため
に、半導体基板101の下面に、ヘリウムガスなどの熱
伝導率の良い冷却用媒体ガスが高圧で吹き付けられる。
1の処理は、処理用ガスを導入口110から導入し、高
周波電力を加工用上部電極102と加工用下部電極10
3とを介して処理室107内に供給して行われる。この
際、半導体基板101の温度を処理に適した適正な温度
に保つなどの目的で半導体基板101を冷却するため
に、半導体基板101の下面に、ヘリウムガスなどの熱
伝導率の良い冷却用媒体ガスが高圧で吹き付けられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の半導体製
造装置では、半導体基板101を冷却するために、冷却
用媒体ガスを半導体基板101に高圧で吹き付けてい
る。高圧で吹き付けられた冷却用媒体ガスは半導体基板
101の周辺部から処理室107内に放出され、処理用
ガスと共に排気口111から排出される。この際、半導
体基板101の周辺部に付着した堆積膜または滞留して
いる異物を巻きあげてしまうという重大な欠点がある。
すなわち、このようにして巻き上げられたパーティクル
は、処理中の半導体基板101に飛来して付着し、半導
体基板101の形成特性を損なう危惧がある。
造装置では、半導体基板101を冷却するために、冷却
用媒体ガスを半導体基板101に高圧で吹き付けてい
る。高圧で吹き付けられた冷却用媒体ガスは半導体基板
101の周辺部から処理室107内に放出され、処理用
ガスと共に排気口111から排出される。この際、半導
体基板101の周辺部に付着した堆積膜または滞留して
いる異物を巻きあげてしまうという重大な欠点がある。
すなわち、このようにして巻き上げられたパーティクル
は、処理中の半導体基板101に飛来して付着し、半導
体基板101の形成特性を損なう危惧がある。
【0008】そこで本発明の目的は、このような従来技
術の欠点を改良すること、すなわち、処理室内にパーテ
ィクルが発生しないようにすること、またはパーティク
ルが発生したとしても半導体基板上に到達しないように
することが可能な新規な半導体製造装置、および半導体
製造方法を提供することにある。
術の欠点を改良すること、すなわち、処理室内にパーテ
ィクルが発生しないようにすること、またはパーティク
ルが発生したとしても半導体基板上に到達しないように
することが可能な新規な半導体製造装置、および半導体
製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。
【0010】すなわち、本発明の第1の態様の半導体製
造装置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封
可能な処理室と、処理室内に配置されており、処理対象
となる半導体基板が載置されるステージとを有し、半導
体基板に所定の処理をおこなっている時に半導体基板を
冷却する半導体製造装置であって、ステージが、熱伝導
率が高い材料から構成されており、ステージを冷却する
冷却用媒体を処理室外のみで流通させる冷却用媒体通路
を有することを特徴とする。
造装置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封
可能な処理室と、処理室内に配置されており、処理対象
となる半導体基板が載置されるステージとを有し、半導
体基板に所定の処理をおこなっている時に半導体基板を
冷却する半導体製造装置であって、ステージが、熱伝導
率が高い材料から構成されており、ステージを冷却する
冷却用媒体を処理室外のみで流通させる冷却用媒体通路
を有することを特徴とする。
【0011】この構成によれば、冷却用媒体ガスを処理
室内に放出することがないので、冷却用媒体ガスによる
処理室内へのパーティクルの発生を防止できる。しか
も、熱伝導率が高い材料から構成されたステージを冷却
することで、熱を半導体基板からステージに逃がして、
半導体基板を良好に冷却することができる。
室内に放出することがないので、冷却用媒体ガスによる
処理室内へのパーティクルの発生を防止できる。しか
も、熱伝導率が高い材料から構成されたステージを冷却
することで、熱を半導体基板からステージに逃がして、
半導体基板を良好に冷却することができる。
【0012】ステージに用いる、熱伝導率が高い材料と
しては特にダイヤモンドを好適に用いることができる。
しては特にダイヤモンドを好適に用いることができる。
【0013】さらに、半導体基板を載置した状態で半導
体基板の直下となるステージ上の領域内に開口部を有す
る吸引通路と、吸引通路に接続されている、処理中の処
理室内の内圧よりも低い圧力にまで吸引通路内を減圧す
ることが可能な吸引ポンプとを設けることにより、半導
体基板を比較的大きな力でステージ上に密着させて保持
することができ、熱が半導体基板からステージへ効率的
に伝わるようにして半導体基板を効率的に冷却できる。
また、このような吸着による半導体基板の保持方法は、
特にステージが絶縁性の材料からなり、したがって静電
吸着による半導体基板の保持を行えない場合の、静電吸
着に代わる保持方法として有効である。
体基板の直下となるステージ上の領域内に開口部を有す
る吸引通路と、吸引通路に接続されている、処理中の処
理室内の内圧よりも低い圧力にまで吸引通路内を減圧す
ることが可能な吸引ポンプとを設けることにより、半導
体基板を比較的大きな力でステージ上に密着させて保持
することができ、熱が半導体基板からステージへ効率的
に伝わるようにして半導体基板を効率的に冷却できる。
また、このような吸着による半導体基板の保持方法は、
特にステージが絶縁性の材料からなり、したがって静電
吸着による半導体基板の保持を行えない場合の、静電吸
着に代わる保持方法として有効である。
【0014】また、本発明の第2の態様の半導体製造装
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に配置されており、半導体基板が
載置されるステージと、半導体基板を載置した状態で半
導体基板の直下となる前記ステージ上の領域内に開口部
を有する、冷却用媒体ガスが導入される冷却用媒体ガス
通路とを有する半導体製造装置であって、半導体基板を
載置した状態で半導体基板の直下となるステージ上の領
域内に開口部を有する、排気ポンプに接続された第1の
排気通路を有することを特徴とする。
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に配置されており、半導体基板が
載置されるステージと、半導体基板を載置した状態で半
導体基板の直下となる前記ステージ上の領域内に開口部
を有する、冷却用媒体ガスが導入される冷却用媒体ガス
通路とを有する半導体製造装置であって、半導体基板を
載置した状態で半導体基板の直下となるステージ上の領
域内に開口部を有する、排気ポンプに接続された第1の
排気通路を有することを特徴とする。
【0015】この構成によれば、半導体基板の下面に吹
き付けられた冷却用媒体ガスを、半導体基板の直下に開
口した第1の排気通路の開口部に導いて排気することが
でき、半導体基板の周囲から処理室内に放出される冷却
用媒体ガスを低減することができる。これによって、パ
ーティクルが冷却用媒体ガスによって処理室内に巻き上
げられることを抑制できる。
き付けられた冷却用媒体ガスを、半導体基板の直下に開
口した第1の排気通路の開口部に導いて排気することが
でき、半導体基板の周囲から処理室内に放出される冷却
用媒体ガスを低減することができる。これによって、パ
ーティクルが冷却用媒体ガスによって処理室内に巻き上
げられることを抑制できる。
【0016】この際、第1の排気通路の開口部を、半導
体基板の直下となるステージ上の領域の周辺の領域に開
口し、冷却用媒体ガス通路の開口部を、第1の排気通路
の開口部が開口された周辺領域に囲まれた中央の領域に
開口すれば、冷却用媒体ガスが半導体基板の周囲に向っ
て流れたとしても、半導体基板周辺の直下の位置で第1
の排気通路内に導いて排気できる。したがって、冷却用
媒体ガスが半導体基板の周囲から処理室内に放出される
ことを特に効果的に抑制できる。
体基板の直下となるステージ上の領域の周辺の領域に開
口し、冷却用媒体ガス通路の開口部を、第1の排気通路
の開口部が開口された周辺領域に囲まれた中央の領域に
開口すれば、冷却用媒体ガスが半導体基板の周囲に向っ
て流れたとしても、半導体基板周辺の直下の位置で第1
の排気通路内に導いて排気できる。したがって、冷却用
媒体ガスが半導体基板の周囲から処理室内に放出される
ことを特に効果的に抑制できる。
【0017】また、本発明の第3の態様の半導体製造装
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に配置されており、処理対象とな
る半導体基板が載置されるステージと、半導体基板を載
置した状態で半導体基板の直下となるステージ上の領域
内に開口部を有する、冷却用媒体ガスが導入される冷却
用媒体ガス通路とを有する半導体製造装置であって、半
導体基板を載置した状態で半導体基板の直下となるステ
ージ上の領域の周囲の領域に開口部を有する、排気ポン
プに接続された第2の排気通路を有することを特徴とす
る。
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に配置されており、処理対象とな
る半導体基板が載置されるステージと、半導体基板を載
置した状態で半導体基板の直下となるステージ上の領域
内に開口部を有する、冷却用媒体ガスが導入される冷却
用媒体ガス通路とを有する半導体製造装置であって、半
導体基板を載置した状態で半導体基板の直下となるステ
ージ上の領域の周囲の領域に開口部を有する、排気ポン
プに接続された第2の排気通路を有することを特徴とす
る。
【0018】この構成によれば、半導体基板の下面に吹
き付けられ半導体基板の周囲から処理室内に放出された
冷却用媒体ガスの流れを、第2の排気通路に向って下方
に導くことができる。このため、パーティクルが冷却用
媒体ガスによって半導体基板の上方に流されることを抑
制でき、パーティクルが半導体基板上に到達することを
抑制できる。
き付けられ半導体基板の周囲から処理室内に放出された
冷却用媒体ガスの流れを、第2の排気通路に向って下方
に導くことができる。このため、パーティクルが冷却用
媒体ガスによって半導体基板の上方に流されることを抑
制でき、パーティクルが半導体基板上に到達することを
抑制できる。
【0019】第3の態様は第2の態様と組み合わせて実
施することができ、そうすることで、パーティクルの半
導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ることができ
る。
施することができ、そうすることで、パーティクルの半
導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ることができ
る。
【0020】また、本発明の第4の態様の半導体製造装
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に配置されており、処理対象とな
る半導体基板が載置されるステージと、半導体基板を載
置した状態で半導体基板の直下となるステージ上の領域
内に開口部を有する、冷却用媒体ガスが導入される冷却
用媒体ガス通路とを有する半導体製造装置であって、ス
テージの上面が半導体基板より小さいことを特徴とす
る。
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に配置されており、処理対象とな
る半導体基板が載置されるステージと、半導体基板を載
置した状態で半導体基板の直下となるステージ上の領域
内に開口部を有する、冷却用媒体ガスが導入される冷却
用媒体ガス通路とを有する半導体製造装置であって、ス
テージの上面が半導体基板より小さいことを特徴とす
る。
【0021】この構成によれば、半導体基板の下面に吹
き付けられ半導体基板の周囲から処理室内に放出された
冷却用媒体ガスが、半導体基板の下面のステージからは
み出した部分にぶつかるため、上方に向かってはほとん
ど流れない。このため、パーティクルが冷却用媒体ガス
によって半導体基板の上方に流されることを抑制でき、
パーティクルが半導体基板上に到達することを抑制でき
る。
き付けられ半導体基板の周囲から処理室内に放出された
冷却用媒体ガスが、半導体基板の下面のステージからは
み出した部分にぶつかるため、上方に向かってはほとん
ど流れない。このため、パーティクルが冷却用媒体ガス
によって半導体基板の上方に流されることを抑制でき、
パーティクルが半導体基板上に到達することを抑制でき
る。
【0022】また、本発明の第5の態様の半導体製造装
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に配置されており、処理対象とな
る半導体基板が載置されるステージと、前記半導体基板
を載置した状態で前記半導体基板の直下となるステージ
上の領域内に開口部を有する、冷却用媒体ガスが導入さ
れる冷却用媒体ガス通路とを有する半導体製造装置であ
って、冷却用媒体ガスを、その流量が所定の流量以上に
ならないように導入する導入制御手段を有することを特
徴とする。
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に配置されており、処理対象とな
る半導体基板が載置されるステージと、前記半導体基板
を載置した状態で前記半導体基板の直下となるステージ
上の領域内に開口部を有する、冷却用媒体ガスが導入さ
れる冷却用媒体ガス通路とを有する半導体製造装置であ
って、冷却用媒体ガスを、その流量が所定の流量以上に
ならないように導入する導入制御手段を有することを特
徴とする。
【0023】このように、冷却用媒体ガスを、その流量
が所定の流量以上にならないようにして導入すること
で、パーティクルとなる、半導体基板周辺に付着した堆
積膜または滞留した異物に冷却用媒体ガスの流れにより
大きな力が加わらないようにでき、処理室内へのパーテ
ィクルの発生を低減できる。
が所定の流量以上にならないようにして導入すること
で、パーティクルとなる、半導体基板周辺に付着した堆
積膜または滞留した異物に冷却用媒体ガスの流れにより
大きな力が加わらないようにでき、処理室内へのパーテ
ィクルの発生を低減できる。
【0024】第5の態様は第2〜4の態様と組み合わせ
て実施することができ、そうすることで、処理室内への
パーティクルの発生および発生したパーティクルの半導
体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ることができ
る。
て実施することができ、そうすることで、処理室内への
パーティクルの発生および発生したパーティクルの半導
体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ることができ
る。
【0025】導入制御手段としては、流量制御を行う制
御手段を好適に用いることができる。
御手段を好適に用いることができる。
【0026】また、本発明の第6の態様の半導体製造装
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に処理用ガスを導入する処理用ガ
ス導入手段と、処理用ガスをプラズマ化する電力を供給
する、処理室内の下部に配置されている加工用下部電
極、および処理室内の上部に加工用下部電極に対向して
配置されている加工用上部電極と、加工用下部電極上に
配置されており、処理対象となる半導体基板が載置され
るステージと、半導体基板を載置した状態で半導体基板
の直下となるステージ上の領域内に開口部を有する、冷
却用媒体ガスが導入される冷却用媒体ガス通路とを有す
る半導体製造装置であって、半導体基板をステージ上に
載置した状態で半導体基板付近に位置する、直流電源に
接続されている除去用電極を有することを特徴とする。
置は、内部を清浄な状態に保つように実質的に密封可能
な処理室と、処理室内に処理用ガスを導入する処理用ガ
ス導入手段と、処理用ガスをプラズマ化する電力を供給
する、処理室内の下部に配置されている加工用下部電
極、および処理室内の上部に加工用下部電極に対向して
配置されている加工用上部電極と、加工用下部電極上に
配置されており、処理対象となる半導体基板が載置され
るステージと、半導体基板を載置した状態で半導体基板
の直下となるステージ上の領域内に開口部を有する、冷
却用媒体ガスが導入される冷却用媒体ガス通路とを有す
る半導体製造装置であって、半導体基板をステージ上に
載置した状態で半導体基板付近に位置する、直流電源に
接続されている除去用電極を有することを特徴とする。
【0027】このような、プラズマを生成して処理を行
う半導体製造装置では、プラズマ発生中に、プラズマ生
成領域と加工用電極のシース領域とに符号の異なる電位
が誘起され、誘起された電位とは反対の符号の電荷を持
つ粒子が各領域に集まる。このため、半導体基板に吹き
付けられ半導体基板の周囲から処理室内に放出された冷
却用媒体ガスによって流されたパーティクルは、加工用
下部電極のシース領域内で、そこに豊富に存在している
荷電粒子によりその粒子と同符号の電荷に帯電される。
また、大きく巻き上げられてプラズマの領域にまで達し
たパーティクルは、そこに豊富に存在している、シース
領域内の荷電粒子とは反対符号の電荷を持つ粒子によっ
てその粒子と同符号の電荷に帯電される。
う半導体製造装置では、プラズマ発生中に、プラズマ生
成領域と加工用電極のシース領域とに符号の異なる電位
が誘起され、誘起された電位とは反対の符号の電荷を持
つ粒子が各領域に集まる。このため、半導体基板に吹き
付けられ半導体基板の周囲から処理室内に放出された冷
却用媒体ガスによって流されたパーティクルは、加工用
下部電極のシース領域内で、そこに豊富に存在している
荷電粒子によりその粒子と同符号の電荷に帯電される。
また、大きく巻き上げられてプラズマの領域にまで達し
たパーティクルは、そこに豊富に存在している、シース
領域内の荷電粒子とは反対符号の電荷を持つ粒子によっ
てその粒子と同符号の電荷に帯電される。
【0028】そこで、直流電源によりバイアス電位が印
加される除去用電極を半導体基板付近に設けることによ
り、半導体基板に向って飛来してくるパーティクルを静
電気力により除去用電極に引き寄せて除去することがで
き、パーティクルが半導体基板に到達することを抑制で
きる。
加される除去用電極を半導体基板付近に設けることによ
り、半導体基板に向って飛来してくるパーティクルを静
電気力により除去用電極に引き寄せて除去することがで
き、パーティクルが半導体基板に到達することを抑制で
きる。
【0029】第6の態様は第2〜5の態様と組み合わせ
て実施することができ、こうすることで、パーティクル
の半導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ることが
できる。
て実施することができ、こうすることで、パーティクル
の半導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ることが
できる。
【0030】除去用電極に印加する電圧は、除去用電極
を設置する半導体製造装置に応じて、その半導体製造装
置内に生じるパーティクルの多くが帯電される電荷と反
対符号の、正または負の電圧とすればよい。また、正に
帯電されるパーティクルと負に帯電されるパーティクル
との両方が生じる場合には、負電圧が印加される第1の
除去用電極と、正電圧が印加される第2の除去用電極と
を設けてもよい。
を設置する半導体製造装置に応じて、その半導体製造装
置内に生じるパーティクルの多くが帯電される電荷と反
対符号の、正または負の電圧とすればよい。また、正に
帯電されるパーティクルと負に帯電されるパーティクル
との両方が生じる場合には、負電圧が印加される第1の
除去用電極と、正電圧が印加される第2の除去用電極と
を設けてもよい。
【0031】本発明の第1〜6の態様の半導体製造装置
を用いた半導体製造方法においては、半導体基板をステ
ージ上に載置する前に、半導体基板の下面を鏡面研磨加
工する工程を有することが、パーティクルとなる異物が
半導体基板の下面に付着したまま半導体製造装置内に導
入されることを抑制でき望ましい。また特に、第1の態
様の半導体製造装置を用いた半導体製造方法において、
半導体基板とステージとの接触面積が比較的広くなるよ
うにして、半導体基板からステージへの熱伝達性を向上
させることができる。
を用いた半導体製造方法においては、半導体基板をステ
ージ上に載置する前に、半導体基板の下面を鏡面研磨加
工する工程を有することが、パーティクルとなる異物が
半導体基板の下面に付着したまま半導体製造装置内に導
入されることを抑制でき望ましい。また特に、第1の態
様の半導体製造装置を用いた半導体製造方法において、
半導体基板とステージとの接触面積が比較的広くなるよ
うにして、半導体基板からステージへの熱伝達性を向上
させることができる。
【0032】また、本発明の第7の態様の半導体製造方
法は、第1〜6の態様の半導体製造装置によって半導体
基板に所望の処理を行う工程を有する半導体製造方法で
あって、半導体基板をステージ上に載置する前にステー
ジ上をクリーニングする工程を有することを特徴とす
る。
法は、第1〜6の態様の半導体製造装置によって半導体
基板に所望の処理を行う工程を有する半導体製造方法で
あって、半導体基板をステージ上に載置する前にステー
ジ上をクリーニングする工程を有することを特徴とす
る。
【0033】このように、半導体基板の処理を行う前に
ステージ上をクリーニングして、冷却用媒体ガスによっ
て巻き上げられてパーティクルとなる、ステージ上に付
着した堆積膜または滞留している異物を除去しておくこ
とにより、パーティクルが処理室内に発生することを抑
制できる。
ステージ上をクリーニングして、冷却用媒体ガスによっ
て巻き上げられてパーティクルとなる、ステージ上に付
着した堆積膜または滞留している異物を除去しておくこ
とにより、パーティクルが処理室内に発生することを抑
制できる。
【0034】また、本発明の第8の態様の半導体製造方
法は、第1〜6の態様の半導体製造装置によって半導体
基板に所望の処理を行う工程を有する半導体製造方法で
あって、半導体基板をステージ上に載置する前にステー
ジ上をクリーニングする工程を有することを特徴とす
る。
法は、第1〜6の態様の半導体製造装置によって半導体
基板に所望の処理を行う工程を有する半導体製造方法で
あって、半導体基板をステージ上に載置する前にステー
ジ上をクリーニングする工程を有することを特徴とす
る。
【0035】半導体基板の下面に付着している異物も、
冷却用媒体ガスによって巻き上げられてパーティクルと
なるので、半導体基板の処理を行う前に半導体基板の下
面をクリーニングして異物を除去しておくことにより、
パーティクルが処理室内に発生することを抑制できる。
冷却用媒体ガスによって巻き上げられてパーティクルと
なるので、半導体基板の処理を行う前に半導体基板の下
面をクリーニングして異物を除去しておくことにより、
パーティクルが処理室内に発生することを抑制できる。
【0036】第8の態様は第7の態様と組み合わせて実
施することができ、そうすることで、処理室内へのパー
ティクル発生の抑制効果を相乗的に得ることができる。
施することができ、そうすることで、処理室内へのパー
ティクル発生の抑制効果を相乗的に得ることができる。
【0037】
【発明の実施の形態】半導体処理装置、特に、内部に半
導体基板がセットされた処理室内に処理用ガスを導入し
つつ高周波電力を供給し、処理用ガスをプラズマ化させ
て半導体基板の処理を行う半導体処理装置においては、
処理中に半導体基板を冷却する必要のある場合がある。
本発明は、このような半導体製造装置において、冷却の
ために半導体基板に吹き付けられた冷却用媒体ガスによ
って、半導体基板周辺に付着した堆積膜または滞留した
異物が処理室内に巻き上げられ、半導体基板上に付着し
てその形成特性を損なうことを防止しようとするもので
ある。
導体基板がセットされた処理室内に処理用ガスを導入し
つつ高周波電力を供給し、処理用ガスをプラズマ化させ
て半導体基板の処理を行う半導体処理装置においては、
処理中に半導体基板を冷却する必要のある場合がある。
本発明は、このような半導体製造装置において、冷却の
ために半導体基板に吹き付けられた冷却用媒体ガスによ
って、半導体基板周辺に付着した堆積膜または滞留した
異物が処理室内に巻き上げられ、半導体基板上に付着し
てその形成特性を損なうことを防止しようとするもので
ある。
【0038】まず、このような半導体製造装置の処理室
内でのパーティクルの発生および発生したパーティクル
の挙動についての観測結果について図14〜17を参照
して説明する。
内でのパーティクルの発生および発生したパーティクル
の挙動についての観測結果について図14〜17を参照
して説明する。
【0039】図14は、パーティクルの観測に用いたパ
ーティクルモニタリングシステムの模式的構成図を示し
ている。この観測に用いた半導体製造装置は、半導体基
板の処理が行われるプロセスチャンバ(処理室)27
と、その中に送る半導体基板を保持するトランスファチ
ャンバ28とを有している。パーティクルモニタリング
システムは、レーザー光散乱法を用いたものであり、レ
ーザー光をレーザー光源25から光学系26を介してプ
ロセスチャンバ27内に照射し、プロセスチャンバ27
内で散乱されたレーザー光をCCDカメラ24で検出す
ることによって、プロセスチャンバ27内のパーティク
ルの個数を測定できる。レーザー光源25の制御および
CCDカメラ24の検出信号の処理は、コンピュータ2
1によって行う。コンピュータ21には、処理用の高周
波(RF)電力(RF power)、チャンバ内圧力(Pressu
re)、処理用ガス(六弗化硫黄:SF6)流量(SF6 flo
w rate)、半導体基板の搬入用のゲートバルブの開度
(Isolation valve)、冷却用のヘリウムガス流量(He
flow rate)、静電吸着電圧(ESC voltage)、静電吸着
電流(ESC current)、ステージの上昇位置(Stage u
p)などの半導体製造プロセスの状態を示す信号を、半
導体製造装置制御盤22から信号処理装置23を介して
入力している。
ーティクルモニタリングシステムの模式的構成図を示し
ている。この観測に用いた半導体製造装置は、半導体基
板の処理が行われるプロセスチャンバ(処理室)27
と、その中に送る半導体基板を保持するトランスファチ
ャンバ28とを有している。パーティクルモニタリング
システムは、レーザー光散乱法を用いたものであり、レ
ーザー光をレーザー光源25から光学系26を介してプ
ロセスチャンバ27内に照射し、プロセスチャンバ27
内で散乱されたレーザー光をCCDカメラ24で検出す
ることによって、プロセスチャンバ27内のパーティク
ルの個数を測定できる。レーザー光源25の制御および
CCDカメラ24の検出信号の処理は、コンピュータ2
1によって行う。コンピュータ21には、処理用の高周
波(RF)電力(RF power)、チャンバ内圧力(Pressu
re)、処理用ガス(六弗化硫黄:SF6)流量(SF6 flo
w rate)、半導体基板の搬入用のゲートバルブの開度
(Isolation valve)、冷却用のヘリウムガス流量(He
flow rate)、静電吸着電圧(ESC voltage)、静電吸着
電流(ESC current)、ステージの上昇位置(Stage u
p)などの半導体製造プロセスの状態を示す信号を、半
導体製造装置制御盤22から信号処理装置23を介して
入力している。
【0040】このようなパーティクルモニタリングシス
テムによって、プロセスチャンバ27内で半導体基板の
所定の処理を行った際にプロセスチャンバ27内に発生
したパーティクルの個数、および各プロセス信号の変化
をモニタした結果を図15に示す。
テムによって、プロセスチャンバ27内で半導体基板の
所定の処理を行った際にプロセスチャンバ27内に発生
したパーティクルの個数、および各プロセス信号の変化
をモニタした結果を図15に示す。
【0041】通常、冷却用ヘリウムガスは、半導体基板
の冷却性を一定に保つために圧力制御して導入される。
このため、図15に示すように、導入当初、所定の圧力
に達するまでの間には、冷却用ヘリウムガスが多量に流
れている。また、半導体基板上への処理条件が変わる
際、周りの圧力に対して半導体基板の吸着力が相対的に
弱くなるなどすると、冷却用ヘリウムガスが多量に流れ
る。図15に示す例では、処理時間約95sの時点で高
周波電力の供給量および処理用ガスの導入量を低くした
際に、冷却用ヘリウムガスが多量に流れている。図15
から、このようにヘリウムガスの流量が非常に大きくな
ったときに、多量のパーティクルがプロセスチャンバ2
7内に発生していることが分かる。
の冷却性を一定に保つために圧力制御して導入される。
このため、図15に示すように、導入当初、所定の圧力
に達するまでの間には、冷却用ヘリウムガスが多量に流
れている。また、半導体基板上への処理条件が変わる
際、周りの圧力に対して半導体基板の吸着力が相対的に
弱くなるなどすると、冷却用ヘリウムガスが多量に流れ
る。図15に示す例では、処理時間約95sの時点で高
周波電力の供給量および処理用ガスの導入量を低くした
際に、冷却用ヘリウムガスが多量に流れている。図15
から、このようにヘリウムガスの流量が非常に大きくな
ったときに、多量のパーティクルがプロセスチャンバ2
7内に発生していることが分かる。
【0042】このことは、冷却用ヘリウムガスによって
プロセスチャンバ27内にパーティクルが発生すること
を示唆している。実際、図16の画像に示すように、半
導体基板周辺部から吹き出すようにしてパーティクルが
発生する様子を捉えることができる。
プロセスチャンバ27内にパーティクルが発生すること
を示唆している。実際、図16の画像に示すように、半
導体基板周辺部から吹き出すようにしてパーティクルが
発生する様子を捉えることができる。
【0043】このようにして、半導体基板周辺部に発生
したパーティクルは、放物線を描くようにして半導体基
板上に向って飛来し付着する。図17にこのパーティク
ルの運動を捉えた画像を示す。パーティクルのこのよう
な運動は、プラズマを用いた半導体製造装置で確認され
た。パーティクルがこのような運動をするのは、静電気
力などの作用によるものと考えられる。このことについ
て以下に説明する。
したパーティクルは、放物線を描くようにして半導体基
板上に向って飛来し付着する。図17にこのパーティク
ルの運動を捉えた画像を示す。パーティクルのこのよう
な運動は、プラズマを用いた半導体製造装置で確認され
た。パーティクルがこのような運動をするのは、静電気
力などの作用によるものと考えられる。このことについ
て以下に説明する。
【0044】プラズマを用いた半導体製造装置では、通
常、半導体基板は加工用下部電極上に載置され、半導体
基板近傍にはカソードシースが形成される。また、加工
用下部電極としては、通常、カソード電極が用いられ、
そこで加工用下部電極近傍での静電ポテンシャルは負に
なっている。このため、半導体基板近傍のカソードシー
スの領域には、正イオンが非常に豊富に存在している。
そこで、半導体基板周辺から巻き上げられたパーティク
ルは、このカソードシース領域内で正イオンが流入する
ことにより正に帯電する。
常、半導体基板は加工用下部電極上に載置され、半導体
基板近傍にはカソードシースが形成される。また、加工
用下部電極としては、通常、カソード電極が用いられ、
そこで加工用下部電極近傍での静電ポテンシャルは負に
なっている。このため、半導体基板近傍のカソードシー
スの領域には、正イオンが非常に豊富に存在している。
そこで、半導体基板周辺から巻き上げられたパーティク
ルは、このカソードシース領域内で正イオンが流入する
ことにより正に帯電する。
【0045】一方、半導体基板表面には、高周波電圧を
印加することによって生成されたプラズマによって、セ
ルフバイアス電位が自然に発生する。このセルフバイア
ス電位は、本実施形態で用いた構成では、負の電位であ
る。そこで、カソードシースで正に帯電したパーティク
ルが、負のセルフバイアス電位を有する半導体基板上に
静電気力の作用によって引き寄せられるため、前述のよ
うに半導体基板に向かって放物線を描くように飛来する
パーティクルの運動が生じるものと考えられる。
印加することによって生成されたプラズマによって、セ
ルフバイアス電位が自然に発生する。このセルフバイア
ス電位は、本実施形態で用いた構成では、負の電位であ
る。そこで、カソードシースで正に帯電したパーティク
ルが、負のセルフバイアス電位を有する半導体基板上に
静電気力の作用によって引き寄せられるため、前述のよ
うに半導体基板に向かって放物線を描くように飛来する
パーティクルの運動が生じるものと考えられる。
【0046】また、冷却用媒体ガスによる巻き上げの力
が非常に大きい場合には、パーティクルがバルクプラズ
マ内へと巻き上げられて、バルクプラズマ中へと侵入し
てしまう場合がある。バルクプラズマ中には、カソード
シース中とは対照的に、負イオンや電子などが非常に多
く存在している。このため、バルクプラズマ中に侵入し
たパーティクルは負に帯電し、カソードシースの上方に
生成されるバルクプラズマ中にトラップされる。このよ
うにトラップされたパーティクルは、基板の処理中はほ
とんど落下してこないと考えられるが、高周波電力など
の処理条件を変化させた際などに力のバランスが崩れ
て、半導体基板上へ落下し付着することが考えられる。
が非常に大きい場合には、パーティクルがバルクプラズ
マ内へと巻き上げられて、バルクプラズマ中へと侵入し
てしまう場合がある。バルクプラズマ中には、カソード
シース中とは対照的に、負イオンや電子などが非常に多
く存在している。このため、バルクプラズマ中に侵入し
たパーティクルは負に帯電し、カソードシースの上方に
生成されるバルクプラズマ中にトラップされる。このよ
うにトラップされたパーティクルは、基板の処理中はほ
とんど落下してこないと考えられるが、高周波電力など
の処理条件を変化させた際などに力のバランスが崩れ
て、半導体基板上へ落下し付着することが考えられる。
【0047】本発明は、半導体製造装置の処理室内での
パーティクルの発生および発生したパーティクルの挙動
に関する以上のような知見に基づいて導き出されたもの
であり、以下の提案をするものである。
パーティクルの発生および発生したパーティクルの挙動
に関する以上のような知見に基づいて導き出されたもの
であり、以下の提案をするものである。
【0048】すなわち、本発明は、パーティクルの半導
体への付着を防止する方法の1つとして、冷却用媒体ガ
スが半導体基板の周囲から処理室内に吹き出すことによ
って多数のパーティクルが処理室内に発生していること
から、半導体基板の冷却を、冷却用媒体ガスを半導体基
板に吹き付ける以外の冷却方法により行う方法を提示す
る。
体への付着を防止する方法の1つとして、冷却用媒体ガ
スが半導体基板の周囲から処理室内に吹き出すことによ
って多数のパーティクルが処理室内に発生していること
から、半導体基板の冷却を、冷却用媒体ガスを半導体基
板に吹き付ける以外の冷却方法により行う方法を提示す
る。
【0049】具体的には、半導体基板を冷却する必要の
ある半導体製造装置において、基板のステージの材料
に、例えばダイヤモンドなどの熱伝導率の高い物質を使
うことによって、ヘリウムなどの冷却用媒体ガスを半導
体基板に直接吹き付けることなく半導体基板を冷却可能
な構成の半導体製造装置を提示する。この際、基板の裏
面を鏡面研磨加工しておけば、ステージとの密着性が良
くなり、冷却効果をより高くすることができる。
ある半導体製造装置において、基板のステージの材料
に、例えばダイヤモンドなどの熱伝導率の高い物質を使
うことによって、ヘリウムなどの冷却用媒体ガスを半導
体基板に直接吹き付けることなく半導体基板を冷却可能
な構成の半導体製造装置を提示する。この際、基板の裏
面を鏡面研磨加工しておけば、ステージとの密着性が良
くなり、冷却効果をより高くすることができる。
【0050】さらに、ダイヤモンドなどの非導電性の物
質をステージに用いるために従来の静電気力による半導
体基板の固定を行えない場合の半導体基板の固定方法と
して、半導体基板の下面に当接する位置に開口部を有す
る吸引通路から空気を排気して半導体基板を真空吸着す
る方法を提示する。この際、半導体基板の下面を、鏡面
研磨加工しておけば、吸着力をより強くすることができ
る。
質をステージに用いるために従来の静電気力による半導
体基板の固定を行えない場合の半導体基板の固定方法と
して、半導体基板の下面に当接する位置に開口部を有す
る吸引通路から空気を排気して半導体基板を真空吸着す
る方法を提示する。この際、半導体基板の下面を、鏡面
研磨加工しておけば、吸着力をより強くすることができ
る。
【0051】また、パーティクルの半導体への付着を防
止する他の方法として、冷却用媒体ガスが半導体基板の
周囲から吹き出さないようにする、または吹き出す量を
低減する、または吹き出した冷却用媒体ガスによってパ
ーティクルが半導体基板上まで巻き上げられないように
する方法を提示する。
止する他の方法として、冷却用媒体ガスが半導体基板の
周囲から吹き出さないようにする、または吹き出す量を
低減する、または吹き出した冷却用媒体ガスによってパ
ーティクルが半導体基板上まで巻き上げられないように
する方法を提示する。
【0052】具体的には、半導体製造装置内の幾何学的
構成を変えたり、半導体基板の吸着力をあげたり、冷却
用媒体ガスの排出口を設けたり、冷却用媒体ガスの導入
方法を工夫したりすることで、パーティクルの巻き上げ
を防止または低減する方法を提示する。
構成を変えたり、半導体基板の吸着力をあげたり、冷却
用媒体ガスの排出口を設けたり、冷却用媒体ガスの導入
方法を工夫したりすることで、パーティクルの巻き上げ
を防止または低減する方法を提示する。
【0053】また、パーティクルの半導体への付着を防
止するさらに他の方法として、巻き上げられるパーティ
クルが正または負に帯電されることを利用して、バイア
ス電位を印加した電極を用いてパーティクルを除去する
方法を提示する。
止するさらに他の方法として、巻き上げられるパーティ
クルが正または負に帯電されることを利用して、バイア
ス電位を印加した電極を用いてパーティクルを除去する
方法を提示する。
【0054】また、パーティクルの半導体への付着を防
止するさらに他の方法として、半導体基板やそれが設置
される部分の堆積膜や異物を半導体基板の処理を行う前
に除去しておく方法を提示する。
止するさらに他の方法として、半導体基板やそれが設置
される部分の堆積膜や異物を半導体基板の処理を行う前
に除去しておく方法を提示する。
【0055】以下に、これらの具体策を示す実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。
ついて、図面を参照して説明する。
【0056】なお、以下の実施形態では、特に明記しな
い限り、RFプラズマエッチング装置について説明する
が、基本的な構成は、CVD装置、エッチング装置、ス
パッタリング装置などの半導体製造装置についてもほぼ
同様であり、本発明はこれらの半導体製造装置に対して
も適用可能である。
い限り、RFプラズマエッチング装置について説明する
が、基本的な構成は、CVD装置、エッチング装置、ス
パッタリング装置などの半導体製造装置についてもほぼ
同様であり、本発明はこれらの半導体製造装置に対して
も適用可能である。
【0057】(第1の実施形態)本発明の第1の実施形
態の基本的な構想を示す半導体製造装置の模式的断面図
を図1に示す。
態の基本的な構想を示す半導体製造装置の模式的断面図
を図1に示す。
【0058】この半導体製造装置は、処理対象となる半
導体基板1をゲートバルブ9を介して内部に配置可能な
処理室7を有している。処理室7には、エッチングガス
などの処理用ガスを導入するための導入口10と、処理
室7内を排気するための排気口11が設けられている。
処理用ガスの導入経路は、導入口10から、半導体基板
1の処理面上方に位置しており、処理面に亘って多数の
開口部を有するシャワーヘッド6に連通しており、処理
面上に実質的に均等に処理用ガスを導けるようになって
いる。
導体基板1をゲートバルブ9を介して内部に配置可能な
処理室7を有している。処理室7には、エッチングガス
などの処理用ガスを導入するための導入口10と、処理
室7内を排気するための排気口11が設けられている。
処理用ガスの導入経路は、導入口10から、半導体基板
1の処理面上方に位置しており、処理面に亘って多数の
開口部を有するシャワーヘッド6に連通しており、処理
面上に実質的に均等に処理用ガスを導けるようになって
いる。
【0059】また、処理室7内の上下には、内部に高周
波電力を供給するための加工用上部電極2と加工用下部
電極3とが設けられている。加工用下部電極3には不図
示の高周波電源が接続されており、加工用上部電極2は
接地されている。加工用下部電極3上には、半導体基板
1が載置されるステージ5が絶縁体8を半導体基板1と
の間に挟んで設けられている。ステージ5には、不図示
の静電吸着電源が接続されており、その上に半導体基板
1を静電気力により保持する静電チャック電極として機
能する。ステージ5は、半導体基板1を、処理に適した
適性な上下位置に導くことができるように上下に移動可
能になっている。
波電力を供給するための加工用上部電極2と加工用下部
電極3とが設けられている。加工用下部電極3には不図
示の高周波電源が接続されており、加工用上部電極2は
接地されている。加工用下部電極3上には、半導体基板
1が載置されるステージ5が絶縁体8を半導体基板1と
の間に挟んで設けられている。ステージ5には、不図示
の静電吸着電源が接続されており、その上に半導体基板
1を静電気力により保持する静電チャック電極として機
能する。ステージ5は、半導体基板1を、処理に適した
適性な上下位置に導くことができるように上下に移動可
能になっている。
【0060】本実施形態の半導体製造装置では、半導体
基板1を処理する際に、処理に適した温度にするなどの
目的で半導体基板1を冷却する必要がある。半導体基板
1の冷却を、従来技術として示したように、ヘリウムガ
スなどの冷却用媒体ガスを高圧で半導体基板1に吹き付
け、半導体基板1の下面とステージ5との隙間を埋める
ように導入して、半導体基板1の冷却効率を上げる方法
により行った場合、前述のように冷却用媒体ガスがパー
ティクルを巻き上げてしまうという問題が発生する。
基板1を処理する際に、処理に適した温度にするなどの
目的で半導体基板1を冷却する必要がある。半導体基板
1の冷却を、従来技術として示したように、ヘリウムガ
スなどの冷却用媒体ガスを高圧で半導体基板1に吹き付
け、半導体基板1の下面とステージ5との隙間を埋める
ように導入して、半導体基板1の冷却効率を上げる方法
により行った場合、前述のように冷却用媒体ガスがパー
ティクルを巻き上げてしまうという問題が発生する。
【0061】そこで、本実施形態では、冷却用媒体ガス
を処理室7内に導入することなく半導体基板1を冷却可
能な冷却方法を用いることによって、冷却用媒体ガスに
よる巻き上げによってパーティクルが発生することを防
止しようとするものである。
を処理室7内に導入することなく半導体基板1を冷却可
能な冷却方法を用いることによって、冷却用媒体ガスに
よる巻き上げによってパーティクルが発生することを防
止しようとするものである。
【0062】本実施形態で用いる冷却方法は、原理的に
は、パーティクルを巻き上げないものであればどのよう
な方法でもよいが、その具体例としては、半導体基板1
が載置されるステージ5の材料として、高い熱伝導率を
有する材料を用い、図2に示すように、ステージ5内
の、少なくとも半導体基板1の直下の領域を通る冷却用
媒体通路12を設け、これに冷却水などの冷却用媒体を
流す方法がある。このようにすることで、半導体基板1
の熱が、冷却されたステージ5に伝達されるようにし
て、半導体基板1を速やかに冷却することができる。そ
してこの際、処理室7内に冷却用媒体ガスを導入するこ
とがないので、処理室7内でのパーティクルの発生を低
減できる。
は、パーティクルを巻き上げないものであればどのよう
な方法でもよいが、その具体例としては、半導体基板1
が載置されるステージ5の材料として、高い熱伝導率を
有する材料を用い、図2に示すように、ステージ5内
の、少なくとも半導体基板1の直下の領域を通る冷却用
媒体通路12を設け、これに冷却水などの冷却用媒体を
流す方法がある。このようにすることで、半導体基板1
の熱が、冷却されたステージ5に伝達されるようにし
て、半導体基板1を速やかに冷却することができる。そ
してこの際、処理室7内に冷却用媒体ガスを導入するこ
とがないので、処理室7内でのパーティクルの発生を低
減できる。
【0063】このように、熱を半導体基板1からステー
ジ5に逃がすようにして半導体基板1を冷却する場合、
熱が効率的に伝わるようにして冷却性を向上させるため
に、半導体基板1とステージ5とが密着するようにする
ことが好ましい。図3は、このことを説明する、ステー
ジ5付近の側面図である。
ジ5に逃がすようにして半導体基板1を冷却する場合、
熱が効率的に伝わるようにして冷却性を向上させるため
に、半導体基板1とステージ5とが密着するようにする
ことが好ましい。図3は、このことを説明する、ステー
ジ5付近の側面図である。
【0064】図3(b)に示すように、通常、半導体基
板1bの下面はざらざらした状態であり多少の凹凸があ
る。このような凹凸がある場合、半導体基板1bとステ
ージ5との接触面積が小さくなり、接触によって直接的
に伝達される熱量が少なくなる。また、半導体基板1b
とステージ5との間に、凹凸のために間隙が生じている
部分では、間接的にしか熱が伝達されない。このため、
半導体基板1bからステージ5への熱伝導性が低く、処
理条件によっては半導体基板1b表面が徐々に高温にな
ってしまう惧れがある。そこで、図3(a)に示すよう
に、下面を鏡面状に研磨加工した半導体基板1aを用い
れば、ステージ5と半導体基板1aとの密着性を高めて
接触面積を大きくし、半導体基板1aからステージ5へ
の熱伝達性を向上させることができる。
板1bの下面はざらざらした状態であり多少の凹凸があ
る。このような凹凸がある場合、半導体基板1bとステ
ージ5との接触面積が小さくなり、接触によって直接的
に伝達される熱量が少なくなる。また、半導体基板1b
とステージ5との間に、凹凸のために間隙が生じている
部分では、間接的にしか熱が伝達されない。このため、
半導体基板1bからステージ5への熱伝導性が低く、処
理条件によっては半導体基板1b表面が徐々に高温にな
ってしまう惧れがある。そこで、図3(a)に示すよう
に、下面を鏡面状に研磨加工した半導体基板1aを用い
れば、ステージ5と半導体基板1aとの密着性を高めて
接触面積を大きくし、半導体基板1aからステージ5へ
の熱伝達性を向上させることができる。
【0065】また、半導体基板1とステージ5との間の
接触面積を大きくするために、ステージ5の、少なくと
も表面の材料として、例えばゴムのような変形可能な材
料を用いるようにしてもよい。すなわち、ステージ5に
このような材料を用いることで、半導体基板1をステー
ジ5上に載置した際に、ステージ5が半導体基板1の下
面の凹凸に沿うように変形するようにでき、接触面積を
高くして熱伝達性を向上させることができる。
接触面積を大きくするために、ステージ5の、少なくと
も表面の材料として、例えばゴムのような変形可能な材
料を用いるようにしてもよい。すなわち、ステージ5に
このような材料を用いることで、半導体基板1をステー
ジ5上に載置した際に、ステージ5が半導体基板1の下
面の凹凸に沿うように変形するようにでき、接触面積を
高くして熱伝達性を向上させることができる。
【0066】ステージ5の主材料としては、熱伝導率の
高い金属の他、ダイヤモンドなどの非金属を用いてもよ
い。このような絶縁性の材料からなるステージ5を用い
る場合、ステージ5を静電チャック電極として用いるこ
とができない。そこで、半導体基板1をステージ5上に
固定する他の手段が必要となる。
高い金属の他、ダイヤモンドなどの非金属を用いてもよ
い。このような絶縁性の材料からなるステージ5を用い
る場合、ステージ5を静電チャック電極として用いるこ
とができない。そこで、半導体基板1をステージ5上に
固定する他の手段が必要となる。
【0067】図4は、ステージ5上への半導体基板1の
固定方法として、吸着を用いた半導体製造装置の模式的
断面図である。この半導体製造装置には、半導体基板1
を載置した状態で、ステージ5上の、半導体基板1の直
下の位置に開口部を有する吸引通路13が設けられてい
る。吸引通路13は吸引ポンプに接続されており、吸引
通路13内の空気を吸引ポンプで吸引することにより、
半導体基板1をステージ5上に吸着して固定することが
できる。
固定方法として、吸着を用いた半導体製造装置の模式的
断面図である。この半導体製造装置には、半導体基板1
を載置した状態で、ステージ5上の、半導体基板1の直
下の位置に開口部を有する吸引通路13が設けられてい
る。吸引通路13は吸引ポンプに接続されており、吸引
通路13内の空気を吸引ポンプで吸引することにより、
半導体基板1をステージ5上に吸着して固定することが
できる。
【0068】本実施形態においてこのような吸着手段を
用いることは、半導体基板1をステージ5上に良好に密
着させることができるので好ましい。すなわち、吸着手
段を用いることにより、半導体基板1を比較的強い力で
引き寄せてステージ5上に密着させることができ、そう
することで半導体基板1からステージ5への熱伝達性を
向上させることができる。この際、前述のように下面を
鏡面状に研磨加工した半導体基板1を用いれば、半導体
基板1とステージ5との間隙からの気体の流入を抑える
ことができるので吸着力をより強くすることができ、相
乗的に熱伝達性を向上させることができる。
用いることは、半導体基板1をステージ5上に良好に密
着させることができるので好ましい。すなわち、吸着手
段を用いることにより、半導体基板1を比較的強い力で
引き寄せてステージ5上に密着させることができ、そう
することで半導体基板1からステージ5への熱伝達性を
向上させることができる。この際、前述のように下面を
鏡面状に研磨加工した半導体基板1を用いれば、半導体
基板1とステージ5との間隙からの気体の流入を抑える
ことができるので吸着力をより強くすることができ、相
乗的に熱伝達性を向上させることができる。
【0069】このような吸着手段に用いる吸引ポンプと
しては、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ、ドライ
ポンプなど、どのような真空ポンプであってもよいが、
吸引通路13内を、処理中における処理室1の内圧より
も充分に低い圧力にまで減圧する能力のあるものを用い
る。
しては、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ、ドライ
ポンプなど、どのような真空ポンプであってもよいが、
吸引通路13内を、処理中における処理室1の内圧より
も充分に低い圧力にまで減圧する能力のあるものを用い
る。
【0070】(第2の実施形態)図5に、本発明の第2
の実施形態の半導体製造装置の模式的断面図を示す。同
図において、第1の実施形態と同様の部分については同
一の符号を付し、説明を省略する。
の実施形態の半導体製造装置の模式的断面図を示す。同
図において、第1の実施形態と同様の部分については同
一の符号を付し、説明を省略する。
【0071】この半導体製造装置には、半導体基板1を
載置した状態で、ステージ5上の、半導体基板1の直下
となる領域の中央の領域内に複数の開口部を有する冷却
用媒体ガス通路14が設けられている。さらに、ステー
ジ5上の、冷却用媒体ガス通路14より外側の領域、か
つ半導体素子基板1直下の周辺の領域に開口部を有する
第1の排気通路15が設けられている。第1の排気通路
15には排気ポンプが接続されている。
載置した状態で、ステージ5上の、半導体基板1の直下
となる領域の中央の領域内に複数の開口部を有する冷却
用媒体ガス通路14が設けられている。さらに、ステー
ジ5上の、冷却用媒体ガス通路14より外側の領域、か
つ半導体素子基板1直下の周辺の領域に開口部を有する
第1の排気通路15が設けられている。第1の排気通路
15には排気ポンプが接続されている。
【0072】本実施形態は、半導体基板1の冷却方法と
しては、ヘリウムなどの冷却用媒体ガスを半導体基板1
の下面に吹き付ける方法を用いるが、冷却用媒体ガスが
半導体基板1の周辺部から処理室5内に放出されないよ
うにしようとするものである。すなわち、本実施形態の
半導体製造装置では、半導体基板1直下の中央の領域内
に開口した冷却用媒体ガス通路14から導入された冷却
用媒体ガスは、半導体基板1の下面に吹き付けられた
後、半導体基板1の周辺に向って流れるが、半導体基板
1周辺から処理室7内に放出される前に、半導体基板1
直下の周辺の領域に開口している第1の排気通路15内
に導かれて排気される。
しては、ヘリウムなどの冷却用媒体ガスを半導体基板1
の下面に吹き付ける方法を用いるが、冷却用媒体ガスが
半導体基板1の周辺部から処理室5内に放出されないよ
うにしようとするものである。すなわち、本実施形態の
半導体製造装置では、半導体基板1直下の中央の領域内
に開口した冷却用媒体ガス通路14から導入された冷却
用媒体ガスは、半導体基板1の下面に吹き付けられた
後、半導体基板1の周辺に向って流れるが、半導体基板
1周辺から処理室7内に放出される前に、半導体基板1
直下の周辺の領域に開口している第1の排気通路15内
に導かれて排気される。
【0073】本実施形態では、このように、冷却用媒体
ガスが処理室7内に放出されることを抑制できるので、
処理室7内へのパーティクルの発生を低減することがで
きる。
ガスが処理室7内に放出されることを抑制できるので、
処理室7内へのパーティクルの発生を低減することがで
きる。
【0074】本実施形態において、冷却用媒体ガスの排
気に用いる排気ポンプは、ターボ分子ポンプやロータリ
ーポンプ、ドライポンプなど、どのような真空ポンプで
あってもよいが、処理中の処理室7の内圧よりも充分に
低い圧力に減圧する能力のあるものを用いる。
気に用いる排気ポンプは、ターボ分子ポンプやロータリ
ーポンプ、ドライポンプなど、どのような真空ポンプで
あってもよいが、処理中の処理室7の内圧よりも充分に
低い圧力に減圧する能力のあるものを用いる。
【0075】次に、図6に本実施系形態の変形例の半導
体製造装置の模式的断面図を示す。この半導体製造装置
では、第1の排気通路15aが、半導体基板1を載置し
た状態で、ステージ5上の、半導体基板1の直下となる
領域の中央位置に開口部を有している。冷却用媒体ガス
通路14aは、ステージ5上の、第1の排気通路15a
の開口部の周辺の領域に複数の開口部を有している。こ
のような構成とすることで、半導体基板1の周辺部付近
の領域にも冷却用媒体ガスを吹き付けて冷却するように
できる。
体製造装置の模式的断面図を示す。この半導体製造装置
では、第1の排気通路15aが、半導体基板1を載置し
た状態で、ステージ5上の、半導体基板1の直下となる
領域の中央位置に開口部を有している。冷却用媒体ガス
通路14aは、ステージ5上の、第1の排気通路15a
の開口部の周辺の領域に複数の開口部を有している。こ
のような構成とすることで、半導体基板1の周辺部付近
の領域にも冷却用媒体ガスを吹き付けて冷却するように
できる。
【0076】このような構成であっても、充分な排気能
力を有する排気ポンプを用いることで、冷却用媒体ガス
が半導体基板1の周辺から処理室7内にほとんど放出さ
れないようにすることができる。また、半導体基板1の
周辺から多少の冷却用媒体ガスが放出されたとしても、
放出流量を低減することで、処理室7内のパーティクル
の発生を抑制する効果を得ることができる。
力を有する排気ポンプを用いることで、冷却用媒体ガス
が半導体基板1の周辺から処理室7内にほとんど放出さ
れないようにすることができる。また、半導体基板1の
周辺から多少の冷却用媒体ガスが放出されたとしても、
放出流量を低減することで、処理室7内のパーティクル
の発生を抑制する効果を得ることができる。
【0077】(第3の実施形態)図7に、本発明の第3
の実施形態の半導体製造装置の模式的断面図を示す。同
図において、第1、第2の実施形態と同様の部分につい
ては同一の符号を付し、説明を省略する。
の実施形態の半導体製造装置の模式的断面図を示す。同
図において、第1、第2の実施形態と同様の部分につい
ては同一の符号を付し、説明を省略する。
【0078】本実施形態の半導体製造装置には、ステー
ジ5の上面の周辺部、かつステージ5上に半導体基板1
が載置された状態で半導体基板1の外側の位置に開口部
を有する第2の排気通路16が設けられている。
ジ5の上面の周辺部、かつステージ5上に半導体基板1
が載置された状態で半導体基板1の外側の位置に開口部
を有する第2の排気通路16が設けられている。
【0079】このような構成とした場合、半導体基板1
の下面に吹き付けられ、半導体基板1の周辺部から処理
室1内に放出された冷却用媒体ガスは、第2の排気通路
16の開口部に向って引き寄せられ、上方に向かっては
ほとんど流れない。このため、冷却用媒体ガスによって
処理室1内に発生したパーティクルが半導体基板1の上
方に流されることを抑制でき、半導体基板1上にパーテ
ィクルが飛来して付着することを抑制できる。
の下面に吹き付けられ、半導体基板1の周辺部から処理
室1内に放出された冷却用媒体ガスは、第2の排気通路
16の開口部に向って引き寄せられ、上方に向かっては
ほとんど流れない。このため、冷却用媒体ガスによって
処理室1内に発生したパーティクルが半導体基板1の上
方に流されることを抑制でき、半導体基板1上にパーテ
ィクルが飛来して付着することを抑制できる。
【0080】なお、本実施形態は、第2の実施形態と組
み合わせて実施してもよく、そうすることで、パーティ
クルの半導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得るこ
とができる。
み合わせて実施してもよく、そうすることで、パーティ
クルの半導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得るこ
とができる。
【0081】(第4の実施形態)図8に、本発明の第4
の実施形態の半導体製造装置の模式的断面図を示す。同
図において、第1〜3の実施形態と同様の部分について
は同一の符号を付し、説明を省略する。
の実施形態の半導体製造装置の模式的断面図を示す。同
図において、第1〜3の実施形態と同様の部分について
は同一の符号を付し、説明を省略する。
【0082】本実施形態の半導体製造装置では、ステー
ジ5aが、載置される半導体基板1よりも狭い上面を有
している。すなわち、半導体基板1を載置した状態で、
ステージ5aは半導体基板1下面の中央の領域にのみ接
触し、半導体基板1の周辺部がステージ5aからはみ出
す。
ジ5aが、載置される半導体基板1よりも狭い上面を有
している。すなわち、半導体基板1を載置した状態で、
ステージ5aは半導体基板1下面の中央の領域にのみ接
触し、半導体基板1の周辺部がステージ5aからはみ出
す。
【0083】このような構成とした場合、半導体基板1
の下面に吹き付けられた冷却用媒体ガスは、ステージ5
aの周辺部から処理室7内に放出されるが、放出された
冷却用媒体ガスは、半導体基板1のステージ5aからは
み出した部分にぶつかるため、半導体基板1の上方に向
ってはほとんど流れない。このため、冷却用媒体ガスの
流れにより処理室7内にパーティクルが発生したとして
も、パーティクルが半導体基板1の上方には流されない
ようにでき、半導体基板1上にパーティクルが飛来して
付着することを抑制できる。
の下面に吹き付けられた冷却用媒体ガスは、ステージ5
aの周辺部から処理室7内に放出されるが、放出された
冷却用媒体ガスは、半導体基板1のステージ5aからは
み出した部分にぶつかるため、半導体基板1の上方に向
ってはほとんど流れない。このため、冷却用媒体ガスの
流れにより処理室7内にパーティクルが発生したとして
も、パーティクルが半導体基板1の上方には流されない
ようにでき、半導体基板1上にパーティクルが飛来して
付着することを抑制できる。
【0084】(第5の実施形態)本実施形態は、半導体
基板の下面に吹き付けて半導体基板の冷却に用いる冷却
用媒体ガスの導入方法を適宜規定することにより、半導
体基板の処理が行われる処理室内にパーティクルが生じ
ることを抑制しようとするものである。
基板の下面に吹き付けて半導体基板の冷却に用いる冷却
用媒体ガスの導入方法を適宜規定することにより、半導
体基板の処理が行われる処理室内にパーティクルが生じ
ることを抑制しようとするものである。
【0085】図9に、半導体製造装置において一般的に
用いられている圧力制御を行って冷却用媒体ガスを導入
した場合の冷却用媒体ガス流量の時間変化を、図10
に、本実施系形態の方法により冷却用媒体ガスを導入し
た場合の冷却用媒体ガス流量の時間変化を示す。
用いられている圧力制御を行って冷却用媒体ガスを導入
した場合の冷却用媒体ガス流量の時間変化を、図10
に、本実施系形態の方法により冷却用媒体ガスを導入し
た場合の冷却用媒体ガス流量の時間変化を示す。
【0086】前述したように、従来、冷却用媒体ガス
は、その冷却性を一定に保つために圧力制御を行って導
入されている。単純な圧力制御を行って冷却用媒体ガス
を導入する場合、導入開始直後には圧力が低くなってい
るため、設定された圧力に到達するまでの間に、圧力調
節弁などの圧力調整機構が、設定圧力と測定圧力との偏
差を縮めるように冷却用媒体ガスを多量に流す方向に大
きく操作される。そこで、圧力制御のパラメータを調整
して、圧力の時間変化が滑らかに設定圧力に近づくよう
にしたとしても、冷却用媒体ガス流量の変化には、図9
に示すように大きなピークが生じやすい。このように、
冷却用媒体ガスが多量に導入されると、その流れによっ
て半導体基板の下面やステージ上に付着した堆積膜また
は滞留した異物に比較的大きな力が加わり、処理室内に
比較的多量のパーティクルが巻き上げられてしまう。ま
た、流量が多いため、パーティクルが比較的大きく巻き
上げられ、半導体基板の上方にまで到達して半導体基板
上に飛来しやすくなると考えられる。
は、その冷却性を一定に保つために圧力制御を行って導
入されている。単純な圧力制御を行って冷却用媒体ガス
を導入する場合、導入開始直後には圧力が低くなってい
るため、設定された圧力に到達するまでの間に、圧力調
節弁などの圧力調整機構が、設定圧力と測定圧力との偏
差を縮めるように冷却用媒体ガスを多量に流す方向に大
きく操作される。そこで、圧力制御のパラメータを調整
して、圧力の時間変化が滑らかに設定圧力に近づくよう
にしたとしても、冷却用媒体ガス流量の変化には、図9
に示すように大きなピークが生じやすい。このように、
冷却用媒体ガスが多量に導入されると、その流れによっ
て半導体基板の下面やステージ上に付着した堆積膜また
は滞留した異物に比較的大きな力が加わり、処理室内に
比較的多量のパーティクルが巻き上げられてしまう。ま
た、流量が多いため、パーティクルが比較的大きく巻き
上げられ、半導体基板の上方にまで到達して半導体基板
上に飛来しやすくなると考えられる。
【0087】このような冷却用媒体ガス流量のピーク
は、冷却用媒体ガスの導入開始直後の他、前述したよう
に、半導体基板の処理条件が変化する時にも生じる場合
があり、本発明者は、前述したように、実際にこのよう
なピークが生じた際に比較的多量のパーティクルが処理
室内に生じることを観測している。
は、冷却用媒体ガスの導入開始直後の他、前述したよう
に、半導体基板の処理条件が変化する時にも生じる場合
があり、本発明者は、前述したように、実際にこのよう
なピークが生じた際に比較的多量のパーティクルが処理
室内に生じることを観測している。
【0088】そこで、本実施形態では、冷却用媒体ガス
を、流量制御を行って導入している。このようにするこ
とで、図10に示すように、冷却用媒体ガスの導入開始
時にも、冷却用媒体ガスの流量が滑らかに増加して設定
流量に達するようにでき、圧力制御を行った場合のよう
な流量のピークは生じない。このため、冷却用媒体ガス
の流れによる処理室内へのパーティクルの発生を低減で
きる。また、処理室内にパーティクルが発生したとして
も、大きく巻き上げることはないので、パーティクルが
半導体基板上に飛来することを抑制できる。
を、流量制御を行って導入している。このようにするこ
とで、図10に示すように、冷却用媒体ガスの導入開始
時にも、冷却用媒体ガスの流量が滑らかに増加して設定
流量に達するようにでき、圧力制御を行った場合のよう
な流量のピークは生じない。このため、冷却用媒体ガス
の流れによる処理室内へのパーティクルの発生を低減で
きる。また、処理室内にパーティクルが発生したとして
も、大きく巻き上げることはないので、パーティクルが
半導体基板上に飛来することを抑制できる。
【0089】なお、このように冷却用媒体ガスを流量制
御を行って導入しても、充分な冷却性を確保することが
できる。すなわち、定常状態での冷却用媒体ガスの圧力
と流量とには相関があるため、この相関に応じて、冷却
用媒体ガスの圧力が、所望の冷却性を得られる所定の圧
力となるように流量を設定することで、圧力制御を行っ
た場合と実質的に同等の冷却性を得ることができる。
御を行って導入しても、充分な冷却性を確保することが
できる。すなわち、定常状態での冷却用媒体ガスの圧力
と流量とには相関があるため、この相関に応じて、冷却
用媒体ガスの圧力が、所望の冷却性を得られる所定の圧
力となるように流量を設定することで、圧力制御を行っ
た場合と実質的に同等の冷却性を得ることができる。
【0090】また、圧力制御と流量制御を組み合わせて
冷却用媒体ガスの流量に大きなピークが生じないように
することも可能である。また、本実施形態は、第2〜4
の実施形態と組み合わせて実施してもよく、そのように
することで、パーティクルの処理室内への発生および発
生したパーティクルの半導体基板への付着の抑制効果を
相乗的に得ることができる。
冷却用媒体ガスの流量に大きなピークが生じないように
することも可能である。また、本実施形態は、第2〜4
の実施形態と組み合わせて実施してもよく、そのように
することで、パーティクルの処理室内への発生および発
生したパーティクルの半導体基板への付着の抑制効果を
相乗的に得ることができる。
【0091】(第6の実施形態)図11は、プラズマを
用いた一般的な半導体製造装置内の、プラズマ生成中の
垂直方向の概略的な静電ポテンシャル分布を示してい
る。このように、プラズマを用いた半導体製造装置内の
プラズマ発生中の静電ポテンシャルは、接地されている
加工用上部電極2付近ではほぼ0(接地)電位になって
おり、高周波電圧が印加される加工用下部電極3付近で
は負電位になっており、加工用上部電極2と加工用下部
電極3との間のプラズマが生成される領域付近では正電
位になっている。典型的な半導体製造装置において、加
工用下部電極3付近の負電位の最大値VDCは−200〜
−300V程度であり、プラズマ生成領域の正電位の最
大値V Pは20〜50V程度である。
用いた一般的な半導体製造装置内の、プラズマ生成中の
垂直方向の概略的な静電ポテンシャル分布を示してい
る。このように、プラズマを用いた半導体製造装置内の
プラズマ発生中の静電ポテンシャルは、接地されている
加工用上部電極2付近ではほぼ0(接地)電位になって
おり、高周波電圧が印加される加工用下部電極3付近で
は負電位になっており、加工用上部電極2と加工用下部
電極3との間のプラズマが生成される領域付近では正電
位になっている。典型的な半導体製造装置において、加
工用下部電極3付近の負電位の最大値VDCは−200〜
−300V程度であり、プラズマ生成領域の正電位の最
大値V Pは20〜50V程度である。
【0092】プラズマ発生中の半導体製造装置内の静電
ポテンシャルがこのようになっているため、前述のよう
に、プラズマ発生中、電子や負イオンなどの負の電荷を
持つ粒子は、ポテンシャルが正のバルクプラズマ中にト
ラップされ、正イオンなどの正の電荷を持つ粒子は、加
工用下部電極3付近、特に半導体基板1近傍の領域を含
むカソードシース内に集まっている。したがって、プラ
ズマ発生中に冷却用媒体ガスによって巻き上げられるパ
ーティクルは、前述したように、半導体基板1近傍のカ
ソードシース内で、そこに豊富に存在している正電位の
粒子によって正に帯電される。
ポテンシャルがこのようになっているため、前述のよう
に、プラズマ発生中、電子や負イオンなどの負の電荷を
持つ粒子は、ポテンシャルが正のバルクプラズマ中にト
ラップされ、正イオンなどの正の電荷を持つ粒子は、加
工用下部電極3付近、特に半導体基板1近傍の領域を含
むカソードシース内に集まっている。したがって、プラ
ズマ発生中に冷却用媒体ガスによって巻き上げられるパ
ーティクルは、前述したように、半導体基板1近傍のカ
ソードシース内で、そこに豊富に存在している正電位の
粒子によって正に帯電される。
【0093】そこで、半導体基板1の近傍に負のバイア
ス電位を印加した除去用電極を設けることにより、正に
帯電されたパーティクルを静電気力により引き寄せ除去
することができる。この際、前述したように半導体基板
1の表面には負のセルフバイアス電位が生じるため、印
加する負のバイアス電位は、セルフバイアス電位と同
等、もしくはそれより大きい電位とすることが好まし
い。
ス電位を印加した除去用電極を設けることにより、正に
帯電されたパーティクルを静電気力により引き寄せ除去
することができる。この際、前述したように半導体基板
1の表面には負のセルフバイアス電位が生じるため、印
加する負のバイアス電位は、セルフバイアス電位と同
等、もしくはそれより大きい電位とすることが好まし
い。
【0094】また、冷却用媒体ガスによる巻き上げの力
が非常に大きいときには、パーティクルは、バルクプラ
ズマ中へと巻き上げられてしまう。このようにバルクプ
ラズマ中に巻き上げられたパーティクルは、前述したよ
うに、この領域内に非常に多く存在している負電位の粒
子によって負に帯電される。そして、負に帯電されたパ
ーティクルは、半導体製造装置内に生じる前述のような
静電ポテンシャルによって、加工用下部電極1と加工用
上部電極2との間にトラップされる。このようにトラッ
プされたパーティクルは、半導体基板1の処理中は落下
してこないと考えられるが、処理条件の変化時に静電ポ
テンシャルが変化したり、または処理終了時に静電ポテ
ンシャルが消失することにより力のバランスが崩れて下
方へ落下してくる。
が非常に大きいときには、パーティクルは、バルクプラ
ズマ中へと巻き上げられてしまう。このようにバルクプ
ラズマ中に巻き上げられたパーティクルは、前述したよ
うに、この領域内に非常に多く存在している負電位の粒
子によって負に帯電される。そして、負に帯電されたパ
ーティクルは、半導体製造装置内に生じる前述のような
静電ポテンシャルによって、加工用下部電極1と加工用
上部電極2との間にトラップされる。このようにトラッ
プされたパーティクルは、半導体基板1の処理中は落下
してこないと考えられるが、処理条件の変化時に静電ポ
テンシャルが変化したり、または処理終了時に静電ポテ
ンシャルが消失することにより力のバランスが崩れて下
方へ落下してくる。
【0095】そこで、半導体基板1の近傍に正のバイア
ス電位を印加した除去用電極を設けることにより、負に
帯電されたパーティクルを静電気力により引き寄せて除
去することができる。
ス電位を印加した除去用電極を設けることにより、負に
帯電されたパーティクルを静電気力により引き寄せて除
去することができる。
【0096】以上のように、本実施形態では、半導体基
板1の近傍に負または正のバイアス電位を印加した除去
用電極を設けることにより、正電位または負電位に帯電
されるパーティクルを静電気力によって除去用電極に引
き寄せて除去することができる。また、正のバイアス電
位を印加した第1の除去用電極と、負のバイアス電位を
印加した第2の除去用電極との両方を設けてもよい。
板1の近傍に負または正のバイアス電位を印加した除去
用電極を設けることにより、正電位または負電位に帯電
されるパーティクルを静電気力によって除去用電極に引
き寄せて除去することができる。また、正のバイアス電
位を印加した第1の除去用電極と、負のバイアス電位を
印加した第2の除去用電極との両方を設けてもよい。
【0097】なお、本実施形態は、第2〜5の実施形態
と組み合わせて実施してもよく、このようにすること
で、発生したパーティクルの半導体基板への付着の抑制
効果を相乗的に得ることができる。
と組み合わせて実施してもよく、このようにすること
で、発生したパーティクルの半導体基板への付着の抑制
効果を相乗的に得ることができる。
【0098】(第7の実施形態)冷却用媒体ガスの流れ
による処理室内へのパーティクルの発生の大部分は、ス
テージ上に付着した堆積膜や、ステージ上に落下して滞
留している異物が、冷却用媒体ガスの流れによって巻き
上げられることによって生じる。すなわち、図12
(a)に示す従来の手順のように半導体基板処理を行っ
た場合には、ステージ上が汚れた状態で半導体基板を投
入してしまうことになり、その汚れがパーティクルとな
ってしまう。
による処理室内へのパーティクルの発生の大部分は、ス
テージ上に付着した堆積膜や、ステージ上に落下して滞
留している異物が、冷却用媒体ガスの流れによって巻き
上げられることによって生じる。すなわち、図12
(a)に示す従来の手順のように半導体基板処理を行っ
た場合には、ステージ上が汚れた状態で半導体基板を投
入してしまうことになり、その汚れがパーティクルとな
ってしまう。
【0099】そこで、図12(a)に示す従来の半導体
基板処理手順に対して、図12(b)に示すように、処
理室内に半導体基板を投入する前にステージをクリーニ
ングする工程を加えることによって、処理室内へのパー
ティクルの発生を低減することができる。
基板処理手順に対して、図12(b)に示すように、処
理室内に半導体基板を投入する前にステージをクリーニ
ングする工程を加えることによって、処理室内へのパー
ティクルの発生を低減することができる。
【0100】ステージのクリーニングは、例えば、エッ
チングのレシピなどを流して行えばよく、このようにす
ることでステージ上に付着した堆積膜および滞留した異
物を取り除いてやることができる。この際のクリーニン
グの方法については、通常のドライエッチングやウェッ
トエッチング、ジェットスクラブなど、どのような方法
でもかまわないが、新たなパーティクルを導入する可能
性のある方法でクリーニングを行うことは好ましくな
い。
チングのレシピなどを流して行えばよく、このようにす
ることでステージ上に付着した堆積膜および滞留した異
物を取り除いてやることができる。この際のクリーニン
グの方法については、通常のドライエッチングやウェッ
トエッチング、ジェットスクラブなど、どのような方法
でもかまわないが、新たなパーティクルを導入する可能
性のある方法でクリーニングを行うことは好ましくな
い。
【0101】また、本実施形態は、第2〜6の実施形態
と組み合わせて実施してもよく、そうすることで、パー
ティクルの処理室内への発生および発生したパーティク
ルの半導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ること
ができる。
と組み合わせて実施してもよく、そうすることで、パー
ティクルの処理室内への発生および発生したパーティク
ルの半導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ること
ができる。
【0102】(第8の実施形態)冷却用媒体ガスの流れ
による処理室内へのパーティクルの発生は、半導体基板
の下面に付着しているパーティクルが冷却用媒体ガスの
流れによって巻き上げられることによっても生じる。す
なわち、図13(a)に示す従来の手順のように半導体
基板処理を行った場合には、下面が汚れた状態の半導体
基板を投入してしまうことになり、その汚れがパーティ
クルとなってしまう。
による処理室内へのパーティクルの発生は、半導体基板
の下面に付着しているパーティクルが冷却用媒体ガスの
流れによって巻き上げられることによっても生じる。す
なわち、図13(a)に示す従来の手順のように半導体
基板処理を行った場合には、下面が汚れた状態の半導体
基板を投入してしまうことになり、その汚れがパーティ
クルとなってしまう。
【0103】そこで、図13(a)に示す従来の半導体
基板処理手順に対して、図13(b)に示すように、処
理室内に半導体基板を投入する前に半導体基板の下面を
クリーニングする工程を加えることによって、処理室内
へのパーティクルの発生を低減することができる。
基板処理手順に対して、図13(b)に示すように、処
理室内に半導体基板を投入する前に半導体基板の下面を
クリーニングする工程を加えることによって、処理室内
へのパーティクルの発生を低減することができる。
【0104】半導体基板の下面のクリーニングは、例え
ば、ジェットスクラブなどの洗浄方法によって行えばよ
く、このようにすることで半導体基板の下面に付着して
いる異物を除去してやることができる。この際のクリー
ニングの方法については、ジェットスクラブなど、どの
ような方法でもかまわないが、新たなパーティクルを導
入する可能性のある方法でクリーニングを行うことは好
ましくない。
ば、ジェットスクラブなどの洗浄方法によって行えばよ
く、このようにすることで半導体基板の下面に付着して
いる異物を除去してやることができる。この際のクリー
ニングの方法については、ジェットスクラブなど、どの
ような方法でもかまわないが、新たなパーティクルを導
入する可能性のある方法でクリーニングを行うことは好
ましくない。
【0105】また、本実施形態は、第2〜7の実施形態
と組み合わせて実施してもよく、そうすることで、パー
ティクルの処理室内への発生および発生したパーティク
ルの半導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ること
ができる。
と組み合わせて実施してもよく、そうすることで、パー
ティクルの処理室内への発生および発生したパーティク
ルの半導体基板への付着の抑制効果を相乗的に得ること
ができる。
【0106】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体基板を処理中に冷却する必要がある半導体製造装
置において、ステージを冷却媒体などを用いて冷却して
半導体基板を間接的に冷却するようにすることで、処理
室内に冷却用媒体ガスを放出することがないので、冷却
用媒体ガスによるパーティクルの巻き上げを無くして、
処理室内へのパーティクルの発生を低減できる。この
際、ステージを熱伝導率が高い材料から形成すること
で、充分な冷却性を得ることが可能である。
半導体基板を処理中に冷却する必要がある半導体製造装
置において、ステージを冷却媒体などを用いて冷却して
半導体基板を間接的に冷却するようにすることで、処理
室内に冷却用媒体ガスを放出することがないので、冷却
用媒体ガスによるパーティクルの巻き上げを無くして、
処理室内へのパーティクルの発生を低減できる。この
際、ステージを熱伝導率が高い材料から形成すること
で、充分な冷却性を得ることが可能である。
【0107】また、半導体基板を、冷却媒体ガスを吹き
付けて冷却する半導体製造装置において、冷却用媒体ガ
スの排出口を設けたり、ステージの大きさを半導体基板
より小さくしたり、冷却用媒体ガスの導入方法を工夫し
たり、帯電されるパーティクルを静電気力により引き寄
せて除去する除去用電極を設けたり、ステージ上や半導
体基板の下面をクリーニングする工程を設けたりするこ
とで、処理室内へのパーティクルの発生および発生した
パーティクルの半導体基板への付着を抑制することがで
きる。
付けて冷却する半導体製造装置において、冷却用媒体ガ
スの排出口を設けたり、ステージの大きさを半導体基板
より小さくしたり、冷却用媒体ガスの導入方法を工夫し
たり、帯電されるパーティクルを静電気力により引き寄
せて除去する除去用電極を設けたり、ステージ上や半導
体基板の下面をクリーニングする工程を設けたりするこ
とで、処理室内へのパーティクルの発生および発生した
パーティクルの半導体基板への付着を抑制することがで
きる。
【図1】本発明の第1の実施系形態の実施形態の基本的
な構想を示す、半導体製造装置の模式的断面図である。
な構想を示す、半導体製造装置の模式的断面図である。
【図2】本発明の第1の実施系形態の構想の具体策を示
す、半導体製造装置の模式的断面図である。
す、半導体製造装置の模式的断面図である。
【図3】本発明の第1の実施系形態の構想の他の具体策
を示す、半導体製造装置のステージ部分の側面図であ
る。
を示す、半導体製造装置のステージ部分の側面図であ
る。
【図4】本発明の第1の実施系形態の構想のさらに他の
具体策を示す、半導体製造装置の模式的断面図である。
具体策を示す、半導体製造装置の模式的断面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態の半導体製造装置の模
式的断面図である。
式的断面図である。
【図6】図5の半導体製造装置の変形例の模式的断面図
である。
である。
【図7】本発明の第3の実施形態の半導体製造装置の模
式的断面図である。
式的断面図である。
【図8】本発明の第4の実施形態の半導体製造装置の模
式的断面図である。
式的断面図である。
【図9】本発明の第5の実施形態の導入方法と対比され
る従来の導入方法により冷却用媒体ガスを導入した時
の、冷却用媒体ガス流量の時間変化を示すグラフであ
る。
る従来の導入方法により冷却用媒体ガスを導入した時
の、冷却用媒体ガス流量の時間変化を示すグラフであ
る。
【図10】本発明の第5の実施形態の導入方法により冷
却用媒体ガスを導入した時の、冷却用媒体ガス流量の時
間変化を示すグラフである。
却用媒体ガスを導入した時の、冷却用媒体ガス流量の時
間変化を示すグラフである。
【図11】プラズマを用いた一般的な半導体製造装置内
の、プラズマ生成中の垂直方向の概略的な静電ポテンシ
ャル分布を示す模式図である。
の、プラズマ生成中の垂直方向の概略的な静電ポテンシ
ャル分布を示す模式図である。
【図12】本発明の第7の実施形態の半導体製造方法の
処理手順を示すフローチャートである。
処理手順を示すフローチャートである。
【図13】本発明の第8の実施形態の半導体製造方法の
処理手順を示すフローチャートである。
処理手順を示すフローチャートである。
【図14】本発明の実施形態において、半導体製造装置
内のパーティクルの観測に用いたパーティクルモニタリ
ングシステムの模式的構成図である。
内のパーティクルの観測に用いたパーティクルモニタリ
ングシステムの模式的構成図である。
【図15】図14のパーティクルモニタリングシステム
によって観測した、プロセスチャンバ内で半導体基板の
所定の処理を行った際にプロセスチャンバ内に発生した
パーティクルの個数、および各プロセス信号の時間変化
を示すグラフである。
によって観測した、プロセスチャンバ内で半導体基板の
所定の処理を行った際にプロセスチャンバ内に発生した
パーティクルの個数、および各プロセス信号の時間変化
を示すグラフである。
【図16】半導体基板周辺部から吹き出すパーティクル
を捉えた画像である。
を捉えた画像である。
【図17】半導体基板上に飛来するパーティクルを捉え
た画像である。
た画像である。
【図18】従来の半導体製造装置の模式的断面図であ
る。
る。
1,1a,1b,101 半導体基板 2,102 加工用上部電極 3,103 加工用下部電極 5,5a,105 ステージ 6,106 シャワーヘッド 7,107 処理室(チャンバー) 8,108 絶縁体 9,109 ゲートバルブ 10,110 導入口 11,111 排気口 12 冷却用媒体通路 13 吸引通路 14,14a,112 冷却用媒体ガス通路 15,15a 第1の排気通路 16 第2の排気通路 21 コンピュータ 22 半導体製造装置制御盤 23 信号処理装置 24 CCDカメラ 25 レーザー光源 26 光学系 27 プロセスチャンバ 28 トランスファチャンバ 104 高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上杉 文彦 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 4K030 CA04 FA03 GA02 KA26 KA45 LA15 5F004 AA14 AA15 AA16 BA05 BB13 BB20 BB22 BB29 CA04 CA09 5F031 CA02 HA02 HA16 HA18 HA35 HA38 HA39 MA28 MA29 MA32 NA04 NA05 PA26 5F045 AA08 BB15 EB05 EE04 EF05 EF20 EH06 EH14 EH20 EJ03 EJ05 EJ10 EM02 EM04 EM05 EM09
Claims (20)
- 【請求項1】 内部を清浄な状態に保つように実質的に
密封可能な処理室と、該処理室内に配置されており、処
理対象となる半導体基板が載置されるステージとを有
し、前記ステージ上の前記半導体基板に所定の処理を行
っている時に該半導体基板を冷却する半導体製造装置で
あって、 前記ステージが、熱伝導率が高い材料から構成されてお
り、前記ステージを冷却する冷却用媒体を前記処理室外
のみで流通させる冷却用媒体通路を有する半導体製造装
置。 - 【請求項2】 前記ステージがダイヤモンドから構成さ
れている、請求項1に記載の半導体製造装置。 - 【請求項3】 前記半導体基板を載置した状態で前記半
導体基板の直下となる前記ステージ上の領域内に開口部
を有する吸引通路と、 該吸引通路に接続されている、処理中の前記処理室内の
内圧よりも低い圧力にまで前記吸引通路内を減圧するこ
とが可能な吸引ポンプとを有する、請求項1または2に
記載の半導体製造装置。 - 【請求項4】 内部を清浄な状態に保つように実質的に
密封可能な処理室と、該処理室内に配置されており、処
理対象となる半導体基板が載置されるステージと、前記
半導体基板を載置した状態で前記半導体基板の直下とな
る前記ステージ上の領域内に開口部を有する、冷却用媒
体ガスが導入される冷却用媒体ガス通路とを有する半導
体製造装置であって、 前記半導体基板を載置した状態で前記半導体基板の直下
となる前記ステージ上の領域内に開口部を有する、排気
ポンプに接続された第1の排気通路を有する半導体製造
装置。 - 【請求項5】 前記第1の排気通路の開口部が、前記半
導体基板の直下となる前記ステージ上の領域の周辺の領
域に開口しており、前記冷却用媒体ガス通路の開口部
が、前記第1の排気通路の前記開口部が開口された周辺
領域に囲まれた中央の領域に開口している、請求項4に
記載の半導体製造装置。 - 【請求項6】 内部を清浄な状態に保つように実質的に
密封可能な処理室と、該処理室内に配置されており、処
理対象となる半導体基板が載置されるステージと、前記
半導体基板を載置した状態で前記半導体基板の直下とな
る前記ステージ上の領域内に開口部を有する、冷却用媒
体ガスが導入される冷却用媒体ガス通路とを有する半導
体製造装置であって、 前記半導体基板を載置した状態で前記半導体基板の直下
となる前記ステージ上の領域の周囲の領域に開口部を有
する、排気ポンプに接続された第2の排気通路を有する
半導体製造装置。 - 【請求項7】 前記半導体基板を載置した状態で前記半
導体基板の直下となる前記ステージ上の領域の周囲の領
域内に開口部を有する、排気ポンプに接続された第2の
排気通路を有する請求項4または5に記載の半導体製造
装置。 - 【請求項8】 内部を清浄な状態に保つように実質的に
密封可能な処理室と、該処理室内に配置されており、処
理対象となる半導体基板が載置されるステージと、前記
半導体基板を載置した状態で前記半導体基板の直下とな
る前記ステージ上の領域内に開口部を有する、冷却用媒
体ガスが導入される冷却用媒体ガス通路とを有する半導
体製造装置であって、 前記ステージの上面が前記半導体基板より小さい半導体
製造装置。 - 【請求項9】 内部を清浄な状態に保つように実質的に
密封可能な処理室と、該処理室内に配置されており、処
理対象となる半導体基板が載置されるステージと、前記
半導体基板を載置した状態で前記半導体基板の直下とな
る前記ステージ上の領域内に開口部を有する、冷却用媒
体ガスが導入される冷却用媒体ガス通路とを有する半導
体製造装置であって、 前記冷却用媒体ガスを、その流量が所定の流量以上にな
らないように導入する導入制御手段を有する半導体製造
装置。 - 【請求項10】 前記冷却用媒体ガスを、その流量が所
定の流量以上にならないように導入する導入制御手段を
有する、請求項5〜8のいずれか1項に記載の半導体製
造装置。 - 【請求項11】 前記制御手段が流量制御を行う、請求
項9または10に記載の半導体製造装置。 - 【請求項12】 内部を清浄な状態に保つように実質的
に密封可能な処理室と、 前記処理室内に処理用ガスを導入する処理用ガス導入手
段と、 前記処理用ガスをプラズマ化する電力を供給する、前記
処理室内の下部に配置されている加工用下部電極、およ
び前記処理室内の上部に前記加工用下部電極に対向して
配置されている加工用上部電極と、 前記加工用下部電極上に配置されており、処理対象とな
る半導体基板が載置されるステージと、 前記半導体基板を載置した状態で前記半導体基板の直下
となる前記ステージ上の領域内に開口部を有する、冷却
用媒体ガスが導入される冷却用媒体ガス通路とを有する
半導体製造装置であって、 前記半導体基板を前記ステージ上に載置した状態で前記
半導体基板付近に位置する、直流電源に接続されている
除去用電極を有する半導体製造装置。 - 【請求項13】 前記半導体基板を前記ステージ上に
載置した状態で、前記半導体基板付近に位置する、直流
電源に接続されている除去用電極を有する、請求項4〜
11のいずれか1項に記載の半導体製造装置。 - 【請求項14】 前記除去用電極に負電圧が印加され
る、請求項12または13に記載の半導体製造装置。 - 【請求項15】 前記除去用電極に正電圧が印加され
る、請求項12または13に記載の半導体製造装置。 - 【請求項16】 負電圧が印加される第1の前記除去用
電極と、正電圧が印加される第2の前記除去用電極とを
有する、請求項12または13に記載の半導体製造装
置。 - 【請求項17】 請求項1〜16のいずれか1項に記載
の半導体製造装置を用いた半導体製造方法であって、 前記半導体基板を前記ステージ上に載置する前に、前記
半導体基板の下面を鏡面研磨加工する工程を有する半導
体製造方法。 - 【請求項18】 請求項1〜16のいずれか1項に記載
の半導体製造装置によって前記半導体基板に所望の処理
を行う工程を有する半導体製造方法であって、 前記半導体基板を前記ステージ上に載置する前に前記ス
テージ上をクリーニングする工程を有する半導体製造方
法。 - 【請求項19】 請求項1〜16のいずれか1項に記載
の半導体製造装置によって前記半導体基板に所望の処理
を行う工程を有する半導体製造方法であって、 前記半導体基板を前記ステージ上に載置する前に前記半
導体基板の下面をクリーニングする工程を有する半導体
製造方法。 - 【請求項20】 請求項1〜16のいずれか1項に記載
の半導体製造装置によって前記半導体基板に所望の処理
を行う工程を有する半導体製造方法であって、 前記半導体基板を前記ステージ上に載置する前に前記ス
テージ上および前記半導体基板の下面をクリーニングす
る工程を有する半導体製造方法。
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