JP2007149960A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ等の試料の搬送中における異常の発生を抑制し、長期間安定して稼動することのできるプラズマ処理技術を提供する。
【解決手段】載置された試料２０３を吸引して保持する試料載置台２０４および試料載置台２０４上にプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え真空処理室１０６と、バッファ室１０５内に配置され、ロードロック室に搬送された試料２０３をバッファ室１０５を介して試料載置台２０４に載置し、試料載置台２０４に載置された処理済みの試料２０３をバッファ室１０５を介してロードロック室に搬送する真空搬送手段２０１とを備え、真空搬送手段２０１による試料２０３の搬送経路には、搬出される試料２０３の位置を検出するセンサ２０２ａ、２０２bを備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、プラズマ処理技術に係り、特に、試料の処理中における異常の発生を抑制することのできるプラズマ処理技術に関する。

半導体装置の製造工程において、半導体ウエハ等の試料の搬送に際しては、低発塵で、かつ異常発生の少ない処理が望ましい。ウエハ搬送に際して、ウエハ処理前に塵埃が発生した場合は、塵埃は半導体ウエハ等の被処理体に付着し、デバイスのパターン欠陥（配線ショート等）を引き起こして、製造歩留りの低下を招くことになる。

また、ウエハの搬送中に搬送の異常が発生した場合は、重大な故障と認知して搬送を中止した後、処理室の大気解放を行って修理やメンテナンスを行うことがある。このような場合には処理室の真空排気に時間がかかり、このため処理を行っていない時間、いわゆるダウンタイムが大きくなり、装置による全体的な処理の効率が損なわれる。

このような問題に関して、ウエハ搬送中におけるウエハ位置ずれ等の搬送異常を検出し、この異常がウエハの落下、脱落、設置異常等の、より重大な異常に至る前に修正を施し、あるいは異常を報知して、重大な異常の発生を抑制する技術が検討されている。例えば、処理室に搬送する直前において、ウエハを保持（支持）しているロボットアームのハンド上におけるウエハ中心位置の基準位置からのずれ量を検出し、この検出結果に基づいて、ウエハを載置台に搬送するハンドの動きを調整することにより、前記位置ずれを補正する技術が提案されている。

また、特許文献１には、多角形状の真空搬送モジュールとこの周囲に配置された複数の処理チャンバとを備えた半導体処理クラスターツール構造システムとしての半導体処理装置が開示されている。この装置では、真空搬送モジュール内の処理チャンバとの接続部の近傍に、半導体ウエハの搬送方向を横切るように複数の位置センサを配置し、この位置センサにより搬送中の半導体ウエハの中心位置のずれを検出し、この検出結果に基づいてウエハの位置ずれを調節した後、処理チャンバ内の所定位置に載置する技術が開示されている。
特開２００１−２１０６９８号公報

上記の従来技術は、ウエハ処理前にウエハの位置ずれを修正するものである。しかし、ウエハ処理後に発生するウエハの位置ずれ、あるいは位置ずれの発生を抑制する手段については検討がなされていない。

すなわち、上記従来技術にしたがって、処理チャンバ内の載置台の基準位置に正確に合わせてウエハを設置したとしても、前記載置台からウエハを搬出する際に、例えばウエハと載置台の相互作用により、ウエハが前記基準位置からずれてしまうことがある。この場合には、ウエハの搬出中にウエハが落下し、あるいは他の部材との衝突により損傷し、あるいは塵埃を発生する。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、ウエハ等の試料の搬送中における異常の発生を抑制し、長期間安定して稼動することのできるプラズマ処理技術を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

載置された試料を吸引して保持する試料載置台および該試料載置台上にプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え真空処理室と、バッファ室内に配置され、ロードロック室に搬送された試料をバッファ室を介して前記試料載置台に載置し、試料載置台に載置された処理済みの試料をバッファ室を介してロードロック室に搬送する真空搬送手段と、カセットに収納された試料を取り出してロードロック室に搬送し、ロードロック室に搬送された処理済みの試料をカセットに収納する大気搬送ユニットとを備え、前記試料台は、前記試料を試料載置台上に一旦押し上げて、前記試料下部に進入した前記真空搬送手段のハンド部に載置する押し上げピンを備え、前記真空搬送手段による試料の搬送経路には、搬出される試料の位置を検出するセンサを備えた。

本発明は、以上の構成を備えるため、ウエハ等の試料の搬送中における異常の発生を抑制し、長期間安定して稼動することのできるプラズマ処理技術を提供することができる。

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。プラズマ処理装置１００は、その前面側（図の下方側）に複数（２個）のカセット台１０２を備える。該カセット台には、例えば直径２００ｍｍの半導体ウエハを２５枚程度収納可能なカセット１０１がそれぞれ設置される。カセットに収納されたウエハは、プラズマ処理装置１００内部に搬送して処理を施し、処理の終了したウエハはカセットに戻される。

大気搬送ユニット１０３の背面側（図の上側）には、カセット１０１内のウエハの搬送に際して、大気中での搬送と真空中での搬送との切替のためロードロック室１０４、１０４’を配置する。ロードロック室１０４，１０４’の室内は大気圧と真空圧との間で圧力が調整可能である。

例えば、大気搬送ユニット１０３によりウエハをカセットからロードロック室に搬入したのち、ロードロック室内を真空圧力に調節する。その後、搬送装置をバッファ室１０５に設置された真空搬送ロボットに切り換え、前記ロードロック室に搬入されたウエハをエッチング処理室１０６，１０６’あるいはアッシング処理室１０７，１０７’に搬入する。

また、エッチング処理室１０６，１０６’あるいはアッシング処理室１０７，１０７’において処理の施されたウエハは、上記とは逆の手順にしたがってカセットに戻される。なお、バッファ室１０５と各処理室とを接続する通路には、該通路を開閉してこれらの間を区画する仕切りとしてのゲートバルブ１１１、１１１’が通路の入口側または出口側に配置されている。また、図の例では、バッファ室内におけるウエハの位置を検出するセンサを複数備え、これによりウエハの搬送を監視している。これらのセンサは、レーザ、赤外線、あるいは指向性の強い電波等の電磁波を用いることができる。また、音波を用いることもできる。

図２は、図１に示すエッチング処理室およびバッファ室の詳細を説明する図である。また、図３は、図２の横断面図である。以下、図２、図３を用いて説明する。

まず、バッファ室１０５内に配置した真空搬送ロボット２０１によりウエハ２０３をエッチング室１０６に搬入する。図２は、いずれの処理室もエッチング処理室１０６、１０６’としているが、例えば一方をアッシング処理室１０７とすることができる。なお、これらの処理室には、その内側の空間とバッファ室１０５内の空間とを区画するたのゲートバルブ１１１，１１１’が配置されている。これらゲートバルブ１１１、１１１’は、図３で示すように、弁体１１２を備え、該弁体をエアシリンダ３０４で上下駆動することにより、処理室とバッファ室１０５との間の通路を開閉する。

すなわち、処理前のウエハ２０３をエッチング処理室１０６内に搬入する際には、バルブ１１２を下方に移動して連通する通路の開放する。そして、ウエハを搬入した後、弁体１１２を上方に移動して、前記通路を閉鎖する。

ウエハ２０３を処理している間は通路を弁体１１２により閉鎖しておき、処理が終了して、ウエハ２０３を搬出する際には、弁体１１２を再度下方に移動して通路を開放する。

バッファ室１０５内のウエハ２０３の搬送経路上には、発光部２０２ａおよび受光部２０２ｂを有する遮光センサ２０２を配置する。遮光センサの発光部２０２ａおよび受光部２０２ｂ間を真空搬送ロボット２０１のハンド２０５上に載せられ保持されたウエハ２０３が通過すると、発光部２０２ａおよび２０２ｂ間を通過する光がウエハ２０３により遮られる。この際、ウエハ２０３による遮光時間と、予め設定された真空搬送ロボット２０１の軌道を参照することにより、ウエハ２０３の本来あるべき中心位置と前記ハンド２０５上に載せられたウエハ２０３の中心位置がどれだけ離れているか（ずれているか）を算出することができる。

なお、このようにして算出した位置ずれ量をもとに、各処理室（図２の場合、エッチング処理室１０６）にウエハ２０３を搬入する際に、真空搬送ロボット２０１の軌道を補正しながら搬送することができる。あるいは、搬送して所定の位置に至った後、前記位置ずれ量を補正して、ウエハの中心とエッチング室１０６（１０６’）内の載置台２０４，２０４’の中心とを一致させて配置することができる。

ウエハ２０３の位置の調節に際しては、まず、遮光センサ２０２の出力を受けた制御ユニット３０２からの信号を全体の動きを統括する制御装置 ３０１に送信し、制御装置３０１内の演算器によりウエハ２０３の位置ずれ量を算出する。この位置ずれ量に関する情報は、真空搬送ロボット２０１を制御する制御装置３０３に伝達され、この制御装置３０３は受信した位置ずれに関する情報に基づいてこの位置ずれの量に合わせて真空搬送ロボット２０１の動作を調節し、ハンド２０５が最終的に到達する位置を所望の位置に調節し、この位置においてウエハを載置する。

エッチング室１０６内の載置台２０４は、載置された試料（ウエハ）を静電力によって吸着して保持することが可能に構成されている。ウエハ２０３を載置台２０４上に吸着保持した状態で所定のエッチング処理が終了すると、静電気による吸着を解除し、載置台２０４内に配置された押し上げ機構（図示なし）が備える複数の押し上げピンを動作させて、ウエハ２０３を載置台２０４上に押し上げる。

その後、真空搬送ロボット２０１を動作させ、前記押し上げられたウエハ２０３の下にハンド２０５を進入させる。次に、前記押し上げ機構の押し上げピンを下方に移動させ、ウエハ２０３をハンド２０５上に載置する。その後も前記押し上げピンの下降を続けると押し上げピンを載置台２０４内に収納することができる。これにより、押し上げピンからハンド２０５へのウエハ２０３の受け渡しが行われる。

このようにして、真空搬送ロボット２０１は、そのハンド２０５によりウエハ２０３を受取り、受け取ったウエハをエッチング室１０６からバッファ室１０５に搬出する。この際、ウエハ２０３は再度、遮光センサ２０２上を通過する。このときのウエハの位置を検出する。検出信号はウエハ２０４をエッチング室１６内に搬入した場合と同様にその位置ずれ量の検出が行われる。このようにしてウエハ２０３のエッチング処理室１０６からの搬出動作の際に生じたウエハの位置ずれの量を検出することができる。

発明者らは、前述のように、搬出の際、ウエハに位置ずれが発生する原因が、静電吸着によりウエハを吸着保持した載置台からのウエハ離脱の形態に起因しているという知見を得た。つまり、載置台２０４は、一般的にウエハ２０３を静電吸着させるため電荷の蓄積を目的とした絶縁体を備え、該絶縁体はその厚さや面積、絶縁体を構成する材質の固有抵抗等を所定の値に調節されて製造されている。しかし、一度静電吸着した後には、除電と呼ばれる動作が不安定となる場合ある。この不安定現象は、載置台２０４上に配置されたウエハ２０３の設置面を構成する「絶縁体を成分とする静電吸着膜」の特性にばらつきがあることに起因すると考えられる。

静電吸着膜は、所定の厚さの絶縁性部材の膜と、その内部に配置した１つ以上のタングステン等の導電性部材の膜からなる電極を備えている。前記特性のばらつきは、例えば、膜厚の相違、あるいはウエハ２０３と静電吸着膜との間の接触面の分布のバランスの変動等に起因する静電吸着膜の特性の分布のばらつきに起因する。このようにバランスが僅かに崩れただけでも、この崩れは、押し上げピンによりウエハ２０３を押し上げる際、ウエハ２０３の設置面に対する傾き、すなわち、片持ち上げという形で現れる。つまり、ウエハ２０３の局所的な吸着力の大きさの偏り、すなわちウエハ２０３の面方向吸着特性のばらつきにより、上記押し上げ機構のピンの動作に伴ってウエハ２０３が傾いてしまうことになる。

このような片持ち上げが起った場合、ウエハは、載置台２０４のウエハ２０３の設置面の外周側で載置台２０４を覆って配置されたリング状の部品と接触したり、また、この接触によりウエハなどが損傷して発塵を引き起こすことがある。また、搬送ロボットにより搬送できるレベル以上にウエハがずれる場合もある。また、前記ばらつきが大きくなるとウエハ２０３を押し上げて、載置台から引き剥がす動作を行う際に、ウエハ２０３を安定して搬送できる許容範囲以上にウエハの位置がずれることがある。このような場合には、装置の運転を止めてウエハの回収を行わなければならなくなり、装置稼働率は大きく低下する。

発明者らは、このようなウエハ２０３の引き剥がし動作の際のウエハ２０３の位置ずれ（移動）量は、ウエハ２０３の設置面の状態と相関があるという知見を得た。すなわち、搬出の際に生じるウエハの位置ずれ量を監視することにより、エッチング処理室１０６内部の状態、特に載置台２０４の状態を監視することができる。ウエハ２０３の片持ち上げが起き、さらに持ち上げられた結果ウエハ２０３の中心の位置がずれる場合、そのずれ量はまちまちであり、一般的に長時間処理を行った場合にその量に変化が大きいことが判明している。長時間にわたりエッチング処理を続けると、処理室１０６内には、エッチング処理に伴って発生する反応生成物が堆積する。この反応生成物は載置台２０４上にも同じように堆積する。これにより、静電吸着膜の性質、例えば、静電吸着膜の表面粗さ、あるいは静電吸着膜の固有抵抗値等が変化する。

発明者らは未使用の載置台２０４を用いて、連続的に処理を施し、載置台２０４のウエハ２０３の設置面の状態変化とウエハ２０３の引き剥がしの際の位置ずれの量とを測定し、これらの間の相関を検討した。その結果、処理に使用された時間が増大するにつれて、ウエハ２０３の位置ずれが発生しやすくなり、またそのずれの量も大きくなるという知見を得た。特に、所定の累積時間を超えると急激にウエハ２０３の位置のずれ量が大きくなり、短時間のうちにハンド２０５上に載置して保持可能な許容範囲を超えてしまうことが判った。

このため、本実施形態では、エッチング処理室１０６からの搬出の際のウエハ２０３の位置のずれ量を、その大きさにより複数の段階に分け、ずれ量に応じて処理室内で実施すべき処理の条件を設定して、載置台２０４の表面の回復または改善を図ることにした。

図４は、搬出の際のウエハ位置のずれ量をもとに行う載置台２０４の表面の回復または改善処理を説明する図である。まず、ウエハ２０３を処理室に搬入した後、ウエハを載置台２０４の設置面上に吸着し、この状態で載置台２０４に高周波電力を供給しつつエッチング処理を行う（ステップ４０１）。エッチング処理の終了後、ウエハ２０３に対してプラズマによる静電気の除電処理を施す（ステップ４０２）。その後、処理室内部の真空排気を行って不要なガスや生成物を除去した（ステップ４０３)後、ゲートバブル１１１を開放してバッファ室１０５と処理室とを連通させる（ステップ４０４）。

次に、押し上げ機構を動作させてウエハ２０３を載置台２０４の設置面上面から押し上げ（ステップ４０５）、この状態で生じる設置面とウエハ２０３裏面との間の空間に真空ロボットのアームを伸ばしてハンド２０５を配置する（ステップ４０６）。ハンド２０５の位置を固定した状態で、ウエハ２０３を押し上げていた押し上げピンを下方に下げ、ウエハ２０３を真空搬送ロボット２０１のハンド２０５の上面に載置する。続いて、前記押し上げピンをさらに下方に移動するとウエハ２０３はハンド２０５上に残されてウエハ２０３の受渡しが行われる（ステップ４０６）。

ウエハ２０３を受け取った真空搬送ロボット２０１は、アームの縮み動作を行い、ハンド２０５上にウエハ２０３を保持したままバッファ室１０５に戻る。これにより、ウエハ２０３のエッチング室１０６からの搬出が行われる（ステップ４０８）。アームの縮み動作に伴うウエハ２０３の移動の途中で、ウエハ２０３は遮光センサ２０２を構成する発光部と受光部の間を通過する（ステップ４０９）。このとき、ウエハの位置ずれ量が真空搬送ロボットの動作速度、センサの遮光時間等をもとに制御装置３０２により算出され、ウエハ２０３の搬出に伴う位置ずれ量が算出される（ステップ４１０）。

前記算出結果は、予め設定した設定値と制御装置３０２において比較され、この比較結果をもとにウエハ２０３の位置ずれの有無、あるいは位置ずれ量の程度を判断し、ウエハ２０３の位置ずれが無いか僅かと判断した場合（ステップ４１１）には、ステップ４１５に進む。

ステップ４１１１において、ウエハ２０３に位置ずれがあると判断すると、ずれ量の大小を判断し（ステップ４１２）、ずれ量が小であると判断すると高周波電力（ＲＦバイアス電力）を小に設定した状態でプラズマ処理（クリーニング処理）を実行する（ステップ４１３）。また、ずれ量が大であると判断すると高周波電力（ＲＦバイアス電力）を大に設定した状態でプラズマ処理（クリーニング処理）を実行する（ステップ４１４）。なお、クリーニング処理はウエハ無し又はダミーウエハを用いて行うとよい。クリーニング処理に際しては、イオンの衝突によるスパッタリング効果を利用するため、ＲＦバイアス電源３０５からウエハ２０３または載置台２０４に印加される電力の大きさを大小に調節して供給して、載置台２０４上の反応生成物の除去を行う。

このように、ウエハ２０３の位置ずれ量が小さい場合は、ＲＦバイアス電力量を小さく設定した処理を実行し（ステップ４１３）、ウエハ２０３の位置ずれが大きい場合は、ＲＦバイアイス電力をより大きく設定して処理を実行する（ステップ４１４）。この結果、搬出の際に大きくウエハ２０３の位置がずれるようになったとしても、実際に加工処理を行う次のウエハ２０３の処理の際には、搬出時のウエハ２０３の位置ずれを抑制することが可能となる。

ステップ４１３またはステップ４１４のクリーニング処理が終了すると、所定のウエハ処理用の条件に装置の動作が設定された後、別のウエハの処理が実施される（ステップ４１５）。この別のウエハの処理後に再びウエハの位置ずれが所定の値より大きいと判断された場合、異常発生を報知手段（ＣＲＴ上の警報表示やブザー音等）で報知して、装置によるこの処理室での処理を停止してもよく、あるいは再度のクリーニング処理を行ってもよい。

以上説明したように、処理室での処理の後に、試料であるウエハに位置が生じる要因を解析し、この解析結果に基づいてウエハの位置ずれを検出した場合、その位置ずれの程度に応じたクリーニング処理を施す。これにより、従来の技術では装置停止やメンテナンスなどにより、装置の稼働率を低下させていた装置の異常の発生を抑制することができる。すなわち、処理室からのウエハを搬出する際に生じるウエハの位置ずれを抑制することができる。また、ウエハの位置ずれにより生じるウエハの落下や周辺部品との接触、あるいはこれらにより生じる発塵をを低減することができる。これにより、装置の停止、真空容器内部等の大気開放を行う修理、保守、点検等の作業間隔を長くして、全体的な処理の効率を向上させることができる。

本実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。 エッチング処理室およびバッファ室の詳細を説明する図である。 図２の横断面図である。 搬出の際のウエハ位置のずれ量をもとに行う載置台表面の回復または改善処理を説明する図である。

符号の説明

１０１ 収納カセット
１０２ カセット投入ユニット
１０３ 大気搬送ユニット
１０４，１０４’ ロードロック室
１０５ バッファ室
１０６，１０６’ エッチング室
１０７，１０７’ アッシング室
１１１，１１１’ ゲートバルブ
２０１ 真空搬送ロボット
２０２ 遮光センサ
２０３ ウエハ
２０４ 載置台
２０５ ハンド
３０１ 制御装置
３０２ 制御ユニット
３０３ 真空搬送ロボットの制御装置
３０４ エアシリンダ
３０５ 高周波バイアス電源

Claims (5)

1. 載置された試料を吸引して保持する試料載置台および該試料載置台上にプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え真空処理室と、
   バッファ室内に配置され、ロードロック室に搬送された試料をバッファ室を介して前記試料載置台に載置し、試料載置台に載置された処理済みの試料をバッファ室を介してロードロック室に搬送する真空搬送手段と、
   カセットに収納された試料を取り出してロードロック室に搬送し、ロードロック室に搬送された処理済みの試料をカセットに収納する大気搬送ユニットとを備え、
   前記試料台は、前記試料を試料載置台上に一旦押し上げて、前記試料下部に進入した前記真空搬送手段のハンド部に載置する押し上げピンを備え、
   前記真空搬送手段による試料の搬送経路には、搬出される試料の位置を検出するセンサを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記真空処理室とバッファ室間を区画するゲートバルブを備え、該ゲートバルブのバッファ室側には搬出される試料の位置を検出するための遮光センサを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２記載のプラズマ処理装置において、
   装置全体を制御する制御装置を備え、該制御装置は前記遮光センサの出力をもとに搬送される試料の中心と前記ハンド部の搬送中心とのずれ量を演算する演算手段を備え、前記ずれ量が所定値以上のとき前記真空処理室にクリーニング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 試料載置台上にプラズマを生成して該試料載置台上に載置した試料にプラズマ処理を施す真空処理室と、
   バッファ室内に配置され、ロードロック室に搬送された試料をバッファ室を介して前記試料載置台に載置し、試料載置台に載置された処理済みの試料をバッファ室を介してロードロック室に搬送する真空搬送手段と、
   カセットに収納された試料を取り出してロードロック室に搬送し、ロードロック室に搬送された処理済みの試料をカセットに収納する大気搬送ユニットとを備え、
   押し上げピンにより処理済みの試料を試料載置台上に一旦押し上げて、前記試料下部に進入した前記真空搬送手段のハンド部に載置し、載置された試料をロードロック室に搬送するプラズマ処理装置の運転方法において、
   真空搬送手段による試料の搬送経路には、搬出される試料の位置ずれを検出するセンサを備え、前記位置ずれが所定値以上のとき前記真空処理室にクリーニング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
5. 請求項４記載のプラズマ処理装置の運転方法において、
   前記センサは真空処理室とバッファ室間を区画するゲートバルブのバッファ室側に設けたことを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。

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