JP3801130B2 - 半導体装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造過程で行なわれるドライプロセスに用いられる真空チャンバ内に発生したゴミ等の粒子状不純物(本明細書では、パーティクルという)を、静電気を利用して捕集、除去する半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置は、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング(RIE)、プラズマ励起CVD(PECVD)、バイアススパッタリングなどのプラズマ放電を用いたドライプロセス技術の進歩と共に、微細化が進展してきた。微細化の進展と共に、ドライプロセスで使用する真空チャンバ内の微細なパーティクルの存在により引き起こされるパターン欠陥が製品歩留り低下の大きな要因となっている。このような微細なパーティクルは、真空チャンバ内で半導体ウェハを移動させる際のハンドリング装置の摺動部分の摩耗、プラズマ処理による治具等の侵食、ドライエッチングによる反応生成物の発生などにより生ずる。
【0003】
この問題に対しては、真空チャンバ内の内面処理、プロセスガスのクリーン化、真空チャンバクリーニング間隔の適正化、プラズマクリーニング、ウェハ設置方法の改善、プロセス実施後にスクラバ等の機械的なブラシ洗浄を追加する等、種々の対策が施されている。しかしながら、今だパーティクルによる製品歩留り低下の抑制は十分でないのが実情である。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−80453
【0005】
【特許文献2】
特開平10−233387
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、その目的は、半導体装置の製造工程中におけるドライプロセスにおいて、真空チャンバ内の微小なパーティクルが半導体ウェハ表面に付着して製品歩留りを低下させる不具合を低減できる製造方法及び製造装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、半導体装置の製造方法であって、次の6工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
(1).プロセスチャンバにロードロックバルブを介して連設された集塵チャンバ内より、該ロードロックバルブを開いて静電チャックで構成した第1の集塵機構を電圧を供給した状態でプロセスチャンバ内へ挿入する第1工程。
(2).第1工程によりプロセスチャンバ内に挿入した第1の集塵機構を、電圧を供給した状態で所定時間保持する第2工程。
(3).第2工程の終了後、電圧を供給した状態で前記第1の集塵機構を前記集塵チャンバに戻して前記ロードロックバルブを閉じる第3工程。
(4) .第3工程を終了した後に、第1の集塵機構への電圧供給を停止して該第1の集塵機構を静電チャックで構成した第2の集塵機構に挿入する第4工程。
(5) .前記挿入後、第2の集塵機構に電圧を所定時間供給する第5工程。
(6) .第5工程の終了後、第2の集塵機構に電圧を供給した状態で、第1の集塵機構を第2の集塵機構の外部に搬出する第6の工程。
【0008】
このような方法によれば、第1、第2、第3の工程を行なうことで、プロセスチャンバ内に浮遊あるいは付着したパーティクルは静電チャックに捕集されて集塵チャンバに持ち去られ、プロセスチャンバ内のパーティクルが減少して清浄度が向上する効果を奏する。更に、第4以降の工程を実施することにより、プロセスチャンバ内で捕集したパーティクルを第2の集塵機構に再捕集させることができる。第1の集塵機構はパーティクルが除去されてクリーンになるので、集塵チャンバ内を大気圧に戻すこともなく、次のプロセスチャンバ内パーティクル集塵作業に備えることができる。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の方法を行なう製造装置であって、プロセスチャンバにロードロックバルブを介して連設した集塵チャンバと、静電チャックで構成した第1の集塵機構と、前記集塵チャンバ内に設置され、前記第1の集塵機構を保持して前記プロセスチャンバと集塵チャンバ内を搬送するハンドリングアームと、前記集塵チャンバ内に設置され、前記ハンドリングアームにより搬送された前記第1の集塵機構を収納して該第1の集塵機構に付着したパーティクルを捕集する静電チャックで構成した第2の集塵機構と、前記第1と第2の集塵機構に直流電圧を切り換え供給する直流電源装置と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置である。
【0010】
このような装置を用いて半導体装置を製造すれば、請求項1に記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施形態の製造装置の概略構成を示したものである。本装置はプロセスチャンバ1、集塵チャンバ2、プレパレーションチャンバ3とからなる。集塵チャンバ2とプレパレーションチャンバ3とは、それぞれロードロックバルブ4、5を介してプロセスチャンバ1に隣接して設けられている。各チャンバは、図示しない真空ポンプにより必要な真空度まで排気できる。
【0020】
プロセスチャンバ1は、その内部において半導体ウェハに対して薄膜形成、ドライエッチング等のドライプロセスを行なうチャンバである。プレパレーションチャンバ3は、処理する半導体ウェハを真空状態に維持されたプロセスチャンバ1内に搬入、搬出するためのロードロック、アンロードロック用として、また半導体ウェハの前処理、後処理のためのチャンバとして機能する。内部には通常、大気ハンドリングアーム(図示しない)等の半導体ウェハ搬送装置を備える。また、外気との間にゲート6を備える。
【0021】
集塵チャンバ2は、プロセスチャンバ1内に浮遊、付着するパーティクルを、静電気力を利用して吸着、除去するために必要な集塵用機器を収納するチャンバである。この集塵用機器としては、集塵チャンバ2内に設置される第1の集塵機構7、第2の集塵機構8、ハンドリングアーム9、集塵チャンバ2の外に設置される直流電源装置10とがある。また、集塵チャンバ2は、外気との間にゲート11を備える。
【0022】
第1の集塵機構7は、プロセスチャンバ1内に挿入され、プロセスチャンバ1内に存在するパーティクルを静電気力を利用して捕集するための機構である。その構成は図2に示すように、互いに平行な3個の静電チャック7a、7b、7cとそれらを支持する絶縁性の支持プレート7dとにより構成される。静電チャックの個数は3個に限らない。但し、集塵効果を上げるためには個数を多く、各静電チャックの表面積を広く構成することが好ましい。
【0023】
静電チャックは、通常、半導体ウェハを静電気力を利用して固定するために用いられるものであるが、発生する強力な電界により周辺に存在するパーティクルを分極させ、静電気力で吸引、捕集することができる。この静電チャックには、単極型と双極型とがある。図3に、単極型静電チャック13の断面とパーティクル捕集原理を示す。単極型静電チャック13は、セラミックスあるいは誘電体シートなどの絶縁物13aの内部に箔状あるいは膜状の一枚の電極13bを埋め込んだ構成を有する。
【0024】
このような単極型静電チャック13を、例えばプロセスチャンバ1内に設置し、内部電極13bと接地されたプロセスチャンバ1との間に例えば内部電極が正となるように直流高電圧を印加する。すると、絶縁体13aは分極して表面に正の分極電荷が生ずるとともに、電極13bからプロセスチャンバ1の内壁に向けて強力な電界Eが発生する。この電界の中にパーティクル14が存在すると、そのパーティクル14は電界Eによって分極を起こす。即ち、パーティクル14が誘電体であれば誘電分極により、また導電体であれば静電誘導により、電極13bに面した側に負、その反対側に正の電荷が誘起される。生じた負の電荷には、電界Eにより電極13bに向かう吸引力が、反対に正の電荷にはプロセスチャンバ1の内壁に向かう反発力が働く。しかし、電界Eによる電気力線は、電極13bからプロセスチャンバ1の内壁に向かって広がっているため、電界強度は電極13bから遠ざかるに従って弱くなる。このため、負の電荷に働く吸引力が正の電荷に働く反発力に勝り、パーティクル14は、電極13bに向かって移動し、ついには単極型静電チャック13の表面に到達して絶縁体13a表面の正の分極電荷との間の静電気力により吸着、捕集される。
【0025】
図4には、双極型静電チャック15の断面とパーティクル捕集原理を示す。双極型静電チャック15は、絶縁物15aの内部に2個又は、3個以上の複数の電極15bが埋め込まれた構造になっている。各電極15bには、1個おきに異なる極性の直流高電圧が印加される。この場合、発生する電界Eの電気力線は、図中の点線に示したようになり、正電極から負電極に向かう強力な電界Eが生成される。この電界E中に存在するパーティクル16は、電界Eにより分極して正電極側に負、負電極側に正の電荷を生ずる。そして、生じた正電荷は負電極側に、負電荷は正電極側に向かう吸引力を電界Eにより受けて次第に双極型静電チャック15の表面に向けて移動し、ついには双極型静電チャック15の表面に到達して静電気力により吸着、捕集される。
【0026】
このような単極型静電チャック13、双極型静電チャック15により構成された第1の集塵機構7は、ハンドリングアーム9の先端グリップ部に固定されて搬送される。第1の集塵機構7を構成する静電チャック7a、7b、7cは、直流電源装置10より可とうケーブル12によって給電を受ける。
【0027】
第2の集塵機構8は、第1の集塵機構7が捕集したパーティクルを再捕集し、集積するためのもので、図5に示すように平行な6個の静電チャック8a〜8fとそれらを支持する絶縁性の支持プレート8gとからなる。静電チャック8a〜8fは、後述するように第1の集塵機構7の静電チャック7a、7b、7cが、それぞれ第2の集塵機構8の静電チャック8aと8bの間、8cと8dの間、8eと8fの間に、接触することなく一定の隙間をもって収まるように支持プレート8gに取り付けられている。
【0028】
ハンドリングアーム9は多関節型のアームで、先端グリップ部に固定された第1の集塵機構7を水平面方向及び上下方向に搬送することができる。先端グリップ部は、第1の集塵機構7を水平回転させる自由度も有する。
【0029】
直流電源装置10は、一次側が低電圧交流電源に接続された変圧器と、その変圧器2次側の交流高電圧を整流する整流器とを用いて構成され、出力に高圧の直流電圧を生成させる。生成した直流高電圧は、第1の集塵機構7又は第2の集塵機構8に選択的に供給される。使用する静電チャックが双極型の場合には、正、負、双方の電圧が供給されるが、単極型静電チャックの場合には、正の電圧のみが供給され、負側は接地された集塵チャンバ2に接続される。
【0030】
次に、このような装置構成の下で、プロセスチャンバ1内のパーティクルを捕集する動作について説明する。
プロセスチャンバ1内のパーティクルの集塵作業は、処理する半導体ウェハがプロセスチャンバ1内に搬入される前に行なう。まず、集塵チャンバ2内の真空度をプロセスチャンバ1内と同程度にまで、図示しない真空ポンプを使用して下げる。直流電源装置10はOFFした状態で、第1の集塵機構7をハンドリングアーム9により待機位置に保持させる。この待機位置は、第2の集塵機構8と重ならない位置である。
【0031】
真空度が十分に低下した後、直流電源装置10をONし第1の集塵機構7に可とうケーブル12を介して生成した直流高電圧を供給する。次に集塵チャンバ2とプロセスチャンバ1間のロードロックバルブ4を開ける。そして、第1の集塵機構7を、給電した状態でハンドリングアーム9によりプロセスチャンバ1内に挿入する。挿入後の状態を図6、図7に示す。図6は装置内の平面的な状態を、図7は、プロセスチャンバ1内を側面から見た状態を示す。図7中における17a、17bは、プロセスチャンバ1の内壁に固定されたプラズマ放電のための電極、半導体ウェハ支持ホルダ、スパッタリングのためのターゲット等の治具、材料(以下、治具類という)を表している。第1の集塵機構7の静電チャック7a、7bは、それぞれ治具類17a、17bに狭い隙間を隔てて対向する位置に、ハンドリングアーム9により位置決めされ得るよう、その形状、取り付け位置が設計されている。
【0032】
第1の集塵機構7を給電したままこのような状態に暫く保持すると、前述したパーティクル捕集原理に従い、静電チャック7a、7b、7cが生ずる電界中に存在するパーティクルは分極を生じ、静電チャック7a、7b、7cの表面に吸着、捕集される。この場合、静電チャック7a、7cが単極型静電チャック13の場合には、パーティクルが分極して捕集される以外に帯電して捕集される機構も働く。即ち、図8に示すように、単極型静電チャック13の電極13bに正電圧を印加し、治具類17aが接地されていると、治具類17aの表面には負の電荷が生ずる。治具類17aの表面に付着しているパーティクル18は、治具類17aより負の電荷を受け取って負に帯電する。負に帯電したパーティクル18は、電極13bから治具類17aに向かう強力な電界Eにより電極13bに向かう力を受ける。この力が、パーティクル18の治具類17a表面への付着力より勝ると、パーティクル18は治具類17aの表面を離れて移動し、単極型静電チャック13の絶縁体13aの表面に負に帯電した状態で付着、捕集される。
【0033】
このように集塵機構7に高圧の直流電圧を供給した状態で所定時間保持することで、プロセスチャンバ1内の浮遊パーティクル、及び治具類17a、17bの表面に付着していたパーティクルは、集塵機構7の表面に吸着、捕集される。
【0034】
こうしてパーティクルの捕集を終えたら次に、電圧を印加したまま第1の集塵機構7をハンドリングアーム9で集塵チャンバ2内の元の待機位置に戻す。そしてロードロックバルブ4を閉じることで、プロセスチャンバ1内のパーティクル集塵作業が完了する。このような一連の工程により、プロセスチャンバ1内のパーティクルは、捕集されて集塵チャンバ2内に運び去られ、プロセスチャンバ1内の清浄度が向上する効果がもたらされる。
【0035】
この後は、ロードロックバルブ5を開いてプレパレーションチャンバ3より処理する半導体ウェハをプロセスチャンバ1に搬入し、清浄な雰囲気の中で目的とするドライプロセスを実施する。
【0036】
次に、集塵チャンバ2内の待機位置に戻した第1の集塵機構7の、その後の処置について説明する。ロードロックバルブ4が閉じた後、直流電源装置10をOFFして、第1の集塵機構7への電圧供給を停止する。プロセスチャンバ1内に存在していたパーティクルの量は通常、極僅かである。従って、プロセスチャンバ1内の1回の集塵作業により第1の集塵機構7に捕集されるパーティクルの量も僅かである。このため、集塵チャンバ2内に戻した第1の集塵機構7は、そのまま待機位置で待機させ、次回の半導体ウェハの処理前に前述した操作手順に従い、再びプロセスチャンバ1内のパーティクル集塵作業を行なわせることもできる。そのような集塵作業を数回繰り返し、第1の集塵機構7へのパーティクル付着量がある程度の量になった段階で集塵チャンバ2を大気圧に戻す。そして外気との間のゲート11を開いて、第1の集塵機構7を清浄な別の集塵機構と交換して、次の集塵作業に備えるという作業方法も可能である。
【0037】
しかし、好ましくは1回集塵作業を終える毎に、付着したパーティクルを集塵チャンバ2内で第1の集塵機構7から除去し、次回の集塵作業に備えることである。これを実現するため集塵チャンバ2内の待機位置に戻して、電圧供給を停止した後、第1の集塵機構7をハンドリングアーム9により第2の集塵機構8内に挿入する。挿入後の状態を図9、図10に示す。図9は装置内の平面的な状態を、図10は、第1の集塵機構7を第2の集塵機構8の中に挿入したときの、側面から見た状態を示す。第1の集塵機構7の3個の静電チャック7a、7b、7cが、第2の集塵機構8の静電チャック8a〜8fの間に、僅かの隙間を隔てて保持されるようにする。
【0038】
このように位置決めした状態で、直流電源装置10から第2の集塵機構8に給電する。すると、給電を絶たれた第1の集塵機構7の表面に捕集されていたパーティクルは、第2の集塵機構8の静電チャック8a〜8fが生ずる電界によって分極を生じ、前述したパーティクル捕集原理に従い、第2の集塵機構8の静電チャック8a〜8fの表面に捕集される。またこのとき、静電チャック8a〜8fが単極型静電チャック13である場合には、先にプロセスチャンバ1内で負に帯電して第1の集塵機構7の表面に捕集された荷電パーティクルは、正の電圧が印加された静電チャック8a〜8fの生ずる電界によって静電チャック8a〜8fの表面に引き寄せられ捕集される機構も働く。
【0039】
このようにして第1の集塵機構7の表面に付着していたパーティクルは、第2の集塵機構8の表面に再捕集される。再捕集が終了したならば、パーティクルが除去された第1の集塵機構7を、第2の集塵機構8の外に取り出し、最初の待機位置に戻してプロセスチャンバ1内の次の集塵作業に備えさせる。このような一連の集塵作業を複数回繰り返し、第2の集塵機構8が捕集したパーティクルの量が増加した段階で、集塵チャンバ1内を大気圧に戻して外気との間のゲート11を開き、第2の集塵機構8を清浄な別の集塵機構と交換する。取り外した集塵機構は薬品でのクリーニングや機械的なブラシ洗浄により清浄化して、次の交換に備える。
【0040】
以上説明したように本実施形態によれば、静電チャック7a、7b、7cで構成した第1の集塵機構7を、給電した状態でプロセスチャンバ1内に所定時間保持することにより、プロセスチャンバ1内に浮遊又は付着したパーティクルが捕集される。捕集されたパーティクルは、第1の集塵機構7に付着した状態でハンドリングアーム9により集塵チャンバ2に運び去られる。これにより、プロセスチャンバ1内のパーティクルは減少して清浄度が向上し、パーティクルの少ないドライプロセスが実行可能となる。
【0041】
また、第1の集塵機構7に付着して集塵チャンバ2に運ばれたパーティクルは、再捕集によって第2の集塵機構8に移しかえられる。従って、第1の集塵機構7は、パーティクルが除去されて清浄な状態に戻り、次の集塵作業に備えることができる。これにより、集塵チャンバ2の真空度を保持した状態でプロセスチャンバ1内の集塵作業を複数回実施することが可能となり、作業性が良くなる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である製造装置の待機状態における内部平面図である。
【図2】第1の集塵機構7の斜視図である。
【図3】単極型静電チャック13の構成及びパーティクル捕集原理を示す図である。
【図4】双極型静電チャック15の構成及びパーティクル捕集原理を示す図である。
【図5】第2の集塵機構8の斜視図である。
【図6】プロセスチャンバ1内のパーティクル集塵状態における内部平面図である。
【図7】プロセスチャンバ1内のパーティクル集塵状態におけるプロセスチャンバ1内部の側面図である。
【図8】単極型静電チャック13による荷電パーティクル捕集原理を示す図である。
【図9】第1の集塵機構7に付着したパーティクルを第2の集塵機構8に移す状態における製造装置内部平面図である。
【図10】第1の集塵機構7に付着したパーティクルを第2の集塵機構8に移す状態における第1の集塵機構7と第2の集塵機構8の位置関係を示す側面図である。
【符号の説明】
図面中、1はプロセスチャンバ、2は集塵チャンバ、3はプレパレーションチャンバ、4、5はロードロックバルブ、7は第1の集塵機構、7a〜7c、8a〜8fは静電チャック、8は第2の集塵機構、9はハンドリングアーム、10は直流電源装置、13は単極型静電チャック、15は双極型静電チャックを示す。
Claims (2)
- 半導体装置の製造方法であって、
プロセスチャンバにロードロックバルブを介して連設された集塵チャンバ内より、該ロードロックバルブを開いて静電チャックで構成した第1の集塵機構を電圧を供給した状態で前記プロセスチャンバ内へ挿入する第1工程と、
該第1工程により前記プロセスチャンバ内に挿入した前記第1の集塵機構を、電圧を供給した状態で所定時間保持する第2工程と、
該第2工程の終了後、電圧を供給した状態で前記第1の集塵機構を前記集塵チャンバに戻して前記ロードロックバルブを閉じる第3工程と、
前記第1工程、第2工程、第3工程を終了した後に、前記第1の集塵機構への電圧供給を停止して該第1の集塵機構を静電チャックで構成した第2の集塵機構に挿入する第4工程と、
挿入後、該第2の集塵機構に電圧を所定時間供給する第5工程と、
該第5工程の終了後、前記第2の集塵機構に電圧を供給した状態で、前記第1の集塵機構を第2の集塵機構の外部に搬出する第6の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の方法を行なう製造装置であって、
プロセスチャンバにロードロックバルブを介して連設した集塵チャンバと、
静電チャックで構成した第1の集塵機構と、
前記集塵チャンバ内に設置され、前記第1の集塵機構を保持して前記プロセスチャンバと集塵チャンバ内を搬送するハンドリングアームと、
前記集塵チャンバ内に設置され、前記ハンドリングアームにより搬送された前記第1の集塵機構を収納して該第1の集塵機構に付着したパーティクルを捕集する静電チャックで構成した第2の集塵機構と、
前記第1と第2の集塵機構に直流電圧を切り換え供給する直流電源装置と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
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