JPH1154485A - 半導体製造装置およびその異物除去方法 - Google Patents
半導体製造装置およびその異物除去方法Info
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Abstract
る微小な異物の低減が図られる半導体製造装置とその異
物除去方法とを提供する。 【解決手段】 真空処理室10に水または水蒸気を導入
するための気体等導入配管80が接続されている。真空
処理室10は、真空排気口12により排気され、導入さ
れた水蒸気または水が断熱膨張により浮遊する微小な異
物70を核として固化または液化する。
Description
よびその異物除去方法に関し、特に、半導体製造装置の
処理室内を浮遊する微小異物の低減が図られる半導体製
造装置およびその異物除去方法に関するものである。
しいものがあるが、その発展は半導体素子を製造するた
めの半導体製造装置等の製造技術の進歩によるところが
大きい。シリコンウェハから半導体素子を形成する一連
の工程であるウェハプロセスにおいては、半導体ウェハ
(以下単に「ウェハ」と記す)が種々の半導体製造装置
内で処理が施され、製品として完成する。
の処理が要求されるようになった。これに伴い、ウェハ
プロセス中のウェハをいかに清浄な状態に保つかが重要
な課題となり、特に、異物の少ない半導体製造装置の必
要性が増してきた。
ウェハに真空中にて処理を施すドライエッチング装置に
ついて図を用いて説明する。図7を参照して、真空処理
室10内の下部に試料台としての下部電極20が形成さ
れている。下部電極20と真空処理室10とは絶縁体1
1により電気的に絶縁されている。下部電極20の上に
は、ウェハ50が載置される。下部電極20には、バイ
アス生成用のブロッキングコンデンサ22および高周波
整合回路21を介して、高周波(たとえば13.56M
Hz)電源23が接続されている。また真空処理室10
には、下部電極20と対向して上部電極40が設けられ
ている。その上部電極40には、所定のガスを供給する
供給装置41から送られたガスを吹出すための吹出し口
42が設けられている。真空処理室10は、排気手段
(図示せず)に接続された真空排気口12により排気さ
れる。さらに、真空処理室10内の圧力を測定するため
の圧力測定器13が、圧力測定口14を介して設けられ
ている。
いたエッチング動作について説明する。同図を参照し
て、搬送装置(図示せず)によって真空処理室10内に
搬入されたウェハ50は、下部電極20上に載置され
る。次に、供給装置41からエッチングガスを導入口4
0により放電空間30に放出する。真空処理室10内の
圧力を、圧力測定器13と排気コンダクタンス制御装置
(図示せず)により、所定の圧力に制御する。圧力調整
後、下部電極20には高周波電源22より高周波電力が
印加される。これにより下部電極20と上部電極40と
の間にグロー放電が発生する。このグロー放電により、
放電空間30にあるエッチングガスは励起されてプラズ
マ31となる。このプラズマ31がウェハ50の表面に
照射されることにより、エッチング処理が行なわれる。
被エッチング成分がプラズマ31中の活性種と反応す
る。反応生成物は気化し、ウェハ50の表面から離れ、
放電空間30に広がる。最終的には、反応生成物は真空
排気口12から排出される。このとき、気化した反応生
成物の一部が、放電空間30内で重合反応等を起こし固
化することがある。また、気化した反応生成物の一部
が、真空処理室10の壁面で冷却され、再び固化するこ
とがある。
どに付着して固化した反応生成物は、エッチング処理が
進むに従い、厚くなり、固化堆積物60となる。その固
化堆積物60は、最終的には、真空処理室10の壁面か
ら剥離し、排気されるか、あるいは、ウェハ50上に落
下する。ウェハ50上に落下した固化堆積物は、エッチ
ングを阻害し、結果としてウェハの生産性を低下させ
る。
物は、サブミクロン以下の微小径のものが多い。これら
の反応生成物は、プラズマによって帯電するか、あるい
は、中性粒子との衝突により、その大部分が放電空間3
0内を長時間にわたって浮遊する異物70となる。
ち、特に真空処理室10の壁面に付着した固化堆積物6
0の除去については、さまざまな提案がなされている。
たとえば、特開平6−295882号公報には、真空処
理室の壁面をヒータなどにより、反応生成物の蒸発温度
以上に加熱し、反応生成物の付着を防ぐことが開示され
ている。また、一般にプラズマによってクリーニングす
る方法も採用されている。
たドライエッチング装置の異物除去については、以下に
示すような問題点があった。
きさとデザインルールとには、図8に示されているよう
な関係があることが報告されている。これによれば、西
暦2000年ごろから生産が開始される1GDRAMに
おいては、0.1μm程度の異物が歩留りに影響する。
物の大きさとその数には、図9に示すような関係があ
る。これによれば、異物径がより小さい異物ほどその数
が多いことがわかる。特に微小異物は、一度発生すると
大気中はもちろんのこと、減圧状態の下でも長時間にわ
たって真空処理室内の空間を浮遊することが知られてい
る。これについて図を用いて説明する。図8は、密閉さ
れた空間内に、0.3〜2μmの人工異物を流し入れ、
その異物の供給を停止してからの時間と空間に存在する
異物の数との関係をパーティクルカウンタを用いて測定
した結果である。これによれば、大気圧(760Tor
r)の場合では、供給を停止してからの時間に対して異
物数は大きく減少していない。一方、減圧状態(12T
orr)の下では、異物数は、時間とともに減少するも
のの、20分以上異物が空間内を浮遊していることがわ
かる。このため、人工異物の最小径よりさらに小さい
0.1μm程度の異物では、より長い時間空間内を浮遊
することが推定される。
処理室の壁面に付着した異物を除去する従来の方法で
は、有効に取除くことができなかった。そればかりでは
なく、壁面に付着した異物を除去する際に、微小な異物
が発生し、結果的に、真空処理室内を浮遊する異物の数
が増加することがあった。
人手でクリーニングすることが行なわれるが、この場合
には、微小異物がほぼ完全に取除かれるものの、ドライ
エッチング装置の稼動率が低下し、生産性が落ちること
があった。
されたものであり、1つの目的は、処理室内の微小異物
の除去が容易な半導体製造装置を提供することであり、
他の目的は、その異物除去方法を提供することである。
ける半導体製造装置は、処理室と、導入配管と、排気手
段とを備えている。処理室は、半導体基板に所定のプロ
セスを施す。導入配管は、処理室内に所定の液体または
気体を導入する。排気手段は、処理室内を排気し、処理
室内に導入された液体または気体を断熱膨張により、処
理室内に浮遊する異物を核として固化または液化させ
る。
に接続されている。また好ましくは、処理室に接続され
た、処理室内にキャリアガスを導入するためのキャリア
ガス導入配管をさらに含んでいる。
の異物除去方法は、半導体基板に所定のプロセスを施す
ための排気手段を含む処理室を有する半導体製造装置の
異物除去方法であって、処理室内に所定の液体または気
体を導入する工程と、排気手段によって処理室内を所定
の圧力にまで減圧する減圧工程により、導入された液体
または気体を、処理室内の異物を核として固化または液
化させる工程とを備えている。
を処理室内に導入する前に行なわれる。
程の後、排気手段により、処理室内を排気する工程を含
んでいる。
工程と並行して、排気手段により処理室内を排気する工
程を行なう。
の後、さらに処理室内に液体または気体を導入するとと
もに、排気手段により導入された液体または気体を、固
化または液化成長させる工程と、排気手段により処理室
内を排気する工程とを含んでいる。
と並行して、処理室内にキャリアガスを導入する工程を
含んでいる。
程として、液体または気体処理室の上部近傍から導入さ
れる。
の水、水蒸気または二酸化炭素のうちいずれかを用い
る。またキャリアガスとして、不活性ガスまたは乾燥空
気を用いる。
去方法について図を用いて説明する。図1を参照して、
真空処理室10に、異物除去のための気体または液体を
導入するための配管として、異物除去用気体または液体
導入配管(以下「気体等導入配管」と記す)80が接続
されている。また、真空処理室10の壁面に付着する異
物を除去するためにヒータ15を設けている。なお、こ
れ以外の構成については従来の技術の項において説明し
た従来のドライエッチング装置の構成と同様なので同一
部材には同一符号を付しその説明を省略する。
物除去方法について説明する。まず、所定のエッチング
プロセスを25回連続して行なう。その後、真空度約
0.01Torrの真空処理室10内へ、大気圧よりも
低い圧力の約90℃の水蒸気500sccmを気体等導
入配管80により約5秒間導入する。その後、約0.0
1Torrの真空度にまで真空処理室10内を減圧す
る。ウェハ50を真空処理室10内に搬送し、下部電極
20に載置する。所定のエッチングガスを導入口42に
より5秒間真空処理室10内に導入する。プラズマを発
生させずに真空排気を約1分間行ない、真空度を0.0
1Torrに低下させた後に、ウェハ50を真空処理室
10から取出した。その取出したウェハ(ウェハA)に
付着した異物の数と大きさについて評価した。
蒸気を導入させない場合について同様の評価を行なっ
た。すなわち、所定のエッチングプロセスを25回終了
後に、真空度約0.01Torrの真空処理室10内の
下部電極20上にウェハを載置する。エッチングガスを
5秒間真空処理室10内に導入しプラズマを発生させず
に排気を約1分行なう。真空度0.01Torrに低下
させ、ウェハを真空処理室10から取出した。その取出
したウェハ(ウェハB)に付着した異物について同様の
評価を行なった。
(a)は、ウェハBの評価結果であり、図2(b)は、
ウェハAの評価結果である。図2(a)を参照して、水
蒸気を導入しない場合、ウェハ上の総異物数は78個で
あった。そのうち0.16μm以下の微小異物は57個
であった。
入した場合、ウェハ上の総異物数は8個であり、そのう
ち、0.16μm以下の微小異物は7個であった。した
がって、水蒸気を導入することにより、真空処理室内の
微小な異物を大幅に減少することが確認できた。
3(a)に示されているように、水蒸気を導入する前の
真空処理室内には、微小な異物が浮遊している。そして
図3(b)に示されているように、減圧された真空処理
室内へ水蒸気を導入することにより、水蒸気が断熱膨張
を起こして冷却され、浮遊していた微小な異物を核とし
て固化または液化成長する。水蒸気が固化または液化成
長した異物は、その重量が増加し、真空処理室の下部へ
落下し始め、図3(c)に示されているように、排気手
段により真空処理室の外へ排出される。つまり、重量が
増した異物が真空処理室の下部へ落下する効果と、排気
手段によって真空処理室の外へ排出される効果とによ
り、ウェハ上に付着する微小な異物が減少したものと考
えられる。
施の形態1において、ウェハ上に付着する微小な異物が
減少するのは、重量が増した異物が真空処理室の下部へ
落下する効果と、排気手段によって真空処理室の外へ排
出される効果によることが考えられた。そこで、重量が
増加した異物の落下による効果のみを評価するため、水
蒸気を真空処理室内に導入した後に真空処理室内を排気
せずにウェハ上の異物を評価した。
あった。これにより、処理室内を浮遊する微小な異物の
重量を増加させ、落下させることによってもウェハ上に
付着する異物数をある程度低減できることが判明した。
施の形態1においては、所定の水蒸気を5秒間導入した
後に真空引きを行なった。この真空引きを、水蒸気の導
入と並行して行なった。
ころ、ウェハ上に付着した異物の総数は7個であった。
入したが、間欠的に導入しても全く同様の異物低減効果
が得られた。特に、水蒸気を間欠的に導入することは、
水蒸気の導入による真空処理室内の圧力の変化が少な
く、排気系の容量が小さい場合などには有用である。
施の形態1〜3においては、真空処理室内に水蒸気を導
入した。水蒸気の他に、液体の水を導入してもよい。す
なわち、所定のエッチングプロセス終了後に、真空処理
室内を大気圧(760Torr)にした。その真空処理
室内に液体マスフローにより、水0.2ccを導入し
た。その後、真空処理室内を1Torrにまで減圧し
た。
ころ、ウェハ上に付着した異物の総数は46個であっ
た。したがって、真空処理室内に液体の水を導入するこ
とによってもウェハ上に付着する異物数の低減に効果が
あることが判明した。
異物の付着数の低減について水の相図を用いて説明す
る。図4を参照して、実施の形態1〜3の場合は、同図
中の矢印aに相当すると考えられる。すなわち、水蒸気
は約0.01Torrの真空処理室内へ導入された際
に、圧力の低下に伴う断熱膨張により水蒸気の温度が低
下する。水蒸気は放電空間内を浮遊する微小な異物を核
として固化または液化する。これにより、微小な異物の
重量が増加し、真空処理室内の下部へ落下するととも
に、排気手段(図示せず)により真空処理室の外へ排気
される。その結果、ウェハ上に付着する微小な異物が減
少すると考えられる。
bに相当すると考えられる。すなわち、液体の水を大気
圧の真空処理室へ導入するとともに、その真空処理室内
を排気することにより断熱膨張により水の温度が低下す
る。その水は真空処理室内を浮遊する微小な異物を核と
して固化する。これにより、微小な異物の重量が増加し
真空処理室内の下部へ落下するとともに、排気手段によ
って真空処理室の外へ排出される。その結果、ウェハ上
に付着する微小な異物が減少すると考えられる。
り真空処理室内に導入されたが、所定のエッチングガス
を真空処理室内に導入する導入口42から水蒸気を導入
させても同様の効果を得ることができる。
施の形態1においては、水蒸気を真空処理室内に導入し
てから真空処理室内の排気を行なった。この真空処理室
内の排気と並行してキャリアガスとしての窒素ガスを真
空処理室内に導入してもよい。
の配管(図示せず)により窒素を50sccm導入し
た。その窒素の導入と並行して真空処理室内を排気し
た。
ころ、ウェハ上に付着した異物の総数は6個であった。
これは、真空処理室内に窒素の流れが形成され、その流
れに乗って異物が効果的に真空処理室の外へ排出される
ため、ウェハ上に付着する微小な異物の数が低減したと
考えられる。
は窒素に限られず、他の不活性ガスでもよく、また、乾
燥空気、Heなどの稀ガスでも同様の効果を得ることが
できる。
述した異物除去の工程を複数回繰返すことにより、さら
にウェハ上に付着する微小な異物を低減することができ
る。すなわち、図5を参照して、真空処理室内に水蒸気
を導入し、その真空処理室内を排気する一連の工程を3
回繰返した。この場合、同様の異物評価を行なったとこ
ろ、ウェハ上に付着した異物の総数は3個であった。
気を導入し、その真空処理室内を排気するとともに、真
空処理室内に窒素ガスを導入する一連の工程を3回繰返
した。この場合も、ウェハ上に付着した異物の総数は3
個であった。
施することにより、ウェハ上に付着する異物をさらに低
減することができる。
めに所定のエッチングプロセスを行なった後に異物除去
を行なったが、所定のエッチングプロセスの開始前やエ
ッチングプロセスの間に行なっても、異物除去の効果に
差がないことは言うまでもない。しかも、一連の異物除
去工程は、ドライエッチング装置を停止することなく行
なうことができ、ドライエッチング装置の稼動率を大幅
に向上させることが可能である。
気または液体の水は真空処理装置の上部から導入した。
これは導入された気体等が、真空処理室内に浮遊する微
小な異物を核として固化または液化成長し、その成長し
た異物が落下することにより真空処理室内の異物の低減
を促進しようと意図したものである。
は、その異物が下部電極に落下することが懸念される。
これに対しては、予め、図1に示す下部電極20上にダ
ミーのウェハ等を載置することにより回避することがで
きる。また、ダミーのウェハ以外に、たとえば、下部電
極上方に、シャッタを設けても同様の効果を得ることが
できる。
気または液体の水を例に挙げた。この他に、アルコール
と水との混合物を用いてもよい。また二酸化炭素を用い
てもよい。さらに、断熱膨張を利用して固化しやすい気
体としては、Ar、Xe、Kr、Ne、N2 、CO、メ
タン、プロパン、フレオンがあり、これらを用いても同
様の効果を得ることができる。
ッチング装置を例に挙げたが、この他に、減圧CVD装
置などのウェハに処理を施すための処理室と、その処理
室内を排気する手段を備えている半導体製造装置にも適
用することができ、同様の効果を得ることができる。
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記で説明した範囲ではな
く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれること
が意図される。
装置は、処理室と、導入配管と、排気手段とを備えてい
る。処理室は、半導体基板に所定のプロセスを施す。導
入配管は、処理室内に所定の液体または気体を導入す
る。排気手段は、処理室内を排気し、処理室内に導入さ
れた液体または気体を断熱膨張により、処理室内に浮遊
する異物を核として固化または液化させる。
室内は減圧される。導入配管によって処理室内に導入さ
れた液体または気体は、断熱膨張により冷却される。こ
のとき、導入された液体または気体は、処理室内に浮遊
する異物を核として、固化または液化成長する。これに
より、異物の重量が増加し、容易に処理室の下部に落下
する。また、排気手段によりその異物が容易に処理室の
外へ排出される。その結果、半導体基板上に付着する異
物が低減する。
に接続されている。この場合には、処理室内の上部付近
に存在する異物を核として、導入された液体または気体
が固化または液化成長し、排出される。その結果、半導
体基板の上方に浮遊する異物が半導体基板上に付着する
のをより効率よく防ぐことができる。
理室内にキャリアガスを導入するためのキャリアガス導
入配管をさらに含んでいる。
まわりに固化または液化成長した異物がキャリアガスの
流れに伴って、容易に処理室の外へ効率よく排出され
る。その結果、半導体基板上に付着する異物がさらに減
少する。
の異物除去方法は、半導体基板に所定のプロセスを施す
ための排気手段を含む処理室を有する半導体製造装置の
異物除去方法であって、処理室内に所定の液体または気
体を導入する工程と、排気手段によって処理室内を所定
の圧力にまで減圧する減圧工程により、導入された液体
または気体を、処理室内の異物を核として固化または液
化させる工程とを備えている。
液体または気体は、処理室内が排気手段によって排気さ
れるため、断熱膨張によって冷却される。このとき、導
入された液体または気体は処理室内に浮遊する微小な異
物を核として固化または液化成長する。これにより、異
物はその重量が増加し処理室の下部へより落下しやすく
なる。その結果、半導体基板上に付着する異物を低減す
ることができる。
を処理室内に導入する前に行なわれる。
た処理室内へ導入される。このとき液体または気体が急
激に膨張し、異物を核として固化または液化成長がより
効率よく行なわれる。その結果、半導体基板上に付着す
る異物が低減する。
程の後、排気手段により、処理室内を排気する工程を含
んでいる。
わりに固化または液化成長した異物が処理室の外へ排出
される。その結果、半導体基板上に落下して付着する異
物がより減少する。
工程と並行して、排気手段により処理室内を排気する工
程を行なう。
がその異物を核として固化または液化成長しながら排気
される。これにより、半導体基板上に落下して付着する
異物がさらに減少する。
の後、さらに処理室内に液体または気体を導入するとと
もに、排気手段により導入された液体または気体を、固
化または液化成長させる工程と、排気手段により処理室
内を排気する工程とを含んでいる。
として、導入した気体等を固化または液化成長させ、そ
の異物を処理室の外へ排出する一連の工程が繰返され
る。これによって、処理室内に浮遊する微小な異物が効
率よく排出される。その結果、半導体基板上に付着する
異物がさらに減少する。
と並行して、処理室内にキャリアガスを導入する工程を
含んでいる。
て異物がさらに効率よく処理室の外へ排出される。その
結果、半導体基板上に付着する異物がさらに減少する。
程として、液体または気体処理室の上部近傍から導入さ
れる。
する微小な異物を核として、導入された気体等が固化ま
たは液化成長し、処理室の外へ排出される。その結果、
半導体基板の上方に浮遊する微小な異物が半導体基板上
に付着するのを防ぐことができる。
の水、水蒸気または二酸化炭素のうちいずれかを用い
る。またキャリアガスとして、不活性ガスまたは乾燥空
気を用いる。
的よく用いられているものであり、容易に適用すること
が可能である。
グ装置の一断面図である。
導入しない場合の異物数の評価結果であり、(b)は、
水蒸気を導入した場合の評価結果である。
1の状態を示す図であり、(b)は、その第2の状態を
示す図であり、(c)は、その第3の状態を示す図であ
る。
明するための水の相図である。
を示す第1の図である。
図である。
る。
置の歩留りに影響する異物の大きさとの関係を示す図で
ある。
数との関係を示す図である。
空処理室内の空間を浮遊する異物の個数を測定したグラ
フである。
13 圧力測定器、14 圧力測定口、15 ヒータ、
20 下部電極、23 高周波電源、40 上部電源、
41 供給装置、42 導入口、50 ウェハ、80
気体等導入配管。
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体基板に所定のプロセスを施すため
の処理室と、 前記処理室内に所定の液体または気体を導入するための
導入配管と、 前記処理室内を排気し、前記処理室内に導入された前記
液体または気体を断熱膨張により、前記処理室内に浮遊
する異物を核として固化または液化させるための排気手
段とを備えた、半導体製造装置。 - 【請求項2】 前記導入配管は、前記処理室の上部近傍
に接続されている、請求項1記載の半導体製造装置。 - 【請求項3】 前記処理室に接続された、前記処理室内
にキャリアガスを導入するためのキャリアガス導入配管
をさらに含む、請求項1または2に記載の半導体製造装
置。 - 【請求項4】 半導体基板に所定のプロセスを施すため
の、排気手段を含む処理室を有する半導体製造装置の異
物除去方法であって、 前記処理室内に所定の液体または気体を導入する工程
と、 前記排気手段によって前記処理室内を所定の圧力にまで
減圧する減圧工程により、導入された前記液体または気
体を、前記処理室内の異物を核として固化または液化さ
せる工程とを備えた、半導体製造装置の異物除去方法。 - 【請求項5】 前記減圧工程は、前記液体または気体を
前記処理室内に導入する前に行なわれる、請求項4記載
の半導体製造装置の異物除去方法。 - 【請求項6】 前記固化または液化させる工程の後、前
記排気手段により前記処理室内を排気する工程を含む、
請求項4または5に記載の半導体製造装置の異物除去方
法。 - 【請求項7】 前記固化または液化させる工程と並行し
て、前記排気手段により前記処理室内を排気する工程を
行なう、請求項4または5に記載の半導体製造装置の異
物除去方法。 - 【請求項8】 前記処理室内を排気する工程の後、さら
に前記処理室内に前記液体または気体を導入するととも
に、前記排気手段により導入された前記液体または気体
を、固化または液化させる工程と、 前記排気手段により前記処理室内を排気する工程と、を
含む、請求項6記載の半導体製造装置の異物除去方法。 - 【請求項9】 前記処理室内を排気する工程と並行し
て、前記処理室内にキャリアガスを導入する工程を含
む、請求項7または8に記載の半導体製造装置の異物除
去方法。 - 【請求項10】 前記液体または気体を導入する工程と
して、前記液体または気体は前記処理室の上部近傍から
導入される、請求項4〜9のいずれかに記載の半導体製
造装置の異物除去方法。 - 【請求項11】 前記液体または気体として、液体の
水、水蒸気または二酸化炭素のうちいずれかを用いる、
請求項4〜10のいずれかに記載の半導体製造装置の異
物除去方法。 - 【請求項12】 前記キャリアガスとして、不活性ガス
または乾燥空気を用いる、請求項4〜11のいずれかに
記載の半導体製造装置の異物除去方法。
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