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発明の名称 プラズマ処理装置および処理方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−12724(P2007−12724A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−189079(P2005−189079)
出願日 平成17年6月29日(2005.6.29)
代理人 【識別番号】100113859
【弁理士】
【氏名又は名称】板垣 孝夫
発明者 大西 克彦 / 草間 博 / 宮崎 佑 / 宮嶋 猛志
要約 課題
ゲートバルブ部分のプラズマによる劣化を防止し、その劣化によって発生するパーティクルを低減する。またゲートバルブ部分の機械的劣化やウェハ処理中に堆積するデポ物に起因して、ゲートバルブ駆動時等に発塵するパーティクルのウェハへの付着を防止する。

解決手段
内部のウェハステージ4に設置された被処理体たるウェハWをプラズマ処理するプロセスチャンバー1と、このプロセスチャンバー1のゲート部たるウェハ搬送経路部201 を開閉するゲートバルブ301 とを備えたプラズマ処理装置に、ウェハ搬送経路部201 からステージ4を遮蔽する移動自在な保護部材としてのライナー15を設ける。これにより、ライナー15によって、ゲートバルブ301 、特にゲートバルブOリング302のプラズマによる劣化、ウェハ近傍へのデポ物堆積を防止できる。またライナー15によって、ゲートバルブOリング302 の機械的劣化やデポ物堆積によってゲートバルブ駆動時に発生するパーティクルがウェハWに付着するのを防止することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
内部のステージに設置された被処理体をプラズマ処理する処理室と、前記処理室のゲート部を開閉するゲートバルブとを備えたプラズマ処理装置において、
前記ゲート部からステージを遮蔽する保護部材が前記処理室内に移動自在に設けられたプラズマ処理装置。
【請求項2】
保護部材はステージおよびその周囲に形成されるプラズマ領域を囲む円筒状部を有した請求項1記載のプラズマ処理装置。
【請求項3】
保護部材の内部に温度制御流体の循環路が形成された請求項1記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
保護部材は、ゲート側の表面がパーティクルやデポ物をより吸着し易い表面粗さとされ、ステージ側の表面がパーティクルやデポ物をより吸着し難い表面粗さとされた請求項1記載のプラズマ処理装置。
【請求項5】
ステージの内部に、設置される被処理体を所望温度に制御する中央領域温度制御部と、ステージ外周部の表面温度を制御する外周温度制御部とが設けられた請求項1記載のプラズマ処理装置。
【請求項6】
被処理体をゲート部より処理室内に搬入してステージ上に設置する工程と、
前記ゲート部からステージを遮蔽可能に処理室内に設けられた保護部材をゲート部とステージとの間を遮断する位置に移動させる工程と、
前記ステージ上の被処理体にプラズマ処理を施す工程と、
前記保護部材をゲート部とステージとの間が遮断されない位置に移動させる工程と、
プラズマ処理された被処理体をゲート部より処理室外に搬出する工程と
をこの順に行なうプラズマ処理方法。
【請求項7】
保護部材のゲート側の表面温度をパーティクルやデポ物が吸着し易いより低い温度に制御し、ステージ側の表面温度をパーティクルやデポ物が吸着し難いより高い温度に制御する請求項6記載のプラズマ処理方法。
【請求項8】
ステージの中央領域の表面温度を、設置される被処理体を所望温度に維持する温度に制御し、ステージ外周部の表面温度をパーティクルやデポ物が吸着し難いより高い温度に制御する請求項6記載のプラズマ処理方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置を製造するウェハ処理の前工程でエッチングやアッシングなどを行なうプラズマ処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体集積回路装置の微細化に伴って、パーティクルが半導体集積回路装置、それを用いたデバイスに及ぼす影響が大きくなりつつある。製品歩留りを向上させるためには、半導体製造装置からのパーティクル発塵を低減する必要があり、種々の技術が提案されている。
【0003】
半導体製造装置の一つであるプラズマ処理装置を図3に示す。プラズマ処理を行うプロセスチャンバー1とウェハ搬送チャンバー101とがウェハ搬送経路部201で連通され、プロセスチャンバー1からのプラズマ雰囲気を遮断するようにウェハ搬送経路部201を開閉するゲートバルブ301が設けられている。ゲートバルブ301は、ウェハ搬送チャンバー101側に設置されており、ウェハ搬送チャンバー101の内面と接する面にゲートバルブOリング302が固定されている。
【0004】
プラズマ処理の際の一連の動作を説明する。プロセスチャンバー1にウェハがないスタンバイ状態では、ゲートバルブ301は閉じられている。この状態から、まずゲートバルブ301を開き、ウェハWをウェハ搬送チャンバー101から取り出して、プロセスチャンバー1内に搬送し、ウェハステージ103上に設置し、ゲートバルブ301を閉じる。そしてプロセスチャンバー1内でプラズマを発生させてウェハWを加工する。加工終了後に、ゲートバルブ301を開け、プロセスチャンバー1からウェハWを取り出し、ゲートバルブ301を閉じる。
【0005】
プラズマ処理装置におけるパーティクル発生原因は複数考えられる。その内の一つは、デポ物が堆積し、それが剥がれてパーティクルになることである。もう一つは、装置の部材自体が劣化等によってパーティクルとなることである。たとえば上記したゲートバルブ301は、デポ物の堆積や、機械的劣化が起こるだけでなく、プラズマに接することによる劣化も起こるため、パーティクルを発塵しやすい。ゲートバルブ301のなかでも、ゲートバルブOリング302のプラズマによる劣化がパーティクル発生の大きな原因となっている。発生したパーティクルは、ウェハWを搬入搬出する際のゲートバルブ301の開閉時に巻き上がって、ウェハWに付着しやすく、歩留り低下の要因となる。
【0006】
ゲートバルブOリングのプラズマ劣化に起因するパーティクルを低減するために、ゲートバルブを2段に設置し、プラズマ領域により近いゲートバルブに金属メッシュ状のOリングを用いたもの(例えば、特許文献1参照)や、ゲートバルブの内側に保護部材を用いるラビリンス構造を採用したもの(例えば、特許文献2参照)がある。
【特許文献1】特開2004−141803号公報
【特許文献2】特開2003−163206号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記した従来のプラズマ処理装置は、ゲートバルブOリングのプラズマによる劣化で発生するパーティクルは低減できるものの、機械的劣化については考慮されていないので、ゲートバルブOリングをある程度の長い期間にわたって使用すると、パーティクルが発生し、ウェハに付着するという問題がある。また、ゲートバルブ部分を含むチャンバー内のデポ物堆積によるパーティクルの問題は依然として存在している。
【0008】
本発明は、上記問題に鑑み、ゲートバルブ部分のプラズマによる劣化を防止し、その劣化によって発生するパーティクルを低減する。またゲートバルブ部分の機械的劣化やウェハ処理中に堆積するデポ物によってゲートバルブ駆動時等に発塵するパーティクルのウェハへの付着を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明のプラズマ処理装置は、内部のステージに設置された被処理体をプラズマ処理する処理室と、前記処理室のゲート部を開閉するゲートバルブとを備えたプラズマ処理装置において、前記ゲート部からステージを遮蔽する保護部材が前記処理室内に移動自在に設けられたことを特徴とする。これにより、ゲートバルブ部分(特に圧接部材たるゲートバルブOリング)のプラズマによる劣化を防止できるとともに、これら部材の機械的劣化、デポ物堆積によってゲートバルブ駆動時に発生するパーティクルがウェハに付着するのを防止することができる。
【0010】
保護部材はステージおよびその周囲に形成されるプラズマ領域を囲む円筒状部を有することを特徴とする。これにより、ゲートバルブ部分のプラズマによる劣化、機械的劣化、デポ物堆積によってゲートバルブ駆動時に発生するパーティクルがウェハに付着するのをより確実に防止することができる。またステージに設置されるウェハの軸心に対して対称なプラズマを生成して、ウェハの面内の均一性を向上させることが可能になる。
【0011】
保護部材の内部に温度制御流体の循環路が形成されるのが好ましい。温度制御流体によって保護部材の温度を制御することで、プラズマ処理中にウェハ近傍に堆積するデポ物の量を低減し、デポ物が剥がれて発塵するパーティクルを低減できるからである。
【0012】
保護部材は、ゲート側の表面がパーティクルやデポ物をより吸着し易い表面粗さとされ、ステージ側の表面がパーティクルやデポ物をより吸着し難い表面粗さとされるのが好ましい。
【0013】
ステージの内部に、設置される被処理体を所望温度に制御する中央領域温度制御部と、ステージ外周部の表面温度を制御する外周温度制御部とが設けられるのが好ましい。ステージ外周部を高温化することで、この部分へのデポ物などの堆積を防止できるからである。
【0014】
本発明のプラズマ処理方法は、被処理体をゲート部より処理室内に搬入してステージ上に設置する工程と、前記ゲート部からステージを遮蔽可能に処理室内に設けられた保護部材をゲート部とステージとの間を遮断する位置に移動させる工程と、前記ステージ上の被処理体にプラズマ処理を施す工程と、前記保護部材をゲート部とステージとの間が遮断されない位置に移動させる工程と、プラズマ処理された被処理体をゲート部より処理室外に搬出する工程とをこの順に行なうことを特徴とする。つまり、被処理体を搬入搬出する時には保護部材をゲート部とステージとの間から退避させ、被処理体にプラズマ処理を施す間は保護部材によってステージとゲート部との間を遮断するもので、ゲートバルブ部分のプラズマによる劣化、機械的劣化、デポ物堆積によってゲートバルブ駆動時に発生するパーティクルがウェハに付着するのを防止することができる。
【0015】
保護部材のゲート側の表面温度をパーティクルやデポ物が吸着し易いより低い温度に制御し、ステージ側の表面温度をパーティクルやデポ物が吸着し難いより高い温度に制御するのが好ましい。これにより、プラズマ処理中にウェハ近傍に堆積するデポ物の量を低減し、デポ物が剥がれて発塵するパーティクルを低減することができる。
【0016】
ステージの中央領域の表面温度を、設置される被処理体を所望温度に維持する温度に制御し、ステージ外周部の表面温度をパーティクルやデポ物が吸着し難いより高い温度に制御するのが好ましい。ステージ外周部を高温化することで、この部分にデポ物などが堆積するのを防止できるからである。
【発明の効果】
【0017】
本発明のプラズマ処理装置及び処理方法は以下の効果を奏する。
(1)ゲートバルブ部分(特にそのゲートバルブOリング)のプラズマによる劣化を防止し、劣化によって発生するパーティクルを低減する。
(2)ゲートバルブ部分(特にそのゲートバルブOリング)の機械的劣化によって発生するパーティクルがウェハに付着するのを防止する。
(3)ゲートバルブに付着したデポ物がゲートバルブの駆動時に剥がれて発生するパーティクルがウェハに付着するのを防止する。
(4)処理室内におけるウェハ近傍のデポ物の堆積量を低減し、デポ物が剥がれて発生するパーティクルを低減する。
(5)ウェハ軸心(ウェハの中心から垂直の軸)に対して対称なプラズマを生成し、ウェハの面内の均一性を向上させる。
【0018】
よって、微細化が進む半導体集積回路装置などの高歩留りを実現することが可能となり、価格高騰も抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【0020】
プラズマ処理を行うプロセスチャンバー1とウェハ搬送チャンバー101とがウェハ搬送経路部201で連通され、プロセスチャンバー1からのプラズマ雰囲気を遮断するようにウェハ搬送経路部201を開閉するゲートバルブ301が設けられている。
【0021】
ウェハ搬送チャンバー101は、ウェハWをプロセスチャンバー1に搬入搬出する搬送機構(図示せず)を備えている。ゲートバルブ301は、ウェハ搬送チャンバー101側に設置されており、ウェハ搬送チャンバー101の内面と接する面にゲートバルブOリング302が固定されている。
【0022】
プロセスチャンバー1は、電源2に接続する上部電極3が天部に埋設されるとともに、ウェハWを設置するためのウェハステージ4に電源5が接続されていて、ウェハステージ4が下部電極として機能する2周波型装置として構成されている。ただしマイクロ波プラズマ処理装置、ICPプラズマ処理装置、平行平板プラズマ処理装置など、プラズマ源に依存せず構成可能である。
【0023】
プロセスチャンバー1には、ガス源6などのガス供給系7が上部電極3内に連通するように接続されていて、ガス供給系7によって供給されるガスは上部電極3に形成された複数の孔3aから噴出する。またウェハ搬送経路部201に対向する側壁の下部の排気部8aから外方に突出した排気領域8が設けられ、排気領域8の底部に排気口9が形成され、排気口9を開閉する排気用ゲートバルブ10と、排気口9に連通するターボ分子ポンプ11などの排気系12とが設置されていて、プロセスチャンバー1内のガスは排気部8a,排気領域8,排気口9を通るように整流されて外部へ排気される。
【0024】
ウェハステージ4上にはフォーカスリング13が配置されており、ウェハステージ4内には、ステージ上のウェハWを温度制御するための冷媒循環路14が形成されている。
このプラズマ処理装置が従来のものと相違するのは、プロセスチャンバー1内に上下方向に移動可能な2重構造のライナー15が設けられている点である。またウェハステージ4内の冷媒循環路14が3系統に分けられ、さらに温度制御のためのヒーター16が設けられている点である。
【0025】
ライナー15は、上部電極3よりも大きく開口してウェハステージ4を同心状に囲んだ有底円筒状部と、この有底円筒状部の下方に延びてプロセスチャンバー1の底部を貫通している脚部とからなり、ウェハステージ4の脚部は有底円筒状部の底部を貫通している。
【0026】
このライナー15は、内側ライナー17と外側ライナー18とがその間に配置された断熱体19を介して固定された構造であり、上下移動が駆動された際にはこれらが一体となって動く。内側ライナー17,外側ライナー18はともに接地されている。内側ライナー17,外側ライナー18はそれぞれ、内部に冷媒循環路17a,18aが形成され、底部に通気口17b,18bが形成されている。通気口17b,通気口18bは互いに上下に重なっている。
【0027】
ウェハステージ4内の冷媒循環路14は環状であり、ウェハ中央部に対応する第1循環路14aと、ウェハエッジ部に対応する第2循環路14bと、その中間に位置する第3循環路14cとよりなる。
【0028】
ヒーター16は、ウェハステージ4の外周領域に配置されており、冷媒循環路14との間には断熱体20が設けられている。
上記プラズマ処理装置におけるプラズマ処理の際の一連の動作を説明する。
【0029】
プロセスチャンバー1にウェハがないスタンバイ状態では、ゲートバルブ301は閉じられており、ライナー15は図示した位置に上昇している。
この状態から、まずゲートバルブ301を開き、ライナー15を下降させ、ウェハWをウェハ搬送チャンバー101から取り出して、プロセスチャンバー1内に搬送し、ウェハステージ103上に設置し、ライナー15を再び上昇させ、ゲートバルブ301を閉じる。これにより図示した状態となる。その後にプロセスチャンバー1内でプラズマを発生させてウェハWを加工する。
【0030】
加工終了後に、ゲートバルブ301を開け、ライナー15を下降させ、プロセスチャンバー1からウェハWを取り出し、ライナー15を上昇させ、ゲートバルブ301を閉じる。
【0031】
この際のウェハステージ4,ライナー15の温度制御について、コンタクトホールや配線溝を形成するために酸化膜をドライエッチングするものとして、プロセスガスにC、CF、CHF、CH、O等を用いる場合を例にとって説明する。発生するパーティクルの成分として、Si、O、C、その他にゲートバルブOリングの成分であるCa、S、Fなどが含まれ、パーティクルの粒径サイズは0.1〜1.0μm程度となることが多い。
【0032】
2重構造のライナー15の内、外側ライナー18は内側ライナー17よりも低温化させて、パーティクルやパーティクルの原因となるデポ物を積極的に吸着させる。具体的には10℃以下に温度設定する。外側ライナー18の表面粗さはRa=10.0以上として、パーティクルやパーティクルの原因となるデポ物をより吸着しやすくする。
【0033】
内側ライナー17は外側ライナー18よりも高温化させて、デポ物などが堆積しないようにする。具体的には60℃以上に温度設定する。内側ライナー17の表面粗さはRa=0.2以下として、パーティクルやパーティクルの原因となるデポ物をより吸着しにくくする。
【0034】
ウェハステージ4の外周部はヒーター16により高温化させて、デポ物などが堆積しないようにする。具体的には60℃以上に温度設定する。ウェハステージ4の外周部の表面粗さはRa=0.2以下として、パーティクルやパーティクルの原因となるデポ物をより吸着しにくくする。
【0035】
このようにライナー15の内周部およびウェハステージ4の外周部を高温化することにより、ウェハWの近傍にデポ物の堆積をなくし、ウェハWへのパーティクルの付着を防止するのである。この高温領域の温度がウェハWの温度制御に影響することは、ヒーター16の内側に配置した断熱体20によって防止する。
【0036】
しかしウェハWの温度設定によっては、断熱体20によってもこの高温領域の温度の影響を0にできない場合もあるので、3系統の冷媒循環路14(第1循環路14a,第2循環路14b,第3循環路14c)で温度制御することにより、ウェハWの面内の温度分布を均一にする。
【0037】
以上のようにライナー15を上下移動させ、且つウェハステージ4,ライナー15を温度制御することによる効果は次の通りである。
プラズマ処理中は、ライナー15が上昇しているため、ゲートバルブOリング302はプラズマに接しにくく、プラズマによるゲートバルブOリング302の劣化を防止することができる。またライナー15の内周部(内側ライナー17)やウェハステージ4の外周部を高温化しているので、ウェハWの近傍にデポ物の堆積をなくすことができる。
【0038】
さらに、上昇したライナー15の有底円筒状部がウェハステージ4の外周を囲むため、ウェハWの軸心に対して対称なプラズマを生成することができ、且つウェハWの面内の温度分布も冷媒循環路14,ヒーター16によって均一に制御されるので、プラズマ加工の面内の均一性を向上させることができる。ライナーがない従来装置では(図3参照)、ウェハ搬送経路部201の凹形状の影響でプラズマがウェハWの軸心に対して非軸対称になってしまう。
【0039】
ウェハWの搬入時にゲートバルブ301を開閉する際には、ゲートバルブOリング302の機械的磨耗やデポ物の剥がれによってパーティクルが発生することがあるが、ゲートバルブ301が閉じる前にライナー15が上昇してウェハWを囲むため、発生したパーティクルがウェハWに接触することはない。またライナー15の外周部(外側ライナー18)を低温化しているので、この低温部分に、パーティクルやパーティクルの原因となるデポ物は吸着される。
【0040】
ウェハWの搬出にあたってゲートバルブ301を開く際も、ゲートバルブOリング302の機械的磨耗やデポ物の剥がれによってパーティクルが発生することがあるが、ライナー15はまだ上昇状態にありウェハWを囲んでいるため、発生したパーティクルがウェハWに接触することはない。またライナー15の外周部(外側ライナー18)を低温化しているので、この低温部分に、パーティクルやパーティクルの原因となるデポ物は吸着される。
(第2実施形態)
図2は本発明の第2実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【0041】
このプラズマ処理装置が第1実施形態のものと相違するのは、プロセスチャンバー1内に上下方向に移動可能に設けられたライナー15は単層構造であり、冷媒循環路は存在しない点である。またウェハステージ4内の冷媒循環路14は1系統であり、ヒーターも設けられていない点である。
【0042】
このプラズマ処理装置におけるプラズマ処理の際の一連の動作を説明する。
プロセスチャンバー1にウェハがないスタンバイ状態では、ゲートバルブ301は閉じられており、ライナー15は図示した位置に上昇している。
【0043】
この状態から、まずゲートバルブ301を開き、10sec後にライナー15を下降させ、ウェハWをウェハ搬送チャンバー101から取り出して、プロセスチャンバー1内に搬送し、ウェハステージ103上に設置し、ライナー15を再び上昇させ、ゲートバルブ301を閉じる。これにより図示した状態となる。その後にプロセスチャンバー1内でプラズマを発生させてウェハWを加工する。
【0044】
加工終了後に、ゲートバルブ301を開け、10sec後にライナー15を下降させ、プロセスチャンバー1からウェハWを取り出し、ライナー15を上昇させ、ゲートバルブ301を閉じる。
【0045】
以上のようにすることにより、プラズマ処理中は、ライナー15が上昇しているため、ゲートバルブOリング302はプラズマに接しにくく、プラズマによるゲートバルブOリング302の劣化を防止することができる。
【0046】
また上昇したライナー15の有底円筒状部分がウェハステージ4の外周を囲むため、ウェハWの軸心に対して対称のプラズマを生成することができ、且つウェハWの面内の温度分布も冷媒循環路14によって均一に制御されるので、プラズマ加工の面内の均一性を向上させることができる。
【0047】
ウェハWの搬入時にゲートバルブ301を開閉する際には、ゲートバルブOリング302の機械的磨耗やデポ物の剥がれによってパーティクルが発生することがあるが、ゲートバルブ301を閉じる前にライナー15が上昇してウェハWを囲むため、発生したパーティクルがウェハWに接触することはない。
【0048】
ウェハWの搬出にあたってゲートバルブ301を開く際も、ゲートバルブOリング302の機械的磨耗やデポ物の剥がれによってパーティクルが発生することがあるが、ライナー15はまだ上昇状態にありウェハWを囲んでいるため、発生したパーティクルがウェハWに接触することはない。
【0049】
なお、ウェハWへのパーティクルの付着防止を確実にするために、ここではゲートバルブ301を開けてから10sec後にライナー140を下降させるようにしたが、チャンバー容量を考慮して適宜に時間を変更する必要がある。
【0050】
この第2実施形態のプラズマ処理装置は、第1実施形態のプラズマ処理装置がライナー15を2重構造としてそれぞれ温度制御し且つウェハステージ4の4箇所を温度制御するのに比べて、装置構造、制御方法が簡素であり、装置コスト、運転コストを低減できる。この第2実施形態のプラズマ処理装置は、デポ性の低いプロセスで、ウェハ外周を囲んだ壁(ここで言うライナー15やプロセスチャンバー1の側壁)の温度を制御する必要がない場合に有効である。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明のプラズマ処理装置及び処理方法は、パーティクルの発生およびウェハへの付着を防止できるだけでなく、プラズマ加工のウェハ面内均一性をも向上できるので、微細化された半導体集積回路装置などの製造に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】本発明の第1実施形態におけるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図
【図2】本発明の第2実施形態におけるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図
【図3】従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図
【符号の説明】
【0053】
1 プロセスチャンバー
4 ウェハステージ
14 冷媒循環路
14a 第1循環路
14b 第2循環路
14c 第3循環路
15 ライナー
17 内側ライナー
17a 冷媒循環路
18 外側ライナー
18a 冷媒循環路
16 温度制御部(ヒーター)
101 ウェハ搬送チャンバー
201 ウェハ搬送経路部
301 ゲートバルブ
302 ゲートバルブOリング
W ウェハ




 

 


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