(57)【要約】【課題】簡便且つ低コストで半導体基板の上に滞留する残留成分を除去することを目的とする。【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体基板１３の上に形成されている被処理膜に対してドライエッチングを行った後、半導体基板１３を加熱することにより、半導体基板１３の上に滞留している残留成分を半導体基板１３から脱離させる。その後、残留成分を吸着して分解する。【選択図】    図２
2004241643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されている被処理膜に対してドライエッチングを行う第１の工程と、
前記第１の工程よりも後に、前記基板を加熱することにより、前記基板の上に滞留している残留成分を前記基板から脱離させる第２の工程と、
前記第２の工程よりも後に、前記残留成分を吸着して分解する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程は、前記基板をランプにより加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第３の工程は、チャンバーの内壁に形成されたチタン膜又は酸化チタン膜よりなる吸着分解膜を用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第３の工程は、前記残留成分を光触媒反応を用いて分解する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程及び前記第３の工程は、オリエンターチャンバーの内部で行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
表面に被処理膜が形成されている基板を収納するチャンバーと、
前記チャンバーの内部に設けられ、前記被処理膜に対するドライエッチングにより前記基板の上に滞留している残留成分を前記基板を加熱することにより脱離させる加熱手段と、
前記チャンバーの内部に設けられ、前記基板から脱離した前記残留成分を吸着して分解する吸着分解手段とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、ランプであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記吸着分解手段は、前記チャンバーの内壁に形成されたチタン膜又は酸化チタン膜よりなる吸着分解膜であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記吸着分解手段は、前記基板から脱離した前記残留成分を光触媒反応により分解することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
前記チャンバーはオリエンターチャンバーであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法及びその製造装置に関するものであり、特に、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスは微細化及び高集積化の一途を辿っている。微細化加工技術の中で、ドライエッチング技術はキーテクノロジーの一つである。ドライエッチング技術において、ゲート電極材料等に用いられるシリコン系のドライエッチングは、塩素又は臭化水素等の腐食性を有するガスを通常用いて、マルチチャンバー化された装置によって処理が行われている。
【０００３】
以下、従来のドライエッチング装置について説明する。
【０００４】
図５に示すように、従来のドライエッチング装置は、中心にトランスファーチャンバー１０１が設けられており、トランスファーチャンバー１０１を包囲するようにロードロックチャンバー１０２、オリエンターチャンバー１０３及びプロセスチャンバー１０４が設けられている。トランスファーチャンバー１０１は、真空状態である内部に設けられた搬送ロボット１０５により、半導体基板を前記各チャンバー１０２〜１０４に搬送するチャンバーである。ロードロックチャンバー１０２は、真空状態であるトランスファーチャンバー１０１に半導体基板を搬送するために、チャンバー内部の圧力を大気圧状態から真空状態に変化させるチャンバーである。オリエンターチャンバー１０３については後述する。プロセスチャンバー１０４は、半導体基板の表面に形成された被処理膜に対してドライエッチング処理を行うチャンバーである。
【０００５】
次に、オリエンターチャンバー１０３について図６を参照しながら具体的に説明する。
【０００６】
図６に示すように、オリエンターチャンバー１０３には、オリエンターチャンバー母材２０１で包囲された室内に半導体基板２０２を搭載するためのステージ２０３が設けられており、該ステージ２０３は回転する。また、オリエンターチャンバー１０３には、該ステージ２０３上に搭載される半導体基板２０２の向きを検出するノッチセンサー２０４が設けられている。
【０００７】
以下に、前記ドライエッチング装置の動作について具体的に説明する。
【０００８】
まず、前記図５に示すように、チャンバー内部が大気圧状態であるロードロックチャンバー１０２内に半導体基板２０２が導入されると、ロードロックチャンバー１０２において、密閉状態下で内部の圧力が１３３Ｐａ以下になるように排気される。その後、トランスファーチャンバー１０１内の搬送ロボット１０５によって、半導体基板２０２はロードロックチャンバー１０２からオリエンターチャンバー１０３へ搬送される。
【０００９】
次に、搬送ロボット１０５によってロードロックチャンバー１０２からオリエンターチャンバー１０３へ搬送されてきた半導体基板２０２は、図６に示すように、ステージ２０３の上に導入される。ノッチセンサー２０４はステージ２０３の上に配置された半導体基板２０２の向きを検出した後、半導体基板２０２はステージ２０３の回転により所望の向きに調整される。その後、半導体基板２０２は搬送ロボット１０５によりプロセスチャンバー１０４へ搬送される。プロセスチャンバー４において、半導体基板２０２の表面に形成された被処理膜に対するドライエッチング処理が行われた後、半導体基板２０２は搬送ロボット１０５によりロードロックチャンバー１０２へ搬送される。半導体基板２０２を回収したロードロックチャンバー１０２においては、チャンバー内部の圧力が真空状態から大気圧状態に戻された後、密閉状態が解かれる。このようにして、半導体基板２０２に対する一連の処理が行われる。
【００１０】
前記のように、プロセスチャンバー１０４において行われるドライエッチング処理は腐食性を有するガスを用いるので、半導体基板２０２の上面には腐食性を有するガスが除去されずに残留成分となって滞留する。このような半導体基板２０２がロードロックチャンバー１０２に搬送されると、半導体基板２０２の上面に滞留した残留成分がチャンバー内部において拡散することにより、ロードロックチャンバー１０２の内壁に付着する。
【００１１】
その後、内壁に付着した残留成分それ自体、又は大気中の水分と残留成分とが反応することによって生成された反応生成物は、ロードロックチャンバー１０２の内壁の腐食を引き起こしてパーティクルを発生させる。このパーティクルが半導体基板２０２の上に落下すると、エッチングの不良を引き起こすと共に、製品の歩留まりを悪化させる。
【００１２】
これらの問題に対しては、加熱機構を備えたヒーティングチャンバーを別途設置して、加熱処理により基板から脱離した残留成分をアルミニウムの吸着板に吸着させる手段を備える装置（例えば、特許文献１）、又は基板を水蒸気雰囲気中に搬送して洗浄処理槽へ導くことにより残留成分を除去する装置（例えば、特許文献２）が提案されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平０８−２１３３６０号公報
【特許文献２】
特開平０５−３３５２９３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１の場合、加熱処理を行うチャンバーを別途設置することが必要になるので、製造コストが嵩む。また、残留成分を吸着するための手段としてアルミニウムを用いているため、残留成分が起因となってアルミニウム自身が腐食するので、残留成分を吸着するための手段それ自体がパーティクルの発生原因となることが危惧される。
【００１５】
一方、前記特許文献２の場合、水蒸気を発生する機構及び加熱処理を行う機構に対する制御として、非常に複雑な制御が要求されて非現実的である。
【００１６】
本発明は、前記に鑑み、簡便且つ低コストで基板の上に滞留する残留成分を除去することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に形成されている被処理膜に対してドライエッチングを行う第１の工程と、第１の工程よりも後に、基板を加熱することにより、基板の上に滞留している残留成分を基板から脱離させる第２の工程と、第２の工程よりも後に、残留成分を吸着して分解する工程とを備えているものである。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法によると、基板の上に滞留している残留成分を脱離した後、残留成分を吸着して分解するので、残留成分が再び基板の上に滞留することなく、基板の上から残留成分を除去することができる。また、簡便且つ低コストで基板の上から残留成分を除去することができる。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法において、第２の工程は、基板をランプにより加熱する工程を含むことが好ましい。
【００２０】
このようにすると、製造される半導体装置の構造を簡素にできると共に、製造コストを抑えることができ、さらにはメンテナンスも簡便にできる。
【００２１】
本発明の半導体装置の製造方法において、第３の工程は、チャンバーの内壁に形成されたチタン膜又は酸化チタン膜よりなる吸着分解膜を用いて行われることが好ましい。
【００２２】
このようにすると、基板の上に滞留している残留成分を吸着して分解することができると共に、チタン又は酸化チタンは耐腐食性に優れるので、残留成分を吸着して分解する手段自体が腐食することにより発生するパーティクルが原因となる製品の歩留まりの悪化を防止することができる。
【００２３】
本発明の半導体装置の製造方法において、第３の工程は、残留成分を光触媒反応を用いて分解する工程を含むことが好ましい。
【００２４】
このようにすると、残留成分を分解することができる。
【００２５】
本発明の半導体装置の製造方法において、第２の工程及び第３の工程は、オリエンターチャンバーの内部で行われることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、別途新たなチャンバーを設けることなくなるので、簡便且つ低コストで基板の上から残留成分を除去することができる。
【００２７】
本発明の半導体装置の製造装置は、表面に被処理膜が形成されている基板を収納するチャンバーと、チャンバーの内部に設けられ、被処理膜に対するドライエッチングにより基板の上に滞留している残留成分を基板を加熱することにより脱離させる加熱手段と、チャンバーの内部に設けられ、基板から脱離した残留成分を吸着して分解する吸着分解手段とを備えているものである。
【００２８】
本発明の半導体装置の製造装置によると、基板の上に滞留している残留成分を脱離した後、残留成分を吸着して分解するので、残留成分が再び基板の上に滞留することなく、基板の上から残留成分を除去することができる。また、簡便且つ低コストで基板の上から残留成分を除去することができる。
【００２９】
本発明の半導体装置の製造装置において、加熱手段は、ランプであることことが好ましい。
【００３０】
このようにすると、当該製造装置の構造を簡素にできると共に、製造コストを抑えることができ、さらにはメンテナンスも簡便にできる。
【００３１】
本発明の半導体装置の製造装置において、チャンバーの内壁に形成されたチタン膜又は酸化チタン膜よりなる吸着分解膜であることことが好ましい。
【００３２】
このようにすると、基板の上に滞留している残留成分を吸着して分解することができると共に、チタン又は酸化チタンは耐腐食性に優れるので、残留成分を吸着して分解する手段自体が腐食することにより発生するパーティクルが原因となる製品の歩留まりの悪化を防止することができる。
【００３３】
本発明の半導体装置の製造装置において、吸着分解手段は、基板から脱離した残留成分を光触媒反応により分解することが好ましい。
【００３４】
このようにすると、残留成分を分解することができる。
【００３５】
本発明の半導体装置の製造装置において、チャンバーはオリエンターチャンバーであることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、別途新たなチャンバーを設けることなくなるので、簡便且つ低コストで基板から残留成分を除去することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図１〜４を参照しながら説明する。
【００３８】
まず、本発明におけるドライエッチング装置について図１を参照しながら説明する。
【００３９】
図１に示すように、ドライエッチング装置は、中心にトランスファーチャンバー１を備えており、トランスファーチャンバー１を包囲するようにロードロックチャンバー２、オリエンターチャンバー３及びプロセスチャンバー４が設けられている。トランスファーチャンバー１においては、真空状態の内部に設けられた搬送ロボット５により、前記各チャンバー２〜４への半導体基板の搬送が行われる。ロードロックチャンバー２においては、真空状態であるトランスファーチャンバー１に半導体基板を搬送するために、チャンバー内部の圧力が大気圧状態から真空状態になるように排気される。オリエンターチャンバー３については後述する。プロセスチャンバー４においては、半導体基板の表面に形成されている被処理膜に対してドライエッチング処理を行うチャンバーである。
【００４０】
次に、オリエンターチャンバー３について図２を参照しながら具体的に説明する。
【００４１】
図２に示すように、オリエンターチャンバー３は、その内部の側部及び底部がオリエンターチャンバー母材１１で形成されており、その上部にはランプにより熱を発生させるランプ加熱ユニット１２が設けられている。また、オリエンターチャンバー３の底部には半導体基板１３を搭載するためのステージ１４が設けられており、該ステージ１４は回転する。また、オリエンターチャンバー３の底部には、オリエンターチャンバー母材１１の一部を開口して設けた排気口１５が設けられている。また、オリエンターチャンバー３の底部には、該ステージ１４上に搭載される半導体基板１３の向きを検出するノッチセンサー１６が設けられている。さらに、オリエンターチャンバー３の内壁にはチタン又は酸化チタンでコーティングされた吸着分解膜１７が形成されている。
【００４２】
以下に、前記ドライエッチング装置の動作について具体的に説明する。
【００４３】
まず、前記図１に示すように、チャンバー内部が大気圧状態であるロードロックチャンバー２内に、表面に被処理膜が形成されている半導体基板１３が導入されると、ロードロックチャンバー２において、密閉状態下で内部の圧力が１３３Ｐａ以下になるように排気される。その後、トランスファーチャンバー１内の搬送ロボット５によって、半導体基板１３はロードロックチャンバー２からオリエンターチャンバー３へ搬送される。
【００４４】
次に、搬送ロボット５によってロードロックチャンバー２からオリエンターチャンバー３へ搬送されてきた半導体基板１３は、図２に示すように、ステージ１４の上に導入される。ノッチセンサー１６はステージ１４上に配置された半導体基板１３の向きを検出した後、半導体基板１３はステージ１４が回転することにより所望の向きに調整される。その後、半導体基板１３は搬送ロボット５によりプロセスチャンバー４へ搬送される。プロセスチャンバー４では、半導体基板１３の表面に形成されている被処理膜に対してドライエッチング処理が行われる。
【００４５】
次に、被処理膜に対してドライエッチング処理が行われた後の半導体基板１３は、搬送ロボット５によりオリエンターチャンバー３へ再び搬送される。オリエンターチャンバー３では、ランプ加熱ユニット１２により半導体基板１３を加熱する。すなわち、図３に示すように、プロセスチャンバー４においてドライエッチング処理が施された半導体基板１３には、エッチング処理を行う際に用いた塩素、臭化水素等の腐食性を有するガスが残留成分２１となって半導体基板１３の上に滞留しているが、該半導体基板１３がオリエンターチャンバー３内に搬送されると、半導体基板１３はランプ加熱ユニット１０によって放射されるランプからの放射熱２２を受ける。これにより、半導体基板１３の表面に付着していた残留成分２１は、図３に示す残留成分２１ａのように、オリエンターチャンバー２内へ半導体基板１３から脱離される。半導体基板１３から脱離された残留成分２１ａは、図３に示す残留成分２１ｂのように、オリエンターチャンバー２の内壁に形成されたチタン又は酸化チタンでコーティングされた吸着分解膜１７によって物理吸着される。その後、吸着分解膜１７に吸着された残留成分２１ｂは、吸着分解膜１７の光触媒作用によって分解された後、排気口１５から排出される。
また、半導体基板１３の上から脱離した残留成分のうち、吸着分解膜１７に吸着されなかった残留成分２１ａについても排気口１５から排出される。このようにして、半導体基板１３の上から残留成分２１を除去することができる。
【００４６】
ここで、半導体基板１３を加熱する手段としてヒーターではなくランプを用いる理由は、オリエンターチャンバー３の構造を簡素にすることができると共に、製造コストを安くることができ、さらにはメンテナンスも簡便に行うことができるためである。また、オリエンターチャンバー３にランプ加熱ユニット１０を設けることは、プロセスチャンバー４にランプ加熱ユニット１２を設けることに比べて、構造上容易に設けることができる。これにより、従来例のように、半導体基板１３から残留成分２１を除去するための専用のチャンバーを新たに設置する必要がなくなると共に、同一チャンバー内において半導体基板１３の位置を合わせる機能と加熱装置としての機能とを使い分けることを可能にする。なお、吸着分解膜１７によって残留成分を吸着して分解するメカニズムについては後述する。
【００４７】
その後、半導体基板１３はオリンターチャンバー３からロードロックチャンバー２へ搬送された後、ロードロックチャンバー２において、チャンバー内部の圧力が真空状態から大気圧状態になるように排気された後、密閉状態を解く。このようにして、半導体基板１３に対する一連の処理が終了する。
【００４８】
このようにすると、ロードロックチャンバー２内では、半導体基板１３から残留成分２１が拡散することがない。すなわち、半導体基板１３の上に滞留していた残留成分２１は、オリエンターチャンバー３の内部ですでに除去されているので、ドライエッチング処理が施された後の半導体基板１３がロードロックチャンバー２に搬送された場合に、従来例のように半導体基板１３の上に滞留していた残留成分２１が拡散することがなくなり、ロードロックチャンバー２の内壁の腐食は生じない。
【００４９】
ここで、前記ドライエッチング装置における生産開始６ヵ月後のパーティクルの増加数（０．２μｍ以上  Ｍｅｄｉａｎ値）について、図４を参照しながら説明する。
【００５０】
前記のように、本実施形態では、ランプ加熱ユニット１２による加熱によって半導体基板１３の上に滞留している残留成分２１を脱離した後、吸着分解膜１７によって脱離した残留成分２１を吸着して分解することにより、図４に示すように、パーティクル数は従来例に比べて約１０分の１に低減することができた。
【００５１】
このような結果を得ることができるのは、吸着分解膜１７によって脱離された残留成分２１を吸着して分解するメカニズムによるものであり、以下にそのメカニズムについて説明する。
【００５２】
吸着分解膜１７であるチタン膜又は酸化チタン膜に対して、バンドギャップエネルギー（３．２ｅＶ）以上の光エネルギーを照射すると、光電効果によって電子が励起されて、電子正孔対が生成される。
【００５３】
これらは、吸着分解膜１７の表面に移動し、電子は空気中の酸素を還元して（Ｏ２−）を生成する一方、正孔は表面吸着した水分を酸化して（ＯＨ＊  ）を生成する。（Ｏ２−）及び（ＯＨ＊  ）は、活性酸素種であって強力な酸化作用を示す。
【００５４】
塩素、臭化水素等の残留成分２１がチタン又は酸化チタンで形成された吸着分解膜１７に吸着されると、以下の反応式（１）及び（２）に示すように、残留成分２１は分解して排出される。
【００５５】
ＨＢｒ  ＋ＯＨ＊  →Ｂｒ↑＋Ｈ２Ｏ↑  …（１）
ＨＣｌ  ＋Ｏ２−  →Ｃｌ２↑＋Ｈ２Ｏ↑  …（２）
また、前記反応式（１）及び（２）で示すように、発生したＨ２Ｏ は、光触媒作用によって再び分解されて水酸ラジカル（ＯＨ＊  ）となり、残留成分２１の排気に寄与することになる。
【００５６】
また、チタン又は酸化チタン等のコーティング材料は耐腐食性に優れているため、前記反応式（１）及び（２）で示す反応中にオリエンターチャンバー３の内壁を腐食させず、また、ロードロックチャンバー２におけるパーティクルの発生を抑えることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の半導体装置の製造方法によると、基板の上に滞留している残留成分を脱離した後、脱離された残留成分を吸着して分解するので、残留成分が再び基板に滞留することなく、基板から残留成分を除去することができる。また、簡便且つ低コストで基板から残留成分を除去することができる。その結果、チャンバーの内壁の腐食を防止することが可能となる。また、製品の高歩留まりを実現できると共に、よりクリーンなドライエッチングプロセスが可能になり、ひいては超高密度集積回路の製造に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるドライエッチング装置の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるオリエンターチャンバーを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるオリエンターチャンバーの動作を説明する断面図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるパーティクルの増加数を示すグラフである。
【図５】従来のドライエッチング装置を示す平面図である。
【図６】従来のオリエンターチャンバーを示す断面図である。
【符号の説明】
１  トランスファーチャンバー
２  ロードロックチャンバー
３  オリエンターチャンバー
４  プロセスチャンバー
５  搬送ロボット
１１  オリエンターチャンバー母材
１２  ランプ加熱ユニット
１３  半導体基板
１４  ステージ
１５  排気口
１６  ノッチセンサー
１７  吸着分解膜
２１、２１ａ、２１ｂ  腐食性ガス
２２  放射熱
【図１】
2004241643.tif 000003
【図２】
2004241643.tif 000004
【図３】
2004241643.tif 000005
【図４】
2004241643.tif 000006
【図５】
2004241643.tif 000007
【図６】
2004241643.tif 000008