(57)【要約】【課題】従来の静電チャック方式のウェハ支持台上のウェハの帯電状態を測定する真空処理装置は電位センサを半導体ウェハの近傍に設置する構成であるため、電位センサ自身もエッチングされ、エッチングレート値や面内傾向特性に影響を与えると共に、このエッチングによってパーティクルを増加させる等のプロセス特性上の不具合が発生する。【解決手段】真空処理室の内部にウェハを静電吸着する支持台を有し、この真空処理室の内外に移動する測定アームを備える真空処理装置であって、ウェハの表面電位を測定する電位センサを測定アームの一部に設け、この測定アームの一部が真空処理室内にある時のみ、ウェハの表面電位を測定する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室の内部にウェハを静電吸着する支持台を有し、前記真空処理室の内外に移動する測定アームを備える真空処理装置であって、前記ウェハの表面電位を測定する電位センサは、前記測定アームの一部に設けられることを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記電位センサは、前記測定アームの下部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記電位センサは、前記測定アームの一部が前記真空処理室内にある時に、前記測定アームの前記支持台と対面する位置に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記電位センサは、前記測定アームの一部が前記真空処理室内にある時のみ、前記支持台上の前記ウェハの表面電位を測定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記支持台上の前記ウェハの表面電位が、所定値の範囲よりも大きいか、或いは小さい場合は、異常アラームを出して処理を停止するアラーム発生手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記支持台上の前記ウェハの表面電位が、所定値の範囲よりも大きいか、或いは小さい場合は、前記ウェハの除電を行うウェハ除電手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項７】
前記測定アームはウェハ搬送機能を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを用いて半導体ウェハに所定の処理を施す真空処理装置に関し、特にプラズマ処理後のウェハの帯電状態を測定する手段を備える真空処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、ドライエッチング装置等の真空処理装置においては、半導体ウェハを支持、固定する方法として、ウェハ支持台と半導体ウェハとの間に電界を作用させることによって静電力を生じさせて、半導体ウェハをウェハ支持台に吸着させて固定する静電チャック（ＥＳＣ）方式がある。従来の静電チャック方式の構成を図４を用いて説明する。　図４は従来の静電チャック方式を有するドライエッチング装置の概略を示している。上部電極１は接地され、下部電極２との間に高周波電源６がブロッキングコンデンサ８を介して接続される。両電極間に高周波電力が印加され発生したプラズマによって、ウェハ支持台に設置された半導体ウェハ４に加工が施される。本ドライエッチング装置のウェハ支持台は、下部電極２と表面絶縁層３で構成され、直流電源７によって一定の直流電圧が下部電極２に印加されることによって、静電吸着力が発生して半導体ウェハ４が固定される。ここで、Ｈｅガス配管９を通して、半導体ウェハ４とウェハ支持台の間にＨｅガスが導入されることにより、半導体ウェハ４の温度制御性が高められる。
【０００３】
また、反応性イオンエッチングを行う工程においては、外部電源から電圧を印加して電界を作用させなくても、自己バイアスによって発生する電界によって半導体ウェハ４がウェハ支持台に吸着することも生じる。したがって、静電吸着力を得るための直流電源７の出力設定値が一定である従来の半導体装置の製造装置では、工程処理中に発生する電界の影響で吸着力が変動しやすく、処理中に発生する電界が直流電源７による電界を相殺する場合は、吸着力が低下する。また、処理中に発生する電界が直流電源７による電界と同方向の場合は、処理が終了しても大きな残留吸着力が残る。
【０００４】
この為、ウェハ搬送機能を有するドライエッチング装置においては、エッチング処理後の半導体ウェハをリフトピンで突き上げてウェハ支持台から持ち上げる際に、半導体ウェハの残留吸着力が残っていると、半導体ウェハは跳ね上がったり、位置ズレが生じやすいため、搬送アームによる回収が不可能であったり、リフトピンで突き上げた際に半導体ウェハ自身が割れることがある。いずれの場合も、真空処理室を大気開放して、半導体ウェハの回収と真空処理室の清掃が必要となり、製品の廃棄、装置の不稼動及びメンテ作業者の工数増加と言う問題が生じる。
【０００５】
そこで、このような問題を解決するために、従来のドライエッチング装置は、ウェハ帯電量のモニタ機能を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
図５は従来のウェハ帯電量のモニタ機能を有するドライエッチング装置の概略を示している。上部電極１は接地され、下部電極２との間に高周波電源６がブロッキングコンデンサ８を介して接続される。両電極間に高周波電力が印加され発生したプラズマによって、ウェハ支持台に設置された半導体ウェハ４に加工が施される。本ドライエッチング装置のウェハ支持台は、下部電極２と表面絶縁層３で構成され、下部電極２と接地間に接続される直流電源７は制御装置１０を介して直流電圧計１３に接続され、この直流電圧計１３は真空処理室５内部のウェハ支持台に隣合う位置に固定された電位センサ１２と接続される。直流電源７の出力値は、電位センサ１２によって測定された自己バイアスを含めた電位によって制御されるため、処理中には安定かつ十分な吸着力が生じ、処理終了直前には吸着力が０となるように処理後の適切な除電処理が可能となり、半導体ウェハ４の跳ね上がり等の異常が発生する問題を解決できる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１３５４８３号公報（第２−３頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許文献１においては、電位センサを半導体ウェハの近傍に設置する構成であるため、エッチング処理時に電位センサも真空処理室内に存在する。このため、この構成では、電位センサ自身もエッチングされるために、エッチングレート値や面内傾向特性に影響を与えると共に、このエッチングによってパーティクルを増加させると言うエッチング特性の変化をもたらす。又、このようなエッチング異常や汚染は電位センサの破損を導くと共に、異常放電を発生させやすい。更に、電位センサに生成物が付着したり、センサの表面がエッチングされたり、酸化されたりすると、センサの測定値に経時的な変化を生じる要因となる。本公知例では、このようなプロセス特性上の不具合を発生させる可能性があり、実施において重要な課題を残している。
【０００９】
本発明の目的は、静電チャック方式のウェハ支持台を有する真空処理装置において、プロセス特性上の不具合を発生させることなくプラズマ処理後のウェハの帯電状態を測定する手段を備える真空処理装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するため本発明においては、真空処理室の内部にウェハを静電吸着する支持台を有し、前記真空処理室の内外に移動する測定アームを備える真空処理装置であって、前記ウェハの表面電位を測定する電位センサは、前記測定アームの一部に設けられることを特徴とする真空処理装置である。
【００１１】
前記電位センサは、前記測定アームの下部に設けられ、前記測定アームの一部が前記真空処理室内にある時に、前記測定アームの前記支持台と対面する位置に設けられ、前記測定アームの一部が前記真空処理室内にある時のみ、前記支持台上の前記ウェハの表面電位を測定することを特徴とする真空処理装置である。
【００１２】
前記支持台上の前記ウェハの表面電位が、所定値の範囲よりも大きいか、或いは小さい場合は、異常アラームを出して処理を停止するアラーム発生手段を有し、前記ウェハの除電を行うウェハ除電手段を有することを特徴とする真空処理装置である。
【００１３】
前記測定アームはウェハ搬送機能を有することを特徴とする真空処理装置である。
【００１４】
即ち、本発明では、ウェハ搬送アーム等の真空処理室の内外に移動するアームの下部に電位センサを設置することにより、真空処理室内にてプラズマ処理済み半導体ウェハの帯電量をモニターする機能を有すると共に、プラズマ処理時には同センサを真空処理室外に退避させることが可能であるので、プロセス性能へ全く影響を及ぼすこと無く、安定してプラズマ処理後のウェハの帯電量をモニターできる機能を有する構成の真空処理装置を実現できる。
【００１５】
本発明の構造を有する真空処理装置を半導体ウェハのドライエッチング加工等のプラズマ処理装置に適用すれば、プラズマ処理後の半導体ウェハの帯電量を電位センサを用いて測定し、必要に応じ追加的に除電を実施させる機能を有することから、プラズマ処理済みウェハの搬出において、リフトピンの突き上げ動作および、ウェハ搬送アームとの受け渡し動作を安定且つ正確に実施することが可能となり、ウェハの割れ、キズ発生を低減することができる。
【００１６】
また、電位センサをウェハ搬送アーム等の測定アームの下部の、ウェハと対面する位置に設けることにより、帯電量測定時の位置精度も確保でき、更にプラズマ処理時には真空処理室の外に電位センサを移動させることから、プロセス特性等へ何の影響も与えることはない。具体的には、エッチング処理により電位センサ自身がエッチングされることはないため、エッチングレート値や面内傾向特性への影響は皆無であり、パーティクルの増加、エッチング特性の変化は生じない。又、エッチング異常や汚染による電位センサの破損や異常放電の発生が起こり易くなることもない。更に、電位センサに生成物が付着したり、センサの表面がエッチングされたり、酸化されたりすることがないため、センサの測定値は安定し、経時的な変化を生じることはない。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。
（第１の実施の形態）まず、第１の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態におけるドライエッチングに用いられる真空処理装置の構成を示す略図である。上部電極１０１は接地され、下部電極１０２との間に高周波電源１０６がＲＦマッチャー１０８を介して接続される。両電極間に高周波電力が印加され発生したプラズマによって、静電吸着ステージ１１４に設置された半導体ウェハ１０４に加工が施される。本ドライエッチング装置のウェハ支持台は、下部電極１０２と静電吸着ステージ１１４とリフトピン１１５及び冷却用Ｈｅガス配管１０９で構成され、下部電極１０２と接地間に接続される直流電源１０７は図示しない制御装置を介して図示しない電位計に接続され、この電位計は、真空処理室１０５内外に半導体ウェハ１０４を搬送するウェハ搬送アーム１１６の下部に固定された電位センサ１１２と接続される。電位センサ１１２は、ウェハ搬送アーム１１６の一部が真空処理室１０５内にある時に、ウェハ搬送アーム１１６の静電吸着ステージ１１４と対面する位置に設けられ、又、電位センサ１１２は、ウェハ搬送アーム１１６の一部が真空処理室１０５内にある時のみ、静電吸着ステージ１１４上の半導体ウェハ１０４の表面電位を測定する。
【００１８】
静電吸着ステージ１１４上の半導体ウェハ１０４の表面電位が、ある一定の範囲の値よりも大きいか、或いは小さい場合は、異常アラームを出して処理を停止するアラーム発生手段と、半導体ウェハ１０４の除電を行うウェハ除電手段を有する。上記のアラーム発生手段及びウェハ除電手段は、高周波電源１０６と直流電源１０７とに接続された図示しない制御装置と、この制御装置に接続された図示しない電位計を介した電位センサ１１２等から構成される。
【００１９】
本発明の第１の実施の形態におけるドライエッチングに用いられる真空処理装置では、ドライエッチング処理終了時に、ゲートバルブ１１７が開いて、搬送室１１８に待機していたウェハ搬送アーム１１６の一部が真空処理室１０５に入る際に、ウェハ搬送アーム１１６の下部の半導体ウェハ１０４の面と対向する位置に設置されている電位センサ１１２によって半導体ウェハ１０４の表面電位を測定して帯電量から残留吸着力をモニターし、制御装置によりアラーム発生やウェハ除電を行い、一方、ドライエッチング処理中は、電位センサ１１２は搬送室１１８に待機している構成となっている。図１におけるウェハ搬送アーム１１６は真空処理室１０５に入る途中、又は真空処理室１０５から出る途中の位置を表わしている。
【００２０】
図２は本発明の第１の実施の形態におけるドライエッチングに用いられる真空処理装置の動作ステップフローを示すフローチャート図である。
【００２１】
エッチング終了後に、静電吸着型のウェハ支持台を、適切な測定位置へ移動させる。次に、ゲートバルブ１１７を開放し、ウェハ搬送アーム１１６を半導体ウェハ１０４の直上へ移動させる。電位センサ１１２を用いて、静電吸着ステージ１１４上の半導体ウェハ１０４の電位を測定して帯電量から残留吸着力をモニターする。
帯電量測定の結果において、測定値Ａの値が設定値Ｘ、Ｙの範囲内（Ｘ≦Ａ≦Ｙ）であれば、ウェハ搬送アーム１１６を搬送室１１８に戻し、更に、リフトピン１１５にて半導体ウェハ１０４を静電吸着ステージ１１４より持ち上げ、ウェハ搬出を行う。
次に、測定値Ａの値が設定値の範囲外（Ａ＜Ｘ、Ｙ＜Ａ）であれば、ウェハ搬送アーム１１６を搬送室１１８に戻し、更に、ゲートバルブ１１７を閉鎖し、静電吸着ステージ１１４をそのままエッチングポジションに移動させて、異常アラームを発報すると共に、処理を停止する。
【００２２】
上記の異常アラームの発生時は、測定値Ａの値に応じてあらかじめ準備されたエッチング条件にて直流電源１０７及び高周波電源１０６の印加による半導体ウェハ１０４の除電処理等を実施する。上記実施後に、再度半導体ウェハ１０４の帯電量測定の動作を繰り返し実施する。
【００２３】
半導体ウェハ１０４の帯電量を電位センサ１１２を用いて測定し、必要に応じて追加で除電を実施させる機能を有することから、プラズマ処理済み半導体ウェハ１０４の搬出において、リフトピン１１５の突き上げ動作および、ウェハ搬送アーム１１６との受け渡し動作を安定、且つ正確に実施することが可能となり、半導体ウェハ１０４の割れや傷の発生を低減できる。
【００２４】
また、電位センサ１１２の設置位置をウェハ搬送アーム１１６の直下に設けたことにより、帯電量測定時の位置精度も確保でき、更にエッチング処理時に真空処理室１０５の外にあることから、プロセス特性等へ何の影響も与えることはない。即ち、エッチング処理による電位センサ１１２自身のエッチングは回避されるために、エッチングレート値や面内傾向特性への影響は皆無で、パーティクルも増加しないため、エッチング特性の変化は生じない。又、エッチング異常や汚染、及び電位センサ１１２の破損も生じないために、異常放電は発生しない。更に、電位センサ１１２は生成物の付着、及びセンサ表面のエッチングや酸化がないために、センサの測定値は安定し、経時的に変化が生じることはない。
【００２５】
（第２の実施の形態）次に、第２の実施の形態について説明する。図３は本発明の第２の実施の形態におけるドライエッチングに用いられる真空処理装置の構成を示す略図である。図１と同じ構成部分は同じ符号を用いる。第１の実施の形態におけるドライエッチングに用いられる真空処理装置の構成においては、電位センサ１１２はウェハ搬送アームに設置したが、第２の実施の形態においては、センサー専用の測定アーム１１９を有し、電位センサ１１２は測定アーム１１９に設置される。測定アーム１１９は、半導体ウエハ１０４の表面に対向する位置に電位センサ１１２を固定し、第１の実施の形態におけるウェハ搬送アーム１１６と同じタイミングで動作する構成とし、プラズマ処理中は搬送室１１８に待機し、プラズマ処理終了時のゲートバブル１１７が開放した際に真空処理室１０５に入る様にすることによって、ウェハ搬送アーム１１６を測定アーム１１９に置きかえれば、その構成及び効果は、第１の実施の形態と同様となるため、ウェハ搬送アームに依るない構成でも実現可能となる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の真空処理装置により、半導体ウェハのドライエッチング加工等のプラズマ処理において、プラズマ処理後の半導体ウェハの帯電量を電位センサを用いて測定し、必要に応じ追加的に除電を実施させる機能を有することから、プラズマ処理済みウェハの搬出において、リフトピンの突き上げ動作および、ウェハ搬送アームとの受け渡し動作を安定且つ正確に実施することが可能となり、ウェハの割れ、キズ発生を低減することができる。
【００２７】
また、電位センサをウェハ搬送アーム等の測定アームの下部の、ウェハと対面する位置に設けることにより、帯電量測定時の位置精度も確保でき、更にプラズマ処理時には真空処理室の外に電位センサを移動させることから、プロセス特性等へ影響を与えることなしに、半導体ウェハの帯電量を測定することができる。このため、エッチングレート値や面内傾向特性への影響は皆無であり、パーティクルの増加、エッチング特性の変化は生じない。又、エッチング異常や汚染による電位センサの破損や異常放電の発生が起こり易くなることもない。更に、電位センサに生成物が付着したり、センサの表面がエッチングされたり、酸化されたりすることがないため、センサの測定値は安定し、経時的な変化を生じることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるドライエッチングに用いられる真空処理装置の構成を示す略図である
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるドライエッチングに用いられる真空処理装置の動作ステップフローを示すフローチャート図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるドライエッチングに用いられる真空処理装置の構成を示す略図である。
【図４】従来の静電チャック方式を有するドライエッチング装置の構成を示す略図である。
【図５】特開平１１−１３５４８３で開示された静電チャック方式を有するドライエッチング装置の構成を示す略図である。
【符号の説明】
１０１　上部電極
１０２　下部電極
１０４　半導体ウェハ
１０５　真空処理室
１０６　高周波電源
１０７　直流電源
１０８　ＲＦマッチャー
１０９　冷却用Ｈｅガス配管
１１２　電位センサ
１１４　静電吸着ステージ
１１５　リフトピン
１１６　ウェハ搬送アーム
１１７　ゲートバルブ
１１８　搬送室
１１９　測定アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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