(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、前記基台上に設けられた第１電極とを備え、前記第１電極上のウェハを静電的に吸着する静電チャックと、
前記ウェハの電位を測定する測定部と、
前記測定部により測定された前記ウェハの電位が変化したときに、前記ウェハの電位に基づいて前記基台の電位を調整し、かつ前記ウェハまたは前記基台の電位に基づいて前記第１電極の電位を調整する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記測定部により測定された前記ウェハの電位が第１値から第２値に変化したときに、前記第１電極の電位を第３値から第４値に変更し、
前記測定部により測定された前記ウェハの電位が前記第２値から前記第１値に戻ったときに、前記第１電極の電位を前記第４値に維持する、
半導体製造装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記測定部により測定された前記ウェハの電位が変化したときに、前記基台の電位を前記ウェハの電位と同じ値に調整する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１電極の電位を調整することで、前記第１電極に流れる電流を制御する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ウェハの吸着が維持されるように前記第１電極の電位を調整する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
さらに、前記第１電極との間にプラズマを発生させ、前記プラズマにより前記ウェハを処理する第２電極を備え、
前記測定部は、前記プラズマにより前記ウェハが処理されている間に前記ウェハの電位を測定する、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
静電チャックの基台上に第１電極を介してウェハを設置し、
前記ウェハを前記静電チャックにより静電的に吸着し、
前記ウェハの電位を測定部により測定し、
前記測定部により測定された前記ウェハの電位が変化したときに、前記ウェハの電位に基づいて前記基台の電位を調整し、かつ前記ウェハまたは前記基台の電位に基づいて前記第１電極の電位を調整する、
ことを含み、
さらに、
前記測定部により測定された前記ウェハの電位が第１値から第２値に変化したときに、前記第１電極の電位を第３値から第４値に変更し、
前記測定部により測定された前記ウェハの電位が前記第２値から前記第１値に戻ったときに、前記第１電極の電位を前記第４値に維持する、
ことを含む半導体製造装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体製造装置およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハ上の被加工層を加工する際、ウェハは例えば、ＨＶ（High Voltage）電極を介してＥＳＣ（静電チャック：Electrostatic Chuck）基台上に設置される。例えば、ウェハ上に被加工層、ハードマスク層、およびレジスト層を形成し、レジスト層とハードマスク層とを貫通する開口部をドライエッチングにより形成し、開口部内の被加工層をドライエッチングにより加工する場合がある。
【０００３】
この場合、開口部がハードマスク層を貫通した際に、ウェハの状態が変動し、ウェハの電位が変化する。そこで、ドライエッチング装置は、ウェハの電位が変化した際にＥＳＣ基台の電位を変化させ、ＥＳＣ基台の電位をウェハの電位と等しくなるように調整する。その結果、ＨＶ電極とウェハまたはＥＳＣ基台との電位差が変化することから、ＨＶ電極に流れる電流が増加する。しかしながら、この電流が大きくなると、この電流がドライエッチングに悪影響を及ぼすおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０１９６０号公報
【特許文献２】特表２００２−５１０８７９号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３８９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
静電チャックの電極に流れる電流を抑制可能な半導体製造装置およびその運転方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一の実施形態によれば、半導体製造装置は、基台と、前記基台上に設けられた第１電極とを備え、前記第１電極上のウェハを静電的に吸着する静電チャックを備える。前記装置はさらに、前記ウェハの電位を測定する測定部を備える。前記装置はさらに、前記測定部により測定された前記ウェハの電位が変化したときに、前記ウェハの電位に基づいて前記基台の電位を調整し、かつ前記ウェハまたは前記基台の電位に基づいて前記第１電極の電位を調整する制御部を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための断面図である。
【図３】第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するためのグラフである。
【図４】第１実施形態の半導体製造装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態の半導体製造装置の運転方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。図１の半導体製造装置は、ドライエッチング装置である。
【００１０】
図１の半導体製造装置は、チャンバ１１と、ＥＳＣ１２と、上部電極１３と、交流電源１４と、冷却材供給部１５と、測定部１６と、制御部１７とを備えている。また、ＥＳＣ１２は、ＨＶ電極（下部電極）２１と、絶縁膜２２と、ＥＳＣ基台２３と、ＨＶ電源２４と、ＥＳＣ電源２５とを備えている。ＨＶ電極２１は第１電極の例であり、上部電極１３は第２電極の例である。
【００１１】
チャンバ１１は、ドライエッチングによる加工対象のウェハ１を収容する。ウェハ１の例は、シリコン基板などの半導体基板である。図１は、ウェハ１の表面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、ウェハ１の表面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。本実施形態の−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
【００１２】
図２は、第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための断面図である。
【００１３】
本実施形態では例えば、ウェハ１上に被加工層２、ハードマスク層３、およびレジスト層４を形成した後（図２(ａ)）、ウェハ１をチャンバ１１内に搬入する。被加工層２は、ウェハ１上に直接形成してもよいし、ウェハ１上に他の層を介して形成してもよい。被加工層２の例は、炭素膜やＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）膜などである。ハードマスク層３の例は、ＳＯＧ（Spin on Glass）膜である。
【００１４】
次に、レジスト層４とハードマスク層３とを貫通する開口部５を、チャンバ１１内でのドライエッチングにより形成する（図２(ｂ)）。ドライエッチングの例は、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）である。次に、開口部５内の被加工層２を、チャンバ１１内でのドライエッチングにより加工した後、ウェハ１をチャンバ１１から搬出する。
【００１５】
次に、図１を再び参照し、半導体製造装置の説明を続ける。
【００１６】
ＥＳＣ１２は、チャンバ１１内のウェハ１を支持するために使用される。ＨＶ電極２１は、絶縁膜２２で覆われており、ＥＳＣ基台２３上に設けられている。ウェハ１は、絶縁膜２２を介してＨＶ電極２１上に設置される。ＥＳＣ１２は、ウェハ１をＨＶ電極２１により静電的に吸着する。なお、ウェハ１は、ＥＳＣ１２の上面に設けられた複数本のピンにより上下移動させることができる。
【００１７】
符号Ｖ１は、ウェハ１の電位を示す。符号Ｖ２は、ＨＶ電極２１の電位を示す。符号Ｖ３は、ＥＳＣ基台２３の電位を示す。ＨＶ電源２４は、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整するための可変電圧源である。ＥＳＣ電源２５は、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を調整するための可変電圧源である。
【００１８】
上部電極１３は、ＨＶ電極２１の上方に設けられている。本実施形態の半導体製造装置は、ＨＶ電極２１と上部電極１３との間にプラズマを発生させ、プラズマによりウェハ１を処理する。具体的には、レジスト層４、ハードマスク層３、および被加工層２がプラズマを用いたドライエッチングにより加工される。
【００１９】
交流電源１４は、上部電極１３に交流電流を供給する。これにより、ＨＶ電極２１と上部電極１３との間にプラズマが発生する。
【００２０】
冷却材供給部１５は、ＨＶ電極２１、絶縁膜２２、およびＥＳＣ基台２３に設けられた穴Ｈに冷却材を供給する。これにより、ウェハ１が冷却材により冷却される。冷却材の例は、ヘリウム（Ｈｅ）ガスである。なお、図１は１つの穴Ｈを示しているが、ＥＳＣ１２は複数の穴Ｈを備えていることが望ましい。
【００２１】
測定部１６は、プラズマによりウェハ１が処理されている間に、ウェハ１の電位Ｖ１を測定する。すなわち、ウェハ１の電位Ｖ１は、ドライエッチング中に測定される。測定部１６により測定されたウェハ１の電位Ｖ１は、制御部１７に出力される。
【００２２】
制御部１７は、本実施形態の半導体製造装置の動作を制御する。制御部１７は例えば、チャンバ１１の動作、ＥＳＣ１２の動作、交流電源１４のオン／オフや電流、冷却材供給部１５のオン／オフや冷却材供給量、ＨＶ電源２４の電圧、ＥＳＣ電源２５の電圧などを制御する。
【００２３】
制御部１７はさらに、測定部１６により測定されたウェハ１の電位Ｖ１が変化したときに、ウェハ１の電位Ｖ１に基づいてＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を調整し、かつ、ウェハ１の電位Ｖ１またはＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３に基づいてＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整する。ＨＶ電極２１の電位Ｖ２は、ＨＶ電源２４の電圧を制御することで調整可能である。ＥＳＣ電極２３の電位Ｖ３は、ＥＳＣ電源２５の電圧を制御することで調整可能である。このような電位調整の詳細は、図３および図４を参照して後述する。
【００２４】
図３は、第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するためのグラフである。
【００２５】
図３は、ウェハ１の電位Ｖ１と、ＨＶ電極２１に流れる電流Ｉ２とを示している。図３の縦軸は、電圧（Ｖ）と電流（Ａ）とを表す。図３の横軸は、時間（秒）を表す。なお、本実施形態のウェハ１の電位Ｖ１はマイナスであるが、図３はウェハ１の電位Ｖ１の絶対値を示している。
【００２６】
符号Ｒは、開口部５がハードマスク層３を貫通したタイミングを示している。この際、ハードマスク層３がエッチングされる状態から、被加工層２がエッチングされる状態へ、ウェハ１の状態が変動する。その結果、矢印Ａ１で示すように、ウェハ１の電位Ｖ１が変化する。理由は、開口部５がハードマスク層３を貫通すると、ウェハ１上の層のインピーダンスが変化するからである。
【００２７】
そこで、制御部１７は、ウェハ１の電位Ｖ１が変化した際にＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を変化させ、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３をウェハ１の電位Ｖ１と等しくなるように調整する。理由は、電位Ｖ１と電位Ｖ３との差が大きいと、ウェハ１とＥＳＣ基台２３との間で異常な放電が生じる可能性があるからである。ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を調整すると、ＨＶ電極２１とウェハ１との電位差Ｖ２−Ｖ１や、ＨＶ電極２１とＥＳＣ基台２３との電位差Ｖ２−Ｖ３が変化する。そのため、矢印Ａ２で示すように、ＨＶ電極２１に流れる電流Ｉ２が増加する。すなわち、ＨＶ電極２１にスパイク電流Ｉ２が生じる。
【００２８】
しかしながら、電流Ｉ２が大きくなると、電流Ｉ２がドライエッチングに悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、制御部１７は、電流Ｉ２の閾値を記憶部内に保持している。閾値の例は、７５μＡである。そして、電流Ｉ２が閾値を超えると、制御部１７は、エラーを出力し、チャンバ１１内でのドライエッチングを強制的に停止させる。しかしながら、このような強制停止は、できるだけ回避することが望ましい。
【００２９】
そこで、制御部１７は、ウェハ１の電位Ｖ１が変化した際に、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３をウェハ１の電位Ｖ１と等しくなるように調整すると共に、ウェハ１とＨＶ電極２１との電位差Ｖ２−Ｖ１が一定になるようにＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整する。例えば、ウェハ１の電位Ｖ１が１０００Ｖ減少した際には、制御部１７は、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を１０００Ｖ減少させると共に、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２を１０００Ｖ減少させる。これにより、電流Ｉ２の増加を抑制することができ、電流Ｉ２が閾値を超えることを防止することができる。
【００３０】
以上のように、制御部１７は、測定部１６により測定されたウェハ１の電位Ｖ１が変化した際に、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を電位Ｖ１と同じ値に調整すると共に、電位差Ｖ２−Ｖ１が一定になるようにＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整する。これにより、制御部１７は、ＨＶ電極２１に流れる電流Ｉ２を、閾値を超えないように制御することができる。
【００３１】
また、制御部１７は、ウェハ１の電位Ｖ１が変化した際に、ＥＳＣ１２によるウェハ１の吸着が維持されるようにＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整する。本実施形態のＥＳＣ１２は、ウェハ１とＨＶ電極２１との電位差Ｖ２−Ｖ１を１０００Ｖ以上に設定することで、ウェハ１を吸着することができる。そのため、制御部１７は、電位差Ｖ２−Ｖ１が１０００Ｖ以上になるようにＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整する。
【００３２】
例えば、ウェハ１の電位Ｖ１が変化する前に、ウェハ１の電位Ｖ１は−２５００Ｖ、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２は＋２５００Ｖ、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３は−２５００Ｖとなっている。この場合、ウェハ１の電位Ｖ１が−２５００Ｖから−３５００Ｖに変化した際には、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２は＋２５００Ｖから−２５００Ｖ以上の値に調整される。本実施形態のＨＶ電極２１の電位Ｖ２は、電位差Ｖ２−Ｖ１が一定になるように調整されるため、＋２５００Ｖから＋１５００Ｖに調整される。その結果、電位差Ｖ２−Ｖ１が５０００Ｖに維持される。
【００３３】
図４は、第１実施形態の半導体製造装置の運転方法を示すフローチャートである。
【００３４】
まず、レジスト層４とハードマスク層３を、チャンバ１１内でのドライエッチングにより加工する（ステップＳ１）。この際、ウェハ１の電位Ｖ１は−２５００Ｖ、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２は＋２５００Ｖ、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３は−２５００Ｖとなっている。
【００３５】
次に、開口部５がハードマスク層３を貫通すると、ウェハ１の電位Ｖ１が変化する（ステップＳ２）。本実施形態の測定部１６は、ウェハ１の電位Ｖ１を測定し、電位Ｖ１の測定結果を制御部１７に出力する。これにより、制御部１７は、ウェハ１の電位Ｖ１が−２５００Ｖから−３５００Ｖに変化したことを検出する。電位Ｖ１の値「−２５００Ｖ」は、第１値の例である。電位Ｖ１の値「−３５００Ｖ」は、第２値の例である。
【００３６】
次に、制御部１７は、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を電位Ｖ１と同じ値に調整する（ステップＳ３）。その結果、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３が−２５００Ｖから−３５００Ｖに変更される。これにより、ウェハ１とＥＳＣ基台２３の電位を、再びそろえることができる。
【００３７】
次に、制御部１７は、電位差Ｖ２−Ｖ１が一定になるようにＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整する（ステップＳ４）。その結果、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２が＋２５００Ｖから＋１５００Ｖに変更される。電位Ｖ２の値「＋２５００Ｖ」は、第３値の例である。電位Ｖ２の値「＋１５００Ｖ」は、第４値の例である。これにより、ＨＶ電極２１に流れる電流Ｉ２の増加を抑制することができる。
【００３８】
その後、ウェハ１の電位Ｖ１は−３５００Ｖから−２５００Ｖに戻る。制御部１７は、電位Ｖ１が−２５００Ｖに戻って一定時間が経過したら、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３も−３５００Ｖから−２５００Ｖに戻す。一方、制御部１７は、電位Ｖ１が−２５００Ｖに戻って一定時間が経過しても、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整後の値「＋１５００Ｖ」に維持する（ステップＳ５）。理由は、電位Ｖ２を調整前の値に戻さなくても、ＨＶ電極２１に大きなスパイク電流Ｉ２が生じる可能性が少なく、かつウェハ１の吸着を維持できるからである。なお、ステップＳ５の変形例は、第２実施形態で説明する。
【００３９】
以上のように、本実施形態の制御部１７は、測定部１６により測定されたウェハ１の電位Ｖ１が変化したときに、ウェハ１の電位Ｖ１に基づいてＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を調整し、かつ、ウェハ１の電位Ｖ１またはＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３に基づいてＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整する。具体的には、本実施形態の制御部１７は、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を電位Ｖ１と同じ値に調整し、かつ、電位差Ｖ２−Ｖ１（＝Ｖ２−Ｖ３）が一定になるようにＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整する。よって、本実施形態によれば、ＨＶ電極２１に流れる電流Ｉ２を抑制することが可能となる。
【００４０】
なお、本実施形態の電位調整は、被加工層２、ハードマスク層３、およびレジスト層４が設けられたウェハ１以外のウェハにも適用可能である。例えば、本実施形態の電位調整は、ウェハ上の層のインピーダンスの変化によりスパイク電流が生じ得る様々なケースに適用可能である。
【００４１】
また、本実施形態では、ウェハ１とＨＶ電極２１との電位差Ｖ２−Ｖ１を１０００Ｖ以上に設定するが、１０００Ｖという下限値は他の値に置き換えてもよい。例えば、ウェハ１の吸着に必要な電位差Ｖ２−Ｖ１は、冷却材供給部１５からの冷却材の圧力に依存して変化し得る。そのため、電位差Ｖ２−Ｖ１の下限値は、冷却材の圧力に依存する値に設定してもよい。
【００４２】
また、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３は、電位Ｖ１と同じ値に調整する代わりに、電位Ｖ１と異なる値に調整してもよい。例えば、電位Ｖ３を電位Ｖ１と近い値に調整すれば、電位Ｖ３を電位Ｖ１と同じ値に調整する場合と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２は、ＨＶ電極２１の電流Ｉ２を閾値未満に制御できれば、電位差Ｖ２−Ｖ１が一定にならないように調整してもよい。電位Ｖ２は、電流Ｉ２が変化しないように調整してもよいし、電流Ｉ２が閾値未満で変化するように調整してもよい。
【００４４】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の半導体製造装置の運転方法を示すフローチャートである。
【００４５】
本実施形態の半導体製造装置の構造は、図１に示す第１実施形態の半導体製造装置の構造と同様である。また、図５のステップＳ１〜Ｓ４は、図４のステップＳ１〜Ｓ４と同様に実行される。
【００４６】
図４のステップＳ５では、制御部１７は、電位Ｖ１が−２５００Ｖに戻って一定時間が経過したら、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を−３５００Ｖから−２５００Ｖに戻すが、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２は調整後の値「＋１５００Ｖ」に維持する。
【００４７】
一方、図５のステップＳ５では、制御部１７は、電位Ｖ１が−２５００Ｖに戻って一定時間が経過したら、ＥＳＣ基台２３の電位Ｖ３を−３５００Ｖから−２５００Ｖに戻すと共に、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２を調整前の値「＋２５００Ｖ」に戻す。ＨＶ電極２１の電位Ｖ２を戻す際、ＨＶ電極２１の電流Ｉ２が閾値を超えないように、電位Ｖ２をゆっくり戻すことが望ましい。
【００４８】
本実施形態のＥＳＣ１２は、ウェハ１とＨＶ電極２１との電位差Ｖ２−Ｖ１を１０００Ｖ以上に設定することで、ウェハ１を吸着することができる。電位差Ｖ２−Ｖ１が小さすぎると、ＥＳＣ１２はウェハ１２を吸着することができない。一方、電位差Ｖ２−Ｖ１が大きすぎると、ウェハ１で放電が生じるという問題がある。そのため、電位差Ｖ２−Ｖ１は、適切な設定値に維持されることが望ましい。このような設定値の例は、５０００Ｖである。
【００４９】
本実施形態のステップＳ５によれば、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２を＋２５００Ｖに戻すことで、電位差Ｖ２−Ｖ１を５０００Ｖに維持することが可能となる。一方、第１実施形態のステップＳ５によれば、ＨＶ電極２１の電位Ｖ２を＋２５００Ｖに戻す工程を省略することで、ステップＳ５を簡略化することが可能となる。
【００５０】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００５１】
１：ウェハ、２：被加工層、３：ハードマスク層、４：レジスト層、５：開口部、
１１：チャンバ、１２：ＥＳＣ、１３：上部電極、１４：交流電源、
１５：冷却材供給部、１６：測定部、１７：制御部、
２１：ＨＶ電極（下部電極）、２２：絶縁膜、２３：ＥＳＣ基台、
２４：ＨＶ電源、２５：ＥＳＣ電源
【図１】
0006397805.tif 000002
【図２】
0006397805.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006397805.tif 000005
【図５】
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