(57)【要約】  【課題】確実に半導体基板を下部電極より脱離させる半導体装置の製造方法を提供する。  【解決手段】基板裏面にガスを供給できる基板支持部に、静電力により基板を吸着させて固定し、前記基板をエッチング等の加工をし、前記基板が固定された前記基板支持部から前記基板裏面にガスを供給しながら前記ガスの流量を測定し、前記測定したガス流量が予め決められた規格流量値以上であるか否かを判定し、前記測定したガス流量が前記規格流量値以上となった場合に、前記基板支持部からの前記基板脱離を完了する。これにより、脱離不良に起因する搬送トラブルの抑制を可能にする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板裏面にガスを供給できる基板支持部に、静電力により基板を吸着させて固定し、前記基板を加工処理し、
前記基板が固定された前記基板支持部から前記基板裏面にガスを供給しながら前記ガスの流量を測定し、
前記測定したガス流量が予め決められた規格流量値以上であるか否かを判定し、
前記測定したガス流量が前記規格流量値以上となった場合に、前記基板支持部からの前記基板脱離を完了することを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板裏面にガスを供給できる基板支持部に、静電力により基板を吸着させて固定し、前記基板を加工処理し、
前記基板が固定された前記基板支持部から前記基板裏面にガスを供給しながらその増加するガス流量を測定し、
前記測定したガス流量が予め決められた規格流量値以上に達したか否かを判定し、
前記測定したガス流量が前記規格流量値以上となった場合に、前記基板支持部からの前記基板脱離を完了する工程とを含む半導体装置の製造方法であって、
前記ガス流量が前記規格値に達する前に、前記規格流量値よりも小さく、互いに異なり、予め決められた１つ以上の規格流量値のそれぞれに、前記ガス流量が達したか否かを判定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板裏面にガスを供給できる基板支持部に、静電力により基板を吸着させて固定し、前記基板を処理し、
前記基板が固定された前記基板支持部から前記基板裏面にガスを供給するとともに前記基板の裏面を押圧し、少なくとも前記基板裏面の一部を前記基板支持部から離し、
前記基板の裏面を押圧しながら前記ガスの流量を測定し、
前記測定したガス流量が予め決められた規格流量値以上となった場合に、前記押圧を除去した後、実質的に前記測定したガス流量からの流量変化量を測定し、
前記流量変化量が、予め定められた流量変化量以内である場合に、前記基板支持部からの前記基板脱離を完了することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ガスは前記基板の温度を制御するためのガスである請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記予め決められた規格流量値は、実質的に前記基板が自重のみで前記基板支持部に設置されたときの前記ガス流量値である請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記基板支持部には前記基板を前記支持部から持ち上げる突き上げピンが設けられ、前記押圧は前記突き上げピンによって行う請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ガス流量の測定は、静電力により前記基板を吸着させるために前記基板支持部に印加された電圧を除去した後に行う請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバー内で静電吸着により半導体基板を保持部に固定してプロセス処理を行う、半導体装置の製造方法に関わり、さらに詳述すると静電吸着力により電極などの保持部に固定された半導体基板を搬送トラブルを生じさせずに脱離させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造工程におけるドライエッチング、プラズマＣＶＤのようなプラズマ処理において、静電吸着力により半導体基板を下部電極へ固定する技術は、大口径化する半導体基板においてエッチングレートや加工寸法といったプロセス特性の均一性を向上させる上で必須の技術である。
【０００３】
図１に、従来の機械的に半導体基板を下部電極に固定する方式の半導体基板固定部分の断面図を示す。同図が示す通り半導体基板２は、半導体製造装置の減圧可能な反応室上部に位置する固定部材１（クランプリングなど）によって下部電極３に機械的に固定されている。しかし、このような方法では、この部材１の影響によってプラズマの均一性が低下し、それに伴ってドライエッチングにおいてはエッチングレート、寸法等の均一性も低下してしまうという問題がある。
【０００４】
図２に、このようなエッチングレート、寸法等の均一性を向上させることを目的とした、静電吸着力により半導体基板を下部電極に固定する方式の半導体基板固定部分の断面図を示す。半導体基板２は、静電吸着力を発生させることが可能な下部電極４によって同下部電極４に電気的に固定されている。また半導体基板温度の制御を目的として半導体基板２と下部電極４の間に、下部電極４に設けられた細孔からチャンバー内部にヘリウムガス５が矢印のように流れ、半導体基板２の裏面温度を制御するようになっている。ヘリウムガス５によって半導体基板２の温度が均一に保たれている。このような技術を用いることにより、エッチングレート、寸法等の均一性を向上させている。このような静電吸着方式の改善については特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平０８−２３６６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、プラズマによるドライエッチング処理が終了し、半導体基板を下部電極から脱離させる時に、下部電極に吸着固定させるために存在していた電荷が下部電極や半導体基板に残留することがある。この残留電荷の影響により脱離が不完全となる。すなわち、図２には示していないが、下部電極表面のたとえば４カ所には突き上げピンが備えられており、処理が終了するとこの突き上げピンが下部電極から上昇し、半導体基板２を電極から押し上げるようになっている。このとき半導体基板などに電荷が残留していると、残留静電力に抗して突き上げることになるので、基板が跳ね上がりチャンバー内に落下するということになる等の搬送トラブルが発生するといった問題を有していた。このような脱離不良に起因する搬送トラブルは、半導体基板のロスや半導体製造装置内に落下した半導体基板の回収作業による稼働率低下などを発生させる。この問題を解決するには、確実に半導体基板を下部電極より脱離させることが必要である。これに対して上記特許文献１には脱離補助をすることが提案されているが、確実な除電・脱離確認に関する提案はなされていない。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するため、確実に半導体基板を下部電極より脱離させる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１番目の半導体装置の製造方法は、基板裏面にガスを供給できる基板支持部に、静電力により基板を吸着させて固定し、前記基板を加工処理し、
前記基板が固定された前記基板支持部から前記基板裏面にガスを供給しながら前記ガスの流量を測定し、
前記測定したガス流量が予め決められた規格流量値以上であるか否かを判定し、
前記測定したガス流量が前記規格流量値以上となった場合に、前記基板支持部からの前記基板脱離を完了することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２番目の半導体装置の製造方法は、基板裏面にガスを供給できる基板支持部に、静電力により基板を吸着させて固定し、前記基板を加工処理し、
前記基板が固定された前記基板支持部から前記基板裏面にガスを供給しながらその増加するガス流量を測定し、
前記測定したガス流量が予め決められた規格流量値以上に達したか否かを判定し、
前記測定したガス流量が前記規格流量値以上となった場合に、前記基板支持部からの前記基板脱離を完了する工程とを含む半導体装置の製造方法であって、
前記ガス流量が前記規格値に達する前に、前記規格流量値よりも小さく、互いに異なり、予め決められた１つ以上の規格流量値のそれぞれに、前記ガス流量が達したか否かを判定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３番目の半導体装置の製造方法は、基板裏面にガスを供給できる基板支持部に、静電力により基板を吸着させて固定し、前記基板を処理し、
前記基板が固定された前記基板支持部から前記基板裏面にガスを供給するとともに前記基板の裏面を押圧し、少なくとも前記基板裏面の一部を前記基板支持部から離し、
前記基板の裏面を押圧しながら前記ガスの流量を測定し、
前記測定したガス流量が予め決められた規格流量値以上となった場合に、前記押圧を除去した後、実質的に前記測定したガス流量からの流量変化量を測定し、
前記流量変化量が、予め定められた流量変化量以内である場合に、前記基板支持部からの前記基板脱離を完了することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明は、ドライエッチング等の半導体基板の加工処理後に静電吸着力によって下部電極上に固定された半導体基板などの基板を脱離させる工程において、下部電極のような基板支持部より基板処理を行うチャンバー内部に流出するガスの流量を測定するステップと静電吸着力がほぼ除去された状態でのガス流量の規格を設け、ガス流量が規格に達した時点で次の工程である基板脱離後の半導体など基板搬送に進むことで、脱離不良に起因する搬送トラブルを抑制することが可能となる。
【００１１】
また本発明はドライエッチング等の半導体基板処理後に静電吸着力によって下部電極上に固定された半導体基板を脱離させる工程において、下部電極より基板処理を行うチャンバー内部に流出するガスの流量を複数回測定するステップとそのステップそれぞれにガス流量の規格を設け、全ての測定においてガス流量が規格に達した時点で次の工程である脱離後の半導体基板搬送に進むことで脱離不良に起因する搬送トラブルを抑制することが可能となる。
【００１２】
また本発明はドライエッチング等の半導体基板処理後に静電吸着力によって下部電極上に固定された基板を脱離させる工程において、脱離補助を目的として基板を下部電極からわずかに押圧し、昇降させた時のガスの流量の低下量を測定し、ガス流量の低下量が規格以内になった時点で次の工程である脱離後の半導体基板搬送に進むことで脱離不良に起因する搬送トラブルを抑制することが可能となる。
【００１３】
以上のような方法を用いることによって、安定した半導体装置の生産が可能となり、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の第１〜３番目の方法においては、基板支持部には基板を支持部から持ち上げる突き上げピンが設けられ、押圧は前記突き上げピンによって行うことが好ましい。また、ガスは基板の温度を制御するためのガスを利用することができる。また、予め決められた規格流量値は、実質的に基板が自重のみで基板支持部に設置されたときのガス流量値とすることが基板を完全に脱離させる点で好ましい。また、ガス流量の測定は、静電力により基板を吸着させるために基板支持部に印加された電圧を除去した後に行ってもよい。
【００１５】
以下に本発明による実施の形態を図面と共に説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図３は、本発明の第１の実施の形態による半導体装置の処理工程を示す工程フロー図である。まず、ドライエッチングなどプラズマ処理する半導体基板を減圧可能なチャンバー内部の下部電極上に搬送設置する。この下部電極はプラズマ処理中の基板温度を制御するために表面に設けられた多数の細孔から、設置された半導体基板と下部電極表面との間にヘリウムガスを流すようになっており、ヘリウムガスは処理中ほぼ一定の圧力に維持されている。また、下部電極は処理終了後半導体基板をチャンバー外へ搬送するためにたとえば基板の裏面４カ所を支持して電極から上方に持ち上げる突き上げピンを備えているものとする。
【００１７】
次に下部電極に直流電圧などを印加し静電吸着で半導体基板を下部電極に固定した後、半導体基板に対しプラズマ処理を行い終了させ、続いて半導体基板の下部電極からの脱離工程を開始するが、脱離の方法は、静電吸着していた直流電圧を除き、たとえばＡｒのような不活性ガスの弱いプラズマを発生させて行う方法、自然放置で吸着に寄与した電荷が放電するのを待つ方法などがあり、どちらでも使用可能である。
【００１８】
本発明の基板脱離工程は、基板温度制御用のヘリウムガスの流量値をモニターしながら行うことが特徴である。図４は半導体基板の吸着固定からプラズマ処理、基板の脱離までのヘリウムガス流量変化を示す図である。縦軸の単位はｃｃ／ｍｉｎ．である。まず、半導体基板が下部電極に吸着されるとヘリウムガスの流量が減少し、一定値（約９ｃｃ／ｍｉｎ．）に維持される。そして５５秒経過後プラズマ処理が終了し、脱離工程が開始される。半導体基板および下部電極より電荷が放電されるにしたがって吸着力が低下し、一方、ヘリウムガス圧力は一定であるから流量は増加するが、時間５５秒から８０秒が脱離期間である。図５は図４の脱離工程部分を拡大して示した図であり、図５の８０秒以降はほぼ下部電極と半導体基板間の吸着力がなくなった完全脱離の状態、すなわち静電吸着力を利用せず単に半導体基板が下部電極上に乗っている状態を示している。
【００１９】
図３のフロー図において、ヘリウムガス流量値は常に測定されており、脱離が進むにつれて流量が図５のように増加していくが、流量が予め定められた規格値に達したかどうかを判断し、規格値流量以上になった場合には突き上げピンで半導体基板を持ち上げ搬送を行い、次の処理すべき半導体基板を下部電極へ搬送する。もし規格値に達していなければさらに脱離工程を続け再度流量について判断する。
【００２０】
ここで予め定められる流量規格値について説明する。脱離工程にて半導体基板が下部電極より脱離が開始した場合、ヘリウムガス流量値が図５のように増加係数２．０（増加係数ａ＝ヘリウムガス流量変化／秒）をもって時間７１秒から７５秒の間に増加する。その後、図５のようにガス流量が増加係数０．１に変化した時点７５秒で若干の電荷が残留しているが半導体基板の脱離が実際には完了する。そこで増加係数が２．０から０．１に変化した時点のヘリウムガス流量値２７ｃｃ／ｍｉｎ．を、脱離終了するための規格として設定し、この時点で搬送用に突き上げピンを上昇させることになる。
【００２１】
本実施の形態によれば、電極からの半導体基板脱離の状態をヘリウムガス流量をモニターし、流量規格値を満足した時点で搬送することになるから、十分吸着力が弱くなっており、搬送時に半導体基板がチャンバー内に落下するといった事故を防止することができる。実際に半導体基板１００００枚処理当たりの搬送トラブルの回数は従来１０回であったが本発明実施後５回まで減少した。
【００２２】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態による半導体装置の処理工程を示す工程フロー図である。まず、ドライエッチングなどプラズマ処理する半導体基板を減圧可能なチャンバー内部の下部電極上に搬送設置する。この下部電極は第１の実施の形態の場合と同一構造を有している。次に下部電極に直流電圧などを印加し静電吸着で半導体基板を下部電極に固定した後、半導体基板に対しプラズマ処理を行い終了させ、続いて静電吸着していた直流電圧を除き、半導体基板の下部電極からの脱離工程を開始するが、この工程においては複数回ヘリウムガス流量をモニターあるいは測定しながら行うものである。
【００２３】
図７は、半導体基板の吸着固定からプラズマ処理、基板の脱離までのヘリウムガス流量変化のうち、半導体基板脱離工程部分を拡大して示す図である。時間６５秒までは基板のプラズマ処理期間であり、６５秒以後半導体基板の脱離工程が開始され、電荷が放電することによって時間と共に下部電極と基板との吸着力が弱まるためにヘリウムガス流量が増加していく。図７に示すように、下部電極より半導体基板処理を行うチャンバー内部に流出するヘリウムガス流量の増加係数は半導体基板処理時に０．０、脱離工程が開始されると流量増加係数は０．１→０．５→２．０→０．１と変化する。
【００２４】
本実施の形態では、脱離工程におけるガス流量規格値を１３ｃｃ／ｍｉｎ．と２６ｃｃ／ｍｉｎ．に置き、図６のフロー図に示すように第１回目のヘリウムガス流量測定を７０秒から７２秒付近の時間で行う。そしてガス流量が第１の規格値１３ｃｃ／ｍｉｎ．以上を満足しているがどうかを判定し、満足している場合は最終脱離工程に進み、満足していない場合は再度ガス流量値の判定を行う。
【００２５】
次に最終脱離工程では、時間７５秒付近で第２回目のヘリウムガス流量測定を行い、第２の規格値２６ｃｃ／ｍｉｎ．以上を満足しているかどうかを判定し、満足している場合は、電極の突き上げピンを上昇させ、半導体基板をチャンバー外に搬送し、次の処理すべき半導体基板をチャンバー内の電極上に搬送する。第２の規格値付近ではまだ半導体基板あるいは電極に電荷が残留しているが、非常に弱いものであり、搬送には問題がない。第２の規格値を満足していない場合は再度ヘリウムガス流量を測定し、規格値との比較判断を行う。
【００２６】
このように本実施の形態では、脱離工程におけるヘリウムガス流量の増加係数の変化点のヘリウムガス流量値をそれぞれ１３ｃｃ／ｍｉｎ．、２６ｃｃ／ｍｉｎ．を規格として設定し、段階的にヘリウムガス流量値が増加することを確認し、半導体基板を下部電極より脱離させる。すなわち、脱離工程各ステップにおいて、常時ヘリウムガス流量値の監視を実施し、規格に達した時点で次のステップに進むものである。複数回流量値を確認することで脱離工程がよりいっそう確実なものとすることができ、基板処理後の基板搬送時の事故を防止することができる。
【００２７】
以上は規格値を２個設定したものであるが、図７に示す各段階である１０ｃｃ／ｍｉｎ．、１３ｃｃ／ｍｉｎ．、２６ｃｃ／ｍｉｎ．、２７ｃｃ／ｍｉｎ．と４この規格値を設定し、最終的にヘリウムガス流量の増加係数が０．１を示した時のヘリウムガス流量値２７ｓｃｃｍを半導体基板処理条件終了するための規格として設定し、規格に達した時点で半導体基板搬送が開始させてもよい。この実施の形態では、半導体基板１００００枚処理当たりの搬送トラブルは、従来の１０回に対し０回であったので、第１の実施形態と比較して優れた方法であるといえる。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態による半導体装置の処理工程を示す工程フロー図である。まず、ドライエッチングなどプラズマ処理する半導体基板を減圧可能なチャンバー内部の下部電極上に搬送設置する。この下部電極は第１の実施の形態の場合と同一構造を有している。次に下部電極に直流電圧などを印加し静電吸着で半導体基板を下部電極に固定した後、半導体基板に対しプラズマ処理を行い終了させ、続いて静電吸着していた直流電圧を除き、半導体基板の下部電極からの脱離工程を開始する。本実施の形態においてはまず、下部電極に具備する突き上げピンを作動させ、静電吸着している半導体基板の裏面を、下部電極から完全に脱離しない程度の圧力で押圧し、わずかに持ち上げることが特徴である。大きい圧力を用いると、従来のように基板が急激に跳ね上がるからである。
【００２９】
図９は下部電極４の構造を示す概略図であり、突き上げピン１０が上昇し、半導体基板２を完全に持ち上げた状態を示し、下部電極表面からヘリウムガス５の流量が増加し周辺に流れ出している。脱離の初期段階で行われる基板押圧では図９のようには完全に下部電極４から基板が離れずピン１０で突き上げられた中心部のみが０．２ｍｍ程度持ち上がり、周辺部は接触したままである。
【００３０】
図１０は、半導体基板の吸着固定からプラズマ処理、基板の脱離までのヘリウムガス流量変化のうち、半導体基板脱離工程部分を拡大して示す図である。時間ｔ１秒までは基板のプラズマ処理期間であり、時間ｔ１〜ｔ２が半導体基板を押圧した期間であり、一定時間押圧することによって徐々に基板が下部電極から離れるのでヘリウムガス流量が増加していき、ある時間で一定となる。この一定となった時間がほぼ完全に基板が下部電極から離れた状態になった時間であり、図１０における流量２７ｃｃ／ｍｉｎ．を第１の流量規格値とする。
【００３１】
脱離確認として、常時ヘリウムガス流量値の監視を実施するが、ヘリウムガス流量が規格に達した時点で半導体基板の脱離が完了したと判断する。もし規格値に達していなければ図８に示すようにさらに一定時間の後、ヘリウムガス流量を再度測定し流量規格値と比較する。
【００３２】
その後に図９において、再度半導体基板２を下部電極４に降下させ、ヘリウムガスの流量を測定する。図１１に降下時のヘリウムガス流量の正常なときの変動を示す。図１１のようにその低下量が１ｃｃ／ｍｉｎ．以内、すなわち流量変化量が一定の規格値以内であれば、半導体基板は下部電極からの脱離が完了したと判断する。下部電極または半導体基板の電荷がほとんど放電して残留していなければ静電力が働かず、基板の重量だけでヘリウムガス流量が減少するので、その減少量がわずかであるからである。
【００３３】
これに対して脱離が不完全な場合、再度基板を下部電極に降下させると、相当量の電荷がまだ残留しているので吸着力が働くので、半導体基板降下後のヘリウムガスの流量は図１２に示すように、１ｃｃ／ｍｉｎ．以上低下し、最終的には半導体基板処理中と同等の約９ｓｃｃｍまで低下することになる。図８の脱離工程において、規格を満足しないときは、ここでプラズマ処理装置による自動処理を停止し、チャンバーを大気解放して基板の回収作業を実施する。流量変化量が規格を満足し基板の脱離が完了したと判断したときは、突き上げピンを上昇させ半導体基板をチャンバー外に搬送し、次の処理すべき基板を搬送する。
【００３４】
本発明の第３の実施形態では、予め半導体基板を機械的・強制的に下部電極からわずかに持ち上げ脱離のための補助をしてほぼ電荷を取り除き、さらにヘリウムガス流量の変化を確認しながら離脱させるので、確実に脱離することができるとともに、強制的に脱離する工程を採用した分だけ脱離時間を短縮することができるという利点がある。本実施の形態を用いた半導体基板の加工処理の場合の結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2005150623.tif 000003
表１から明らかな通り、従来半導体基板処理１００００枚毎に１０回発生していた搬送トラブルを０回に抑制することが可能となった。また、半導体基板の脱離にかかる時間が１０秒短縮され、基板処理時間も１０秒短縮されるので１時間当たりの基板処理枚数が３６枚から４０枚へ増加させることを達成した。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように本発明による基板の脱離方法は、ドライエッチング、プラズマＣＶＤプロセスに応用できるだけでなく、この他の静電吸着による基板固定を行う装置にを用いる製造にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の機械的に半導体基板を下部電極に固定する方式の電極構造を示す図。
【図２】従来の静電吸着力を用い半導体基板を下部電極に固定する方式の電極構造を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態による基板脱離工程の工程フロー図。
【図４】同、半導体基板処理から基板脱離工程に至る間のヘリウムガス流量変化を示すグラフ。
【図５】同、半導体基板処理時の半導体基板脱離工程におけるヘリウムガス流量変化を示すグラフ。
【図６】本発明の第２の実施の形態による基板脱離工程の工程フロー図。
【図７】同、半導体基板処理時の半導体基板脱離工程におけるヘリウムガス流量変化を示すグラフ。
【図８】本発明の第３の実施の形態による基板脱離工程の工程フロー図。
【図９】同、突き上げピンを有する下部電極の構造を示す図。
【図１０】同、半導体基板脱離工程を用いたときのヘリウムガス流量値変化を示すグラフ。
【図１１】同、半導体基板処理時の半導体基板脱離工程において機械的に半導体基板を上昇させた後、再度下部電極に降下させ、脱離完了した時のヘリウムガス流量変化を示すグラフ。
【図１２】同、半導体基板処理時の半導体基板脱離工程において機械的に半導体基板を上昇させた後、再度下部電極に降下させ、脱離不良になった時のヘリウムガス流量変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３８】
１  固定部材
２  半導体基板
３  下部電極
４  下部電極
５  ヘリウムガス
１０  突き上げピン
【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】
2005150623.tif 000008
【図６】
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【図７】
2005150623.tif 000010
【図８】
2005150623.tif 000011
【図９】
2005150623.tif 000012
【図１０】
2005150623.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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