半導体装置の製造方法および製造装置

【課題】半導体装置の製造工程におけるウェハーの載置ズレを検出、調整し、ウェハーの載置精度を向上させることが可能な半導体装置の製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】ウェハーＷを処理するチャンバと、チャンバ内に設けられ、ウェハーＷの裏面にガスを供給する複数の穴２０を有するウェハーステージ１４と、複数の穴２０におけるガスの漏れ量をそれぞれ独立に検出するガス検出機構と、検出された穴の位置及びガスの漏れ量に基づき、ウェハーＷのウェハーステージ１４の所定の位置からのズレの方向及び量を求めるウェハー位置検出機構３０と、ウェハーステージの所定の位置からのズレの方向及び量に基づき、ウェハーの位置を調整するウェハー位置調整機構３２と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプラズマ処理などの半導体装置の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置の製造工程において、エッチングや成膜を行う際にプラズマ処理が用いられる。通常、プラズマ処理の際には、プラズマ処理装置内に搬送アームなどを用いて半導体基板（以下ウェハーと記す）が搬入され、ウェハーステージ上に載置される。
【０００３】
このとき、温度分布や裏面膜構造によるウェハーの反り、搬送アームの制御バラツキなどにより、ウェハーステージに対して載置ズレが生じる場合がある。そして、ウェハーステージ外周に通常設けられるフォーカスリングなどの部材に乗り上げることにより、自己バイアスの低下を生じ、所望のプラズマ特性を得ることができないという問題が生じている。
【０００４】
近年、半導体装置の微細化や高速化に伴う膜質向上などのため、プラズマ処理の高周波化が進められており、さらなるウェハーの載置精度の向上が要求されている。しかしながら、ウェハーが載置される静電チャック電極に設けられる温度制御用のガス導入孔からのガスのリークを検出して、ウェハーの保持状態を検出する手法が提案されている（例えば特許文献１など参照）ものの、そのズレの量や方向を検出することはできないという問題がある。また、ズレの有無を検出しても、調整を行うことができないため、ウェハーの載置精度を向上させることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２５７６９号公報（段落［００２２］など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、半導体装置の製造工程におけるウェハーの載置ズレを検出、調整し、ウェハーの載置精度を向上させることが可能な半導体装置の製造方法および製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、チャンバ内にウェハーを搬入し、それぞれ所定の位置に配置されたウェハーの裏面にガスを供給するための複数の穴を有するウェハーステージ上に載置し、前記複数の穴より選択された所定の穴に前記ガスを供給して、供給された前記ガスの漏れ状態を検出し、検出された前記ガスの漏れ状態に基づき、前記ウェハーのズレ状態を求め、求められた前記ズレ状態に基づき、必要に応じて前記ウェハーの位置を調整する、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、ウェハーを処理するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、ウェハーの裏面にガスを供給する複数の穴を有するウェハーステージと、前記複数の穴における前記ガスの漏れ量をそれぞれ独立に検出するガス検出機構と、検出された前記ガスの漏れ量に基づき、前記ウェハーの前記ウェハーステージの所定の位置からのズレを求めるウェハー位置検出機構と、前記ウェハーステージの所定の位置からのズレに基づき、前記ウェハーの位置を調整するウェハー位置調整機構と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施態様によれば、半導体装置の製造工程におけるウェハーの載置ズレを検出、調整することができ、ウェハーの載置精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一態様におけるプラズマ処理装置の構成を示す図。
【図２】本発明の一態様におけるウェハーステージの構造をより詳細に示す図。
【図３】本発明の一態様における冷却ガス穴の配置を示す図。
【図４】本発明の一態様における半導体製造工程のフローチャート。
【図５】本発明の一態様におけるウェハーｗが正規の位置に載置されている場合のウェハーｗの直径方向の断面図。
【図６】本発明の一態様におけるウェハーｗのズレが大きい場合のウェハーｗの直径方向の断面図。
【図７】本発明の一態様におけるウェハーｗのズレが小さい場合のウェハーｗの直径方向の断面図。
【図８】本発明の一態様における冷却ガス穴の配置とウェハーｗの位置を示す図。
【図９Ａ】本発明の一態様におけるウェハーの移動方法を示す図。
【図９Ｂ】本発明の一態様におけるウェハーの移動方法を示す図。
【図９Ｃ】本発明の一態様におけるウェハーの移動方法を示す図。
【図１０Ａ】本発明の一態様におけるウェハーの移動方法を示す図。
【図１０Ｂ】本発明の一態様におけるウェハーの移動方法を示す図。
【図１０Ｃ】本発明の一態様におけるウェハーの移動方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１２】
（第一の実施形態）
図１に、本実施形態の半導体装置の製造装置であるプラズマ処理装置の構成を示す。図１に示すように、例えばウェハーｗをプラズマ処理するためのチャンバ１０には、上部電極１２と、これと対向配置され下部電極となるウェハーステージ１４が設置されている。チャンバ１０には、上方より所定のガス種、流量のプロセスガスを導入するためのマスフローコントローラなどを備えたプロセスガス供給機構（図示せず）と接続されるガス導入口１６と、余剰なプロセスガス、反応副生成物などを排出するための排気口１８が設けられている。排気口１８には、真空ポンプ、排気量調整バルブなどから構成される排気機構（図示せず）が接続されており、チャンバ１０内を所定の圧力に制御することが可能となっている。
【００１３】
図２に、下部電極となるウェハーステージ１４の構造をより詳細に示す。ウェハーステージ１４には、ウェハー温度を一定に保つための冷却ガスをウェハー裏面に供給するための複数の冷却ガス穴２０と、ウェハーｗを先端で支持して移動させる例えばφ１〜２ｍｍのピン２２が貫通する例えばφ７〜８ｍｍのピン穴２４が設けられている。ピン２２はピン穴２４の中央に配置されており、ピン穴２４には、ピン２２との間に例えば３ｍｍの空隙（遊び）が設けられている。
【００１４】
冷却ガス穴２０は、例えば図３にその配置を示すように、ウェハーステージ１４の円周方向に所定の間隔で設けられており、かつウェハーステージ１４の径方向にも所定のピッチ（例えば５ｍｍ毎）で同心円状に設けられている。そして、それぞれの冷却ガス穴２０には、それぞれの冷却ガス穴２０に冷却ガスを独立して供給するためのバルブ２６と、バルブ２６を制御するとともに、圧力計などによってそれぞれの冷却ガス穴２０からの冷却ガスの漏れ状態を検出する漏れ検出機構を備えた冷却ガス供給機構２８が接続されている。そして、冷却ガス供給機構２８には、検出された各冷却ガス穴２０における冷却ガスの漏れ状態によりウェハーｗの正規の載置位置からのズレ状態を求める演算部を備えるウェハー位置検出機構３０と、さらに求められたズレ状態に基づきピン２２を上下およびウェハーｗ面内の所定の方向に移動するように制御するウェハー位置調整機構３２が接続されている。
【００１５】
さらに、ウェハーステージ１４上には、プラズマにより発生した反応性イオンをその内側に載置されるウェハーｗと効果的に反応させるための絶縁性のフォーカスリング３４が設置されている。
【００１６】
これら上部電極１２、下部電極となるウェハーステージ１４には、それぞれ高周波電圧を印加するための高周波電源３６、３８が接続される。なお、バイアスが印加されないプロセスでは、ウェハーステージ１４は接地される。
【００１７】
このようなプラズマ処理装置を用いて、図４に示すような処理フローでウェハーｗにプラズマ処理が行われる。
【００１８】
先ず、ウェハーｗが、搬送アーム（図示せず）によりチャンバ１０内に搬送される。搬送されたウェハーｗは、上昇させたピン２２の先端上に支持され、ピン２２を下降させることにより、ウェハーステージ１４上に載置される（Ｓｔｅｐ１−１）。
【００１９】
次いで、冷却ガス供給機構２８によりバルブ２６が制御され、例えば、最外周の冷却ガス穴２０の一つに、系内が所定の圧力となるように、例えば２０ｓｃｃｍでＨｅガスからなる冷却ガスが供給される（Ｓｔｅｐ１−２）。このように最外周の各冷却ガス穴２０に順次冷却ガスが供給され、全ての冷却ガス穴２０における冷却ガスの圧力変動を検出する。そして、冷却ガス供給機構２８において、例えば系内の圧力低下をモニタすることにより、各冷却ガス穴２０の冷却ガスの漏れ状態を検出する（Ｓｔｅｐ１−３）。
【００２０】
例えば、図５にウェハーｗの直径方向の断面図を示すように、ウェハーｗが正規の位置に載置されている場合、最外周の冷却ガス穴２０ａ、２０ｂにおいて、冷却ガスの漏れがないため系内の圧力低下は発生しない。
【００２１】
一方、図６にウェハーｗの端部がフォーカスリング３４上に乗り、そのズレが大きい場合のウェハーｗの直径方向の断面図を示す。ウェハーｗにより覆われていない冷却ガス穴２０ａ、及びウェハーｗがウェハーステージ１４からほぼフォーカスリング３４の高さ（例えば７００μｍ）分だけ離間している冷却ガス穴２０ｂにおいては、冷却ガスが流れ出て、明らかに系内の圧力が低下するため、漏れがあることが検出される。
【００２２】
また、図７にウェハーｗの端部がフォーカスリング３４上に乗っているものの、ウェハーｗのズレが小さい場合のウェハーｗの直径方向の断面図を示す。冷却ガス穴２０ｂにおいては図６と同様に開放されているが、冷却ガス穴２０ａ上においては、ウェハーｗとウェハーステージ１４がわずかに離間しているものの、数μｍオーダー以下である。従って、完全に解放された状態と比較すると、漏れが少ない（冷却ガスの流出による系内の圧力の低下が抑えられている）ことが検出される。
【００２３】
このようにして、最外周の全ての冷却ガス穴２０における冷却ガスの漏れ状態が検出される。そして、その結果に基づいて、ウェハーｗのズレの有無およびズレの方向が求められる。
【００２４】
ウェハーｗの端部がフォーカスリング３４上に乗っている場合、乗っていない場合と比較して自己バイアスが低下し、所望のプラズマ特性を得ることができないという問題が生じる。これは、被処理面積の増大や、空間電位損失が生じることに起因すると考えられる。そして、プラズマを生成する高周波電圧は、高周波になるに伴い、空間を飛び越えにくくなることから、このような問題は、周波数が高いほど顕著になると考えられる。従って冷却ガス穴２０における冷却ガスの漏れ状態が検出された場合にはウェハーｗの載置位置を修正する必要がある。
【００２５】
ここで、最外周の全ての冷却ガス穴２０において、冷却ガス漏れが認められない場合、ウェハーｗのズレは生じていないことになり、そのまま後述するプラズマ処理に供される（Ｓｔｅｐ３）。
【００２６】
また、最外周の全ての冷却ガス穴２０において、冷却ガス漏れが生じている場合、一つ内周側の冷却ガス穴２０それぞれについて系内の圧力低下をモニタすることにより最外周の冷却ガス穴２０の場合同様に一つ内周側の冷却ガス穴２０の冷却ガスの漏れ状態が検出される（Ｓｔｅｐ１−４）。なお、一つ内周側の冷却ガス穴２０の全てで冷却ガス漏れが生じている場合はさらに一つ内周側の冷却ガス穴２０の状態の検出に移る。
【００２７】
続いて、冷却ガス穴２０における冷却ガスの漏れ状態に基づいて、ウェハーｗのズレの方向を求める方法について説明する。図８は冷却ガス穴の配置とウェハーｗ（破線）の位置関係の一例を示している。図８では一例として、黒丸で示した冷却ガス穴２０の圧力が低下している状態を表しており、圧力が低下している冷却ガス穴２０の位置によりズレの方向を求めることができる。具体的にはウェハーｗが円形状であるため圧力が低下している全ての冷却ガス穴２０の位置が分かれば、それら全ての冷却ガス穴２０について対称となる冷却ガス穴２０の位置が最も多くなるように線対称とした対象軸におけるウェハーステージ１４の中心方向がズレの方向ということができる。
【００２８】
また、圧力が低下している冷却ガス穴２０の位置及び圧力の低下量からズレの量Δｄを求めることができる。なお、圧力が低下している冷却ガス穴２０の位置及び圧力の低下量に応じたウェハーｗのズレの量は予め取得しておいても構わない。このようにして、冷却ガスの漏れ状態（漏れ量とその分布）より、ズレの方向およびズレの量が求められる（Ｓｔｅｐ１−５）。
【００２９】
次いで、ズレの量が求められたウェハーｗについて、ウェハー位置調整機構３２により、検出されたズレの方向と逆方向にズレの量だけウェハーｗを移動させるように駆動制御する（Ｓｔｅｐ２）。
【００３０】
例えば、先ず、図９Ａに示すように、ピン２２を上昇させ、ピン２２上でウェハーｗを支持する。次いで、図９Ｂに示すように、ピン２２をウェハーｗのズレの方向と逆方向に移動させる。このとき、ピン２２が貫通するピン穴２４には例えば３ｍｍの遊びがあるため、最大３ｍｍウェハーｗを移動させることができる。そしてウェハーｗを移動させた後、ピン２２を下降させ、再度ウェハーｗをウェハーステージ１４上に載置させて（Ｓｔｅｐ１−１）に戻る。なお、ウェハーｗをウェハーステージ１４上に載置した後、ピン２２を所定の位置、例えばピン穴２４の中央に移動させても構わない。
【００３１】
このようにしてウェハーｗを移動させた後、ズレの有無を確認するために、再度最外周の各位相の冷却ガス穴２０に冷却ガスを供給して各冷却ガス穴２０の冷却ガス漏れ状態を検出しても構わない。再度検出を行う場合には、最外周の全ての冷却ガス穴２０において、冷却ガス漏れが認められなくなるまで（Ｓｔｅｐ１−１〜１−５）及び（Ｓｔｅｐ２）を繰り返す。
【００３２】
最外周の全ての冷却ガス穴２０において、冷却ガス漏れが認められない場合、すなわちウェハーｗの位置が正規の位置に修正されていることが確認された場合、プロセスガスがチャンバ１０内に導入され、上部電極１２およびウェハーステージ１４に高周波電圧が印加され、ウェハーｗがプラズマ処理に供される（Ｓｔｅｐ３）。
【００３３】
このようにして、ウェハーｗのズレが調整されることにより、ウェハーｗの載置精度を向上させることができ、プラズマ処理において所望のプラズマ特性を得ることが可能となる。
【００３４】
（第二の実施形態）
前記した第一の実施形態においては、ピン２２によりウェハーｗの位置を移動させ、ズレが調整されたが、ウェハー位置調整機構３２により駆動制御させるのはピン２２に限定されるものではない。本実施形態では、ウェハーｗを搬送する搬送アームによる動作距離、動作方向を制御することによりズレを調整する例について説明する。なお、ズレの方向およびズレの量を求める工程については前記した第一の実施形態と同様であるので重複した部分の説明は省略する。
【００３５】
先ず、図１０Ａに示すように、ピン２２によりウェハーｗを上昇させるとともに、搬送アーム４０をチャンバ内に挿入し、ウェハーｗを搬送アーム４０上に載置する。
【００３６】
次いで、図１０Ｂに示すように、搬送アーム４０によりウェハーｗをチャンバ外部（例えば搬送チャンバ）に搬出する。そして、図１０Ｃに示すように、検出されたズレの方向と逆方向にズレの量だけウェハーｗを移動させるように、搬送アーム４０の動作距離を制御してウェハーｗを再搬入する。すなわち、最初の動作距離をｄ、ズレ量をΔｄとすると、再搬入時の動作距離がｄ＋Δｄとなるように制御する。そして、ピン２２を上昇させ、ウェハーｗを支持した後下降させ、再度ウェハーｗをウェハーステージ１４上に載置させる。
【００３７】
なお、ここでは搬送アームの動作距離によりズレが生じている場合を例示したが、搬送アームの動作方向にズレが生じている場合も同様に調整することができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、プラズマ処理への適用について説明したが、プラズマを使用しない工程でも、ウェハーをステージ上に吸着する工程の場合には適用することが可能である。例えば、層間絶縁膜等に用いられる低誘電率絶縁膜（ｌｏｗ−ｋ膜）のダメージを修復する工程等が挙げられる。また、プラズマ処理において用いられるプロセスガスは特に限定されるものではなく、その目的に応じてＳｉＨ_４などの成膜ガスを含むもの、ＣＦ_４などのエッチングガスを含むものを用いることができる。
【００３９】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…チャンバ
１２…上部電極
１４…ウェハーステージ
１６…ガス導入口
１８…排気口
２０…冷却ガス穴
２２…ピン
２４…ピン穴
２６…バルブ
２８…冷却ガス供給機構
３０…ウェハー位置検出機構
３２…ウェハー位置調整機構
３４…フォーカスリング
３６、３８…高周波電源
４０…搬送アーム

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハーを処理するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記ウェハーの裏面にガスを供給する複数の穴を有するウェハーステージと、
前記複数の穴における前記ガスの漏れ量をそれぞれ独立に検出するガス検出機構と、
検出された前記穴の位置及び前記ガスの漏れ量に基づき、前記ウェハーの前記ウェハーステージの所定の位置からのズレの方向及び量を求めるウェハー位置検出機構と、
前記ウェハーステージの所定の位置からのズレの方向及び量に基づき、前記ウェハーの位置を調整するウェハー位置調整機構と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記ウェハーステージは、前記チャンバ内に搬入された前記ウェハーを支持し、下降させることにより前記ウェハーステージ上に載置させるピンとの間に所定の空隙を有するピン穴を備え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装置。
【請求項３】
前記ウェハー位置調整機構は、前記ズレの方向及び量に基づき前記ピンを移動させ、前記ウェハーを移動させることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記ウェハー位置調整機構は、前記ウェハーを前記チャンバに搬送するとともに、前記ズレの方向及び量に基づき動作距離及び動作方向を調整する搬送アームを備え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装置。
【請求項５】
前記複数の穴は、前記ウェハーステージの円周方向に所定のピッチで設けられてい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装置。
【請求項６】
前記複数の穴は、複数の異なる半径の同心円状に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記ガス検出機構は、前記ガスを供給する複数の穴の前記ガスの圧力低下を検出す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装置。
【請求項８】
チャンバ内にウェハーを搬入し、それぞれ所定の位置に配置されたウェハーの裏面にガスを供給するための複数の穴を有するウェハーステージ上に載置し、
前記複数の穴に前記ガスを供給して、供給された前記ガスの前記穴からの漏れ状態を検出し、
検出された前記ガスの漏れ状態に基づき、前記ウェハーのズレ方向及びズレの方向及び量を求める、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記複数の穴は、前記ウェハーステージの円周方向に所定のピッチで設けられ、
前記ガスの前記穴からの漏れ状態の検出は、前記複数の穴のそれぞれに順次前記ガスを供給し、供給された前記ガスの前記穴からの漏れを検出することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記複数の穴は、複数の異なる半径の同心円状に設けられ、外側の円周上の全ての穴よりガスの漏れがあることが検出された場合、さらに内周側の円周上の前記穴からの漏れを検出することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
求められた前記ズレの方向及び量に基づき、前記ウェハーの位置を調整することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

【図１】