JPH0371629A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 スパッタ装置における一実施例 の模式側断面図（第２図） 排気システムの一実施例 の模式構成図（第３図） ドライエツチング装置における第１実施例の模式側断面
図（第４図） ドライエツチング装置における第２実施例のシャッター
配置模式図（第５図） ドライエツチング装置における第３実施例のシャッター
配置模式図（第６図） 発明の効果 〔概　要］ 半導体製造装置、特にスパッタ処理ドライエツチング処
理を行・う半導体製造装置の改良に関し、装置内部の清
浄化に要するダウンタイムを大幅に短縮して装置の稼動
率を高め、半導体装置のコストダウンを図ることを目的
とし、 スパッタ処理を行う半導体製造装置であって、スパッタ
反応室内に配設されるターゲットの直上部に、該ターゲ
ットを随時覆うように移動可能で該スパッタ反応室と電
気的に絶縁された可動式シャッターを設け、該反応室内
にエツチングガスを導入し該シャック−で該ターゲット
を覆った状態で、該シャッターをｌ電極としプラズマ反
応によって該反応室内に堆積された反応生成物をエッチ
オフすることを可能にした構成、及びドライエツチング
処理を行う半導体製造装置であって、エツチングステー
ジと対向電極の何れか一方若しくは両方の表面上に該エ
ツチングステージ若しくは対向電極上を随時覆うように
移動可能で該反応室と電気的に絶縁された可動式シャッ
ターを設け、該反応室内にドライエツチングに用いるガ
スと異なるエツチングガスを導入し該エツチングステー
ジ若しくは対向電極の何れか一方若しくは両方を該シャ
ッターで覆った状態で、該シャッターをｌ電極としプラ
ズマ反応によって該エツチング反応室内に堆積された反
応生成物をエッチオフすることを可能にした構成を有す
る。

（産業上の利用分野） 本発明は半導体製造装置、特にスパッタ処理、ドライエ
ツチング処理を行う半導体製造装置の改良に関する。

半導体装置の高集積化により素子が微細化されるに伴っ
て、ウェーハプロセスにおいて成膜時及びエツチング時
に付着する異物はその製造歩留りや信頼性を大きく低下
せしめる原因になってきており、信頼性の高い半導体装
置を高歩留りで製造するために、異物を減少させること
が必須の要件になっている。

そのため、スパッタ装置、ドライエツチング装置等にお
いては、反応室内部に付着した反応生成物の被膜を定期
的に除去し、ウェーハ上に異物が付着することを防ぐ必
要がある。

〔従来の技術〕

第７図は従来のスパッタ装置を模式的に示す側断面図で
ある。

図において、５１スパッタ反応室（容器）、５２はガス
導入口、５３は真空排気口、５４は気密絶縁手段、５５
はスパッタターゲット、５６は永久磁石、５７は対向電
極５８はスパッタ膜が反応室の壁面に付着するのを防ぐ
ための防着板、５９は○リング、６０はＯＩＪソング介
して気密に当接し開放を可能にするフランジ部、６１は
被処理ウェーハ、ＤＣは直流電源、ＧＮＤは接地を示す
。

スパッタ方式を用いる半導体製造装置では、成膜を進め
るに伴って反応室内部に堆積付着する反応生成物の被膜
（スパッタ膜）が厚くなり、これが剥がれ落ち異物とし
てウェーハ上に付着して歩留りを下げるという問題があ
る。

そのため図示されるような構成を有する従来のスパッタ
装置においては、成長された合計の膜厚が一定の値に達
した時点、或いは被処理ウェー／Ｓ上に異物が発生した
時点において、フランジ部６０においてスパッタ反応室
５１を開放し、防着板５８等反応室５１内部の治具を取
り外して酸類等によりウェット洗浄したり、反応室内壁
に付着した膜を拭き取る等の作業により反応室内を清浄
化して、ウェーハ上への異物の付着を防止する必要があ
り、反応室内を再び成膜が行える真空度まで回復せしめ
るまでに長時間のダウンタイムを生じていた。

第８図は従来のりアクティブイオンエツチング方式のド
ライエツチング装置を模式的に示す側断面図である。

図において、７１はエツチング反応室（容器）、７２は
ガス導入口、７３は真空排気口、７４は気密絶縁手段、
７５はエツチングステージ電極、７６は絶縁体、７７は
対向電極、７８はエツチング終点検出手段、７９は０リ
ング、８０はフランジ部、８ｔは被処理ウェーハ、ＲＦ
は高周波発振器、ＧＮＤは接地を示す。

このようなドライエツチング装置においてもまた、長時
間の使用によって反応室７１内に有機系、無機系の反応
生成物が被着し、この反応生成物の剥離によりパーティ
クルが発生してエツチング歩留りを低下させるという問
題があり、前記スパッタ装置と同様に反応室７１を開放
してエツチングステージ電極７５、対向電極７７、終点
検出手段７８等反応室７１内部の治具を取り外して洗浄
したり、反応室７１内壁に付着した反応生成物の膜を拭
き取る等の作業により反応室７１の内部を清浄化して、
パーティクルの発生を防止する必要があり、前記スパッ
タ装置同様にダウンタイムが生じていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように従来のスパッタ装置やドライエツチング装
置等真空系を用いる半導体製造装置においては、異物汚
染による歩留りや信頼性の低下を防止するための清浄化
作業によって、例えばスパッタ装置においては１〜２日
程度、ドライエツチング装置においては０．５日程度等
、長時間のダウンタイムを生じて装置の稼動率が大幅に
低下し、生産数確保のための装置規模の拡大による製造
コストの増大を招くという問題があった。

そこで本発明は、装置内部の清浄化に要するダウンタイ
ムを大幅に短縮して装置の稼動率を高め、半導体装置の
コストダウンを図ることを目的とする。

（課題を解決するための手段〕 上記課題は、スパッタ処理を行う半導体製造装置であっ
て、スパッタ反応室内に配設されるターゲットの直上部
に、該ターゲットを随時覆うように移動可能で該スパッ
タ反応室と電気的に絶縁された可動式シャッターを設け
、該スパッタ反応室内にエツチングガスを導入し該シャ
ッターで該ターゲットを覆った状態で、該シャッターと
該スパッタ反応室間に交流電圧を印加しプラズマ反応に
よって該スパッタ反応室内に堆積された反応生成物をエ
ッチオフすることを可能にした本発明による半導体製造
装置、及び、 ドライエツチング処理を行う半導体製造装置であって、
エツチング反応室内に対向して配設されるエツチングス
テージと対向電極の何れか一方若しくは両方の表面上に
該エツチングステージ若しくは対向電極上を随時覆うよ
うに移動可能で該エツチング反応室と電気的に絶縁され
た可動式シャッターを設け、該エツチング反応室内にド
ライエツチングに用いるガスと異なるエツチングガスを
導入し該エツチングステージ若しくは対向電極の何れか
一方若しくは両方を該シャッターで覆った状態で、該シ
ャッターと該エツチング反応室間に交流電圧を印加しプ
ラズマ反応によって該エツチング反応室内に堆積された
反応生成物をエッチオフすることを可能にした本発明に
よる半導体製造装置によって解決される。

〔作　用〕

第１図は本発明の原理説明図で、図中、１はスパッタ反
応室（容器）、ＩＡは反応室内壁、２はガス導入口、３
は真空排気口、４．１２は気密絶縁手段、５はスパッタ
ターゲット、１３は可動式シャッター、１４は反応生成
物、１５はプラズマ、ＲＦは高周波発振器を示す。

本発明の方法は、例えばスパッタ装置において、反応室
１の内壁ＩＡに堆積した反応生成物１４を除去するに際
して、反応室ｌが閉じられ真空が破られない侭で、スパ
ッタターゲット５上を可動式のシャッター１３で覆って
保護し、前記反応生成物１４と反応するエツチングガス
を導入し、反応室１と上記シャッター１３を電極として
ＲＦによりプラズマ１５を発生させ、励起された前記エ
ツチングガスにより反応室１の内壁ＩＡ上に堆積した反
応生成物１４を分解除去するものである。

これによって反応室内の真空を破らずに反応室の内部に
堆積被着された反応生成物を除去することが可能になる
ので、従来、真空を破ったために生じていた長時間のダ
ウンタイムの発生がなくなり、装置の稼動率が向上して
半導体装置のコストダウンが図れる。

〔実施例〕

以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。

第２図はスパッタ装置における本発明の一実施例のスパ
ツタ時の状態（ａ）及び反応室内堆積物のエツチング時
の状態（ロ）を示す模式側断面図、第３図は上記スパッ
タ装置に用いる排気システムの一実施例の模式構成図、
第４図はドライエツチング装置における本発明の第１の
実施例のドライエツチング時の状態（ａ）及び反応生成
物エツチング（クリーニング）時の状態（ｂ）を示す模
式側断面図、第５図はドライエツチング装置に係る第２
の実施例のドライエツチング時（ａ）及びクリーニング
時（ｂ）のシャッタ配置を示す模式図、第６図はドライ
エツチング装置に係る第３の実施例のドライエツチング
時（ａ）及びクリーニング時０））のシャッタ配置を示
す模式図である。

全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。

第２図（ａ）及び（ｂ）において、１０１はスパッタ反
応室（容器）、１０２はガス導入口、１０３は真空排気
口、１０４．１１２は気密絶縁手段、１０５はスパッタ
ターゲット、１０６は永久磁石、１０７は対向電極、１
０８は防着板、１０９はＯリング、１１０はフランジ部
、１１１は被処理ウェーハ、１１３は例えば回動機構を
有する可動式シャッター、ＤＣは直流電源、ＲＦは高周
波電源、ＧＮＤは接地、Ｓ６、Ｓ２はスイッチを示す。

なおこの装置はマグネトロンスパッタ装置である。

この図に示すように本発明に係るスパッタ装置は、例え
ば従来通りのスパッタ装置のスパッタ反応室１０１内に
、ターゲット１０５面上を随時覆うことが可能なような
回動機構を有する可動式シャッター１１３が反応室１０
１から電気的に絶縁された状態で気密に挿入配設される
。このシャッター１１３の材質は反応室１０１　と同種
の金属例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウム
（Ａ１〉で形成される。

そしてスパッタが行われる時は、同図（ａ）に示すよう
に、対向電極１０６上に図示しない自動搭載手段により
被処理ウェーハ１１１をセットし、シャッター１１３を
回動してターゲット１０５面を表出させ、１０−　”Ｔ
ｏｒｒ以上の高真空に排気された反応室１０１内へ例え
ばアルゴン（Ａｒ）を導入し、反応室１０１内を１０−
　”Ｔｏｒｒ程度のＡｒ雰囲気に維持した状態で、対向
電極１０６とターゲラ）　１０５間に図示直流電源ＤＣ
によりＩＯＫν程度のパワーを印加しターゲット１０５
物質をスパッタし、被処理基板１１１上にターゲット物
質のスパッタ被膜を形成する。

所定合計膜厚のスパッタ処理を行った後、反応室１０１
の内面や防着板１０８上に付着したターゲット物質の被
膜を除去して反応室１０１内の清浄化（クリーニング）
を行うに際しては、反応室１０１を開放することなしに
同図（ｂ）に示すように、対向電極１０６上に図示しな
い自動搭載手段によりダミーウェーハ５１１をセットし
、シャッター１１３を回動してターゲット１０５上を覆
い、Ａｒを停止して反応室１０１内を高真空に排気した
後、ガス導入口１０２からターゲット物質のエツチング
ガスを導入し、反応室１０１内　のガス圧を０．１〜Ｉ
　Ｔｏｒｒ程度に維持した状態で高周波発振器ＲＦによ
りシャッター１１３と反応室（容器）１０１間に例えば
　１３．５６　ＭＨｚの高周波電力を印加し、反応室１
０１内にブラズマを発生させて反応室１０１内に堆積さ
れたターゲット物質被膜のエツチング除去を行う。

このように本発明に係るスパッタ装置においては、反応
室１０１内に堆積されたターゲット物質のスパッタ膜の
除去が、反応室を開放し部品類を取り外して洗浄したり
、反応室内面を清拭するようなことをせずに、反応室を
閉じた侭真空を破らずに行えるので、このスパッタ膜除
去のために生ずる装置のダウンタイムは高々２〜３時間
程度の短時間で済み、装置の稼働率が大幅に向上する。

なおエツチングガスには、Ａｌ系の被膜を除去する場合
塩素（ＣＩ）系のガスを用い、酸化膜、窒化膜、タング
ステン等の被膜を除去する際にはＣＦ４等の弗素系のガ
スが用いられる。また反応室１０１及び防着板１０８等
の内部部品には、勿論用いられるエツチングガスのプラ
ズマに侵されない材料が選ばれねばならない。

なおまた上記スパッタ装置において、スパッタ時には反
応室１０１内雰囲気を高純度に保つために高真空度の真
空排気システムが必要になり、エツチング時には真空度
はそれ程高くなくてもよいがエツチングガスにｉｔされ
ない真空排気システムが必要である。従って本発明に係
るスパッタ装置においては第３図に示すように、ロータ
リーポンプ（ＲＰＩ）からなる粗引き系とクライオポン
プ（ＣＰ）からなる高真空系とからなるスパッタ用排気
システム（ＳＳ）と、メカニカルブースタポンプ（ＭＢ
Ｐ）とロータリーポンプ（ＲＰｚ）　　とからなるエツ
チング用排気システム（ＢＳ）との２系統の排気システ
ムをその都度切り換え可能な状態で具備した真空排気シ
ステムが用いられることが一層望ましい。なお図中、■
□は切換えバルブ、ＶＳＩ〜ＶＳａはストップバルブを
示す。

第４図は本発明に係るリアクティブイオンエツチング装
置の一実施例を示したもので、（ａ）はエツチング時、
（ｂ）はクリーニング時の状態を表し、図中の、２０１
はエツチングガス及びクリーニングガスのプラズマに侵
されない材質例えば表面にアルマイト処理を施したＡＩ
等からなるエツチング反応室（容器）、２０２はガス導
入口、２０３は真空排気口、２０４．２１２は気密絶縁
手段、２０５はエツチングステージ電極、　２０６は絶
縁体、２０７は対向電極、２０８はエツチング終点検出
器、２０９はＯリング、２１０はフランジ部、２１１は
被処理ウェーハ、２１３は反応室と同様の材質からなる
可動式シャッター、その他の符号は第２図と同一対象物
を示している。

この装置において、例えば半導体装置の製造工程におけ
る被処理ウェーハ２１１のエツチングに際しては、弗素
（Ｆ）、塩素（ＣＩ）、臭素（Ｂｒ）等ハロゲンの単体
或いは化合物のガスや、それらの混合ガスをエツチング
ガスとし、ステージ電極２０５と対向電極２０７間にＲ
Ｆ電力を印加し、プラズマを発生せしめて異方性エツチ
ングが行われるが、その際は、第４図（ａ）に示すよう
に可動式シャッター２１３を回動してエツチングステー
ジ電極２０５の上面即ち上記ステージ電極２０５上に搭
載された被処理ウェーハ２１１の上面を表出させた状態
で行われる。

エツチングガス圧は一般に０．０１〜０．５　Ｔｏｒｒ
程度の範囲内の所定の圧力に維持される。

そして、エツチングの合計時間が所定の時間を越えると
、上記エツチングに際して反応室２０１の内面に堆積す
るエツチング反応の生成物やレジスト等形状制御用の有
機物から発生する堆積物等による被膜が厚くなって剥が
れ落ち、パーティクルを発生させるようになる。

そこでエツチングを中止し、エツチングガスを停止し、
反応室２０１を開放しない侭エツチングガスを真空排気
により排出し、被処理ウェーハ２１１を図示しない自動
搬出手段によりステージ電極２０５上から取り去った後
、シャッター２１３を回動してこのシャッター２１３で
ステージ電極２０５上を覆い、反応室２０１内に上記堆
積物をエツチングする能力を持っているＳＦ、　、ＣＦ
４或いは０２等のクリーニングガスを導入し、真空排気
を行って上記クリーニングガスの圧力を０．１〜ｌ　Ｔ
ｏｒｒ程度に維持し、上記シャッター２１３と反応室２
０１間にＲＦ電力を印加し、反応室２０１内の全域にプ
ラズマを拡げ反応室２０１内壁、対向電極２０７の周囲
、終点検出手段２０８等に付着している堆積物をエッチ
ング除去する。

このように、本発明に係るドライエツチング装置におい
ては、反応室２０１の内面及び反応室内部の部品類の表
面に堆積した反応生成物の除去が、反応室を開放し部品
類を取り外して洗浄したり、反応室内面を清拭するよう
なことをせずに、反応室が閉じた真空を破られない侭の
状態で行えるので、このクリーニング作業に際しての装
置のダウンタイムは数１０分程度の極く短時間で済み、
その稼働率が大幅に向上する。

第５図及び第６図はプラズマエツチング装置における可
動式シャッターの配置の異なる第２及び第３の実施例に
おけるドライエツチング時（ａ）及びクリーニング時（
１））のシャッター位置示す模式図である。図中、３１
３は前記可動式シャッター２１３と同様の可動式シャッ
ターを示し、その他の符号は第４図と同一対象物を示し
ている。

第５図に示す第２の実施例においては、対向電極２０７
を保護するためのみに可動式シャッター３１３が配設さ
れるので、同図（ｂ）に示すようにクリーニングに際し
てのエツチングステージ電極２０５の保護は、その上に
ダミーウェーハ５１１を搭載することによってなされる
必要がある。

また第６図に示す第３の実施例においては可動式シャッ
ター２１３及び３１３がそれぞれエツチングステージ電
極２０５部及び対向電極２１３部に配設されるので、同
図中）に示すように、クリーニングに際してエツチング
ステージ電極２０５及び対向電極２１３上を同時に覆っ
て共に保護することが可能になる。

〔発明の効果〕

以上説明のように本発明に係るスパッタ装置やドライエ
ツチング装置等の真空排気がなされる半導体製造装置に
おいては、装置内に堆積された反応生成物の除去を、装
置の真空を破らず容易に行うことができるので、上記反
応生成物の除去のために生ずる装置のダウンタイムが大
幅に短縮され、装置の稼働率が大幅に向上する。

従って半導体装置等を製造する際の装置台数が削減でき
、製造コストの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図はスパッタ装置における本発明の一実施例の模式
側断面図、 第３図は本発明に係る排気システムの一実施例の模式構
成図、 第４図はドライエツチング装置における本発明の第１の
実施例の模式側断面図、 第５図はドライエツチング装置における第２の実施例の
シャッタ配置模式図、 第６図はドライエツチング装置における第３の実施例の
シャッタ配置模式図、 第７図は従来のスパッタ装置の模式側断面図、第８図は
従来のドライエツチング装置の模式側断面図である。 １Ａは反応室内壁、 ２はガス導入口、 ３は真空排気口、 ４、Ｉ２は気密絶縁手段、 ５はスパッタターゲット、 １３は可動式シャッター １４は反応生成物、 １５はプラズマ、 ＲＦは高周波発振器 を示す。 図において、 ｌはスパッタ反応室、 第 １ 図 １５枯θ月ＩＺ傳り排男システムの一実泄今りρ嘴１Ｘ
槙心Ｊ罰蟹　　９　　口 （（２，）　Ｆニライエ・・手ング°時の青大襲（り）
クリーニン’ｙ”ｅ埼０状魁 ［ライエ・ｌ＋ングｌ装Ｉ：δＩＴシネ発明の雰ＩＩ＋
’）実＃今＋ｌ／）榎式葡すガｍ□９第　４−　閉 （し２工・、今ング８碑の４′にも スｌで・Ｉゲ装置に８げろ不発βＨの一実袷伊１の榎式
砂１りＵ用ａ（（１）ド“ライエ・ｌ−＋ングＢ脣 （Ｉ７）グｒ１−ニングＥ寸 ドライエ”／今ング装置１＝δ１プラη２の実釘１朗（
のシー・ンダ鉦置祁り幻罰第　５　図 （山）ドライエ・・ナングＢ埼 （１７）グ１１−ニンク°時 ドライエ、７＋ングメ置ｒ−、ｈｌｊう冨３の実杷含′
１の％・・デ配寛巾１久厨ＶＩ　ｂ　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパッタ処理を行う半導体製造装置であって、 スパッタ反応室内に配設されるターゲットの直上部に、
   該ターゲットを随時覆うように移動可能で該スパッタ反
   応室と電気的に絶縁された可動式シャッターを設け、 該スパッタ反応室内にエッチングガスを導入し該シャッ
   ターで該ターゲットを覆った状態で、該シャッターと該
   スパッタ反応室間に交流電圧を印加しプラズマ反応によ
   って該スパッタ反応室内に堆積された反応生成物をエッ
   チオフすることを可能にしたことを特徴とする半導体製
   造装置。
2. （２）請求項１の要件を備え、且つ該スパッタ反応室内
   を排気する真空排気システムに、スパッタ用とエッチン
   グ用との２種類の真空排気システムを具備せしめたこと
   を特徴とする半導体製造装置。
3. （３）ドライエッチング処理を行う半導体製造装置であ
   って、エッチング反応室内に対向して配設されるエッチ
   ングステージと対向電極の何れか一方若しくは両方の表
   面上に該エッチングステージ若しくは対向電極上を随時
   覆うように移動可能で該エッチング反応室と電気的に絶
   縁された可動式シャッターを設け、 該エッチング反応室内にドライエッチングに用いるガス
   と異なるエッチングガスを導入し該エッチングステージ
   若しくは対向電極の何れか一方若しくは両方を該シャッ
   ターで覆った状態で、該シャッターと該エッチング反応
   室間に交流電圧を印加しプラズマ反応によって該エッチ
   ング反応室内に堆積された反応生成物をエッチオフする
   ことを可能にしたことを特徴とする半導体製造装置。