JPH0590211A - 真空処理装置及び真空処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は真空処理装置及び真空処理方法に関
し、被処理基板の表面状態を分析する際に、処理後の状
態等分析に最も有効な状態に保持することを目的とす
る。 【構成】 被処理基板３を真空中において処理する真空
処理装置であり、真空排気され被処理基板３に対して処
理を行う処理室１と、該処理室１に接続されており、真
空排気され被処理基板３の表面の状態を分析する分析室
２と、該処理室１と分析室２の間を真空状態を保持した
まま被処理基板３を移送する移送手段４と、被処理基板
３の温度を管理する温度管理手段５とを有する構成とす
る。また、被処理基板３を真空中で処理する真空処理方
法であり、前記温度管理手段５により常時温度管理しな
がら前記処理室１で処理を行う工程と、前記分析室２に
より分析を行う工程とがなされる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置等の製造に
おけるドライエッチング、アッシング、スパッタリン
グ、ＣＶＤ等を行う際に用いる真空処理装置、及び真空
処理方法に関する。

【０００２】近年の半導体装置の製造においては、高集
積化の要求に伴って絶縁層や配線層の薄膜化や、膜質の
向上、マスクパターンどおりの精密な加工が必要になっ
てきている。そのためには、実際に加工した被処理基板
の表面状態を様々な角度から分析、評価して、この結果
をもとに精密加工を実現することが必要になる。

【０００３】

【従来の技術】以上のような背景に基づき、各種分析装
置を設けて被処理基板表面の分析を行うことのできる真
空処理装置が開発されている。このような装置は、例え
ば特公平3-24776 号公報に示されている。

【０００４】図１１は、この従来の真空処理装置である
ドライエッチング装置を説明するための図であり、３１
は準備室、３２はエッチング室、３３は熱処理室、３４
は分析室である。各室はゲートバルブ３５を介して接続
されている。これらの室間の試料の転送はロードロック
機構により行われるもので、まず準備室３１からエッチ
ング室３２に送られた被処理基板は、エッチング処理さ
れる。その後熱処理室３３に送られ、ここで表面の結晶
状態の分析により損傷度を評価して、この結果に応じて
高温処理し損傷回復を計る。

【０００５】分析室３４には、エッチング前あるいはエ
ッチング後の被処理基板が送られ、表面分析を行って、
この結果に応じて次の処理の設定がなされる。このよう
な装置によれば、処理室と分析室とが直接接続されてお
り、この間の真空状態を保持したまま被処理基板を搬送
することが可能なため、大気に曝されることによる変質
がない状態で分析ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな真空処理装置においては、例えばエッチング後被処
理基板表面に付着している反応生成物を分析しようとす
る場合に、測定時のイオンや電子照射による温度上昇の
ために、反応生成物が熱脱離したり、超高真空の分析室
に導入されるだけで蒸気圧の比較的高い物質は気化して
しまう。

【０００７】このように、従来装置では分析時に被処理
基板表面が変化してしまうために、正確な分析ができな
いという問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、図１に示すように、被処理基板３を真空
中において処理する真空処理装置であり、真空排気され
ており被処理基板３に対して処理を行う処理室１と、該
処理室１に接続していると共に真空排気され被処理基板
３の表面の状態を分析する分析室２と、該処理室１と分
析室２の間を真空状態を保持したまま被処理基板３を移
送する移送手段４と、被処理基板３の温度を常時管理す
る温度管理手段５とを有する構成とする。

【０００９】

【作用】上記手段によれば、真空処理装置において、常
時温度管理をして被処理基板を所望の温度に設定できる
ため、分析時における被処理基板の温度変化で反応生成
物の脱離等がなく、正確な分析を行うことができる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図１は、本発明をエッチング装置に
適用した第一の実施例を示す装置全体図であり、図２〜
図８は、図１における各部分の詳細を説明するための図
である。

【００１１】図中１はエッチング処理室、２は分析室、
３は半導体ウエハ、４は移送手段であるトランスファー
ロッド、５は温度管理手段、６，７は、温度管理手段を
構成する温度測定部，温度昇降部、８は処理室１と分析
室２との間に介在されるゲートバルブである。

【００１２】まず、図１を参照しながら本装置における
処理の概要を簡単に説明する。半導体ウエハ３をトラン
スファロッド４の先端に支持して処理室１内に移送し、
ここでエッチング処理を行う。その後ゲートバルブ８を
開き、ウエハ３をトランスファロッド４により真空状態
を保ったまま分析室２に移送して、ゲートバルブ８を閉
じる。

【００１３】この分析室２において、ウエハ３の表面の
状態を分析して、この分析結果に基づき処理室１で行う
次の処理の設定を行う。トランスファロッド４には温度
測定部６，温度昇降部７に接続される温度計及び加熱冷
却手段が内蔵されており先端のウエハ３との接触部まで
延びている。この温度計によりウエハ３の温度を測り、
これを温度測定部６で認識して、この結果に基づいて温
度昇降部７側へデータ出力する。

【００１４】これを受けた温度昇降部７は、データに応
じてトランスファロッド４に内蔵され先端まで延びる加
熱冷却手段を制御してウエハ３の温度を設定する。この
ような状態のもとで分析を行うことで、ウエハ３の表面
をエッチング処理されたそのままの状態に保つことがで
き、正確な分析が可能になる。

【００１５】図２は、温度管理手段の具体的構成を示す
図である。温度管理手段５における温度測定部６からは
熱電対あるいは光ファイバによる温度計６ａが延びてト
ランスファロッド４内を通りウエハ３に接触している。
また温度昇降部７はウエハ３の近傍にありウエハ３を加
熱あるいは冷却するための冷媒、例えば水、アルコー
ル、フロリナート、シリコーンオイル、これらの混合物
が入れられた水槽７ａに接続されており、この水の温度
を調節できるようになっている。

【００１６】また、温度測定部６から延びる温度計は赤
外線放射温度計６ｂでもよい。この場合には外部から入
射窓９を通して赤外線をウエハ３に放射して、その反射
状態を検出するすることにより温度を測定する。入射窓
としては、常温程度の物体が放出する１０μｍ前後の波
長を透過するＺｎＳあるいはＺｎＳｅ等の材料を使用す
る。

【００１７】更に、本実施例ではウエハ３の温度調節は
水槽中の水の温度を変えることで行っているが、常時冷
却水あるいは液化窒素を循環する水槽をウエハ３の近傍
に設置して、ヒータの加熱により温度調節することも可
能である。（図示なし）尚、図２において熱電対や光フ
ァイバによる温度計６ａと赤外線放射温度計６ｂとが併
せて示されているが、何れか一方が設けられていればよ
い。

【００１８】図３は、トランスファロッド４におけるウ
エハの支持状態を示す図である。トランスファロッド４
の先端には、電圧を加えることでウエハ３を静電吸着す
る吸着板１０あるいはクランプ１１が備えられており、
ウエハ３を支持して移送可能となっている。図３では両
方の支持手段が示されているが、何れか一方が設けられ
ていればよい。

【００１９】図４は、容量型のプラズマエッチングを行
う場合の処理室１及びトランスファロッド４の構成を示
す図である。トランスファロッド４内にはマッチングボ
ックス１２及び高周波電源に接続されて高周波電力を導
くケーブルが導入され、先端のウエハ３の接触部分まで
延びている。このような装置で、ガス供給口１４から反
応ガスを導入すると共に高周波電力をかけることで平行
平板の容量型のリアクタとして反応ガスを励起してウエ
ハ３との化学反応を起こさせ、エッチングを行う。

【００２０】図５は、誘導コイル型のプラズマエッチン
グを行う場合の処理室１の構成を示す図である。処理室
１の周囲には、マッチングボックス１２及び高周波電源
に接続されたコイル１５が巻かれてあり、高周波電力を
導入することにより誘導型リアクタとして、ガス供給口
１４から供給されるガスを励起してエッチングを行う。

【００２１】図６は、処理室１をダウンフローチャンバ
とするための構成を示す図である。処理室１の上方には
導波管２０を介してマグネトロン１９が接続される発光
室１６が設けられる。この発光室１６はその上面に石英
板１７を有していると共に下面には処理室１との間をし
きるための導体でできたパンチングボード１８が設けら
れている。

【００２２】このような装置において、マグネトロン１
９で発生させたマイクロ波は導波管２０及び石英管１７
を通して発光室１６に導入され、これにより反応ガスが
プラズマ化される。

【００２３】図７は、紫外線又はレーザ照射により反応
ガスを励起するための構成を示す図である。紫外光源
（又はレーザ光源）２１からの紫外線（又はレーザ）を
入射窓２２から入射することで処理室１のガス供給口１
４から供給される反応ガスの励起を行う。反応ガスとし
て例えば塩素ガスを用いる場合には塩素分子を解離でき
る400nm 以下の波長を持った低圧水銀ランプ、あるいは
ＡｒＦ，ＫｒＦのエキシマレーザを用いる。

【００２４】図８は、分析室２の具体的構成を示す図で
ある。分析のための１次プローブとしてＸ線源２３、電
子銃２４及びイオン銃２５を備えてると共に、光電子分
光法、オージェ電子分光法、低速イオン散乱分光法に必
要な半球型エネルギーアナライザ２６有している。これ
により電子及びイオンの運動エネルギーを測定すること
で、ウエハ３表面の元素の同定や化学的状態を分析する
ことができる。

【００２５】また、ウエハ３に照射して反射及び回折し
た電子線を投影するスクリーン２７を備え、低速電子回
折法及び反射高速電子線回折法により表面原子の物理的
配列を分析することができる。

【００２６】更に、四重極質量分析器２８を備え、ウエ
ハ３の温度を変化させることで熱脱離分光法を行い、熱
脱離する物質を同定することができる。図９及び図１０
は、他の実施例を説明する装置全体図である。

【００２７】図９は、処理室１の圧力と分析室２の圧力
との差、例えば処理室１が１×10^-5〜数Torrで、分析室
２が10^-8以下というような場合にその圧力差を考慮して
処理室１と分析室２との間に差動排気室２９を設けてい
る。

【００２８】また図１０は、差動排気室２９にロードロ
ック室３０を接続して、ウエハ３を交換する場合に処理
室１及び分析室２が大気に曝されることがないように構
成したものである。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、被処理基板表面の分析
を行うにあたり、被処理基板が大気に曝されることがな
いと共に、常に所望の温度になるように温度管理できる
ために、被処理基板の表面状態が変化することがなく、
処理された状態のままでの有効な分析が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するエッチング装置の
全体図である。

【図２】図１における温度管理手段の構成を示す図であ
る。

【図３】図１におけるトランスファロッドのウエハ支持
状態を示す図である。

【図４】図１において容量型のプラズマエッチングを行
う場合の構成を示す図である。

【図５】図１において誘導コイル型のプラズマエッチン
グを行う場合の構成を示す図である。

【図６】図１における処理室をダウンフローチャンバと
する場合の構成を示す図である。

【図７】図１における処理室に紫外線又はレーザ照射を
行う場合の構成を示す図である。

【図８】図１における分析室の構成を示す図である。

【図９】差動排気室を設けた装置の例を示す図である。

【図１０】差動排気室及びロードロック室を設けた例を
示す図である。

【図１１】従来の真空処理装置（ドライエッチング装
置）を示す図である。

【符号の説明】

１・・・処理室 ２・・・分析室 ３・・・半導体ウエハ ４・・・トランスファロッド ５・・・温度管理手段 ６・・・温度測定部 ７・・・温度昇降部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板(3) を真空中において処理す
   る真空処理装置であり、 真空排気され被処理基板(3) に対して処理を行う処理室
   (1) と、 該処理室(1) に接続されており、真空排気され被処理基
   板(3) の表面の状態を分析する分析室(2) と、 該処理室(1) と分析室(2) の間を真空状態を保持したま
   ま被処理基板(3) を移送する移送手段(4) と、 被処理基板(3) の温度を管理する温度管理手段(5) とを
   有することを特徴とする真空処理装置。
2. 【請求項２】 前記温度管理手段(5) は、被処理基板
   (3) の温度を測定する温度測定部(6) と、該温度測定部
   (6) の測定結果に基づき被処理基板(3) の温度を昇降さ
   せる温度昇降部(7) とからなることを特徴とする請求項
   １記載の真空処理装置。
3. 【請求項３】 前記温度管理手段(5) は、前記移送手段
   の被処理基板(3) との接触部に接続されていることを特
   徴とする請求項１記載の真空処理装置。
4. 【請求項４】 被処理基板を真空中において処理する真
   空処理方法であり、 前記温度管理手段(5) により常時温度管理しながら、前
   記処理室(1) で処理を行う工程と、前記分析室(2) によ
   り分析を行う工程とがなされることを特徴とする真空処
   理方法。