JP2669523B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、基板処理装置に関する。 （従来の技術） 半導体集積回路の微細パターンの形成は、一般に露光
および現像によって形成された有機高分子のフォトレジ
スト膜をマスクとして用い、半導体ウエハ上に形成され
た下地膜をエッチングすることにより行われる。そし
て、エッチング過程を経た後に上記マスクとして用いら
れたフォトレジスト膜を半導体ウエハの表面から除去す
る。 上記エッチング処理の装置例としてプラズマエッチン
グ装置が実用され、またフォトレジスト膜除去装置例と
してアッシング装置が試みられている。 そして、一般に上記処理は装置の処理室内を減圧状態
の雰囲気にして行なうので、処理室への半導体ウエハの
出し入れに際し、処理室内を一旦大気圧に戻すか、ある
いは処理室の使用効率を高めるため処理室内は減圧状態
のままにして半導体ウエハ周囲を処理室内と同程度の減
圧状態に設定して半導体ウエハを移送するか、どちらか
の方法を取らなければならない。 通常、半導体ウエハのクリーン性、処理能力の効率化
等の見地から後者の方法が行なわれ、上記点を考慮して
ロードロック機構を備えた装置例として、例えば特公昭
59−35505、特開昭59−72739、特開昭61−168922、特開
昭61−196539、特開昭61−234037号公報等で開示された
ものである。何れも処理室の雰囲気と同一の減圧状態な
らしめる予備室を設けた構成の装置で、この予備室を介
して半導体ウエハを処理室から出し入れする。 そして、上記装置と他の装置間における半導体ウエハ
の移送は、一般に常圧下のクリーンルーム内で例えばベ
ルト搬送装置等を使用して行なわれる。 （発明が解決しようとする問題点） しかし、近年、半導体集積回路は高密度化し、半導体
ウエハ上に形成されるパターンが微細化するにつれて、
半導体ウエハ周囲の雰囲気のクリーン性も益々要求され
ている。 しかしながら、上記ロードロック機構は一工程での処
理技術であり、連結した工程の効率の向上技術は開示さ
れていない。 したがって、上記例のように半導体ウエハが大気に触
れる構成であると、クリーンルーム内と言えども大気中
に存在する微細な塵、不純物、水分等が半導体ウエハに
付着し、パターンの欠陥や処理再現性等に問題が発生す
るのは避け難い。 また、半導体ウエハ周囲の雰囲気に、圧力差等に起因
する急激な気流の変化があると、処理室内に付着してい
る塵等を巻上げたり、半導体基板に歪みを与えたりする
可能性がある。 本発明は、上述の従来の事情に対処してなされたもの
で、半導体ウエハがクリーンな処理を受け、効率よくエ
ッチング、アッシングなどの処理ができる基板処理装置
を提供しようとするものである。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明の一つは、気密な処理室内に設けられ被処理基
板を保持する保持手段と、前記被処理基板に対向して配
置され前記被処理基板を処理するガスを供給するガス流
出部と、前記処理室の外部に設けられエッチングガスを
プラズマ化し、前記ガス流出部よりプラズマ化したエッ
チングガスを供給するプラズマ発生器と、前記処理室の
外部に設けられアッシングガスを前記ガス流出部より供
給するアッシングガス供給手段と、前記ガス流出部の上
流側に設けられプラズマ化したエッチングガスとアッシ
ングガスとの流路の切り換えを行う流路切り換え手段と
を具備したことを特徴とする基板処理装置にある。 （作 用） 本発明の基板処理装置では、プラズマ状態とされたエ
ッチングガスを被処理基板へ向けて流出させる手段と、
アッシングガスを被処理基板へ向けて流出させる手段と
を備えている。 したがって、上記被処理基板を大気に触れさせること
なくエッチング処理とアッシング処理を連続して行うこ
とにより、上記被処理基板に塵、不純物等が付着するこ
とがなくクリーンで効率の良好な基板処理が可能とな
る。 （実施例） 以下、本発明基板処理装置の実施例を図面を参照して
説明する。 処理室（11）内には、例えば真空チャック等により半
導体ウエハ（12）を吸着保持する載置台（13）が配置さ
れており、この載置台（13）は、温度制御装置（14）に
よって制御されるヒータ（15）および冷却制御装置（1
6）によって制御される冷却水循環配管（17）を内蔵
し、昇降装置（18）により上下に移動自在に構成されて
いる。 載置台（13）上方には、円錐形状のコーン部（19a）
と、このコーン部（19a）の開口部に配置され、第２図
にも示すように多数の小孔（19b）を備えた拡散板（19
c）とから構成されるガス流出部（19）が配置されてお
り、ガス流出部（19）は、冷却装置（20）からコーン部
（19a）の外側に配置された配管（20a）内を循環される
冷却水等により冷却されている。 そしてガス流出部（19）は、気体流路切り換え弁（2
1）を介して、気体流量調節器（22）および酸素供給源
（23）を備えたオゾン発生器（24）と、気体流量調節器
（25）、エッチングガス供給源（26）を備えたプラズマ
発生器（27）に接続されている。 また、処理室（11）の上部には、気体流量調節器（2
8）を介してパージガス供給源（29）が接続されてお
り、下部には、切り換え弁（30）を介して排気装置（3
1）および減圧装置（32）が接続されている。 次に動作を説明する。 まず昇降装置（18）によって載置台（13）を下降さ
せ、ガス流出部（19）との間に図示しないウエハ搬送装
置のアーム等が導入される間隔を設け、半導体ウエハ
（12）をこのウエハ搬送装置等により載置台（13）上に
載置し、吸着保持する。 この後、昇降装置（18）によって載置台（13）を上昇
させ、ガス流出部（19）の拡散板（19c）と半導体ウエ
ハ（12）表面との間隔が例えば0.5〜20mm程度の所定の
間隔に設定する。なおこの場合、ガス流出部19を昇降装
置によって上下動させてもよい。 半導体ウエハ（12）が載置台（13）上に載置される
と、減圧装置（32）により処理室（11）内を減圧し処理
室（11）内が所定の圧力になると、気体流路切り換え弁
（21）をプラズマ発生器（27）側に対して開とする。 そして、エッチングガス供給源（26）から供給される
エッチングガス例えばフロン−14（CF₄）と酸素（O₂）
の混合ガス等を気体流量調節器（25）によって流量調節
し、プラズマ発生器（27）に送る。ここでプラズマ化さ
れたエッチングガスを処理室（11）内の半導体ウエハ
（12）に供給し、エッチング処理を行う。 この時、載置台（13）は冷却制御装置（16）から冷却
水循環配管（17）内を循環する冷却水等により冷却す
る。 上記エッチング処理を終了すると次にアッシング処理
に移る。 まず、載置台（13）内に内蔵されたヒータ（15）を温
度制御装置（14）によって制御し、載置台（13）の温度
を例えば300℃程度に加熱し半導体ウエハ（12）を加熱
する。 そして、気体流路切り換え弁（21）をオゾン発生器
（24）側に対して開とし、酸素供給源（23）から供給さ
れるオゾンを含有する酸素ガスをガス流量調節器（22）
によって流量が、例えば３〜15（Sl/minは常温常圧換算
での流量）程度となるように調節し、オゾン発生器（2
4）へ送り、ここでオゾンを発生させて、オゾンを含有
する酸素ガスとし、拡散板（19c）の多数の小孔（19b）
から半導体ウエハ（12）に向けて流出させる。この時、
切り換え弁（30）は、排気装置（31）側に対して開と
し、排気装置（31）により例えば処理室（11）内の気体
圧力が700〜200Torr程度の範囲になるよう排気する。 この時、ガス流出部（19）の多数の小孔（19b）から
流出したガスは、拡散板（19c）と半導体ウエハ（12）
との間で、半導体ウエハ（12）の中央部から周辺部へ向
かうガスの流れを形成する。 ここでオゾンは、加熱された半導体ウエハ（12）およ
びその周囲の雰囲気により加熱され、分解されて、酸素
原子ラジカルが多量に発生する。そして、この酸素原子
ラジカルが半導体ウエハ（12）の表面に被着されたフォ
トレジスト膜と反応し、アッシングが行われ、フォトレ
ジスト膜が除去される。 なお、オゾン発生器（24）で生成されたオゾンの寿命
は温度に依存し、温度が高くなるとオゾンの分解は促進
され、その寿命は急激に短くなる。 しかし、オゾンが分解して発生する酸素原子ラジカル
による酸素反応を利用して行なうアッシング処理中にお
ける半導体ウエハ（12）の温度は、150〜550℃程度に加
熱することが好ましい。このためこの実施例では、半導
体ウエハ（12）の温度は例えば300℃程度としている。
一方、ガス流出部（19）の開口の温度は25℃程度以下と
することが好ましいので、ガス流出部（19）は冷却装置
（20）および配管（20a）により、25℃以下に冷却す
る。 なお、これら実施例ではガス流出部（19）を、円錐形
状のコーン部（19a）の開口部に多数の小孔（19b）を備
えた拡散板（19c）を配置して構成したが、本発明は係
る実施例に限定されるものではない。例えば拡散板（19
c）は、複数の同心円状のスリットを備えたもの（図示
せず）、金属あるいはセラミック等の焼結体からなるも
の（図示せず）等で構成してもよい。 上記説明から分るように、半導体ウエハが外気に触
れ、半導体ウエハ表面に塵や不純物等が付着することは
ない。 次に、本発明基板処理装置の他の一実施例を図面を参
照して説明する。 なお、処理の詳細については既述であるので省略す
る。 第３図に示すように、概略プラズマエッチング処理室
（41）、移送路（42）、アッシング処理室（43）とから
構成されている。 そして、移送路（42）とプラズマエッチング処理室
（41）とはシャッター（44）を介して接続されており、
このシャッター（44）を開くことにより移送路（42）と
プラズマエッチング処理室（41）は連通する。またシャ
ッター（44）を閉じると上記両者は気密に遮断されるよ
うに構成されている。 同様に、移送路（42）とアッシング処理室（43）とは
シャッター（45）を介して接続されている。 次に移送路（42）内には、被処理基板例えば半導体ウ
エハ（46）を載置移送する移送装置（47）が配置されて
おり、この移送装置（47）により、プラズマアッシング
処理部（41）内から半導体ウエハを搬出し、この半導体
ウエハをアッシング処理室（43）内に搬入可能に構成さ
れている。 一方、移送路（42）内の底面部には減圧装置（48）に
接続されたバルブ（49）が取着されており、このバルブ
（49）を開くと移送路（42）内を減圧することができ
る。また移送路（42）内の上面部にはパージガス供給源
（50）、気体流量調節器（51）に接続されたバルブ（5
2）が取着されており、このバルブ（52）を開くことに
より移送路（42）内にパージガスを流出させることがで
きる。 次に動作を説明する。 先ず、図示しない搬送装置等によりプラズマエッチン
グ処理部（41）内に処理前の半導体ウエハ（43）を搬入
セットし、この半導体ウエハ（43）周囲の雰囲気を例え
ば１〜0.1Torr程度の減圧状態にして、プラズマエッチ
ング処理を行なう。 一方、移送路（42）は、バルブ（49）を開けて減圧装
置（48）により減圧し、移送路（42）内をプラズマエッ
チング処理部（41）と概同一の減圧状態に保持し待機さ
せる。 そして、プラズマエッチング処理が終了するとシャッ
ター（44）を開け、移送装置（47）によりプラズマエッ
チング処理室（41）内から処理の終った半導体ウエハ
（43）を搬出する。 この時、プラズマエッチング処理室（41）と移送路
（42）とは、概同一の圧力雰囲気であるので、上記相互
間に圧力差に起因する急激な気流は発生しない。 次に、シャッター（44）を閉じ、プラズマエッチング
処理室（41）は次の半導体ウエハを処理状態とする。 一方、移送路（42）はバルブ（49）を閉じ減圧を中止
し、バルブ（52）を開けてパージガス供給源（50）から
のパージガス例えば窒素（N₂）ガスを気体流量調節器
（51）で流量調節して移送路（42）内に流出させる。こ
の時、パージガスは気体流量調節器（51）で流量調節し
て緩やかに流出させるので、移送路（42）内に急激な気
流が発生することはない。また、半導体ウエハ（46）が
外気と接触することもない。 そして、移送路（42）内の雰囲気圧力が、アッシング
処理室（43）内のアッシング処理雰囲気圧力、例えば70
0〜200Torr程度の圧力と概同一になるとバルブ（52）を
閉じてパージガスの流出を停止する。 その後、シャッター（45）を開け移送装置（47）に載
置しているプラズマエッチング処理の終った半導体ウエ
ハ（46）を、アッシング処理室（43）内に搬入セットす
る。 この時、移送路（42）とアッシング処理室（43）は概
同一の圧力雰囲気であるので、圧力差に起因する急激な
気流は発生しない。 次に、シャッター（45）を閉じアッシング処理を行な
い、アッシング処理の終った半導体ウエハ（54）は図示
しない搬送装置等によりアッシング処理部（43）より搬
出する。 以後、上記説明の動作を繰返す。 なお、この実施例では半導体ウエハの移送をプラズマ
エッチング処理室（41）からアッシング処理室（43）へ
と一方向移送に構成したものについて説明したが、本発
明の主旨を逸脱しない範囲であればアレンジしてもよい
のは言うまでもない。 例えば、移送路（42）において本装置外との半導体ウ
エハの授受を行なうよう構成してもよい。しかし、この
場合、移送装置（47）は処理前と処理後の両方の半導体
ウエハを同時に取り扱える構成にしなければならず、ま
た、処理プロセスによっては待機時間が発生するのが予
想されるので、本発明の装置のように構成するのが好ま
しい。 さらに、本発明装置の応用プロセス例として、例えば
エッチングガスとして酸素ガスを使用することにより酸
素プラズマを発生させ、アッシング初期には処理速度の
速い酸素プラズマによるアッシング、そしてアッシング
末期には処理速度が緩やかで半導体ウエハの下地膜を傷
めることの少いオゾンによるアッシングを行うこともで
きる。 〔発明の効果〕 本発明のエッチング処理とアッシング処理の一連の処
理が連続して能率的に行えるとともに、エッチング処理
とアッシング処理とが行われる被処理基板が処理中に大
気に晒されることはないので、大気により被処理基板が
悪影響を受けることがなく、清浄度が高く、効率のよい
基板処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明基板処理装置の一実施例を示す構成図、
第２図は第１図の要部を示す下面図、第３図は第１図の
他の一実施例を示す構成図である。 11……処理室、12,43,46,54……半導体ウエハ、 13……載置台、19……ガス流出部、 21……気体流路切り換え弁、24……オゾン発生器、 26……エッチングガス供給源、27……プラズマ発生器、 29,50……パージガス供給源、30……切換え弁、 31……排気装置、32,48……減圧装置、 41……プラズマエッチング処理室、42……移送路、 43……アッシング処理室、44,45……シャッター、 49,52……バルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−69619（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−36826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−87477（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−77239（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−150922（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．気密な処理室内に設けられ被処理基板を保持する保
   持手段と、 前記被処理基板に対向して配置され前記被処理基板を処
   理するガスを供給するガス流出部と、 前記処理室の外部に設けられエッチングガスをプラズマ
   化し、前記ガス流出部よりプラズマ化したエッチングガ
   スを供給するプラズマ発生器と、 前記処理室の外部に設けられアッシングガスを前記ガス
   流出部より供給するアッシングガス供給手段と、 前記ガス流出部の上流側に設けられプラズマ化したエッ
   チングガスとアッシングガスとの流路の切り換えを行う
   流路切り換え手段と、 を具備したことを特徴とする基板処理装置。 ２．前記アッシングガスは、オゾンを含有するガスであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の基板処
   理装置。 ３．前記処理室は、パージガスを供給するパージガス供
   給手段が設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の基板処理装置。