JP2888258B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

基板処理装置および基板処理方法

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JP2888258B2 JP2335671A JP33567190A JP2888258B2 JP 2888258 B2 JP2888258 B2 JP 2888258B2 JP 2335671 A JP2335671 A JP 2335671A JP 33567190 A JP33567190 A JP 33567190A JP 2888258 B2 JP2888258 B2 JP 2888258B2
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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、基板処理装置および基板処理方法に関す
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を行う基板処理装置の一つとし
て、従来からプラズマエッチング装置が用いられてい
る。また、上記フォトレジスト膜の除去を行う基板処理
装置の一つとして、従来からアッシング装置が用いられ
ている。
また、近年における超微細パターンの形成工程では、
最初に異方性エッチングを行い、次に、等方性エッチン
グ（シリコンのライトエッチング）を行うことによっ
て、異方性エッチングによりダメージを受けた部位を除
去することが行われている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した等方性エッチングおよびアッ
シングの工程においては、過度の基板損傷を回避しよう
とすると、高いエッチングレート（速いエッチング速
度）またはアッシングレートを得ることが困難であり、
このため、複数枚の半導体ウエハ等を同時に処理するい
わゆるバッチ処理により、例えばプラズマ電力を下げて
長時間（例えば30分程度）かけて処理を行っている。
一方、前述した異方性エッチングの工程は、高周波電
力を用いたプラズマエッチング等により、高いエッチン
グレートを容易に得ることができ、このため、通常枚葉
処理によって処理を行っている。
このような事情により、従来の上記基板処理工程にお
いては、異方性エッチング、等方性エッチング、アッシ
ングの工程をそれぞれ別の装置で行い、各工程間は、人
手によりあるいは自動搬送装置により搬送を行ってい
る。
このため、各工程間の搬送、各装置へ搬入・搬出が必
要となり、スループットが低いという問題や、装置の占
有床面積が増大するという問題等があった。また、工程
間の搬送を行うため、被処理物例えば半導体ウエハが大
気に接触することで、大気中の塵埃、不純物、水分等が
付着し、パターンの欠陥や処理再現性の悪化等が生じる
という問題があった。特に、メタルエッチングプロセス
においては、メタルエッチング工程からレジスト除去工
程の間に半導体ウエハが大気に触れると、半導体ウエハ
上に残留した微量の塩素系エッチングガスが大気中の水
分と反応してメタル層を腐食させ、この腐食層を取り除
かなければ次の工程に進むことができないという問題が
あった。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、等方性エッチング工程およびアッシング工程を、一
つの装置で同時に行うことによって処理速度を従来に較
べて高速化することができ、スループットの向上、装置
の占有床面積の削減、大気と非接触の処理等を可能とす
ることのできる基板処理装置および基板処理方法を提供
しようとするものである。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち請求項１の発明は、所定の処理ガスをプラズ
マ化し、該プラズマを被処理基板に作用させて処理を行
う基板処理装置において、 プラズマ生成部と基板処理部を有する処理容器と、 前記プラズマ生成部と前記基板処理部の間に設けられ
たイオントラップ手段と、 エッチング処理用ガスの供給源と、 アッシング処理用ガスの供給源と、 前記エッチング処理用ガスと前記アッシング処理用ガ
スとを同時に前記プラズマ生成部内に供給し、エッチン
グ処理とアッシング処理を前記基板処理部内の被処理基
板に対して同時に進行させるための制御手段と、 を有することを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の基板処理装
置において、 前記イオントラップ手段は、接地電位に接続された導
電性材料からなることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１記載の基板処理装
置において、 前記イオントラップ手段は、メッシュ状または多数の
細孔を設けた接地金属電極であることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１記載の基板処理装
置において、 前記エッチング処理のエッチングレートと、アッシン
グ処理のアッシングレートの比の制御は、プラズマ生成
部に供給する交流電力と、処理ガス圧力と、処理ガスの
流量と、処理ガス混合比の内の少なくとも１つを制御し
て行うことを特徴とする。
また、請求項５の発明は、所定の処理ガスをプラズマ
化し、該プラズマを処理室に設けられた被処理基板に作
用させて処理を行うにあたり、 エッチング処理用ガスとアッシング処理用ガスの混合
ガスからなる処理ガスのプラズマを生成させる工程と、 前記処理ガスのプラズマ中から少なくとも一部のイオ
ンを捕捉する工程と、 前記少なくとも一部のイオンを捕捉された処理ガスの
プラズマを被処理基板に作用させてエッチング処理とア
ッシング処理を同時に行う工程と を少なくとも有することを特徴とする。
（作用） 本発明では、プラズマ発生部でプラズマを発生させ、
このプラズマを輸送して、イオントラップを介して被処
理基板に作用させる。したがって、被処理基板には主と
してラジカルのみが作用し、イオンによるダメージを与
えることがなく、高いエッチングレートの等方性エッチ
ングを行うことができ、例えば枚葉処理であっても前工
程である異方性エッチングと同等なスループットを得る
ことができる。このため、例えば上記処理室と異方性エ
ッチングを行う装置の処理室と連設して、大気と非接触
で順次枚葉処理することも可能となる。
また、本発明の基板処理方法では、処理ガスをアッシ
ングガスとエッチングガスの混合ガスとして、等方性エ
ッチングとアッシングとを同時に行い、アッシング速度
とエッチング速度の比率は、交流電力、ガスの圧力、ガ
スの流量、ガスの比率、の少なくとも一つを調節して所
望の値に制御する。
したがって、等方性エッチングとアッシングとを同時
に行うことにより、スループットの向上、装置数の削減
による装置の占有床面積の削減等が可能となる。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図に示すように、基板処理装置１には、上面に載
置された被処理基板である半導体ウエハ２を、例えば静
電チャック等により保持可能に構成されたウエハ載置台
３が設けられており、このウエハ載置台３は、直径例え
ば200mmの中空円筒形状の処理室４内に収容されてい
る。また、このウエハ載置台３は昇降装置3aにより上下
動可能に構成されている。なお、ウエハ載置台３は、図
示しない加熱装置を備えている。
この処理室４の上部には、処理室４より細径の中空円
筒形状に形成されたプラズマ生成部５が設けられてい
る。いすなわち、処理室４の上部には、処理室４より細
径例えば直径40mmとされた石英製の円管６が接続されて
おり、この石英製の円管６の外側には、絶縁性のスペー
サ７により、上下に分割される如く、一対の電極8a、8b
が巻回されている。これらの電極8a、8bは、一方例えば
電極8aが整合回路９を介して高周波電源10に接続されて
おり、他方例えば電極8bが接地されている。また、円管
６の上部には、ガス供給配管11が接続されており、この
ガス供給配管11は、気体流量調整器12を介して処理ガス
供給源13に接続されている。
また、上記処理室４の下部には、排気装置14に接続さ
れた排気配管15が接続されており、処理室４の側部に
は、処理室４内に半導体ウエハ２を搬入・搬出するため
の開閉機構16が設けられている。この開閉機構16の外側
には、図示しないウエハ搬送機構を備えた真空搬送路17
が接続されており、この真空搬送路17を介して図示しな
い他の基板処理装置例えば異方性エッチングを行うプラ
ズマ処理装置に接続されている。なお、この真空搬送路
17内は、真空に保持され、例えば図示しない枚葉式の異
方性エッチング装置により異方性エッチングを行った半
導体ウエハ２を、大気に触れさせることなく基板処理装
置１に搬送することができるよう構成されている。
さらに、処理室４とプラズマ生成部５との間には、イ
オントラップ18が設けられている。このイオントラップ
18は、導電性材料例えばアルミニウム板18aに多数の細
孔18b（例えば直径0.2〜0.5mm）を設け、接地電位に接
続して構成されている。そして、プラズマ生成部５で生
成されたプラズマ中のイオンはイオントラップ18に捕捉
され、電気的に中性のラジカルのみが半導体ウエハ２に
作用するよう構成されている。なお、イオントラップ18
は、メッシュ状の電極等から構成しても良い。
上記構成の基板処理装置１を用いた基板処理につい
て、異方性エッチングの後処理としての等方性エッチン
グ（シリコンのライトエッチング）およびアッシング
（フォトレジスト膜の除去）を同時に行う場合を説明す
る。
真空搬送路17を介して基板処理装置１に接続された図
示しない枚葉式の異方性エッチング装置により、半導体
ウエハ２に異方性エッチングを行い、この後、この半導
体ウエハ２を、真空搬送路17内に設けた図示しない搬送
機構によって搬送し、開閉機構16を介して処理室４内の
ウエハ載置台３上に載置する。なお、ウエハ載置台３
は、図示しない加熱装置により予め所定の温度に加熱し
ておく。
次に、前記の図示しない静電チャックにより、半導体
ウエハ２をウエハ載置台３上に吸着保持するとともに、
昇降装置3aによりウエハ載置台３を上昇させて、イオン
トラップ18と半導体ウエハ２との間隔を所定の間隔（ラ
ジカルの多く存在する例えば10〜50mm）に設定する。
この後、排気装置14によって排気しながら、気体流量
調整器12によって流量制御しつつ処理ガス供給源13から
所定の処理ガス例えばO2＋CF4をプラズマ生成部５内に
導入する。これとともに、整合回路９を経由して高周波
電源10から、電極8a、8b間に所定周波数例えば380KHzの
高周波電力を供給する。
すると、処理室４に較べて細径のプラズマ生成部５内
で高密度のプラズマが発生し、このプラズマガスが図示
矢印の如く拡散輸送される。そして、イオントラップ18
を通過する際にこのプラズマ中のイオンが除去され、残
ったラジカルがウエハ載置台３上の半導体ウエハ２に供
給されてシリコンに対する等方性エッチングおよびフォ
トレジスト膜に対するアッシングが同時に行われる。
この時、所望量の等方性エッチングと、所望量のアッ
シングとを行うためには、エッチングレートとアッシン
グレートとの比を制御する必要があるが、このような制
御は、第２図ないし第５図のグラフに示すように、電極
8a、8b間に供給する交流電力、処理ガスの圧力、処理ガ
スの流量、処理ガスの比率（この実施例の場合O2とCF4
の比率）、の少なくとも一つを調節することにより行
う。通常、エッチングレートとアッシングレートとの比
は、（アッシングレート／エッチングレート）が数百程
度となるよう選択する必要がある。
なお、第２図ないし第５図の各グラフには、エッチン
グレート（E/R）と、ユニフォーミティー（Unif）と、
アッシングレート／エッチングレート（VS.Poly）の例
を示す。また、第２図は交流電力を変化させた場合、第
３図は処理ガスの圧力を変化させた場合、第４図は処理
ガスの流量を変化させた場合、第５図は処理ガスの比率
（CF4の添加率）を変化させた場合を示している。な
お、第４図の場合を除き、ガス流量（トータル）は1250
SCCMであり、第５図の場合を除き、処理ガスの比率はO2
＝90％、CF4＝10％である。
このように、本実施例の基板処理装置１では、処理室
４に較べて細径のプラズマ生成部５内で高密度のプラズ
マを発生させ、このプラズマを輸送し、イオントラップ
18を介して処理室４内に配置された半導体ウエハ２に作
用させる。したがって、高密度のプラズマを高効率で発
生させることができ、等方性エッチング工程におけるエ
ッチングレートを従来に較べて大幅に向上させることが
でき（例えば従来の30倍程度）、枚葉処理においても、
前処理である異方性エッチングと同等なスループット
（例えば１枚／分）得ることができる。また、イオント
ラップ18によってプラズマ中のイオンを除去し、ラジカ
ルのみを半導体ウエハ２に作用させることができるの
で、半導体ウエハ２にダメージを与えることなく、等方
性エッチングを行うことができる。
また、このように異方性エッチングと同等なスループ
ット得ることができるので、異方性エッチング装置と基
板処理装置１とを真空搬送路17によって接続し、半導体
ウエハ２を大気に触れさせることなく搬送して、これら
の間で順次異方性エッチング工程と等方性エッチング工
程とを実施するシステムを構成することが可能となる。
このため、前述したメタルエッチングプロセスにおいて
も、半導体ウエハ２に残留した塩素系エッチングガスが
大気中の水分と反応してメタル層を腐食させるようなこ
とがなく、腐食層の除去工程等も不要となる。
さらに、シリコンに対する等方性エッチングおよびフ
ォトレジスト膜に対するアッシングを同時に行うことが
できるので、スループットの向上を図ることができる。
また、アッシング装置や、等方性エッチング工程とアッ
シング工程との間の搬送機構等が不要となることによ
り、装置の占有床面積の削減等を図ることができ、特に
建設コストの高いクリーンルーム内のスペースの有効活
用を図ることができる。
なお、これまでに述べた実施例ではプラズマ電源とし
て交流を使用したが、勿論これに限定するものではな
く、直流に置き換えることも可能である。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の基板処理装置および基
板処理方法によれば、等方性エッチング工程およびアッ
シング工程における処理速度を従来に較べて高速化する
ことができ、スループットの向上、装置の占有床面積の
削減、大気と非接触の処理等を可能とすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の基板処理装置の構成を示す
図、第２図は交流電力を変化させた場合のアッシングレ
ート／エッチングレートの変化を示すグラフ、第３図は
処理ガスの圧力を変化させた場合のアッシングレート／
エッチングレートの変化を示すグラフ、第４図は処理ガ
スの流量を変化させた場合のアッシングレート／エッチ
ングレートの変化を示すグラフ、第５図は処理ガスの比
率（CF4の添加率）を変化させた場合のアッシングレー
ト／エッチングレートの変化を示すグラフである。 １……基板処理装置、２……半導体ウエハ、３……ウエ
ハ載置台、3a……昇降装置、４……処理室、５……プラ
ズマ生成部、６……石英製円管、７……スペーサ、8a、
8b……電極、９……整合回路、10……高周波電源、11…
…ガス供給配管、12……気体流量調整器、13……処理ガ
ス供給源、14……排気装置、15……排気配管、16……開
閉機構、17……真空搬送路、18……イオントラップ、18
a……アルミニウム板、18b……細孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の処理ガスをプラズマ化し、該プラズ
    マを被処理基板に作用させて処理を行う基板処理装置に
    おいて、 プラズマ生成部と基板処理部を有する処理容器と、 前記プラズマ生成部と前記基板処理部の間に設けられた
    イオントラップ手段と、 エッチング処理用ガスの供給源と、 アッシング処理用ガスの供給源と、 前記エッチング処理用ガスと前記アッシング処理用ガス
    とを同時に前記プラズマ生成部内に供給し、エッチング
    処理とアッシング処理を前記基板処理部内の被処理基板
    に対して同時に進行させるための制御手段と、 を有することを特徴とする基板処理装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の基板処理装置において、 前記イオントラップ手段は、接地電位に接続された導電
    性材料からなることを特徴とする基板処理装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載の基板処理装置において、 前記イオントラップ手段は、メッシュ状または多数の細
    孔を設けた接地金属電極であることを特徴とする基板処
    理装置。
  4. 【請求項４】請求項１記載の基板処理装置において、 前記エッチング処理のエッチングレートと、アッシング
    処理のアッシングレートの比の制御は、プラズマ生成部
    に供給する交流電力と、処理ガス圧力と、処理ガスの流
    量と、処理ガス混合比の内の少なくとも１つを制御して
    行うことを特徴とする基板処理装置。
  5. 【請求項５】所定の処理ガスをプラズマ化し、該プラズ
    マを処理室に設けられた被処理基板に作用させて処理を
    行うにあたり、 エッチング処理用ガスとアッシング処理用ガスの混合ガ
    スからなる処理ガスのプラズマを生成させる工程と、 前記処理ガスのプラズマ中から少なくとも一部のイオン
    を捕捉する工程と、 前記少なくとも一部のイオンを捕捉された処理ガスのプ
    ラズマを被処理基板に作用させてエッチング処理とアッ
    シング処理を同時に行う工程と を少なくとも有することを特徴とする基板処理方法。
JP2335671A 1990-11-30 1990-11-30 基板処理装置および基板処理方法 Expired - Lifetime JP2888258B2 (ja)

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