JP2948290B2 - 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、被処理基板、例えば半導体
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実用されている。

また、近年における超微細エッチングプロセスにおい
ては、最初に異方性エッチングを行い、次に等方性エッ
チングを行い前工程のダメージの除去をおこなってい
る。（Solid State Technology/日本版/3月,1985,P75） （発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の工程においては、異方性エッチ
ング、等方性エッチング、アッシングのそれぞれの工程
を単独の装置で行い、各工程間は半導体ウエハを搬送す
るとともに各装置に対して該ウエハの搬入搬出をおこな
っているが、クリーンルーム内といえども大気に接触す
ることで、大気中に存在する微細な塵、不純物、水分等
が該ウエハに付着し、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がたい。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
トエッチング工程までの間に半導体ウエハが大気にふれ
ると、該ウエハ上に微量含まれる塩素系エッチングガス
残渣は大気中の水分と反応しメタル層を腐食させ、この
腐食を取り除かなければ次の工程に進むことはできなか
った。

上記の問題を解決するために、特開昭62−69619、特
開昭63−39676等に示されるような複数の処理チャンバ
ーと大気より遮断された搬送路を具備する装置が提案さ
れているが、いずれも単一処理専用チャンバーを組み合
わせたものであり近年の処理プロセスに適用すると装置
が複雑化、大型化してしまう問題があった。

本発明は、上述の従来の事情に対処してなされたもの
で、半導体ウエハが微細な塵、不純物、水分等の影響を
受けずに、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〕

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、少なくとも２つ以上の基板処理チ
ャンバーを備えた基板処理装置において、各基板処理チ
ャンバー相互間の被処理基板の搬入搬出を大気以外の雰
囲気で行うロードロック室と，異方性プラズマエッチン
グを行うための少なくとも１つの一の基板処理チャンバ
ーと，冷却装置およびヒータを備え，前記冷却装置によ
り基板を冷却しながら前記一の基板処理チャンバーによ
り行われた異方性プラズマエッチングによる方向性イオ
ンの衝撃等による損傷部を等方性プラズマエッチングに
より取り除いた後に，前記ヒータにより基板を加熱しな
がらレジストアッシングを行うための少なくとも１つの
他の基板処理チャンバーとを備えることを特徴とする基
板処理装置をえるものである。

（作 用） 本発明の基板処理装置では、複数の処理チャンバーの
内少なくとも１つの処理チャンバーに等方性プラズマエ
ッチング機能とレジストアッシング機能が両有されてい
るので、他の処理チャンバーに異方性エッチング機能を
もたせることができるので少なくとも２つの処理チャン
バーで近年のエッチングプロセスと次の工程であるとこ
ろのレジストアッシングプロセスをウエハを大気にさら
すこと無く行うことが可能であり、ウエハの歩留りの向
上と装置の簡素化、小型化が可能となる。

（実施例） 以下、半導体装置の製造に適用した本発明の一実施例
の基板処理装置について図面を参照して説明する。この
半導体装置の製造プロセスは、エッチング処理、アッシ
ング処理を順次行うものである。

すなわち、第１図（Ａ）に示す如く、被処理基板、例
えば半導体ウエハ１上にマスク層２を形成する。次い
で、マスク層２上に所定パターンのレジスト膜３を被着
する。

次に、第１図（Ｂ）に示す如く、レジスト膜３をマス
クにして露出したマスク層２に処理速度の早い異方性エ
ッチングを施す。異方性エッチングを行うと、方向性イ
オンの衝撃等による損傷部４が半導体ウエハ１の露出面
に形成される。

そこで、次に、第１図（Ｃ）に示す如く、レジスト膜
３及びパターニングされたマスク層２をマスクにして等
方性エッチングを施し、損傷部４の取り除きを行ってい
る。

然る後、次に、第１図（Ｄ）に示す如く、アッシング
処理によってレジスト膜３を除去する。

第２図は、このようなエッチング処理及びアッシング
処理を行う基板処理装置の斜視図、第３図は、同基板処
理装置の平面図である。図中12は、被処理体の半導体ウ
エハ１を収納する収納部である。収納部12の近傍には、
収納部12から半導体ウエハ１を搬出入するための搬送部
13が設けられている。搬送部13の近傍には、搬送されて
きた半導体ウエハ１を正しく位置合わせするためのアラ
イメント部14が設けられている。これら収納部12、搬送
部13及びアライメント部14によりローダ・アンローダ部
が構成されている。また、ローダ・アンローダ部の近傍
には、アライメント部14で位置合わせされた半導体ウエ
ハ１にエッチング、アッシングの各処理を施す処理部15
が設けられている。これらの各部は、操作部16によって
その動作設定及びモニタ等を行うようになっている。

次に、ローダ・アンローダ部を構成する収納部12、搬
送部13及びアライメント部14について、さらに詳細に説
明する。

収納部12は、図示しない昇降機構によってカセット載
置台18を昇降自在に設けている。カセット載置台18に
は、ウエハカセット17が載置されるようになっている。
ウエハカセット17は、例えば25枚の半導体ウエハ１を、
その肉厚方向に沿って所定間隔で積載した状態で収容す
るようになっている。なお、昇降機構は、防塵対策の観
点からカセット載置台18の下方に常設するのが好まし
い。

搬送部13には、収納部12とアライメント部14および処
理部15間で、半導体ウエハ１の搬送を行う多関節ロボッ
ト19が設けられている。

多関節ロボット19には、例えば真空吸着機構からなる
保持機構を備えたアーム20が設けられている。アーム20
は、半導体ウエハ１が重金属によって汚染するのを防止
するために、セラミックや石英のような材料によって形
成されている。そして、多関節ロボット19は、一点を軸
として回転自在であり、さらに水平一軸方向へも移動可
能になっている。搬送部13より搬送された半導体ウエハ
１の位置合わせを行うアライメント部14には、バキュー
ムチャック21が設けられている。

バキュームチャック21は、円板状の内チャック及びこ
の内チャックの外周と所定の間隔を設けた円環状の外チ
ャックとで構成されている。内チャックは、内チャック
の中心を軸とした回転及び上下動が可能である。外チャ
ックは、水平一軸方向へ移動可能となっている。また、
内チャックには、その中心方向に移動可能なウエハ外周
端部を検出するセンサーが設けられている。センサー
は、例えば透過型センサーで構成されている。

アライメント部14で位置合わせされた半導体ウエハ１
は、処理部15によって所定の処理を施されるようになっ
ている。処理部15には、エッチング処理する第１処理室
22（第４図にて後述する）内に、気密を保ちながら半導
体ウエハ１を搬送可能な例えばイン側のロードロック室
23及び中間ロードロック室24の２系統が設けられてい
る。

また、中間ロードロック室24には、第２処理室25（第
５図にて後述する）が接続されている。第２処理室25
は、第１処理室22で処理された後の半導体ウエハ１に、
等方性エッチングとレジストアッシング等の処理を行う
ようになっている。

イン側ロードロック室23には、アライメント部14側の
一側面に半導体ウエハ１の搬入口を形成するようにし
て、開閉機構26aが設けられている。開閉機構26aの対向
面には、第１処理室22との遮断を可能にする開閉機構26
bが設けられている。

イン側ロードロック室23には、アライメント部14から
第１処理室22へ半導体ウエハ１の受け渡しを行うハンド
リングアーム27aが設けられている。中間ロードロック
室24には、第１処理室22側の側面に、第１処理室22との
遮断を可能にする開閉機構28aが設けられている。開閉
機構28aと隣接する第２処理室25の側面には、第２処理
室25との遮断を可能にする開閉機構28bが設けられてい
る。

中間ロードロック室24には、第１処理室22から第２処
理室25へ半導体ウエハ１の受け渡しを行うハンドリング
アーム27bが設けられている。

尚、各ロードロック室23、24には、例えばロータリー
ポンプからなる真空排気機構が接続されている。ロード
ロック室23、24にはN₂ガスのような不活性ガスを導入可
能なパージ機構が設けられている。

第１処理室22は、第４図に示す如く、アルミニウム製
で形成されている。第１処理室22の内部は、表面をアル
マイト処理した円筒状態に形成されている。第１処理室
22の下方には、昇降機構29に連設した下部電極体30が昇
降自在に設けられている。

下部電極体30は、例えばアルミニウム製の平板状の表
面にアルマイト処理を施して構成されている。下部電極
体30には、鉛直方向に貫通した例えは４個の貫通口（図
示せず）が形成されている。貫通口には、冷却ガス流導
管が接続されている。冷却ガス流導管は、下部電極体30
の表面に形成された開口（図示せず）に連通している。
開口は、半導体ウエハ１周縁部に対応した下部電極体30
の表面部分に、例えば16個の開配が設けられている。こ
れら開口及び貫通口を介して半導体ウエハ１裏面に、例
えばヘリウムガスのような冷却ガスを自在に供給するよ
うに、第１処理室22下部に冷却ガス導入管が設けられて
いる。冷却ガス導入管は、図示しない冷却ガス供給源に
接続されている。

また、第１処理室22の側壁に接続した排気管44を介し
て排気装置により、第１処理室22内部の排気ガスを自在
排気するようになっている。排気装置は、例えばターボ
分子ポンプとロータリポンプを連続的に接続したものを
使用する。

下部電極体30と対向した第１処理室22の上部には、上
部電極体47が設けられている。上部電極体47は、例えば
アルミニウム部材の表面にアルマイト処理を施したもの
のような導電性材料で形成されている。上部電極体47
は、冷却手段を備えている。

上部電極体47の下面には、例えばアモルファスカーボ
ン製の上部電極50が、上部電極体47と電気的に接続した
状態で設けられている。上部電極50と上部電極体47との
間には、僅かに空間51が形成されている。空間51には、
ガス供給管52が接続している。ガス供給管52は、第１処
理室22の外部のガス供給源55から図示しない流量調整器
を介して反応ガス及びキャリアガスを、空間51に自在に
供給するようになっている。流量調整器は、例えばマス
・フローコントロール器によって構成されている。反応
ガスとしては、例えばCHF₃やCF₄等が使用される。ま
た、キャリアガスとしては、例えばArやHe等が使用され
る。

そして、空間51で拡散された反応ガス等を、上部電極
50を介して第１処理室22内部へ流出するように、上部電
極50に複数の孔54が形成されている。

上部電極体47と下部電極体30に高周波電力を印加する
ように、高周波電源57が整合回路（図示せず）を介して
設けられている。

第２処理室25には、第５図に示すように、２段式の円
筒形の処理容器60が設置されている。

処理容器60の円筒部の上段外部には、電極68が設けら
れている。電極68は、整合回路を介して例えば13.56MHz
で発振する高周波電源装置69に接続されている。処理容
器60の内部には、例えば真空チャック等により半導体ウ
エハ１を吸着保持する載置台63が配置されている。載置
台63は、温度制御装置64によって温度制御されるように
なっている。すなわち、載置台63は、ヒータ65および冷
却装置66によって制御される冷却水循環配管67を内蔵し
ている。そして、載置台63は、昇降装置73により上下に
移動自在に構成されている。

処理容器60の上部には、気体流量調整器71を介して処
理ガス供給源72が接続されている。処理容器60の下部に
は、載置台63の中央部から周辺部へガスが流れるように
構成された排気口（図示せず）が設けられている。この
ガスは、排気路を通して排気装置61、さらにパージガス
供給源（図示せず）に接続されている。

そして、上述のように構成された各機構の動作設定及
びウエハ処理状態を監視するようにして操作部16が設け
られている。操作部16は、マイクロコントローラからな
る図示しない制御部及びメモリー部及び入出力部によっ
て構成されている。また、操作部16は、例えばＣ言語に
よるソフトウエアが適用される。

次に、上述のように構成された基板処理装置のエッチ
ング処理の際の動作作用について説明する。

まず、オペレーター又はロボットハンド等によりロー
ド用カセット載置台18に、半導体ウエハ１を例えば25枚
収納したウエハカセット17を載置する。そして、アンロ
ード用のカセット載置台18に空のウエハカセット17を載
置する。そして、昇降機構によりウエハカセット17を上
下動して半導体ウエハ１を所定の位置に設定する。これ
と同時に多関節ロボット19をロード用ウエハカセット17
側に移動して所定位置に設定する。そして、多関節ロボ
ット19のアーム20を所望の半導体ウエハ１の下面に挿入
する。

次に、カセット載置台18を所定量だけ下降して所望の
半導体ウエハ１をアーム20によって支持した状態で、こ
のアーム20をウエハカセット17から挿出する。そして、
このアーム20により支持した半導体ウエハ１を、プリア
ライメント部14のバキュームチャック21上に搬送して載
置する。

ここで、半導体ウエハ１の中心部とその側面に形成さ
れたオリエンテーションフラット面を基準にして半導体
ウエハ１の位置合わせをする。この時すでに、イン側ロ
ードロック室23には不活性ガスとして例えばN₂ガスを導
入し加圧状態としておく。そして、N₂ガスを導入しなが
らイン側ロードロック室23の開閉機構26aを開口する。
次いで、ハンドリングアーム27aにより位置合せされた
半導体ウエハ１をイン側ロードロック室23に搬送する。
その後、開閉機構26aを閉鎖する。

イン側ロードロック室23内を所定の圧力例えば１×10
^-4Torrに減圧する。この状態でイン側ロードロック室23
の開閉機構26bを開口する。そして、ハンドリングアー
ム27aによって半導体ウエハ１を第１処理室22へ搬入す
る。この搬入動作により、昇降機構29の駆動により下部
電極体30の上端部で半導体ウエハ１を載置して停止状態
とする。この後、ハンドリングアーム27aをイン側ロー
ドロック室23に収納し、開閉機構26bを閉鎖する。そし
て、第１処理室22内の下部電極体30を例えば下部電極体
30で半導体ウエハ１を載置するように、昇降機構29の駆
動により上昇する。これにより、下部電極体30と上部電
極50とのギャップが所定の間隔例えば６〜20mmに設置さ
れる。

そして、上述の動作中排気制御しておき、所望のガス
流及び排気圧に設定されているか確認する。その後、第
１処理室22内を0.1〜3Torrに保つように排気制御しなが
ら反応ガスである例えばCHF₃を100SCCMやCF₄ガス100SCC
M及び、キャリアガスである例えばHeガスを100SCCMやAr
ガス100SCCM等をガス供給源から、ガス供給管52を介し
て上部電極体47の空間51により均等整流させる。そし
て、上部電極50と下部電極30との間に例えば380kHzの周
波数で高周波電力を印加して反応ガスをプラズマ化し、
このプラズマ化した反応ガスによって半導体ウエハ１に
例えば異方性エッチングを施す。

そして、この処理の終了に伴い第１処理室22内の反応
ガス等を排気しながら、下部電極30を下降し、中間ロッ
ク室24と第１処理室22の圧力を同程度にしたのち、開閉
機構28aを開口する。

次に、中間ロードロック室24に設けられたハンドリン
グアーム27bを第１処理室22に挿入する。そして、半導
体ウエハ１をハンドリングアーム27bによって中間ロー
ドロック室24に収納し、開閉機構28aを閉鎖する。

この時すでに第２処理室25及び処理容器60は中間ロー
ドロック室24と同程度に減圧されている。そして、開閉
機構28bを開口し、ハンドリングアーム27bにより半導体
ウエハ１を第２処理室25内の処理容器60の載置台63へ載
置する。そして、開閉機構28bを閉鎖する。

載置台63上に載置された半導体ウエハ１を吸着保持す
る。そして、昇降装置73によって載置台63を上昇させ
て、所定の位置に半導体ウエハ１を設置する。

半導体ウエハ１が載置台63に載置されると、排気装置
61により処理容器60内を滅圧して所定の圧力にする。そ
して、処理ガス供給源72から供給されるエッチングガス
である例えばフロン14（CF₄）と酸素（O₂）の混合ガス
等を気体流量調整器71によって流量調整する。そして、
この混合ガス等を処理容器60内に流入させると同時に、
高周波電源69により例えば13.56MHzの高周波電力を電極
68に印加し、エッチングガスを電極68の付近でプラズマ
化させる。さらに、プラズマ化されたエッチングガスを
処理容器60内の半導体ウエハ１に供給し、等方性エッチ
ング処理を行う。この時、載置台63は冷却装置66から冷
却水循環配管67を循環する冷却水等により温度制御され
る。

等方性エッチング処理を終了させると処理容器60内に
パージガス等を流入、排気させ、エッチングガスを処理
容器60の外へ排出させて、次にレジストアッシング処理
に移る。

まず、載置台63内に内蔵されたヒータ65を温度制御装
置64によって制御し、載置台63の温度を例えば300℃程
度に設定して半導体ウエハ１を加熱する。

そして処理ガス供給源72から酸素ガスを、その流量が
例えば300〜1500SCCM程度となるように気体流量調整器7
1によって調整して処理容器50へ送る。そして、等方性
エッチングの時と同様に、高周波電力を印加して酸素ガ
スの一部をオゾンとし、オゾンを含有するレジストアッ
シングガスとして半導体ウエハ１に向けて流出させる。

この時、排気装置61により例えば処理容器60内の気体
圧力が200〜2000mTorr程度の範囲になるように圧力制御
されながらこれを排気させる。このときレジストアッシ
ングガスは、半導体ウエハ１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１及びその
周囲の雰囲気により加熱され、分解されて、酸素原子ラ
ジカルを多量に発生する。そして、この酸素原子ラジカ
ルが、半導体ウエハ１の表面に被着されたフォトレジス
ト膜と反応して、レジストアッシングが行われフォトレ
ジスト膜が除去される。

尚、処理容器上部の電極部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化反応を利用
して行うレジストアッシング処理中における半導体ウエ
ハ１の温度は、150〜300℃程度に加熱することが望まし
い。

このようにしてエッチング、レジストアッシングが終
了した後に、パージガスを処理容器60内に容器外圧と同
等になるまで流入させた後に開閉機構25aを開口する。

次に、予め所定の位置に多関節ロボット19を移動して
おき、この多関節ロボット19のアーム20を第２処理室25
へ挿入し、アーム20上に半導体ウエハ１を吸着載置す
る。そして、アーム20を搬出し、第２処理室25の開閉機
構25aを閉鎖すると同時に、多関節ロボット19を所定の
位置に移動しながら180度回転し、空のカセット17の所
定の位置に半導体ウエハ１を、アーム20により搬送収納
する。このような一連の動作をカセット17に収納されて
いる半導体ウエハ１について行う。

本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく基
板処理の各工程間において、被処理基板の大気との接触
に不具合の生じる工程間に同様な装置を具現化すること
ができる。

また、実施例では、エッチング処理部とアッシング処
理部を隣接した処理部内で大気と非接触の状態でエッチ
ング処理とアッシング処理を順次行うものについて説明
したが、この他にもエッチング処理機構とアッシング処
理機構を兼ね備えた処理部を設けて、エッチング処理と
アッシング処理を同時に行うようにしても良いことは勿
論である。

また、半導体ウエハに限らず、液晶TVなどの画面開示
装置などに用いられるLCD基板等を被処理体に採用して
も良い。

〔発明の効果〕

以上の詳述したように、この実施例によれば、近年の
エッチングプロセスと次工程であるレジストアッシング
プロセスを単一の装置で、しかも、半導体ウエハを大気
にさらすことなく処理できる。このため、半導体ウエハ
の処理歩留りが向上するとともに、設備等の設置面積の
効率も達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の使用例説明図、第２図は本発明基
板処理装置の一実施例を説明するための構成図、第３図
は第２図の第１処理室構成の説明図、第４図は第２図の
第２処理室構成の説明図，第５図は第３図の第２処理室
構成の説明図である。 １……半導体ウエハ、22……第１処理室 23……イン側のロードロック室 24……中間ロードロック室 25……第２処理室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−186326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−37129（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/00 - 21/98

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２つ以上の基板処理チャンバー
   を備えた基板処理装置において，各基板処理チャンバー
   相互間の被処理基板の搬入搬出を大気以外の雰囲気で行
   うロードロック室と，異方性プラズマエッチングを行う
   ための少なくとも１つの一の基板処理チャンバーと，冷
   却装置およびヒータを備え，前記冷却装置により基板を
   冷却しながら前記一の基板処理チャンバーにより行われ
   た異方性プラズマエッチングによる方向性イオンの衝撃
   等による損傷部を等方性プラズマエッチングにより取り
   除いた後に，前記ヒータにより基板を加熱しながらレジ
   ストアッシングを行うための少なくとも１つの他の基板
   処理チャンバーとを備えることを特徴とする基板処理装
   置。