JP3507561B2 - ドライエッチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は半導体製造、薄膜回路形
成などのために使用されるメタルドライエッチング装置
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】アルミニウムを成分とするメタル配線膜
のドライエッチングにおいては、塩素系ガスを用いたプ
ラズマエッチングの後に、そのままウエハを大気中に取
り出すと、ウエハに吸着した塩素と大気中の水分と酸素
の作用により、メタル配線が腐食する。これを防止する
ためにメタルドライエッチング装置においてはエッチン
グの後工程に何らかの防食処理を必要とする。代表的な
防食工程として、ウエットリンス、または酸素プラズマ
アッシング、またはフッ素プラズマ処理、または加熱処
理がある。 【０００３】従来の第１のメタルドライエッチング装置
は防食処理として、酸素プラズマアッシングとウエット
リンスを併用するものであり、図６に示すようにハンド
リングアーム６７を有する入り口ロードロック室６３
と、エッチング反応室６４と、ハンドリングアーム６８
を有するアッシング兼用口ロードロック室６５と、上方
に窒素のエアカーテンを配したスピンリンサー６６がこ
の順番に一列に配列されている。しかしアッシング室６
５やスピンリンサー６６内への大気混入が避けられない
構成になっており、またリンス水としても溶残酸素１０
ＰＰＭ前後の通常の純水を使用するという環境である。 【０００４】また、従来の第２のメタルドライエッチン
グ装置は図７に示すように、ドライエッチング装置７０
と別置リンサー７７とがハンドリングアーム７６により
連続自動処理できるように連結されたものでドライエッ
チング装置７０は、一つの反応室７１と２つのハンドリ
ングアーム７３を持つ一つのロードロック室７２からな
り、リンサー７７はスピンナー８０とリンスノズル８１
を有しリンス処理終了後ウエハカセット７９にウエハを
収容できるようハンドリングアーム７８を持っている。 【０００５】次に第１の従来例の動作を説明する。ウエ
ハカセット６０より取り出されたウエハ６１は入り口ロ
ードロック室６３に移されハンドリングアーム６７の上
に乗り移る。その後真空引きを行う。真空引き終了後ウ
エハは常時真空であるエッチング反応室６４にハンドリ
ングアーム６７により搬送される。エッチング反応室６
４に塩素を主成分とするガスを導入して、高周波を印加
してメタル配線膜のプラズマエッチングを行いエッチン
グ終了後、真空引きされたアッシャー兼出口ロードロッ
ク室６５にハンドリングアーム６８によりウエハは搬送
される。続いてアッシャー兼ロードロック室６５に酸素
を主成分とするガスを導入して高周波を印加してレジス
トアッシングを開始する。アッシング終了後、アッシャ
ー兼出口ロードロック室６５を窒素でパージし大気圧に
してからウエハは大気圧下で窒素のカーテン下にあるス
ピンリンサー６６へと移され、通常の酸素を含む純水ま
たは温純水を用いたスピンリンサー６６でリンス乾燥さ
せた後、処理済みウエハはカセット６２に戻り、一連の
処理を終了する。 【０００６】次に第２の従来例の動作を説明する。ウエ
ハカセット７４により取り出されたウエハ７５は入り口
ロードロック室７２に移されハンドリングアーム７３の
上に乗り移る。その後真空引きを行う。真空引き終了後
ウエハは常時真空であるエッチング反応室７１にハンド
リングアーム７３により搬送される。エッチング反応室
７１に塩素を主成分とするガスを導入して、高周波を印
加してメタル配線膜のプラズマエッチングを行いエッチ
ング処理終了後、ハンドリングアーム７３によりウエハ
はロードロック室７２に移され、ロードロック室７２は
大気圧まで窒素パージされた後、ハンドリングアーム７
３とハンドリングアーム７６により自動的に別置リンサ
ーに搬送される。そして水洗、乾燥の処理が終了後、ハ
ンドリングアーム７８によりウエハカセット７９に収納
される。レジストのアッシングは次工程で別のアッシャ
ーで行う。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第一の
従来例のような構成に於いては、リンス処理に於いては
窒素カーテン下の雰囲気にあるとは言え、リンス処理の
前後にロードロック室を介していないので、リンサー内
への大気混入が避けられず、大気中の酸素や水分により
ウエハの腐食が生じやすいという問題があった。また、
エッチング、アッシング、ウエットリンス、乾燥の順番
に処理しているため装置が複雑になるばかりでなく、エ
ッチング直後のアッシングにより、メタル配線やレジス
トの側面に出来た側壁付着膜中のアルミニウム成分が酸
素プラズマの為に化学的に安定なアルミナに変化し、ア
ッシング、リンス後も、その部分だけはラビットイヤー
と呼ばれる残さになる。これを取り除くために次工程で
フッ酸処理が必要であった。また最適なアッシング条件
および防食条件がエッチング条件に左右されるためウエ
ハの品種に応じた、エッチング条件の変更毎に、アッシ
ング条件を最適化する手間を必要とするという課題があ
った。また、スピンリンサーに関してはリンス水に酸素
を含んだ通常の純水または温純水を用いているためにア
ルミニウム配線の腐食を生じやすいという問題があっ
た。特にこの腐食は長時間水に浸かっていると甚だしく
なる問題があった。 【０００８】同様に第２の従来例に於いてもメタルエッ
チング後にウエハが短時間であるが大気に触れるのでメ
タル配線上の微細な腐食の完全防止は難しい。又、装置
トラブルでリンサーの手前で大気中にウエハが滞留する
と腐食を生じるし、装置全体が大型化してしまうという
課題があった。 【０００９】本発明は、上記従来の問題に鑑み、エッチ
ングからリンス乾燥、または、エッチングからリンス乾
燥、アッシングの各プロセスの前後にロードロック室を
介することでウエハの酸素や水分を含む大気への接触を
避けウエハの腐食が起こらない、又、レジストのアッシ
ングが容易でラビットイヤーが残らないというドライエ
ッチング装置を提供するものである。 【００１０】またさらには、エッチング後のリンス液に
塩素を中和する性質のある薬液を用いて、化学的にメタ
ル配線の腐食を防止しようとするものである。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のドライエッチング装置は、内部にダブルアー
ムを備え、ウエハの出し入れを行う第一のゲートを有し
て大気圧と真空とを繰り返すロードロック室と、前記ロ
ードロック室との間に第二のゲートを有し、前記ウエハ
のエッチング処理を行う反応室と、前記ロードロック室
との間に第三のゲート有し、前記ウエハをチオ硫酸塩の
水溶液、純水の順でリンスし、更に窒素を吹き付け乾燥
させながら、前記チオ硫酸塩の水溶液、前記純水、前記
窒素の少なくともいずれか１つを排水・排気する排水・
排気ラインを備えたスピンリンサー室と、前記ロードロ
ック室との間に第四のゲートを有し、酸素プラズマによ
って前記ウエハのアッシング処理を行うアッシング室と
を配置した事を特徴とするものである。 【００１２】 【作用】この技術的手段による作用は次のようになる。 【００１３】エッチングとリンス処理の前後に窒素パー
ジしたロードロック室を介し、さらにスピンリンサー室
は窒素パージされていることでウエハの大気接触が避け
られることからメタル配線のウエハの腐食をなくすこと
が出来る。また、アッシングの前にリンスを行うこと
で、側壁付着膜中の水溶性ポリマーや残留塩素やスパッ
タされたメタル成分が除去されアッシング後にラビット
イヤーや、アッシング残さが発生しない。 【００１４】またリンス液として、チオ硫酸塩水溶液を
用いらなければ、ウエハ表面の塩素は中和されて、ウエ
ハの水液、乾燥後はメタル配線の腐食を生じない。 【００１５】 【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１から図３
に基づいて説明する。 【００１６】図１に於いて、１はウエハカセット、４は
カセット昇降装置、１０はロードロック室、３０は反応
室、４０はリンサー室である。また、１１と１３は真空
排気ライン配管、１２と４４は窒素パージライン、４３
はリンス液供給ラインである。 【００１７】さらに図２に用いて説明する。なお、ここ
に説明するチャンバーとウエハの搬送機構については特
願平６−９２２５号に記述しているものである。反応室
３０には、高周波の印加される下部電極３１がありその
内部に突き上げピン３２がある。その下方にはそれに連
結された上下軸３３があり、上下軸３３の周囲にはベロ
ーズ３４が取り付けてあり、上下軸３３には溝金具９１
が取り付けてある。支柱３７上の支点３６を介して突き
上げピン昇降フォーク３９が取り付けられ、そのフォー
ク片端にローラー３５が取り付けられ、溝金具９１に係
合している。ロードロック室１０内には上アーム２０、
下アーム２１とからなるダブルアームがあり、これを運
動させる間接機構がある。上アーム２０、下アーム２１
は真空シール軸受２２を貫通したシャフト２３、２４の
上方に取り付けられ、真空シール軸受２２の下方には、
アーム駆動メカニズム２６が取り付けられている。アー
ム駆動メカニズム２６にはウエハ上下駆動レバー２７が
あり、その端のローラ２８は、突上ピン昇降フォーク３
９の一端のミゾに係合している。アーム駆動メカニズム
２６はアーム旋回メカニズム２９に連結され、ウエハを
出し入れすべき室の方向に旋回可能となっている。 【００１８】次に図３を用いてリンサー室４０について
説明する。４１はウエハチャック、４２はリンスノズ
ル、４３は水供給ライン、４６はＮ₂パージノズル、４
７はゲート、４９はウエハチャック回転用モータであ
る。リンスノズル４２の根元には揺動メカニズム９０が
ある。ウエハチャック４１とモーター４９は一体で図２
の突上ピン上下メカニズムと同様の機構で上下駆動メカ
ニズム２６により昇降駆動される。リンス液供溶ライン
４３の元は２つに分岐し、一方はバルブ９１、ヒーター
９８、脱酸素９２を経て、純粋供給口９３につながって
いる。他方のラインはバブル９４、ポンプ９５を経て薬
液タンク９６内のチオ硫酸ナトリウム水溶液９７につな
がっている。 【００１９】次に以上のように構成された本発明の第１
の実施例の一連の動作について説明する。 【００２０】図１において、まずカセット１から取り出
されたウエハ２はロードロック室１０が大気圧状態にな
った後ダブルアーム２０、２１によりロードロック室１
０内に搬入される。その後、ロードロック室１０は真空
ポンプ排気ライン１１により真空引きを開始する。ロー
ドロック室１０の真空引き後、ダブルアーム２０、２１
によりウエハは反応室３０に搬入される。そしてガスラ
イン１４により塩素系のエッチングガスが注入され高周
波が印加されてプラズマエッチングを開始する。エッチ
ング終了後ダブルアーム２０、２１によりロードロック
室１０に戻される。その後ロードロック室内をＮ₂パー
ジライン１２によりＮ₂パージして大気圧に戻す。連続
処理中においては、反応室３０においてエッチング終了
後ウエハと処理前ウエハの交換はダブルアーム２０、２
１により同時に行われる。 【００２１】次にエッチング処理済ウエハはダブルアー
ム２０、２１によりリンサー室４０内へ搬送される。ま
た、ウエハ搬送時、ゲートを通してロードロック室に水
分が流れ込まないようにＮ₂パージライン１２によりブ
ローしている。そして、リンサー内にウエハが有ればダ
ブルアーム２０、２１によりウエハの交換が行われる。
リンス前のウエハがのっているアームはリンサー内で停
止しウエハチャック４１が上昇しウエハはウエハチャッ
ク４１の上にのりアームから離れアームはロードロック
室１０に戻る。そしてウエハチャック４１は下降しウエ
ハを真空引きしながら吸着している。そしてウエハチャ
ック４１が回転しリンス水供給ノズル４２が左右に動き
ながら温純水をウエハ上に注ぐ。これによってウエハ上
の塩素ガスや水溶性ポリマーやスパッタされたメタルを
水に溶かし去る。リンス終了後ウエハを高速回転させ、
次に窒素を吹きかけながらウエハの乾燥を行う。リンス
終了後ダブルアームによりリンス済ウエハとエッチング
処理済ウエハの入れ替えが行われ、リンス済ウエハはロ
ードロック室からウエハ上下台に戻され、さらにウエハ
カセット１の元の位置に戻されて一連の動作を終了す
る。レジストアッシングはメタル以外のエッチングで一
般に行われているように別のアッシャーにて酸素プラズ
マアッシングを行う。 【００２２】以下、本発明の第２の実施例を図４に基づ
いて説明する。 【００２３】第２の実施例では第１の実施例のメタルド
ライエッチング装置のロードロック室１０の周囲にアッ
シング室５０を加えた構成になっている。 【００２４】そして、ロードロック室１０とエッチング
反応室３０とリンサー室４０の構成と動作は本発明の第
１の実施例と同様である。アッシング室５０の構成を図
５を用いて説明する。アッシング室５０の下部構造はエ
ッチング反応室３０と似た構造である。異なる点はウエ
ハ２の載置台５３内にはヒーター５４が配置され、載置
台５３には高周波は印加されない。アッシング室５０の
上方には石英筒５５があり、上端にはガスライン５１が
接続され酸素を生体としたアッシングガスが供給され
る。石英筒５５の外周には一対の電極５６が配置され高
周波が印加される構造となっている。 【００２５】次に以上のように構成された本発明の第２
の実施例の一連の動作について図４を用いて説明する。 【００２６】まずカセット１から取り出されたウエハ２
はロードロック室１０が大気圧状態になった後ダブルア
ーム２０、２１によりロードロック室１０内に搬入され
る。その後、ロードロック室１０は真空排気ライン１１
により真空引きを開始する。ロードロック室１０の真空
引き後、ダブルアーム２０、２１によりウエハは反応室
３０に搬入される。そしてエッチングを開始する。エッ
チング終了後ウエハ２をダブルアーム２０、２１でロー
ドロック室１０に戻す。 【００２７】次にロードロック室を窒素により大気圧ま
でパージし、エッチングされたウエハ２をＮ₂パージし
たリンサー室４０内へ搬送する。 【００２８】リンス終了後ダブルアーム２０、２１によ
りウエハの入れ替えを行い、リンス済ウエハはアッシン
グ室５０に搬入され加温される。アッシング室５０内を
真空排気ライン５２により排気した後アッシング室５０
内にガスライン５１より酸素を主成分とするガスを導入
して電極５６に高周波を印加してダウンフロープラズマ
によりレジストアッシングを開始する。アッシング終了
後、アッシング室５０内を窒素パージして大気圧に戻し
た後再びダブルアームによりロードロック室にアッシン
グ済ウエハを取り出す。そしてウエハはダブルアームに
よりロードロック室外のウエハ上下台３に戻され、さら
にウエハカセット１の元の位置に戻され一連の動作を終
了する。 【００２９】 【発明の効果】以上のように本実施例によれば、一連の
メタルエッチング処理において大気とウエハとの接触を
なくすことができるのでメタル配線の腐食が発生するこ
とを防止できる。 【００３０】さらにリンス水として酸素を多量に含んだ
通常の純水を用いずに、１ＰＰＭ以下に脱酸素した水を
用いれば腐食の発生をさらに押さえることができる。 【００３１】またさらにリンス液として脱塩素作用を持
つチオ硫酸塩水溶液を用いれば、化学的作用により腐食
の原因となる塩素を除去でき、腐食をより完全に防止で
きる。またエッチング後にウエットリンスを行うことに
より、後工程のレジストアッシングが容易となりレジス
トアッシングにおける残さの発生を抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施例におけるメタルドライエ
ッチ装置の平面構成図 【図２】本発明の第１の実施例におけるロードロック室
と反応室の図１におけるＢ−Ｂ縦断面図 【図３】本発明の第１の実施例におけるロードロック室
とリンサーの図１におけるＡ−Ａ縦断面図 【図４】本発明の第２の実施例におけるメタルドライエ
ッチング装置の全体平面構成図 【図５】本発明の第２の実施例におけるアッシャーの図
４におけるＣ−Ｃ縦断面図 【図６】第１の従来例におけるメタルドライエッチング
装置の全体平面構成図 【図７】第２の従来例におけるメタルドライエッチング
装置の全体平面構成図 【符号の説明】 １０ ロードロック室 ３０ 反応室 ４０ リンサー室 ４１ ウエハチャック ４３ 水供水ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原口 秀夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 松田 出 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 豊田 真一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−14222（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−302727（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内部にダブルアームを備え、ウエハの出
   し入れを行う第一のゲートを有して大気圧と真空とを繰
   り返すロードロック室と、前記ロードロック室との間に
   第二のゲートを有し、前記ウエハのエッチング処理を行
   う反応室と、前記ロードロック室との間に第三のゲート
   有し、前記ウエハをチオ硫酸塩の水溶液、純水の順でリ
   ンスし、更に窒素を吹き付け乾燥させながら、前記チオ
   硫酸塩の水溶液、前記純水、前記窒素の少なくともいず
   れか１つを排水・排気する排水・排気ラインを備えたス
   ピンリンサー室と、前記ロードロック室との間に第四の
   ゲートを有し、酸素プラズマによって前記ウエハのアッ
   シング処理を行うアッシング室とを配置した事を特徴と
   するドライエッチング装置。