JPH03161929A - 連続処理エッチング方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体製造工程の一つであるウェーハドライエ
ッチングにおける連続処理、特にエッチング用のマスク
のドライエッチング加工から、薄膜のドライエッチング
、およびそれらの後処理を連続して行うエッチング処理
方法及びその装置に関するものである。

「従来の技術ｊ 従来のドライエ・ソチングではエッチングのマスクとな
るレジスｌ〜パターンはドライエッチング装置とは別の
技術および装置て作成されていた。通常は光を用いてレ
ジスト材料に露光した後、溶液を用いた現像処理を行っ
ている。然し加工寸法が０．５μｍの時代となり、ホ１
〜レジス１・マスクのパターンを作威するには従来の現
像法による単層レジストを用いることは困難になり、レ
ジストを多層の膜にして、最上層の膜を平坦な状態にし
て従来現像法で処理して、下層のレジストは酸素プラズ
マによって垂直加工しなければならない時代になりつつ
ある。

ここで酸素フ゛ラスマによる加工では低ガス圧力にして
垂直で寸法シフトのない加工か望まれるか、現状では０
，１μｍ程度の寸法シフｌ〜をなくすことかできない状
態である。このために酸素プラズマだけに頼るのではな
く、ドライエッチングで行われてきた測壁保護膜形成に
よるレジスト加工か必要になる。斯かるレジスト加工に
は、塩素を含むガスか用いられる。

従来、−Ｌ記した各種ドライエッチングは、各処理毎に
個別の装置、或は分離した処理ユニットで行われ、処理
後のウェーハの移送は大気中で行われていた。

［発明が解決しようとする課題］ 然し乍ら、処理後、特に塩素を含むガスを用いてレジス
ト加工した後、ウェーハを大気に晒ずと、下地被エッチ
ング材料が腐食されて加工寸法精度が低下或は所要の精
度を維持できないという大きな問題がある。

この腐食が起る原因は試料の表面層に残留している塩素
などのハロゲン元素か大気中の水分と反応して酸が生或
され、被エッチング材料と反応するものと考えられてい
る。この時の反応は局部電池作用のため非常に短時間で
腐食されると考えられている。

本発明は、斯かる実情に鑑み、多層レジスト、ドライエ
ッチングによるウェーハの処理に於いて、腐蝕を防止し
、歩留りの高いエッチング処５ 理方法及びその装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するため千段コ 本発明は、エッチングずべき薄膜の−１二層に多層のレ
ジスト膜を形或し、最上層のレジストを光、レーザ、Ｘ
線、あるいは電子線描画によってパターンニングした被
処理物を、第１の処理ユニットに於いて放電を行うため
のガスを導入してプラズマを発生させ、多層レジストを
ドライエッチング加工し、その後真空内で搬送して第２
の処理ユニットで被エッチング薄膜を所定の深さまでド
ライエ・ソチシグし、次に第３の処理ユニットまで真空
搬送を行い、マスクパターンのレジストの除去と所定の
プラズマ処理を行うことを特徴とするものである。

［作　　用ｊ 第ｌの処理ユニットに於いて、レジストをエツチングし
、エッチング後の被処理物は真空中を第２の処理ユニッ
トへ搬送され、第２の処理ユニットで更にエッチングを
行い、エッチング６ 読了後の被処理物を真空中で後処理ユニットノ＼搬送し
、後処理ユニットではレジス１へ除去と保護膜の生成を
行い、一連の処理はウェーハを大気に晒さないで行う。

し実　施　例ｊ 以下、本発明の一実施例を図面を参照しつつ説明する６ 第１図は、本発明を実施する為の装置の概要を示すもの
てあり、該装置は主に減圧容器に収納された６つのユニ
ットから成る。

１は大気中から被処理物（ウェーハ）を受入れる為のロ
ードユニツ１・、２はレジスト加工するレジストエッチ
ングユニットであり、１ｍＴＯｒ＋一台のガス圧力でプ
ラズマの発生か可能て且イオンのエネルキ制御部、ウェ
ーハの温度制御手段を具（ｉｉｉ　Ｌている。３は被エ
ッチング材料をプラズマエッチング加工するエッチング
ユニットであり、該エッチングユニットはウェーハの温
度制御ｆ段（冷却手段或は加熱手段）をＯｉｌｉえてい
る。４はプラズマによりウェーハに腐食防止処理を行う
後処理ユニツ１へであり、該後処理ユニット４は加熱手
段を具備している。５は処理済のウェーハを取出すアン
ロードユニツｌ・である。

前記１コードユこニッ１〜１、アンロードユニン１〜２
は細長く延びた真空搬送室６の−１二流端、下流端にそ
れぞれゲートバルブ７，８を介して気密に連設され、更
に該真空搬送室６の０！リ面に６ｉ、上流１則５Ｌりレ
シス１〜エッチングユニツｌ・２、エッチングユニツｌ
〜３、後処理ユニット４をそれぞれケ−１〜バルブ９，
１０．１１を介して気密に連設する。

又、前記ロードユニット１には第１カセット受台１２か
、荊記アンロードユニット５には第２カセツ１〜受台１
３がそれぞれ設けられており、更に第１カセット受台１
２にはウェーハ１４をロードユニット１内にｆ２載する
移載装置１５が、又第２カセット受台１３にはアンロー
ドユニット５からウェーハを取出し、第２カセット受台
１３のカセット（図示せず）へ移載する移載装置１６か
それぞれ設Ｇづられている。

前記真空搬送室６内にはアンロードユニット５からレジ
ストエッチングユニツ）〜２ノ＼ウェーハ１４を搬送す
る第１搬送ユニッ１ヘ１７、レジス１・エッチングユニ
ツＩ−２トエッチングユニツ１ヘ３との間でウェーハ１
４の搬送を行う第２搬送ユニット１８、エッチングユニ
ット３と後処理ユニット４との間でウェーハ１４の搬送
を行う第３搬送ユニット１９、エッチングユニット３と
アンロードユニット５との間でウェーハ１４の搬送を行
う第４搬送コーニット２０が設けてある。

次に、エッチング処理について説明する。

先ず、本装置で処理されるウェーハ１４は第４図に示す
様に、シリコン基板２１上に酸化膜２２を介してＡ．Ｑ
−０．５％Ｃｕ−Ｓｔ膜２３が約１，ｕｍの厚さで形成
され，その上層にホトレジスト２４を約ｌ．５μｒｎ形
成して２００℃の熱処理が行われ、この上層に塗布ガラ
スＳＯＧ系の膜２５か０，１μｍ形威されており、最上
層に光、レーサ、Ｘ線、電子線描画によってパターンニ
ン９ クされたレジスｌ・マスク２ｆｉが形成されたちの゛ζ
ある。

ｒ’）エーハ１４か装填されたカセットを第１カセ・・
ｌ１〜受白１２に栽置し、該カセッ１〜から移載装置１
５によ−）て、一７エーハ１４をロードユ：ニツ１〜１
に移載する。ここでウェーハの表面月利は例にＡ．（１
−Ｃｕ−Ｓｔとする。

ゲー１へバルブ９，１０．１１を閉じた状態でゲートバ
ルブ７を開け、第１搬送ユニット１７でウェーハ１４を
真空搬送室６内に取込む。

ゲートバルブ７を閉し真空搬送室６内を排気し、所要の
真空にしてレジストエッチングユニット２内部へ搬送す
る。ゲートバルブ９を閉じ、酸素と塩素の混合ガスを供
給し、プラズマを発生させてウェーハを冷却しつつレジ
ストをエッチングする。エッチングの完了時期は発光モ
二夕処理装置等によりプラズマの発生状態により判定す
る２ エッチングか完了するとレジストエ・ソチングユニット
２内部を排気し、ゲートバルブ９を開１０ Ｇ′ｌ、第１搬送ユニッ１・１７てウェーハ１４を取出
し、更にゲートバルブ９を閉じる。次に、エッチングユ
ニッｌ−３のゲートバルブ１０を開き、第２１般送ユニ
ッｌ−１８によりレジストエッチング完了したウェーハ
１４をエッチングユニ・ソ１・３内に搬送する。ゲー１
〜バルブ１０を閉じ複数の塩素系ガスをｌｌ−給し、ウ
ェーハを冷却しつつプラズマエッチングする。エッチン
グ完了の時期は前述同様発光モニタ処理装置により判断
する。処理が完了するとエッチングユニット３内を排気
し、ゲートバルブ１０を開け、第２撮送ユニッＩ〜１８
てウ工一ハ１４を取出し、更にゲートバルブ１０を閉じ
る。次に、後処理ユニット４のゲー１−バルブ１１を開
き、第３ＩＷｉ送ユニット１９によりエッチング済のウ
ェーハ１４を後処理ユニット４に搬送する。

後処理ユごニツｌ〜４てルジス｝〜除去の０２プラズマ
を主とする処理と約２００”Ｃの加熱処理を行う。又、
該後処理ユニッ１・４では保護膜が形成される。この保
護膜は次の試料のレジスｌ・除去時に−緒に除去できる
ものがよく、反応力スとしてハイドロカーボン系のガス
を用いるとよい。

後処理が経ると、後処理ユニ・ソト４内部を排気し、ゲ
ー１へバルブ１１を開け、第３搬送ユニッ１・１９てウ
ェーハを取出し，ゲーｌ・バルブ１１を閉しる。ゲー１
へバルブ９，１０．１１を閉じた状態でゲー１〜バルブ
９を開ζラ、処理後のウェーハ１４を第４　ｍ　３−Ｘ
　ユニット２０でアンロードユニットＩｉ　７＼撤送す
る。冫ゝン１Ｖ−ドユニ・ソト５のウェーハ１４は第２
移載装置に土って第２カセット受台１３の力七ツ１〜へ
と移載される。

尚、ウェーハの処理は各ユニッｌ−へ順次送られるか、
レジス１へエッチング、エッチング、後処理の処理時間
か異なる場合には、ウェーハ待機ユニット２７を設ｃ′
ｌｌ．該ウェーハ待機ユニット２７にウェーハ１４を載
置して各処理間の時間差を解消する。

又、真空搬送室６の上流端、下流端のゲートバルブ７、
８を開く場合ウェーハ１４か各ユニット２，　３．　４
に装入されている状態で行い、ｒ′７エーハ１４かウェ
ーハ待機ユニッ１ヘ２７にある場合は開閉を行わず、一
・連の処理か完了する迄はウェーハ１４を大気に晒さな
い様にする。

勿論、スループットを向−ヒさせる為に、カセッ１〜受
台を減圧容器内に格納できる構造として、カセット毎に
処理する方式とずれば、上記ゲートバルブ７、８は開状
態のままにもできる。

而して、各エッチング処理を連続処理し、アンロードユ
ニット５より取出したウェーハについては２４時間大気
に晒しても腐食が観察されない。

尚、上記実施例中の被エッチング材料ＡＩＣＩＪ−Ｓｔ
であったか、Ｓｔ，ＰｏｌｙＳｉＳ　ｚ　Ｗ２等であっ
ても同様の効果がある。

又、実施例で用いた試料の被エッチング材料はＡＩ−Ｃ
ｕ−Ｓｉ単層であったが、二層膜として下地にＴｉＷ、
或はＷがある時には、塩素系の混合ガスだけではエッチ
ング効率が悪がったり、エッチングできないことかある
。即ち、ＴｉＷ，Ｗでは塩素系ガスではエッチング速度
１３ が極端に遅くなる，従って、これらの材料はフッ素系の
ガスでエッチングするのが良い，逆にフッ素系のガスで
はＡｆｆｌ　−Ｃｕ−ＳＬかエッチングできない。とこ
ろが、同じ処理室でＡ．ＧＣｕ−Ｓｔを塩素系混合ガス
でエッチングしたあとにガスを入替え、ＴｉＷ、あるい
はＷはフッ素系ガスで工・ソチングすると、塵埃が増加
する現象が見つかった。この為、塩素系とフッ素系ガス
をそれぞれ必要とする材料の組合せの場合には、処理室
を一つ増設してそれぞれ異なる処理室て行い、塵埃の増
加を防止する。個別の処理室で、ＡＪ−Ｃｕ−Ｓｉのエ
ッチングを行う時には、約８０℃に加熱してエッチング
し、Ｗは−５０゛Ｃでエッチングするとエッチング形状
および速度、選択比などのエッチング特性が優れている
。又、被エッチング材料かＳｔ．Ｐ　０　１　，ｙ　Ｓ
　ｉの場合には−１３０゜Ｃ近傍でエッチング特性か優
れている。

又、レジストエッチング、エッチング工程でウェーハを
冷却しているか、このウェーハ冷却１４ 手段として冫？ｉ体窒素と加熱ヒータとの組合せて温度
制御する方式、冷凍機と加熱ヒータとの５・１■合せ方
式が採用される。前者で６よ−１５０’Ｃから−８０℃
の温度調節に適しており、後者では８０゜Ｃから０゜Ｃ
の温度調節に適している。更に、後処理では冷却よりも
加熱のできる手段が必要で、常温から２５０℃の範囲で
可変できる加熱ｆ段を設けている。本実施例のような被
エッチング試料の温度を低くしてエッチングする低温エ
ッチングでは各柚ガスの吸着効率か高くなるので、特に
デポジションガスの流量や分Ｊ工を低くしても良い。実
際に試利温度を−１ｏＯ℃にしたとき、塩素系ガスを混
合せず、酸素プラスマｔ．６ｃ−１でも寸法シフ１〜の
ない加工が可能である。

デポジシミ｛ン性ガスの流量あるいは圧力を減らして同
様な効果が得られることは真空容器内壁の汚れを低減で
きるので、半導体製造装置として非常に有利となる。デ
ポジションガスの種類によって試料温度か効果的になる
値はそれぞれ異なること６よいうまてもない６ 第２図は、上述した各ユニットの他の配置例を示してお
り、レジス１・エッチングユニット２、エッチングユニ
ツ１・３、後処理ユニッｌ−／Ｉを真空搬送室６に対し
て放射状に連設したものであり、第３図は前記各処理ユ
ニット２，３．４を同一の真空搬送室ではなく分割した
真空搬送室６．６を介在させて連設したものである。

第２１２１、第３図中第１図中で示したものと同−のち
のにｔまｌ口ｊ符シ１をイ・１してある。

［−允明の効果１ 以上連べた如く、本発明によれば、被処理物の一連のエ
ッチングを大気に晒さず真空内で行うので腐食を防止し
得、加工精度の向上と、歩留りの向上か図れる。又、従
来の大気中での腐食防止のための後処理にくらべて、最
後に保護膜をつける腐食防ｌト方法はデポジション膜を
必要最小限に減らしており、次の工程の直前で簡単に除
去できること、また真空連続処理の効果でウェーハへの
汚れが極度に低減できることにより、信頼性の点におい
ても優れ発塵量低減効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図番よ、本発明を実施する装置の一例を示す構成図
、第２図は同前他の構成図、第３図は更に他の構成図、
第４図はウェーハの断面を示す説明図である。 １はロードユニット、２はレジストエッヂンクユニツ１
へ、３はエッチングユニット、４は後処理ユニット、６
　４ｉ真空搬送室、７，　８，９，　１０．　１１はゲ
ー１・バルブ、１７．　１８，　１９．２０は搬送ユニ
ット、２７はウェーハ待機ユニットを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）エッチングすべき薄膜の上層に多層のレジスト膜を
   形成し、最上層のレジストを光、レーザ、Ｘ線、あるい
   は電子線描画によってパターンニングした被処理物を、
   第１の処理ユニットに於いて放電を行うためのガスを導
   入してプラズマを発生させ、多層レジストをドライエッ
   チング加工し、その後真空内で搬送して第２の処理ユニ
   ットで被エッチング薄膜を所定の深さまでドライエッチ
   ングし、次に第３の処理ユニットまで真空搬送を行い、
   マスクパターンのレジストの除去と所定のプラズマ処理
   を行うことを特徴とする連続処理エッチング方法。 ２）被エッチング薄膜が複数の層で形成されていて、そ
   れぞれがフッ素系のガスあるいは塩素系のガスでなけれ
   ばエッチングできない膜の場合に、各エッチングを個別
   の処理ユニットで行う様にした請求項第１項記載の連続
   処理エッチング方法。 ３）第３の処理ユニットでレジスト除去を行うときに加
   熱処理を同時に行い、続いて保護被膜を形成するプラズ
   マ処理を行う請求項第１項記載の連続処理エッチング方
   法。 ４）保護被膜生成の為の反応ガスをハイドロカーボン系
   とした請求項第３項記載の連続処理エッチング方法。 ５）ゲートバルブを介しロード、アンロードユニットが
   気密に設けられた真空搬送室にレジストエッチングユニ
   ット、エッチングユニット、後処理ユニットをゲートバ
   ルブを介して気密に設け、真空搬送室内部にはウェーハ
   を搬送する搬送ユニットを設けた連続処理エッチング装
   置。 ６）レジストエッチングユニット、エッチングユニット
   にそれぞれ冷却手段を設け、後処理ユニットには加熱手
   段を設けた請求項第５項記載の連続処理エッチング装置
   。 ７）冷却手段として液体窒素と加熱ヒータを組合せを用
   いた請求項第６項記載の連続処理エッチング装置。 ８）冷却手段として冷凍機と加熱ヒータの組合せを用い
   た請求項第６項記載の連続処理エッチング装置。 ９）複数のエッチングユニットを有する連続処理エッチ
   ング装置。 １０）真空搬送室内部にウェーハの待機ユニットを設け
   た請求項第５項記載の連続処理エッチング装置。