JPH0432226A

JPH0432226A - ドライエッチング装置

Info

Publication number: JPH0432226A
Application number: JP13703790A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村; Junichi Sato; 淳一佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-05-29
Filing date: 1990-05-29
Publication date: 1992-02-04

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〕本発明は異方性エツチングを行うのに適するドライエツ
チング装置に関し、特にそのスルーブツトの向上および
／または被処理基板の冷却温度範囲の拡大に関する。

〔発明の概要］本発明は、いわゆる低温ドライエツチングを行うための
ドライエツチング装置において、真空室内の試料台とカ
セット室との間で被処理基板を搬送する間に、搬入手段
もしくは搬出手段により該被処理基板の予備冷却もしく
は後加熱を行うことにより、枚葉処理におけるスルーブ
ツトの向上を図るものである。

また本発明は、上記試料台の冷却手段を複数の異なる冷
媒を独立に循環させ得る複数の冷却系統から構成するこ
とにより、あらゆる種類の被処理材料に対応すべく冷却
温度範囲の拡大を図るものである。

さらに本発明は、上述の搬入・搬出手段による予備冷却
および後加熱と複数の冷却系統による試料台の冷却とを
組み合わせることにより、枚葉処理におけるスループッ
トの向上と冷却温度範囲の拡大とを同時に図るものであ
る。

〔従来の技術〕

近年のＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等にみられるように高度に微
細化されたデザイン・ルールを存する半導体装置の製造
においては、選択比が高く、ダメージが少なく、アンダ
カット等の形状異常の発生が少ない異方性ドライエツチ
ング技術が不可欠のものとなっている。

最近の学会等では、ドライエツチング装置の試料台（ウ
ェハ設置電極）を液体窒素等の冷媒を用いて０℃以下に
冷却しながらエツチングを行うことによりラジカル反応
を凍結させ、低イオン・エネルギーにて異方性加工を達
成する低温エツチングが提案され、早期実用化が期待さ
れている。

しかしながら、この低温エツチングの実用化にあたって
は、まだ解決すべき問題も多い。

そのひとつに、温度安定化の所要時間の長さがある。す
なわち、常温で保存されているウェハを搬送して冷却さ
れた試料台上に載置しても、該ウェハが所要の温度まで
冷却されるには相当の時間が必要となる。また、処理後
に搬出して大気開放する際には、結露を防止する意味で
予めウェハを常温に戻すことが必要になるが、自然放置
による昇温ではやはり相当の時間を要する。これらの冷
却・昇温に要する時間は、実際にはウェハの処理時間以
上に長くなることも十分に考えられ、スループットの低
下が重大な問題になる虞れがある。

そこで、従来、かかる問題を解決するための技術が検討
されており、たとえば特開昭６４−２１９２６号公報に
は、基板カセットと冷却台を収容した冷却容器、および
基板カセットと加熱台を収容した加熱容器とが真空室に
それぞれ接続されてなる低温ドライエツチング装置が開
示されている。この装置によれば、基板は冷却容器内の
冷却台上で予備冷却された後に真空室へ搬送され、該真
空室にて所定の処理を施され、しかる後に加熱容器へ搬
送されて加熱台上で加熱されるので、スルーブツトが向
上する。

また、他の重要な問題に、被処理基板の冷却温度の選択
がある。低温ドライエツチングにおいては、被処理材料
層の種類により冷却温度を最適化することが必要である
。たとえば、ＳＦ＆ガスによるシリコン・トレンチ・エ
ツチングでは−１３０”ｃ、ＳＦ、ガスによるｎ′″型
多結晶シリコン層のエツチングでは一１２０°ｃ、ＳＦ
４−ＣＢｒＦｓ混合ガスによるｎ９型多結晶シリコン層
のエツチングでは一３０°ｃ、ＳＦ！ガスによるタング
ステン・シリサイド層のエツチングでは一９０’Ｃ，Ｓ
Ｆ、ガスによるタングステン層のエツチングでは一２０
°Ｃ１０、ガスによるフォトレジスト層のエツチングで
は一１２０°Ｃ程度の基板温度がそれぞれ最適とされて
いる。そのため、１台のドライエツチング装置であらゆ
る被処理材料層の処理を行うには、かかる広い温度範囲
にわたる冷却を可能とするための工夫が必要である。

たとえば、特開昭６３−２９１４２３号公報には、液化
ガスが導入された冷却容器上に試料台が配設され、さら
に基板と試料台とを密着保持する手段が具備されてなる
低温ドライエツチング装置が開示されている。この装置
によれば、上記冷却容器内における液化ガスの液面の高
低を調節すること、および基板と試料台との間の接触熱
抵抗が減少されることにより、０〜−１９６°Ｃと比較
的広い範囲で温度制御が可能とされている。

〔課題を解決するための手段〕

しかしながら、従来提案されている低温ドライエツチン
グ装置は、その構成が概して複雑で大規模であり、省コ
スト、省スペース等の観点から未だ実用性の高いものと
は言えない。

たとえば、上記特開昭６４−２１９２６号公報に開示さ
れる低温ドライエツチング装置は、真空室の前後に接続
された冷却容器および加熱容器の内部にそれぞれ冷却台
および加熱台を収容しており、装置の占有空間が大きい
。

また、上記特開昭６３−２９１４２３号公報に開示され
る低温ドライエツチング装置は、液化ガスを収容する冷
却容器が一定の容積を占めることはもちろん、該液化ガ
スの液面の高低を調節する手段も外部に必要となり、や
はり装置が大型化する。

そこで、本発明は、比較的簡単な装置構成にて効率の良
い予備冷却および後加熱を行うことが可能なドライエツ
チング装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、比較的簡単な装置構成にて被処理基
板の冷却温度の制御範囲を拡大することが可能なドライ
エツチング装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、」＝述の目的を達成するために鋭意検耐
を行ったところ、被処理基体を搬入または搬出する手段
に冷却機構または加熱機構を静電吸着機構と共に配設す
れば、比較的簡単な装置構成にて効率の良い予備冷却お
よび後加熱が可能となることを見出した。本願出願人は
、先に特願平２１９９４１号明細書において、ＣＶＤ等
の高温プロセス用装置とエツチング等の低温プロセス用
装置とを結ぶロードロック室や搬送系に冷却手段を設け
ることにより、スルーブツトを向上させた処理装置を提
案している。今回の発明はこれをさらに進展させ、低温
ドライエツチングに適合させるべく特別な工夫を施した
ものである。

また本発明者らは、被処理基体を載置する試料台の冷却
機構を、複数の異なる冷媒を独立に循環させ得る複数の
冷却系統から構成することにより、あらゆる種類の被処
理材料に対応すべく冷却温度範囲の拡大が可能となるこ
とを見出した。冷却系統を複数化することに関しては、
たとえば特開昭６３−２８４８２０号公報に、被処理基
体を載置する電極の内部に配設された複数の配管に冷却
水を導入することにより、基板温度の面内分布を低減さ
せたドライエツチング装置が開示されている。今回の発
明はこの技術に発想を得、さらに低温ドライエツチング
に適合させるべく特別な工夫を施したものである。

さらに本発明者らは、上述の工夫を組み合わせることに
より、極めて高性能を有するドライエツチング装置の提
供が可能となることを見出した。

本発明にかかるドライエツチング装置は、上述の知見に
もとづいて提案されるものである。

すなわち、本発明の第１の発明にかかるドライエツチン
グ装置は、真空室内に配設された試料台上で該試料台に
設けられた冷却手段により被処理基板を０℃以下に温度
制御しながら励起されたプラズマによる処理を行うドラ
イエツチング装置であって、前記真空室と真空下に接続
され処理前の複数の被処理基板を収容する第１のカセッ
ト室と、前記真空室と真空下に接続され処理後の複数の
被処理基板を収容する第２のカセット室と、前記被処理
基板の載置部に冷却機構と静電吸着機構とを具備し前記
第１のカセット室から前記試料台上へ被処理基板を順次
搬送する搬入手段と、前記被処理基板の載置部に加熱機
構と静電吸着機構とを具備し前記試料台上から前記第２
のカセット室へ被処理基板を順次搬送する搬出手段とが
設けられてなることを特徴とするものである。

本発明の第２の発明にかかるドライエツチング装置は、
真空室内に配設された試料台上で該試料台に設けられた
冷却手段により被処理基板を０℃以下に温度制御しなが
ら励起されたプラズマによる処理を行うドライエツチン
グ装置であって、前記試料台の冷却手段が複数の異なる
冷媒を独立に循環させ得る複数の冷却系統から構成され
ることを特徴とするものである。

さらに、本発明の第３の発明にかかるドライエツチング
装置は、前記第１の発明における試料台の冷却手段が複
数の異なる冷媒を独立に循環させ得る複数の冷却系統か
ら構成されてなることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の第１の発明にかかるドライエツチング装置によ
れば、被処理基体は搬入手段により第１のカセット室か
ら真空室に搬送される間に、該搬入手段に設けられた冷
却機構により予備冷却される。この冷却機構は被処理基
板の載置部に配設されている。しかも、被処理基板の載
置部には静電吸着機構が併設されているため、被処理基
板の裏面は全面的に均一に吸着されて接触熱抵抗が減じ
られた状態となり、真空中においても極めて効率的な冷
却が行われる。したがって、試料台に載置されてから所
定の温度に冷却されるまでの時間が大幅に短縮される。

処理後の被処理基板は搬出手段により第２のカセット室
へ搬送される間に、該搬出手段に設けられた加熱機構に
より後加熱される。この加熱機構は被処理基板の載置部
に配設されている。しかも、被処理基板の載置部には静
電吸着機構が併設されているため、被処理基板は真空中
においても極めて効率的に加熱されて常温に戻る。これ
により、結露の防止を目的とする後加熱が極めて速やか
に行われる。

したがって、本発明の第１の発明によればスルーブツト
の低下を招くことなく低温ドライエツチングの実施が可
能となる。

また、本発明の第２の発明では、試料台の冷却手段が複
数の異なる冷媒を独立に循環させ得る複数の冷却系統か
ら構成される。つまり、各冷却系統には冷却能力の異な
る冷媒を導入し、流量も任意に設定することができるの
で、冷媒の種類や流量比の組合せにより極めて広い温度
範囲にわたる冷却制御が可能となる。

さらに、本発明の第３の発明では、上述のような搬入手
段、搬出手段、および試料台用の複数の冷却系統が具備
されているので、スループットの向上と広い温度範囲に
わたる冷却制御がいずれも可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照しな
がら説明する。

第１図に、本発明を適用したドライエツチング装置の一
構成例を示す。

この装置は、被処理基体であるウェハ（４）に対する処
理が行われる真空室（１）の一端に、処理前の複数のウ
ェハ（４）を収納するカセット（５）を収容する第１の
カセット室（２）がゲートパルプ（１１）を介して接続
されており、また上記真空室（１）の他端に処理後の複
数のウェハ（４）を収納するカセット（６）を収容する
第２のカセット室（３）がゲートパルプ（１３）を介し
て真空下に接続された構成を有する。

上記真空室（１）内には、たとえば２系統の冷却系統Ａ
および冷却系統Ｂにより冷却されウェハ（４）を載置す
る試料台（７）と、上部電極（８）とが対向配置されて
おり、該試料台（７）と上部電極（８）との間に高周波
電界を印加することにより、励起されたプラズマによる
エツチングが行われるようになされている。

上記第１のカセット室（２）には、図中水平方向に移動
可能な搬入アーム（９）が配設されており、これが昇降
手段（１０）の動きと共に上下動可能に保持されたカセ
ット（５）の所定位置からウェハ（４）を順次取り出す
。取り出されたウェハ（４）は、上記搬入アーム（９）
のウェハ載置部（９ａ）に載置され、ここで冷却されな
がら開放されたゲートパルプ（１１）を通って真空室（
１）に搬入され、試料台（７）上に載置される。

上記搬入アーム（９）は、たとえば第２図に模式的に示
されるように、ウェハ載置部（９ａ）に静電吸着を可能
とするための内部電極（１５）を内蔵している。この場
合、ウェハ載置部（９ａ）を構成する材料としては、た
とえばアルミナ系セラミクスを使用することができる。

この材料の熱電導率はステンレスのそれに匹敵し、絶縁
物としては極めて大きいので、本発明のように迅速な冷
却を要する用途には好適である。第２図に示す例では、
上記内部電極（１５）側を正電位とし、ウェハ（４）内
において上記ウェハ載置部（９ａ）との接触面近傍に蓄
積される負電荷との間のクーロン力により該ウェハ（４
）が吸着保持されている。ただし、内部電極（１５）の
構成および接地様式は上述の例に限られるものではなく
、たとえば内部電極（１５）を櫛型もしくは双極型とし
てウェハ（４）側を接地しない構成も可能である。

さらに、この搬入アーム（９）には、外部冷却装置（図
示せず、）に接続される冷却パイプ（１６）が内蔵され
ており、ウェハ（４）の冷却が可能となされている。こ
の場合の外部冷却装置としては、たとえば比較的構成の
簡単なチラーを使用することができ、冷媒としてエタノ
ールを循環させれば−１００°Ｃ程度まで、またフロン
系冷媒（住友３Ｍ社製、商品名フロリナート等）を循環
させれば一７０°Ｃ程度までの冷却が可能である。

かかる搬入アーム（９）の構成によれば、ウェハ（４）
は静電吸着により極めて高い均一性および密着性をもっ
てウェハ載置部（９ａ）に密着保持され、真空中でも迅
速に予備冷却される。したがって、この後、ウェハ（４
）が試料台（７）上に載置されてから所定の温度まで冷
却されるまでの所要時間が短縮され、スループットが向
上する。

一方、上記第２のカセット室（３）には、図中水平方向
に移動可能な搬出アーム（１２）が配設されており、こ
れが処理の終了したウェハ（４）を試料台（７）から取
り出す、取り出されたウェハ（４）は、上記搬出アーム
（１２）のウェハ載置部（１２ａ）に載置され、ここで
加熱されながら開放されたゲートバルブ（１３）を通っ
て第２のカセット室（３）へ搬出され、昇降手段（１４
）の動きと共に上下動可能に保持されたカセット（６）
の所定位置へ収納される。

上記搬出アーム（１２）は、たとえば第３図に模式的に
示されるように、ウェハ載置部（１２ａ）に静電吸着を
可能とするための内部電極（１７）を内蔵しており、前
述の第２図の場合と同様にウェハ（４）を吸着保持して
いる。さらに、この搬出アーム（１２）にはヒーター（
１８）が内蔵され、ウェハ（４）の加熱が可能となされ
ている。

かかる搬出アーム（１２）の構成によれば、ウェハ（４
）は静電吸着により極めて高い均一性および密着性をも
ってウェハ載置部（１２ａ）に密着保持され、真空中で
も迅速に後加熱される。したがって、結露を防止するた
めにウェハ（４）を常温まで昇温させるための所要時間
が短縮され、スループットが向上する。

本発明では、さらに真空室（１）内の試料台（７）に複
数の冷却系統が配設されている。第４図（Ａ）および第
４図（Ｂ）に、冷却系統を２系統とした場合の試料台（
７）の模式的な上面図を２例示す。

第４図（Ａ）に示される試料台（７）は、たとえばエタ
ノールを冷媒とするチラー（図示せず、）から導出され
る第１の配管（１９）と、液体窒素を流通させる第２の
配管（２０）とが、互いに同心的な螺旋状に組み合わさ
れて配設されてなるものである。

エタノールおよび液体窒素は、図中、円形の試料台（７
）の外周側上部に位置する第１の配管（１９）の流入端
（１９ａ）および第２の配管（２０）の流入端（２０ａ
）からそれぞれ流入し、試料台（７）の中央部に達した
後、外周側下部に位置する第１の配管（１９）の流出端
（１９ｂ）および第２の配管（２０）の流出端（２０ｂ
）からそれぞれ流出するように循環せしめられている。

また第４図（Ｂ）に示される試料台（７）は、同様の冷
媒を使用するものであり、それぞれ櫛歯状に形成された
第１の配管（２１）と第２の配管（２２）とが互いに対
向して噛み合わされるように配設されてなるものである
。この場合、エタノールは第１の配管（２１）の流入端
（２１ａ）から流出端（２１ｂ）へ向けて、また液体窒
素は第２の配管（２２）の流入端（２２ａ）から流出端
（２２ｂ）へ向けてそれぞれ蛇行すしながら流通し、循
環されている。

これらの構成によれば、第１の配管（１９）　、　（２
１）および第２の配管（２０）　、　（２２）における
冷媒の流量が独立に制御可能であることにより、極めて
広い温度範囲にて冷却制御が可能となる。この場合の制
御は、蛍光ファイバー温度針等によるモニターを併用し
ながら行われることは言うまでもない。

なお、本発明における複数の冷却系統の配役様式はこれ
らの図面に示される例に限定されるものではなく、ウェ
ハ（４）面内の温度分布をできる限り均一とし得るもの
であれば各種の変形が可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
、低温ドライエツチングの前後における予備冷却および
後加熱が行われることにより、試料台上における被処理
基体の冷却、もしくは処理後の常温までの昇温に要する
時間が短縮され、スループットが向上する。かかる予備
加熱および後加熱は、静電吸着機構を備えた搬入手段お
よび搬出手段により行われるので、装置の大型化、複雑
化、高コスト化等を何ら招くものではない。

また、本発明では試料台の冷却手段が複数の冷却系統か
ら構成されていることにより、冷却温度範囲の拡大が容
易に図られ、あらゆる被処理材料の低温ドライエツチン
グに適用可能なドライエツチング装置を安価に提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したドライエツチング装置の一構
成例を示す要部概略断面図である。第２図は搬入手段の
一構成例を模式的に示す要部概略断面図である。第３図
は搬出手段の一構成例を模式的に示す要部概略断面図で
ある。第４図（Ａ）および第４図（Ｂ）は２系統の冷却
系統からなる冷却手段を有する試料台の一構成例および
他の構成例をそれぞれ模式的に示す上面図である。１　　　　・・・　真空室２　　　　・・・　第１のカセット室３　　　　・・・　第２のカセット室５．６９ａ、１２ａ１５、　１７１９、　２１２０、　２２ウェハカセット試料台搬入アーム搬出アームウェハ載置部内部電極冷却パイプヒーター第１の配管第２の配管第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空室内に配設された試料台上で該試料台に設け
られた冷却手段により被処理基板を０℃以下に温度制御
しながら励起されたプラズマによる処理を行うドライエ
ッチング装置において、前記真空室と真空下に接続され処理前の複数の被処理基
板を収容する第１のカセット室と、前記真空室と真空下
に接続され処理後の複数の被処理基板を収容する第２の
カセット室と、前記被処理基板の載置部に冷却機構と静
電吸着機構とを具備し前記第１のカセット室から前記試
料台上へ被処理基板を順次搬送する搬入手段と、前記被
処理基板の載置部に加熱機構と静電吸着機構とを具備し
前記試料台上から前記第２のカセット室へ被処理基板を
順次搬送する搬出手段とが設けられてなることを特徴と
するドライエッチング装置。
（２）真空室内に配設された試料台上で該試料台に設け
られた冷却手段により被処理基板を０℃以下に温度制御
しながら励起されたプラズマによる処理を行うドライエ
ッチング装置において、前記試料台の冷却手段が複数の異なる冷媒を独立に循環
させ得る複数の冷却系統から構成されることを特徴とす
るドライエッチング装置。
（３）前記試料台の冷却手段が複数の異なる冷媒を独立
に循環させ得る複数の冷却系統から構成されてなること
を特徴とする請求項（１）記載のドライエッチング装置
。