JPS5812342B2 - 連続ドライエッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、連続ドライエッチング方法に関し、さらに詳
しく述べると、ウエハを１枚ずつエッチング室に送り込
んで連続的にドライエッチングを実施する、いわゆる枚
葉連続方式による連続ドライエッチング方法に関する。

従来から用いられているドライエッチング方法としてバ
ッチ式がある。

バッチ式のエッチング方法は、周知の通り、５〜２５枚
のウエハを短時間のうちに一度に処理してしまうという
利点を有している。

しかしながら、この方法は、ウエハの大口径化、ウエハ
間の均一性、エッチングの再現性及び精度、装置の自動
化及び省力化などのようなドライエッチング技術のかか
える多くの問題を十分に解決するに至っていない。

ところが、最近になつて、インラインとして全ラインの
自動化を行なうことも可能な新しいタイプの連続ドライ
エッチング方法がいくつか開発された。

そのなかの１つが、今本発明において問題としていると
ころの枚葉連続方式による連続ドライエッチング方法で
ある。

１枚葉連続方式“とけ、通常カセットに収納されている
ウエハを１枚ずつ取り出して連続的にエッチング室に送
り込み、エッチングの完了したウエハを順次別のカセッ
トに収納するエッチング方法を指している。

このようなインライン型の１枚処理あるいは１枚どりと
称される連続ドライエッチング方法は、ウエハの大口径
化に対処し得るばかりでなく、ウエハ間にばらつきがな
い、高精度のエッチングが可能である。

エッチングプロセス条件の調整が迅速かつ容易に可能で
ある、等の多くの利点を有している。

たゾ、この方法には、エッチング速度がおそくて１サイ
クルの処理時間がかなり長いという欠点があり、このこ
とは、バッチ式のエッチング方法に比較して処理量が僅
かであるということを示唆している。

従来のインライン型１枚処理方法において、その処理時
間が長いことにはエッチング室へのガス導入のＯＮ−Ｏ
ＦＦ動作に原因があると考えられる。

なぜなら、インライン型１枚処理方法は、一般的に、エ
ッチングを行なうたび毎にエッチング室へのガス導入の
ＯＮ−ＯＦＦ動作を繰り返しており、したがって、エッ
チングガスを導入し始めてからそのガスの流れが安定す
るまでの時間についてエッチングの開始をあし控えなけ
ればならず、また、エッチング完了後、使用済みのガス
を系外に排出する時間をとらなければならないからであ
る。

簡潔に言うと、エッチング工程毎のエッチング開始まで
の待ち時間とエッチング完了後におけるガス排出時間と
が処理量増加のネックとなっている。

上述のようなガス流量の安定化に原因する時間の無駄を
なくするため、インライン型１枚処理プロセスのすべて
を通じてエッチングガスをエッチング室に導入する解決
法も提案されておりかつ実際にそれ用の装置も市販され
ている。

しかしながら、この方法は、ウエハハンドリング（エッ
チング工程の前後にある工程）中にもエッチングガスを
導入することを必須の要件としており、使用するエッチ
ングガスが強い腐食性を有している時などにおいて問題
である。

例えばＣＣｌ４，ＢＣＩ，，ＰＣｌ３，Ｃｌ２，Ｂｒ２
，ＢＢｒ３などのような腐食性の強いガスをエッチング
ガスとして使用する場合、ハンドリングメカニズムの腐
食、故障などがひきおこされることは必至である。

もちろん、このようなたれ流し法（以下、エッチング室
に間断なくエッチングガスを導入する方法をこのように
呼ぶ）であっても、例えばＮ２ｔ０２，Ｈ２１Ａｒ，Ｈ
ｅ，ＣＦ４，Ｃ２Ｆａなどのような腐食性のないガスを
エッチングガスとして使用する限りにおいて何らの差し
障りもない。

本発明の目的は、腐食性の強いガスをエッチングガスと
して使用可能な、従来技術におけるような処理時間の無
駄を一切排除した改良された連続ドライエッチング方法
、特にインライン型１枚処理方法を提供することにある
。

本発明者は、上記した目的を達成すべく研究を行なった
結果、処理時間の延長はエッチングガスの導入開始直後
のガス流量の乱れに原因があるという事実に着目し、こ
の原因を消滅させることをもって処理量の増加及び腐食
性ガスの使用という本発明の２大目的を達成し得るとい
うことを見い出した。

すなわち、本発明は、エッチングガス源から連続的に供
給されてくるガスをエッチングの度ごとにエッチング室
に導入し、エツチンク以外の工程においては、ガスの連
続供給を停止させるなどしないで、未使用のま＼系外、
すなわち、エッチング装置外に排出することを特徴とし
ている。

本発明は、その好ましいｌ態様に従うと、エッチングに
供された使用済みのエッチングガスも未使用のま＼系外
に排出されるべきエッチングガスもそれを系外に排出す
る以前に適当なトラップを通過させるのが有利である。

エッチングガスは、そのま＼系外に排出されたとすると
環境汚染の原因ともなりかねないというものの、一度ト
ラップを通過させると、その殆んどが何らかの形でトラ
ップに捕集されてしまって系外に排出されるものはクリ
ーンな空気だけとなるであろう。

次に、添付の図面を参照しながら本発明を詳し《説明す
る。

第１図は、本発明による連続ドライエッチング方法を実
施するための装置の好ましい１態様を示した系統図であ
る。

ここでは、ウエハをＣＣｌ４ガス雰囲気でエッチングす
るインライン型１枚処理方法について説明する。

図中の１はエッチング室であり、この室の前後には、エ
ッチングの再現性を高めるため、ロードロツク室２及び
アンロードロツク室３がそれぞれ配設されている。

エッチング室１を真空に保って大気の侵入を防ぐととも
に各室の密閉を保証するため、各室のウエハ出入口には
それぞれ１個のゲートバルブ４，５，６及び７が設けら
れている。

カセット８に収納されているのは未処理のウエハであり
、これを順次室２，１及び３に案内して所定の処理を実
施し、そして処理後のウエハをカセット９に再び収納す
るために搬送ベルト１１，１２，１３及び１４ならびに
ハンドリングメカニズム１５及び１６が用いられる。

次に、エッチングガスであるＣＣｌ４ガスの流路につい
て説明する。

１７はＣＣｌ，ガスを充填したボンベであり、ここから
ＣＣｌ４ガスが連続的に供給されている。

なお、ここでは便宜上ボンベ１個によりＣＣｌ４ガス源
を説明したけれども、常温常圧下で液体であるＣＣｌ，
を乾燥ＣＣｌ４ガスに変えるためには伺らかのガス化機
構が必要であることを理解されたい。

ボンベ１７からの導管１Ｂ７途中にはマスフロー１９が
設けられていてエッチング室１への安定なＣＣｌ４ガス
流の供給を保証している。

なお、マスフロー１９の前後に配設されたバルブｖ３及
び■４は以下の説明のためのものであり、ここではどち
らも開放の状態にある。

エッチング室１内の所定位置にウエハ１０が置かれた時
、以下に説明する真空形成手段を用いて室内を真空にす
る。

この時、バルブ■１は閉じたま５であり、ＣＣｌ，ガス
は開放されたバルブ■２を通ってバイパス導管２０の方
向に流れている。

所定の真空度において、バルブＶ１を開くとともにもう
１つのバルブＶ２を閉じてエッチング室１にＣＣＩ，ガ
スを導入し、よって、ウエハ１０のドライエッチングを
実施する。

エッチング完了時、今までエッチング室１に流れていた
ＣＣｌ，ガスがバイパス導管２０の方向に流れるように
バルブ■，及び■２の切り換えを行なう。

その際、同時に、ニードルバルブ■，を開放し、メカニ
カルブースター２１によってエッチング室１の排気を行
なう。

なお、メカニカルブースター２１に代えて拡散ポンプ、
ターボモレキュラポンプ等を使用してもよい。

バイパス導管２０は、メカニカルブースター２１の下流
側に合流し、そしてトラップ２２に達する。

トラップ２２において犬部分のＣＣｌ４ガスを捕集され
た後のガスはロータリーポンプ２３によりダクト（図示
せず）を介して大気中に放出される。

なお、ロータリポンプ２３に並置された２４は、同じく
ロータリポンプであり、ロードロック室２及びアンロー
ドロツク室３を真空にする機能を有している。

図中の２５は、窒素ガスを充填したボンベであり、この
窒素でもって室２及び３を充満させることができる。

窒素は、大気中の水分などからウエハを保護ずるうえで
有効である。

図示の連続ドライエッチング方法の場合、１つのエッチ
ングサイクルを大別して４工程に分けることができる。

すなわち、下記の４工程：第１工程： ゲートバルブ４を開いてカセット８の未処理ウエハをロ
ードロツク室２（先の工程によりリークの状態にある）
に搬送すると同時に、同じくリークの状態にあるアンロ
ードロツク室３からエッチング処理済みのウエハを取り
出し（ゲートバルブＴは開放状態にある）、そしてカセ
ット９に収納する。

この間、エッチング室１ではウエハ１０のエッチング中
である。

第２工程： 前記第１工程において開放状態にあったゲートバルブ４
及び７を閉じ、そしてロード１ツク室２及びアンロード
ロック室３内をロータリーポンプ２４にようて真空とす
る。

ウエハ１０のエッチングがこの工程で完了する。

よって、室１０に導入されていたエッチングガス（ＣＣ
ｌ４）の流れ方向を切り換えてバイパス導管２０に流す
とともにメカニカルブースター２１によってエッチング
室１の室内を排気する。

したがって、この工程の最後の段階において、連続する
３つの処理室２，１及び３はすべて真空の状態にある。

第３工程： ゲートバルブ５及び６を開放し、ハンドリングメカニズ
ム１６によってエッチング室１内にあるエッチング処理
済みのウエハ１０を隣りのアンロードロツク室３に搬出
し、そして、その搬出と同時に、ロードロック室２内に
ある未処理のウエハ１０を隣りのエッチング室１に装入
する（ハンドリングメカニズム１５による）。

ウエハハンドリング完了後、今まで開放しておいたゲー
トバルブ５及び６を再び閉塞する。

なお、この説明から、本発明においてはハンドリングメ
カニズム１５及び１６とエッチングガスとが接触する機
会のないことが理解されるであろう。

第４工程： 今までバイパスさせていたエッチングガスを再びエッチ
ング室１に導入して前記第３工程において装入した未処
理のウエハ１０のエッチングを開始する。

同時に、ロードロック室２及びアンロードロツク室３の
真空をもれさせてこれらの室内をリークの状態とする。

さらに、これらの室内にボンベ２５からの窒素ガスを充
満させる。

ゲートバルブ４及び７はどちらも閉塞の状態にある。

引き続くドライエッチングサイクルは前記第１工程から
の繰り返しである。

第２図は、エッチング終了時から次のエッチング開始時
に至る一定時間についてエッチング室１内における圧力
の変化を示したグラフである。

なお、参考のため、下記の２方法についても同様の圧力
変化をグラフにプロットした。

ガス導入オンーオフ切換法： 一般的なインライン型１枚処理方法として先に述べた方
法であり、添付の第１図（バイパス導管２０及びバルブ
ｖ２は考慮せず）について説明すると、バルブｖ１は常
に開いておき、バルブ■３及び■４はエッチング終了時
に閉じ、そしてエツチング再開時に開く。

曲線２を参照されたい。たれ流し法： ％ｔ述べたように、エッチングガスをエッチング室に間
断なく導入する方法である。

添付の第１図（同じく導管２０及びバルブｖ２は考慮せ
ず）について説明すると、バルブｖｌ，ｖ３及びＶ４が
すべて常に開いている状態である。

曲線３を参照されたい。

なお、本発明方法における室内圧力の変化については曲
線１を参照されたい。

エッチング室１内における圧力の変化を測定するために
適用した条件は下記の通りである。

測定機器：ピラニゲージ エッチング室：容積約１０ｌ 図示の通り、たれ流し法（曲線３）では約０．２トルの
まト一定の圧力が継続した。

本発明方法（曲線１）とガス導入ＯＮ７０ＦＦ切換法（
曲線２）とは２０秒経過（ガス導入再開時）までほぼ同
じ真空排気速度を示した。

すなわち、５秒経過後、早くもエッチングガスの大半が
排気されてウエハハンドリングが可能となった。

もちろん、ハンドリングメカニズムがエッチングガスに
さらされたりロードロック室にガスが流れたりすること
はなかった。

ところが、２０秒経過後、エッチング再開町能となるや
否や千ツチングガスを再導入したにも拘らず、曲線２の
立ち上がりが異常で、圧力（流量）が安定するまで約２
５秒間の待ち時間が必要であった。

本発明方法（曲線１）の場合には、曲線２とは対照的に
、約５秒間の待ち時間でもって早くも圧力の安定が確か
められた。

Ｇッチング時間を３０秒間、ウエハハンドリング時間を
１５秒間として第２図のグラフのデーターから１枚のウ
エハの処理時間（秒）及び処理量（枚／ｈｒ）を求める
と、次表に記載のようになる。

上記データから、従来のオンーオフ切換法は本発明方法
及びたれ流し法に較べて著しく処理能力の劣ることが判
る。

さらにこの従来法（エッチングガス導入の直後に著しく
多量のガスがエッチング室に流れ込むので室内の塵埃が
まきあげられてウエハ表面に付着するという欠点を有し
ている。

たれ流し法は、みかけ上の処理能力にすぐれているとい
うものの、ウエハハンドリンク沖におけるハンドリング
メカニズム中エッチングガスとの接触及びロードロック
室内へのエッチングガスの流入が不可避であり、その結
果としてのメカニズムの故障、ロードロック室排熱系の
異常等を屡々ひきおこす。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による連続ドライエッチング方法を実
施するための装置の好ましい１態様を示した系統図、そ
して、第２図は、エッチング終了時から次のエッチング
開始時に至る一定時間についてのエッチング室内圧力の
変化を示したグラフである 図中、１はエッチング室、２はロードロック室、３はア
ンロードロツク室、８及び９はウエハカセット、１０は
ウエハ、そして１７はエッチングガスボンベである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ウエハを１枚ずつエッチング室に送り込んで腐食性
   の強いエッチングガスにより連続的にドライエッチング
   を実施する方法において、 エッチングガス源から連続的に供給されてくる腐食性の
   強いガスをエッチングの度ごとにエッチング室に導入し
   、エッチング以外の工程においては系外に排出すること
   を特徴とする連続ドライエッチング方法。