JP5410794B2

JP5410794B2 - 基板処理装置

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Publication number: JP5410794B2
Application number: JP2009063954A
Authority: JP
Inventors: 真士若林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: US20100236718A1; JP2010219266A; US9330950B2

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板に、成膜処理、エッチング処理等の処理を施すための基板処理装置に関する。

従来から、半導体装置の製造分野においては、半導体ウエハ等の基板は、フープ（ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod））等のキャリア（基板収納容器）内に複数（例えば２５枚）収納されて、搬送されている。

上記のＦＯＵＰのようなキャリアは、内部を密閉可能とされており、工程間を密封された状態で搬送される。一方、キャリアから基板を取り出して、基板に成膜処理やエッチング処理等を施す基板処理装置としては、基板に処理を施す処理モジュールと、キャリアが載置される搬出入ポートを有する搬送室と搬送室内に配置された搬送機構とを有する搬送モジュールを備えた構成の基板処理装置が知られている。また、搬出入ポートに載置されたフープ内に不活性ガス等を供給し、フープ内の雰囲気を置換するパージ機構を備えた基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１。）。

また、基板に処理を施す際に基板に付着した副生成物等の付着物が、処理前の基板に悪影響を与えることを回避するため、処理前の基板と処理後の基板との隔離及び付着物の除去を目的とし、処理済みの基板を一旦ストレージに収容する基板のストレージ技術も知られている。

特開２００３−４５９３３号公報

上記のとおり、従来の基板処理装置としては、フープ内に不活性ガス等をパージするパージ機構を有する基板処理装置が知られている。しかしながら、フープ内に不活性ガス等をパージしてフープ内の雰囲気を置換する技術では、フープ内に収容された複数（例えば２５枚）の基板（１ロット）の処理中、フープの前面の開口部が解放された状態となっている。このため、フープの前面の開口部から内部に大気が侵入し、ロットの最初に処理された基板は、ロットの最終の基板がフープに戻ってくるまでの間、長時間大気にさらされてしまい、大気中の水分等との不所望な反応が生じる場合がある。

また、処理後の基板を一旦ストレージに収容するストレージ技術においても、処理後の基板が大気にさらされるため、同様に大気中の水分等との不所望な反応が生じる場合がある。

例えば、フッ素を含むガスを用いて被エッチング層のプラズマエッチングを行い、被エッチング層の下層にある銅配線を露出させるプラズマエッチング処理を行った場合、フッ素を含む副生成物と大気中の水分とからフッ酸が発生し、銅配線を腐食させるおそれがある。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、処理済みの基板に付着した付着物が大気や大気中の水分と触れて不所望な反応が生じることを防止することのできる基板処理装置を提供しようとするものである。

請求項１の基板処理装置は、処理チャンバーの内部に基板を収容して所定の処理を施す処理部を具備した処理モジュールと、前記基板を複数収容して搬送されるキャリアが載置される搬出入ポートを有し内部が大気雰囲気とされた搬送室と、前記搬送室内に配置され前記搬出入ポートに載置された前記キャリアと前記処理モジュールとの間で前記基板を搬送する搬送機構とを有する搬送モジュールと、を備えた基板処理装置であって、前記搬送室と搬送口を介して連通され、内部に複数の基板を棚状に収容可能とされた基板収容室と、前記搬送口の部分において前記基板収容室内と前記搬送室内とを仕切る上下動可能なゲートと、前記基板収容室内にガスを供給するガス供給機構とを具備し、前記基板収容室に前記処理部で処理された処理済みの前記基板を収容するための基板収容部を有し、前記処理部で処理された処理済みの前記基板の少なくとも一部を、一旦前記基板収容室に収容した後、前記キャリアに収容するように構成されたことを特徴とする。

請求項２の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置であって、前記ゲートは、水平方向に延びたスリット状の開口からなる搬入搬出口を有し、前記ゲートを上下動させることによって前記搬入搬出口を搬入搬出位置に移動させ、前記基板収容室に対する前記基板の搬入搬出を行うよう構成されたことを特徴とする。

請求項３の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置であって、前記ガス供給機構は、前記基板収容室の背面側からガスを供給するよう構成され、前記ゲートと前記基板収納室との間に、前記ガス供給機構から供給されたガスを前記基板収納室外に流出させるためのガス流通用間隙が設けられていることを特徴とする。

請求項４の基板処理装置は、請求項１〜３いずれか１項記載の基板処理装置であって、前記搬出入ポートに載置された前記キャリア内に収容された前記基板のうち、少なくとも最後に処理された前記基板は、前記基板収容室を介さずに直接前記キャリア内に収容するよう構成されたことを特徴とする。

請求項５の基板処理装置は、請求項４記載の基板処理装置であって、前記キャリア内に収容された前記基板のうち最後の前記基板の処理中に、前記基板収容部内の処理済みの前記基板を、前記キャリアに搬送するよう構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、処理済みの基板に付着した付着物が大気や大気中の水分と触れて不所望な反応が生じることを防止することのできる基板処理装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を模式的に示す図。図１の基板処理装置の要部縦断面構成を示す図。図１の基板処理装置の要部縦断面構成を示す図。

以下、本発明の基板処理装置の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置として、半導体ウエハのプラズマエッチングを行うプラズマエッチング装置の全体構成を示す図である。図１（ａ）に示すように、基板処理装置１００は、大気中で半導体ウエハを搬送する１つの搬送モジュール２００に対して、複数（図１（ａ）の例では３つ）の処理モジュール３００が接続されて構成されている。

各処理モジュール３００は、処理チャンバーの内部に基板を収容して所定の処理、本実施形態ではプラズマエッチング処理を行う処理部３０１を夫々具備しており、これらの処理部３０１は、夫々ロードロックチャンバ３０２を介して搬送モジュール２００に接続されている。

搬送モジュール２００は、図２に示すように、内部を大気雰囲気とされた搬送室２０１を具備しており、この搬送室２０１内に半導体ウエハＷを搬送するための搬送機構２０２が配設されている。

また、図１（ａ）に示すように、搬送室２０１の処理モジュール３００とは反対側の側部には、半導体ウエハＷを収容したフープ（キャリア）Ｆが載置される搬出入ポート２０３が複数（図１（ａ）では２つ）設けられている。さらに、これらの搬出入ポート２０２と並ぶ位置に、基板収容部２１０が設けられている。

図２に示すように、上記基板収容部２１０は、搬送室２０１と搬送口２１１を介して連通され内部に複数の半導体ウエハＷを棚状に、すなわち、複数の半導体ウエハＷが各半導体ウエハＷの上下に間隔をあけて略平行に収容可能とされた基板収容室２１２を具備している。また、搬送口２１１の部分には、基板収容室２１２内と搬送室２０１内とを仕切る上下動可能なゲート２１３が設けられている。このゲート２１３には、水平方向に延びたスリット状の開口からなる搬入搬出口２１４が設けられている。

上記ゲート２１３に設けられた搬入搬出口２１４は、一度に１枚の半導体ウエハＷを搬入搬出するための最小限の大きさを有しており、その上下方向の開口幅は、例えば３０ｍｍから５０ｍｍ程度とされている。そして、ゲート２１３を上下動させることによって、この搬入搬出口２１４を、搬入搬出位置に移動させ、基板収容室２１２に対する半導体ウエハＷの搬入搬出を可能とするよう構成されている。なお、図２（ａ）は、ゲート２１３によって搬送口２１１を閉じた状態を示しており、図２（ｂ）は、ゲート２１３の搬入搬出口２１４を、搬入搬出位置に移動させ、搬送機構２０２の基板保持部を基板収容室２１２内に挿入して半導体ウエハＷの搬入搬出を行っている状態を示している。

また、基板収容部２１０には、基板収容室２１２の背面側から、基板収容室２１２内に不活性なガス（例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等、本実施形態では窒素ガス）を供給するガス供給機構２１５が設けられている。さらに、基板収容室２１２とゲート２１３との間には、ガス流通用間隙２１６が設けられている。そして、ガス供給機構２１５から基板収容室２１２内に供給された窒素ガスは、基板収容室２１２の背面側から基板収容室２１２内を横断して前面側のガス流通用間隙２１６から外部に流出するよう構成されている。これによって、基板収容室２１２内は、窒素ガス雰囲気に維持されるようになっている。

次に、図３を参照して処理モジュール３００の処理部３０１の構成について説明する。処理部３０１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり円筒形状に成形された処理チャンバー（処理容器）２を有しており、この処理チャンバー２は接地されている。処理チャンバー２内の底部にはセラミックスなどの絶縁板３を介して、半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられている。さらに、このサセプタ支持台４の上には、下部電極を兼ねたサセプタ（載置台）５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。

サセプタ支持台４の内部には、冷媒室７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導入管８を介して導入されて循環し冷媒排出管９から排出される。そして、その冷熱がサセプタ５を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷが所望の温度に制御される。

サセプタ５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に半導体ウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２を配置して構成されている。そして、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷを静電吸着する。

絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、静電チャック１１には、半導体ウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱が半導体ウエハＷに伝達され半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。

サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置された半導体ウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、例えば、シリコンなどの導電性材料から構成されており、エッチングの均一性を向上させる作用を有する。

サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、処理チャンバー２の上部に支持されている。上部電極２１は、電極板２４と、この電極板２４を支持する導電性材料からなる電極支持体２５とによって構成されている。電極板２４は、例えば、ＳｉやＳｉＣ等の導電体または半導体で構成され、多数の吐出孔２３を有する。この電極板２４は、サセプタ５との対向面を形成する。

上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されている。さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されている。処理ガス供給源３０から、プラズマエッチング処理のためのエッチングガスが供給される。

処理チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、処理チャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、処理チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開いた状態で、半導体ウエハＷを隣接するロードロックチャンバ（図１（ａ）に示したロードロックチャンバ３０２）との間で搬送する。

上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、２７〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数を印加することにより処理チャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができる。

下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は、第１の高周波電源４０より低い周波数の範囲を有しており、このような範囲の周波数を印加することにより、被処理基板である半導体ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は、例えば１〜２０ＭＨｚの範囲が好ましい。

上記構成の処理部３０１は、図１（ａ）にも示す制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。図３に示すように、制御部６０には、ＣＰＵを備え処理部３０１を含む基板処理装置１００の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース部６２と、記憶部６３とが設けられている。

ユーザインターフェース部６２は、工程管理者が処理部３０１を含む基板処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部６３には、処理部３０１で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース部６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、処理部３０１での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能な記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

上記構成の処理部３０１によって、半導体ウエハＷのプラズマエッチングを行う場合、まず、半導体ウエハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、図１（ａ）に示すロードロックチャンバ３０２から処理チャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置される。そして、直流電源１３から直流電圧が印加されることによって、半導体ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、排気装置３５によって、処理チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。

その後、バルブ２８が開放されて、処理ガス供給源３０から所定のエッチングガスが、マスフローコントローラ２９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の中空部へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を通って、図３の矢印に示すように、半導体ウエハＷに対して均一に吐出される。

そして、処理チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持される。その後、第１の高周波電源４０から所定の周波数の高周波電力が上部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界が生じ、エッチングガスが解離してプラズマ化する。

他方、第２の高周波電源５０から、上記の第１の高周波電源４０より低い周波数の高周波電力が下部電極であるサセプタ５に印加される。これにより、プラズマ中のイオンがサセプタ５側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。

そして、所定のプラズマエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー２内から搬出される。

上記構成の基板処理装置１００では、図２に示した搬送室２０１内の搬送機構２０２によって、次のように半導体ウエハＷを搬送して半導体ウエハＷのプラズマエッチング処理を行う。以下、図１（ａ）中左側の搬出入ポート２０３に載置されたフープＦから、フープＦ内に収容された複数（例えば２５枚）の１ロットの半導体ウエハＷを、中央の処理モジュール３００で処理する場合について説明する。

まず、図１（ａ）に矢印で示すように、搬出入ポート２０３に載置されたフープＦから、フープＦ内に収容された半導体ウエハＷを、図２に示した搬送機構２０２によって取り出し、中央の処理モジュール３００に搬送する（図１（ａ）に示す点線Ａ）。

上記中央の処理モジュール３００に搬送された半導体ウエハＷの処理が終了すると、処理済みの半導体ウエハＷを、搬送機構２０２によって、基板収容部２１０に搬送する（図１（ａ）に示す点線Ｂ）。

上記の搬送経路（Ａ，Ｂ）に従って、フープＦ内の半導体ウエハＷは、次々に処理され、処理済みの半導体ウエハＷは、基板収容部２１０内に収容される。基板収容部２１０内には、前述したガス供給機構２１５及びガス流通用間隙２１６による窒素ガスの流れが形成されている。また、半導体ウエハＷの搬入搬出を行う時以外は、基板収容部２１０の搬送口２１１は、ゲート２１３で覆われており（図２（ａ））、さらに、半導体ウエハＷの搬入搬出を行う時でさえ、搬入搬出口２１４を搬入搬出する位置に移動させることによって、基板収容部２１０の前面には半導体ウエハＷを一度に１枚のみ搬入搬出可能な最小限の大きさの開口しか形成されない（図２（ｂ））。

このため、基板収容部２１０内に搬送室２０１内の大気雰囲気が大量に侵入するようなことがなく、処理済みの半導体ウエハＷが長時間大気雰囲気に晒されることがない。これによって、処理モジュール３００による処理の際に半導体ウエハＷに付着した副生成物等の付着物が大気中の水分等と不所望な反応を起こすことを防止することができる。また、前面の蓋が開かれ、大きく開口したフープＦ内に窒素ガス等をパージする場合に比べて効率的に窒素ガス雰囲気の維持を行うことができ、必要とされる窒素ガス量も少なくすることができる。

例えば、処理モジュール３００において、フッ素を含むガスを用いて被エッチング層のプラズマエッチングを行い、被エッチング層の下層にある銅配線を露出させるエッチング処理を行った場合であっても、フッ素を含む副生成物と大気中の水分とからフッ酸が発生し、銅配線を腐食させるような事態が発生することを防止することができる。

上記のように、フープＦ内の半導体ウエハＷを、次々に処理し、最後の１枚の半導体ウエハＷを処理モジュール３００に搬送した後は、搬送機構２０２によって、基板収容部２１０内に収容した処理済みの半導体ウエハＷをフープＦに搬送する（図１（ａ）に示す点線Ｃ）。このように、フープＦへの処理済みの半導体ウエハＷの移載を開始した後は、フープＦへの窒素ガス等のパージを行ってもよい。

また、処理モジュール３００による処理が済んだ処理済みの最後の１枚の半導体ウエハＷは、基板収容部２１０へ搬送することなく、搬送機構２０２によって、直接フープＦに搬送する（図１（ａ）に示す点線Ｄ）。

なお、スループットを向上させるためには、最後の１枚の半導体ウエハＷを直接フープＦに搬送する時点で、それまでに処理を行った２４枚の処理済みの半導体ウエハＷが既にフープＦに収容された状態とすることが好ましい。このため、処理モジュール３００における処理時間と、搬送機構２０２による基板収容部２１０からフープＦへの処理済みの半導体ウエハＷの搬送時間との関係から、例えば、最後から２枚目の半導体ウエハＷの処理を開始した時点で基板収容部２１０からフープＦへの処理済みの半導体ウエハＷの搬送を開始したり、最後から３枚目の半導体ウエハＷの処理を開始した時点で基板収容部２１０からフープＦへの処理済みの半導体ウエハＷの搬送を開始するようにしてもよい。

例えば、処理モジュール３００における１枚の半導体ウエハＷの処理時間が１２０秒であり、基板収容部２１０からフープＦへの処理済みの半導体ウエハＷの搬送時間が１０秒の場合、最後から２枚目の半導体ウエハＷの処理を開始した時点で基板収容部２１０からフープＦへの処理済みの半導体ウエハＷの搬送を開始し、最後から２枚目の半導体ウエハＷ及び最後の１枚の半導体ウエハＷを処理している間に他の２３枚の処理済みの半導体ウエハＷを基板収容部２１０からフープＦへ移載し、最後から２枚目の処理済みの半導体ウエハＷ及び最後の１枚の半導体ウエハＷは、直接フープＦに搬送するようにすればよい。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、処理済みの半導体ウエハＷに付着した付着物が大気や大気中の水分と触れて不所望な反応が生じることを防止することができる。なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、処理モジュール３００は複数ではなく、単一の処理モジュール３００を具備した基板処理装置であってもよい。また、処理チャンバーは、プラズマエッチングを行うものだけでなく、例えば成膜を行う処理チャンバーを具備したものであってもよい。さらに、エッチングを行う処理チャンバーの場合、下部電極と上部電極に２種類の高周波電力を印加するものに限らず、下部電極に２種類の高周波電力を印加するタイプのもの、あるいは下部電極に１種類の高周波電力を印加するタイプのものなどあらゆるタイプの処理チャンバーに対して適用することができる。また、基板処理装置は、１０１のように、複数の処理モジュール３０１及びロードロックチャンバ３０２が接続可能な真空搬送モジュール３０３を具備する形態であってもよい（図１（ｂ））。また、基板収容部２１０は、搬送モジュール２００に接続されていればよく、搬出入ポート２０３と並ぶ位置でなくてもよい（図１（ｂ））。

１００……基板処理装置、１０１……基板処理装置、２００……搬送モジュール、２０１……搬送室、２０２……搬送機構、２０３……搬出入ポート、２１０……基板収容部、２１１……搬送口、２１２……基板収容室、２１３……ゲート、２１４……搬入搬出口、２１５……ガス供給機構、２１６……ガス流通用間隙、３００……処理モジュール、３０１……処理部、３０２……ロードロックチャンバ、３０３……真空搬送モジュール、Ｗ……半導体ウエハ。

Claims

処理チャンバーの内部に基板を収容して所定の処理を施す処理部を具備した処理モジュールと、
前記基板を複数収容して搬送されるキャリアが載置される搬出入ポートを有し内部が大気雰囲気とされた搬送室と、前記搬送室内に配置され前記搬出入ポートに載置された前記キャリアと前記処理モジュールとの間で前記基板を搬送する搬送機構とを有する搬送モジュールと、
を備えた基板処理装置であって、
前記搬送室と搬送口を介して連通され、内部に複数の基板を棚状に収容可能とされた基板収容室と、
前記搬送口の部分において前記基板収容室内と前記搬送室内とを仕切る上下動可能なゲートと、
前記基板収容室内にガスを供給するガス供給機構と
を具備し、前記基板収容室に前記処理部で処理された処理済みの前記基板を収容するための基板収容部を有し、
前記処理部で処理された処理済みの前記基板の少なくとも一部を、一旦前記基板収容室に収容した後、前記キャリアに収容するように構成された
ことを特徴とする基板処理装置。
請求項１記載の基板処理装置であって、
前記ゲートは、水平方向に延びたスリット状の開口からなる搬入搬出口を有し、
前記ゲートを上下動させることによって前記搬入搬出口を搬入搬出位置に移動させ、前記基板収容室に対する前記基板の搬入搬出を行うよう構成されたことを特徴とする基板処理装置。
請求項１又は２記載の基板処理装置であって、
前記ガス供給機構は、前記基板収容室の背面側からガスを供給するよう構成され、
前記ゲートと前記基板収納室との間に、前記ガス供給機構から供給されたガスを前記基板収納室外に流出させるためのガス流通用間隙が設けられていることを特徴とする基板処理装置。
請求項１〜３いずれか１項記載の基板処理装置であって、
前記搬出入ポートに載置された前記キャリア内に収容された前記基板のうち、少なくとも最後に処理された前記基板は、前記基板収容室を介さずに直接前記キャリア内に収容するよう構成されたことを特徴とする基板処理装置。
請求項４記載の基板処理装置であって、
前記キャリア内に収容された前記基板のうち最後の前記基板の処理中に、前記基板収容部内の処理済みの前記基板を、前記キャリアに搬送するよう構成されたことを特徴とする基板処理装置。