JPH04174511A - 基板処理装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、基板処理装置に関する。

（従来の技術） 半導体集積回路の微細パターンの形成は、−般に露光お
よび現像によって形成された有機高分子のフォト丁シス
ト膜をマスクとして用い、半導体ウェハ上に形成された
下地膜をエツチングすることにより行われる。そして、
エツチング過程を経た後に上記マスクとして用いられた
フォトレジスト膜を半導体ウェハの表面から除去する。

上記エツチング処理の装置例としてプラズマエツチング
装置が実用され、またフォトレジスト膜除去装置例とし
てアッシング装置が実用されている。

また、近年における超微細エツチングプロセスにおいて
は、最初に異方性エツチングを行い１次に等方性エツチ
ングを行い前工程のダメージの除去をおこなっている。

　　（ＳｏＩｌｉｄ　５ｔａｔｅ　ＴｅｃｈｎｏＱｏｇ
ｙ／日本版／３月、　１９８５．　Ｐ７５）（発明が解
決しようとする課題） しかしながら、従来の工程においては、異方性エツチン
グ、等方性エツチング、アッシングのそれぞれの工程を
単独の装置で行い、各工程間は半導体ウェハを搬送する
とともに各装置に対して該ウェハの搬入搬出をおこなっ
ているが、クリーンルーム内といえども大気に接触する
ことで、大気中に存在する微細な塵、不純物、水分等が
該つエバに付着し、パターンの欠陥や処理再現性等に問
題が発生するのは避けがたい。特にメタルエツチングプ
ロセスにおいては、メタルエツチング工程からレジスト
エツチング工程までの間に半導体ウェハが大気にふれる
と、該ウェハ上に微量含まれる塩素系エツチングガス残
渣は大気中の水分と反応しメタル層を腐食させ、この腐
食を取り除かなければ次の工程に進むことはできなかっ
た。

上記の問題を解決するために、特開昭６２−６９６１９
、特開昭６３−３９６７６等に示されるような複数の処
理チャンバーと大気より遮断された搬送路を具備する装
置が提案さているが、いずれも単一処理専用チャンバー
を組み合わせたものであり近年の処理プロセスに適用す
ると装置が複雑化、大型化してしまう問題があった。

本発明は、上述の従来の事情に対処してなされたもので
、半導体ウェハが微細な塵、不純物、水分等の影響を受
けずに、効率よくエツチング、アッシングなどの処理が
できる基板処理装置を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（ｍ１題を解決するための手段） すなわち本発明は、少なくとも２つ以上の基板処理チャ
ンバーを備えた基板処理装置において、各基板処理チャ
ンバーの相互間の被処理基板の搬入搬出を大気外で行う
ロードロック室と、基板処理チャンバーの内少なくとも
１つは等方性プラズマエツチング機能とレジストアッシ
ング機能を両有することを特徴とする基板処理装置をえ
るものである。

（作　用） 本発明の基板処理装置では、複数の処理チャンバーの内
少なくとも１つの処理チャンバーに等方性プラズマエツ
チング機能とレジストアッシング機能が両有されている
ので、他の処理チャンバーに異方性エツチング機能をも
たせることができるので少なくとも２つの処理チャンバ
ーで近年のエツチングプロセスと次の工程であるところ
のレジストアッシングプロセスをウェハを大気にさらす
こと無く行うことが可能であり、ウェハの歩留りの向上
と装置の簡素化、小型化が可能となる。

（実施例） 以下、半導体装置の製造に適用した本発明の一実施例の
基板処理装置について図面を参照して説明する。この半
導体装置の製造プロセスは、エツチング処理、アッシン
グ処理を順次行うものである。

すなわち、第１図（Ａ）に示す如く、被処理体である半
導体ウェハ１上にマスク層２を形成する。

次いで、マスク層２上に所定パターンのレジスト膜３を
被着する。

次に、第１図（Ｂ）に示す如く、レジスト膜３をマスク
にして露出したマスク層２に処理速度の早い異方性エツ
チングを施す。異方性エツチングを行うと、方向性イオ
ンの衝撃等による損傷部４が半導体ウェハ１の露出面に
形成される。

そこで、次に、第１図（Ｃ）に示す如く、レジスト膜３
及びパターニングされたマスク層２をマスクにして等一
方性エツチングを施し、損傷部４の取り除きを行ってい
る。

然る後、次に、第１図（Ｄ）に示す如く、アッシング処
理によってレジスト膜３を除去する。

第２図は、このようなエツチング処理及びアッシング処
理を行う基板処理装置の斜視図、第３図は、同基板処理
装置の平面図である。図中１２は、被処理体の半導体ウ
ェハ１を収納する収納部である。収納部１２の近傍には
、収納部１２から半導体ウェハ１を搬出入するための搬
送部１３が設けられている。搬送部１３の近傍には、搬
送されてきた半導体ウェハ１を正しく位置合わせするた
めのアライメント部１４が設けられている。これら収納
部１２、搬送部１３及びアライメント部１４によりロー
ダ・アンローダ部が構成されている。また、ローダ・ア
ンローダ部の近傍には、アライメント部１４で位置合わ
せされた半導体ウェハ１にエツチング、アッシングの各
処理を施す処理部１５が設けられている。

これらの各部は、操作部１６によってその動作設定及び
モニタ等を行うようになっている。

次に、ローダ・アンローダ部を構成する収納部１２、搬
送部１３及びアライメント部１４について、さらに詳細
に説明する。

収納部１２は４図示しない昇降機構によってカセット載
置台１８を昇降自在に設けている。カセット載置台１８
には、ウェハカセット１７が載置されるようになってい
る。ウェハカセット１７は、例えば２５枚の半導体ウェ
ハ１を、その肉厚方向に沿って所定間隔で積載した状態
で収容するようになっている。なお、昇降機構は、防塵
対策の観点からカセット載置台１８の下方に常設するの
が好ましい。

搬送部１３には、収納部１２とアライメント部１４およ
び処理部１５間で、半導体ウェハ１の搬送を行う多関節
ロボット１９が設けられている。

多関節ロボット１９には、例えば真空吸着機構からなる
保持機構を備えたアーム２０が設けられている。アーム
２０は、半導体ウェハ１が重金属によって汚染するのを
防止するために、セラミックや石英のような材料によっ
て形成されている。そして、多関節ロボット１９は、−
点を軸として回転自在であり、さらに水平−軸方向へも
移動可能′＆ニなっている。搬送部１３より搬送された
半導体ウェハ１の位置合わせを行うアライメント部１４
には、バキュームチャック２１が設けられている。

バキュームチャック２１は、円板状の内チャック及びこ
の内チャックの外周と所定の間隔を設けた円環状の外チ
ャックとで構成されている。内チャックは、内チャック
の中心を軸とした回転及び上下動が可能である。外チャ
ックは、水平−軸方向へ移動可能となっている。また、
内チャックには、その中心方向に移動可能なウェハ外周
端部を検出するセンサーが設けられている。センサーは
、例えば透過型センサーで構成されている。

アライメント部１４で位置合わせされた半導体ウェハ１
は、処理部１５によって所定の処理を施されるようにな
っている。処理部１５には、エツチング処理する第１処
理室２２（第４図にて後述する）内に、気密を保ちなが
ら半導体ウェハ１を搬送可能な例えばイン側のロードロ
ック室２３及び中間ロードロック室２４の２系統が設け
られている。

また、中間ロードロック室２４には、第２処理室２５（
第５図にて後述する）が接続されている。第２処理室２
５は、第１処理室２２で処理された後の半導体ウェハ１
に、等方性エツチングとレジストアッシング等の処理を
行うようになっている。

イン側ロードロック室２３には、アライメント部１４側
の一側面に半導体ウェハ１の搬入口を形成するようにし
て、開閉機構２６ａが設けられている。

開閉機構２６ａの対向面には、第１処理室２２との遮断
を可能にする開閉機構２６ｂが設けられている。

イン側ロードロツタ室２３には、アライメント部１４か
ら第１処理室２２へ半導体ウェハ１の受は渡しを行うハ
ンドリングアーム２７ａが設けられている。

中間ロードロック室２４には、第１処理室２２側の側面
に、第１処理室２２との遮断を可能にする開閉機構２８
ａが設けられている。開閉機構２８ａと隣接する第２処
理室２５の側面には、第２処理室２５との遮断を可能に
する開閉機構２Ｂｂが設けられている。

中間ロードロック室２４には、第１処理室２２から第２
処理室２５へ半導体ウェハ１の受は渡しを行うハンドリ
ングアーム２７ｂが設けられている。

尚、各ロードロツタ室２３．２４には、例えばロータリ
ーポンプからなる真空排気機構が接続されている。ロー
ドロック室２３．２４にはＮ２ガスのような不活性ガス
を導入可能なパージ機構が設けられている。

第１処理室２２は、第４図に示す如く、アルミニウム製
で形成されている。第１処理室２２の内部は、表面をア
ルマイト処理した円筒状体に形成されている９第１処理
室２２の下方には、昇降機構２９に連設した下部電極体
３０が昇降自在に設けられている。

下部電極体３０は、例えばアルミニウム製の平板状の表
面にアルマイト処理を施して構成されている。下部電極
体３０には、鉛直方向に貫通した例えば４個の貫通口（
図示せず）が形成されている。

貫通口には、冷却ガス流導管が接続されている。

冷却ガス流導管は、下部電極体３０の表面に形成された
開口（図示せず）に連通している。開口は、半導体ウェ
ハ１周縁部に対応した下部電極体３０の表面部分に、例
えば１６個の開配が設けられている。

これら開口及び貫通口を介して半導体ウェハ１８面に、
例えばヘリウムガスのような冷却ガスを自在に供給する
ように、第１処理室２２下部に冷却ガス導入管が設けら
れている。冷却ガス導入管は、図示しない冷却ガス供給
源に接続されている９また、第１処理室２２の側壁に接
続した排気管４４を介して排気装置により、第１処理室
２２内部の排気ガスを自在排気するようになっている。

排気装置は、例えばターボ分子ポンプとロータリーポン
プを連続的に接続したものを使用する。

下部電極体３０と対向した第１処理室２２の上部には、
上部電極体４７が設けられている。上部電極体４７は、
例えばアルミニウム部材の表面にアルマイト処理を施し
たもののような導電性材料で形成されている。上部電極
体４７は、冷却手段を備えている。

上部電極体４７の下面には、例えばアルファモスカーボ
ン製の上部電極５０が、上部電極体４７と電気的に接続
した状態で設けられている。上部電極５０と上部電極体
４７との間には、僅かに空間５１が形成されている。空
間５１には、ガス供給管５２が接続している。ガス供給
管５２は、第１処理室２２の外部のガス供給源５５から
図示しない流量讃整器を介して反応ガス及びキャリアガ
スを、空間５１に自在に供給するようになっている。流
量調整器は、例えばマス・フローコントロール器によっ
て構成されている。反応ガスとしては、例えばＣＨＦ、
やＣＦ４等が使用される。また、キャリアガスとしては
１例えばＡｒやＨｅ等が使用される。

そして、空間５１で拡散された反応ガス等を、上部電極
５０を介して第１処理室２２内部へ流出するように、上
部電極５０に複数の孔５４が形成されている。

上部電極体４７と下部電極体３０に高周波電力を印加す
るように、高周波電源５７が整合回路（図示せず）を介
して設けられている。

第２処理室２５には、第５図に示すように、２段式の円
筒形の処理容器６０が設置されている。

処理容器６０の円筒部の上段外部には、電極６８が設け
られている。電極６８は、整合回路を介して例えば１３
．５６ＭＨｚで発振する高周波電源袋［６９に接続され
ている。処理容器６０の内部には、例えば真空チャック
等により半導体ウェハ１を吸着保持する載置台６３が配
置されている。載置台６３は、温度制御装置６４によっ
て温度制御されるようになっている。すなわち、載置台
６３は、ヒータ６５および冷却装置６６によって制御さ
れる冷却水循環配管６７を内蔵している。そして、載置
台６３は、昇降装置Ｉ７３により上下に移動自在に構成
されている。

処理容器６０の上部には、気体流量調整器７１を介して
処理ガス供給源７２が接続されている。処理容器６０の
下部には、載置台６３の中央部から周辺部へガスが流れ
るように構成された排気口（図示せず）が設けられてい
る。このガスは、排気路を通して排気装置［６１、さら
にパージガス供給源（図示せず）に接続されている。

そして、上述のように構成された各機構の動作設定及び
ウェハ処理状態を監視するようにして操作部１６が設け
られている。操作部１６は、マイクロコントローラから
なる図示しない制御部及びメモリ一部及び入出力部によ
って構成されている。また、操作部ｍよ、例λばＣ言語
によるソフトウェアが適用される。

次に、上述のように構成された基板処理装置のエツチン
グ処理の際の動作作用について説明する。

まず、オペレーター又はロボットハンド等によりロード
用カセット載置台１８に、半導体ウェハ１を例えば２５
枚収納したウェハカセット１７を載置する。そして、ア
ンロード用のカセット載置台１８に空のウェハカセット
１７を載置する。そして、昇降機構によりウェハカセッ
ト１７を上下動して半導体ウェハｌを所定の位置に設置
する。これと同時に多関節ロボット１９をロード用ウェ
ハカセット１７側に移動して所定位置に設定する。そし
て、多関節ロボット１９のアーム２０を所望の半導体ウ
ェハ１の下面に挿入する。

次に、カセット載置台１８を所定量だけ下降して所望の
半導体ウェハ１をアーム２０によって支持した状態で、
このアーム２０をウニバカセット１７がら掃出する。そ
して、このアーム２０により支持した半導体ウェハ１を
、プリアライメント部１４のバキュームチャック２１上
に搬送して載置する。

ここで、半導体ウェハ１の中心部とその側面に形成され
たオリエンテーションフラット面を基準にして半導体ウ
ェハ１の位置合わせをする。この時すでに、イン側ロー
ドロツタ室２３には不活性ガスとして例えばＮ２ガスを
導入し加圧状態としておく。そして、Ｎ２ガスを導入し
ながらイン側ロードロツタ室２３の開閉機構２６ａを開
口する。次いで、ハンドリングアーム２７ａにより位置
合せされた半導体ウェハ１をイン側ロードロック室２３
に搬送する。その後、開閉機構２６ａを閉鎖する。

イン側ロードロック室２３内を所定の圧力例えばＩ　Ｘ
　１０””Ｔｏｒｒに減圧する。この状態でイン側ロー
ドロック室２３の開閉機構２６ｂを開口する。そして、
ハンドリングアーム２７ａによって半導体ウェハ１を第
１処理室２２へ搬入する。この搬入動作により、昇降機
構２９の駆動により下部電極体３０の上端部で半導体ウ
ェハ１を載置して停止状態とする。この後、ハンドリン
グアーム２７ａをイン側ロードロック室２３に収納し、
開閉機構２６ｂを閉鎖する。そして、第１処理室２２内
の下部電極体３０を例えば下部電極体３０で半導体ウェ
ハ１を載置するように、昇降機構２９の駆動により上昇
する。これにより、下部電極体３０と上部電極５０との
ギャップが所定の間隔例えば６〜２０ｍ＋に設置される
。

そして、上述の動作中排気制御しておき、所望のガス流
及び排気圧に設定されているか確認する。

その後、第１処理室２２内を０．１〜３　Ｔｏｒｒに保
つように排気制御しながら反応ガスである例えばＣＩ（
Ｆ３を１１００５ＣＣやＣＦ４ガス１１００５ＣＣ及び
、キャリアガスである例えば）ｌｅガスを１１００５Ｃ
ＣやＡｒガス１１００５ＣＣ等をガス供給源から、ガス
供給管５２を介して上部電極体４７の空間５１により均
等整流させる。そして、上部電極５０と下部電極３０と
の間に例えば３８０に−の周波数で高周波電力を印加し
て反応ガスをプラズマ化し、このプラズマ化した反応ガ
スによって半導体ウェハ１に例えば異方性エツチングを
施す。

そして、この処理の終了に伴い第１処理室２２内の反応
ガス等を排気しながら、下部電極３０を下降し、中間ロ
ック室２４と第１処理室２２の圧力を同程度にしたのち
、開閉機構２３ａを開口する。

次に、中間ロードロック室２４に設けられたハンドリン
グアーム２７ｂを第１処理室２２に挿入する。

そして、半導体ウェハ１をハンドリングアーム２７ｂに
よって中間ロードロック室２４に収納し、開閉機構２８
ａを閉鎖する。

この時すでに第２処理室２５及び処理容器６０は中間ロ
ードロック室２４と同程度に減圧されている。

そして、開閉機構２８ｂを開口し、ハンドリングアーム
２７ｂにより半導体ウェハ１を第２処理室２５内の処理
容器６０の載置台６３へ載置する。そして、開閉機構２
８ｂを閉鎖する。

載置台６３上に載置された半導体ウェハ１を吸着保持す
る。そして、昇降装置７３によって載置台６３を上昇さ
せて、所定の位置に半導体ウェハ１を設置する。

半導体ウェハ１が載置台６３上に載置されると、排気装
置６１により処理容器６０内を減圧して所定の圧力にす
る。そして、処理ガス供給源７２から供給されるエツチ
ングガスである例えばフロン１４（ＣＦ、）と酸素（０
，）の混合ガス等を気体流量調整器７１によって流量調
整する。そして、この混合ガス等を処理容器６０内に流
入させると同時番、コ、高周波型＠６９により例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を電極６８に印加し、エツ
チングガスを電極６８の付近でプラズマ化させる。さら
に、プラズマ化されたエツチングガスを処理容器６０内
の半導体ウェハ１に供給し、等方性エツチング処理を行
う。この時、載置台６３は冷却装置６６から冷却水循環
配管６７を循環する冷却水等により温度制御される。

等方性エツチング処理を終了させると処理容器６０内に
パージガス等を流入、排気させ、エツチングガスを処理
容器６０の外へ徘呂させて、次にレジストアッシング処
理に移る。

まず、載置台６３内に内蔵されたヒータ６５を温度制御
装置６４によって制御し、載置台６３の温度を例えば３
００℃程度に設定して半導体ウェハｌを加熱する。

そして処理ガス供給源７２から酸素ガスを、その流量が
例えば３００〜１５００ＳＣＣＭ程度となるように気体
流量調整器７１によって調整して処理容器５０へ送る。

そして、等方性エツチングの時と同様に、高周波電力を
印加して酸素ガスの一部をオゾンとし、オゾンを含有す
るレジストアッシングガスとして半導体ウニハ１に向け
て流出させる。

この時、排気装置６１により例えば処理容器６０内の気
体圧力が２００〜２０００ｍＴｏｒｒ程度の範囲になる
ように圧力制御されながらこれを排気される９このとき
レジストアッシングガスは、半導体ウェハ１の中央部か
ら周辺部へ向かうガスの流れを形成する。

ここでオゾンは、加熱された半導体ウェハ１及びその周
囲の雰囲気により加熱され、分解されて。

酸素原子ラジカルを多量に発生する。そして、この酸素
原子ラジカルが、半導体ウェハ１の表面に被着されたフ
ォトレジスト膜と反応して、レジストアッシングが行わ
れフォトレジスト膜が除去される。

尚、処理容器上部の電極部で生成されたオゾンの寿命は
温度に依存し、温度が高くなるとオゾンの分解は促進さ
れ、その寿命は急激に短くなる。

しかし、オゾンが分解して発生する酸素原子ラジカルに
よる酸化反応を利用して行うレジストアッシング処理中
における半導体ウェハ１の温度は、１５０〜３００℃程
度に加熱することが望ましい。

このようにしてエツチング、レジストアッシングが終了
した後に、パージガスを処理容器６０内に容器外圧と同
等になるまで流入させた後に開閉機構２５ａを開口する
。

次に、予め所定の位置に多関節ロボット１９を移動して
おき、この多関節ロボット１９のアーム２０を第２処理
室２５へ挿入し、アーム２０上に半導体ウェハ１を吸着
載置する。そして、アーム２０を搬出し、第２処理室２
５の開閉機構２５ａを閉鎖すると同時に、多関節ロボッ
ト１９を所定の位置に移動しながら１８０度回転し、空
のカセット１７の所定の位置に半導体ウェハ１を、アー
ム２０により搬送収納する。

このような一連の動作をカセット１７に収納されている
半導体ウェハ１について行う。

本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく基板
処理の各工程間において、被処理基板の大気との接触に
不具合の生じる工程間に同様な装置を具現化することが
できる。

また、実施例では、エツチング処理部とアッシング処理
部を隣接した処理部内で大気と非接触の状態でエツチン
グ処理とアッシング処理を順次行うものについて説明し
たが、この他にもエツチング処理機構とアッシング処理
機構を兼ね備えた処理部を設けて、エツチング処理とア
ッシング処理を同時に行うようにしても良いことは勿論
である。

また、半導体ウェハに限らず、液晶ＴＶなどの画面開示
装置などに用いられるＬＣＤ基板等を被処理体に採用し
ても良い。

〔発明の効果〕

以上の詳述したように、この実施例によれば、近年のエ
ツチングプロセスと次工程であるレジストアッシングプ
ロセスを単一の装置で、しかも、半導体ウェハを大気に
さらすことなく処理できる。

このため、半導体ウェハの処理歩留りが向上するととも
に、設備等の設置面積の効率も達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の使用例説明図、第２図は本発明基
板処理装置の一実施例を説明するための構成図、第３図
は第２図の第１処理室構成の説明図、第４図は第２図の
第２処理室構成の説明図である。 １・・・半導体ウェハ　　２２・・・第１処理室２３・
・・イン側のロードロック室 ２４・・・中間ロードロツタ室 ２５・・・第２処理室 特許出願人　東京エレクトロン株式会社゛第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 平成２年特許願第２３４６９６号 ２　発明の名称 基板処理装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、補正命令の日付（発送臼） 平成３年１月２９日 ５、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ６、補正の内容 明細書第２２項第４行目「である。」を１、−−一ら

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも２つ以上の基板処理チャンバーを備えた基板
   処理装置において、各基板処理チャンバーの相互間の被
   処理基板の搬入搬出を大気外で行うロードロック室と、
   基板処理チャンバーの内少なくとも１つは等方性プラズ
   マエッチング機能とレジストアッシング機能を両有する
   ことを特徴とする基板処理装置。