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JP2596422B2 - プラズマ・エッチング装置 - Google Patents

プラズマ・エッチング装置

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JP2596422B2
JP2596422B2 JP62096093A JP9609387A JP2596422B2 JP 2596422 B2 JP2596422 B2 JP 2596422B2 JP 62096093 A JP62096093 A JP 62096093A JP 9609387 A JP9609387 A JP 9609387A JP 2596422 B2 JP2596422 B2 JP 2596422B2
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plasma etching
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electrode
etching processing
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イー・ジョン・ボウルズ
ジョセフ・デー・ナポリ
アーサー・ダブリュ・ザフィロポーロ
マーク・ダブリュ・ミラー
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ジェネラル・シグナル・コーポレーション
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、例えば半導体ウエハなどのエッチング処
理に用いられるプラズマ・エッチング装置、特に、汚染
のない同時多数処理を可能にしてなるプラズマ・エッチ
ング装置に関するものである。
（従来の技術） プラズマ・エッチング装置は、集積回路製造工程にお
いて、使用されているが、このような装置は、１枚ごと
に、ウエハをエッチング処理する装置と、多数のウエハ
を処理する装置とがある。
（発明が解決しようとする課題） １枚ごとにウエハをエッチングする装置は、工程管理
において優秀であるが、処理能率において劣る。
このため、処理速度が高速で、高温度の処理を行って
能率を向上させるようにしているため問題がある。
特に、高温度エッチング処理は、抵抗にポッピング現
象が生じ、これを解消するため、ヘリウムを用いた冷却
装置が使用され、ヘリウムがプラズマが混入する欠点が
ある。
また、多数枚のウエハをエッチングする装置は、品質
管理の点、製造工程の点で問題がある。
例えば、多数枚のウエハの個々についてのエンドポイ
ンの正確な検知、測定が困難であり、電極ギャップを正
確に保持させることも難しく、使用する種々のガスの化
学特性を維持する点でも難点がある。
さらに、前記した装置は、いずれも処理工程中におい
てのウエハの汚染防止の点で問題があり、中間の操作段
階において、ウエハを好ましくない環境に曝し、ウエハ
を汚染してしまう欠点がある。
（発明の目的） この発明の目的は、ウエハを１枚づつ別個に同時にエ
ッチング処理して、ウエハを１枚ごとに処理する装置の
メリットである高品質の特性と多数枚処理する装置の高
能率特性の両者を兼備し、しかも制御されたバキュウム
雰囲気中においての処理により、ウエハの汚染問題を全
面的に解決するとともに、ウエハの装填／取出しを容易
に行なうことができるようにしたプラズマ・エッチング
装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために、この発明は、同一円
形の軌跡上に複数のプラズマ・エッチング処理室と、１
基のウエハ待機ステーションとを適宜の間隔をおいて配
置し、かつその中心部にウエハ装填／取出し機構を設置
し、このウエハ装填／取出し機構にて前記ウエハ待機ス
テーション内に積載された複数枚の未処理状態のウエハ
を一枚づつ順次取り出して、前記各々のプラズマ・エッ
チング処理室内に選択的に導入して位置決め装填すると
ともに、処理後のウエハを前記プラズマ・エッチング処
理室内から前記ウエハ装填／取出し機構にて取り出して
前記ウエハ待機ステーション内に導入し収納してなる一
方、前記各々のプラズマ・エッチング処理室とウエハ待
機ステーションとに前記ウエハ装填／取出し機構の装填
／取出し動作に共働して開閉するバルブ機構をそれぞれ
設けて、バキューム状態が維持された雰囲気中でウエハ
にプラズマ・エッチング加工処理を施してなるプラズマ
・エッチング装置において、前記ウエハ装填／取出し機
構は、アーム機構と、このアーム機構を前記各々のプラ
ズマ・エッチング処理室及びウエハ待機ステーションの
整合位置に向け選択的に回転制御される回転テーブルと
を備え、前記アーム機構には、前記ウエハを挟持／釈放
するパドル機構が直線方向に伸縮移動可能に設けられ、
このパドル機構を前記各々のプラズマ・エッチング処理
室及びウエハ待機ステーションに導入して前記ウエハの
装填／取出しを行なう一方、前記プラズマ・エッチング
処理室には、前記ウエハが載置される第１の電極と、こ
の第１の電極に対して所定の対面間隙を保持するように
昇降制御される第２の電極とが配置され、前記第１の電
極の中央部には、台座が昇降制御可能に設けられ、この
台座は、前記ウエハ装填／取出し機構のアーム機構によ
るウエハ装填時のパドル機構の導入状態において前記ウ
エハを支持するように上昇動作し、その下降動作にて前
記ウエハを前記第１の電極上に載置させて装填可能にし
てなるとともに、前記パドル機構によるウエハ取出し時
に、前記台座をウエハ支持状態のまま上昇動作させて、
前記パドル機構に前記台座上のウエハを受渡し挟持させ
て取出し可能にしてなる構成としたものである。
（作用） すなわち、この発明は、複数のプラズマ・エッチング
処理室がウエハを移送するウエハの装填／取出し機構を
中心として円形に配列され、これら処理室に伍してウエ
ハを収納して処理の順番を待つウエハ待機ステーション
が配設され、前記装填／取出し機構のアームがステッピ
ング回転して、ウエハ待機待機ステーションにアプロー
チし、このステーションからピックアップしたウエハを
選択された処理室へ装填し、順次このような操作を汚染
のない環境下で行うことで、ウエハのプラズマ・エッチ
ング処理が各処理室で１枚ごとに行われる。
複数の処理が必要な場合には、一方の処理室から他方
の処理室へ移送し、一回の処理で充分であれば、処理室
から待機ステーションへ戻す操作がすべて汚染フリーの
状態で行われる。
プラズマ・エッチング処理室には、一対の電極が上下
方向に配置され、これら電極の一方が固定で、他方が可
動であり、両電極の間には、可変のカソード・アノード
・ギャップが介在し、このギャップは適宜調整されるよ
うになっている。
また、ウエハの装填／取出し機構には、ステッピング
回転して前記複数の処理室のいずれかと対面し、また、
待機ステーションと対面し、これら処理室または待機ス
テーションへのアドレスを行う直線方向の進退運動を行
うアーム機構が設けられている。
さらに、プラズマ・エッチング処理室におけるプラズ
マ・エッチング加工は、すべて同じ加工処理を行うこと
も、また、別の加工処理を行うことも可能であり、ウエ
ハに要求されるエッチング加工の内容によって適宜の処
理が行われる。
したがって、加工されるウエハは、特定の処理室にお
ける加工が完了されれば、その状態で取り出されて処理
完了とされるものと、複数の処理室に順次送られて複数
ステップの処理加工が行われるものとがある。
これらの場合、いずれも前記した装填／取出し機構の
操作でのウエハの装填、取出し、移送がすべて無汚染の
環境下で行われる。
（実 施 例） 以下、この発明を図示の実施例を参照しながら詳細に
説明すると、第１図に示すように、符号10はこの発明に
係るプラズマ・エッチング装置の全体構成を概略的に示
すものである。
このエッチング装置10は、複数にプラズマ・エッチン
グ処理室12と１基のウエハ待機ステーション14とを同一
円形上の軌跡16に沿って円形状（環状）に配置した構成
であり、前記各々エッチング処理室12においては、後述
するウエハ32が１枚づつエッチング処理されるようにな
っている。
符号18はウエハ装填／取出し機構を示し、このウエハ
装填／取出し機構18は、前記各々のプラズマ・エッチン
グ処理室12とウエハ待機ステーション14により囲まれ
て、それらの中心に位置し、各プラズマ・エッチング処
理室12とウエハ待機ステーション14とのウエハの装填／
取出し口部には、バキュウムにてロックされるバルブ機
構20がそれぞれ配設されている。
そして、これら各プラズマ・エッチング処理室12、ウ
エハ待機ステーション14ならびにウエハ装填／取出し機
構18は、プロセッサー22にそれぞれに接続され、常法に
より各プラズマ・エッチング処理室12における処理制御
と各プラズマ・エッチング処理室12とウエハ待機ステー
ション14との間におけるウエハ32の移送操作の制御を行
うようになっている。
また、前記プラズマ・エッチング処理室12内には、反
応（処理）ガス噴射機構24により所定の反応ガスならび
にその他の処理ガスが吹き込まれるようになっていると
ともに、バキュウム機構26により各プラズマ・エッチン
グ処理室12、ウエハ待機ステーション14ならびにウエハ
充填／取出し機構18が処理工程の間を通して制御された
バキュウム状態を維持するようになっている。
前記ガス噴射機構24とバキュウム機構26とは、それぞ
れプロセッサー22に接続され、これらの動作が該プロセ
ッサーにより制御される。
各プラズマ・エッチング処理室12、ウエハ待機ステー
ションならびに前記両者に囲まれて同心位置に配置のウ
エハ装填／取出し機構18は、前記のように円形配置であ
るから、全体の配置に無駄なスペースを取らずにすみ、
比較的コンパクトな配置構成となっている。
そしてウエハ装填／取出し機構18と各ブルブ機構20
は、互いに共働し、ウエハ待機ステーション14と各プラ
ズマ・エッチング処理室12との間におけるウエハ32の移
動（移送）を汚染されることなく、しかも、人手を煩わ
すことなく自動的に行なえるようになっていて、これに
よって、従来期待し得なかったすぐれた処理制御と高い
処理効率とが得られるものである。
第２図は、この発明によるプラズマ・エッチング装置
10の一部30を示すもので、ウエハ待機ステーション14に
おいては、図示されていないカセットに複数枚のウエハ
32が間隔において縦積みされており、該カセットは、ス
テップ式（段階式）に上昇するエレベータ34により一段
づつ上昇するような構成になっており、このステップ式
の上昇運動は、プロセッサー22により制御され、１枚づ
つウエハ32が所定の供給位置に達するように構成されて
いる。
そして、このような構成とすることにより、カセット
に収納されている各ウエハ32は、所定の供給位置からウ
エハ充填／取出し機構18により取り出されて各プラズマ
・エッチング処理室12へ選択的に送られて装填され、処
理後には、各プラズマ・エッチング処理室12から取り出
されて再びウエハ待機ステーション14のカセットの元の
位置へ戻されるようになっているものである。
なお、このようなカセットとエレベータ機構によるウ
エハの収納、待機システムは、他の適当な機構に代替す
ることも可能である。
第２図、第3A図及び第3B図に示すように、バキュウム
ロックのバルブ機構20は、前記ウエハ待機ステーション
14とウエハ装填／取出し機構18の間ならびに各プラズマ
・エッチング処理室12とウエハ装填／取出し機構18の間
に介在し、ハウジング40を備えている。
このハウジング40は、基板42を含み、第3A図に最もよ
く示されている断面が略矩形の中空部46を天板、底板、
左右側壁44により構成し、基板42から離れた側壁44の先
端部分にフランジ47を形成し、このフランジ47の端部と
基板42の端部に取付ボルト48を装着し、これら取付ボル
ト48を介して前記バルブ機構20のハウジング40をプラズ
マ・エッチング処理室12とウエハ装置／取出し機構18な
らびにウエハ待機ステーション14とウエハ装填／取出し
機構18それぞれに取付け固定している。
また、前記基板42とフランジ47の取付固定面には、Ｏ
リング50によるシールが施され、エアータイトの状態に
シールされるようになっているとともに、前記基板42に
は、中空部46と連通する細長い開口部54が形成されてい
る。
この開口部54は、原機構56により開閉され、この扉機
構56は、前記開口部５を開閉するバルブとして機能する
ようになっているとともに、前記開口部54の開口面より
も大きな寸法の矩形の扉部58を有し、この扉部58により
前記開口部54を開閉するようになっている。
符号60はシーリング剤としてのＯリングで、このＯリ
ング60は、前記扉部58の面（開口部54と対面する面）に
設けられており、前記開口部54の周縁をシールする構造
になっている。
さらに、前記扉部58に、回動アーム62に取付けられて
いて、この回動アーム62は、回転軸64に支持され、この
回転軸の回転により回転して扉部の開閉を行うもので、
前記回転軸は、軸受66を介して基板42に取付けられてい
る。
前記扉機構56の駆動機構は、図示されていないが、ハ
ウジング40を貫通して回転軸64に連結されており、この
貫通部分には、駆動機構の作動を妨げないシール70によ
り封止されている。
また、前記扉機構56の扉部58は、前記駆動機構により
開閉するようになっているもので、第3A図に示した実線
状態が閉止の状態、第3A図と第3B図に示した点線状態が
開放状態を示す。
すなわち、前記扉部58が開放されれば、ハウジング40
の中空部46と開口部54とが連通し、ウエハ32を装填また
は取り出す後述するアーム機構80がこれら連通部分を自
由に移動することができるようになっているもので、例
えばウエハ装填／取出し機構18と各プラズマ・エッチン
グ処理室12ならびにウエハ待機ステーション14との間を
往来する。
一方、前記扉機構56が閉止されれば、ウエハ装填／取
出し機構18は、各プラズマ・エッチング処理室12とウエ
ハ待機ステーション14とから遮断される。
第２図及び第４図に示すように、ウエハ装填／取出し
機構18は、上壁72、平面五角形の側壁74ならびに平面五
角形の底壁76を有し、これら壁部によりハウジング78を
構成している。
符号80はウエハ32を取扱うアーム機構で、このアーム
機構80は、前記ハウジング78に内蔵されているととも
に、回転軸84によりステップ回転する回転テーブル82を
備え、前記回転軸84は、底壁76に形成された中央孔に設
置されたベアリング機構86に支承され、底壁76に装着さ
れたステップ駆動モータ88（θ角度のステップ回転）が
ベルトならびにホイールからなる駆動力伝達機構90を介
して回転軸84に結合している。
すなわち、前記駆動モータ88の駆動軸の制御された回
転により、前記回転軸84が回転され、これに伴って前記
回転テーブル82が所定のθ角度だけステップ回転し、前
記アーム機構80を回転させてθ１からθ４の位置にある
前記各々のプラズマ・エッチング処理室12のいずれかに
整合させるか、または、θ５の位置にあるウエハ待機ス
テーション14に整合させるようになっている。
また、前記回転軸84の内部には、軸方向に回転軸84と
共軸の軸92が貫通しており、要所にベアリング兼バキュ
ウムシール93が施され、軸92も回転自由に構成されてい
る。
この軸92の一端は、前記回転テーブル82のピボット軸
受94に接続され、軸92の他端は、ベルトならびにホイー
ルからなる駆動力伝達機構98を介して駆動モータ96に連
結している。
この駆動モータ96の駆動軸の制御された回転により、
前記アーム機構80は、直線方向Ｒに往復移動し、前記バ
ルブ機構20における前記扉機構56の開放により各プラズ
マ・エッチング処理室12ならびにウエハ待機ステーショ
ン14に導入／導出させることにより、ウエハ32の装填／
取出しの操作が行なられるものであり、これらの操作
は、前記プロセッサー22によりコンピュータ制御される
ようになっている。
第２図及び第４図から第７図に示すように、前記ウエ
ハ32の装填／取出しを行なうアーム機構80は、ウエハ32
を挾持／釈放するパドル機構100を備えている。
このパドル機構100は、中央に孔104が切設された支持
部材（プラットフォーム）102を有し、この支持部材102
は、孔104の縁部から前方に延びている一対の指部106を
備えていて、この指部106の先端には、ウエハ32の側縁
と係合する爪108が一体に立設されている。
符号110は前記支持部材102上の後部側に摺動自由に装
着されたウエハ32の保持機構部で、この保持機構部110
は、緩衝片112とテール部114とで一体に形成され、この
緩衝片112と前記爪108とでウエハ32を挾持／釈放可能に
なっている。
第８図に示すように、前記保持機構部110と支持部材1
02の間には、コイルスプリング116が設置されていて、
このコイルスプリング116は、前記緩衝片112を矢印118
方向へ付勢し得るようになっているとともに、図示され
ていないウエハに当接させることによって、前記緩衝片
112と爪108との間でウエハを弾性的に挾持するようにな
っている。
また、前記テール部114には、ストッパー120が垂下形
成されていて、このストッパー120は、前記支持部材102
に形成された案内溝に嵌合しており、前記アーム機構80
が最大限に伸びきったとき、後述する釈放片と共働して
保持されているウエハを釈放するようになっている。
前記パドル機構100は、一対の支持板124を介して移動
支持体（キャリエージ）126に取付けられていて、この
移動支持体126は、前記回転テーブル82上に立設された
ポスト130,130間に固定されている一対の平行な案内ロ
ッド（レール）128,118に沿って矢印148方向に往復摺動
するようになっている。
前記移動支持体126は、前記案内ロッド128,128に沿っ
て直線方向（矢印148）に往復移動し、各プラズマ・エ
ッチング処理室12とウエハ待機ステーション14との間に
おける各ウエハの移送処理を行なうようになっているも
ので、その下側には、軸受部材131が枢着され、この軸
受部材131には、軸132が直線方向へ摺動可能に嵌合して
いる。
そして、この軸132の一端は、スリーブ134に摺動自由
に嵌合し、このスリーブ134は、軸136を介して前記回転
テーブル82に装着され、この回転テーブル82の回転によ
り矢印146の方向に回動する構成になっている。
また、前記軸132の他端は、ニードルベアリング138に
固定され、このニードルベアリング138にクランクアー
ム140の一端が枢着され、このクランクアーム140の他端
は、前記回転テーブル82に固着されたカップリング142
を介して駆動モータ96により駆動される回転軸92に連結
されている。
すなわち、前記回転テーブル82とパドル機構100と
は、前記ステッピングモータ88（角度θ分の回転）の制
御されたステッピング回転により、第２図にθ１からθ
４として示されているプラズマ・エッチング処理室12の
内のいずれか選択された処理室の角度位置（θ１〜θ
４）に一致して対面する位置となるよう扇形回動し、さ
らに、ウエハ待機ステーション14の角度位置θ５に一致
して対面する位置を占めるように扇形回動するように制
御可能になっているものである。
さらに、前記クランクアーム140は、前記駆動モータ9
6の制御された回転により、矢印144に示す弧状パスをト
レースし、これによって、前記軸132は、前記軸受部材1
36を中心として矢印146で示す回転方向に回転し得るよ
うになっているもので、このような運動によって、前記
移動支持体126は、案内ロッド128に沿って直線方向（矢
印148）に移動するようになっている。
また、前記軸132は、前記クランクアーム140の回転に
伴い、前記スリーブ134と軸受部材131との内部をスライ
ドしながら前記軸受部材136に対し矢印150で示す直線方
向に伸縮可能になっている。
すなわち、前記クランクアーム140が矢印144のパスに
沿って時計方向に最大範囲の回転を行なうと、前記パド
ル機構100は、第６図に示すような最後退状態152の位置
へ後退するようになっている一方、前記クランクアーム
140が反時計方向へ回転するな伴って、前記パドル機構1
00は、第７図に示す矢印154、第２図に示す矢印Ｒに沿
う直線方向に移動する。
そして、前記駆動モータ96の反時計方向への最大許容
回転限界に近い最前進位置の近くにパドル機構100が前
進すると、保持機構部110のテール部114に垂下形成した
ストッパ120がポスト130の壁に当接し、さらにパドル機
構100が矢印Ｒ方向へ進むと、保持機構部110の緩衝片11
2が爪108から離間する方向に移動して、両者の間で挾持
されていたウエハ32を釈放状態にしてなるものである。
このように、前記パドル機構100が最大限に前進し、
プラズマ・エッチング処理室12またはウエハ待機ステー
ション14に最も接近した位置にあるときは、ウエハ32
は、前記プラズマ・エッチング処理室12へ装填または取
り出される状態にあり、また、ウエハ待機ツション14に
対しても同様な状態にある。
第７図に示すように、前記パドル機構100のプラット
フォーム102には、好ましくは３個の検知部材156が設け
られていて、前記プラットフォーム102上におけるウエ
ハ32の存在ならびにウエハ32が正しく載置されているか
否かを三点で検知し、その検知信号をプロセッサー22に
発信するようになっている。
この場合、これらの検知部材156は、前記パドル機構1
00のプラットフォーム102に装着されているプリント回
路板（図示せず）に設置することが好ましい。
また、前記検知部材156の設置数は、特に限定がな
く、個々のウエハの存在が正確に検知できるように設置
されていればよい。
第９図は、この発明に係るプラズマ・エッチング処理
室160の具体的構造を示し、上壁162と底壁164、側壁166
（円筒形）を備え、これらの壁により処理室168を構成
してなるもので、この処理室168の底壁164には、第１の
電極170が設置されている。
そして、この第１の電極170上の中央部には、点線で
示すように台座172が面一な嵌合状態で設けられ、この
台座170は、点線で示すようにシリンダ（空気圧作動）1
74によって上下方向に昇降動作可能になっている。
すなわち、この台座170は、後述するように、前記ウ
エハ装填／取出し機構18のアーム機構80におけるパドル
機構100の導入／導出動作として共働してウエハ32を前
記第１の電極170上に載置し装填したり、前記第１の電
極170上から浮上させて取り出したりするように動作さ
せてなるもので、前記シリンダ174の動作は、入口176と
出口178からの作動空気圧力の出入により制御される。
また、前記第１の電極170の内部には、点線で示すよ
うに冷却液体の流路180が形成され、この流路180には、
入口182及び出口184を介して冷却液体供給源（図示せ
ず）が接続され、この供給源から循環供給される冷却液
体によって、プラズマ・エッチング処理の間、前記第１
の電極170を冷却するようになっている。
符号186は前記第１の電極170の上側に対向位置させた
第２の電極で、この第２の電極186は、前記処理室186の
外側上部に配置してなる支持部板187に一端が支持され
た支持軸188の他端に固定され、この支持軸188は、前記
処理室168の上壁162を貫通させて上下方向にスライド可
能になっている。
そして、前記処理室168の上壁162と支持軸188との貫
通部位には、例えばステンレススチール製からなるベロ
ーズ191が設けられ、このベローズ191は、前記上壁162
と支持板187の間に設置して前記支持軸188を囲み、か
つ、その内部をバキュウムタイトの状態に維持させるこ
とにより、シーリングを施してなる構成を有する。
前記第２の電極186の内部には、冷却／加熱流体の流
路189が形成されていて、この流路189は、前記支持軸18
8内に貫通形成した流路190,190に連通させてなるととも
に、前記支持板187に形成した入口194、出口196を介し
て図示しない冷却／加熱流体の供給源に接続されて、こ
の供給源から循環供給される冷却／加熱流体によって、
プラズマ・エッチング処理の間、前記第２の電極186を
冷却／加熱するようになっている。
また、前記支持板187は、空気圧作動のアクチュエー
タ200のラム202,202に取り付けられ、このアクチュエー
タ200の作動による前記ラム202,20の上昇動作によって
前記支持板187を上昇させ、これによって、前記支持軸1
88を介して第２の電極186を固定状態の第１の電極170か
ら離間する方向に上昇させるようになっているもので、
前記ラム202,202が図示のように下降すると、前記支持
板187に固定されたマイクロメータ調節ポスト204が、前
記処理室168の上壁162に当接し、前記第１の電極170と
第２の電極186との間が所定の対面間隙に保持されるよ
うに対向位置させてなるものである。
このような両電極170,186の対向間隙の寸法は、前記
調節ポスト204の垂下する長さ寸法を調節することによ
って適宜のものに調節されるもので、その間隙の寸法
は、例えば約4.77mmから50.8mm（3/16から２インチ）の
範囲が好ましい。
さらに、前記支持軸188の内部には、中空部206が形成
され、この中空部206の上部に窓208を開口させるととも
に、この窓208にレーザービームを外部から照射される
ことにより、プラズマ・エッチングステートのエンドポ
イント測定を行なうようにしてもよく、また、ラテラル
な光学検知器により他のエンドポイント測定手段を設け
てもよい。
符号210は前記支持軸188に形成した中空部206の上部
に設けた反応（リアクタント）ガスの噴出口で、この噴
出口210は、図示されていない内部導管を介して前記第
２の電極186のシャワーヘッド型ガス・マニフォールド
（液冷）211に連通し、これによって、処理室（プラズ
マ・リアクター）168へ反応ガスを供給し、高周波（ラ
ジオフリケンシー）エネルギーをプラズマ反応チャンバ
ー（プラズマ・エッチング処理室）160に供給するよう
になっている。
ところで、前記第２の電極186を支持する支持軸188を
アクチュエータ200の作動にて昇降可能にしたが、この
アクチュエータ200の代わりに、他の調整手段を用いて
各プラズマ処理ごとに前記両電極170,186間の間隔を調
整するようにしてもよい。
第10図は、ガス噴射ならびに制御されたバキュウムシ
ステム212を示すもので、二つのガス供給源グループ21
4、216と二基のガスマニフォールド218、220とが設けら
れ、各ガス供給源グループ214、216には、バルブ制御の
ガス供給源が含まれ、これらの供給源から前記ガスマニ
フォールド218、220を介してプラズマ・エッチング処理
室へ反応ガスが供給される。
また、このようなバキュウムシステム212は、各プラ
ズマ・エッチング処理室160、ウエハ待機ステーション2
24及びウエハ装填／取出し機構226のそれぞれに接続さ
れ、全体機構におけるバキュウム条件及び状態をコント
ロールし、前記バルブ機構20におけるバキュウムロック
がウエハ32の移送処理などにおける間、開閉する際にウ
エハ32が汚染されないようになっている。
なお、上記の実施例では、プラズマ・エッチング処理
室160は、４基であるが、これの増減は、自由である。
第11A図はこの発明に係るウエハの移送処理を行なう
他のアーム機構230を示すもので、このアーム機構230
は、第11B図に示すように、ステッピング回転するステ
ッピングモータ88の駆動軸に取付けられたプーリ232を
備えている。
このプーリ232には、溝付きリム234が設けられ、この
リム234には、ケーブル236が巻回され、このケーブル23
6は、各々両方向へプーリ238、240に巻付けられている
とともに、前記ケーブル236の一部244は、摺動部材242
がスライド自在に設けられ、前記プーリ232がθ角度分
ステッピング回転すると、前記摺動部材242は、案内ロ
ッド246に沿って直線的に移動するようになっているも
ので、この摺動部材242の移動によりウエハ移送のアー
ム248は、プーリ232の角度位置に応じて伸縮するように
なっている。
また、前記ケーブル236を常時緊張させるために、そ
の両端は、前記摺動部材242に内蔵されたコイルスプリ
ング250に連結されていて、このスプリング250の付勢に
よりテンションが掛けられている。
しかして、上記したこの発明に係るプラズマ・エッチ
ング装置10の構成によれば、前記ウエハ装填／取出し機
構18のアーム機構80の回転テーブル82は、プラズマ・エ
ッチング処理の間、ステッピングモータの回転により回
転され、ウエハ32を移送するアーム機構80をウエハ待機
ステーション14に一致させるようになっている。
この状態で、ウエハ待機ステーション14に設けたバル
ブ機構20のバキュウムロック（扉機構56）が開放される
と、カセットに積載されたウエハ32の下側にアーム機構
80のパドル機構100が前進して、ウエハ32をパドル機構1
00の支持部材（プラットフォーム）102上に載せて後退
し取り出す。
次いで、バルブ機構20の扉機構56が閉止され、アーム
機構80の回転テーブル82が所定のθ角度平面平行に回転
し、アーム機構80を選択されたプラズマ・エッチング処
理室12（160）の前面に対応するように位置させると同
時に、プラズマ・エッチング処理室12（160）における
バルブ機構20の扉機構56が開かれる。
このとき、プラズマ・エッチング処理室12（160）内
の第２の電極186も上昇して第１の電極170から離間した
状態を維持している。
この状態で、ウエハ32を載せたアーム機構80のパドル
機構100は、プラズマ・エッチング処理室12（160）内の
両電極170,186間の方向へ前進、アーム機構80が一杯に
伸びきると、ウエハ32を挾持する保持機構部110の緩衝
片112が後退し、ウエハ32は、いつでも釈放可能な状態
になる。
これと同時に、第１の電極170の中央部に設けた台座1
72が空気圧作動のシリンダ174の作動により上昇し、ア
ーム機構80のパドル機構100のプラットフォーム102に載
置されているウエハ32を下側から押し上げてプラットフ
ォーム102上から浮上させ、台座172上にウエハ32を保持
し、この状態で、アーム機構80のパドル機構100をプラ
ズマ・エッチング処理室12（160）内から後退させて退
避させるとともに、ウエハ32が支持された台座172をシ
リンダ174の作動により下降させ、ウエハ32を第１の電
極170上に載置装填する。
このように、ウエハ32が第１の電極170上に装填され
た後は、バルブ機構20扉機構56が閉止されるとともに、
アクチュエータ200の作動により第２の電極186が支持軸
188を介して第１の電極170側へ下降し、両電極170,186
間を所定の対面間隙に保持してプラズマ処理が開始され
る。
そして、プラズマ・エッチング処理室12（160）の処
理室168内には、所定の反応ガスが第２の電極186のガス
マニフォールド211を介して噴射され、高周波エネルギ
ーが供給される。
このような各ウエハのプラズマ・エッチング処理加工
は、レーザーが適当なエンドポイントが達成されること
を示すまで行われ、ウエハ32へのエッチング処理が完了
すれば、高周波エネルギーの供給が停止されると同時
に、バルブ機構20の扉機構56が開放されて、ウエハ32の
装填手順と逆の手順によりエッチング加工されたウエハ
32がプラズマ・エッチング処理室12（160）から取り出
され、ウエハ装填／取出し機構18のステーションへ戻
り、一回の処理で充分なものであれば、ウエハ待機ステ
ーション14のカセットへ戻され、さらに処理が必要なウ
エハ32は、他のプラズマ・エッチング処理室12（160）
へ同様な操作手順で装填され、必要な回数での処理が行
われる。
ところで、ウエハ装填／取出し機構18、１基のウエハ
待機ステーション14及び複数のプラズマ・エッチング処
理室12は、三通りの基本操作モードで操作が行なわれ、
その第１モードは、各プラズマ・エッチング処理室12が
同時に同じプラズマ反応を開始する操作モード、第２の
モードは、各プラズマ・エッチング処理室12が同時に二
つ、または、それ以上の異なったプラズマ処理を行う操
作モード、第３のモードは、各プラズマ・エッチング処
理室12が単一のウエハ32を多段階処理する操作モードで
ある。
これらのいずれの処理操作モードにおいても、ウエハ
32は、外気（大気）に曝されることなく、汚染されずに
制御（コントロール）されたバキュウム雰囲気下で移送
され、処理される。
第13図から第17図は、単一段階処理で形成されたウエ
ハのプラズマ・エッチング状態を電子顕微鏡によって図
解して示す説明図、第18図は、ダブルエッチング処理に
よるウエハのプラズマ・エッチング状態を電子顕微鏡に
よって図解して示す説明図である。
第13図は、ウエハ32の二酸化シリコン層264の表面に
おけるフォトレジスト262でオーバーレイされたポリシ
リコン260を示すもので、例えば低抵抗（12〜30オー
ム）のドープされたポリシリコンCC14（20sccm）とHe
（30sccm）とをプラズマ・リアクター（圧力10mt、出力
300ワット）に掛け、エッチングを約２分30秒の範囲で
行なうことによって、第14図に示すような比較的高い抵
抗（30〜300オーム/sq.）とスロープのあるマスクを有
するドープされたポリシリコン265が得られ、図示した
ような構造体に対し、50sccmのSF6と50sccmのフレオン1
15（C1ClF5）を圧力150mt、100ワットのパワーでプラズ
マ・リアクターに噴射すると、２分30秒経過後には、図
示のようなドープされたポリシリコンの微細構造体が得
られる。
第15図は、電子顕微鏡にて図解された溝エッチングの
構造266を示すものであり、フォトレジストが除去さ
れ、室内の圧力100mt及び出力750ワットのプラズマ・リ
アクターへsccmのBCl3と25sccmのCl2を約20分間噴射し
てシリコン272に溝268を形成したものである。
第16図は、珪素化合物である耐火性シリサイド（TaSi
/Poly）274を示すものであり、二酸化シリコン表面276
には、ポリシリコン層278がオーバーレイされ、さら
に、その上に耐火性シリサイド280がオーバーレイさ
れ、さらに、その上がフォトレジストで、このような構
造体は、室内圧力80mt、300ワットの高周波のプラズマ
・リアクターに20sccmのCCl4と30sccmのHeが約３分30秒
噴射されて形成される。
第17図は、この発明による汚染防止されて多段階処理
のプラズマ・リアクターにより製造される単一段階処理
の構造体282を拡大して示すもので、フォトレジスト284
がウエハの表面にTiW層288がオーバーレイされたアルミ
ニウムとシリコン層286の上に重ねられている。
図示の構造体は、室内圧力125mt、300ワットの高周波
のプラズマ・リアクターに50sccmのBCl3と15sccmのCl2
が約２分30秒から３分30秒噴射されて形成される。
第18図は、二段階処理による二酸化シリコン／ポリ／
二酸化シリコン／ポリのサンドイッチ構造290を示すも
のであって、ポリ１のポリ層とOXIDEとして示された酸
化物層は、第１の処理室で圧力700mt、600ワット高周波
の条件で、10sccmのC2F6によりエッチングされた結果形
成され、その後、上側のポリ２層と酸化物とオーバーレ
イされたフォトレジスト層が圧力100mt（militore）、6
00ワット高周波の条件の第２処理室で20sccmのCCl4、30
sccmのHeによる処理で形成された。
（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、ウエハを１
枚づつ別個に同時にエッチング処理して、ウエハを１枚
ごとに処理する装置のメリットである高品質の特性と多
数枚処理する装置の高能率特性の両者を兼備し、しかも
制御されたバキュウム雰囲気中においての処理により、
ウエハの汚染問題を全面的に解決することができるとと
もに、ウエハの処理室への装填／取出しを容易に行なう
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明に係るプラズマ・エッチング装置の一
実施例を示す全体構成の概略的説明図、 第２図は同じくプラズマ・エッチング装置を構成するウ
エハ装填／取出し機構を中心として複数のプラズマ・エ
ッチング処理室と１基のウエハ待機ステーションを同一
円形の軌跡上に配列した要部構成の平面図、 第3A図は同じくバルブ機構の要部断面図、 第3B図は同じくバルブ機構の要部正面図、 第４図は同じくウエハ装填／取出し機構の要部断面図、 第５図は同じくウエハ装填／取出し機構のアーム機構の
要部斜視図、 第６図は同じくウエハ装填／取出し機構のアーム機構の
要部平面図、 第７図は同じく第６図の回動位置を変えた状態を示すウ
エハ装填／取出し機構のアーム機構の要部平面図、 第８図は同じくアーム機構の一部を付勢する機構の一部
切断斜視図、 第９図は同じくプラズマ・エッチング処理室における具
体的構造を示す断面図、 第10図は同じく反応ガス噴射システムとバキュウムシス
テムの一例を示す説明図、 第11A図は同じくアーム機構の他の例を示す斜視図、 第11B図は同じくアーム機構の他の駆動機構部分を示す
説明図、 第12A図は同じくアーム機構の駆動機構部分のテンショ
ン手段機構を示す説明図、 第13図から第18図はこの発明によるプラズマ・エッチン
グ装置によって得られたウエハの電子顕微鏡による断面
構造をそれぞれ図解して示す説明図 である。 （符号の説明） 10……プラズマ・エッチング装置 12……プラズマ・エッチング処理室 14……ウエハ待機ステーション 16……軌跡 18……ウエハ装填／取出し機構 20……バルブ機構 22……プロセッサー 24……反応ガス噴射システム 26……バキュウムシステム 32……ウエハ 54……開口部 56……扉機構 58……扉部 80……アーム機構、 82……回転テーブル 88……ステップ駆動モータ 90……駆動力伝達機構 100……パドル機構 110……保持機構部 160……プラズマ・エッチング処理室 168……処理室 170……第１の電極 172……台座 174……シリンダ 186……第２の電極 188……支持軸 200……アクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イー・ジョン・ボウルズ アメリカ合衆国03045ニューハンプシャ ー州 ゴフスタウン、メイン・ストリー ト19 (72)発明者 ジョセフ・デー・ナポリ アメリカ合衆国03087ニューハンプシャ ー州 ウインハム、グランドビュー・ロ ード11 (72)発明者 アーサー・ダブリュ・ザフィロポーロ アメリカ合衆国01944マサチューセッツ 州 マンチェスター、デスモンド・アベ ニュー21エイ (72)発明者 マーク・ダブリュ・ミラー アメリカ合衆国01803マサチューセッツ 州 バーリントン、ビーコン・ストリー ト26 (56)参考文献 特開 昭60−167420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−141570（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−149748（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−295421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−12735（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−186326（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−88540（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−81533（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】同一円形の軌跡（16）上に複数のプラズマ
    ・エッチング処理室（12）と、１基のウエハ待機ステー
    ション（14）とを適宜の間隔をおいて配置し、かつその
    中心部にウエハ装填／取出機構（18）を設置し、このウ
    エハ装填／取出し機構（18）にて前記ウエハ待機ステー
    ション（14）内に積載収納された複数枚の未処理状態の
    ウエハ（32）を一枚づつ順次取り出して、前記各々のプ
    ラズマ・エッチング処理室（12）内に選択的に導入して
    位置決め装填するとともに、処理後のウエハ（32）を前
    記プラズマ・エッチング処理室（12）内から前記ウエハ
    装填／取出し機構（18）にて取り出して前記ウエハ待機
    ステーション（14）内に導入し収納してなる一方、前記
    各々のプラズマ・エッチング処理室（12）とウエハ待機
    ステーション（14）とに前記ウエハ装填／取出し機構
    （18）の装填／取出し動作に共働して開閉するバルブ機
    構（20）をそれぞれ設けて、バキューム状態が維持され
    た雰囲気中でウエハ（32）にプラズマ・エッチング加工
    処理を施してなるプラズマ・エッチング処理室におい
    て、 前記ウエハ装填／取出し機構（18）は、アーム機構（8
    0）と、このアーム機構（80）を前記各々のプラズマ・
    エッチング処理室（12）及びウエハ待機ステーション
    （14）の整合位置に向け選択的に回転制御（θ）される
    回転テーブル（82）とを備え、 前記アーム機構（80）には、前記ウエハ（32）を挟持／
    釈放するパドル機構（100）が直線方向（Ｒ）に伸縮移
    動可能に設けられ、このパドル機構（100）を前記各々
    のプラズマ・エッチング処理室（12）及びウエハ待機ス
    テーション（14）に導入して前記ウエハ（32）の装填／
    取出しを行なう一方、 前記プラズマ・エッチング処理室（12）内には、前記ウ
    エハ（32）が載置される第１の電極（170）と、この第
    １の電極（170）に対して所定の対面間隙を保持するよ
    うに昇降制御される第２の電極（186）とが配置され、 前記第１の電極（170）の中央部には、台座（172）が昇
    降制御可能に設けられ、この台座（172）は、前記ウエ
    ハ装填／取出し機構（18）のアーム機構（80）によるウ
    エハ装填時のパドル機構（100）の導入状態において前
    記ウエハ（32）を支持するように上昇動作し、その下降
    動作にて前記ウエハ（32）を前記第１の電極（170）上
    に載置させて装填可能にしてなるとともに、 前記パドル機構（100）によるウエハ取出し時に、前記
    台座（172）をウエハ支持状態のまま上昇動作させて、
    前記パドル機構（100）に前記台座（172）上のウエハ
    （32）を受渡し挟持させて取出し可能にしたことを特徴
    とするプラズマ・エッチング装置。
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