(57)【要約】【課題及び解決手段】１台または複数の電子線露光モジュールを有するウェハ加工用クラスタツールが、装置内部の真空雰囲気下でツールの搬送機構からウェハを受け取る。装置内でのウェハのロード、アンロード、ハンドリング、加工は、他のウェハが処理されている間に行うことができる。クラスタツールは、絶えず真空下に維持可能な状態に内部空間を覆った搬送モジュールと、複数のポートと、加工モジュール間で選択的にウェハを移送するためのウェハ搬送機構とを有する。加工モジュールは、内部の真空雰囲気中でウェハの加工を行う。少なくとも１台の半導体ウェハ加工モジュールは電子線放射モジュールである。そして、このツールは、外部環境から搬送モジュールにウェハを挿入でき、またそこからウェハを取り出せる搬送モジュールに接続されたロードモジュールおよびアンロードモジュールをさらに備えている。【選択図】図１
2004506310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）真空雰囲気を連続して維持可能な内部空間を備えた少なくとも１台の搬送モジュールと、
ｂ）その内部で真空雰囲気を維持したままウェハの加工を行うことができ、搬送モジュールから複数の加工モジュール内部に通ずる複数のポート及び基板移送機構を備え、そのポートを介して真空雰囲気を維持したままウェハを出し入れ可能で、且つ、ウェハを複数の加工モジュール間で任意に移動するために用いるものであり、複数の加工モジュールの内、少なくとも１台の加工モジュールが電子線放射で基板を露光できる電子線放射モジュールであって、当該電子線放射モジュールが加熱手段を備えているものである、真空雰囲気を維持したまま任意に搬送モジュールからアクセス可能な複数の半導体ウェハ加工モジュールと、
ｃ）ポートの１つを介して搬送モジュールの内部空間と連絡している少なくとも１台のロードモジュールであって、１枚または複数のウェハを外部環境から搬送モジュール内に挿入できるモジュールと、
ｄ）ポートの１つを介して搬送モジュールの内部空間と連絡している少なくとも１台のアンロードモジュールであって、１枚または複数のウェハを搬送モジュールから外部環境に取り出せるモジュールとを備えた半導体ウェハ加工装置。
【請求項２】
ウェハを加工する方法であって、
Ｉ）以下に示す構成を持つ半導体ウェハ加工装置にウェハを供給し、
ａ）真空雰囲気を連続して維持可能な内部空間を備えた少なくとも１台の搬送モジュールと、
ｂ）その内部で真空雰囲気を維持したままウェハの加工を行うことができ、搬送モジュールから複数の加工モジュール内部に通ずる複数のポート及び基板移送機構を備え、そのポートを介して真空雰囲気を維持したままウェハを出し入れ可能で、且つ、ウェハを複数のモジュール間で任意に移動するために用いるものであり、複数の加工モジュールの内、少なくとも１台の加工モジュールが電子線放射で基板を露光できる電子線放射モジュールであって、当該電子線放射モジュールが加熱手段を備えているものである、真空雰囲気を維持したまま任意に搬送モジュールからアクセス可能な複数の半導体ウェハ加工モジュールと、
ｃ）ポートの１つを介して搬送モジュールの内部空間と連絡している少なくとも１台のロードモジュールであって、１枚または複数のウェハを外部環境から搬送モジュール内に挿入できるモジュールと、
ｄ）ポートの１つを介して搬送モジュールの内部空間と連絡している少なくとも１台のアンロードモジュールであって、１枚または複数のウェハを搬送モジュールから外部環境に取り出せるモジュールとを備えた半導体ウェハ加工装置。
ＩＩ）ウェハを加熱しつつ、電子線放射モジュール内でウェハを電子線放射で露光するステップを含む半導体ウェハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ加工装置に関する。具体的には、本発明は、半導体ウェハを加工するための複数の手段から構成されるクラスタツールであり、いわゆるモジュール型加工システムに関する。ここで言う半導体ウェハ加工装置は、密閉された管理可能な環境下で半導体ウェハ加工を順次行うために有利なものである。かかる装置は、半導体ウェハの粒子レベルの汚染防止に役立ち、製造工程の生産能力を大幅に向上させることができる。特に、本発明は、電子線露光モジュールを備えた半導体ウェハ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハの粒子汚染の管理は、ＶＬＳＩ回路を費用的に効率よく、高い歩留まりで採算性が有利となるように製造するためには避けることができないものである。半導体ウェハの回路設計では、ますます小さく微細化したラインおよびスペースが要求されているため、汚染粒子の存在を十分に管理する必要がある。
【０００３】
汚染粒子が、半導体ウェハの表面に存在すると、回路エッチング時にライン間のスペース部分で不完全なエッチングを引き起こすため、電気的にショート不良を引き起こすために好ましくない。このような物理的な欠陥に加えて、汚染粒子は、ゲート誘電体または接合内で誘発されるイオン化またはトラッピングセンターに起因する電気的な故障を引き起こす原因ともなることがある。
【０００４】
この汚染粒子の主な発生源は、人、装置、および薬品からであると考えられる。人から放出される汚染粒子は、人の存在する環境を介し、また物理的に接触した場合や人が移動する場合でも、ウェハ表面上を汚染する場合もある。過去にはクリーンルーム技術が確立され、そこでＨＥＰＡおよびＵＬＰＡ再循環空気システムによるフィルタリング技術やその他の技法によって、外形０．０３マイクロメートル以上の粒径の粒子を除去することが行われてきた。
【０００５】
しかし、従来のクリーンルーム技術の概念は、理想的に汚染粒子の存在しない状態に環境を維持することができず、ウェハの加工環境を改善する必要性が言われてきた。クリーンルーム内の汚染粒子を管理するためには、許容水準の清浄度を得るために９９．９９９％のフィルタ効率および１分間あたり１０回の完全空気交換が要求される。
【０００６】
クリーンルームの代用として、保管、搬送、および加工ステーション間の移送中にウェハを汚染粒子から効果的に隔離する特定のシステムが設計された。これは確実にウェハを周囲環境から隔離し、粒子が内部のウェハに直接触れる環境とならないようにするものである。
【０００７】
その結果、半導体デバイスの製作では、現在、ランダムにアクセス可能ないくつかの異なるステーションまたはモジュールが、共通のウェハハンドリングまたは搬送モジュールに接続された、いわゆるクラスタツールなどの加工装置を使用するのが一般的である。
【０００８】
ウェハは、絶えず一定の真空度で隔離された環境内に維持され、１つまたは複数のアクセスポートまたはロードロックを介して、外部の大気圧環境の内へ移送され、また、そこから移送される。典型的なシステムとしては、一連のウェハを入れるカセットまたはキャリアが、クラスタツールのインタフェースポートに置かれ、ラッチがポートの扉を解放する。そして、操作ロボットがカセットまたは個別のウェハを取り上げ、装置内の所望の加工ステーションに導く。加工した後は、逆の操作が行われる。このようなウェハ加工技法は、ウェハが内部の真空環境で密封されてから処理が行われ、加工が終了する前には取り出されないため、表面のウェハ汚染を本質的になくすことができる。このようなシステム構成は、従来の、クリーンルーム内部で開放されたカセットをハンドリングして、ウェハを加工するよりも著しい品質改善を実現するものである。
【０００９】
さらに、ウェハの存在する環境は、絶えず一定の真空度で隔離され維持されているため、ステップからステップにかけて真空状態が途切れることがないため、クラスタツールを使用することで工程の生産性が向上する。半導体ウェハを加工するためのクラスタツール自体は、当技術分野で周知であり、広く市販されている。これらは、米国特許第５，２５９，８８１号、第５，２８０，２１９号、第５，７３０，８０１号、第５，６１３，８２１号、第５，３８０，６８２号に開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したクラスタツールの使用は、半導体の加工生産能力の大きな助けとなったが、特定の処理については、クラスタツール内で処理可能であることが周知ではなかった。例えば、コーティング、加熱、冷却、プラズマエッチング、ソフトエッチング、イオン注入、化学気相堆積などのステップは、これまでクラスタツール内で行われてきたが、電子線露光はクラスタツール内では行われなかった。
【００１１】
その結果、電子線露光硬化ステップが工程シーケンスの一部として要求される場合は、ウェハがクラスタツールの構成へ入る前、またはそこから取り出した後のどちらかのタイミングで行うことが必要であった。
【００１２】
電子線露光処理が、独立した中間ステップとして行われる場合には問題が生じる。これには、電子線露光ステップを実行するためにツールからウェハを取り出し、再挿入して引き続き加工することが必要となるのである。本発明は、クラスタツール用の電子線露光モジュールを提供することによってこの問題を解決する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、電子線露光硬化ステップを、ウェハを、その他の加工ステップの前または後に、真空状態の雰囲気から、取り出し真空雰囲気を寸断することなく、あるいはクラスタツールから取り出すことなく、クラスタツール内で直接行うことができるようにしたのである。
【００１４】
本件発明は、ａ）真空雰囲気を連続して維持可能な内部空間を備えた少なくとも１台の搬送モジュールと、ｂ）その内部で真空雰囲気を維持したままウェハの加工を行うことができ、搬送モジュールから複数の加工モジュール内部に通ずる複数のポート及び基板移送機構を備え、そのポートを介して真空雰囲気を維持したままウェハを出し入れ可能で、且つ、ウェハを複数のモジュール間で任意に移動するために用いるものであり、複数の加工モジュールの内、少なくとも１台の加工モジュールが電子線放射で基板を露光できる電子線放射モジュールであって、当該電子線放射モジュールが加熱手段を備えているものである、真空雰囲気を維持したまま任意に搬送モジュールからアクセス可能な複数の半導体ウェハ加工モジュールと、ｃ）ポートの１つを介して搬送モジュールの内部空間と連絡している少なくとも１台のロードモジュールであって、１枚または複数のウェハを外部環境から搬送モジュール内に挿入できるモジュールと、ｄ）ポートの１つを介して搬送モジュールの内部空間と連絡している少なくとも１台のアンロードモジュールであって、１枚または複数のウェハを搬送モジュールから外部環境に取り出せるモジュールとを備えた半導体ウェハ加工装置を提供する。
【００１５】
また、本発明は、ウェハを加工する方法であって、Ｉ）以下に示す構成を持つ半導体ウェハ加工装置にウェハを供給し、ａ）真空雰囲気を連続して維持可能な内部空間を備えた少なくとも１台の搬送モジュールと、ｂ）その内部で真空雰囲気を維持したままウェハの加工を行うことができ、搬送モジュールから複数の加工モジュール内部に通ずる複数のポート及び基板移送機構を備え、そのポートを介して真空雰囲気を維持したままウェハを出し入れ可能で、且つ、ウェハを複数のモジュール間で任意に移動するために用いるものであり、複数の加工モジュールの内、少なくとも１台の加工モジュールが電子線放射で基板を露光できる電子線放射モジュールであって、当該電子線放射モジュールが加熱手段を備えているものである、真空雰囲気を維持したまま任意に搬送モジュールからアクセス可能な複数の半導体ウェハ加工モジュールと、ｃ）ポートの１つを介して搬送モジュールの内部空間と連絡している少なくとも１台のロードモジュールであって、１枚または複数のウェハを外部環境から搬送モジュール内に挿入できるモジュールと、ｄ）ポートの１つを介して搬送モジュールの内部空間と連絡している少なくとも１台のアンロードモジュールであって、１枚または複数のウェハを搬送モジュールから外部環境に取り出せるモジュールとを備えた半導体ウェハ加工装置。ＩＩ）ウェハを加熱しつつ、電子線放射モジュール内でウェハを電子線放射で露光するステップを含む半導体ウェハの加工方法を提供する。
【００１６】
本発明はまた、真空チャンバ、チャンバ内で基板を電子線放射で露光する手段、および真空状態を維持したまま基板加工用クラスタツールに真空チャンバを接続するインタフェースを具備する基板加工用クラスタツールに接続可能な電子線露光モジュールをも提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明にかかる半導体ウェハ加工用装置（クラスタツール）２の上面図を示している。図１に示した搬送モジュール４は、絶えず真空雰囲気に維持可能な内部空間の中に設けられたものである。搬送モジュール４は、搬送モジュール４と連結し、ウェハの入口又は出口となる複数のポート６を備えている。
【００１８】
図１においては、搬送モジュール４を六角形の形状に設計しており、上面から見た場合の６つの辺のそれぞれにポート６を備える構成を採用している。図１では、上面から見た搬送モジュール４を六角形の形状としているが、いかなる形状、およびポート６の数を備えるかも、任意であることを明確にしておく。
【００１９】
搬送モジュール４内には、ポート６を介して真空状態を維持したまま、搬送モジュール４の内部にあるウェハを、複数の半導体ウェハ加工モジュール１０、１２、１４、１６との間で、任意に出し入れすることの出来るウェハ移送機構８を設けている。このような搬送モジュール４は当技術分野で周知のものである、マサチューセッツ州ビルリカに所在するＰＲＩ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎの装置部門（Ｔｈｅ　Ｅｑｕｉｐｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）から市販されているものをもちいることができる。
【００２０】
少なくとも１つのポート６には、搬送モジュール４の内部空間と連絡しているロードモジュールまたはロードロック１８を接続した。このロードモジュール１８は、１枚または複数の半導体ウェハを外部環境から搬送モジュール４内に挿入するために用いるものである。そして、少なくとも１つのポート６には、搬送モジュール４の内部空間と連絡しているアンロードモジュールまたはロードロック２０も接続している。このアンロードモジュール２０は、１枚または複数の半導体ウェハを搬送モジュール４から外部環境に取り出すために用いるものである。
【００２１】
このようなロードモジュール１８およびアンロードモジュール２０は当技術分野では周知のものであり、ＰＲＩ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎの装置部門（Ｔｈｅ　Ｅｑｕｉｐｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）等から市販されているものを用いる。図１では、ロードモジュール１台とアンロードモジュール１台を取り付けた場合を例示的に示しているが、これらを１台以上取り付けることも可能であることを明記しておく。
【００２２】
さらに、半導体ウェハ加工用装置２は、搬送モジュール４と真空雰囲気を維持したまま連結する複数の半導体ウェハ加工モジュール１０、１２、１４、１６を備えるものとした。これらの半導体ウェハ加工モジュール１０、１２、１４、１６は、ウェハをあるモジュールから他のモジュールへ移動させる場合に、ロードロック１８および２０から、またはロードロック１８および２０へ望みどうりに任意に移動できるウェハ搬送機構８を用いて行うことが可能である。
【００２３】
各半導体ウェハ加工モジュール１０、１２、１４、１６は、内部を真空雰囲気として半導体ウェハの加工に必要な一連の加工作業を行わなければならないため、少なくとも１台の半導体ウェハ加工モジュール１０を、電子線放射で半導体ウェハを露光できる電子線放射モジュールとするのである。但し、複数の半導体ウェハ加工モジュールを電子線放射モジュールとする構造を採用することも任意である。
【００２４】
ところが、半導体ウェハの加工には、半導体ウェハ用コーティングモジュール、加熱モジュール、冷却モジュール、プラズマエッチングモジュール、イオン注入モジュール、紫外線放射露光モジュール、化学的機械的研磨モジュール、スパッタモジュール、アニールモジュール、気相堆積モジュール、化学気相堆積モジュール、プラズマ化学気相堆積モジュールおよび物理気相堆積モジュールなどの当技術分野で周知のその他のウェハ処理工程を必要とする場合もあり、これらの加工の可能な数の半導体ウェハ加工モジュールを任意に設置することができる。このような追加モジュールは、当技術分野で周知であり、一般にＰＲＩ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎの装置部門（Ｔｈｅ　Ｅｑｕｉｐｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、ＬＡＭ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎおよびＮｏｖｅｌｌｕｓなどの製造者から市販されているものを用いることが可能である。
【００２５】
本発明の半導体ウェハ加工用装置２内で、ウェハを加工する場合は、前述の種々の処理によっては、処理を行う前にウェハを加熱することが望ましい場合が多い。ツールの生産能力を向上させるためには、ロードモジュール１８内のホットプレート１９などに予備加熱手段を設けることが望ましい。そして、加熱は、約２５℃から約５００℃の温度で行うことができるものとする。
【００２６】
同様に、ウェハを大気雰囲気に戻す前に、アンロードモジュール２０の冷却プレート２１などの冷却手段を含むことが望ましい。冷却は、ウェハの温度を半導体ウェハ加工用装置２内で加熱された最高温度から室温程度、つまり約２０℃以下まで下げることに用いるのである。ウェハを十分に冷却する前に、大気雰囲気に戻すと、酸化し易いという傾向があるためである。
【００２７】
本発明による半導体ウェハ加工用装置２は、図２から分かるように、インタフェース２３を介して、搬送モジュール４に接続された電子線露光モジュール１０を備えている。そして、図３には、電子線露光モジュール１０の一部を形成する電子線露光ツールの概略図を示している。これは、リフトピン２８の上にウェハ２６が載置され、その上にチャンバ２４が位置し、更にその上に電子を投射する電子源２２を配した構造を備えている。
【００２８】
リフトピン２８は、適切な空気式リフト３０によって位置決めが行われ。電子線露光は、ウェハを加熱する石英ランプ３２によってウェハが加熱される熱加工チャンバ３３内で行うのが好ましい。チャンバ２４は、弁３８によって制御されるポンプ３６を介して所望の真空に維持するものとした。
【００２９】
使用する電子線露光ツールは、大面積の電子源２２を用いることが望ましい。最も良好な性能を示す電子線ツールは、ＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ　Ｉｎｃ．の一組織であるＥｌｅｃｔｒｏｎ　Ｖｉｓｉｏｎから商用名「ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｕｒｅＴＭ」で市販されている装置である。こうした装置の動作原理および性能特性は米国特許第５，００１，１７８号に記載されている。
【００３０】
電子線露光モジュール１０は、約４平方インチから約２５６平方インチの露光面積を持つ大面積で、全体に均一な照射の可能な電子線露光源を用いた。電子線露光中のウェハの温度は、約２０℃から約４５０℃の範囲に維持することが好ましく、１５０℃から４００℃がさらに好ましい。また、電子線エネルギーは約１から約３０ＫｅＶが好ましく、約３から約１０ＫｅＶがさらに好ましい。電子線量は約１から約５０，０００μＣ／ｃｍ２が好ましく、約３，０００から約２０，０００μＣ／ｃｍ２が、より好ましい。
【００３１】
電子線露光ツール内の雰囲気ガスは、以下のガス、すなわち窒素、酸素、水素、アルゴン、ヘリウム、アンモニア、シラン、キセノン、またはこれらのガスの組み合わせのいずれを用いることもできる。ガスは、ガスラインおよびレギュレータ２５を介して電子線モジュール内に供給される。電子線電流は約１ｍＡから約１５０ｍＡが好ましく、５ｍＡから５０ｍＡがより好ましい。
【００３２】
好ましい実施形態を参照しながら具体的に示して本発明を述べてきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更および修正を加えることができることを、通常の当業者なら容易に理解できよう。特許請求の範囲は、開示された実施形態、上記で論じた代替方法、およびそれらの類似物すべてに及ぶと解釈すべきであることが意図されている。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による半導体ウェハ加工用装置の上面図。
【図２】
本発明による半導体ウェハ加工用装置の側面図。
【図３】
電子線露光モジュールの一部を形成する電子線露光ツールの概略図。
【符号の説明】
２　　半導体ウェハ加工用装置（クラスタツール）
４　　搬送モジュール
６　　ポート
８　　ウェハ搬送機構
１０、１２、１４、１６　半導体ウェハ加工モジュール
１８　ロードモジュールまたはロードロック
１９　ホットプレート
２０　アンロードモジュールまたはロードロック
２１　冷却プレート
２２　電子源
２３　インタフェース
２４　チャンバ
２６　ウェハ
２８　リフトピン
３０　空気式リフト
３２　石英ランプ
３３　熱加工チャンバ
３６　ポンプ
３８　弁
【図１】
2004506310.tif 000003
【図２】
2004506310.tif 000004
【図３】
2004506310.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004506310.tif 000006
2004506310.tif 000007
2004506310.tif 000008
2004506310.tif 000009
2004506310.tif 000010
2004506310.tif 000011
2004506310.tif 000012
2004506310.tif 000013
2004506310.tif 000014
2004506310.tif 000015
2004506310.tif 000016
2004506310.tif 000017
2004506310.tif 000018
2004506310.tif 000019
2004506310.tif 000020
2004506310.tif 000021
2004506310.tif 000022
【国際調査報告】
2004506310.tif 000023
2004506310.tif 000024
2004506310.tif 000025