JP2008181912A - Plasma treating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを利用し、基体表面におけるエッチング、アッシング、成膜、改質等を行うプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that uses plasma to perform etching, ashing, film formation, modification, etc. on a substrate surface.
近年、プラズマによる半導体製造処理がエッチング、アッシング、CVD(Chemical Vapor Deposition)等多くのプロセスに用いられている。これらのプラズマ処理装置の中にはプラズマの生成を行う生成室と、前記生成室において生成されたプラズマによって基体の処理を行う処理室とを、複数の貫通孔があけられた仕切り板により分離した装置があり、例えば特許文献1に提案されている。このような装置では、仕切り板に設けられた貫通孔の穴径や穴の長さおよび穴数に基づいたコンダクタンスにより、プラズマ生成室と基体処理室との間に圧力差が生じる。この圧力差を利用し、例えばCVD装置では、プラズマ処理室側に導入した前駆体となる原料ガスをプラズマ生成室側に回りこませないようにする方法も提案されている。
In recent years, a semiconductor manufacturing process using plasma has been used in many processes such as etching, ashing, and CVD (Chemical Vapor Deposition). In these plasma processing apparatuses, a generation chamber for generating plasma and a processing chamber for processing a substrate by the plasma generated in the generation chamber are separated by a partition plate having a plurality of through holes. There is an apparatus, which is proposed in
また近年、プラズマ処理時に被処理基体へ到達する活性種のフラックスを極少量に制御する処理方法として、被処理基体をプラズマ発生領域よりもガス流の上流に設ける上流(またはアップフロー)プラズマ処理と呼ばれる方法が特許文献2に提案されている。アップフロープラズマ処理法においても活性種のフラックスを一層低く抑える方法として、基体の設置された処理室とプラズマ生成室との間に、複数の貫通孔が設けられた仕切り板を用いる方法が提案されている。この仕切り板のコンダクタンスによって生じる圧力差を利用して活性種の逆拡散を低減し、極低フラックスのプラズマ処理が可能となる。
In recent years, as a processing method for controlling the flux of active species reaching the substrate to be processed during plasma processing to an extremely small amount, upstream (or upflow) plasma processing in which the substrate to be processed is provided upstream of the gas flow from the plasma generation region. A so-called method is proposed in
以下、図8によりダウンフロープラズマ処理装置の例について説明する。
ここで、101は処理容器、102はプラズマ生成室、103は処理室、104は被処理基体、105は支持手段、107はガス導入部、108はガス排気部、109は高周波電力供給手段、110は高周波電力が透過する誘電体、111は仕切り板である。
Hereinafter, an example of the downflow plasma processing apparatus will be described with reference to FIG.
Here, 101 is a processing container, 102 is a plasma generation chamber, 103 is a processing chamber, 104 is a substrate to be processed, 105 is a support means, 107 is a gas introduction section, 108 is a gas exhaust section, 109 is a high-frequency power supply means, 110 Is a dielectric material through which high-frequency power is transmitted, and 111 is a partition plate.
まず、プラズマ処理装置の処理容器101内を排気手段(不図示)によりガス排気部108を介して十分真空引きする。次に、ガス導入手段(不図示)によりガス導入部107を介して所定の流量のガスを生成室102内に導入し、排気手段中に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)により所望の圧力に保持する。続いて、高周波電力供給手段109より高周波電力を放射し、誘電体110を介して放電を行い生成室102内にプラズマを生成する。
First, the inside of the
仕切り板111にはガスが通過するための貫通孔があけられており、プラズマ生成領域において生成されたイオンや中性ラジカルといった活性種は、導入ガスと共に仕切り板111を通過し、処理室103内に流入する。
仕切り板にあけられた貫通孔をガスが通過する際、仕切り板が有するガスコンダクタンスによって、生成室102と処理室103との間には圧力差が生じる。この圧力差を利用して例えば生成室102と処理室103との間の中性ラジカルの移動量を制御することが可能である。
When the gas passes through the through hole formed in the partition plate, a pressure difference is generated between the
ところで前記の仕切り板のコンダクタンスは、仕切り板上にあけられた貫通孔の穴数、穴径、穴の長さに基づく。このため異なるコンダクタンスを得ようとした場合、穴径や穴数などが異なる別の仕切り板への交換が必要となり、装置の稼働率低下を引き起こす問題があった。
そこで本発明は、仕切り板の交換を行うことなく、コンダクタンスを制御可能な仕切り板を有するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
By the way, the conductance of the partition plate is based on the number of through holes formed on the partition plate, the hole diameter, and the length of the hole. For this reason, when trying to obtain different conductances, it is necessary to replace with another partition plate having a different hole diameter, the number of holes, and the like, which causes a problem of reducing the operating rate of the apparatus.
Then, this invention aims at providing the plasma processing apparatus which has a partition plate which can control conductance, without replacing | exchanging a partition plate.
上記の課題を解決するため本発明のプラズマ処理装置は、プラズマが生成される生成室と被処理基体が配置される処理室とを備える処理容器と、前記生成室と処理室との間を仕切るように設置されるとともに処理用ガスを通過させる貫通孔が開けられた仕切り板とを有するプラズマ処理装置であって、前記仕切り板の温度を調整する温調手段を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a plasma processing apparatus of the present invention partitions a processing container including a generation chamber in which plasma is generated and a processing chamber in which a substrate to be processed is disposed, and the generation chamber and the processing chamber. And a partition plate having a through-hole through which a processing gas is passed, and having a temperature control means for adjusting the temperature of the partition plate.
本発明によれば、仕切り板の温度を調整することにより仕切り板のコンダクタンスを制御することができる。したがって、仕切り板の交換無しでコンダクタンスを制御することが可能となる。 According to the present invention, the conductance of the partition plate can be controlled by adjusting the temperature of the partition plate. Therefore, the conductance can be controlled without replacing the partition plate.
本発明では、プラズマ生成室と基体処理室との間にガスの流れを制御する仕切り板を有するプラズマ処理装置において、仕切り板の温度を調整する温調手段を設ける。仕切り板を加熱または冷却することで処理ガスのコンダクタンスを変更することができる。すなわち、仕切り板の交換なしにガスコンダクタンスの変更を行うことができる。 In the present invention, in the plasma processing apparatus having a partition plate for controlling the flow of gas between the plasma generation chamber and the substrate processing chamber, temperature control means for adjusting the temperature of the partition plate is provided. The conductance of the processing gas can be changed by heating or cooling the partition plate. That is, the gas conductance can be changed without replacing the partition plate.
本発明の好ましい実施の形態において、前記仕切り板の温度は−20℃乃至600℃の範囲内より選ばれる。温調手段としては、前記仕切り板に加熱用の発熱体(ヒータ)を内蔵する。または、前記仕切り板の内部に冷却用の媒質流路を備える。あるいは、処理容器の仕切り板を支持する部分の近傍に、処理容器を冷却する手段(冷却用の媒質流路)を設ける。
前記仕切り板の温度調整は複数のゾーン別に行うことが好ましい。前記複数のゾーンは例えば、同心を有する輪帯状のゾーンに区分する。
前記仕切り板は複数の貫通孔があけられた平板とすることができる。前記仕切り板は30W/m・K以上の熱伝導率を有する材質からなることが好ましい。
In a preferred embodiment of the present invention, the temperature of the partition plate is selected from the range of -20 ° C to 600 ° C. As temperature control means, a heating element (heater) for heating is built in the partition plate. Alternatively, a cooling medium flow path is provided inside the partition plate. Alternatively, a means (cooling medium flow path) for cooling the processing container is provided in the vicinity of the portion of the processing container that supports the partition plate.
The temperature adjustment of the partition plate is preferably performed for each of a plurality of zones. The plurality of zones are, for example, divided into annular zones having concentricity.
The partition plate may be a flat plate having a plurality of through holes. The partition plate is preferably made of a material having a thermal conductivity of 30 W / m · K or more.
本発明は、ダウンフロー処理およびアップフロー処理のいずれを行う場合にも適用可能である。
ダウンフロー処理においては、前記プラズマ処理におけるプロセスガスの導入はプラズマ生成が行われるプラズマ生成室側から行われる。導入されたプロセスガスは、仕切り板を通過した後に被処理基体の配置された処理室に流入し、被処理基体表面を処理した後に装置外に排気される。アップフロー処理においては、前記プラズマ処理におけるプロセスガスの導入は被処理基体の配置された処理室側から行われる。導入されたプロセスガスは、仕切り板を通過した後にプラズマ生成が行われるプラズマ生成室に流入した後に装置外に排気される。
The present invention can be applied to any of the downflow processing and the upflow processing.
In the downflow process, the process gas is introduced into the plasma process from the side of the plasma generation chamber where the plasma is generated. The introduced process gas flows into the processing chamber in which the substrate to be processed is disposed after passing through the partition plate, and is exhausted outside the apparatus after processing the surface of the substrate to be processed. In the upflow process, the process gas is introduced into the plasma process from the process chamber side where the substrate to be processed is arranged. The introduced process gas is exhausted outside the apparatus after flowing into the plasma generation chamber where plasma generation is performed after passing through the partition plate.
前記プラズマ処理は、例えば、前記被処理基体の表面をエッチング、アッシングもしくは改質する処理、または前記被処理基体の表面に薄膜堆積させる処理である。ここで、前記改質する処理は前記被処理基体の表面を酸化または窒化する処理である。 The plasma processing is, for example, processing for etching, ashing or modifying the surface of the substrate to be processed, or processing for depositing a thin film on the surface of the substrate to be processed. Here, the modifying treatment is a treatment for oxidizing or nitriding the surface of the substrate to be treated.
本発明の好ましい実施の一形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を図1から図3を参照して詳細に説明する。図1において、101は処理容器、102はプラズマ生成室、103は処理室、104は被処理基体、105は支持体、107はガス導入部、108はガス排気部である。109はマイクロ波を処理室に供給するためのマイクロ波供給手段、110はマイクロ波が透過する誘電体、111は仕切り板、112は冷却用の媒質流路である。また、図2において、202は貫通孔、203はヒータ(加熱手段)、204は温調用の媒質流路である。ヒータ203および媒質流路204は仕切り板111を温調する温調手段を構成する。
すなわち、図1の装置は、図8のものに対し、仕切り板111内部に設けられた温調手段(ヒータ203および媒質流路204)を含む温度調整機構と、処理容器101を冷却するための媒質流路112を設けたものである。
なお、各図面において、共通または対応する部分は同一の符号を付してある。
A microwave plasma processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In FIG. 1, 101 is a processing container, 102 is a plasma generation chamber, 103 is a processing chamber, 104 is a substrate to be processed, 105 is a support, 107 is a gas introduction section, and 108 is a gas exhaust section. 109 is a microwave supply means for supplying microwaves to the processing chamber, 110 is a dielectric material through which microwaves pass, 111 is a partition plate, and 112 is a cooling medium flow path. In FIG. 2, 202 is a through hole, 203 is a heater (heating means), and 204 is a medium flow path for temperature control. The
That is, the apparatus shown in FIG. 1 is different from that shown in FIG. 8 in that the temperature adjusting mechanism including the temperature adjusting means (the
In the drawings, common or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図示しないマイクロ波発生源は、例えばマグネトロンからなり、例えば2.45GHzのマイクロ波を発生する。但し、本発明は0.8GHzから20GHzの範囲の中からマイクロ波周波数を適宜選択することができる。マイクロ波発生源からのマイクロ波は、その後図示しないモード変換機によりTM、TEモードなどに変換され導波管内を伝播する。マイクロ波の導波経路には、アイソレータやインピーダンス整合器などが設けられる。アイソレータは、反射されたマイクロ波がマイクロ波発生源に戻ることを防止し、そのような反射波を吸収する。 A microwave generation source (not shown) is made of, for example, a magnetron, and generates a microwave of 2.45 GHz, for example. However, in the present invention, the microwave frequency can be appropriately selected from the range of 0.8 GHz to 20 GHz. The microwave from the microwave generation source is then converted into TM, TE mode, etc. by a mode converter (not shown) and propagates through the waveguide. An isolator, an impedance matching device, and the like are provided in the microwave waveguide path. The isolator prevents the reflected microwave from returning to the microwave source and absorbs such reflected waves.
インピーダンス整合器は、マイクロ波発生源と負荷側とのマッチングをとる機能を果たすものである。このインピーダンス整合器は、マイクロ波発生源から負荷に供給される進行波と、負荷により反射されてマイクロ波発生源に戻ろうとする反射波のそれぞれの強度と位相を検知するパワーメータを有する。また、4Eチューナ、EHチューナやスタブチューナ等から構成される。 The impedance matching unit functions to match the microwave generation source and the load side. This impedance matching device has a power meter that detects the intensity and phase of a traveling wave supplied from a microwave generation source to a load and a reflected wave reflected by the load and returning to the microwave generation source. Further, it is composed of a 4E tuner, an EH tuner, a stub tuner, and the like.
処理室103は、被処理基体104を収納して真空または減圧環境下で被処理基体104に対しプラズマ処理を施す。なお、図1においては、被処理基体104を図示しないロードロック室との間で受け渡すためのゲートバルブなどは省略されている。
The
被処理基体104は、半導体であっても、導電性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよい。導電性基体としては、Fe、Ni、Cr、Al、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pbなどの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などが挙げられる。絶縁性基体としては、SiO2系の石英や各種ガラス、Si3N4、NaCl、KCl、LiF、CaF2、BaF2、Al2O3、AlN、MgOなどの無機物を挙げることができる。また、ポリエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物のフィルム、窓などが挙げられる。 The substrate to be processed 104 may be a semiconductor, a conductive one, or an electrically insulating one. Examples of the conductive substrate include metals such as Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, and Pb, or alloys thereof, such as brass and stainless steel. Examples of the insulating substrate include SiO 2 -based quartz and various glasses, Si 3 N 4 , NaCl, KCl, LiF, CaF 2 , BaF 2 , Al 2 O 3 , AlN, MgO, and other inorganic substances. Moreover, organic films such as polyethylene, polyester, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, polyimide, and windows can be used.
被処理基体104は支持体105に載置される。必要があれば、支持体105は高さや温度の調整が可能に構成されてもよい。支持体105は処理室103に収納され、被処理基体104を支持する。
The
ガス導入部107はプラズマ生成室102の壁面に設けられ、プラズマ処理用のガスを処理室内に供給する。ガス導入部107は、ガス供給手段の一部である。ガス供給手段は、ガス供給源と、バルブと、マスフローコントローラと、これらを接続するガス導入管を含み、マイクロ波により励起されて所定のプラズマを得る為の処理ガスや放電ガスを供給する。プラズマの迅速な着火のために少なくとも着火時にXe、Ar、Heなどの希ガスを添加してもよい。希ガスは反応性がないので被処理基体104に悪影響を及ぼさず、また、電離しやすいのでマイクロ波投入時のプラズマ着火速度を上昇することができる。
The
CVD法により基板上に薄膜を形成する場合に用いられるガスとしては、一般に公知のガスが使用できる。
a−Si、poly−Si、SiCなどのSi系半導体薄膜を形成する場合の原料は、常温常圧でガス状態であるか、または容易にガス化し得る化合物である。例えば、SiH4、Si2H6などの無機シラン類、テトラエチルシラン(TES)、テトラメチルシラン(TMS)、ジメチルシラン(DMS)、ジメチルジフルオロシラン(DMDFS)、ジメチルジクロルシラン(DMDCS)などの有機シラン類である。または、SiF4、Si2F6、Si3F8、SiHF3、SiH2F2、SiCl4、Si2Cl6、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、SiCl2F2などのハロゲン化シラン類である。また、この場合のSi原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、H2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rnがある。
As a gas used when forming a thin film on a substrate by a CVD method, generally known gases can be used.
A raw material for forming a Si-based semiconductor thin film such as a-Si, poly-Si, or SiC is a compound that is in a gas state at normal temperature and pressure or can be easily gasified. For example, inorganic silanes such as SiH 4 and Si 2 H 6 , tetraethylsilane (TES), tetramethylsilane (TMS), dimethylsilane (DMS), dimethyldifluorosilane (DMDFS), dimethyldichlorosilane (DMDCS), etc. Organosilanes. Alternatively, halogens such as SiF 4 , Si 2 F 6 , Si 3 F 8 , SiHF 3 , SiH 2 F 2 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , SiH 3 Cl, SiCl 2 F 2, etc. Silanes. In this case, H 2 , He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn are examples of additive gas or carrier gas that may be introduced by mixing with the Si source gas.
Si3N4、SiO2などのSi化合物系薄膜を形成する場合の原料としては、常温常圧でガス状態であるか、または容易にガス化し得る化合物を用いることができる。このような化合物としては、SiH4、Si2H6などの無機シラン類を挙げることができる。また、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)、オクタメチルシクロテトラシラン(OMCTS)、ジメチルジフルオロシラン(DMDFS)、ジメチルジクロルシラン(DMDCS)などの有機シラン類を挙げることができる。さらに、SiF4、Si2F6、Si3F8、SiHF3、SiH2F2、SiCl4、Si2Cl6、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、SiCl2F2などのハロゲン化シラン類を挙げることができる。また、この場合の同時に導入する窒素原料ガスまたは酸素原料ガスとしては、N2、NH3、N2H4、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2などが挙げられる。 As a raw material for forming a Si compound-based thin film such as Si 3 N 4 or SiO 2 , a compound that is in a gas state at normal temperature and pressure or can be easily gasified can be used. Examples of such a compound include inorganic silanes such as SiH 4 and Si 2 H 6 . In addition, organic silanes such as tetraethoxysilane (TEOS), tetramethoxysilane (TMOS), octamethylcyclotetrasilane (OMCTS), dimethyldifluorosilane (DMDFS), dimethyldichlorosilane (DMDCS), and the like can be given. Further, halogens such as SiF 4 , Si 2 F 6 , Si 3 F 8 , SiHF 3 , SiH 2 F 2 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , SiH 3 Cl, SiCl 2 F 2, etc. Silanes. In this case, the nitrogen source gas or the oxygen source gas introduced at the same time includes N 2 , NH 3 , N 2 H 4 , hexamethyldisilazane (HMDS), O 2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 and the like can be mentioned.
Al、W、Mo、Ti、Taなどの金属薄膜を形成する場合の原料としては、以下の有機金属またはハロゲン化金属を例示することができる。有機金属としては、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)、トリイソブチルアルミニウム(TIBAl)、ジメチルアルミニウムハイドライド(DMAlH)、タングステンカルボニル(W(CO)6)がある。また、モリブデンカルボニル(Mo(CO)6)、トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)がある。ハロゲン化金属としては、AlCl3、WF6、TiCl3、TaCl5がある。また、この場合のSi原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、H2、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rnが挙げられる。 Examples of the raw material for forming a metal thin film such as Al, W, Mo, Ti, and Ta include the following organic metals and metal halides. Examples of the organic metal include trimethylaluminum (TMAl), triethylaluminum (TEAl), triisobutylaluminum (TIBAl), dimethylaluminum hydride (DMAlH), and tungsten carbonyl (W (CO) 6 ). In addition, there are molybdenum carbonyl (Mo (CO) 6 ), trimethyl gallium (TMGa), and triethyl gallium (TEGa). Examples of the metal halide include AlCl 3 , WF 6 , TiCl 3 , and TaCl 5 . In this case, H 2 , He, Ne, Ar, Kr, Xe, and Rn are listed as additive gas or carrier gas that may be introduced by mixing with Si source gas.
Al2O3、AlN、Ta2O5、TiO2、TiN、WO3などの金属化合物薄膜を形成する場合の原料としては、以下の有機金属またはハロゲン化金属を例示することができる。有機金属としては、トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)、トリイソブチルアルミニウム(TIBAl)、ジメチルアルミニウムハイドライド(DMAlH)、タングステンカルボニル(W(CO)6)がある。また、モリブデンカルボニル(Mo(CO)6)、トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)がある。ハロゲン化金属としては、AlCl3、WF6、TiCl3、TaCl5などがある。また、この場合の同時に導入する酸素原料ガスまたは窒素原料ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、N2、NH3、N2H4、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)などが挙げられる。 As raw materials for forming a metal compound thin film such as Al 2 O 3 , AlN, Ta 2 O 5 , TiO 2 , TiN, and WO 3 , the following organic metals or metal halides can be exemplified. Examples of the organic metal include trimethylaluminum (TMAl), triethylaluminum (TEAl), triisobutylaluminum (TIBAl), dimethylaluminum hydride (DMAlH), and tungsten carbonyl (W (CO) 6 ). In addition, there are molybdenum carbonyl (Mo (CO) 6 ), trimethyl gallium (TMGa), and triethyl gallium (TEGa). Examples of the metal halide include AlCl 3 , WF 6 , TiCl 3 , TaCl 5 and the like. Further, in this case, oxygen source gas or nitrogen source gas to be introduced at the same time includes O 2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 , N 2 , NH 3 , N 2 H 4 , hexamethyl A disilazane (HMDS) etc. are mentioned.
基体表面をエッチングする場合のエッチング用ガスとしては、F2、CF4、CH2F2、C2F6、C3F8、C4F8、CF2Cl2、SF6、NF3、Cl2、CCl4、CH2Cl2、C2Cl6などが挙げられる。
フォトレジストなど基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合のアッシング用ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、N2、H2などが挙げられる。
As the etching gas for etching the substrate surface, F 2 , CF 4 , CH 2 F 2 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , CF 2 Cl 2 , SF 6 , NF 3 , Cl 2 , CCl 4 , CH 2 Cl 2 , C 2 Cl 6 and the like can be mentioned.
Examples of the ashing gas used when ashing and removing organic components on the substrate surface such as a photoresist include O 2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 , N 2 , and H 2 .
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置を被処理基体104の表面改質に適用する場合、使用するガスを適宜選択することにより、各種の処理が可能である。例えば基体もしくは表面層としてSi、Al、Ti、Zn、Taなどを使用してこれら基体もしくは表面層の酸化処理あるいは窒化処理さらにはB、As、Pなどのドーピング処理等が可能である。さらに本発明において採用する成膜技術はクリーニング方法にも適用できる。その場合、酸化物あるいは有機物や重金属などのクリーニングに使用することもできる。 When the microwave plasma processing apparatus of the present invention is applied to the surface modification of the substrate to be processed 104, various processes can be performed by appropriately selecting the gas to be used. For example, by using Si, Al, Ti, Zn, Ta or the like as a substrate or a surface layer, oxidation treatment or nitridation treatment of these substrates or surface layers, doping treatment of B, As, P or the like can be performed. Furthermore, the film forming technique employed in the present invention can also be applied to a cleaning method. In that case, it can also be used for cleaning oxides, organic substances, heavy metals, and the like.
被処理基体104を酸化表面処理する酸化性ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2などが挙げられる。また、被処理基体104を窒化表面処理する窒化性ガスとしては、N2、NH3、N2H4、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)などが挙げられる。 Examples of the oxidizing gas for oxidizing the surface of the substrate to be processed 104 include O 2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, and NO 2 . Examples of the nitriding gas for nitriding the substrate to be processed 104 include N 2 , NH 3 , N 2 H 4 , hexamethyldisilazane (HMDS), and the like.
基体表面の有機物をクリーニングする場合、またはフォトレジストなど被処理基体104表面上の有機成分をアッシング除去する場合のクリーニング/アッシング用ガスとしては、O2、O3、H2O、NO、N2O、NO2、H2などが挙げられる。また、基体表面の無機物をクリーニングする場合のクリーニング用ガスとしては、F2、CF4、CH2F2、C2F6、C4F8、CF2Cl2、SF6、NF3などが挙げられる。 As cleaning / ashing gases for cleaning organic substances on the surface of the substrate or for ashing and removing organic components on the surface of the substrate to be processed 104 such as photoresist, O 2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, such as NO 2, H 2 and the like. In addition, as a cleaning gas for cleaning the inorganic substance on the surface of the substrate, F 2 , CF 4 , CH 2 F 2 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , CF 2 Cl 2 , SF 6 , NF 3 and the like can be used. Can be mentioned.
ガス排気部108は、処理室のガス下流側に設けられ、図示しない圧力調整弁、圧力計、真空ポンプおよび制御部と共に圧力調整機構を構成する。すなわち、図示しない制御部は、真空ポンプを運転しながら、処理室103の圧力を検出する圧力計が所定の値になるように、処理室103の圧力を弁の開き具合で調整する圧力調整弁を制御することによって調節する。圧力調整弁としては、例えば、VAT製の圧力調整機能つきゲートバルブやMKS製排気スロットバルブを用いることができる。この結果、排気部108を介して、処理室103の内部圧力を処理に適した圧力に制御する。圧力は、好ましくは13mPaから1330Paの範囲、より好ましくは665mPaから665Paの範囲が適当である。真空ポンプは、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプ(TMP)等により構成され、図示しないコンダクタンスバルブなどの圧力調整バルブを介して処理室103に接続されている。
The
仕切り板111はプラズマ生成室102と処理室103との間に配置され、複数の貫通孔202があけられている。複数の貫通孔の穴径は同一であっても、異なるものであっても良い。また貫通孔の配置は例えば等間隔ピッチの格子状の配置であっても、同心を有する異なる径の円周上に配置であっても良い。仕切り板111の内部には仕切り板の温度を調整する温調手段が埋設されている。
The
温調手段は加熱手段203および冷却用の媒質を流通させる流路204などから構成された温度調整機構の一部である。温度調整機構は、仕切り板111の温度を測定する図示しない温度計と、加熱手段203へ電力を供給する電源、冷却用の媒質の循環器および制御部からなる。また温調手段は加熱手段203のみで構成されても良い。
The temperature adjusting means is a part of a temperature adjusting mechanism including a heating means 203 and a
仕切り板111は、温度調整機構により所定の温度、例えば−20℃以上600℃以下に制御される。
仕切り板の温度制御は、例えば図3に示すように同心の輪帯形状を有する複数の区画(輪帯状区画)301、302,303に分けて、それぞれ独立して温度調整を行ってもよい。
The
For the temperature control of the partition plate, for example, as shown in FIG. 3, the temperature may be divided into a plurality of sections (annular sections) 301, 302, and 303 having concentric annular zones, and the temperature may be adjusted independently.
仕切り板111の材料としては、半導体であっても、導電性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよい。導電性の材料としては、Fe、Ni、Cr、Al、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pbなどの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などが挙げられる。絶縁性の材料としては、SiO2系の石英や各種ガラス、Si3N4、NaCl、KCl、LiF、CaF2、BaF2、Al2O3、AlN、MgOなどの無機物などが挙げられる。
The material of the
仕切り板111の材料としては熱伝導率が30W/m・K以上であることが望ましい。上記のような熱伝導率を有する材料で仕切り板を形成した場合、温調手段で発生した熱が速やかに伝導し、局所的な温度の偏りを生じにくくするためである。
仕切り板111近傍の処理容器101壁内には、仕切り板から伝わる熱によって処理容器101が過加熱されるのを防ぐための冷却用媒質を流通させる流路112が設けられる。冷却用の媒質としては例えば純水やエチレングリコール、フロリナートなどが挙げられ、外部冷凍機で例えば室温など一定温度に冷却されたものを流通させるのが好ましい。
As a material of the
In the wall of the
プラズマ処理は以下のようにして行う。まず、プラズマ処理装置の処理容器101内を排気手段(不図示)によりガス排気部108を介して十分真空引きする。次に、ガス導入手段(不図示)によりガス導入部107を介して所定の流量のガスをプラズマ生成室102内に導入し、排気手段中に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)により処理室103内を所望の圧力に保持する。さらに仕切り板111の温度を温調手段によって所望の温度に保持する。
The plasma treatment is performed as follows. First, the inside of the
加熱手段203によって加熱された仕切り板111をガスが通過する際、ガスは仕切り板からの加熱を受けるため体積膨張する。このため仕切り板111の温度が高くなればなるほどガスは流れにくくなりコンダクタンスは低下する。また、プラズマ生成室102と処理室103との間に生じる圧力差は大きくなる。
以上のように、従来装置では所望のコンダクタンスを得るために穴径、穴数の異なる仕切り板への交換が必要であったものが、本発明においては仕切り板111の温度を調整することで所望のコンダクタンスを得ることが可能となる。
When the gas passes through the
As described above, in the conventional apparatus, in order to obtain a desired conductance, it is necessary to replace the partition plate with a different hole diameter and number of holes. In the present invention, it is desired to adjust the temperature of the
以下実施例を挙げて本発明のマイクロ波プラズマ処理装置をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
図4は本発明の第1の実施例に係るプラズマ処理装置の個性を示す。図4において、101処理容器、102はプラズマの生成室、103は処理室、104は被処理基体(基板)、105は支持台(支持体)、106はヒータ、107はガス導入部、108はガス排気部、111は仕切り板、112は冷却用の媒質流路である。
Hereinafter, the microwave plasma processing apparatus of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
[Example 1]
FIG. 4 shows the individuality of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 4,
処理容器101の材質はアルミニウム合金製で、内径は350mmである。仕切り板111は厚さが10mmのアルミニウム製であり、内部にヒータが埋設されている。また仕切り板111には開口径1.5mmの貫通孔が288個あけられている。媒質流路112には処理容器101を冷却するため、装置外部の冷凍機(不図示)において室温に冷却保持された水が循環している。
The
まず排気系(不図示)を介して処理容器101内を真空排気し、10−2Paの値まで減圧させた。続いてガス導入部107を介して窒素ガスを1500sccmの流量で生成室102内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、処理室103内を400Paに保持した。
次に仕切り板111に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を20℃から300℃まで加熱した。
First, the inside of the
Next, electric power was supplied to the heater built in the
このとき生成室102の圧力を圧力計(不図示)で測定し、処理室103との圧力差を調べた。その結果、図5に示すように仕切り板111の温度が上昇するにつれて、生成室102と処理室103との圧力差は大きくなった。このときコンダクタンスは図6のように変化する。仕切り板温度300℃におけるコンダクタンスは、20℃におけるコンダクタンスの約半分の0.06m3/sであった。これは仕切り板111の貫通孔の穴数を約半分の144穴に減らしたものを使用したときに得られるコンダクタンスとほぼ同等の結果であった。
At this time, the pressure in the
[実施例2]
図4に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシング処理を行った。ここで109はスロット付き無終端環状導波管(マイクロ波供給手段)、110は誘電体(または誘電体窓)である。
基体104は、φ12”P型単結晶シリコン基板であり、その表面にフォトレジストを塗布し、さらにイオン注入したものを使用した。誘電体110の材質は窒化アルミニウム製のものを用いた。
[Example 2]
Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 4, ashing of the photoresist was performed. Here, 109 is a slotted endless annular waveguide (microwave supply means), and 110 is a dielectric (or dielectric window).
The
まず、シリコン基板104を基体支持台105上に設置した後、排気系(不図示)を介して処理室103内を真空排気し、10−2Paの値まで減圧させた。次にヒータ106に通電し、シリコン基板104を280℃に加熱、保持した。続いて仕切り板111に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を100℃まで加熱した。さらにガス導入部107を介して酸素ガスを1000sccmの流量で生成室102内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、処理室103内を26Paに保持した。ついで、2.45GHzのマイクロ波電源(不図示)より2kWの電力をスロット付無終端環状導波管109を介して供給し、表面波プラズマを発生させ60秒間アッシング処理を行った。
アッシング前後の膜厚変化からアッシングレートを測定したところ2.7μm/minであった。
First, after the
When the ashing rate was measured from the film thickness change before and after ashing, it was 2.7 μm / min.
次に仕切り板111の温度を300℃にした条件で、同様の処理を別の基板対して行った。このときのアッシングレートを測定したところ2.1μm/minであった。
Next, the same processing was performed on another substrate under the condition that the temperature of the
[実施例3]
図4に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体基体の酸化および窒化処理を行った。基体104は、φ12”P型単結晶シリコン基板であり、RCA洗浄により表面の自然酸化膜や重金属不純物などを除去したものを使用した。誘電体窓110の材質は石英製のものを用いた。仕切り板111は厚さが10mmのシリコン製であり、内部にヒータが埋設されている。また仕切り板には開口径2mmの貫通孔が49個あけられている。
[Example 3]
Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 4, the semiconductor substrate was oxidized and nitrided. The
まず、シリコン基板104を基体支持台105上に設置した後、排気系を介して処理室103内を真空排気し、10−2Paの値まで減圧させた。続いてヒータ106に通電し、シリコン基板104を280℃に加熱、保持した。続いて仕切り板111に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を100℃まで加熱した。さらにガス導入部107を介して酸素ガスを500sccmの流量で生成室102内に導入した。ついで、排気系に設けられたコンダクタンスバルブを調整し、処理室103内を133Paに保持した。
First, after the
ついで、2.45GHzのマイクロ波電源より3kWの電力をスロット付無終端環状導波管109を介して供給し、表面波プラズマを発生させ120秒間酸化処理を行った。次に一旦マイクロ波の供給及びガス導入を停止し、処理室103内を真空排気し、10−2Paの値まで減圧した。続いてガス導入部107を介して窒素ガスを500sccmの流量で生成室102内に導入した。ついで、コンダクタンスバルブを調整し、処理室103内を133Paに保持した。ついで、2.45GHzのマイクロ波電源より3kWの電力をスロット付無終端環状導波管109を介して供給し、表面波プラズマを発生させ60秒間窒化処理を行った。
Next, 3 kW of electric power was supplied from a 2.45 GHz microwave power source via a slotted endless
処理終了後シリコン基板104上に形成された酸窒化膜の膜厚と窒素の面密度をXPSにより測定した。その結果膜厚は2.4nm、窒素の面密度は8.2×1014原子/cm2であった。
After the treatment, the thickness of the oxynitride film formed on the
次に窒化処理の際のみ仕切り板111の温度を300℃にした条件で、同様の処理を別の基板に対して行った。処理終了後シリコン基板104上に形成された酸窒化膜の膜厚と窒素の面密度をXPSにより測定した。その結果膜厚は2.3nm、窒素の面密度は3.5×1014原子/cm2であった。
Next, the same process was performed on another substrate under the condition that the temperature of the
[実施例4]
図7に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体基体の酸化処理を行った。基体104は、φ12”P型単結晶シリコン基板であり、RCA洗浄により表面の自然酸化膜や重金属不純物などを除去したものを使用した。誘電体窓110の材質は石英製のものを用いた。仕切り板111は厚さが10mmのシリコン製であり、内部にヒータが埋設されている。また仕切り板には開口径2mmの貫通孔が49個あけられている。図4に示す装置との相違は図4のガス導入部107とガス排気部108の位置が、図7ではガス導入部707とガス排気部708のように反対になっていることである。すなわち、図4の装置では、ダウンフロープラズマ処理を行うのに対し、図7の装置では、アップフロープラズマ処理を行う。
[Example 4]
Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 7, the semiconductor substrate was oxidized. The
図7の装置において、まず、シリコン基板104を基体支持台105上に設置した後、排気系を介して処理室103内を真空排気し、10−2Paの値まで減圧させた。続いてヒータ106に通電し、シリコン基板104を280℃に加熱、保持した。続いて仕切り板111に内蔵されたヒータに電力を供給し、仕切り板の温度を100℃まで加熱した。さらにガス導入部707を介して酸素ガスを1000sccmの流量で反応室(処理室)103内に導入した。
In the apparatus of FIG. 7, first, the
ついで、排気系に設けられたコンダクタンスバルブを調整し、反応室103内を400Paに保持した。ついで、2.45GHzのマイクロ波電源より3kWの電力をスロット付無終端環状導波管109を介して供給し、表面波プラズマを発生させ60秒間酸化処理を行った。
処理終了後シリコン基板104上に形成された酸化膜厚をエリプソメータにより測定したところ、平均膜厚は1.6nm、面内均一性は±1.9%であった。
Subsequently, the conductance valve provided in the exhaust system was adjusted to maintain the
After the treatment, the oxide film thickness formed on the
次に仕切り板111の温度を300℃にした条件で、同様の処理を別の基板対して行った。処理終了後シリコン基板104上に形成された酸化膜厚をエリプソメータにより測定したところ、平均膜厚は1.0nm、面内均一性は±2.2%であった。
Next, the same processing was performed on another substrate under the condition that the temperature of the
101 処理容器
102 プラズマ生成室
103 処理室(反応室)
104 基板(被処理基体)
107、707 ガス導入部
108、708 ガス排気部
109 無終端環状導波管(マイクロ波供給手段)
110 誘電体(誘電体窓)
111 仕切り板
112 冷却用の媒質流路
202 貫通孔
203 温調手段を構成するヒータ(加熱手段)
204 温調手段を構成する冷却用媒質流路
301、302、303 輪帯状区画
101
104 Substrate (substrate to be processed)
107,707 Gas introduction part 108,708
110 Dielectric (Dielectric Window)
111
204 Cooling
Claims (13)
前記仕切り板の温度を調整する温調手段を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing container including a generation chamber in which plasma is generated and a processing chamber in which a substrate to be processed is disposed, and a through-hole that is disposed so as to partition the generation chamber and the processing chamber and allow a processing gas to pass therethrough A plasma processing apparatus having an opened partition plate,
A plasma processing apparatus comprising temperature control means for adjusting the temperature of the partition plate.
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2007
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