JP2001085413A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス供給部の劣化を抑制するとともに、プロ
セスガスを基板の全面に均一に供給できる処理装置を提
供する。 【解決手段】 処理室１内に載置された基板８に処理室
１内に配設されたガス供給部１０ａよりプロセスガスを
供給して基板８を処理する処理装置であって、ガス供給
部１０ａを、環状でその内部が互いに連通しない複数の
部屋に分割された中空管１１と、中空管１１のそれぞれ
の部屋に接続され外部からプロセスガスを導入するガス
導入管１３とから構成するとともに、中空管１１の部屋
にはガス吹出し口４を設けてこのガス吹出し口４よりプ
ロセスガスを均一に基板８に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理室内に載置さ
れた基板に前記処理室内に配設されたプロセスガス供給
部よりプロセスガスを供給して基板を処理する処理装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体基板の処理にはプラズ
マ処理が多用されている。プラズマ処理は、半導体基板
との反応性ガスを高周波や磁場等を用いて励起し、被処
理物をエッチングする、あるいは励起したガスプラズマ
を用いて気相反応で薄膜を基板上に堆積するものであ
る。

【０００３】以下、プラズマ処理装置の一例として、ド
ライエッチング装置を例に挙げて説明する。図４〜図６
は、従来のドライエッチング装置を示す。図４，図５に
示すように、ドライエッチング装置は、処理室１内に設
けられた基板８に、同じく処理室１内に配設されたガス
供給部１０ｂよりプロセスガスを供給して基板８を処理
するよう構成されている。

【０００４】処理室１の上側には、高周波電力を与えて
処理室１内にガスプラズマを発生させる電磁誘導コイル
５が設けられ、下側には、真空排気するための排気口２
が設けられている。処理室１の内部には、高周波電力が
印加される平行平板電極として、基板８を載置した下側
電極７と基板８の上部に配置された上側電極６とが配設
されている。上側電極６には高周波電源９ａが、下側電
極７には高周波電源９ｂがそれぞれ接続されており、主
としてガスプラズマは高周波電源９ａによって発生す
る。また、高周波電源９ｂからの高周波電力は下側電極
７に印加され、ガスプラズマのエネルギーなどエッチン
グ条件を制御する役目をする。

【０００５】上側電極６は、ガス供給部１０ｂとしての
役割を兼ね備えた構成となっており、ガス導入口３と接
続されてその内部の空間にプロセスガスを拡散させ、図
６に示すように基板８との対向面側に配置された多数の
孔１６を有するシャワーヘッド１７より、処理室１の内
部にプロセスガスを噴出するよう構成されている。シャ
ワーヘッド１７に設けられた孔１６は、通常、密度が等
しくなるように配置されており、基板８の全面にプロセ
スガスを均一に吹き出す。

【０００６】このように構成されたドライエッチング装
置では、図示していない搬送機により基板８が下側電極
７の上に搬送され設置されると、処理室１の内部が所定
の真空度に到達するまで排気口２から処理室１内の大気
が真空排気され、その後、ガス導入口３からエッチング
に必要なプロセスガスが導入される。処理室１内のガス
の流量と圧力が安定化すると、高周波電源９ａ，９ｂよ
り上側電極６と下側電極７に高周波電力が印加され、ガ
スプラズマが発生する。このガスプラズマにより、下側
電極７に設置された基板８がエッチングされる。

【０００７】従ってこのようなドライエッチング装置で
は、処理の均一性を確保するために、処理室内における
プロセスガスの分布が非常に重要な要素となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のドライエッチング装置では、シャワーヘッド１７は
セラミック、Ｓｉ、モネル、インコネル、アルミニウム
などの材料から構成されているが、特に高密度プラズマ
を発生させた場合などには、シャワーヘッド１７がプロ
セスガスの衝撃で激しく消耗してしまい、シャワーヘッ
ド１７の場所によってはガス吹き出し口としての孔１６
が不均一に削られる。

【０００９】その結果、プロセスガスの吹き出し量にバ
ラツキが発生し、最終的にはエッチングレートの面内分
布に偏りが発生する。また、ある回数だけエッチングを
行った後のシャワーヘッド１７の交換頻度が高くなるこ
とから、装置の維持費用、半導体デバイスの製造コスト
の増大を招いている。そこで、シャワーヘッド１７の材
質を改良することによりその消耗を抑制する試みが為さ
れているが、消耗に耐え得るような材料は特殊で希少で
あり、また、成型の困難さからもシャワーヘッド１７の
高額化は回避は困難となっている。

【００１０】このような問題を解決するものとして、シ
ャワーヘッド１７を設けたガス供給部１０ｂの代わり
に、処理室１の壁面に設けられたガス導入口と、このガ
ス導入口に接続された下側電極７の側に近接して配置さ
れたリング状の配管と、リング状の配管から基板８の外
周部の真上にまで延びる複数本で等矩の管と、この管の
先端に吹き出しノズルとからなるガス供給部を設けたド
ライエッチング装置が提案されている。

【００１１】しかしながらこのドライエッチング装置
は、基板８の外周部上に吹出しノズルがあることから、
基板８を下側電極７に載置する基板搬送機構の動作の妨
げになりやすく、吹き出しノズルの設置本数が制約され
る。そのため、基板８の全面に均一にプロセスガスを供
給することが難しく、エッチングレートのばらつきを十
分に抑制するものではない。

【００１２】一例として、プロセスガスＢＣｌ₃＋Ｃｌ₂
により圧力１．５ＰａにてＡｌエッチングを行った場
合、シャワーヘッド１７を用いたガス供給部に比べて、
ガス吹き出し穴、すなわち吹出しノズルの消耗はほとん
どなくなる。しかしながら、上述のように下側電極７の
側に配置した吹き出しノズルの設置本数が制約されてい
るため、プロセスガスの供給流量にバラツキが多くな
り、Ａｌエッチングレートの変動や、基板８面内のポジ
ション毎に異なるバラツキが発生し、加工均一性は低下
する。これは、基板８上のポジション別による面内の不
均一性の分析により、基板８面内において極端にエッチ
ング速度の早い箇所と極端に遅い箇所が有ることがその
原因であることが判明している。

【００１３】すなわち、プロセスガスの吹き出し配置構
造からすると、リング状の配管内へ供給されたプロセス
ガスは均一にどの吹き出しノズルからも処理室１内へ噴
出されるはずであるが、実際には、ガス供給口に近い吹
き出しノズルほどプロセスガスの吹き出し量が多く、ガ
ス供給口から離れた位置にある吹き出しノズルほどプロ
セスガスの吹き出し量が少なくなるためである。

【００１４】更に吹き出しノズルの向きによっては、プ
ロセスガスと基板上の被エッチング材料との反応状態に
も場所によって差が発生し、吹き出しノズルの配置が反
応状態に関わってエッチング均一性に影響を与える場合
もある。本発明は前記問題点を解決し、ガス供給部の劣
化を抑制するとともに、プロセスガスを基板の全面に均
一に供給できる処理装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の処理装置は、ガ
ス供給部の構成を特殊にしたことを特徴とする。この本
発明によると、ガス供給の劣化を生じることなく、基板
の全面にプロセスガスを均一に供給できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】請求項１記載の処理装置は、処理
室内に載置された基板に前記処理室内に配設されたガス
供給部よりプロセスガスを供給して基板を処理する処理
装置であって、前記ガス供給部を、環状でその内部が互
いに連通しない複数の部屋に分割された中空管と、前記
中空管のそれぞれの部屋に接続され外部からプロセスガ
スを導入するガス導入管とから構成するとともに、中空
管の前記部屋にはガス吹出し口を設けてこのガス吹出し
口よりプロセスガスを均一に基板に供給するよう構成し
たことを特徴とする。

【００１７】この構成によると、基板へのプロセスガス
の流れがより基板に対して対称となることから、基板処
理の均一性を高めることができる。また、プロセスガス
は環状の中空管の内側より基板に供給されるため、ガス
吹き出し口の劣化を防ぐことができる。請求項２記載の
処理装置は、請求項１において、中空管の内部を均等に
分割したことを特徴とする。

【００１８】この構成によると、中空管に形成された各
部屋へ供給するガス流量をそれぞれ独立して正確に制御
できる。請求項３記載の処理装置は、請求項１におい
て、中空管のそれぞれの部屋に複数のガス導入管を接続
したことを特徴とする。この構成によると、各部屋のガ
ス流量を個別に制御できる。

【００１９】請求項４記載の処理装置は、請求項１にお
いて、ガスプラズマを発生させる手段を設けたことを特
徴とする。請求項５記載の処理装置は、請求項１におい
て、ガス導入管を流れるガスの流量を変更可能なガス制
御手段を備けたことを特徴とする。この構成によると、
中空管の各部屋に均一にガスを供給できる。

【００２０】以下、本発明の処理装置を具体的な実施の
形態に基づいて説明する。なお、上記従来例を示す図４
〜図６と同様をなすものについては、同一の符号をつけ
て説明する。 （実施の形態）図１〜図３は、本発明のドライエッチン
グ処理装置を示す。

【００２１】この実施の形態では、従来のドライエッチ
ング装置よりも基板の加工均一性を高めるために、特殊
な構成としたガス供給部１０ａを設けた点で上記従来例
と異なる。図１は、実施の形態におけるドライエッチン
グ装置の構成を示す。真空排気するための排気口２が設
けられた処理室１には、平板電極としての下側電極７に
基板８が載置され、基板８の対向面側には、ガス供給部
１０ａが配設されている。

【００２２】ガスプラズマを発生させる手段としては、
処理装置１の上側に設けられた電磁誘導コイル５には高
周波電源９ａが接続され、下側電極７には高周波電源９
ｂが接続されている。高周波電源９ａは、電磁誘導コイ
ル５に高周波電力を与えるものであり、高周波電源９ｂ
は、下側電極７に高周波電力を与え、基板８にそのバイ
アス電圧を印加させてエッチング過程を制御するもので
ある。

【００２３】ガス供給部１０ａは、環状でその内部が互
いに連通しない複数の部屋に分割された中空管１１と、
中空管１１のそれぞれの部屋にガス導入口３を介して接
続され外部からプロセスガスを導入するガス導入管１３
と、中空管１１の内周面側の壁に穿設された複数のガス
吹き出し口４とから構成される。詳しくは、図２に示す
ように、基板８と同心円状に形成された環状の中空管１
１の内部は、導入されたプロセスガスが互いに混在しな
いように間仕切り１５にて３つの部屋１４ａ〜１４ｃに
分割されている。

【００２４】部屋１４ａ〜１４ｃには、プロセスガスを
導入するためのガス導入口３が１個づつ配置され、それ
ぞれのガス導入口３は、対称な位置になるように約１２
０°の間隔で均一に配置されている。それぞれのガス導
入口３には、各部屋１４ａ〜１４ｃに均一にプロセスガ
スを導入するために、ガスの圧量や流量を調整できるガ
ス制御手段としてのマスフローコントローラ１２が設け
られたガス導入管１３が接続されている。

【００２５】このように中空管１１の内部は、ほぼ体積
の等しい３つの部屋に区切られているため、３つのガス
導入口３からのガスが互いに混ざり合って流量が変化す
ることがなく、それぞれ独立してガス流量を正確に制御
できる。実際には３つのガス導入管１３のガス流量をほ
ぼ同一とすれば吹き出すガス流量は中空管１１のどの位
置でも均一になる。

【００２６】中空管１１の内周壁１１ａには、図３
（ａ）に示すように、複数のガス吹き出し口４としての
孔がほぼ等間隔で穿設されている。ガス吹き出し口４
は、中空管１１の内周壁に孔を設けるだけであり、中空
管１１の下面から基板８の側に突出していないので、等
間隔で多数設けても基板搬送の妨げになることがなく、
基板８へ到達するプロセスガス流量の偏りをなくして基
板面内におけるエッチングの均一性を向上できる。

【００２７】ガス吹き出し口４としての孔は水平方向に
穿設してもよいが、図３（ａ）に示すように基板８に向
けて、例えば水平よりも下方にθ＝約１５°程度傾けて
穿設すると、エッチングレートの均一性が従来の平行平
板電極を有する方式の性能と同等レベルである５％近辺
で推移し、プロセス特性の向上につながることが確認さ
れている。このようにガス吹き出し口４の方向を任意に
角度設定することにより、更なるエッチング均一性の向
上が図れる。

【００２８】中空管１１は着脱自在な構成とすることが
好ましく、例えば、３つのガス導入管１３によって中空
管１１を固定する際に、中空管１１とガス導入管１３と
をネジにて固定する構造とすると、簡単に着脱できメン
テナンス効率を上げることができる。以上のように構成
されたドライエッチング装置の動作を以下に述べる。

【００２９】図示されていない搬送機により基板８が搬
送され下側電極７に載置されると、処理室１の内部は所
定の真空度に到達するまで排気口２から真空引きされ
る。処理室１内が所定の真空度に到達すると、マスフロ
ーコントローラ１２を設けたガス導入管１３より各部屋
１４ａ〜１４ｃにプロセスガスが供給され、プロセスガ
スが部屋の内部を拡散してガス吹出し口４より処理室１
内に噴出される。このとき、３ヶ所に設けられたガス導
入管系統では、それぞれの系統でプロセスガスの流量と
圧力がほぼ同じとなるようにマスフローコントローラ１
２にて安定化が行われる。

【００３０】次いで、高周波電源９ａ，９ｂより高周波
電力を供給してプロセスガスのガスプラズマを発生さ
せ、基板８のドライエッチングが行われる。配線用アル
ミニウムをエッチングする場合は、従来と同様の条件で
ある条件は従来と同様、ＢＣｌ ₃＋Ｃｌ₂により圧力１．
５Ｐａにて行う事ができる。なお、上記のように構成さ
れた中空管１１は、基板８が直径８インチのシリコンウ
エハの場合、内径が約２８０ｍｍで、ウエハ径の約１．
４倍であることから、プラズマは中空管１１の内径とほ
ぼ同程度の範囲に印加される。

【００３１】従って、中空管１１の内周壁に設けられた
ガス吹き出し口４は、上記従来例に示すシャワーヘッド
方式のガス供給部１０ｂのように、プラズマの衝撃によ
り消耗することがなく、エッチングの均一性が低下する
こともない。また、中空管１１の劣化による交換頻度も
少なくなり、コストダウンが図れる。また、ガス供給部
１０ａでは、一方向からではなく複数方向から中空管１
１にプロセスガスを導入するとともに、ガス導入管１３
ごとに流量を調整されているため、ガス吹き出し口４か
ら吹き出されるプロセスガスの流量が均一化され、エッ
チング均一性を高めることができる。

【００３２】なお、上記実施の形態では、中空管１１の
内部を３つの部屋に分割したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、複数に分割されたものであればよ
い。また、中空管１１の各部屋１４ａ〜１４ｃには、ガ
ス導入管１３を１本づつ設けたが、よりガス供給の均一
性を高めるためには、各部屋に複数本のガス導入管を接
続することが好ましい。

【００３３】また、中空管１１の内周壁にはガス吹き出
し口４として孔を穿設したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば図３（ｂ）に示すように、基端
部から先端部に向かってテーパが形成されるとともにそ
の先端が基板８の中心方向を向いたノズル形状のガス吹
き出し口４を設けてもよい。このときノズルの先端が基
板８の真上まで達しないようにすると基板搬送の障害に
ならなず、多数設けることができる。また、ノズルの角
度を上下方向に調節するよう構成してもよい。

【００３４】また、ガス供給部１０ａを基板８の対向面
側に設けたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、ガス供給部１０ａを下側電極７の外周に接して、あ
るいはそのきわめて近傍に配設しても上記と同様の効果
が得られる。なお、このようなガス供給部１０ａの配設
によっても、中空管１１の内周面にはガス吹き出し口４
が穿設されているだけであるので、基板搬送の妨げにな
ることはない。

【００３５】また、上記説明では、エッチング均一性の
向上を目的とした誘導結合型ドライエッチング装置を用
いるアルミニウムエッチングの場合を例示したが、これ
以外にポリシリコンエッチングなどにも実際にメインテ
ナンス効率を挙げつつ、基板内のエッチング均一性を改
善でき、同様にＭＯＳトランジスタのゲート電極や基板
のエッチング等においても実施できる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明の処理装置による
と、処理室内に載置された基板に前記処理室内に配設さ
れたガス供給部よりプロセスガスを供給して基板を処理
する処理装置であって、前記ガス供給部を、環状でその
内部が互いに連通しない複数の部屋に分割された中空管
と、前記中空管のそれぞれの部屋に接続され外部からプ
ロセスガスを導入するガス導入管とから構成するととも
に、中空管の前記部屋にはガス吹出し口を設けてこのガ
ス吹出し口よりプロセスガスを均一に基板に供給するよ
う構成することで、基板へのプロセスガスの流れがより
基板に対して対称となることから、基板処理の均一性を
高めることができる。また、プロセスガスは環状の中空
管の内側より基板に供給されるため、ガス吹き出し口の
劣化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるドライエッチング
装置の断面図

【図２】本発明の実施の形態におけるガス供給部の構成
を示す平面図

【図３】本発明の実施の形態におけるガス供給部の要部
を示す断面拡大図

【図４】従来のドライエッチング装置の構成を示す模式
図

【図５】従来のドライエッチング装置の断面図

【図６】従来のガス供給部の要部拡大図

【符号の説明】

１ 処理室 ２ 排気口 ３ ガス導入口 ４ ガス吹き出し口 ５ 電磁誘導コイル ６ 上側電極 ７ 下側電極 ８ 基板 ９ａ，９ｂ 高周波電源 １０ａ ガス供給部 １１ 中空管 １２ マスフローコントローラ １３ ガス導入管 １４ ガス供給室 １５ 間仕切り

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K057 DA01 DA20 DB05 DE01 DE04 DM07 DM37 DN01 5F004 AA01 AA14 AA15 AA16 BA20 BB18 BB28 BC08 DA04 DA11 DB09 DB16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内に載置された基板に前記処理室内
   に配設されたガス供給部よりプロセスガスを供給して基
   板を処理する処理装置であって、 前記ガス供給部を、環状でその内部が互いに連通しない
   複数の部屋に分割された中空管と、前記中空管のそれぞ
   れの部屋に接続され外部からプロセスガスを導入するガ
   ス導入管とから構成するとともに、 中空管の前記部屋にはガス吹出し口を設けてこのガス吹
   出し口よりプロセスガスを均一に基板に供給するよう構
   成した処理装置。
2. 【請求項２】中空管の内部を均等に分割した請求項１記
   載の処理装置。
3. 【請求項３】中空管のそれぞれの部屋に複数のガス導入
   管を接続した請求項１記載の処理装置。
4. 【請求項４】ガスプラズマを発生させる手段を設けた請
   求項１記載の処理装置。
5. 【請求項５】ガス導入管を流れるガスの流量を変更可能
   なガス制御手段を備けた請求項１記載の処理装置。