JP2004047558A

JP2004047558A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2004047558A
Application number: JP2002200182A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Tono; 東野　秀史
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】基板の大型化に伴い排気系の大容量化を図る場合に、真空容器内のガスの流れを均一化して均一なプラズマ処理を可能にし、装置の小型化、単純化と共にコスト低減を可能にする。
【解決手段】真空容器（１０）内に反応ガスを供給するガス供給系と、真空容器（１０）内にプラズマを発生させるプラズマ発生系と、真空容器（１０）内を排気する真空排気系とを備え、真空容器（１０）内に置いた被処理物（１６）をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、真空排気系は真空容器（１０）に並列に接続された複数の小型ターボ分子ポンプ（５０）を有する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体製造過程でプラズマエッチングやプラズマＣＶＤなどのプラズマ処理を行うために用いるプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造過程において、プラズマを用いたドライエッチングやアッシング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、などの処理を行う装置が用いられている。
【０００３】
ここにドライエッチングは、エッチングガスを放電分解してプラズマ状態にし、発生したラジカルやイオンによりエッチングするものである。アッシング（灰化）は基板表面に残るレジストを、プラズマのラジカルやイオンとの反応によって気体にし、排気系によって排気することにより除去するものである。ＣＶＤは化学気相成長法とも呼ばれ、形成しようとする薄膜材料を構成する元素からなる化合物のガスを放電により分解し、化学的に反応させることによって、薄膜を形成する方法である。
【０００４】
これらの種々の処理では、真空容器内に一定のガスの流れを生成して、安定した雰囲気の下で処理を進行させることが重要である。
【０００５】
一方近年技術の進歩により、基板サイズが大きくなり、加工の微細化も進んでいる。このため大型の真空容器内に、大量のガスを流しながら十分低いガス圧の中でプラズマを高い均一性をもって形成することが必要になる。このため排気系に用いるターボ分子ポンプも大型化することになる。
【０００６】
通常縦置き円筒型の真空容器を用いる装置では、その底壁中央に基板を置き、この基板の下方に１つの排気口を設けている。すなわち被加工物の真下から排気するものである。このように真空容器の底壁中央から排気することは、真空容器内のガスの流れを均一化するのに適すると考えられるからである。この場合ターボ分子ポンプは、この排気口に直接接続していた。すなわち真空容器の中央真下に取付けていた。
【０００７】
しかしターボ分子ポンプが大型化すると、このポンプを真空容器の中央真下に設けることが不可能になった。そこで図２に示すように真空容器の側壁に接続した排気室に大型のターボ分子ポンプを取付けることが考えられた。
【０００８】
図２は従来考えられている排気副室付きの大型のプラズマエッチング装置の概念図である。この装置は反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ：　ＲＩＥ）技術を用いるものである。この図２において符号１０は真空容器であり、縦置きの円筒型である。この真空容器１０はステンレスなどの金属で作られ、その水平な上壁は接地された陽極となっている。
【０００９】
真空容器１０の円形の底面には、その垂直な中心軸と同心位置に、絶縁材１２を介して円形の保持台１４が水平に取付けられている。この保持台１４の上面には被処理物である基板１６が水平に保持されている。この基板１６は、例えばシリコンウェハである。基板１６には、保持台１４を介して工業用周波数として割り当てられている１３．６ＭＨｚ（ｒｆ：　ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の高周波電力が印加される。この場合基板１６はグロー放電中は負にバイアスされるので陰極となる。
【００１０】
１８は高周波電源、１８Ａはブロッキングコンデンサであり、これらは陽極となる真空容器１０や陰極となる保持台１４などと共にプラズマ発生系を形成する。
【００１１】
真空容器１０の筒状の側壁下部には、排気用副室２０が接続されている。２２は大型のターボ分子ポンプであり、この排気用副室２０の底壁に取付けられている。２４はドライポンプであり、ターボ分子ポンプ２２の大気側に接続されている。これらによって真空排気系が形成される。
【００１２】
ここに、ターボ分子ポンプ２２は、円板周辺部に小翼を回転面に対して傾けて配置したものを動翼とし、これを逆の傾きをもたせた小翼をもつ固定円盤を静翼として、動翼と静翼を交互に多段に重ねた構造のものである。動翼を高速回転させることにより気体分子の通過確率に差を生じさせて気体を排気するものである。ドライポンプ２４は油を用いないポンプであって、スパッタイオンポンプやソープションポンプなどを用いる。ドライポンプ２４に代えて、油の逆流を防ぐ対策を十分に施した油回転ポンプを用いてもよい。
【００１３】
この真空容器１０には、ガス供給系（図示せず）から一定流量に制御された反応ガスがガス供給口２６を通して供給される。このガスの供給と同時に、排気系のポンプ２２、２４により排気を行い、真空容器１０内を一定の低圧に保つ。この状態で高周波電源１８によりガスを放電させ、プラズマ状態にして基板１６の表面処理を行うものである。図２で２８はプラズマ状態のガスを示す。
【００１４】
なおガスの流れを均一化するために、真空容器１０内には保持台１４の外周を囲むように整流板（バッフル）３０が取付けられる。この整流板３０はガスの流れに適度な抵抗を与えて基板１６の周辺でのガスの流れ易さ（コンダクタンス）を均一化するものであり、２００Ｌ／ｓｅｃ（１秒間に２００リットル）程度のガスの流れを許容する。ここにターボ分子ポンプ２２は、直径３０ｃｍ（１２インチ）の基板（ウェハ）１６をドライエッチング（またはアッシング）する場合には、２０００Ｌ／ｓｅｃ（１秒間に２０００リットルの排気能力）程度の能力のものを用いている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来は排気用副室２０を通して真空容器１０の側面から排気していたため、真空容器１０内のガスの流れに偏りが発生し、不均一な圧力分布が発生することが避けられない。このため真空容器１０内におけるプラズマ２８の生成が空間的に不均一になったり、基板１６とガスとの化学的反応が不均一になり、結果的に基板１６の全面を均一に処理することができなくなる。
【００１６】
このようなガスの流れに偏りが発生するのを防ぐため、図２に示すように整流板（バッフル）３０を設け、ガスの流れ易さ（コンダクタンス）を制御することにより、流れを均一化しているのは前記した通りである。
【００１７】
しかしこのようにコンダクタンスを制御することは、ガスの流れを絞ることになるから、排気系の実効排気速度が低下することになる。このためターボ分子ポンプ２２の排気速度をさらに大きくする必要が生じてしまい、悪循環となる。
【００１８】
前記のように、整流板３０が２００Ｌ／ｓｅｃのガス流動を許容するものとした場合には、ターボ分子ポンプ２２にはこの整流板３０に比べて十分大きな排気能力のものを用いる必要が生じ、前記したように約２０００Ｌ／ｓｅｃのポンプ２２が必要になるのが実情である。このため装置の大型化、複雑化を招き、コスト増を招くことにもなる。特に大型のターボ分子ポンプは回転円盤径が大きくなるために、著しく高価になる。
【００１９】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、基板の大型化に伴い排気系の大容量化を図る場合に、真空容器内のガスの流れを均一化して均一なプラズマ処理を可能にし、装置の小型化、単純化と共にコスト低減を可能にするプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【発明の構成】
この発明によればこの目的は、真空容器内に反応ガスを供給するガス供給系と、前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生系と、前記真空容器内を排気する真空排気系とを備え、前記真空容器内に置いた被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、前記真空排気系は前記真空容器に並列に接続された複数の小型ターボ分子ポンプを有することを特徴とするプラズマ処理装置、により達成される。
【００２１】
複数の小型ターボ分子ポンプの大気側にはドライポンプを接続するが、このドライポンプは１つであってもよい。複数のターボ分子ポンプは、被処理物の周囲に等間隔に設けた複数の排気口にそれぞれ接続して、被処理物の周囲から均等に排気することができる。例えば真空容器を縦置き円筒型として、その垂直な中心軸上に置いた被処理物を囲むように真空容器の底面に排気口を開口させる。
【００２２】
ターボ分子ポンプは例えば４個設け、ドライポンプは１個とする。この装置は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置とすることができる。少なくとも一部のターボ分子ポンプには、排気速度を制御するためのバルブをそれぞれ別々に設ければ、このバルブを制御することによってガスの流れを積極的に調整することが可能となり、均一性を一層向上させることができる。
【００２３】
【実施態様】
図１は本発明の一実施態様である大型の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置の概念図である。このＲＩＥ技術はＳｉＯ２のＳｉに対する高選択比エッチング、およびＡｌ系のエッチングなどが可能であり、またアンダーカットの少ない異方性エッチングが可能であるため、Ｓｉの集積回路の製造に広く用いられているものである。
【００２４】
この図１においては、図２と同一部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さない。図２に示した従来の装置と比べて最大の相違点は、４台の小型ターボ分子ポンプ５０（５０Ａ、５０Ｂ、図１では２台だけが示されている）を用いる点である。すなわち真空容器１０の底面に、基板１６の保持台１４を囲んで周方向に等間隔に設けた４つの排気口５２（５２Ａ、５２Ｂ、２つだけを図示する）の下に、それぞれのターボ分子ポンプ５０Ａ、５０Ｂが取付けられている。
【００２５】
ここに用いる１つの小型のターボ分子ポンプ５０の排気能力は、約６０Ｌ／ｓｅｃ（６０リットル／秒）とする。４台のターボ分子ポンプ５０を用いるので、全体としての排気能力は６０×４＝２４０Ｌ／ｓｅｃになる。この発明によれば前記図２に示した従来装置のような整流板３０を用いないので、ガスのコンダクタンスの減少が少ない。すなわちガスの流れ抵抗が増大しない。このため小型のポンプ５０の合計排気能力が２４０Ｌ／ｓｅｃとなっても不都合が生じないものである。
【００２６】
なお少なくとも一部のポンプ５０には、排気速度を制御するためのバルブ（コンダクタンスバルブ）５４を設けるのがよい。このバルブ５４により、真空容器１０におけるガスの流れの偏りを修正して、流れを一層高精度に均一化することができる。
【００２７】
この実施態様はＲＩＥを用いた装置に適用したものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、真空容器内に定常的なガス流を生成させながらプラズマ処理する装置に対して適用でき、本発明はこのようなものを含む。例えばＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；　電子サイクロトロン共鳴）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、ヘリコン波などを用いる装置であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、排気系に複数台の小型ターボ分子ポンプを用いるので、整流板を用いることなく、ガスの流れを均一化して均一なプラズマ処理を可能にすることができる。また整流板を用いないのでガスのコンダクタンスが増大し、ポンプの合計排気能力を１台のポンプを用いる場合に比べて小さくすることができる。このため装置の小型化、単純化が図れる。さらにポンプは小型のもので足りるから装置のコストを下げることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す概念図
【図２】従来装置の概念図
【符号の説明】
１０　真空容器
１４　保持台
１６　基板（シリコンウェハ、被処理物）
１８　高周波電源
２２　大型ターボ分子ポンプ
２４　ドライポンプ
２６　ガス供給口
２８　プラズマ
５０　小型ターボ分子ポンプ
５２　排気口
５４　バルブ（コンダクタンスバルブ）

Claims

真空容器内に反応ガスを供給するガス供給系と、前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生系と、前記真空容器内を排気する真空排気系とを備え、前記真空容器内に置いた被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
前記真空排気系は前記真空容器に並列に接続された複数の小型ターボ分子ポンプを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
複数の小型ターボ分子ポンプと大気側との間に介在するドライポンプを有する請求項１のプラズマ処理装置。
複数の小型ターボ分子ポンプは、真空容器内に置かれた被処理物の周囲に等間隔に設けた複数の排気口にそれぞれ接続されている請求項１または２のプラズマ処理装置。
真空容器は略縦置き円筒型であり、被処理物はこの真空容器の垂直な中心軸上に置かれ、複数の排気口は真空容器の底面に開口している請求項３のプラズマ処理装置。
小型ターボ分子ポンプは４個であり、ドライポンプは１個である請求項２〜４のいずれかのプラズマ処理装置。
陽極となる真空容器と陰極となる被処理物との間で反応ガスを放電によりプラズマ状態にする反応性イオンエッチング装置である請求項１〜５のいずれかのプラズマ処理装置。
少なくとも一部のターボ分子ポンプには、排気速度を制御するバルブを別々に設けた請求項１〜６のいずれかのプラズマ処理装置。