JP2004253647A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はプラズマ化された処理ガスを噴出ノズルのガス噴出口から基板に噴出させて基板表面を処理するよう構成されたプラズマ処理装置に関し、スループットの向上及び安定したプラズマの生成を行なうことを課題とする。
【解決手段】プラズマ化された処理ガスをノズル２０のガス噴出口２６からＸＹＺテーブル１６に装着されたウエハ１４に噴出させて基板表面を処理するプラズマ処理装置において、前記ガス噴出口２６から噴出される処理ガスをノズル近傍に閉じ込めるシャッター４０を設けた構成とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に係り、特にプラズマ化された処理ガスを噴出ノズルのガス噴出口から基板に噴出させて基板表面を処理するよう構成されたプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体素子の製造プロセスでは、半導体基板や配線層の微細加工にドライエッチング技術が多用されている。このドライエッチングでは、例えば、マイクロ波によりプラズマを作り、これにより発生したイオンや励起ガスで試料をエッチングしている。
【０００３】
このため、イオン化した粒子の衝突による半導体基板の損傷が問題になる場合がある。これに対して従来は、化学的な作用のみでエッチング可能なガス種のみ取り出して輸送管によりエッチング室に導入し、噴出ノズルからプラズマ化されたエッチングガスを試料表面に吹き付けてエッチングしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハの搬入，搬出時には、チャンバ外へのエッチングガスの流出を防ぐためにプラズマの電源を切り、ガスを止めていた。また、ウエハの中心部のみをエッチングする場合でも、ノズルを中心部に移動させる必要から、周辺部の一部（ノズルが動く部分）がエッチングされてしまっていた。
【０００５】
しかしながら、従来のように加工前にプラズマを停止する方法では、特にダウンフロープラズマにおいては、電源を切っている間にラジカル等が消滅してしまう。このため、次のエッチング処理を始める際にプラズマを安定化させるまでに所定の時間が必要となり、加工処理のスループットに悪影響を及ぼすという問題点があった。
【０００６】
また、プラズマの電源を再度入れて加工を開始する際、噴射ノズルからプラズマ化されたエッチングガスを自由空間に放出した状態から半導体基板上に移動させ加工を開始させるが、この際に半導体基板と噴射ノズルが近接するため、半導体基板がエッチングガスの自由放出を妨げることとなる。
これにより、噴射ノズルから噴出されるエッチングガスの圧力に変動が発生し、この変動が大きい場合にはプラズマ状態が不安定になり、最悪の場合には放電が停止してプラズマの生成ができなくなるという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、スループットの向上及び安定したプラズマの生成を行ないうるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１記載の発明は、
プラズマ化された処理ガスを、噴出ノズルのガス噴出口から基台に装着された基板に噴出させて基板表面を処理するプラズマ処理装置において、
前記ガス噴出口から噴出される前記処理ガスをノズル近傍に閉じ込める噴射阻止部材を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
上記発明によれば、噴射阻止部材を設け、ガス噴出口から噴出される処理ガスが基板の処理室内に噴射されるのを阻止できる構成としたことにより、ガス噴出口から処理ガスが噴出された状態を維持しつつ、基板に対する処理ガスによる処理を停止することができる。即ち、プラズマを生成するための電源を切ることなく、基板に対する処理を停止することができる。これにより、処理を開始する際にプラズマを安定化させる必要がなくなり、直ちに加工処理を開始できるため、処理のスループットを向上させることができる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記噴射阻止部材を、前記基台の前記基板の処理領域外に設けられ、前記噴射ノズルのガス噴出口を覆うシャッターとしたことを特徴とするものである。
【００１２】
上記発明によれば、噴射阻止部材を噴射ノズルのガス噴出口を覆うシャッターにより構成したため、簡単な構成で処理のスループットを向上させることが可能となる。また、シャッターは基台の基板の処理領域外に設けられているため、シャッターが基板に対する処理の邪魔になるようなことはない。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記シャッターを、前記基板の処理領域面に対して上下動可能な構成としたことを特徴とするものである。
【００１４】
上記発明によれば、シャッターを基板の処理領域面に対して上下動可能な構成としたため、ノズルを効果的に覆うことが可能となり、シャッターからのガスの漏れを無くすことができる。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記噴射阻止部材を、前記基台の近傍位置に設けられた駆動機構により、前記噴射ノズルのガス噴出口を覆う位置と、前記噴射ノズルを開放する位置との間で移動可能な構成とされたシャッターにより構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
上記発明によれば、シャッターを駆動する駆動機構が基台の近傍位置に設けられているため、駆動機構をコンパクト化することができ、プラズマ処理装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
また、請求項５記載の発明は、
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記噴射阻止部材を、前記噴射ノズルに設けられた駆動機構により、前記噴射ノズルのガス噴出口を覆う位置と、前記噴射ノズルを開放する位置との間で移動可能な構成とされたシャッターにより構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
上記発明によれば、噴射ノズルに設けられた駆動機構により、噴射阻止部材となるシャッターが駆動する。このため、シャッターによるガス噴出口を覆う処理を速やかに行なうことができる。また、駆動機構を基台側に設ける場合に比べ、シャッターを駆動するアーム等を小さくすることができるため、処理装置の小型化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
図１及び図２は、本発明の第１実施例であるプラズマ処理装置を示す構成図である。本実施例においては、プラズマ処理装置としてウエハ１４（半導体基板）に対してエッチング処理を行なうプラズマエッチング装置１０Ａを例に挙げて説明するものとする。
【００２０】
各図に示されるように、プラズマエッチング装置１０Ａは、ウエハ１４（例えば、シリコン基板）に対し、プラズマ化されたエッチングガスを局部的に吹き付けてパーシャルプラズマエッチングを行なう装置である。このプラズマエッチング装置１０Ａは、内部が所定の減圧環境とされたエッチング室（処理室）１２ａを有するチャンバ１２と、エッチング室１２ａ内でウエハ１４が載置されるＸＹＺテーブル１６と、ＸＹＺテーブル１６をＸ，Ｙ，Ｚ方向へ移動させる駆動部１８と、ウエハ１４に対向するようにチャンバ１２内に設けられたノズル２０と、ノズル２０へ処理ガスを供給するためのガス供給管路２２と、ガス供給管路２２を流れるガスにマイクロ波を照射してプラズマ化するマグネトロン２４とから構成されている。
【００２１】
チャンバ１２は、エッチング室１２ａ内部が所定の減圧環境となるように駆動部１８の周囲に形成された隙間が真空ポンプ（図示せず）などの排気手段に連通されている。
【００２２】
ガス供給管路２２から供給される処理ガスは、例えばハロゲン化合物ガスであるＮＦ_３と不活性ガスであるＡｒとの混合ガスからなり、ガス供給管路２２を介してノズル２０へ供給される過程でマグネトロン２４からのマイクロ波によってプラズマ化される。そして、マイクロ波によりプラズマ励起されたエッチングガス（処理ガス）は、ノズル２０の先端面（下面）の中央に開口するガス噴出口２６からウエハ１４表面に噴出される。
【００２３】
ＸＹＺテーブル１６に載置されたウエハ１４は、ＸＹＺテーブル１６が水平なＸ，Ｙ方向（前後、左右方向）に移動することにより、ガス噴出口２６に対向する位置（即ちエッチング箇所）を移動させることができる。
また、ＸＹＺテーブル１６が垂直なＺ方向に移動することにより、ガス噴出口２６に対する離間距離が調整される。更に、ＸＹＺテーブル１６には噴射阻止部材となるシャッター４０が設けられるが、説明の便宜上、このシャッター４０については後述するものとする。
【００２４】
ノズル２０は、先端面（図中下面）の中央に開口するガス噴出口２６と、ガス噴出口２６の外周を囲むように環状に形成された排気口２８とが同心円状に形成されている。そして、排気口２８に連通された排気通路３２は、吸引管路３３を介して真空ポンプ３４に連通されている。真空ポンプ３４は、吸引管路３３に設けられた開閉弁３６が開弁されると、吸引管路３４のガスを吸引して排気通路３２に負圧を発生させて排気口２８からエッチング時の残ガスを回収して外部に排気する。
【００２５】
ここで、本発明の特徴であるシャッター４０の構成について、図１，図２に加えて、図３及び図４を用いて説明する。 図３はシャッター４０の近傍を拡大して示す平面図であり、図４はシャッター４０の断面図である。
【００２６】
シャッター４０は、ベース部４１と袴部４２とにより構成されている。このシャッター４０は、ベース部４１が固定部４３を介してＸＹＺテーブル１６に固定されることによりＸＹＺテーブル１６に固定される。
【００２７】
この際、図３に示されるようにシャッター４０は、ＸＹＺテーブル１６の外周位置に配設された構成とされている。即ち、シャッター４０は、ＸＹＺテーブル１６上におけるウエハ１４に対してエッチング処理を実施する領域の外部位置に配設された構成とされている。このように、シャッター４０はウエハ１４の処理領域外に設けられているため、シャッター４０がウエハ１４に対する処理の邪魔になるようなことはない。
【００２８】
また、前記したようにＸＹＺテーブル１６は駆動部１８によりＸ，Ｙ，Ｚの各方向に移動可能な構成とされている。よって、ＸＹＺテーブル１６に固定されたシャッター４０も、ＸＹＺテーブル１６の移動に伴い移動する構成とされている。即ち、駆動部１８はシャッター４０を移動させるためのシャッター駆動装置としても機能している。
【００２９】
一方、シャッター４０に設けられた袴部４２は円錐台状の形状とされており、その内部にノズル２０を収納する構成とされている。図２及び図４は、ノズル２０がシャッター４０内に収納された状態を示している。各図に示すようにこの状態では、ノズル２０のガス噴出口２６はシャッター４０で覆われた状態となっている。
【００３０】
よって、ノズル２０のガス噴出口２６から噴出した処理ガスは、シャッター４０に遮られることよりノズル２０の近傍に閉じ込められ、チャンバ１２内への噴射が抑制される。但し、図４に矢印示すように、シャッター４０の袴部４２内においては、ガス噴出口２６からの処理ガスの噴出は停止されることなく連続して実施されている。
【００３１】
このように本実施例では、シャッター４０を設け、ガス噴出口２６から噴出される処理ガスがチャンバ１２内及びウエハ１４に噴射されるのを阻止できる構成としたことにより、ガス噴出口２６から処理ガスが噴出した状態を維持しつつ、ウエハ１４に対する処理ガスによる処理を停止することができる。即ち、プラズマを生成するマグネトロン２４の電源を切ることなく、ウエハ１４に対するエッチング処理を停止することができる。
【００３２】
これにより、非処理時にマグネトロン２４の電源を切っていた従来構成で必要とされた、マグネトロン２４の電源の再投入時にプラズマを安定化させる処理が不要となる。このため、直ちにエッチング処理を再開できるため、エッチング処理のスループットを向上させることができる。
【００３３】
また、本実施例ではシャッター４０がＸＹＺテーブル１６に一体的に固定されており、前記のようにＸＹＺテーブル１６を駆動する駆動部１８を利用して駆動される構成となっている。よって、シャッター４０は駆動部１８により上下動可能な構成となっている。即ち、シャッター４０は、ＸＹＺテーブル１６のウエハ１４が載置される面（処理領域面）に対して上下方向（Ｚ方向）に移動可能な構成となっている。
【００３４】
従って、駆動部１８を適宜駆動制御することにより、シャッター４０によりノズル２０を効果的に覆うことが可能となり、チャンバ１２内に反応ガスが漏れることを抑制することができる。
また、エッチング処理時におけるノズル２０とウエハ１４との離間距離と、非加工時（即ち、ノズル２０がシャッター４０に覆われている状態）におけるノズル２０とシャッター４０との離間距離とを同一とすることができるため、エッチング処理時（加工時）及びエッチング処理を行っていない時（非加工時）におけるノズル２０（ガス噴出口２６）から噴射される処理ガスの圧力を一定化することができる。よって、エッチング処理の安定化を図ることができ、またマグネトロン２４の放電が停止してプラズマの生成ができなくなることも確実に防止することができる。
【００３５】
また、本実施例ではＸＹＺテーブル１６を駆動する駆動部１８を利用して、シャッター４０を駆動する構成としているため、チャンバ１２内の構成をコンパクト化することができる。これにより、プラズマエッチング装置１０Ａの小型化を図ることができる。
【００３６】
図５は、本発明の第２実施例であるプラズマエッチング装置１０Ｂを示している。尚、図５において、図１及び図２に示した構成と同一構成については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３７】
前記した第１実施例では、ＸＹＺテーブル１６にシャッター４０を固定し、シャッター４０を移動させるための駆動機構としても駆動部１８を使用する構成とした。しかしながら、この構成では一つの駆動部１８でＸＹＺテーブル１６の移動とシャッター４０の移動とを行なう必要があるため、制御処理が難しくなる。また、両方の移動が重なる場合には、いずれか一方を犠牲として他方の移動を実施する必要があり、スループットが低下するおそれもある。
そこで、本実施例に係るプラズマエッチング装置１０Ｂは、駆動部１８と別個にシャッター駆動装置５０Ａを設けたことを特徴とするものである。このシャッター駆動装置５０Ａは、図６に拡大して示すように、駆動装置５１，アーム５２Ａ，及びアーム５３Ａ等により構成されている。
【００３８】
駆動装置５１は、本実施例ではＸＹＺテーブル１６の近傍位置である駆動部１８に固定されている。このように、シャッター駆動装置５０Ａ（駆動装置５１）をＸＹＺテーブル１６の近傍位置に配設することにより、各アーム５２Ａ，５３Ａを短くすることができる。よって、シャッター駆動装置５０Ａのコンパクト化及び駆動装置５１の省電力化を図ることができる。
【００３９】
アーム５２Ａ及びアーム５３Ａは、駆動装置５１により回動するアームである。アーム５２Ａは、一端が駆動装置５１に接続されると共に、他端が関節部６０に接続されている。また、アーム５２Ｂは、一端が関節部６０に接続されると共に、他端にはシャッター４０が固定されている。
よって、シャッター４０は、駆動装置５１により各アーム５２Ａ，５３Ａが移動することにより、ＸＹＺテーブル１６に近接した位置（ノズル２０を覆う位置）と、ＸＹＺテーブル１６から離間した位置との間で移動する。
【００４０】
このように本実施例の構成では、シャッター駆動装置５０Ａの駆動と、ＸＹＺテーブル１６の駆動とが独立した構成となるため、それぞれの駆動制御の自由度を向上させることができ、よって各駆動制御用のプラグラムの簡単化を図ることができる。また、ＸＹＺテーブル１６とシャッター４０とが独立して駆動可能となるため、互いの駆動が干渉して一方が待ちあう時間が少なくなり、スループットの向上を図ることができる。
【００４１】
図７は、上記した第２実施例の変形例であるシャッター駆動装置５０Ｂを示している。図６に示したシャッター駆動装置５０Ａは、駆動装置５１及びアーム５２Ａ，５３Ａにより、シャッター４０をＸＹＺテーブル１６の外周部に移動させる構成とされていた。これに対し、本変形例では、ＸＹＺテーブル１６に載置されたウエハ１４上にもシャッター４０が移動できるよう構成したことを特徴とするものである。
【００４２】
この構成とすることにより、ウエハ１４上に任意位置からエッチング処理を開始することが可能となる。即ち、図６に示すシャッター駆動装置５０Ａでは、シャッター４０がウエハ１４の外周部に位置するため、エッチング処理を開始する場合には、必然的にシャッター４０の位置からウエハ１４の搭載位置までノズル２０を移動（移動の一例を図６に破線の矢印で示す）させる必要がある。このため、図６に示すシャッター駆動装置５０Ａでは、ウエハ１４に対するエッチング処理は必然的にウエハ１４の外周位置からとなる。
【００４３】
これに対して図７に示すシャッター駆動装置５０Ｂでは、ウエハ１４上にもシャッター４０が移動できるよう構成したことにより、ウエハ１４上の任意位置からエッチング処理を開始することが可能となる。即ち、図７に示す例では、同図に示す位置からＸＹＺテーブル１６とノズル２０の位置を変更することなく、シャッター４０のみを移動させることにより、ウエハ１４の略中央位置からエッチング処理を開始することが可能となる。これにより、エッチング処理の自由度を向上させることができる。
【００４４】
図８は、本発明の第３実施例であるプラズマエッチング装置１０Ｃを示す構成図である。尚、図８において、図１及び図２に示した構成と同一構成については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４５】
第１実施例に係るプラズマエッチング装置１０Ａでは、ＸＹＺテーブル１６が駆動部１８により駆動し、ノズル２０は固定された構成とされていた。これに対し、本実施例に係るプラズマエッチング装置１０Ｃは、テーブル６６が固定台６５に固定されると共に、ノズル２０がノズル駆動装置６７によりＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能な構成とされている。このように、ウエハ１４に対するエッチング処理は、ノズル２０が移動する構成としても実施することができる。
【００４６】
また、本実施例ではシャッター４０を駆動するシャッター駆動装置５０Ｃが、ノズル２０（具体的には、ノズル２０の上部のガス供給管路２２）に配設された構成とされている。シャッター駆動装置５０Ｃは、ガス供給管路２２に固定された駆動装置５１と、この駆動装置５１から下方に延出したアーム５２Ｃと、このアーム５２Ｃに対して直角方向に延出したアーム５３Ｃとにより構成されている。そして、シャッター４０は、このアーム５３Ｃに取り付けられた構成とされている。
【００４７】
上記構成において、駆動装置５１により各アーム５２Ｃ，５３Ｃが駆動すると、シャッター４０はテーブル６６の外周位置、或いはウエハ１４の上部位置にシャッター４０を移動させる。このように、シャッター駆動装置５０Ｃをノズル２０に設けることにより、シャッター駆動装置５０Ｃはノズル２０の移動に追随して移動することになる。
【００４８】
即ち、ノズル２０の位置に拘わらず、シャッター駆動装置５０Ｃは常にノズル２０の近傍に位置した構成となる。よって、シャッター４０によるノズル２０（ガス噴出口２６）を覆う処理を速やかに行なうことができ、スループットの向上を図ることができる。また、シャッター駆動装置を固定された固定台６５側に設ける場合に比べ、シャッター４０を駆動するアーム５２Ｃ，５３Ｃ等を小さくすることができ、よってプラズマエッチング装置１０Ｃの小型化を図ることができる。
【００４９】
図９は、本発明の第４実施例であるプラズマエッチング装置１０Ｄを示す構成図である。尚、図９において、図１及び図２に示した構成と同一構成については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００５０】
本実施例に係るプラズマエッチング装置１０Ｄは、シャッター４０を駆動するシャッター駆動装置５０Ｄに移動レール５４を用いたことを特徴とするものである。移動レール５４はチャンバ１２内を横架するよう配設されており、またシャッター４０はこの移動レール５４に支持されて図中左右方向に移動可能な構成とされている。更に、移動レール５４には駆動装置５１が配設されており、この駆動装置５１の駆動力によりシャッター４０が移動付勢させる構成とされている。
【００５１】
このように、移動レール５４を用いることによりシャッター４０の移動は安定化し、またアームを用いる構成に比べて構成及び移動制御の簡単化を図ることができる。
【００５２】
尚、上記各実施例では、ウエハ１４の表面をエッチングする場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の材質からなる基板をエッチングする場合にも適用できるのは勿論である。
【００５３】
また、上記各実施例においては、プラズマエッチング装置を一例として挙げたが、これに限らず、プラズマ化された処理ガスを噴出ノズルのガス噴出口から基板に噴出させて基板表面に成膜する処理（例えば、プラズマＣＶＤ等）にも本発明を適用できるのは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００５５】
請求項１記載の発明によれば、プラズマを生成するための電源を切ることなく、基板に対する処理を停止することができるため、処理を開始する際にプラズマを安定化させることなく直ちに加工処理を開始できるため、処理のスループットを向上させることができる。
【００５６】
また、請求項２記載の発明によれば、簡単な構成で処理のスループットを向上させることができる。
【００５７】
また、請求項３記載の発明によれば、ノズルを効果的に覆うことが可能となり、シャッターからのガスの漏れを無くすことができる。
【００５８】
また、請求項４記載の発明によれば、駆動機構をコンパクト化することができ、プラズマ処理装置の小型化を図ることができる。
【００５９】
また、請求項５記載の発明によれば、シャッターによるガス噴出口を覆う処理を速やかに行なうことができると共に、シャッターを駆動するアーム等を小さくすることができるため処理装置の小型化を図ることができる．
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例であるプラズマ処理装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例であるプラズマ処理装置において、ノズルにシャッターが装着された状態を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例であるプラズマ処理装置に設けられるＸＹＺテーブル近傍を拡大して示す平面図である。
【図４】ノズルにシャッターが装着された状態を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施例であるプラズマ処理装置の構成図である。
【図６】本発明の第２実施例であるプラズマ処理装置に設けられるシャッター駆動機構を示す平面図である。
【図７】図６に示すシャッター駆動機構の変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の第３実施例であるプラズマ処理装置の構成図である。
【図９】本発明の第４実施例であるプラズマ処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１０Ａ〜１０Ｄ プラズマエッチング装置
１２ チャンバ
１２ａ エッチング室
１４ ウエハ
１６ ＸＹＺテーブル
１８ 駆動部
２０ ノズル
２２ ガス供給管路
２４ マグネトロン
２６ ガス噴出口
２８ 排気口
３２ 排気通路
３４ 真空ポンプ
４０ シャッター
４１ ベース部
４２ 袴部
４３ 固定部
５０Ａ〜５０Ｃ シャッター駆動装置
５１ 駆動装置
５２Ａ〜５２Ｃ アーム
５３Ａ〜５３Ｃ アーム
５４ 移動レール
６７ ノズル駆動装置

Claims (5)

1. プラズマ化された処理ガスを、噴出ノズルのガス噴出口から基台に装着された基板に噴出させて基板表面を処理するプラズマ処理装置において、
   前記ガス噴出口から噴出される前記処理ガスをノズル近傍に閉じ込める噴射阻止部材を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記噴射阻止部材は、
   前記基台の前記基板の処理領域外に設けられ、前記噴射ノズルのガス噴出口を覆うシャッターであることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２記載のプラズマ処理装置において、
   前記シャッターは、前記基板の処理領域面に対して上下動可能な構成とされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記噴射阻止部材は、
   前記基台の近傍位置に設けられた駆動機構により、前記噴射ノズルのガス噴出口を覆う位置と、前記噴射ノズルを開放する位置との間で移動可能な構成とされたシャッターであることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
   前記噴射阻止部材は、
   前記噴射ノズルに設けられた駆動機構により、前記噴射ノズルのガス噴出口を覆う位置と、前記噴射ノズルを開放する位置との間で移動可能な構成とされたシャッターであることを特徴とするプラズマ処理装置。

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