JP2005093886A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの汚染を防止し、高周波電極によるウエハの電位の制御性を高める。
【解決手段】ウエハ１を収容する処理室１０と、処理室１０に設置されウエハ１を保持するサセプタ４０と、処理室１０に反応ガス２１を導入するシャワーヘッド１３と、処理室１０を排気する排気口と、処理室１０にプラズマを生成する筒状電極３１および筒状磁石３４とを備えたＭＭＴ装置において、石英で形成したサセプタ４０の上面にウエハ保持部４１をウエハ１よりも若干大径の円形穴形状に没設し、サセプタ４０の保持部４１の下側に炭化シリコンからなる高周波電極４２をウエハ１の下面と高周波電極４２との間隔ｔが１．５ｍｍ以下になるように配置する。石英からなるサセプタでウエハ汚染を防止して歩留りを高め、高周波電極をウエハに近づけることで高周波電極の制御性を高めてＭＭＴ装置の処理速度を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置、特に、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理装置（以下、ＭＭＴ装置という。）に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に酸化や窒化、拡散、成膜、エッチング等のプラズマ処理を施すのに利用して有効なものに関する。

一般に、ＩＣの製造方法においてウエハにプラズマ処理を施すのに使用されるＭＭＴ装置は処理室、サセプタ、筒状電極、筒状磁石、シャワーヘッドおよび排気口を備えており、気密性を確保した処理室のサセプタの上に被処理基板としてのウエハを設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。この際、放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので、高密度プラズマを生成することができる。このように、ＭＭＴ装置は反応ガスを励起分解させてウエハ表面を酸化または窒化、拡散、成膜、エッチングする等のプラズマ処理を施すように構成されている（例えば、特許文献１参照）。そして、従来のこの種のＭＭＴ装置におけるサセプタは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）によって作製されている。
特開２００１−１９６３５４号公報

サセプタが窒化アルミニウムによって作製されたＭＭＴ装置においては、プラズマ処理中にサセプタからアルミニウムの不純物（異物）が発生するために、ウエハが汚染されるという問題点がある。また、ウエハがサセプタと広い面積で接触するために、ウエハの裏面がサセプタのアルミニウムによって汚染されたり、損傷されたりするという問題点がある。抵抗加熱ヒータや高周波電極およびサセプタが一体型のＭＭＴ装置の場合においては、高周波電極からウエハまでの距離が１．５ｍｍ以上あるために、ウエハの電位を高周波電極を用いて制御しにくいという問題点がある。

本発明の目的は、被処理基板の汚染や損傷を防止することができ、また、高周波電極によって被処理基板の電位を良好に制御することができる半導体製造装置を提供することにある。

本発明に係る半導体製造装置は、基板を処理する処理室と、誘電体によって形成され前記処理室に設置されたサセプタとを備えており、前記基板を保持する保持部が前記サセプタの上面に設けられ、この保持部の下側には高周波電極が前記基板と間隔を介して対向するように設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、基板と高周波電極を近づけることにより、高周波電極の基板電位制御性能を向上させることができる。基板とサセプタとの接触面積を減少させることにより、基板の汚染を防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、本発明に係る半導体製造装置は、ＭＭＴ装置として図１に示されているように構成されている。図１に示されたＭＭＴ装置は処理室１０を備えており、処理室１０は第二の容器である下側容器１２と、下側容器１２の上に被せられる第一の容器である上側容器１１とから構成されている。上側容器１１はドーム型の酸化アルミニウムまたは石英で形成されており、下側容器１２はアルミニウムで形成されている。上側容器１１の上部にはガス分散空間であるバッファ室１４を形成するシャワーヘッド１３が設けられており、下壁にはガスを噴出する噴出口であるガス噴出孔１６を有するシャワープレート１５が形成されている。シャワーヘッド１３の上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口１７が開設されており、ガス導入口１７にはガスを供給する供給管であるガス供給管１８が接続されている。ガス供給管１８は開閉弁であるバルブ１９と、流量制御手段であるマスフローコントローラ２０とを介して反応ガス２１のガスボンベに接続されている。下側容器１２の側壁には反応ガス２１を排気する排気口であるガス排気口２２が開設されており、ガス排気口２２はガスを排気する排気管であるガス排気管２３により、圧力調整弁２４と開閉弁であるバルブ２５とを介して排気装置である真空ポンプ２６に接続されている。さらに、下側容器１２の側壁の他の位置には仕切弁となるゲートバルブ２７が設けられている。そして、ゲートバルブ２７が開いている時にはウエハ１が処理室１０にウエハ移載装置（wafer transfer equipment )によって搬入および搬出され、ゲートバルブ２７が閉じている時には処理室１０は気密に維持される。

上側容器１１の外側には、供給される反応ガス２１を励起させる放電手段として筒状（好適には円筒状）の第一の電極である筒状電極３１が同心円に敷設されており、筒状電極３１は処理室１０のプラズマ生成領域３０を囲んでいる。筒状電極３１には高周波電力を印加する高周波電源３３がインピーダンスの整合を行う整合器３２を介して接続されている。筒状電極３１の外側には筒状（好適には円筒状）の磁界形成手段である筒状磁石３４が同心円に敷設されており、筒状磁石３４は筒状電極３１の外側の表面の上下端近傍に配置されており、上下の筒状磁石３４、３４は処理室１０の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石３４、３４の磁極の向きが逆向きに設定されている。したがって、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極３１の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。筒状電極３１および筒状磁石３４の周囲には電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板３５が設置されており、遮蔽板３５は筒状電極３１および筒状磁石３４で形成される電界や磁界を外部環境や他の半導体製造装置等に悪影響を及ぼさないように遮蔽している。

下側容器１２の中心部にはエレベータによって昇降駆動されるサセプタ昇降軸３６が垂直方向に昇降するように支承されており、サセプタ昇降軸３６の処理室１０側の上端にはウエハ１を保持するための保持手段としてのサセプタ４０が水平に設置されている。サセプタ昇降軸３６は下側容器１２と絶縁されており、下側容器１２の底面上におけるサセプタ昇降軸３６の外方には三本の突き上げピン３７が垂直に立設されている。三本の突き上げピン３７はサセプタ昇降軸３６の下降時にサセプタ４０に開設された三個の挿通孔３８を下から挿通して、サセプタ４０の上に保持されたウエハ１を突き上げるように構成されている。

図１に示されているように、基板載置台としてのサセプタ４０は誘電体である石英によってウエハ１よりも大径の円盤形状に形成されている。サセプタ４０の上面にはウエハ１を保持する凹型をした保持部４１がウエハ１よりも若干だけ大径の円形の穴形状に没設されており、保持部４１の深さはウエハ１の厚さと略等しく設定されている。サセプタ４０の保持部４１の下側には、高温に強く導電性を有する炭化シリコン（ＳｉＣ）によって構成された高周波電極４２が配置されており、保持部４１の底面すなわちウエハ１の下面と高周波電極４２との間隔ｔは、１．５ｍｍ以下に設定されている。高周波電極４２の高周波フェード線４３はサセプタ昇降軸３６を挿通されて外部に引き出されており、高周波フェード線４３にはインピーダンスを調整するインピーダンス調整器４４が接続されている。インピーダンス調整器４４はコイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、サセプタ４０を介してウエハ１の電位を制御し得るようになっている。高周波電極４２の下側には加熱手段としてのヒータ４５が配置されており、ヒータ４５は高周波電力が印加されてウエハ１を５００℃程度にまで加熱し得るように構成されている。ヒータ４５の電力フェード線４６はサセプタ昇降軸３６を挿通されて外部に引き出されており、ヒータ用高周波電源４７に接続されている。

また、図１に示されているように、ＭＭＴ装置はコンピュータ等によって構成された制御手段であるコントローラ５０を備えており、コントローラ５０はバルブ１９、マスフローコントローラ２０、圧力調整弁２４、バルブ２５、真空ポンプ２６、ゲートバルブ２７、整合器３２、高周波電源３３、サセプタ昇降軸駆動装置、インピーダンス調整器４４、ヒータ用高周波電源４７等に接続されて、それらを制御するように構成されている。

次に、以上の構成に係るＭＭＴ装置の作用を説明する。

ウエハ１は処理室１０にウエハ移載装置によってゲートバルブ２７から搬入され、サセプタ４０の保持部４１の上に移載される。この際、まず、サセプタ４０がサセプタ昇降軸３６によって下降され、突上げピン３７の先端がサセプタ４０の挿通孔３８を挿通してサセプタ４０の上面よりも所定の高さ分だけ突き出される。続いて、下側容器１２に設けられたゲートバルブ２７が開かれて、ウエハ１がウエハ移載装置によって搬入され、三本の突き上げピン３７の上端間に移載される。ウエハ１を突き上げピン３７に移載したウエハ移載装置が処理室１０の外へ退避すると、ゲートバルブ２７が閉まり、サセプタ４０がサセプタ昇降軸３６により上昇され、ウエハ１が突き上げピン３７の上からサセプタ４０の保持部４１に受け渡される。

サセプタ４０のヒータ４５は予め加熱されており、サセプタ４０の保持部４１に保持されたウエハ１を室温〜５００℃の範囲内で所定の処理温度に加熱する。処理室１０の圧力は０．１〜１００Ｐａの範囲内に真空ポンプ２６および圧力調整弁２４によって維持される。ウエハ１が処理温度に加熱されると、反応ガス２１が処理室１０にガス導入口１７からシャワープレート１５のガス噴出孔１６を介してシャワー状に導入される。同時に、１５０〜２００Ｗの高周波電力が筒状電極３１に高周波電源３３から整合器３２を介して印加される。この際、高周波電極４２のインピーダンス調整器４４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。筒状磁石３４、３４の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ１の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域３０に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ４０上のウエハ１の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウエハ１は、ウエハ移載装置によって搬入時と逆の手順で処理室１０の外へ搬送される。

なお、コントローラ５０により高周波電源３３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器３２の調整、バルブ１９の開閉、マスフローコントローラ２０の流量、圧力調整弁２４の弁開度、バルブ２５の開閉、真空ポンプ２６の起動・停止、サセプタ昇降軸３６の昇降動作、ゲートバルブ２７の開閉、サセプタ４０のヒータ４５に高周波電力を印加する高周波電源４７への電力ＯＮ・ＯＦＦをそれぞれを制御している。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) サセプタを石英によって形成することにより、サセプタが５５０℃の高温下でプラズマに直接的に晒されてもサセプタがウエハに対する汚染源になるのを防止することができるとともに、ウエハの裏面全体がサセプタに接触してもウエハに汚染が発生するのを防止することができるので、ＭＭＴ装置ひいてはＩＣの製造方法の歩留りを向上させることができる。

2) ウエハの下面と高周波電極との間隔を１．５ｍｍ以下に設定することにより、ウエハの表面電位に対する高周波電極の制御性能を向上させることができるので、ＭＭＴ装置の処理速度を向上させることができる。

3) 高周波電極を炭化シリコンによって形成することにより、処理温度を８００℃まで上昇させることができるので、ＭＭＴ装置の処理速度を向上させることができる。

図２は本発明の第二の実施の形態であるＭＭＴ装置におけるサセプタを示す正面断面図である。

本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、ウエハ１よりも若干だけ小径の円形の窓孔４８を保持部４１の中央部に開設した点である。これによりサセプタ４０の上部に設けられた前記基板を保持する保持部４１と、前記保持部の下方に設けられた高周波電極と、前記基板保持部と、前記高周波電極との間に空間を設けて前記電極が露出するように構成されている。

本実施の形態においては、サセプタ４０上面に没設された保持部４１はウエハ１の下面の周縁部に微小の範囲で接触するだけであるので、サセプタ４０との接触によるウエハ１の汚染を防止することができる。保持部４１は、ウエハ１下面の全周縁に設けてもよく、全周縁部のうち部分的に設けてもよい。但し、保持部４１はウエハ１の下面全周縁に設けた方が、ウエハ１を載置した場合にウエハ１と高周波電極４２との間に形成される空間が処理室１０に連通せず、処理室１０は高周波電極４２による金属汚染が効果的に防止される。なお、サセプタ４０との接触によるウエハ１の汚染を防止することができるので、サセプタ４０を窒化アルミニウムによって作製してもよい。高周波電極４２が露出してウエハ１の下面に空間を介して対向することにより、ウエハ１が高周波電極４２により金属汚染されることなく表面電位に対する高周波電極４２の制御性能を向上させることができるので、ＭＭＴ装置の処理速度を向上させることができる。サセプタ４０のウエハ１との接触を実質的に回避することができるので、ウエハの下面と高周波電極４２と間隔ｔを０．１ｍｍ程度まで減少させることにより、ウエハ１の表面電位に対する高周波電極４２の制御性能をより一層向上させることができる。また、サセプタ４０のウエハ１との接触を実質的に回避することができるので、プラズマ処理後のウエハ１のサセプタ４０からの剥離時の帯電を防止することができ、静電気によるウエハ１への異物の吸着やウエハ１に作り込まれたＩＣの絶縁破壊を未然に防止することができる。

図３は本発明の第三の実施の形態であるＭＭＴ装置におけるサセプタを示す正面断面図である。

本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、ウエハ１を支持するための複数本のピン４９がサセプタ４０の上に突設されている点、である。

本実施の形態によれば、高周波電極４２とウエハ１との間隔ｔを支持ピン４９によって容易に調整することができる。サセプタ４０がウエハ１に接触するのを回避することができるので、プラズマ処理後のウエハ１のサセプタ４０からの剥離時の帯電を防止することができ、静電気によるウエハ１への異物の吸着やウエハ１に作り込まれたＩＣの絶縁破壊を未然に防止することができる。

本発明の第一の実施の形態であるＭＭＴ装置を示す正面断面図である。 本発明の第二の実施の形態であるＭＭＴ装置におけるサセプタを示す正面断面図である。 本発明の第三の実施の形態であるＭＭＴ装置におけるサセプタを示す正面断面図である。

符号の説明

１…ウエハ、１０…処理室、１１…上側容器、１２…下側容器、１３…シャワーヘッド、１４…バッファ室、１５…シャワープレート、１６…ガス噴出孔、１７…ガス導入口、１８…ガス供給管、１９…バルブ、２０…マスフローコントローラ、２１…反応ガス、２２…ガス排気口、２３…ガス排気管、２４…圧力調整弁、２５…バルブ、２６…真空ポンプ、２７…ゲートバルブ、３０…プラズマ生成領域、３１…筒状電極、３２…整合器、３３…高周波電源、３４…筒状磁石、３５…遮蔽板、３６…サセプタ昇降軸、３７…突き上げピン、３８…挿通孔、４０…サセプタ、４１…保持部、４２…高周波電極、４３…高周波フェード線、４４…インピーダンス調整器、４５…ヒータ、４６…電力フェード線、４７…高周波電源、４８…窓孔、４９…支持ピン、５０…コントローラ。

Claims (1)

1. 基板を処理する処理室と、誘電体によって形成され前記処理室に設置された基板載置台と、前記基板載置台の上部に設けられた前記基板を保持する基板保持部と、前記保持部の下方に設けられた高周波電極とを備え、前記基板保持部と、前記高周波電極との間に空間を設けて前記電極が露出することを特徴とする半導体製造装置。

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