JP2006019552A

JP2006019552A - プラズマ処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2006019552A
Application number: JP2004196536A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Itsunoi; 大介五ノ井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】反応ガスの流れを制御しつつ、パーティクルの低減も同時に図れるプラズマ処理装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】チャンバー１０１に、反応ガス供給と真空排気の手段を備えたシャワーヘッド１０４、排気分配手段１０６、不活性ガス導入口１０７、分岐配管１０９を備え、通常の放電加工停止と同時に１０７より不活性ガスを導入し、１０６を動作させ、シャワーヘッド１０４、分岐配管１０９、排気分配手段１０６からなる排気経路を設ける。チャンバー１０１からの不活性ガスの排出に伴って基板１０２の上方に存在するパーティクルがシャワーヘッド１０４から排出され基板に付着するパーティクルを低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は枚葉式のプラズマ処理装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、各製造過程において要求される加工精度は年々厳しくなってきている。製造装置の基本的な加工特性の向上はもとより、装置内で発生するパーティクルの低減なくしては、高歩留りで、安定したデバイスの連続生産は困難になってきている。

従来、パーティクルの低減を図るために、例えば、特許文献１に開示されているようなＣＶＤ装置がある。図４は従来の技術におけるＣＶＤ装置の構成図を示している。

図４において基板支持具３上の基板２の外周に反応ガス排気口６が配置されているため、ガス供給口５から供給されたガスが基板２の面上を流れた後チャンバー１内に拡散することなく排気口６により排気されるという構成となっている。
特開平６−２９５８７１号公報

しかしながら、上記従来の構成では排気口６が１箇所で、かつ基板２の周辺近傍に偏在しているため、所望する加工特性を得るための製造装置の加工条件設定の自由度が小さくなる可能性があった。また、上記従来例はＣＶＤ装置についての例であるが、例えば、プラズマを発生させて放電処理を行うドライエッチやプラズマＣＶＤ装置などに展開をした際には、ガス流れの乱れ、プラズマの不均一などからパーティクル低減はできるものの、加工特性が悪化する恐れがあった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、反応ガスの流れを制御しつつ、パーティクルの低減も同時に図れるプラズマ処理装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のプラズマ処理装置は、基板を放電処理する処理室と、前記処理室を真空排気するための排気口と、前記基板に対し反応ガスを供給するためのシャワーヘッドを備えた基板処理装置であって、前記排気口に加えて、前記シャワーヘッドから真空排気する手段を備えていることを特徴とする。

前記シャワーヘッドが１個の構造体であり、その内部に真空排気する部分と、ガス供給する部分を備え、それらが分離して構成されていることが好ましい。

前記処理室内の前記基板周辺部に不活性ガス導入口を備えていることがさらに好ましい。

また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板を処理室内の所定の位置に設置する工程と、前記処理室内を排気口から真空引きした後、前記半導体基板の上部に設けられたシャワーヘッドから反応ガスを導入しつつ前記処理室内を所定の圧力となるよう調整する工程と、前記半導体基板の上下に設置された上部電極及び下部電極の間に電界を加えてプラズマを発生させ、前記半導体基板を前記プラズマに曝して所定の加工を行う工程と、前記加工工程の終了後、前記反応ガスの供給および前記電界の印加を停止し、前記排気口および前記シャワーヘッドに設けられた真空排気手段から前記処理室内を真空引きする工程と、を備えている。

前記排気口および前記シャワーヘッドに設けられた真空排気手段から前記処理室内を真空引きする工程において、前記シャワーヘッドから不活性ガスを同時に供給することが好ましい。

前記加工工程はドライエッチングあるいは薄膜堆積のいずれかであることがさらに好ましい。

本発明によれば、基板を放電処理しない時間に不活性ガスを導入しながらシャワーヘッドからも排気を行うため、基板処理装置において通常の基板処理時には所望の加工特性が得られ、基板処理をしない時間には基板に付着するパーティクルを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態における枚葉式ドライエッチング装置の構成図である。

１０１は基板を減圧で放電処理するチャンバー、１０２は基板、１０３は基板を保持する機構を持つ下部電極、１０４はガス導入と真空排気の手段を備えたシャワーヘッド、１０５は排気口、１０６はシャワーヘッド１０４と排気口１０５の真空排気能力を任意に分配できる排気分配手段、１０７は放射状に６方向から基板１０２の中心方向へ向けてチャンバー１０１の側面に設置した不活性ガス導入口、１０８はシャワーヘッド１０４に接続された反応ガス導入管、１０９は排気口１０５から排気分配手段１０６を介して分岐され、シャワーヘッド１０４に接続された分岐配管である。

また、図２は本発明の実施の形態における枚葉式ドライエッチング装置のシャワーヘッドの構成を示す図であり、図２(ａ)はシャワーヘッドの内部構成を示す図、図２（ｂ）はシャワーヘッドの表面構造を示す図である。

従来、一般に基板処理装置のシャワーヘッドは反応ガスを供給する目的で配置されるものであったが、本実施の形態では、シャワーヘッド１０４は真空排気手段を併せ持つ構成である。

図２（ａ）に示すように、シャワーヘッド１０４の内部は、十字星型に設置した隔壁１１２により、真空排気領域（ハッチング部分）とガス供給領域（ハッチングのない部分）に２分割されている。一方、シャワーヘッド１０４の表面では、図２（ｂ）に示すように基板と対向する面のうち、上記真空排気領域上にはガス導入穴１１３が、真空排気領域には排気穴１１４が配設されている。

図３には本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドの透視斜視図を示す。シャワーヘッド１０４内の前記２つの領域は隔壁１１２によって分離され、上部で分岐配管１０９と反応ガス導入管１０８にそれぞれ連結されており、独立して真空排気とガス供給が可能な構成となっている。

次に本実施の形態におけるドライエッチング装置を用いた基板の処理工程について説明する。

最初に、図示しない搬送機構を用いてシリコン基板１０２を下部電極１０３上に搬送する。

チャンバー１０１内を排気口１０５から真空引きした後、シャワーヘッド１０４から反応ガスを導入し、排気口１０５からの排気量を調整して、チャンバー１０１内を所定の圧力になるようにする。次に、図示しない上部電極と下部電極１０３の間に電界を加えて放電を開始させる。このようにして発生させたプラズマにシリコン基板１０２が曝されて、シリコン基板１０２ないしは基板上に形成された材料がエッチングされることにより、所定の加工が行われる。

なお、矢線１１０は反応ガスの流れを示している。

所定の加工が終了すると、シャワーヘッド１０４からの反応ガスの導入を停止し、放電を停止すると同時に不活性ガス導入口１０７からＮ₂などの不活性ガスを導入する。なお、矢線１１１は不活性ガスの流れを示している。

一方、不活性ガスの導入と同時に排気分配手段１０６を動作させ、通常の排気口１０５と、シャワーヘッド１０４に取り付けられた分岐配管１０９とを用いて、一定時間排気を行う。この際、排気口１０５からの排気能力と分岐配管１０９からの排気能力は排気分配手段１０６によってそれぞれ調節される。

その後、不活性ガス導入口１０７からの不活性ガス導入を止め、次の基板処理の準備のため再度真空引きを行う。ここで排気分配手段１０６を初期の状態に戻し、分岐配管１０９からの真空排気経路を遮断する。

その後、加工を終えたシリコン基板１０２を前記搬送機構により搬出すると共に次の基板を搬入する。以上が当該エッチング装置に関する基板処理の一連の動作である。

上記において放電処理終了後、チャンバー１０１から反応ガスが十分に真空排気されるまでの間、基板１０２上に滞留するパーティクルをシャワーヘッド１０４から分岐配管１０９を通して不活性ガスとともに排気し、基板１０２に付着するパーティクルを低減する。

また、シャワーヘッド１０４からの排気は基板の放電処理をしない時間に行うので、放電加工中の加工条件を自由に設定することが可能で、加工特性に対する悪影響はない。

なお、シャワーヘッド１０４の構成については、真空排気とガス供給の領域が独立し、真空排気とガス供給の動作が基板１０２上の空間に効率よくなされることが重要であるので、図２に示した構成に限られず、同心円状、二重螺旋状などに分割することも可能である。

なお、本実施の形態では基板加工後にシャワーヘッド１０４から真空排気する場合を説明したが、前記パーティクルの低減効果は基板搬送が終了し、次の基板処理に際して反応ガスの導入開始する迄の時間にも同様に有効に作用するため、放電の前後で併用すればより効果的である。

また、本実施の形態ではシリコン基板を用いたが、化合物半導体基板やその他の基板、例えばサファイア基板やガラス基板等であってもよい。

また、本実施の形態ではドライエッチング装置を例にして説明したが、本発明は同様な処理室構成を持つ他のプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置等においても同様に実施できる。

本発明に係るプラズマ処理装置は、大面積でかつ微細パターンを有する半導体装置の製造装置として特に有用である。

本発明の実施の形態における枚葉式ドライエッチング装置の構成図本発明の実施の形態における枚葉式ドライエッチング装置のシャワーヘッドの構成を示す図であり、（ａ）はシャワーヘッドの内部構成を示す図、（ｂ）はシャワーヘッドの表面構造を示す図本発明の実施の形態におけるシャワーヘッドの透視斜視図従来の技術におけるＣＶＤ装置の構成図

符号の説明

１チャンバー
２基板
３基板支持具
４基板加熱装置
５ガス供給口
６排気口
１０１チャンバー
１０２シリコン基板
１０３下部電極
１０４シャワーヘッド
１０５排気口
１０６排気分配手段
１０７不活性ガス導入口
１０８反応ガス導入管
１０９分岐配管

Claims

基板を放電処理する処理室と、
前記処理室を真空排気するための排気口と、
前記基板に対し反応ガスを供給するためのシャワーヘッドを備えた基板処理装置であって、前記排気口に加えて、前記シャワーヘッドから真空排気する手段を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記シャワーヘッドが１個の構造体であり、その内部に真空排気する部分と、ガス供給する部分を備え、それらが分離して構成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記処理室内の前記基板周辺部に不活性ガス導入口を備えていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
半導体基板を処理室内の所定の位置に設置する工程と、
前記処理室内を排気口から真空引きした後、前記半導体基板の上部に設けられたシャワーヘッドから反応ガスを導入しつつ前記処理室内を所定の圧力となるよう調整する工程と、
前記半導体基板の上下に設置された上部電極及び下部電極の間に電界を加えてプラズマを発生させ、前記半導体基板を前記プラズマに曝して所定の加工を行う工程と、
前記加工工程の終了後、前記反応ガスの供給および前記電界の印加を停止し、前記排気口および前記シャワーヘッドに設けられた真空排気手段から前記処理室内を真空引きする工程と、を備えた半導体装置の製造方法。
前記排気口および前記シャワーヘッドに設けられた真空排気手段から前記処理室内を真空引きする工程において、前記シャワーヘッドから不活性ガスを同時に供給することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
前記加工工程はドライエッチングあるいは薄膜堆積のいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。