JP2006114676A

JP2006114676A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2006114676A
Application number: JP2004300130A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Takei; 秀則武居; Katsuji Yagi; 勝嗣八木; Takeshi Matsumoto; 松本　　剛; Satoru Muto; 悟武藤
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】
簡易な構成で、試料搬送口の形状のプラズマへの影響を低減することのできるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】
被処理基板を搬入出するための搬送口１４を備えた真空処理室６と、真空処理室６内に処理ガスを供給するガス供給手段７と、真空処理室内に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段４、８と、真空処理室内に上下動可能に保持され、該真空処理室内で被処理基板を載置して保持する下部電極１０と、前記搬送口の開口部を含む真空処理室内周を摺動可能に被覆する筒状の搬送口遮断壁１６と、前記下部電極と搬送口遮断壁とを結合する結合部１７を備え、下部電極１０を処理装置の運転位置まで上昇させたとき前記搬送口遮断壁１６により前記搬送口１４の開口部が遮蔽される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に係り、試料搬送口の形状のプラズマへの影響を低減することのできるプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置において、ウエハ等の試料を載置した下部電極を電極上下機構により上下させ、これによりプラズマ発生部と試料との距離を調整することにより試料に到達するラジカル・イオン比を調整する方法、あるいはプラズマの拡散によるウエハ面内における処理の均一性を調整する方法が知られている。

処理室内壁は多くの場合アースとなり得る材質（導電性材）であることから処理室内壁の形状は軸対象であることが望ましい。一方、処理室には試料を搬入、搬出するための搬送口が存在するため、処理室内壁構造は軸対象に構成することはできない。即ち、アースとなる処理室内壁は非対称となり、発生するプラズマには偏芯が発生する。また、搬送口付近では排気が行われ難い。このため搬送口にプラズマが回り込み、これにより反応生成物が搬送口に固着し異物発生の原因となることがある（特許文献１参照）。

この問題に関しては、処理室内部に搬送口を塞ぐための遮断壁を追加して、処理室内壁を電気的に軸対象とすることによりプラズマ偏芯を抑制し、搬送口への反応生成物付着を抑制する方法が知られている。
特開平１１−２３８７２２号公報

前記従来技術によれば、搬送口を遮断する遮断壁は、下部電極電極とは別個に駆動するため、下部電極用の駆動機構及び遮断壁用の駆動機構をそれぞれ別個に設けることが必要となる。なお、搬送室と処理室間を区画する遮断壁とは別個に、処理室内部側から処理室通路を塞ぐための遮断壁を追加し、更にこの遮断壁を駆動する駆動機構を処理室内に設ける場合には、その部品点数が増加し、コストも増加する。更に構造が複雑化し、機構も大型化する。また遮断壁の駆動部が搬送室内部に設置されるため、反応生成物の付着による異物発生源となる可能性があると共に処理室洗浄時における分解、洗浄工程が複雑になる。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、試料搬送口の形状のプラズマへの影響を低減することのできる簡易な構成のプラズマ処理装置を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

被処理基板を搬入出するための搬送口を備えた真空処理室と、真空処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、真空処理室内に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、真空処理室内に上下動可能に保持され、該真空処理室内で被処理基板を載置して保持する下部電極と、前記搬送口の開口部を含む真空処理室内周を摺動可能に被覆する筒状の搬送口遮断壁と、前記下部電極と搬送口遮断壁とを結合する結合部を備え、下部電極を処理装置の運転位置まで上昇させたとき前記搬送口遮断壁により前記搬送口の開口部が遮蔽される。

本発明は、以上の構成を備えるため、簡易な構成で、試料搬送口の形状のプラズマへの影響を低減することのできるプラズマ処理装置を提供することができる。

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置を説明する図である。この例では、電磁波をアンテナより放射し、磁場との相互作用によってプラズマを生成するＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を示す。プラズマ処理室（この例の場合は、エッチング処理室６）は図示しない温調手段によりその内壁面温度を２０〜８０℃の範囲で温度調整可能となっている。エッチング処理室６には、その内部にエッチング用の処理ガスを供給するガス供給室７が接続されるとともに、図示を省略した排気装置によりそのその内部が減圧排気される。エッチング処理室６の上部にはアンテナ４が配置され、エッチング処理室６とアンテナ４との間には電磁波を透過可能な誘電体５が設けられている。アンテナ４には、導波管３およびマッチングボックス２を介して、この場合、ＵＨＦ電磁波を発生させる高周波電源１が接続されている。

エッチング処理室６の外周部には、エッチング処理室６内に磁場を形成するための磁場コイル８が巻装されている。エッチング処理室６内のアンテナ４の下方には搬送口１４より搬送される試料（この例の場合は、ウエハ１３）を設置するための下部電極１０が設けられている。下部電極１０には、ウエハ１３へのプラズマ中のイオンの入射エネルギを与えるための高周波バイアス電源１１と、ウエハ１３を下部電極１０に静電吸着させるための直流電源１２とが接続されている。またこの下部電極１０は処理室外に取り付けられたパルスモータとギアより構成される電極上下機構１５により上下駆動することができる。

電極１０の上カバーを兼ねる搬送口遮断壁１６は、結合部１７、下部電極カバー１６ａを介して下部電極１０に取り付ける。搬送口遮断壁１６は、搬送口の開口部を含む真空処理室内周を摺動可能に被覆する筒状（例えば円筒状）の導電体で形成され、この筒状の遮断壁により、下部電極１０の上昇時に搬送口１４を塞ぐことができる。ここで、処理室内に供給されたガスおよびウエハ１３から発生した反応生成物は、搬送口遮断壁１６と下部電極カバー１６ａを接続するリング状で平板状の結合部１７に形成した排気孔１８を介して、図示しない排気装置により電極下部方向に排気される。

前記排気孔１８は、その下部側へのプラズマの回り込みを抑制するため多数の小さな孔で構成されている。これにより、処理室下部へのプラズマの回りこみを抑制すると共に処理室下部への反応生成物（デポジション）の回り込みも抑制することができる。なお、搬送口遮断壁１６内壁表面に凹凸を付加して表面積を大きくすることにより、反応生成物を付着させ易くすることができる。これによって反応生成物の多くは搬送口遮断壁１６内壁に付着し、処理室下部への付着をより少なくすることができる。

図２は、下部電極１０の詳細を説明する図であり、図２（ａ）は下部電極１０の上昇時（通常の運転時）を示し、図３（ｂ）は下部電極１０の下降時（ウエハの搬入出時）を示す。

図２（ａ）に示すように、電極上昇時には、搬送口遮断壁（導電体製）１６は搬送口１４を塞いでおりプラズマにとってのアース部分は、導電体製の処理室６の側壁上部分と搬送口遮断壁１６となる。このため、プラズマから見える範囲は全て軸対象となるため、軸対象のプラズマを得ることが可能である。また、プラズマ発生時には搬送口１４は塞がれているため処理室内部でウエハ１３より発生した反応生成物は搬送口１４に回り込むことはできない。このため、搬送口に反応生成物が付着するのを抑制することができる。

また、前述のように、結合部１７に形成した排気孔１８により、電極下部へのプラズマ拡散が抑制される。このため、電極下部への反応生成物の付着量を最小限にすることができ電極下部からの異物発生を抑制することができる。なお、搬送口遮断壁１６に付着した反応生成物は、搬送口遮断壁１６のみを取り外し、これを洗浄することにより取り除くことが可能である。

下部電極下降時には、搬送口遮断壁１６も同時に下降するため、ウエハ搬送口１４が開放される。このとき、下部電極１０の下方に置かれているウエハ押し上げプッシャ-２１を上昇させることにより、下部電極１０上に載置されていたウエハ１３を押し上げる。この状態で、搬送アーム２２をウエハの下部に挿入して支持するすることにより、ウエハを搬送口１４より処理室外に搬送することができる。

図３は、本実施形態のプラズマ処理装置に搬送口遮断壁１６を取り付けた場合（本発明）と取り付けない場合（従来技術）におけるＳｉＯ_２膜に対するエッチングレート分布を示す図である。ここでは、プラズマ分布を確認する手段として、プラズマ密度分布との相関が強いＳｉＯ_２膜のエッチングレート分布を利用した。なおＳｉＯ_２膜はウエハ全面に均等に形成してある。

図３（a）は、搬送口遮断壁１６を取り付けない場合におけるＳｉＯ_２膜のエッチングレートの分布であり、(ｂ)は搬送口遮断壁１６を取り付けた場合のＳｉＯ２エッチングレートの分布である。また図３(ｃ)は図３(ａ)におけるエッチングレートの図示するＸ方向（搬送口方向）のみの分布であり、図３（ｄ）は図３(ｂ)におけるエッチングレートのＸ方向のみの分布を表したものである。

搬送口遮断壁を取り付けていない図３（ａ）の場合においては、搬送口の形状の影響によるアースの非軸対象性によりプラズマが不均一となり搬送口方向でエッチングレートが変化すること、即ち、面内エッチングレート分布が偏芯して、面内の均一性が悪化していることがわかる。また、図３(ｃ)においても、搬送口方向とその反対方向においてエッチングレートに差が生じていることが確認できる。

一方、搬送口遮断壁を取り付けた図３(ｂ)の場合は、アースが軸対象となることでプラズマの軸対象性に伴うエッチングレート分布も軸対象となり、均一性が改善していることが確認できる。また、図３(ｄ)においても搬送口方向とその反対方向のエッチングレート差が少なくなっていることが確認できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、下部電極と、搬送口の開口部を含む真空処理室内周を摺動可能に被覆する筒状の搬送口遮断壁とを、排気孔を有する円板で結合して一体化して駆動する。このためプラズマの軸対象性が得られると共に、プラズマの拡散を抑制し搬送口及び処理室下部への反応生成物付着を抑制することで異物低減が可能となり量産安定性を向上させることができる。

このように、下部電極を上下動する機構と搬送口遮断壁を上下動する機構とを結合して連動させるため装置を安価に製作できる。また、試料搬送口の開口部を円筒状の搬送口遮断壁により遮蔽するため、プラズマ偏芯を無くすことができる。また、下部電極と搬送口遮断壁とを多数の排気孔を有する円板からなる結合部を介して結合するため、電極下部へのプラズマの拡散を抑制し電極下部への反応生成物の付着を減少させることができる。これにより可動電極構造の優位性を保ちながら異物低減を図ることのできる処理室遮断機構を提供することができる。

なお、本実施形態では、プラズマ処理装置として、プラズマエッチング装置を例に説明したが、他のプラズマ処理装置においても、本発明のプラズマ偏芯対策を適用することが可能である。

本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置を説明する図である。下部電極１０の詳細を説明する図であ。本実施形態のプラズマ処理装置に搬送口遮断壁１６を取り付けた場合と取り付けない場合におけるＳｉＯ_２膜に対するエッチングレート分布を示す図である。

符号の説明

１高周波電源
２マッチングボックス
３導波管
４アンテナ（上部電極）
５誘電体
６エッチング処理室
７ガス供給手段
８磁場コイル
９プラズマ
１０下部電極
１１高周波バイアス電源
１２直流電源
１３ウエハ
１４搬送口
１５電極上下機構
１６搬送口遮断壁
１７結合部
１８排気孔
２１ウエハ押し上げプッシャー
２２搬送アーム

Claims

被処理基板を搬入出するための搬送口を備えた真空処理室と、
真空処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
真空処理室内に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
真空処理室内に上下動可能に保持され、該真空処理室内で被処理基板を載置して保持する下部電極と、
前記搬送口の開口部を含む真空処理室内周を摺動可能に被覆する筒状の搬送口遮断壁と、
前記下部電極と搬送口遮断壁とを結合する結合部を備え、
下部電極を処理装置の運転位置まで上昇させたとき前記搬送口遮断壁により前記搬送口の開口部が遮蔽されることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記搬送口遮断壁面及び真空処理室内壁面は円筒状であり、下部電極の中心軸に対してそれぞれ軸対象であることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記結合部は、下部電極と搬送口遮断壁とを結合するリング状の円板であり、該円板は処理ガスを排気するための貫通孔を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記搬送口遮断壁の内表面は反応生成物を付着させるための凹凸を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。