JP2007299776A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被処理体Wに対してプラズマにより発生した活性種によって所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、筒体状の処理容器14と、被処理体を複数枚保持する保持手段22と、処理容器の側壁に設けられてプラズマを発生するためのプラズマ室58と、プラズマ室にプラズマ用ガスを供給するプラズマ用ガス供給手段38と、プラズマを立てるためのプラズマ形成手段60と、処理容器内の上部空間部及び/又は下部空間部に臨ませたガス噴射孔を有する不活性ガス供給手段42と、上部空間部及び/又は下部空間部に不活性ガスを供給するように制御する制御手段94とを備える。
【選択図】図1
Description
この場合、原料ガスであるDCSガスの供給時には、排気開閉弁8を完全に閉状態にすることによって処理容器2内の圧力を高め、この時にウエハ表面に吸着する原料ガスの吸着量をできるだけ多くしてスループットを向上させることが行われている。
また例えば請求項3に規定するように、前記処理容器内へ処理ガスを供給する処理ガス供給手段を有し、前記制御手段は前記処理ガスと前記プラズマ用ガスとを交互に繰り返し供給するように制御する。
また例えば請求項4に規定するように、前記処理ガスの供給時と前記プラズマ用ガスの供給時との間には間欠期間が設けられている。
また例えば請求項6に規定するように、前記制御手段は、前記不活性ガスを、前記処理ガスの供給時と前記間欠期間と前記プラズマ用ガスの供給時とではそれぞれ異なる流量で供給するように制御する。
また例えば請求項7に規定するように、前記制御手段は、前記間欠期間では前記不活性ガスの供給を停止するように制御する。
請求項10に係る発明は、真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、被処理体を複数枚保持して前記処理容器内へ収容する保持手段と、前記処理容器の側壁にその長さ方向に沿って設けられてプラズマを発生するためのプラズマ室と、前記プラズマ室にプラズマ用ガスを供給するプラズマ用ガス供給手段と、前記プラズマ室にプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、を有するプラズマ処理装置を用いて前記被処理体に対してプラズマにより発生した活性種によって所定のプラズマ処理を行うに際して、前記プラズマ処理を行いつつ前記処理容器内の上部空間部及び/又は下部空間部に不活性ガスを供給するように前記プラズマ処理装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体である。
処理容器内の上部空間部及び/又は下部空間部に臨ませたガス噴射孔を有する不活性ガス供給手段を設けて、所定のプラズマ処理を行う時に上部空間部及び/又は下部空間部に不活性ガスを供給するようにしたので、活性種等を含むプロセスガスの使用効率を向上させることができると共に、被処理体に対するプラズマ処理の面間均一性及び面内均一性の向上及びスループットの向上を図ることができる。
図1は本発明の係るプラズマ処理装置の一例を示す縦断面構成図、図2はプラズマ処理装置(加熱手段は省略)を示す横断面構成図である。尚、ここでは処理ガスとして原料となるシラン系ガスの1つであるジクロロシラン(DCS)を用い、プラズマ用ガスとして窒化ガスの1つであるアンモニアガス(NH3 )を用い、上記NH3 ガスをプラズマにより活性化して活性種を作ってシリコン窒化膜(SiN)を成膜する場合を例にとって説明する。また、不活性ガスとしては、ここではN2 ガスを用いた場合を例にとって説明する。
そして、この回転軸30の貫通部には、例えば磁性流体シール32が介設され、この回転軸30を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部28の周辺部とマニホールド18の下端部には、例えばOリング等よりなるシール部材34が介設されており、処理容器14内のシール性を保持している。
そして上記プラズマ区画壁66の開口部64の外側近傍、すなわち開口部64の外側(処理容器14内)の一側には、上記処理ガス分散ノズル46が起立させて設けられており、このノズル46に設けたガス噴射孔46Aより処理容器14の中心方向に向けてDCSガスを噴射し得るようになっている。
また間欠期間100においてもN2 ガスを供給することにより、この下部空間部S1に流れ込んできて滞留している傾向にあるDCSガスやNH3 ガス等のプロセスガスの排出を促進させることができるので、その分、ガスの置換を早めることができ、スループットを向上させることができる。
更には、上記したようにDCSガスやNH3 ガス等のプロセスガスが下部空間部S1に流入するのを抑制することができることから、その分、各プロセスガスが各ウエハ表面に対して均等に接触することになり、その分、プラズマ処理、すなわちここでは膜厚の面間均一性及び面内均一性を向上させることができる。
この場合、処理容器14内のプロセス圧力が0.6Torrを越えて大きくなると活性種の失活が急激に多くなって好ましくなく、成膜速度を考慮すると上記処理容器14内のプロセス圧力の下限値は0.01Torr程度であり、これよりもプロセス圧力が低下すると、生産効率であるスループットが大幅に低下してしまう。
またDCSガスとNH3 ガスの供給量は、一般的にはDCSガスよりもNH3 ガスの供給量の方が遥かに大きいが、これに対応させてN2 ガスの供給量を途中で変えるようにしてもよい。例えば図3(F)に示す第4実施例の場合には、上記両ガスの供給量の大小に対応させて、DCSガスの供給の時はNH3 ガスの供給量を小さくし、NH3 ガスの供給の時はNH3 ガスの供給量を大きくしている。
また図3(G)に示す第5実施例の場合には、上記第4実施例の場合とは逆にしており、すなわちDCSガスの供給の時はNH3 ガスの供給量を大きくし、NH3 ガスの供給の時はNH3 ガスの供給量を小さくしている。
このように、処理容器14内の下部空間部S1に臨ませたガス噴射孔を有する不活性ガス供給手段42を設けて、所定のプラズマ処理を行う時に下部空間部S1に不活性ガスを供給するようにしたので、活性種等を含むプロセスガスの使用効率を向上させることができると共に、被処理体Wに対するプラズマ処理の面間均一性及び面内均一性の向上及びスループットの向上を図ることができる。
次に、本発明装置の評価実験を行ったので、その評価結果について説明する。
図4は評価実験を行った時のプラズマ処理装置を示す概略模式図(仕切板の記載は省略)、図5はウエハ位置と膜厚との関係を現す評価結果を示すグラフである。ウエハは直径が200mmのサイズのものを用いている。図4(A)及び図5(A)はN2 導入を行わない従来装置の場合を示し、図4(B)及び図5(B)はN2 導入を行った本発明装置の場合を示し、ここではN2 の導入量は1slmに設定している。尚、参照符号については図1に示す構成部分と同一部分には同一参照符号を付してある。
図5(A)に示すグラフから明らかなように、従来装置の場合には、3枚のウエハに対する膜厚の面内均一性は、それぞれ±4.22%、±3.88%及び±4.54%であるのに対して、図5(B)に示す本発明装置の場合には、±3.60%、±2.76%及び±2.79%となっており、全てにおいて膜厚の面内均一性を向上できることが確認できた。
次に、不活性ガスであるN2 ガスを供給する不活性ガスノズル48の変形例について説明する。図7は不活性ガスノズルの変形例を用いた処理容器を示す概略構成図(仕切板の記載は省略)である。
図7(A)に示す場合には、不活性ガスノズル48をL字状に成形してその先端部を処理容器内の天井部まで延ばしており、この先端部にガス噴射孔48Bを設けて、上部空間部S2のみに不活性ガスを供給できるようにしている。この場合には、容量の大きな下部空間部S1にN2 ガスを供給していないので、先に説明した図1の場合よりも作用効果は少し劣るが、前述したような作用効果を十分に発揮することができる。
尚、図7(B)に示す場合には、2本の不活性ガスノズルを設け、一方のノズルから下部空間部S1に供給するようにし、他方のノズルから上部空間部S2に、それぞれN2 ガスを供給するようにしてもよい。
また上記実施例では原料ガスとしてDCSガスを用いたが、これに限定されず、他の原料ガス、例えばヘキサクロロジシラン(HCD)、モノシラン、ジシラン等を用いる場合にも、本発明を適用することができる。
また更には、処理ガスとしてはNH3 ガスに限定されず、N2 O、NO等の他のガスも用いることができる。
また上記各ガスに加えて、不純物元素導入のためのBCl3 ガスや炭素を導入のためのエチレン等の不純物ガスを添加するようにしてもよい。
また成膜処理としては、上述したようなALD処理に限定されず、他の成膜処理、例えばプラズマCVD処理にも本発明を適用することができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、LCD基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
14 処理容器
22 ウエハボート(保持手段)
38 プラズマ用ガス供給手段
40 処理ガス供給手段
42 不活性ガス供給手段
44 プラズマ用ガス分散ノズル
46 処理ガス分散ノズル
48 不活性ガス分散ノズル
58 プラズマ室
60 プラズマ形成手段
62 排気口
66 プラズマ区画壁
68 プラズマ電極
70 高周波電源
76 ガス流路
78 仕切板
86 真空排気系
94 制御手段
96 記憶媒体
S1 下部空間部
S2 上部空間部
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (10)
- 被処理体に対してプラズマにより発生した活性種によって所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、
前記被処理体を複数枚保持して前記処理容器内へ収容する保持手段と、
前記処理容器の側壁にその長さ方向に沿って設けられてプラズマを発生するためのプラズマ室と、
前記プラズマ室にプラズマ用ガスを供給するプラズマ用ガス供給手段と、
前記プラズマ室にプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、
前記処理容器内の上部空間部及び/又は下部空間部に臨ませたガス噴射孔を有する不活性ガス供給手段と、
前記所定のプラズマ処理を行う時に前記上部空間部及び/又は下部空間部に前記不活性ガスを供給するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記処理容器の前記プラズマ室に対向する側壁には、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気口が設けられることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
- 前記処理容器内へ処理ガスを供給する処理ガス供給手段を有し、前記制御手段は前記処理ガスと前記プラズマ用ガスとを交互に繰り返し供給するように制御す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。
- 前記処理ガスの供給時と前記プラズマ用ガスの供給時との間には間欠期間が設けられていることを特徴とする請求項3記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御手段は、前記不活性ガスを前記処理ガスの供給時と前記間欠期間と前記プラズマ用ガスの供給時とに亘って連続的に同一流量で供給するように制御することを特徴とする請求項4記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御手段は、前記不活性ガスを、前記処理ガスの供給時と前記間欠期間と前記プラズマ用ガスの供給時とではそれぞれ異なる流量で供給するように制御することを特徴とする請求項4記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御手段は、前記間欠期間では前記不活性ガスの供給を停止するように制御することを特徴とする請求項4記載のプラズマ処理装置。
- 真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、
被処理体を複数枚保持して前記処理容器内へ収容する保持手段と、
前記処理容器の側壁にその長さ方向に沿って設けられてプラズマを発生するためのプラズマ室と、
前記プラズマ室にプラズマ用ガスを供給するプラズマ用ガス供給手段と、
前記プラズマ室にプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、
を有するプラズマ処理装置を用いて前記被処理体に対してプラズマにより発生した活性種によって所定のプラズマ処理を行う方法において、
前記プラズマ処理を行いつつ前記処理容器内の上部空間部及び/又は下部空間部に不活性ガスを供給して前記被処理体のにプラズマ処理の均一性を制御するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記処理容器内の雰囲気は、前記処理容器の前記プラズマ室に対向する側壁に設けた排気口より排気することを特徴とする請求項8記載のプラズマ処理方法。
- 真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、
被処理体を複数枚保持して前記処理容器内へ収容する保持手段と、
前記処理容器の側壁にその長さ方向に沿って設けられてプラズマを発生するためのプラズマ室と、
前記プラズマ室にプラズマ用ガスを供給するプラズマ用ガス供給手段と、
前記プラズマ室にプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、
を有するプラズマ処理装置を用いて前記被処理体に対してプラズマにより発生した活性種によって所定のプラズマ処理を行うに際して、
前記プラズマ処理を行いつつ前記処理容器内の上部空間部及び/又は下部空間部に不活性ガスを供給するように前記プラズマ処理装置を制御するプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。
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