JP2008235611A - Plasma processing equipment and method for processing plasma - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対してプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing on an object to be processed such as a semiconductor wafer.
近年、半導体製品の高密度化及び高微細化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が多用されており、特に、0.1mTorr(13.3mPa)〜数10mTorr(数Pa)程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることからマイクロ波や高周波を用いて、高密度プラズマを発生させるプラズマ処理装置が使用される傾向にある。
このようなプラズマ処理装置は、特許文献1〜7等に開示されている。ここで、例えばマイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図9を参照して概略的に説明する。図9はマイクロ波を用いた従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
In recent years, with the increase in density and miniaturization of semiconductor products, plasma processing apparatuses are frequently used for processes such as film formation, etching, and ashing in the manufacturing process of semiconductor products, and in particular, 0.1 mTorr (13. Since a plasma can be stably generated even in a high vacuum state where the pressure is relatively low, such as 3 mPa) to several tens of mTorr (several Pa), a plasma processing apparatus that generates high-density plasma using a microwave or high frequency is used. Tend to.
Such plasma processing apparatuses are disclosed in Patent Documents 1 to 7 and the like. Here, for example, a general plasma processing apparatus using a microwave will be schematically described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional general plasma processing apparatus using a microwave.
図9において、このプラズマ処理装置2は、真空引き可能になされた処理容器4内に半導体ウエハWを載置する載置台6を設けており、この載置台6に対向する天井部にマイクロ波を透過する円板状の窒化アルミや石英等よりなる天板8を気密に設けている。そして処理容器4の側壁には、容器内へ所定のガスを導入するためのガス導入手段としてガスノズル9が設けられている。
In FIG. 9, the
そして、上記天板8の上面に厚さ数mm程度の円板状の平面アンテナ部材10と、この平面アンテナ部材10の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体よりなる遅波材12を設置している。そして、平面アンテナ部材10には多数の、例えば長溝状の貫通孔よりなるスロット14が形成されている。このスロット14は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは渦巻状に配置されている。そして、平面アンテナ部材10の中心部に同軸導波管16の中心導体18を接続してマイクロ波発生器20より発生した、例えば2.45GHzのマイクロ波をモード変換器22にて所定の振動モードへ変換した後に導くようになっている。
Then, a disc-shaped
そして、マイクロ波をアンテナ部材10の半径方向へ放射状に伝播させつつ平面アンテナ部材10に設けたスロット14からマイクロ波を放出させてこれを天板8に透過させて、下方の処理容器4内へマイクロ波を導入し、このマイクロ波により処理容器4内の処理空間Sにプラズマを立てて半導体ウエハWにエッチングや成膜などの所定のプラズマ処理を施すようになっている。
Then, while the microwaves are propagated radially in the radial direction of the
ところで、最近にあっては、ウエハサイズの大型化に伴って、処理容器内へ均一にガスを供給する必要からガス導入手段として多数のガス放出孔を有するシャワーヘッドが用いられており(特許文献5〜7)、このシャワーヘッドの下面に設けた各ガス放出口より処理空間へ均一にガスを放出するようになっている。そして、この場合、処理空間に発生しているプラズマがガス放出口から逆流して異常放電や膜の堆積等が生ずる恐れがあるので、これを防止するためにガス放出口等に通気性のある多孔質セラミック材を用いてコンダクタンスを低くしたり(特許文献5、6)、ガス放出口の直径寸法を0.1〜0.3mm程度に極めて小さく設定してコンダクタンスを低くすることなどの対策が行われている(特許文献7)。
Recently, as the wafer size increases, a shower head having a large number of gas discharge holes has been used as a gas introduction means because it is necessary to supply gas uniformly into the processing vessel (Patent Document). 5-7), gas is uniformly discharged into the processing space from each gas discharge port provided on the lower surface of the shower head. In this case, since the plasma generated in the processing space may flow backward from the gas discharge port and abnormal discharge or film deposition may occur, the gas discharge port or the like has air permeability to prevent this. Measures such as reducing the conductance by using a porous ceramic material (
ところで、上述したように、ガス放出口側に多孔質のセラミック材を用いたり、ガス放出口の直径寸法を微細化してコンダクタンスを低くした場合には、プラズマのガス放出口側への逆流はある程度防止することができる。 By the way, as described above, when a porous ceramic material is used on the gas discharge port side, or when the conductance is lowered by reducing the diameter of the gas discharge port, the back flow of the plasma to the gas discharge port side is to some extent. Can be prevented.
しかしながら、上述したような構造の場合には、シャワーヘッドとなる天板が強い電磁界に晒されることから、シャワーヘッドとなるこの天板に形成したガス導入路内に流れるガスが解離して、ここに異常放電が発生する場合が生ずる、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、天板の機能を有するシャワーヘッドに形成したガス導入路に異常放電が発生することを防止することが可能なプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
However, in the case of the structure as described above, the top plate to be the shower head is exposed to a strong electromagnetic field, so that the gas flowing in the gas introduction path formed on the top plate to be the shower head is dissociated, There has been a problem that abnormal discharge occurs here.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of preventing abnormal discharge from occurring in a gas introduction path formed in a shower head having a function of a top plate.
本発明者等は、シャワーヘッドのガス導入路内の異常放電の防止策について鋭意研究した結果、上記ガス導入路内の圧力を30Torr以上、好ましくは300Torr以上に設定することにより、異常放電を防止することができる、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。 As a result of diligent research on measures for preventing abnormal discharge in the gas introduction path of the shower head, the present inventors have prevented the abnormal discharge by setting the pressure in the gas introduction path to 30 Torr or more, preferably 300 Torr or more. The present invention has been achieved by obtaining the knowledge that it can be performed.
請求項1に係る発明は、減圧可能になされた処理容器内へ少なくともプラズマ励起用ガスを含むガスを導入するガス導入路と、該ガス導入路に連通されて前記処理容器内へ前記ガスを放出する複数のガス放出口を有するシャワーヘッドとを備え、前記シャワーヘッドを介して電磁波を前記処理容器内へ導入して前記ガスを励起してプラズマを発生させ、該プラズマを用いて被処理体に対して処理を施すようにしたプラズマ処理方法において、前記ガス導入路内の前記ガスの圧力を、4000Pa(30Torr)以上となるように設定するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法である。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a gas introduction path for introducing a gas containing at least a plasma excitation gas into a processing container that can be depressurized, and the gas being discharged into the processing container connected to the gas introduction path. And a shower head having a plurality of gas discharge ports. The electromagnetic wave is introduced into the processing container through the shower head to excite the gas to generate plasma, and the plasma is used to treat the object to be processed. In the plasma processing method, the pressure of the gas in the gas introduction path is set to be 4000 Pa (30 Torr) or more.
このように、ガス導入路内の圧力を、4000Pa(30Torr)以上となるように設定するようにしたので、ガス導入路内で異常放電が発生することを防止することができる。 Thus, since the pressure in the gas introduction path is set to be 4000 Pa (30 Torr) or more, it is possible to prevent abnormal discharge from occurring in the gas introduction path.
この場合、例えば請求項2に記載したように、前記ガス導入路内の圧力は40kPa(300Torr)以上である。
また例えば請求項3に記載したように、前記ガス導入路は少なくともその一部が前記シャワーヘッド内部に設けられている。
また例えば請求項4に記載したように、前記ガス導入路内の圧力は圧力測定器により測定されており、前記ガス導入路内の圧力は、前記ガス導入路内へ流すガス流量と前記処理容器からの排気量との内少なくとも一方を調整することにより所定の圧力値に維持される。
また例えば請求項5に記載したように、前記ガス導入路内の圧力が所定の圧力値に安定した時に前記プラズマ処理を開始する。
また例えば請求項6に記載したように、前記処理中に、前記ガス導入路内の圧力が設定圧力の±10%の範囲外になった時に、前記処理を中断するようにする。
In this case, for example, as described in
For example, as described in claim 3, at least a part of the gas introduction path is provided inside the shower head.
Further, for example, as described in
Further, for example, as described in
For example, as described in
また例えば請求項7に記載したように、前記処理中に、前記ガス導入路内の圧力が異常放電発生領域になった時に、前記処理を中断するようにする。
また例えば請求項8に記載したように、前記処理容器内へ前記ガスの供給を開始する際には、前記処理時のガス供給量よりも大きな流量で供給を開始する。
Further, for example, as described in
For example, as described in
また例えば請求項9に記載したように、前記処理容器内へ供給するガスの種類を切り換える際には、前記ガス導入路内に残留するガスを、前記ガスの導入方向とは反対側の方向へ強制的に排気するようにする。
このように、処理容器内へ供給するガスの種類を切り換える際には、前記ガス導入路内に残留するガスを、ガスの導入方向とは反対側の方向へ強制的に排気するようにしたので、ガス導入路内の残留ガスの排出を促進させることができ、その分、スループットを向上させることが可能となる。
For example, as described in claim 9, when switching the type of gas supplied into the processing container, the gas remaining in the gas introduction path is moved in a direction opposite to the gas introduction direction. Force exhaust.
As described above, when the type of gas supplied into the processing container is switched, the gas remaining in the gas introduction path is forcibly exhausted in a direction opposite to the gas introduction direction. The discharge of the residual gas in the gas introduction path can be promoted, and the throughput can be improved correspondingly.
また例えば請求項10に記載したように、前記処理容器内へ前記被処理体を搬入する搬入工程と、前記被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理工程と、前記処理容器内から処理済みの前記被処理体を搬出する搬出工程と、前記処理容器内にクリーニングガスを流してクリーニングするクリーニング工程とを有し、前記各工程の内から選択される少なくとも2つの工程に亘って前記プラズマ励起用ガスを連続的に流すようにする。
また例えば請求項11に記載したように、前記プラズマ処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成させる成膜処理である。
Further, for example, as described in
In addition, for example, as described in claim 11, the plasma treatment is a film formation process for forming a thin film on a surface of the object to be processed.
請求項12に係る発明は、被処理体に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、天井部が開口され内部が減圧可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着される天板の機能を有し、少なくともプラズマ励起用ガスを含むガスを導入するガス導入路と、該ガス導入路に連通されて前記処理容器内へ前記ガスを放出する複数のガス放出口とを有するガス導入手段であるシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドを介してプラズマ発生用の電磁波を前記処理容器内へ導入する電磁波導入手段と、前記ガス導入路内のガス圧力が4000Pa以上になるように前記ガスを前記ガス導入路に供給する手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed, wherein a processing container whose ceiling is opened and the inside of which can be depressurized, A mounting table provided in the processing container; a top plate functioning airtightly attached to the opening of the ceiling portion; a gas introduction path for introducing a gas containing at least a plasma excitation gas; and the gas introduction path A shower head which is a gas introduction means having a plurality of gas discharge ports that are communicated to discharge the gas into the processing container, and an electromagnetic wave for introducing an electromagnetic wave for generating plasma into the processing container through the shower head A plasma processing apparatus comprising: introduction means; and means for supplying the gas to the gas introduction path so that a gas pressure in the gas introduction path is 4000 Pa or higher.
この場合、例えば請求項13に記載したように、前記ガス導入路のガス圧力を測定する導入路内圧力測定器を設ける。
また例えば請求項14に記載したように、前記ガス導入路内の雰囲気を排気する導入路真空排気系を設ける。
また例えば請求項15に記載したように、前記導入路真空排気系は、前記処理容器内の雰囲気を排気する真空排気系と兼用される。
また例えば請求項16に記載したように、前記処理容器内へガスを導入する第2のガス導入手段が設けられる。
In this case, for example, as described in claim 13, an introduction path pressure measuring device for measuring the gas pressure of the gas introduction path is provided.
Further, for example, as described in
For example, as described in claim 15, the introduction path evacuation system is also used as an evacuation system for evacuating the atmosphere in the processing container.
For example, as described in
請求項17に係る発明は、天井部が開口されて内部が減圧可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着される天板の機能を有し、少なくともプラズマ励起用ガスを含むガスを導入するガス導入路と、該ガス導入路に連通されて前記処理容器内へ前記ガスを放出する複数のガス放出口とを有するガス導入手段であるシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドを介してプラズマ発生用の電磁波を前記処理容器内へ導入する電磁波導入手段と、前記ガス導入路内の圧力を測定する導入路内圧力測定器と、装置全体の動作を制御する制御手段と、を備えたプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行うに際して、請求項1乃至11のいずれかに記載のプラズマ処理方法を実行するように前記プラズマ処理装置を制御するコンピュータ読み取り可能な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。 The invention according to claim 17 is a processing container in which a ceiling part is opened and the inside is made depressurizable, a mounting table provided in the processing container for mounting the object to be processed, A gas introduction path for introducing a gas containing at least a plasma excitation gas, and a plurality of the gas introduction paths communicating with the gas introduction path and discharging the gas into the processing container. A shower head which is a gas introduction means having a gas discharge port, an electromagnetic wave introduction means for introducing an electromagnetic wave for generating plasma into the processing container via the shower head, and a pressure in the gas introduction path is measured. The plasma processing method according to any one of claims 1 to 11, when performing plasma processing using a plasma processing apparatus comprising an introduction path pressure measuring device and control means for controlling the operation of the entire apparatus. A storage medium characterized by storing a computer readable program for controlling the plasma processing apparatus as rows.
本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
ガス導入路内の圧力を、4000Pa(30Torr)以上となるように設定するようにしたので、ガス導入路内で異常放電が発生することを防止することができる。
特に請求項9に係る発明によれば、処理容器内へ供給するガスの種類を切り換える際には、前記ガス導入路内に残留するガスを、ガスの導入方向とは反対側の方向へ真空引きすることにより強制的に排気するようにしたので、ガス導入路内の残留ガスの排出を促進させることができ、その分、スループットを向上させることができる。
According to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
Since the pressure in the gas introduction path is set to 4000 Pa (30 Torr) or more, abnormal discharge can be prevented from occurring in the gas introduction path.
In particular, according to the ninth aspect of the invention, when switching the type of gas supplied into the processing container, the gas remaining in the gas introduction path is evacuated in a direction opposite to the gas introduction direction. As a result, the exhaust gas is forcibly exhausted, so that the exhaust of the residual gas in the gas introduction path can be promoted, and the throughput can be improved accordingly.
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図2は天板の機能を有するシャワーヘッドに設けたガス導入路とガス放出口との配列の位置関係を示す平面図、図3はガス放出口の構造を示す拡大断面図である。
Hereinafter, a preferred embodiment of a plasma processing apparatus and a plasma processing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a positional relationship between an arrangement of gas introduction passages and gas discharge ports provided in a shower head having the function of a top plate. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of the gas discharge port.
図示するように、このプラズマ処理装置30は、アルミニウム合金等よりなる筒体状の処理容器32を有している。この処理容器32は接地されると共に、その底部の中央部は下方向へ凸状に成形されている。この処理容器32内には、底部の中央部より支柱34により起立された載置台36が設けられており、この載置台36の上面に被処理体としての半導体ウエハWが載置されて保持される。この載置台36は、例えばアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック材よりなり、この載置台36内には静電チャック38や抵抗加熱ヒータ40が埋め込まれており、静電チャック38によりウエハWを静電吸着力で吸着保持したり、抵抗加熱ヒータ40でウエハWを所定の温度に加熱維持できるようになっている。
As shown in the figure, the plasma processing apparatus 30 has a
そして、この載置台36は下部電極として機能し、上記静電チャック38には、給電線42を介してチャック用電源44と例えば13.56MHzのバイアス用高周波電源46が接続されている。尚、この載置台36には、ウエハWを搬出入する際にウエハを昇降させるリフタピン(図示せず)も設けられる。
The mounting table 36 functions as a lower electrode, and the
そして、処理容器32の凹部状の底部側壁には排気ポート46が設けられており、この排気ポート46には、真空排気系48が接続されている。この真空排気系48は、上記排気ポート46に接続される排気通路50を有しており、この排気通路50の途中には圧力調整弁52や真空ポンプ54が介設されており、図示しない圧力計により処理容器32内の圧力を検出しつつ所定の圧力に真空引きできるようになっている。
An
また処理容器32の側壁には、ウエハWを搬出入するための搬出入口56が設けられると共に、この搬出入口56には、ウエハの搬出入時に開閉されるゲートバルブ58が設けられている。そして、処理容器32の天井部は開口されており、この開口部には、天板としても兼用されるガス導入手段であるシャワーヘッド60がOリング等のシール部材62を介して気密に装着されている。このシャワーヘッド60は、電磁波、すなわちここではマイクロ波を透過できるように例えば石英やアルミナ等の誘電体よりなり、大気圧に耐え得るような厚さに設定されている。
Further, a loading / unloading
そして、シャワーヘッド60の側面に対応する処理容器32の側壁の部分には、内側が開口されてその周方向に沿って形成されたリング状空間64が設けられており、このリング状空間64を密閉するように上記シャワーヘッド60の側壁と処理容器32の側壁との間にはOリング等よりなる2つのシール部材66が介設されている。上記リング状空間64の一部は、少なくともプラズマ励起用ガスを含むガスを流すガス導入ポート68に連通されており、このガス導入ポート68には、外部からガスを必要に応じて流すガス通路70が接続されている。
A ring-shaped
そして、このガス通路70には、開閉弁72やマスフローコントローラのような図示しない流量制御器が介設されており、少なくともプラズマ励起用ガスを必要に応じて、流量制御しつつ供給できるようになっている。このプラズマ励起用ガスとしてはArガスやHeガスやNeガス等の希ガスを用いることができ、また、処理態様によって他のガス、例えばN2 やO2 等も流すことができるようになっている。
The
また、このガス導入ポート68には、上記リング状空間64を介して後述するガス導入路内の圧力を測定する導入路内圧力測定器74が設けられると共に、上記ガス通路70には、このガス導入路70内の雰囲気を真空引きして排気する導入路真空排気系76が接続されている。この導入路真空排気系76は、上記ガス通路70に接続された排気通路78を有しており、この排気通路78には開閉弁80及び真空ポンプ82が介設されて、必要に応じて真空引きできるようになっている。尚、処理の態様によっては、この導入路真空排気系76を設けない場合もあるし、上記真空ポンプ82を設けないで、このガス通路を処理容器内を真空引きする真空排気系48の排気通路50の真空ポンプ54の上流側に接続して、真空排気系76を兼用させるようにしてもよい。
The
そして、上記シャワーヘッド60の内部には、図2にも示すように、ヘッド外周面よりシャワーヘッド60の中心方向へ向かって長短の複数のガス導入路84が形成されており、各ガス導入路84には、下端が上記処理容器32内の処理空間Sに向けて開放された複数のガス放出口86が連通されている。
As shown in FIG. 2, a plurality of
具体的には、上記ガス導入路84には、図2に示すようにシャワーヘッド60の略全域をカバーするように多数個設けられ、このガス導入路84の所定の箇所より下方に向けて分岐ガス導入路84aを設け、この分岐ガス導入路84aの下端を上記ガス放出口86へ連通させている。このガス放出口86はシャワーヘッド60の面内において略均等に分布するように配置されている。これにより、外部より導入されるガスを上記リング状空間64を介して上記各ガス導入路84及び分岐ガス導入路84aへ流し、各ガス放出口86へ導くようになっている。ここで上記ガス導入路84の直径はφ1〜φ3mm程度、分岐ガス導入路84aの直径はφ1〜φ3mm程度であり、共に比較的微細な寸法となってシャワーヘッド60内の電磁界への影響を小さくして導入路内で異常放電ができるだけ生じないようにしている。
Specifically, as shown in FIG. 2, a large number of
上記ガス放出口86は、直径が10mm程度、深さ(高さ)が10mm程度に設定されており、このガス放出口86内には通気性のあるセラミック材88が装着されている。具体的には、ガス放出口86内の奥(上部)には、ガス流通方向に連通した気孔を有する通気性のある多孔質(ポーラス状)のセラミック焼結体88aが収容され、下方(処理空間S側)には、直径が50μm程度の複数のガス噴射孔90が縦方向に形成されたセラミック成型体88bが収容されて全体が形成されている。
The
これにより、上述したように全体のコンダクタンスが非常に低くなされており、上記分岐ガス導入路84aに流れてきたガスを上記多孔質セラミック焼結体88aと微細なガス噴射孔90を有するセラミック成型体88bとよりなるセラミック材88を介して処理空間Sに僅かずつ導入できるようになっている。尚、図3(A)はセラミック材88の装着前の状態を示し、図3(B)はセラミック材88の装着後の状態を示す。尚、このシャワーヘッド60からはプラズマ励起用ガスの他に、積極的にラジカルを生成させるガスとして酸素やアンモニア等を導入する場合もある。
As a result, the overall conductance is very low as described above, and the ceramic molded body having the porous ceramic
ここで上記セラミック成型体88bに形成したガス噴射孔90の長さを電子が散乱されるまでの平均距離である平均自由行程より長く設定しており、これによりプラズマの逆流を大幅に低減することが可能となる。この平均自由行程は圧力に反比例し、例えば0.1Torr時は4mm程度である。
Here, the length of the
実際には、ガス噴射孔90のガス導入側(図3中において上側)の圧力が高いので、平均自由行程は4mmよりも短くなるが、本実施例においては、ガス噴射孔90の長さを5mm程度に設定し、平均自由行程よりも長い値としている。ただし、平均自由行程はあくまで平均距離であるので、統計的にみると更に長い距離を散乱されず進む電子がある。よって、ここではガス流通方向に連通した気孔を有する多孔質セラミック焼結体88aをガス噴射孔90のガス導入側(上側)に設置して、電子の侵入を防止するようにしている。
Actually, since the pressure on the gas introduction side (upper side in FIG. 3) of the
そして、上記シャワーヘッド60の上面に上記処理容器32内でプラズマを立てるためにプラズマ発生用の電磁波を処理容器32の処理空間Sに導入する電磁波導入手段92が設けられる。この電磁波として、ここではマイクロ波が用いられる。具体的には、この電磁波導入手段92は、上記シャワーヘッド60の上面に設けられた円板状の平面アンテナ部材94を有しており、この平面アンテナ部材94上に遅波材96が設けられる。この遅波材96は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有しており、例えば窒化アルミ等よりなる。上記平面アンテナ部材94は、上記遅波材96の上方全面を覆う導電性の中空円筒状容器よりなる導波箱98の底板として構成される。この導波箱98の上部には、これを冷却するために冷媒を流す冷却ジャケット100が設けられる。
An electromagnetic wave introducing means 92 for introducing an electromagnetic wave for generating plasma into the processing space S of the
この導波箱98及び平面アンテナ部材94の周辺部は共に処理容器32に導通されると共に、この導波箱98の上部の中心には、同軸導波管102の外管102aが接続され、この内側の内部導体102bは、上記遅波材96の中心の貫通孔を通って上記平面アンテナ部材94の中心部に接続される。そして、この同軸導波管102は、モード変換器104を介して矩形導波管106に接続され、この矩形導波管106は例えば2.45GHzのマイクロ波発生器108に接続されており、上記平面アンテナ部材94へマイクロ波を伝搬するようになっている。従って、上記マイクロ波発生器108と平面アンテナ部材94とは、矩形導波管106と同軸導波管102とにより接続されてマイクロ波を伝搬するようになっている。ここで上記マイクロ波の周波数は2.45GHzに限定されず、他の周波数、例えば8.35GHzを用いてもよい。
The
上記平面アンテナ部材94は、大きさが300mmサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が400〜500mm、厚みが1〜数mmの導電性材料よりなる、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のスロット94aが形成されている。このスロット94aの配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻状、或いは放射状に配置させてもよいし、アンテナ部材全面に均一になるように分布させてもよい。この平面アンテナ部材94は、いわゆるRLSA(Radial Line Slot Antenna)方式のアンテナ構造となっており、これにより、高密度で低電子温度の特徴を有するプラズマが得られる。
The
そして、処理容器32の中段部分で上下に2つに分割されており、この部分に第2のガス導入手段として例えばアルミニウム合金やステンレス等の導体よりなる下段シャワープレート110がOリング等のシール部材112を介して気密状態で設けられている。この下段シャワープレート110は、ガス供給ポート114を有し、このガス供給ポート114にはこれより供給されるガスを処理空間S内へ導入するための複数のガス流路116が形成されている。
The lower stage shower plate 110 made of a conductor such as aluminum alloy or stainless steel is provided as a second gas introduction means at the middle part of the
そして、このガス流路116の下面には多数のガス孔118が形成されており、ガスを処理空間Sに放出できるようになっている。そして、この下段シャワープレート110には、隣接するガス流路116同士間に、上段の処理空間で発生したプラズマを下段の処理空間へ拡散により効率的に通過させるために大きな開口部120が複数個形成されている。
A large number of
そして、上記ガス供給ポート114に連結されるガス通路122には開閉弁124が介設されており、処理に必要なガスを必要に応じて流量制御しつつ供給できるようになっている。例えばプラズマCVDにより成膜処理を行う場合には、この下段シャワープレート110から成膜ガスが供給され、エッチングする場合にはエッチングガスを流すことができる。尚、低圧で行われることが多いプラズマエッチング装置ではプラズマの電子温度が高いため、下段シャワープレート110はイオンによるダメージが大きく、このため金属汚染やパーティクル等の問題を引き起こす。したがって下段シャワープレート110は設けないで、エッチングガスをプラズマ励起用ガスと共にシャワーヘッド60から供給する場合もある。またエッチングガスは積極的に解離させて反応性を高めて用いるという場合が多いので、このような場合にもシャワーヘッド60からエッチングガスを供給する方が良い。いずれにしても、導入するガス種や使用するガス導入手段は、プラズマ処理の態様によって種々の装置構成が存在する。
An opening /
そして、図1に戻って、以上のように構成されたプラズマ処理装置30の全体の動作は、例えばコンピュータ等よりなる制御手段126により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフロッピやCD(Compact Disc)やハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体128に記憶されている。具体的には、この制御手段126からの指令により、各ガスの供給の開始、停止や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御、ガス導入路84内の圧力制御等が行われる。
Returning to FIG. 1, the overall operation of the plasma processing apparatus 30 configured as described above is controlled by the control means 126 including, for example, a computer, and a computer program for performing this operation. Is stored in a storage medium 128 such as a floppy, a CD (Compact Disc), a hard disk, or a flash memory. Specifically, in accordance with commands from the control means 126, the start, stop and flow control of each gas, the supply and power control of microwaves and high frequencies, the control of process temperature and process pressure, and the inside of the
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置30を用いて行なわれる例えばプラズマ成膜方法について説明する。
まず、全体の流れを簡単に説明すると、ゲートバルブ58を介して半導体ウエハWを搬送アーム(図示せず)により処理容器32内に収容し、昇降ピン(図示せず)を上下動させることによりウエハWを載置台36の上面の載置面に載置し、そして、このウエハWを静電チャック38により静電吸着する。このウエハWは抵抗加熱ヒータ40により所定のプロセス温度に維持され、天板の機能を有するシャワーヘッド60からはプラズマ励起用ガスとして例えばArガスを流量制御しつつ処理空間Sへ導入し、下段シャワープレート110のガス孔118からは成膜ガスを流量制御しつつ処理空間Sへ導入する。
Next, for example, a plasma film forming method performed using the plasma processing apparatus 30 configured as described above will be described.
First, the overall flow will be briefly described. The semiconductor wafer W is accommodated in the
具体的には、上記Arガスは、ガス導入ポート68からリング状空間64に沿って全周に広がり、シャワーヘッド60の中心に向けて放射状に設けた各ガス導入路84内へ流れ込み、そして、各ガス放出口86に設けた多孔質セラミック焼結体88a内及びセラミック成型体88bのガス噴射孔90を介して処理空間Sへ導入されることになる。この場合、上記シャワーヘッド60におけるガス経路のコンダクタンスは非常に低いので、ガス導入路84内の圧力は処理空間S内よりもかなり高くなっており、後述するようにこの圧力を異常放電が生じないような圧力範囲となるように設定している。そして、処理容器32内は、真空排気系48の圧力調整弁52により所定のプロセス圧力に維持される。
Specifically, the Ar gas spreads from the
これと同時に電磁波導入手段92のマイクロ波発生器108をオンすることにより、マイクロ波発生器108にて発生したマイクロ波を、矩形導波管106及び同軸導波管102を介して平面アンテナ部材94に供給して処理空間Sに、遅波材96によって波長が短くされたマイクロ波を、天板の機能を有するシャワーヘッド60を介して導入し、これにより処理空間Sにプラズマを発生させて所定のプラズマを用いた成膜処理を行う。
At the same time, the
ここで図4及び図5も参照して上記プラズマ成膜方法について詳しく説明する。図4はプラズマ成膜方法の一例を示す工程図、図5はArガス雰囲気における、放電開始電圧の圧力依存性を示すグラフである。
まず、処理容器32内は連続的に真空引きされており、未処理のウエハWを前述したように、ゲートバルブ58を介して処理容器32内へ搬入し(搬入工程)、これを載置台36上に載置して処理容器32内を密閉状態にする(S1)。
Here, the plasma film forming method will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 is a process diagram showing an example of a plasma film forming method, and FIG. 5 is a graph showing the pressure dependence of the discharge start voltage in an Ar gas atmosphere.
First, the inside of the
次に、プラズマ励起用ガスである例えばArガスの供給を開始する(S2)。このArガスは流量制御されつつガス通路70を流れてガス導入ポート68からリング状空間64へ至り、前述したようにこのリング状空間64から各ガス導入路84内へ流れて各ガス放出口86に設けた通気性のあるセラミック材88を介して処理空間S内へ導入されることになる。この場合、前述したように、シャワーヘッド60内のガス経路のコンダクタンスは非常に低いので、ガス導入路84内の圧力は、処理空間S内よりもかなり高くなり、また、ガス放出口86より処理空間S内へ導入するガス流量を安定させるためにはガス導入路84内の圧力を安定化させる必要がある。
Next, supply of, for example, Ar gas, which is a plasma excitation gas, is started (S2). The Ar gas flows through the
そのため、ここでは上記ガス導入路84内の圧力は、ガス導入ポート68に設けた導入路内圧力測定器74によって常時測定されており、この測定値が所定の圧力になって安定するまで待機され、所定の圧力に安定したならば、次の動作へ移行する(S3)。尚、処理空間Sの圧力と、ガス導入路84内の圧力と、ガス放出口86より処理空間S内へ実際に導入されるガス流量との関係は予め求められており、この求めた関係によって上記ガス導入路84内の圧力が定められている。
Therefore, here, the pressure in the
上述のように、ガス導入路84内の圧力が所定の圧力で安定したならば、実際の処理を行うプラズマ処理工程へ移行する。ここでは、成膜用の原料ガス等を下段シャワープレート110から流量制御しつつ供給の開始を行い、処理容器32内の圧力を所定の圧力(プロセス圧力)に維持し、且つ電磁波導入手段92のマイクロ波発生器108をオンして処理容器32内へマイクロ波を導入してプラズマを立てる(S4)。これにより、実際にプラズマ処理を行ってウエハ表面に、ここでは成膜処理を施すことになる。そして、予め定められた所定の時間だけ上記プラズマ処理を実行することになる(S5)。
As described above, when the pressure in the
ここで上記処理空間Sとシャワーヘッド60のガス導入路84内の圧力との関係について図5を参照して説明する。図5はArガス雰囲気における、放電開始電圧の圧力依存性を示すグラフであり、横軸に圧力をとり、縦軸に放電開始電圧を示している。
Here, the relationship between the said processing space S and the pressure in the
図5から明らかなように、Arガスの場合には、圧力が1Torr付近で放電開始電圧が最も低くなり、それより圧力を上げるに従って、或いは圧力を下げるに従って、放電開始電圧は次第に高くなっており下方に凸状の特性曲線となっている。 As is apparent from FIG. 5, in the case of Ar gas, the discharge start voltage becomes the lowest when the pressure is around 1 Torr, and the discharge start voltage gradually increases as the pressure is increased or decreased. The characteristic curve is convex downward.
ここで、処理空間Sのみで放電が発生して電磁界が特に強いシャワーヘッド60のガス導入路84内では放電が発生しないようにするためには、ガス導入路84内の放電開始電圧が、処理空間S内の放電開始電圧よりも常に高い状態になるように設定するのが好ましいことが判る。
Here, in order to prevent discharge from occurring in the
そこで、本発明では、処理空間S内の圧力、すなわちプロセス圧力を、例えば成膜や表面改質プロセスで行われるような圧力範囲:0.04〜10Torrの範囲内の一定値となるように設定している。そして、上記ガス導入路84では、上記0.04〜10Torrの圧力範囲内の一定値で定まるプロセス圧力の時の放電開始電圧よりも高い放電開始電圧となるように例えば30Torr以上の一定値に設定する。
Therefore, in the present invention, the pressure in the processing space S, that is, the process pressure, is set so as to be a constant value within a pressure range of 0.04 to 10 Torr, for example, as performed in a film formation or surface modification process. is doing. In the
また別の例では、処理空間S内の圧力、すなわちプロセス圧力を、例えばエッチングプロセスで行われるような圧力範囲:0.005〜0.2Torrの範囲内の一定値となるように設定している。そして上記ガス導入路84では、上記0.005〜0.2Torrの圧力範囲内の一定値で定まるプロセス圧力の時の放電開始電圧よりも高い放電開始電圧となるように、例えば300Torr以上の一定値に設定する。
In another example, the pressure in the processing space S, that is, the process pressure, is set to be a constant value within a pressure range of 0.005 to 0.2 Torr as performed, for example, in an etching process. . In the
尚、ガス導入路84内の圧力の最大値は、シャワーヘッド60内のガス経路の許容できるコンダクタンスを考慮すると、例えば600Torr程度である。また、必要な場合には、図5で説明したような各圧力範囲を満足するようにシャワーヘッド60内のガス経路のコンダクタンスは調整されることになる。
The maximum value of the pressure in the
このように、図4中のS4及びS5において処理空間S内でプラズマを発生している場合には、上述したように導入路内圧力測定器74によりガス導入路84内の圧力が測定されてモニタしており、ガス通路70内へ流すガス流量や処理容器32の排気量を制御するなどして、ガス導入路84内の圧力は30Torr以上、好ましくは300Torr以上の一定値になるように常時制御されている。尚、この制御は制御手段126により行われるのは勿論である。
As described above, when plasma is generated in the processing space S in S4 and S5 in FIG. 4, the pressure in the
以上のようにしてプラズマ処理が終了したならば、例えば全ガスの供給を停止すると共に、マイクロ波発生器108をオフしてマイクロ波の供給を停止し(S6)、その後、処理済みのウエハWを処理容器32内から外へ搬出する(S7)。
そして、ウエハを1枚処理する毎にクリーニングする枚葉クリーニングの場合には、上記シャワーヘッド60を用いて、或いは下段シャワープレート110を用いて処理容器32内へクリーニングガスを供給すると同時に、上記シャワーヘッド60よりArガスを供給してプラズマを立て、プラズマクリーニング処理を行い、処理容器32内に付着していた不要な膜等を除去する(S8)。このクリーニング処理の時にプラズマを立てる場合にも、上記S3及びS4で説明したように、ガス導入路84内の圧力を制御し、このガス導入路84内で異常放電が発生しないようにする。
When the plasma processing is completed as described above, for example, the supply of all gases is stopped, the
In the case of single wafer cleaning in which cleaning is performed each time one wafer is processed, the
そして、クリーニング処理が終了して、更に処理待ちの待機中のウエハが有る場合には(S9のYES)、上記S1へ戻って前述したようにS1〜S8の各ステップを繰り返し実行し、待機中のウエハが無い場合(S9のNO)には、処理全体を終了することになる。
このように、本発明では、ガス導入路84内の圧力を、4000Pa(30Torr)以上となるように設定するようにしたので、ガス導入路84内で異常放電が発生することを防止することができる。
When the cleaning process is completed and there is a waiting wafer waiting for further processing (YES in S9), the process returns to S1 and the steps S1 to S8 are repeatedly executed as described above. If there is no wafer (NO in S9), the entire process is terminated.
As described above, in the present invention, the pressure in the
また、シャワーヘッド60のガス放出口86内に、多孔質セラミック焼結体88aや極めて細かいガス噴射孔90の形成されたセラミック成型体88bよりなる通気性のあるセラミック材88を装着するようにしたので、ガス放出口86内やガス導入路84内へプラズマが逆流してここに異常放電等が発生することを防止することができる。
また上記実施例において、成膜ガスとしては一例としてシリコン系膜の成膜を行う場合にはモノシランやジシラン等のシラン系ガスを用いることができ、CF系膜等の低誘電率膜を成膜する場合にはC5 F8 ガス等のCF系ガスを用いることができ、更には有機金属ガス等も用いることができる。
In addition, a breathable
In the above embodiment, as an example of the film forming gas, when a silicon-based film is formed, a silane-based gas such as monosilane or disilane can be used, and a low dielectric constant film such as a CF-based film is formed. In this case, a CF-based gas such as C 5 F 8 gas can be used, and an organic metal gas can also be used.
また、図4に示すフローチャートでは、ウエハWを1枚処理する毎にクリーニング処理を行うようにしたが、これに限定されず、ウエハWを複数枚処理する毎にクリーニング処理を行うようにしてもよい。
更に、図4に示すフローチャートでは、ウエハWを1枚処理する毎にプラズマ励起用ガスであるArガスの供給を停止していたが、この供給停止を行わないでプラズマ励起用ガスを複数工程に亘って連続的に流すようにしてもよい。例えば全ての工程、すなわちウエハの搬入工程(S1)、プラズマ処理工程(S4、S5)、ウエハの搬出工程(S7)及びクリーニング工程(S8)の全ての工程に亘って連続的にArガスを流すようにしてもよい。さらにはプラズマ処理工程と、その他3つの各工程から選択される1つ以上の工程に亘ってArガスを連続的に流してもよい。
In the flowchart shown in FIG. 4, the cleaning process is performed every time one wafer W is processed. However, the present invention is not limited to this, and the cleaning process may be performed every time a plurality of wafers W are processed. Good.
Further, in the flowchart shown in FIG. 4, the supply of Ar gas, which is a plasma excitation gas, is stopped every time one wafer W is processed, but the plasma excitation gas is divided into a plurality of steps without stopping the supply. You may make it flow continuously over. For example, Ar gas is allowed to flow continuously throughout all the steps, that is, the wafer loading step (S1), the plasma processing step (S4, S5), the wafer unloading step (S7), and the cleaning step (S8). You may do it. Furthermore, you may flow Ar gas continuously over one or more processes selected from a plasma processing process and each other three processes.
これによれば、後述するようにシャワーヘッド60のガス導入路84内に残留するガスは迅速には抜けないため、シャワーヘッド60のガス導入路84内のガス圧を高めてArガスを安定的に流すまでの待ち時間、すなわち図4中のS3のステップに要する時間を省略あるいは短くすることができるので、その分、スループットを向上させることができる。
According to this, as will be described later, since the gas remaining in the
また、通常は、プラズマ励起用ガスであるArガスの供給を行う場合、ガスの供給開始と同時にプロセス時(プラズマ処理時)の流量でもって一定の流量で供給するが、スループットを向上させるために供給開始時にはプロセス時のガス供給量(流量)よりも大きな流量でArガスを流すようにして次第にガス供給量を設定流量まで減らすようにしてもよい。この場合、例えばガス導入路84の目標圧力との差圧に応じて例えばPID制御でArガスを流すようにしてもよい。
Normally, when Ar gas, which is a plasma excitation gas, is supplied at a constant flow rate at the time of the process (plasma treatment) at the same time as the gas supply starts, in order to improve throughput At the start of supply, Ar gas may be flowed at a flow rate larger than the gas supply amount (flow rate) during the process, and the gas supply amount may be gradually reduced to a set flow rate. In this case, for example, Ar gas may be caused to flow by PID control in accordance with a differential pressure with respect to the target pressure of the
図6は本発明方法と従来方法におけるArガスの供給量とガス導入路内の圧力との関係を示すグラフであり、図6(A)は本発明方法と従来方法のArガスのガス流量の一例を示し、図6(B)は本発明方法と従来方法のガス導入路内の圧力変化を示すグラフである。従来方法では、図6(A)中の直線A1に示すように、ガスの供給開始からArガスはプロセス流量で一定に供給されるので、図6(B)に示す曲線A2のように、ガス導入路84内の設定圧力まで安定するのに長い時間T1を要してしまう。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the supply amount of Ar gas and the pressure in the gas introduction path in the method of the present invention and the conventional method, and FIG. 6A shows the gas flow rate of Ar gas in the method of the present invention and the conventional method. An example is shown and FIG. 6 (B) is a graph which shows the pressure change in the gas introduction path of the method of this invention and a conventional method. In the conventional method, as shown by a straight line A1 in FIG. 6 (A), Ar gas is supplied at a constant process flow rate from the start of gas supply, and therefore, as shown by a curve A2 shown in FIG. It takes a long time T1 to stabilize to the set pressure in the
これに対して、導入路内圧測定器74にて圧力を測定し、この測定値と目標圧力との差圧に応じてガス流量を制御する例えばPID制御を行えば、図6(A)中の曲線B1に示すようにガスの供給開始の直後から暫くの間にはプロセス流量よりもかなり大きな流量でArガスが供給される。この結果、図6(B)の曲線B2に示すようにガス導入路84内の圧力は急激に上昇し、上記時間T1よりも大幅に短い時間T2でもって設定圧力に到達して早期に安定化させることができる。従って、上記時間の差分(T1−T2)だけスループットを向上させることができる。
On the other hand, if, for example, PID control is performed in which the pressure is measured by the introduction path internal
また、上記図4に示すS5に示すプラズマ処理中において、導入路内圧力測定器74にて測定しているガス導入路84内の圧力値が、何らかの理由により設定圧力(目標圧力)より大きく変動した場合、例えば設定圧力の±10%の範囲外になった時には、設計通りの膜質が得られなくなる恐れがあるので、プラズマ処理を直ちに中断するのがよい。
また同様に、上記導入路内圧力測定器74にて測定している圧力値が、何らかの理由でこのガス導入路84内における異常放電発生領域になった場合、例えば図5中において30Torrよりも小さくなった場合には、この場合にも設計通りの膜質が得られなくなる恐れがあるので、プラズマ処理を直ちに中断するのがよい。
In addition, during the plasma processing shown in S5 in FIG. 4, the pressure value in the
Similarly, when the pressure value measured by the
更に、シャワーヘッド60から導入するガス種が、Arガスに加えて他のガス、例えばAガスも導入している場合において、このAガスに代えて別の他のガス、例えばBガスを導入するように切り替える時には、前述したようにシャワーヘッド60内のガス経路のコンダクタンスは非常に小さいことから、処理容器32内を真空引きしただけでは、シャワーヘッド60のガス導入路84内等に残留するAガスは迅速には抜けず、十分に抜け切るまでに長時間を要してしまう。
Further, when the gas type introduced from the
そこで、本発明では、真空排気系48を継続的に動作させると共に、ガス通路70の開閉弁72を閉じてシャワーヘッド60へのガス供給を停止すると同時に、導入路真空排気系76を駆動すると共に、ここに介設されている開閉弁80を開にして、このシャワーヘッド60のガス導入路84、分岐ガス導入路84a及びガス放出口86内に残留するAガスを逆方向へ(導入側へ)強制的に真空排気し、残留するAガスを迅速に排気する。
Therefore, in the present invention, the
これによれば、残留するAガスを迅速に排気できた分だけ、スループットを向上させることができる。この場合、導入路真空排気系76を用いない場合には、ガス導入路84内等の残留ガスを例えば10分程度で排気することができたが、導入路真空排気系76を用いた場合には、僅か1分程度で残留ガスを排気することができ、処理効率を大幅に向上できることを確認することができた。
According to this, the throughput can be improved by the amount that the remaining A gas can be exhausted quickly. In this case, when the introduction
また、ここではガス放出口86に通気性のあるセラミック材88を装着し、且つガス導入路84や分岐ガス導入路84aの内径を小さくすることによりコンダクタンスが低くなるように設計しているが、上記通気性のあるセラミック材88を設けないでもプラズマの逆流を防止できるような更に微細なガス噴射孔90を有する別の部材を装着できるならば、上記セラミック材88に替えてこの別の部材を設けるようにすればよい。
Further, here, the
またここでは第2のガス導入手段として、下段シャワープレート110を設けたが、このとき下段シャワープレート110のガス孔118より放出された成膜ガスがシャワーヘッド60の下面まで拡散する場合がある。特に成膜ガスとしてC5 F8 等の重たいガスを用いると、シャワーヘッド60下面が周辺より温度が低いため、相対的に重い分子(原子)は低温側で濃度が高くなるという熱泳動効果が働き、シャワーヘッド60下面でのC5 F8 ガスの濃度は相当高くなり、絶縁膜等が成膜されてしまって好ましくない。そこでシミュレーションによりシャワーヘッド60からArガスを、下段シャワープレート110からC5 F8 ガスを流し、各々の流量を種々変化させて図7の結果を得た。
Here, the lower shower plate 110 is provided as the second gas introduction means. At this time, the film forming gas released from the gas holes 118 of the lower shower plate 110 may diffuse to the lower surface of the
図7において縦軸は逆拡散比率を示し、横軸はシャワーヘッド60からのArガス流量である。また逆拡散比率とは、下段シャワープレート110の20mm下方と、20mm上方でのC5 F8 ガスの濃度比(%)であり、また処理容器内圧力は20mmTorr以上の粘性流領域としている。図中◆はArガス流量とC5 F8 ガス流量が1:1の場合であり、■はArガス流量は200〜2000sccmまで変化させ、C5 F8 ガス流量は200sccmで一定であり、▲はArガス流量とC5F8ガス流量が100:1の場合の1ポイントのデータである。
In FIG. 7, the vertical axis represents the reverse diffusion ratio, and the horizontal axis represents the Ar gas flow rate from the
図7から明らかなように、Arガス流量:C5 F8 ガス流量が、1:1の場合でも、1:1〜10:1まで変化させた場合でも、逆拡散比率はほぼ似たような曲線を示し、単にArガスの流量に依存していることがわかる。これよりシャワーヘッド60から流すArガスの流量は、600sccm(逆拡散比率70%)以上、さらには1000sccm(逆拡散比率50%)以上、より好ましくは2000sccm(逆拡散比率20%)以上流せば逆拡散防止効果が得られることが判る。また上記におけるArガス流量を、下段シャワープレート110の開口面積で割った値は各々、0.4sccm/cm2 、0.7sccm/cm2 、1.4sccm/cm2 であり、下段シャワープレート110の大きさ、開口面積が変わったとしても、これらの単位面積当たりの流量のArガスを流せば同じ逆拡散比率が得られるものと思われる。
As is apparent from FIG. 7, the Ar diffusion flow rate: C 5 F 8 gas flow rate is 1: 1, and even when the gas flow rate is changed from 1: 1 to 10: 1, the reverse diffusion ratio is almost similar. It can be seen that a curve is shown, which simply depends on the flow rate of Ar gas. Accordingly, the flow rate of Ar gas flowing from the
更に、ここでは処理容器32の中段部分に第2のガス導入手段として下段シャワープレート110を設けたが、これに限定されず、図8に示すプラズマ処理装置の変形例のように、上記下段シャワープレート110を設けないで、ガス導入手段としてシャワーヘッド60のみを設けるようにしてもよい。
この場合にも、シャワープレート110を使用する場合を除いて先に図1〜図6を参照して説明した作用効果と同様な作用効果を示すことができる。
Furthermore, here, the lower shower plate 110 is provided as the second gas introduction means in the middle part of the
Also in this case, except for the case where the shower plate 110 is used, the same function and effect as those described with reference to FIGS.
また図8に示すようなプラズマ処理装置は、処理空間S内に位置する部材がエッチングされ易いエッチング処理装置に適用するのがよく、この場合には上記シャワープレート110の設置を省略することで、不要なパーティクルがエッチングにより発生することを防止することができる。 Further, the plasma processing apparatus as shown in FIG. 8 is preferably applied to an etching processing apparatus in which members located in the processing space S are easily etched. In this case, by omitting the installation of the shower plate 110, It is possible to prevent unnecessary particles from being generated by etching.
特に、このようなプラズマエッチング処理装置では、例えば膜種の異なる積層絶縁層を複数段階で、エッチングガス種を切り替えながら連続エッチングする場合がある。例えばArガスに加えるエッチングガスを、エッチングする膜種に応じてN2 やO2 やH2 等に順次切り替える必要があるが、この場合、前述したように、ガスの切り替え時に導入路真空排気系76を駆動することにより、シャワーヘッド60のガス導入路84内等に残留するガスを逆方向に真空引きして、この残留ガスを迅速に排除することができる。
In particular, in such a plasma etching processing apparatus, for example, a multilayer insulating layer having different film types may be continuously etched in a plurality of stages while switching the etching gas type. For example, it is necessary to sequentially switch the etching gas added to the Ar gas to N 2 , O 2 , H 2, or the like according to the type of film to be etched. In this case, as described above, the introduction path evacuation system is used when the gas is switched. By driving 76, the gas remaining in the
以上のように、ここではプラズマ処理として、プラズマ成膜処理、プラズマエッチング処理を例にとって説明したが、これに限定されず、本発明はプラズマアッシング装置等の他のプラズマ処理装置にも適用することができる。
更には、電磁波導入手段92としてマイクロ波を用いたが、これに限定されず、例えば13.56MHz等の周波数の高周波も用いることができ、本発明は例えば平行平板型高周波励起プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置等の各種のプラズマ処理装置に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。
As described above, the plasma processing is described as an example of the plasma processing here, but the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to other plasma processing apparatuses such as a plasma ashing apparatus. Can do.
Furthermore, although the microwave is used as the electromagnetic
Although the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed here, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, a ceramic substrate, and the like.
30 プラズマ処理装置
32 処理容器
36 載置台
40 抵抗加熱ヒータ
48 真空排気系
60 シャワーヘッド(ガス導入手段)
64 リング状空間
68 ガス導入ポート
74 導入路内圧力測定器
76 導入路真空排気系
82 真空ポンプ
84 ガス導入路
84a 分岐ガス導入路
86 ガス放出口
88 多孔質セラミック材
88a 多孔質セラミック焼結体
88b アルミナ焼結体
90 ガス噴射孔
92 電磁波導入手段
94 平面アンテナ部材
108 マイクロ波発生器
110 下段シャワープレート(第2のガス導入手段)
126 制御手段
128 記憶媒体
W 半導体ウエハ(被処理体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30
64 ring-shaped
126 Control means 128 Storage medium W Semiconductor wafer (object to be processed)
Claims (17)
前記ガス導入路内の前記ガスの圧力を、4000Pa(30Torr)以上となるように設定するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。 A gas introduction path for introducing a gas containing at least a plasma excitation gas into the processing container that can be depressurized, and a plurality of gas discharge ports that communicate with the gas introduction path and discharge the gas into the processing container. A shower head, electromagnetic waves are introduced into the processing container through the shower head to excite the gas to generate plasma, and the target object is processed using the plasma. In the plasma processing method,
A plasma processing method, wherein the pressure of the gas in the gas introduction path is set to 4000 Pa (30 Torr) or more.
The plasma processing method according to claim 1, wherein at least a part of the gas introduction path is provided inside the shower head.
前記被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理工程と、
前記処理容器内から処理済みの前記被処理体を搬出する搬出工程と、
前記処理容器内にクリーニングガスを流してクリーニングするクリーニング工程とを有し、前記各工程の内から選択される少なくとも2つの工程に亘って前記プラズマ励起用ガスを連続的に流すようにしたことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のプラズマ処理方法。 A loading step of loading the object to be processed into the processing container;
A plasma processing step of performing plasma processing on the object to be processed;
An unloading step of unloading the object to be processed from the processing container;
A cleaning step of flowing a cleaning gas into the processing container to perform cleaning, and the plasma excitation gas is allowed to flow continuously over at least two steps selected from the steps. The plasma processing method according to any one of claims 1 to 9, wherein
天井部が開口され内部が減圧可能になされた処理容器と、
前記被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着される天板の機能を有し、少なくともプラズマ励起用ガスを含むガスを導入するガス導入路と、該ガス導入路に連通されて前記処理容器内へ前記ガスを放出する複数のガス放出口とを有するガス導入手段であるシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドを介してプラズマ発生用の電磁波を前記処理容器内へ導入する電磁波導入手段と、
前記ガス導入路内のガス圧力が4000Pa以上になるように前記ガスを前記ガス導入路に供給する手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed,
A processing container whose ceiling is opened and the inside of which can be decompressed;
A mounting table provided in the processing container for mounting the object to be processed;
A gas introduction path that has a function of a top plate that is airtightly attached to the opening of the ceiling portion, introduces a gas containing at least a plasma excitation gas, and communicates with the gas introduction path to enter the gas into the processing container. A shower head which is a gas introduction means having a plurality of gas discharge ports for discharging gas;
Electromagnetic wave introducing means for introducing electromagnetic waves for plasma generation into the processing container through the shower head;
Means for supplying the gas to the gas introduction path so that the gas pressure in the gas introduction path is 4000 Pa or more;
A plasma processing apparatus comprising:
前記被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着される天板の機能を有し、少なくともプラズマ励起用ガスを含むガスを導入するガス導入路と、該ガス導入路に連通されて前記処理容器内へ前記ガスを放出する複数のガス放出口とを有するガス導入手段であるシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドを介してプラズマ発生用の電磁波を前記処理容器内へ導入する電磁波導入手段と、
前記ガス導入路内の圧力を測定する導入路内圧力測定器と、
装置全体の動作を制御する制御手段と、
を備えたプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を行うに際して、
請求項1乃至11のいずれかに記載のプラズマ処理方法を実行するように前記プラズマ処理装置を制御するコンピュータ読み取り可能なプログラムを記憶することを特徴とする記憶媒体。 A processing container whose ceiling is opened and the inside of which can be decompressed;
A mounting table provided in the processing container for mounting the object to be processed;
A gas introduction path that has a function of a top plate that is airtightly attached to the opening of the ceiling portion, introduces a gas containing at least a plasma excitation gas, and communicates with the gas introduction path to enter the gas into the processing container. A shower head which is a gas introduction means having a plurality of gas discharge ports for discharging gas;
Electromagnetic wave introducing means for introducing electromagnetic waves for plasma generation into the processing container through the shower head;
An introduction path pressure measuring device for measuring the pressure in the gas introduction path;
Control means for controlling the operation of the entire apparatus;
When performing plasma processing using a plasma processing apparatus equipped with
A storage medium storing a computer-readable program for controlling the plasma processing apparatus so as to execute the plasma processing method according to claim 1.
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