JP2009239151A

JP2009239151A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2009239151A
Application number: JP2008085605A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Yanagiya; 健一柳谷; Kentaro Asakura; 賢太朗朝倉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】プラズマ源が処理容器から離れていても、ラジカル又はプラズマを失活させることなく処理容器へ導入することが可能な基板処理装置を提供すること。
【解決手段】被処理基板Ｗに対して処理を施す処理容器２１と、ラジカル又はプラズマを生成するプラズマ源２６と、プラズマ源２６で生成されたラジカル又はプラズマを、処理容器２１に導入する導入配管３０と、を備え、導入配管３０の内壁が、ダイヤモンドライクカーボン膜３１、又はＣ−Ｈ系膜でコーティングされている。
【選択図】図３

Description

この発明は、半導体ウエハ等の被処理基板に処理を行う基板処理装置に係わり、特に、リモートプラズマ源を用いた基板処理装置に関する。

今日の超高速半導体装置では、微細化プロセスの進歩とともに、０．１μｍ以下のゲート長が可能になりつつある。ゲート長が０．１μｍ以下になると、ゲート絶縁膜の膜厚は、熱酸化膜を使った場合には１〜２ｎｍ、あるいはそれ以下に設定されなければならない。非常に薄いゲート絶縁膜では、トンネル電流が増大し、その結果ゲートリーク電流が増大する、という事情がある。

このような事情から、実際の膜厚が厚くても、ＳｉＯ_２膜に換算した場合の膜厚を薄くできるＴａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＳｉＯ_４、あるいはＨｆＳｉＯ_４のような高誘電体材料（いわゆるＨｉｇｈ−ｋ材料）が、ゲート絶縁膜に適用されるようになってきている。ゲート絶縁膜に高誘電体材料を用いる場合には、シリコン基板表面と高誘電体材料との間に、好ましくは０．４ｎｍ程度の膜厚のシリコン酸化膜、あるいはシリコン酸窒化膜を形成するのが望ましい、とされている。

このように非常に薄いシリコン酸化膜、あるいはシリコン酸窒化膜を成膜する成膜装置としてはリモートプラズマ源を用いるものがあり、例えば、特許文献１、２などに記載されている。
再表２００５−４８３３７号公報特開２００７−７３５３９号公報

成膜プロセスにおいて、処理容器、例えば、プロセスチャンバ等を高温に制御する場合、リモートプラズマ源器機の許容温度によっては、リモートプラズマ源をプロセスチャンバから離れた位置に設置しなければならない。この場合にはリモートプラズマ源で生成されたラジカル又はプラズマは、ＳＵＳ配管等からなる導入配管を用いてプロセスチャンバに導入しなければならない。

しかしながら、導入配管のコンダクタンスあるいは曲り形状によってラジカルが失活し、所望のプロセス性能が得られない懸念がある。特に、導入配管がＳＵＳ等の金属である場合には、ラジカルが内壁に衝突すると、電子授受により基底状態となることが想定される。

この発明は、プラズマ源が処理容器から離れていても、ラジカル又はプラズマを失活させることなく処理容器へ導入することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明の一態様に係る基板処理装置は、被処理基板に対して処理を施す処理容器と、ラジカル又はプラズマを生成するプラズマ源と、前記プラズマ源で生成されたラジカル又はプラズマを、前記処理容器に導入する導入配管と、を備え、前記導入配管の内壁が、ダイヤモンドライクカーボン膜、又はＣ−Ｈ系膜でコーティングされている。

この発明によれば、プラズマ源が処理容器から離れていても、ラジカル又はプラズマを失活させることなく処理容器へ導入することが可能な基板処理装置を提供できる。

以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。参照する図面全てにわたり、同一の部分については同一の参照符号を付す。この説明においては、この発明を基板処理装置として、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）上に薄膜を成膜する成膜装置に適用した場合について示す。

図１はこの発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。

図１に示すように、基板処理装置２０は、ヒーターを備え、プロセス位置と基板搬入・搬出位置との間を上下動自在に設けられた基板保持台２２を収納し、基板保持台２２と共にプロセス空間２１Ｂを画成する処理容器２１を備えており、基板保持台２２は駆動機構２２Ｃにより回動される。なお、処理容器２１の内壁面は石英ガラスよりなる内部ライナ（図示せず）により覆われており、これにより、露出金属面からの被処理基板の金属汚染を抑制している。

処理容器２１はゲートバルブ２７Ａを介して基板搬送ユニット２７に結合されており、基板保持台２２が搬入・搬出位置に下降した状態において、ゲートバルブ２７Ａを介して基板搬送ユニット２７からウエハＷが基板保持台２２上に搬送され、また処理済みのウエハＷが基板保持台２２から基板搬送ユニット２７に搬送される。

本例の基板処理装置２０では、処理容器２１のゲートバルブ２７Ａに近い部分に排気口２１Ａが形成されており、排気口２１Ａにはバルブ２３ＡおよびＡＰＣ（自動圧力制御装置、図示せず）を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２３Ｂが結合されている。ターボ分子ポンプ２３Ｂには、さらにドライポンプ（ＤＰ）２４がバルブ２３Ｃを介して結合されており、ターボ分子ポンプ２３Ｂおよびドライポンプ２４を駆動することにより、プロセス空間２１Ｂの圧力を１．３３×１０^−１〜１．３３×１０^−４Ｐａ（１０^−３〜１０^−６Ｔｏｒｒ）まで減圧することが可能になる
一方、排気口２１Ａはバルブ２４Ａおよび別のＡＰＣ（図示せず）を介して直接にポンプ２４に結合されており、バルブ２４Ａを開放することにより、プロセス空間２１Ｂは、ポンプ２４により１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の圧力まで減圧される。

処理容器２１には、ウエハＷを隔てて排気口２１Ａと対向する側に酸素ガスを供給される処理ガス供給ノズル２１Ｄが設けられており、処理ガス供給ノズル２１Ｄに供給された酸素ガスは、プロセス空間２１Ｂ中をウエハＷの表面に沿って流れ、排気口２１Ａから排気される。

このように処理ガス供給ノズル２１Ｄから供給された処理ガスを活性化し酸素ラジカルを生成させるため、本例の基板処理装置２０では処理容器２１上に、処理ガス供給ノズル２１ＤとウエハＷとの間の領域に対応して石英窓２５Ａを有する、好ましくは波長が１７２ｎｍのエキシマランプよりなる紫外光源２５が設けられる。すなわち紫外光源２５を駆動することにより処理ガス供給ノズル２１Ｄからプロセス空間２１Ｂに導入された酸素ガスが活性化され、その結果形成された酸素ラジカルがウエハＷの表面に沿って流れる。これにより、ウエハＷの表面に、１ｎｍ以下の膜厚の、特に２〜３原子層分の厚さに相当する約０．４ｎｍの膜厚のラジカル酸化膜を一様に形成することが可能になる。

ラジカル酸化膜の形成工程では、バルブ２４Ａを閉じバルブ２３Ａを開放することにより、プロセス空間２１Ｂは、酸素ラジカルによるウエハＷの酸化処理に適した１．３３×１０^−１〜１．３３×１０^−４Ｐａ（１０^−３〜１０^−６Ｔｏｒｒ）の圧力範囲まで減圧される。

また、処理容器２１のウエハＷに対して排気口２１Ａと対向する側には、プラズマ導入口２１Ｃが設けられている。プラズマ導入口２１Ｃは導入配管３０を介してリモートプラズマ源２６に接続される。リモートプラズマ源２６にＡｒなどの不活性ガスと共に窒素ガスを供給し、これをプラズマにより活性化することにより、窒素ラジカルを形成することが可能である。このようにして形成された窒素ラジカルはウエハＷの表面に沿って流れ、ウエハＷの表面を窒化する。プラズマ窒化処理の場合には、バルブ２３Ａを閉じ、バルブ２４Ａを開放することにより、プロセス空間２１Ｂは、１．３３Ｐａ〜１．３３ｋＰａ（０．０１〜１０Ｔｏｒｒ）の圧力まで減圧される。このようなプラズマ窒化処理を行うことにより、膜厚が０．４ｎｍ前後の非常に薄い酸化膜を窒化処理することが可能になる。

図２は、図１に示す基板処理装置２０においてリモートプラズマ源２６として使われる高周波プラズマ源の一例を示す断面図である。

図２に示すように、リモートプラズマ源２６は、内部にガス循環通路２６ａとこれに連通したガス入り口２６ｂおよびガス出口２６ｃを形成された、典型的にはアルミニウムよりなるブロック２６Ａを含み、ブロック２６Ａの一部にはフェライトコア２６Ｂが形成されている。ブロック２６Ａの一部には、直流遮断のための絶縁部材２６ｄｃが形成されている。

ガス循環通路２６ａおよびガス入り口２６ｂ、ガス出口２６ｃの内面にはアルマイト処理膜２６ｄが形成されており、さらにアルマイト処理膜２６ｄにはフッ素樹脂が含浸されている。フェライトコア２６Ｂに巻回されたコイルに垂直に周波数が４００ｋＨｚの高周波（ＲＦ）パワーを供給することにより、ガス循環通路２６ａ内にプラズマ２６Ｃが形成される。

プラズマ２６Ｃの励起に伴って、ガス循環通路２６ａ中には窒素ラジカルおよび窒素イオンが形成されるが、直進性の強い窒素イオンは循環通路２６ａを循環する際に消滅し、ガス出口２６ｃからは主に窒素ラジカルＮ＊が放出される。さらに、本例では、ガス出口２６ｃに接地されたイオンフィルタ２６ｅを設けることにより、窒素イオンをはじめとする荷電粒子が除去され、処理空間２１Ｂには窒素ラジカルのみが供給される。また、イオンフィルタ２６ｅを接地させない場合においても、イオンフィルタ２６ｅの構造は拡散板として作用するため、十分に窒素イオンをはじめとする荷電粒子を除去することができる。なお、大量の窒素ラジカルを必要とするプロセスを実行する場合においては、イオンフィルタ２６ｅでの窒素ラジカルの衝突による消滅を防ぐ為、イオンフィルタ２６ｅを取り外す場合もある。ガス出口２６ｃは、上述の導入配管３０に接続される。本例の導入配管３０は金属製、一例を挙げればＳＵＳ製である。図３Ａ及び図３Ｂに、導入配管３０の例を示す。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本例の導入配管３０は、その内壁が、ダイヤモンドライクカーボン膜３１でコーティングされている。ダイヤモンドライクカーボン膜３１の膜厚の一例は、１ｎｍ乃至２０ｎｍである。導入配管３０は、本例では金属製、例えば、ＳＵＳであるが、ダイヤモンドライクカーボン膜３１は絶縁性である。このため、導入配管３０の中でラジカル又はプラズマが、導入配管３０の内壁に衝突したとしても電子授受は抑制される。例えば、導入配管３０が、図３Ｂに示すように屈曲し、ラジカル又はプラズマが衝突しやすい形状になっていた、としても、ラジカル又はプラズマの失活を抑制することができる。また、このような失活抑制は、ダイヤモンドライクカーボン膜の他、Ｃ−Ｈ系膜を導入配管３０の内壁にコーティングすることでも可能である。

また、ダイヤモンドライクカーボン膜、又はＣ−Ｈ系膜は、Ｃ、又はＣとＨのみである。半導体装置に有害となる汚染物質を含まない。このため、導入配管３０の内壁にコーティングしたとしても、半導体装置の製造に影響はない。

さらに、ダイヤモンドライクカーボン膜、又はＣ−Ｈ系膜は、ガス放出速度が小さい。このため、処理容器２１の内部を減圧して処理を施す場合にも対応できる。即ち、処理容器２１が減圧されて導入配管３０も減圧状態になった、としても、ダイヤモンドライクカーボン膜、又はＣ−Ｈ系膜によるコーティングは揮発し難い。このため、長期間の使用に耐えることができる。例えば、ダイヤモンドライクカーボン膜、又はＣ−Ｈ系膜のガス放出速度はＰＴＦＥよりも小さい。このため、導入配管３０の内壁をＰＴＦＥでコーティングした場合に比較して、より長い期間、導入配管３０を交換せずに済み、メンテナンスの省力化も図ることができる。

しかも、導入配管３０が長くなったり、導入配管３０が屈曲していたりしても、プラズマの失活を抑制できるので、リモートプラズマ源２６の設置箇所に、自由度を持たせることができる。特に、処理容器２１が高温制御される場合においては、リモートプラズマ源２６を処理容器２１から充分に離すことが可能となり、リモートプラズマ源２６の不慮の故障等も抑制することができる。

以上、この発明を一実施形態により説明したが、この発明は一実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。

例えば、上記一実施形態では、リモートプラズマ源を用いた基板処理装置として、成膜プロセスに使用される成膜装置を例示したが、リモートプラズマ源を用いた基板処理装置はこれに限られるものではない。例えば、半導体ウエハのドライクリーニングプロセスに使用されるドライクリーニング装置にも適用できる。

一実施形態に係る基板処理装置の概略的な構成の一例を示す断面図高周波プラズマ源の一例を示す断面図導入配管の例を示す断面図

符号の説明

２０…基板処理装置、２１…処理容器、２６…リモートプラズマ源、３０…導入配管、３１…ダイヤモンドライクカーボン膜。

Claims

被処理基板に対して処理を施す処理容器と、
ラジカル又はプラズマを生成するプラズマ源と、
前記プラズマ源で生成されたラジカル又はプラズマを、前記処理容器に導入する導入配管と、を備え、
前記導入配管の内壁が、ダイヤモンドライクカーボン膜、又はＣ−Ｈ系膜でコーティングされていることを特徴とする基板処理装置。
前記導入配管が屈曲していることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記導入配管が金属製であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記導入配管の内部が減圧されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
ダイヤモンドライクカーボン膜、又はＣ−Ｈ系膜の厚さが、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか一項に記載の基板処理装置。