JP2012004196A

JP2012004196A - プラズマ処理装置及びその処理ガス供給構造

Info

Publication number: JP2012004196A
Application number: JP2010135704A
Authority: JP
Inventors: Masashi Saito; 昌司斉藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2012-01-05
Also published as: US9082592B2; US20110303362A1

Abstract

【課題】要求される処理プロセス性能に応じて必要とされる処理ガスの供給状態の実現可能性を増大させることのできるプラズマ処理装置及びその処理ガス供給構造を提供する。
【解決手段】高周波アンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズマを励起して、処理室内の載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、処理室内の載置台の上方に位置する空間に、処理室の側壁から処理室の中心に向くように処理室内に突出するとともに、突出方向先端部と側壁部にガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、ガスノズルを、夫々突出方向に沿った当該ガスノズルの中心軸の回りに回転させる回転機構とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びその処理ガス供給構造に関する。

従来から、半導体装置の製造分野等においては、半導体ウエハ等の基板に、成膜処理やエッチング処理等の処理を行う装置として、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いるプラズマ処理装置が知られている。

ＩＣＰを用いたプラズマ処理装置の処理ガス供給構造としては、例えば、処理室の内部に配置され複数のノズルを周方向に有するリングを、往復回転運動させ、ノズルの基板に対する噴出位置を変えながら処理ガスを供給するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−２４８３６４号公報

ＩＣＰを用いたプラズマ処理装置の場合、処理室の外部に設けた高周波アンテナから誘導される電磁界を遮らないように処理ガス供給構造を配設する必要がある。このため、ガスを噴出させる部位は、基本的に基板の中央部および外周部に制約されており、要求される処理プロセス性能に応じて必要とされる処理ガスの供給状態を実現できない場合があるという問題があった。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、要求される処理プロセス性能に応じて必要とされる処理ガスの供給状態の実現可能性を増大させることのできるプラズマ処理装置及びその処理ガス供給構造を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ処理装置の一態様は、高周波アンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処理室内の載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記処理室内の前記載置台の上方に位置する空間に、前記処理室の側壁から前記処理室の中心に向くように前記処理室内に突出するとともに、突出方向先端部と側壁部にガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、複数の前記ガスノズルを、夫々突出方向に沿った当該ガスノズルの中心軸の回りに回転させる回転機構とを具備したことを特徴とする。

本発明のプラズマ処理装置の処理ガス供給構造の一態様は、高周波アンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処理室内の載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の処理ガス供給構造であって、前記処理室内の前記載置台の上方に位置する空間に、前記処理室の側壁から前記処理室の中心に向くように前記処理室内に突出するとともに、突出方向先端部と側壁部にガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、複数の前記ガスノズルを、夫々突出方向に沿った当該ガスノズルの中心軸の回りに回転させる回転機構とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、要求される処理プロセス性能に応じて必要とされる処理ガスの供給状態の実現可能性を増大させることのできるプラズマ処理装置及びその処理ガス供給構造を提供することができる。

本発明の第１実施形態のプラズマエッチング装置の縦断面構成を模式的に示す図。図１のプラズマエッチング装置の要部断面構成を模式的に示す図。本発明の第２実施形態のプラズマエッチング装置の縦断面構成を模式的に示す図。

以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置１００の縦断面概略構成を模式的に示す図である。同図に示すように、プラズマエッチング装置１００は、導電性材料、例えば表面を陽極酸化処理されたアルミニウム等から構成され、内部を気密に閉塞可能とされた円筒容器状の処理チャンバー１を具備している。

処理チャンバー１の上部には、開口が形成されており、この開口を気密に閉塞するように、上部天板２が配設されている。この上部天板２は、少なくともその一部が石英等の誘電体からなり、誘電体窓を構成している。

上部天板２と処理チャンバー１との間には、これらの間を気密に閉塞するとともに、処理チャンバー１に対して上部天板２の上下動を可能とする蛇腹機構３が配設されている。また、上部天板２には、例えば、モータ等からなる上下動駆動源４が接続されており、この上下動駆動源４を動作させることによって、処理チャンバー１に対して上部天板２を上下動させることができるようになっている。

上部天板２の上部には、所定形状、例えば円環状とされた高周波アンテナ５が配設されている。この高周波アンテナ５は、所定周波数の高周波電力を供給する高周波電源６に接続されている。また、高周波アンテナ５の周囲は、導体からなるシールドボックス７が配設されており、このシールドボックス７は、接地されている。このシールドボックス７によって、高周波アンテナ５に供給された高周波電力が周囲に漏洩することを防止するようになっている。

プラズマ処理中は、高周波電源６からプラズマ生成用の所定周波数の高周波電力、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が高周波アンテナ５へ供給される。高周波アンテナ５に高周波電力が供給されることによって、上部天板２の誘電体窓を介して処理チャンバー１内に誘導電磁界が形成され、この誘導電磁界により、処理チャンバー１内に供給された処理ガスがプラズマ化される。

処理チャンバー１の内部には、載置台（サセプタ）８が配設されている。この載置台８は、その上側の載置面に、プラズマ処理を行う基板、例えば半導体ウエハを載置するためのものである。載置台８には、所定周波数、例えば３８０ＫＨｚのバイアスを印加するためのバイアス用高周波電源９が接続されている。このバイアス用高周波電源９は、処理チャンバー１内で励起されたプラズマ中のイオンを効果的に半導体ウエハに引込むために使用される。また、載置台８には、半導体ウエハを固定するための図示しない静電チャック、半導体ウエハを所定温度に調整するための図示しない温度調整機構等が配設されている。

処理チャンバー１内の載置台８の上側部分は、ここでプラズマを発生させて半導体ウエハの処理を行う処理空間１０とされている。一方、載置台８の周囲には、環状の排気空間１１が形成されている。この排気空間１１は、処理チャンバー１の底部に設けられた排気口を介して真空ポンプ等の排気機構（図示せず。）に接続されている。そして、この排気機構によって排気を行うことにより、処理チャンバー１内を所定の真空度に維持することができるようになっている。

処理チャンバー１の側壁部には、処理チャンバー１内の載置台８に載置された半導体ウエハの上方に位置する処理空間１０に、処理チャンバー１の中心に向くように突出するガスノズル２０が複数配設されている。このガスノズル２０は、載置台８に載置された半導体ウエハの周囲を囲むように均等に、すなわち、周方向に沿って等間隔で配置されている。なお、図１には、ガスノズル２０を２つのみ図示してあるが、ガスノズル２０の数は、例えば、４〜８など，必要に応じた数とする。

図２にも示すように、ガスノズル２０は、有底円筒状に形成されており、その先端中央部にガス噴出孔２１が配設され、側壁部にもガス噴出孔２２が複数（図１，２に示す例では２つ）配設されている。これらのガス噴出孔２１，２２の数についても、図１，２に示す例に限定されるものではなく、幾つとしてもよい。

ガスノズル２０の後端部は、処理チャンバー１の側壁の外側に位置し、ここにフランジ状に外周に向かって突出する円環状の回転部材２３が配設されている。回転部材２３のさらに後端側には、処理チャンバー１の側壁に固定された固定部材２４が設けられており、回転部材２３は、この固定部材２４と処理チャンバー１の側壁との間に狭持されるように支持されている

処理チャンバー１の側壁と回転部材２３との間、及び固定部材２４と回転部材２３との間には、回転部材２３を回転可能な状態で支持する軸受け機構２５ａとともにこれらの間を気密に閉塞する磁性流体シール等からなるシール機構２５ｂが配設されている。回転部材２３には、ギア、ベルト等からなる回転伝達機構２６を介して、モータ等からなる回転駆動源２７が接続されている。そして、この回転駆動源２７を駆動することによって、ガスノズル２０を、その突出方向に沿った中心軸（図１中一点鎖線で示す。）の回りに回転できるように構成されている。

固定部材２４の後端側には、処理ガス導入部２８が配設されている。この処理ガス導入部２８には、図示しない処理ガス供給源から所定の処理ガス（エッチングガス）が供給されるようになっており、この処理ガスを、ガスノズル２０に配設されたガス噴出孔２１，２２から、処理チャンバー１内の処理空間１０に供給するようになっている。

上記構成のガスノズル２０では、プラズマ処理中に、ガスノズル２０を上記した中心軸の回りに回転させつつ処理ガスを供給することができる。この時の回転は、１方向の回転であっても、双方向への往復回転運動であってもよい。また、側壁部に形成されたガス噴出孔２２が所定方向に向くように、予めガスノズル２０を回転させてその位置を調整し、プラズマ処理中はガスノズル２０を回転させずに固定した状態で処理ガスを供給することができる。これらのガスノズル２０の回転の制御は、要求される処理プロセス性能に応じて選択することができ、従来に比べて、処理ガスの供給状態の調整因子が増えたことにより、必要とされる処理ガスの供給状態の実現可能性を増大させることができる。

次に、上記構成のプラズマエッチング装置１００を用いて、半導体ウエハに対してプラズマエッチング処理を施す場合について説明する。

まず、図示しないゲートバルブ等の開閉機構を開けて搬送機構により半導体ウエハを処理チャンバー１内に搬入し、載置台８に載置する。次に、図示しない排気機構によって処理チャンバー１内の排気空間１１から排気を行うとともに、ガスノズル２０から処理チャンバー１の処理空間１０内に所定の処理ガス（エッチングガス）を供給し、処理空間１０内を所定の圧力雰囲気に維持する。

この時、前述したように、必要に応じてガスノズル２０を回転させながら処理ガスを供給する。この時の回転方向は、一方向であっても、往復させるように２方向に回転方向を変えるようにしてもよい。また、必要に応じて予めガスノズル２０を回転させてガス噴出孔２２が所定方向に向くように設定しておき、処理中はガスノズル２０を回転させずに固定した状態で処理ガスを供給するようにしてもよい。

次に、高周波電源６から所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力を高周波アンテナ５に印加することにより、上部天板２の誘電体窓を介して処理空間１０内に誘導電磁界を形成する。かかる誘導電磁界により、処理空間１０内で処理ガスがプラズマ化され、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このようにして生成されたプラズマ中のイオンは、バイアス用高周波電源９から載置台８に対して印加されるバイアス用高周波電力によって、半導体ウエハに効果的に引込まれ、半導体ウエハに対してプラズマエッチング処理が施される。このプラズマエッチング処理においては、ガスノズル２０によって処理ガスの供給状態を自在に制御することができ、これによってプラズマエッチングに要求される処理プロセス性能を実現することができる。

プラズマエッチング処理が終了すると、高周波電源の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは反対の手順で半導体ウエハが処理チャンバー１内から搬出される。

次に、図３を参照して第２実施形態に係るプラズマエッチング装置１００ａについて説明する。このプラズマエッチング装置１００ａでは、各ガスノズル２０ａが、公転ユニット３０に配設されており、モータ等からなる公転用駆動源３１を駆動することによって、各ガスノズル２０ａを、処理チャンバー１ａの中心（図３中ニ点鎖線で示す。）を公転軸として、公転（回転）させることができるように構成されている。

また、ガスノズル２０ａの側壁部には、側壁面に略垂直に形成されたガス噴出孔２２の他に、前端側に向かって斜めに傾斜して形成されたガス噴出孔２２ａが配設されている。さらに、処理ガス導入部２８ａは、各ガスノズル２０ａに対して共通に１つのみ配設されており、この１つの処理ガス導入部２８ａから各ガスノズル２０ａに対して処理ガスを供給するようになっている。なお、他の部分については、前述した第１実施形態のプラズマエッチング装置１００と同様に構成されているので、対応する部分には同一の符号を付して重複した説明は省略する。

上記構成の第２実施形態のプラズマエッチング装置１００ａでは、第１実施形態のプラズマエッチング装置１００と同様な作用、効果を得ることができる。これとともに、公転ユニット３０及び公転用駆動源３１によって各ガスノズル２０ａを、処理チャンバー１ａの中心を公転軸として公転させることができるので、プラズマエッチング中に、各ガスノズル２０ａを公転させることによって、周方向における処理ガスの供給状態をより均一化することができる。

以上、本発明を第１、第２実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。

１……処理チャンバー、２……上部天板、３……蛇腹機構、５……高周波アンテナ、６……高周波電源、８……載置台、９……バイアス用高周波電源、１０……処理空間、２０……ガスノズル、２１，２２……ガス噴出孔、２３……回転部材、２４……固定部材、２５ａ……軸受け機構、２５ｂ……シール機構、２６……回転伝達機構、２７……回転駆動源、１００……プラズマエッチング装置。

Claims

高周波アンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処理室内の載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記処理室内の前記載置台の上方に位置する空間に、前記処理室の側壁から前記処理室の中心に向くように前記処理室内に突出するとともに、突出方向先端部と側壁部にガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、
複数の前記ガスノズルを、夫々突出方向に沿った当該ガスノズルの中心軸の回りに回転させる回転機構と
を具備した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であって、
前記ガスノズルは、前記載置台の周囲を囲むように均等に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１又は２記載のプラズマ処理装置であって、
複数の前記ガスノズルを、前記処理室の中心の軸として処理室の周方向に回転させる公転機構を具備した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記処理室の上部開口を覆い上下動可能とされた天板を具備し、前記高周波アンテナは、前記天板の上部に配設されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
高周波アンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処理室内の載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の処理ガス供給構造であって、
前記処理室内の前記載置台の上方に位置する空間に、前記処理室の側壁から前記処理室の中心に向くように前記処理室内に突出するとともに、突出方向先端部と側壁部にガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、
複数の前記ガスノズルを、夫々突出方向に沿った当該ガスノズルの中心軸の回りに回転させる回転機構と
を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置の処理ガス供給構造。