JP2014078685A - 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】処理容器1の外側に、当該処理容器1内に磁場を形成するための磁場形成機構20を配置する。そして、プラズマ処理を行う時に、この磁場形成機構20によって処理容器1内に磁場を形成し、この磁場における磁力線によってプラズマ中の電子やイオンを水平方向に移動させる。更に、プラズマ処理を行っている間に、処理容器1内における磁力線を切り替えて、凹部50の内壁面に亘って電子を衝突させる。
【選択図】図1
Description
特許文献1には、処理チャンバの外側にダイポールリング磁石を配置した装置が記載されているが、既述の課題については検討されていない。
処理容器内に設けられ、基板を載置するための載置部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ発生部と、
処理ガスのプラズマ中における電子を基板の表面に沿う方向に移動させるために、前記載置部から見て側方側に設けられ、処理雰囲気に磁場を形成するための磁場形成機構と、
前記処理容器内を真空排気するための排気機構と、を備え、
前記磁場は、平面で見た時に基板の周縁を囲む磁力線のループが形成されないように、当該基板の周縁における少なくとも一箇所が開口していることを特徴とする。
前記電子の移動方向を、基板の表面に沿う互いに異なる方向の間で切り替えるための磁場切り替え機構と、
プラズマ処理の途中において、前記磁場切り替え機構を用いて前記処理雰囲気の磁力線を切り替えるように制御信号を出力する制御部と、を備えた構成。
前記磁場を形成した時のプラズマ密度P1と、当該磁場を形成しない時のプラズマ密度P2とがほぼ等しい構成。即ち、磁場を形成した時、プラズマ密度の増加がない。
前記載置部に対向するように、前記処理ガス供給部が組み合わされた上部電極が配置され、
前記プラズマ発生部は、前記載置部及び前記上部電極の少なくとも一方に対して高周波電力を供給する構成。
前記処理ガス供給部は、シリコンを含む原料ガスを供給するための原料ガス供給路と、この原料ガスと反応する反応ガスを供給するための反応ガス供給路とを備え、
原料ガスと反応ガスとを前記処理容器内に交互に供給するように制御信号を出力する制御部を備えている構成。
前記制御部は、前記磁場切り替え機構を介して、各々の前記磁場形成機構を切り替えるために制御信号を出力する構成。
前記プラズマ発生部と前記載置部である下部電極及び前記上部電極との間を各々電気的に接続する接続路と、
前記プラズマ発生部から前記下部電極及び前記上部電極の一方の電極に高周波電力を供給する時は、前記プラズマ発生部と前記下部電極及び前記上部電極の他方の電極との間の前記接続路を遮断し、前記他方の電極に対して高周波電力を供給する時は、前記プラズマ発生部と前記一方の電極との間の前記接続路を遮断するように、前記接続路を切り替えるための高周波切り替え機構と、
前記高周波切り替え機構にて高周波電力を供給する電極を切り替える時には、前記一方の電極と前記他方の電極との間における短絡を防止するために、高周波電力の発生を停止するように制御信号を出力する制御部と、を備えた構成。
処理容器内に設けられた載置部に基板を載置する工程と、
前記処理容器内を真空排気する工程と、
次いで、前記処理容器内に処理ガスを供給する工程と、
続いて、処理ガスをプラズマ化して、この処理ガスのプラズマ化によって得られたプラズマを基板に供給する工程と、
しかる後、平面で見た時に基板の周縁を囲む磁力線のループが形成されないように、当該基板の周縁における少なくとも一箇所の磁力線が開口する磁場を処理雰囲気に形成して、処理ガスのプラズマ中における電子を基板の表面に沿う方向に移動させる工程と、を含むことを特徴とする。
前記移動させる工程の後、処理雰囲気における磁力線を切り替えることにより、前記電子の移動方向を、前記方向とは異なる方向で且つ基板の表面に沿う方向に切り替える工程を行っても良い。前記移動させる工程は、前記磁場を形成した時のプラズマ密度及び当該磁場を形成しない時におけるプラズマ密度を夫々P1及びP2とすると、P1とP2とがほぼ等しくなっていても良い。
本発明のプラズマ処理装置の第1の実施の形態の一例について、図1〜図3を参照して説明する。始めにこのプラズマ処理装置の概略について簡単に説明すると、この装置は、互いに反応する複数種類この例では2種類の処理ガスのプラズマをウエハWに対して順番に(交互に)供給して反応生成物を積層するALD法により薄膜を成膜する成膜装置として構成されている。そして、数十あるいは数百程度もの大きさのアスペクトレシオを持つ凹部が形成されているウエハWであっても、当該凹部の内壁面における薄膜について、ウエハの水平面と同レベルの膜厚及び膜質で成膜出来るように構成されている。続いて、成膜装置の構成及びこの成膜装置を用いた成膜方法について、以下に説明する。
(a)平面で見た時に、ウエハWを囲む環状の磁力線が形成されていない
(b)複数の磁場形成機構20のうち一の磁場形成機構20と、当該一の磁場形成機構20に隣接する他の磁場形成機構20との間では、平面で見た時に、これら一の磁場形成機構20と他の磁場形成機構20とを接続する磁力線が形成されていない
(c)平面で見た時に、磁力線は、ウエハWの周縁における少なくとも一箇所が開口している
(d)ウエハWの外側におけるある任意の位置から、当該ウエハWの周囲を一回りするように磁力線をたどろうとしても、元の位置に戻ることができない
処理容器1の床面近傍における側壁面には、当該処理容器1内を真空排気するための排気口31が形成されており、この排気口31から伸びる排気路32には、バタフライバルブなどの圧力調整部33を介して排気機構をなす真空ポンプ34が接続されている。
更に、磁場形成機構20を処理容器1の外部に配置していることから、金属のコンタミ混入を抑えて成膜処理を行うことができる。
こうして通電する磁場形成機構20、20を周方向に沿って順次切り替えていくと、水平方向に沿って形成される磁力線について、処理容器1の中心を鉛直方向に伸びる軸の周りにいわば回転するので、既述の例と同様の効果が得られる。
以上説明した例において、載置部2にウエハWを載置するにあたり、当該載置部2に図示しない静電チャックを埋設して、ウエハWを載置部2に静電吸着しても良い。
続いて、本発明の第2の実施の形態として、複数枚例えば5枚のウエハWに対して共通の処理容器内にて同時に成膜を行うセミバッチタイプの装置について図40〜図44を参照して説明する。この装置は、平面形状が概ね円形である処理容器をなす真空容器101と、この真空容器101内に設けられ、当該真空容器101の中心に回転中心を有する載置部である回転テーブル102とを備えている。真空容器101の天板111の上面側における中央部には、真空容器101内の中心部領域Cにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために、窒素(N2)ガスを供給するための分離ガス供給管151が接続されている。図40中113は、シール部材例えばOリングであり、107は真空容器101の底面部114と回転テーブル102との間に設けられたヒータユニットである。また、図40中173は、ヒータユニット107の配置空間をパージするためのパージガス供給管である。
こうして既述の例と同様に真空容器101内における磁場を切り替えながら回転テーブル102を多数回に亘って回転させることにより、各々のウエハWにおいて、反応層52が多層に亘って積層されて薄膜が形成される。
続いて、本発明の第3の実施の形態について、多数枚例えば150枚のウエハWに対して一括して成膜処理を行うバッチ式の装置について図51及び図52を参照して説明する。この装置は、ウエハWを棚状に積載するための載置部をなすウエハボート201と、このウエハボート201を内部に気密に収納して成膜処理を行うための縦型の処理容器である反応管202とを備えている。反応管202の外側には加熱炉本体204が設けられており、この加熱炉本体204の内壁面には周方向に亘って加熱部であるヒータ203が配置されている。
以上の各例において、処理容器1(真空容器101、反応管202)の内部に形成する磁場の強度としては、0.1mT/cm〜1T/cmである。ここで、以上の各例では、プラズマ処理の途中において、処理容器1(真空容器101、反応管202)の内部における磁力線を切り替えたが、0.25mT/cm〜0.75mT/cm程度の弱磁場であれば、電子やイオンが蛇行する。従って、前記弱磁場を処理容器1内に形成する場合には、磁力線を切り替えなくても、既述の各例と同様の効果が得られる。
(成膜条件)
成膜温度:R.T.(室温)
処理圧力:66.66Pa(0.5Torr)
原料ガス:BDEAS(ビスジエチルアミノシラン)ガス
反応ガス:O2=1000sccm
その他ガス:Ar=500sccm
磁場強度:0.26mT/cm(ただし、ウエハの中心位置における強度)
ALDの処理サイクル数:120サイクル
プラズマ発生用の高周波電力:1000W
プラズマ発生用の高周波周波数:13.56MHz
その結果、図53に示すように、磁場を発生させずに成膜処理を行った場合には、トレンチ(溝)の内部では、ウエハWの表面(平坦面)と比べて、フッ酸に溶解しやすくなっており、従ってそれ程膜密度が高くなっていないことが分かる。一方、弱磁場を形成しながら成膜処理を行った場合には、ウエハWの表面及びトレンチの内部のいずれにおいても、フッ酸に対する溶解度が同レベルになっており、トレンチの内部についても良好な膜密度になっていることが分かる。従って、この実験結果から、弱磁場では処理容器1内の磁力線を切り替えずに成膜処理を行っても、本発明の効果が得られることが分かる。
1 処理容器
2 載置部
3a 高周波電源
12 ガスシャワーヘッド
11a 原料ガス供給路
11b 反応ガス供給路
12a 高周波電源
20 磁場形成機構
31 排気口
50 凹部
51 吸着層
52 反応層
Claims (10)
- 処理容器内に設けられ、基板を載置するための載置部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ発生部と、
処理ガスのプラズマ中における電子を基板の表面に沿う方向に移動させるために、前記載置部から見て側方側に設けられ、処理雰囲気に磁場を形成するための磁場形成機構と、
前記処理容器内を真空排気するための排気機構と、を備え、
前記磁場は、平面で見た時に基板の周縁を囲む磁力線のループが形成されないように、当該基板の周縁における少なくとも一箇所が開口していることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記電子の移動方向を、基板の表面に沿う互いに異なる方向の間で切り替えるための磁場切り替え機構と、
プラズマ処理の途中において、前記磁場切り替え機構を用いて前記処理雰囲気の磁力線を切り替えるように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記磁場を形成した時のプラズマ密度P1と、当該磁場を形成しない時のプラズマ密度P2とは、ほぼ同じ値になっていることを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記載置部は下部電極をなし、
前記載置部に対向するように、前記処理ガス供給部が組み合わされた上部電極が配置され、
前記プラズマ発生部は、前記載置部及び前記上部電極の少なくとも一方に対して高周波電力を供給するためのものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。 - 前記処理ガス供給部は、シリコンを含む原料ガスを供給するための原料ガス供給路と、この原料ガスと反応する反応ガスを供給するための反応ガス供給路とを備え、
原料ガスと反応ガスとを前記処理容器内に交互に供給するように制御信号を出力する制御部を備えていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。 - 前記磁場形成機構は、平面で見た時に前記処理容器の周方向に沿って複数箇所に配置され、
前記制御部は、前記磁場切り替え機構を介して、各々の前記磁場形成機構を切り替えるために制御信号を出力することを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記プラズマ発生部と前記載置部である下部電極及び前記上部電極との間を各々電気的に接続する接続路と、
前記プラズマ発生部から前記下部電極及び前記上部電極の一方の電極に高周波電力を供給する時は、前記プラズマ発生部と前記下部電極及び前記上部電極の他方の電極との間の前記接続路を遮断し、前記他方の電極に対して高周波電力を供給する時は、前記プラズマ発生部と前記一方の電極との間の前記接続路を遮断するように、前記接続路を切り替えるための高周波切り替え機構と、
前記高周波切り替え機構にて高周波電力を供給する電極を切り替える時には、前記一方の電極と前記他方の電極との間における短絡を防止するために、高周波電力の発生を停止するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - 処理容器内に設けられた載置部に基板を載置する工程と、
前記処理容器内を真空排気する工程と、
次いで、前記処理容器内に処理ガスを供給する工程と、
続いて、処理ガスをプラズマ化して、この処理ガスのプラズマ化によって得られたプラズマを基板に供給する工程と、
しかる後、平面で見た時に基板の周縁を囲む磁力線のループが形成されないように、当該基板の周縁における少なくとも一箇所の磁力線が開口する磁場を処理雰囲気に形成して、処理ガスのプラズマ中における電子を基板の表面に沿う方向に移動させる工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記移動させる工程の後、処理雰囲気における磁力線を切り替えることにより、前記電子の移動方向を、前記方向とは異なる方向で且つ基板の表面に沿う方向に切り替える工程を行うことを特徴とする請求項8に記載のプラズマ処理方法。
- 前記移動させる工程は、前記磁場を形成した時のプラズマ密度及び当該磁場を形成しない時におけるプラズマ密度を夫々P1及びP2とすると、P1とP2とがほぼ等しくなるように磁場を形成する工程であることを特徴とする請求項8または9に記載のプラズマ処理方法。
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