JP2019110215A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、処理ガスと前駆体ガスを安定的に処理室に供給することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】本発明は、試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台と、前記処理室にガスを供給するガス供給部とを備えるプラズマ処理装置において、前記ガス供給部は、エッチング処理用ガスである第一のガスを前記処理室に供給する第一の配管とエッチング処理用ガスである第二のガスを前記処理室に供給する第二の配管と堆積処理用ガスである第三のガスが流れ前記第二の配管に接続された第三の配管を具備し、前記第二の配管は、前記第三のガスが前記第二のガスの供給源の方向へ流れることを防止する第四のバルブが配置されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造に関わるプラズマを用いたプラズマ処理装置に関するものである。
近年デバイスの高集積化が進み、原子層レベルでの加工技術が要求されている。年々デバイス構造の複雑化、デバイス構造の微細化及びデバイス構造の高アスペクト化が進むことにより、高アスペクト構造の疎部と密部のＣＤ寸法コントロールや深さコントロールがキーの技術となっている。
従来は、疎密差をコントロールするためにエッチングチャンバ内でプラズマを生成しエッチングと堆積膜の調整を行なっていたが、高アスペクトのパターンでの被覆性（Ｓｔｅｐ Ｃｏｖｅｒａｇｅ）が悪くなる課題が顕在化してきた。この課題に対し、被覆性のよい成膜が可能な原子層堆積(Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ、以下、ＡＬＤと称する)の使用が検討されてきている。
目的とする膜物質によって原料となる前駆体ガスが異なるが、成膜基板表面に原子単位相当で前駆体ガスをキャリアガスと共に周期的に供給し基板表面に物理吸着させ、原子1層分の膜を成膜することが可能となる。高アスペクト構造においても均一で高精度の膜厚制御を行なうことができる有効な手段の一つであることが知られている。
ＡＬＤで用いられる前駆体ガスは、例えば、ＢＤＥＡＳが用いられ、性質としてアンモニアに近いため、支燃性ガスとの混合は避ける必要がある。このため、均一な成膜が可能なＡＬＤ機構を備えた真空処理装置においては、安全性を踏まえたガスバルブのハードインターロックを有するガス供給手段を備える必要性がある。
例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）に関する先行技術として特許文献１には、膜均一性改善のための原子堆積法（ＡＬＤ）蒸着サイクルにおける前駆体の均一なドーズ方法が開示されている。また、ガスバルブのインターロックに関しては、特許文献２に一対のガスバルブのハードインターロックを有するガス供給手段を備える真空処理装置が開示されている。さらに、処理室内の試料台上に配置される試料を均一に処理できる真空処理装置が特許文献３に開示されている。
特開２０１６−１４５４１２号公報 ＷＯ２０１６／１２１０７５号公報 特開２００８−１２４１９０号公報
原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実施するためには、反応性が高く、かつ燃焼性の高い前駆体ガスを真空容器内に安全に供給するガス供給システムの構成・ハードインターロックが要求される。
原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスは、前駆体ガス（吸着種）を真空処理装置内に供給することにより、試料基板および真空処理装置内に物理吸着による分子層を形成させる。この分子層は、不活性ガスなどを用いた排気プロセスを実施したとしても、最も強い物理吸着力（ワンデルワールス力）を有した一層は残留する。このため、真空処理室内に吸着した分子層が原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス後のプロセス処理時に反応し、異物を発生させる懸念がある。
図６は、プラズマ処理装置への前駆体ガス供給方法を示している。このプラズマ処理装置への前駆体ガス供給方法において、前駆体ガスは、シャワープレート等の貫通孔を備えたプレートを通過することにより処理室内に供給される。しかし、シャワープレートの貫通孔を通過することによって貫通孔に異物発生の懸念が生まれる。この異物がシャワープレートの貫通孔の延長線上にある試料基板に落下してディフェクトを発生させることにより、試料基板のエッチング処理の歩留まりを低下させることによる安定的な生産を実施できない懸念がある。
また、ガス供給配管内で前駆体ガスと処理ガスが混合することにより生成物がガス配管内に固着し、ガス供給配管内が詰まる等の安全性における懸念がある。通常、間違って、または、故意に入力された危険な操作を回避するためにソフトウエアによるインターロック機能が実装されている。しかし、多くの場合、ソフトインターロックは、フールプルーフ機能としては不十分とされるため、電気的なインターロック(ソフトインターロック)に加えてさらにもうひとつの別の仕掛けが要求される。
このため、同時に流してはいけない一対のガスのバルブに対して２重のハードインターロックを用いることにより混合を防止させる機能を実装する必要がある。よって、各々のガスのバルブの開閉動作において、電気的なリレー回路等を用いて圧力信号や事前に検討された回路に従い、異なるバルブ間の相互の開閉動作を制御してガスの異常な反応、漏洩、ガス源の汚染（他のガスとの混合）等が発生しないようにすることが求められている。
上述の課題を考慮して本発明は、処理ガスと前駆体ガスを安定的に処理室に供給することができるプラズマ処理装置を提供する。
本発明は、試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台と、前記処理室にガスを供給するガス供給部とを備えるプラズマ処理装置において、前記ガス供給部は、エッチング処理用ガスである第一のガスを前記処理室に供給する第一の配管とエッチング処理用ガスである第二のガスを前記処理室に供給する第二の配管と堆積処理用ガスである第三のガスが流れ前記第二の配管に接続された第三の配管を具備し、前記第二の配管は、前記第三のガスが前記第二のガスの供給源の方向へ流れることを防止する第四のバルブが配置されていることを特徴とする。
本発明により、処理ガスと前駆体ガスを安定的に処理室に供給することができる。
本発明に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。 本発明に係るエアー駆動用エアーのエアー回路の概略図である。 ＡＬＤ処理のフローを示す図である。 ＡＬＤ処理時における本発明に係るガス供給部の動作を示す図である。 ＡＬＤ処理時における本発明に係るガス供給部の動作を示す図である。 ガス供給機構を示す概略図である。 ガス供給機構を示す概略図である。 エアー駆動用エアーのエアー回路の概略図である。 エアー駆動用エアーのエアー回路の概略図である。
本実施例に係るプラズマ処理装置は、真空容器内部に配置された処理室内にプラズマを生成するために当該処理室内に供給される電界としてマイクロ波の電界を用いて処理室内に供給された処理用ガスの原子または分子等の粒子を励起してプラズマ化する。そして処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料上面に予め形成されたマスクと処理対象の膜層とを含む膜構造をエッチングするものである。
特には、電界と共に処理室内に磁界を形成して、これら電界と磁界との間で特定の共振である電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）により電界と磁界を相互作用させてプラズマを生成する、所謂、マイクロ波ＥＣＲ型のプラズマエッチング処理装置である。
図１に示すプラズマ処理装置の構成について説明すると、このプラズマ処理装置は、減圧可能であり、かつ内部の処理室である真空処理室１１３にて半導体ウエハ１０８にプラズマ処理が行われる真空容器１０５と、真空容器１０５に接続され、かつ真空容器１０５内にプラズマを生成するための第１のガスを供給する第１のガス供給部１０６と、真空容器１０５内に第２のガスを供給する第２のガス供給部１０７と、試料である半導体ウエハ１０８が載置される試料台であるステージ１０９と、を備えている。
さらにこのプラズマ処理装置は、プラズマを生成するための電磁波を供給する電磁波供給部１０１と、ステージ１０９に接続され、ウエハ１０８に入射するイオンエネルギーを調整するために整合器１１１を介して高周波電力を供給する高周波電源１１２と、を備えている。尚、電磁波供給部１０１は、高周波電力を真空処理室１１３に供給する高周波電源１１８を備えている。また、このプラズマ処理装置には、真空容器１０５の真空処理室１１３内を排気して真空容器１０５内を減圧する真空排気部１１０が設けられている。
ここで、真空処理室１１３に供給するプラズマ生成用の第１のガスは、ガス供給ラインＧ１を経由して第１のガス供給部１０６からシャワープレート１０４を介して供給される。尚、図１の矢印１１５は、第１のガスのガス流れを示す。また、シャワープレート１０４を用いることにより、プラズマの分布および流量分布の面内均一性が向上し、被加工試料における中心と最外周のエッチング速度および堆積速度が均一となる。
同様に真空処理室１１３に供給するプラズマ生成用の第２のガスは、ガス供給ラインＧ３を経由して第２のガス供給部１０７から供給される。尚、図１の矢印１１６は、第２のガスのガス流れを示す。第１および第２のガスの種類や組成は、ウエハ１０８上に形成されたた被処理材料の種類や目的の加工形状により異なる。
真空処理室１１３内の圧力は、真空排気部１１０によって調整される。尚、真空排気部１１０には、例えば、ドライポンプやターボ分子ポンプに圧力制御用バルブが接続された構成を用いる。真空処理室１１３内の圧力は、圧力制御用バルブの開度を制御することによって、プラズマに好適な所望の圧力値に制御することができる。異方性を向上させてイオンをウエハ１０８に入射させるために、エッチング処理では一般的に０．１〜１００Ｐａ程度の圧力が用いられる。
また、プラズマを生成するための電磁波は、電磁波供給部１０１から供給され、電磁波を透過する材料によって形成された誘電体窓１０３を介して真空処理室１１３に供給される。例えば、電磁波は、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波であり、誘電体窓１０３は、石英のようなマイクロ波を透過する材料から成る。そして電磁コイル１０２は、真空処理室１１３内に電子サイクロトロン共鳴に必要な磁場を形成させる。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波において電子サイクロトロン共鳴に必要な磁束密度は、８７５Ｇである。ここで、磁場形成機構は、磁場コイル１０２を含むものとする。
この電子サイクロトロン共鳴に必要な磁場の近傍では、マイクロ波が電子を効率的に加速して高エネルギーの電子が得られる。そしてこの高エネルギーの電子は、エッチングガスの分子を効率的に電離し、これによってプラズマが効率的に生成される。また、プラズマによって生成される荷電粒子は、電磁コイル１０２により形成される磁場の磁力線に拘束されながら輸送される。したがって、例えば、電磁コイル１０２により形成される磁場を制御することにより、ウエハ１０８上へのイオンフラックス分布を制御することが可能である。
次にプラズマ処理装置のガス供給部における、ガス供給ラインおよびバルブ構成・制御システムについて図１を用いて説明する。
処理ガス供給システム２０１は、ガス供給ラインＧ１とＧ３を有しており、ガス供給ラインＧ１から供給されるガスは、シャワープレート１０４の貫通孔１１４を介して真空容器１０５に供給される。また、ガス供給ラインＧ３から供給されるガスは、シャワープレート１０４の貫通孔１１４を介さないような位置から真空容器１０５に供給される。ガス供給ラインＧ１は、バルブＶ１を有し、ガス供給ラインＧ３は、バルブＶ３とバルブＶ４を有している。
このバルブＶ１及びＶ３は、ノーマルクローズ型エアー駆動式バルブであり、バルブＶ４は、ノーマルオープン型エアー駆動式バルブである。また、バルブＶ３は、バルブＶ４より真空容器１０５より遠い位置に配置されている。本実施例では、バルブＶ４にノーマルオープン型エアー駆動式バルブを用いたが、もし、バルブＶ４にノーマルクローズ型エアー駆動バルブを用いた場合、処理ガスと前駆体ガスが混合する懸念がある。このようなことから処理ガスと前駆体ガスが混合するポテンシャルを下げるためには、バルブＶ４にノーマルオープン型エアー駆動式バルブを用いることが必須である。
次に前駆体ガス供給システム２０２は、ガス供給ラインＧ２を有しており、このガス供給ラインＧ２は、バルブＶ２を有している。このバルブＶ２は、ノーマルクローズ型エアー駆動式バルブである。また、このガス供給ラインＧ２は、ガス供給ラインＧ３に接続され、バルブＶ４と第２のガス供給部１０７との間の配管に接続されている。尚、本発明に係るプラズマ処理装置の「ガス供給部」は、処理ガス供給システム２０１と前駆体ガス供給システム２０２を備えるものである。次に上述した各バルブ間のハードインターロックについて図２を用いて説明する。
図２に示すようにバルブＶ２のエアー駆動用のエアーは、パイロット弁Ｐ２を介して３位置バネ復帰センター排気型５ポート電磁弁１２により制御される。この電磁弁は、ソレノイドコイル用励起素子Ｓ２とＳ３を有しており、ソレノイドコイル用励起素子Ｓ２またはソレノイドコイル用励起素子Ｓ３のいずれかが励起される。例えば、ソレノイドコイル用励起素子Ｓ２が励起された場合、パイロット弁Ｐ２を介してＶ２が開となり、ソレノイドコイル用励起素子Ｓ３が励起された場合、Ｖ３が開となる。このため、必ず励起された側のソレノイドコイル用励起素子だけエアー信号が形成されてバルブＶ２とバルブＶ３の両方が同時に開となることを防止できる。
また、パイロット弁Ｐ２は、エアー信号形成用パイロット弁であり、パイロット弁Ｐ１１により形成されたパイロットエアー信号ライン２１によって送信された信号により制御される。また、Ｖ３のエアー駆動用のエアーは、３位置バネ復帰センター排気型５ポート電磁弁１２により制御される。
また、バルブＶ１及びバルブＶ４のエアー駆動用のエアーは、それぞれ、２位置バネ復帰型電磁弁１１、１３により制御される。この電磁弁は、各々のソレノイドコイル用励起素子が励起されることにより各々のバルブが開となる。ソレノイドコイル用励起素子Ｓ１及びＳ４を励起する信号に従って、バルブＶ１及びバルブＶ４のそれぞれを開にするためのエアーを発生させる。さらにパイロット弁Ｐ１１は、バルブＶ４のエアー駆動用エアーを制御する２位置バネ復帰型電磁弁１３により制御される。
このパイロット弁Ｐ１１は、エアー信号形成用パイロット弁であり、パイロットエアー信号ライン２１を形成する。パイロットエアー信号ライン２１によって送られた信号によりエアー源３２よりエアーを取り入れ、この取り入れたエアーをパイロット弁Ｐ２に供給し、パイロット弁Ｐ２からバルブＶ２にエアーが供給される。また、エアー源３２から供給されたエアーは、各々のバルブを駆動した後にエアー排出ライン３１から排出される。次に前駆体ガスまたは処理ガスが供給される場合の各バルブの動作について説明する。
図２に示すエアー回路において前駆体ガスを供給する場合、ソレノイドコイル用励起素子Ｓ４が励起されると、バルブＶ４が閉まると同時にパイロット弁Ｐ１１を通過してパイロットエアー信号ライン２１を形成する。このため、パイロット弁Ｐ２が駆動されてパイロット弁内部が通過可能になる。ソレノイドコイル用励起素子Ｓ２を励起させるとバルブＶ２が開き、前駆体ガスが供給される。この際、シャワープレートへの前駆体ガス防止のためにソレノイドコイル用励起素子Ｓ１を励起してバルブＶ１を開とすることにより不活性ガスを供給する。
次に図２に示すエアー回路において処理ガスを供給する場合は、ソレノイドコイル用励起素子Ｓ１およびＳ３が励起されると、バルブＶ１およびＶ３が開いて処理ガスが真空容器１０５に供給される。また、ソレノイドコイル用励起素子Ｓ２が励起されないため、バルブＶ４が開となる。この場合、３位置バネ復帰センター排気型５ポート電磁弁１２が誤作動または故障してソレノイドコイル用励起素子Ｓ２が励起されたとしても、パイロット弁Ｐ２が駆動されないことによりバルブＶ２が開くことが無いため、前駆体ガスが処理ガスと混合することはない。次にバルブＶ４の必要性について説明する。
図１においてノーマルオープン型エアー駆動のバルブＶ４が無い場合のハードインターロックについて図８を用いて説明する。図８に示すようにバルブＶ２およびＶ３のエアー駆動用エアーを３位置バネ復帰センター排気型５ポート電磁弁１２により制御する。また、バルブＶ１のエアー駆動用エアーを２位置バネ復帰型電磁弁１１により制御する。図８に示すようなエアー回路の場合、バルブＶ２及びＶ３は、ソレノイドコイル用励起素子Ｓ２とＳ３により必ず励起された側だけエアー信号が形成される。
このようなエアー回路において、バルブＶ１を開にして不活性ガス以外の処理ガスを供給する場合、誤作動や故障によりソレノイドコイル用励起素子Ｓ２が励起されてバルブＶ２が開くことにより前駆体ガスが供給されることによって、処理ガスと前駆体ガスがプラズマ処理装置内で混合して反応することにより異物が発生し、プラズマ処理装置が故障することが懸念される。
このため、ノーマルオープン型エアー駆動のバルブＶ４をガス供給ラインＧ３に配置すると共に図２に示すハードインターロックを適用することにより２重のハードインターロックを形成することができて安全性能を向上させることができた。次にバルブＶ４がノーマルオープン型エアー駆動式バルブである必要性について説明する。
バルブＶ４にノーマルクローズ型エアー駆動式バルブを用いた場合のハードインターロックの構造について図９を用いて説明する。尚、図９では、バルブＶ４をバルブＶ５で代用して説明する。図９に示すようにバルブＶ１のエアー駆動用エアーは、パイロット弁Ｐ１を介して２位置バネ復帰型電磁弁１１により制御される。また、パイロット弁Ｐ１は、パイロット弁Ｐ３からのパイロットエアー信号ライン２１から送信された信号により制御される。バルブＶ２は、３位置バネ復帰センター排気型５ポート電磁弁１２により制御される。
また、バルブＶ３のエアー駆動用エアーは、パイロット弁Ｐ３を介して３位置バネ復帰センター排気型５ポート電磁弁１２により制御される。パイロット弁Ｐ３は、パイロット弁１１を介してエアー源３２からエアーが供給される。ノーマルクローズ型エアー駆動式バルブであるバルブＶ５のエアー駆動用エアーは、２位置バネ復帰型電磁弁１３により制御される。また、パイロット弁Ｐ１１は、２位置バネ復帰型電磁弁１３により制御される。
このような図９に示すエアー回路において、図８の場合と同様にバルブＶ１を開にして不活性ガス以外の処理ガスを供給した場合、バルブＶ２を開にして前駆体ガスを供給してはいけないが、誤作動や故障によりソレノイドコイル用励起素子Ｓ２が励起されてバルブＶ２が開くことにより前駆体ガスが供給されることによって、処理ガスと前駆体が反応してプラズマ処理装置が故障する懸念がある。
次にＡＬＤ処理の概略について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、前駆体(吸着種)を供給する吸着種ステップであり、図３（ｂ）は、前駆体を排気するパージステップであり、図３（ｃ）は、反応種を供給し、プラズマを用いて吸着種と反応種を反応させる反応ステップであり、図３（ｄ）は、反応種を排気するパージステップである。ＡＬＤ処理は、所望の膜厚が得られるまで図３（ａ）〜（ｄ）の各ステップを順次繰り返し行う。このようなＡＬＤ処理を行う場合のガス供給部の動作について図４を用いて以下、説明する。
図４(a)に示すように吸着種ステップ(図３(ａ))において、前駆体ガス供給システム２０２から堆積処理用ガスである前駆体ガスを供給するためにバルブＶ２をエアー制御により開にし、同時にバルブＶ４をエアー制御により閉とする。バルブＶ３は、バルブＶ２が開のため、閉となる。また、シャワープレート１０４へ前駆体ガスが逆流するのを防止するためにバルブＶ１をエアー制御により開にしてガス供給システム２０１からＡｒガスを供給する。ここで、Ａｒガスの代りにＨｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス等の不活性ガスでも良い。また、前駆体ガスは、ＢＴＢＡＳ{化学名：Ｂｉｓ−Ｔｅｒｔｉａｒｙ Ｂｕｔｙｌ Ａｍｉｎｏ Ｓｉｌａｎｅ 、化学式：ＳｉＨ２[ＮＨＣ(ＣＨ３)３]２｝ガス、ＢＤＥＡＳ{化学名：Ｂｉｓ(ＤｉＥｔｈｙｌＡｍｉｄｏ)Ｓｉｌａｎｅ、化学式：Ｈ２Ｓｉ[Ｎ(Ｃ２Ｈ５)２]２｝ガス、ＳｉＣｌ４ガス等である。
次に図４(b)に示すようにパージステップ(図３(ｂ))において、前駆体ガスを真空容器１０５から排気するため、バルブＶ１を開、バルブＶ２を開、バルブＶ４を閉にすることにより処理ガス供給システム２０１及び前駆体ガス供給システム２０２からＡｒガスを供給する。バルブＶ３は、バルブＶ２が開のため、閉となる。ここで、Ａｒガスの代りにＨｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス等の不活性ガスでも良い。
続いて図４(ｃ)に示すように反応ステップ(図３(c))において、バルブＶ２をエアー制御により閉にし、同時にバルブＶ４をエアー制御により開とする。バルブＶ３は、バルブＶ２が閉のため、開となる。バルブＶ１を開にして処理ガス供給システム２０１から反応種を供給してプラズマを生成し、反応種と吸着種を反応させる。ここで、反応種と吸着種を反応させてＳｉＯ２(シリコン酸化膜)を生成する場合は、反応種としてＯ２ガスを用い、反応種と吸着種を反応させてSｉ３Ｎ４(シリコン窒化膜)を生成する場合は反応種としてＮ２ガスを用いる。
次に図４(ｄ)に示すようにパージステップ(図３(d))において、反応種を真空容器１０５から排気するために、エアー制御によりバルブＶ１及びＶ２を開にして処理ガス供給システム２０１及び前駆体ガス供給システム２０２から不活性ガスを供給する。この時バルブＶ３は、バルブＶ２が開のため、閉となり、バルブＶ４はエアー制御により閉とする。
以上、本発明に係るＡＬＤ処理は、所望の膜厚が得られるまで図４（ａ）〜（ｄ）の各ステップを順次繰り返し行う。次に比較例として図７に示す構造によりＡＬＤ処理を実施した場合の動作を以下に説明する。
吸着種ステップ(図３(a))において、前駆体ガス供給システム２０２から前駆体ガスを供給するためにバルブＶ２をエアー制御により開にする。また、シャワープレート２０３へ前駆体ガスが逆流するのを防止するためにバルブＶ１をエアー制御により開にして、ガス供給システム２０１から不活性ガスを供給する。
次にパージステップ(図３(b))において、前駆体ガスを真空容器２０４から排気するためにエアー制御によりバルブＶ１及びＶ２を開にして処理ガス供給システム２０１及び前駆体ガス供給システム２０２から不活性ガスを供給する。続いて反応ステップ(図３(c))において、バルブＶ２をエアー制御により閉にし、バルブＶ１を開にして処理ガス供給システム２０１から反応種を供給する。次にパージステップ(図３(d))において、反応種を真空容器２０４から排気するために、バルブＶ１及びＶ２をエアー制御により開にして処理ガス供給システム２０１及び前駆体ガス供給システム２０２から不活性ガスを供給する。
このような図７に示す構造によるＡＬＤ処理の場合、反応ステップ(図３(c))において、処理ガス供給システム２０１から反応種を供給する時に前駆体ガス供給システム２０２に処理ガスを供給する機能を有していなければ、処理ガスと同時に反応種を供給することができない。反応種を供給できない理由は、ガス供給ラインＧ２にプラズマ化したエッチャントが逆流し、前駆体ガス供給システムが故障する懸念があるためである。
また、この場合に不活性ガスを逆流防止目的により、反応種と同時に供給することが考えられるが、不活性ガスを反応種と同時に供給した場合に不活性ガスのスパッタにより生成された膜が削れる懸念があるため、不活性ガスを逆流防止のために使用できない。さらに図７の構造において、前駆体ガス供給システムに反応種を供給する機能を搭載することは可能だが、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）やガス供給ラインを追加する必要がある。このため、使用する全ての反応種に対してそれぞれマスフローコントローラ等を搭載する必要があり、コスト面で大きなデメリットが生じる。
一方、図１に示す本発明に係るガス供給部は、シャワープレート１０４の貫通孔１１４を介さないでガスが真空容器１０５に供給されるガス供給ラインＧ３から反応種を供給できるので、プラズマ化したエッチャントが逆流し、前駆体ガス供給システム２０２が故障することを防止できる。
以上、上述した通り、本発明のガス供給部は、前駆体ガスに対して２重のハードインターロックを備えているため、フールプルーフ機能として十分な性能を有することができる。このことにより、真空処理装置の信頼性、安全性を確保できる。言い換えると、ハードインターロックの中で仮にどれか一つの機能が誤作動または故障しても前駆体ガス供給バルブのハードインターロックが２重となっていることにより、処理ガスと前駆体ガスは混合しない。このため、フールプルーフ機能として十分な性能を有する２重のハードインターロック機能を有していると言える。
次にＡＬＤ処理を行う場合のガス供給部の動作に係り、図４に示すＡＬＤ処理時のガス供給部の動作と異なる実施例について図５を用いて以下、説明する。尚、以下に示す実施例は、図５に示すガス供給部の各バルブの動作において、バルブＶ１とＶ３が連動して同じ開閉状態になることが図４に示すガス供給部の各バルブの動作と異なる。例えば、図５に示すガス供給部において、Ｖ１が開の場合、Ｖ３も開となり、Ｖ１が閉の場合、Ｖ３も閉となる。
図５(a)に示すように吸着種ステップ(図３(ａ))において、前駆体ガス供給システム２０２から堆積処理用ガスである前駆体ガスを供給するためにバルブＶ２をエアー制御により開にし、同時にバルブＶ４をエアー制御により閉とする。また、シャワープレート１０４へ前駆体ガスが逆流するのを防止するためにバルブＶ１をエアー制御により開にしてガス供給システム２０１からＡｒガスを供給する。バルブＶ３は、バルブＶ１が開のため、開となるが、処理ガス供給システム２０１からガスを供給しない。ここで、Ａｒガスの代りにＨｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス等の不活性ガスでも良い。また、前駆体ガスは、ＢＴＢＡＳ{化学名：Ｂｉｓ−Ｔｅｒｔｉａｒｙ Ｂｕｔｙｌ Ａｍｉｎｏ Ｓｉｌａｎｅ 、化学式：ＳｉＨ２[ＮＨＣ(ＣＨ３)３]２｝ガス、ＢＤＥＡＳ{化学名：Ｂｉｓ(ＤｉＥｔｈｙｌＡｍｉｄｏ)Ｓｉｌａｎｅ、化学式：Ｈ２Ｓｉ[Ｎ(Ｃ２Ｈ５)２]２}ガス、ＳｉＣｌ４ガス等である。
次に図５(b)に示すようにパージステップ(図３(ｂ))において、前駆体ガスを真空容器１０５から排気するため、バルブＶ１を開、バルブＶ２を開、バルブＶ４を閉にすることにより処理ガス供給システム２０１及び前駆体ガス供給システム２０２からＡｒガスを供給する。バルブＶ３は、バルブＶ１が開のため、開となるが、処理ガス供給システム２０１からガスを供給しない。ここで、Ａｒガスの代りにＨｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス等の不活性ガスでも良い。
続いて図５(ｃ)に示すように反応ステップ(図３(c))において、バルブＶ２をエアー制御により閉にし、同時にバルブＶ４をエアー制御により開とする。バルブＶ１を開にして処理ガス供給システム２０１から反応種を供給してプラズマを生成し、反応種と吸着種を反応させる。バルブＶ３は、バルブＶ１が開のため、開となり、処理ガス供給システム２０１から反応種を供給する。ここで、反応種と吸着種を反応させてＳｉＯ２(シリコン酸化膜)を生成する場合は、反応種としてＯ２ガスを用い、反応種と吸着種を反応させてSｉ３Ｎ４(シリコン窒化膜)を生成する場合は反応種としてＮ２ガスを用いる。
次に図５(ｄ)に示すようにパージステップ(図３(d))において、反応種を真空容器１０５から排気するために、エアー制御によりバルブＶ１及びＶ２を開にして処理ガス供給システム２０１及び前駆体ガス供給システム２０２から不活性ガスを供給する。この時バルブＶ３は、バルブＶ１が開のため、開となるが、処理ガス供給システム２０１からガスを供給しない。また、バルブＶ４はエアー制御により閉にされる。
以上、本発明に係るＡＬＤ処理は、所望の膜厚が得られるまで図５（ａ）〜（ｄ）の各ステップを順次繰り返し行う。尚、図５に示すバルブＶ１〜Ｖ４の各々は、３位置バネ復帰センター排気型５ポート電磁弁を用いる必要は無く、例えば、２位置バネ復帰型電磁弁によりバルブＶ１〜Ｖ４の全てのエアー駆動用エアーを制御させることによって、図５に示すバルブＶ１〜Ｖ４の各々の動作を行うことができる。
以上、上述した通り、図５に示すガス供給部は、前駆体ガスに対してハードインターロックを備えているため、真空処理装置の信頼性、安全性を確保できる。
また、図４及び図５に係るバルブＶ１〜Ｖ４の各々の動作は、制御装置１１７によって制御される。さらに制御装置１１７は、電磁波供給部１０１、高周波電源１１８、電磁コイル１０２、真空排気部１１０等の本発明に係るプラズマ処理装置によるプラズマ処理に係る制御も行う。
上述した実施例では、マイクロ波ＥＣＲプラズマ源を有するプラズマ処理装置を一実施例として説明したが、容量結合型プラズマ源や誘導結合型プラズマ源等の他のプラズマ生成方式におけるプラズマ処理装置においても本実施例と同様の効果が得られる。
また、本発明により、前駆体ガスによるシャワープレートへの異物発生に伴う試料基板の歩留まり低下を抑制できる。
１０１ 電磁波供給部
１０２ 電磁コイル
１０３ 誘電体窓
１０４ シャワープレート
１０５ 真空容器
１０６ 第１のガス供給部
１０７ 第２のガス供給部
１０８ 半導体ウエハ
１０９ ステージ
１１０ 真空排気部
１１１ 整合器
１１２ 高周波電源
１１３ 真空処理室
１１４ 貫通孔
１１５ 第１のガス流れ
１１６ 第２のガス流れ
１１７ 制御装置
１１８ 高周波電源
２０１ 処理ガス供給システム
２０２ 前駆体ガス供給システム
２０３ シャワープレート
２０４ 真空容器
２０５ 貫通孔

Claims (10)

  1. 試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、前記試料が載置される試料台と、前記処理室にガスを供給するガス供給部とを備えるプラズマ処理装置において、
    前記ガス供給部は、エッチング処理用ガスである第一のガスを前記処理室に供給する第一の配管とエッチング処理用ガスである第二のガスを前記処理室に供給する第二の配管と堆積処理用ガスである第三のガスが流れ前記第二の配管に接続された第三の配管を具備し、
    前記第二の配管は、前記第三のガスが前記第二のガスの供給源の方向へ流れることを防止する第四のバルブが配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第一の配管は、ノーマルクローズ型エアー駆動バルブである第一のバルブが配置され、
    前記第二の配管は、ノーマルクローズ型エアー駆動バルブである第二のバルブが配置され、
    前記第三の配管は、ノーマルクローズ型エアー駆動バルブである第三のバルブが配置され、
    前記第四のバルブは、ノーマルオープン型エアー駆動バルブであることを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第四のバルブは、前記第二のバルブより前記処理室に近い位置に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第一のバルブが開の場合、前記第二のバルブを開とし、前記第一のバルブが閉の場合、前記第二のバルブを閉とするように前記第一のバルブと前記第二のバルブを制御する制御装置をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 請求項４に記載のプラズマ処理装置において、
    前記制御装置は、前記第三のガスを前記処理室に供給させる場合、前記第一のガスを前記処理室に供給させるとともに前記第四のバルブを閉とし、
    前記第一のガスは、不活性ガスであることを特徴とするプラズマ処理装置。
  6. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第二のバルブと前記第三のバルブを駆動させるためのエアーを制御する３位置バネ復帰センター排気型５ポート電磁弁をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  7. 請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第一のバルブと前記第四のバルブを駆動するためのエアーを制御するエアー回路をさらに備え、
    前記エアー回路は、前記第一のバルブと前記第四のバルブの開閉条件となる論理回路のＯＲまたはＡＮＤを構成する論理回路部を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
  8. 請求項７に記載のプラズマ処理装置において、
    前記第一のバルブと前記第四のバルブは、前記論理回路部から供給されたエアーを信号とするパイロット弁を介して開閉されることを特徴とするプラズマ処理装置。
  9. 請求項５に記載のプラズマ処理装置において、
    ガスを前記処理室内に供給する複数のガス孔が配置され前記処理室の上部に配置されたガス供給板をさらに備え、
    前記第一のガスが前記ガス供給板を介して前記処理室に供給されるように前記第一の配管が前記処理室に接続され、
    前記第二のガスが前記ガス供給板と前記試料台の間の高さから前記処理室に供給されるように前記第二の配管が前記処理室に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  10. 請求項９に記載のプラズマ処理装置において、
    前記処理室内に磁場を形成する磁場形成機構をさらに備え、
    前記高周波電力は、マイクロ波の高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
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