JP2021036596A - Semiconductor processing apparatus and method of manufacturing semiconductor apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを生成し、そのプラズマによって基板を処理する基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor apparatus that generate plasma and process a substrate by the plasma.
半導体装置を製造する際に、プラズマを用いて様々な処理がなされている。
プラズマを生成する方法の一つに、所謂誘導結合方式（ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｐｌａｓｍａ）方式）がある。ＩＣＰ方式は、コイルに高周波電力を供給することで、プラズマ生成空間に電場を形成し、その空間に供給されたガスをプラズマ状態とするものである。
ＩＣＰ方式の基板処理装置として、例えば特許文献１のような装置がある。
When manufacturing a semiconductor device, various processes are performed using plasma.
One of the methods for generating plasma is a so-called inductively coupled method (ICP (Inductively Coupled Plasma) method). In the ICP method, an electric field is formed in the plasma generation space by supplying high-frequency power to the coil, and the gas supplied to the space is put into a plasma state.
As an ICP type substrate processing apparatus, for example, there is an apparatus such as Patent Document 1.
しかしながら、従来の基板処理装置では、密度の高いプラズマを生成することが難しく、その結果、基板処理のスループットが低いという問題が生じていた。 However, with the conventional substrate processing apparatus, it is difficult to generate high-density plasma, and as a result, there is a problem that the throughput of substrate processing is low.
本発明の目的は、プラズマを使った基板処理において、スループットの高い基板処理をすることができる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor apparatus capable of performing substrate processing with high throughput in substrate processing using plasma.
本発明は、上記目的を達成するために、反応容器と、前記反応容器の側壁外周に設けられたコイルと、前記反応容器の内側の容器上端面に設けられたガス導入口と、前記反応容器内であって前記ガス導入口と前記コイルの上端の間に設けられ、前記容器上端面に対向する対向面を有するガス流路形成部と、前記ガス流路形成部の上端の外縁と前記反応容器の内周面との間に、前記ガス流路形成部の上端の外縁を囲むように形成された第１の間隙と、前記ガス流路形成部の下端の外縁と前記反応容器の内周面との間に、前記ガス流路形成部の下端の外縁を囲むように形成された第２の間隙と、前記反応容器の下端方向に設けられた基板処理室と、を有し、前記ガス流路形成部は、前記ガス導入口から供給されたガスが、前記容器上端面と前記対向面との間を流れた後、前記第１の間隙及び前記第２の間隙を通過し、前記ガス流路形成部の下方において前記反応容器の内周面に沿って略垂直に流れるガス流路を形成する、基板処理装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a reaction vessel, a coil provided on the outer periphery of the side wall of the reaction vessel, a gas inlet provided on the upper end surface of the inner vessel of the reaction vessel, and the reaction vessel. A gas flow path forming portion which is provided between the gas introduction port and the upper end of the coil and has a facing surface facing the upper end surface of the container, and an outer edge of the upper end of the gas flow path forming portion and the reaction. A first gap formed so as to surround the outer edge of the upper end of the gas flow path forming portion between the inner peripheral surface of the container, the outer edge of the lower end of the gas flow path forming portion, and the inner circumference of the reaction vessel. A second gap formed so as to surround the outer edge of the lower end of the gas flow path forming portion and a substrate processing chamber provided in the lower end direction of the reaction vessel are provided between the surface and the gas. In the flow path forming portion, the gas supplied from the gas introduction port flows between the upper end surface of the container and the facing surface, and then passes through the first gap and the second gap, and the gas Provided is a substrate processing apparatus that forms a gas flow path that flows substantially vertically along the inner peripheral surface of the reaction vessel below the flow path forming portion.
本発明によれば、スループットの高い基板処理をすることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to process a substrate having high throughput.
次に、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
本発明は、例えば半導体製造装置で用いられる基板処理方法に関するものである。特に反応性ガスを、ＩＣＰ方式によりプラズマ状態とさせ、それによって得られた高い反応性を有する反応種（反応性活性種）によって基板表面の所定の有機薄膜（レジスト、レジスト膜）を剥離するドライアッシング工程に関するものである。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present invention relates to, for example, a substrate processing method used in a semiconductor manufacturing apparatus. In particular, the reactive gas is put into a plasma state by the ICP method, and a predetermined organic thin film (resist, resist film) on the substrate surface is peeled off by the highly reactive reactive species (reactive active species) obtained by the ICP method. It is related to the ashing process.
本発明の好ましい実施例においては、半導体製造装置、基板処理装置として用いられるアッシング装置により、半導体装置の製造方法、及び基板処理方法が実現される。
図１は、本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を説明するための概略横断面図であり、図２は、本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を説明するための概略縦断面図である。図１、図２に示されるように、アッシング装置１０は、ＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）１００と、ロードロックチャンバ部２００と、トランスファーモジュール部３００と、アッシング処理がなされる処理室として用いられるプロセスチャンバ部４００とを備えている。
In a preferred embodiment of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device and a method for processing a substrate are realized by an ashing device used as a semiconductor manufacturing device and a substrate processing device.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an ashing device according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic vertical sectional view for explaining an ashing device according to a preferred embodiment of the present invention. is there. As shown in FIGS. 1 and 2, the ashing device 10 includes an EFEM (Equipment Front End Module) 100, a load lock chamber unit 200, a transfer module unit 300, and a process used as a processing chamber in which an ashing process is performed. It is provided with a chamber portion 400.
ＥＦＥＭ１００は、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）１１０、１２０及びそれぞれのＦＯＵＰからロードロックチャンバへウエハを搬送する第１の搬送部である大気ロボット１３０を備える。
ＦＯＵＰには２５枚のウエハが搭載され、大気ロボット１３０のアーム部がＦＯＵＰから５枚ずつウエハを抜き出す。
The EFEM 100 includes FOUPs (Front Opening Unified Pods) 110 and 120, and an atmospheric robot 130 which is a first transport unit for transporting wafers from the respective FOUPs to the load lock chamber.
Twenty-five wafers are mounted on the FOUP, and the arm portion of the atmospheric robot 130 pulls out five wafers from the FOUP.
ロードロックチャンバ部２００は、ロードロックチャンバ２５０、２６０と、ＦＯＵＰから搬送されたウエハ６００をロードロックチャンバ２５０、２６０内でそれぞれ保持するバッファユニット２１０、２２０を備えている。バッファユニット２１０、２２０は、ボート２１１、２２１とその下部のインデックスアセンブリ２１２、２２２とを備えている。ボート２１１と、その下部のインデックスアセンブリ２１２は、θ軸２１４により同時に回転する。同様に、ボート２２１と、その下部のインデックスアセンブリ２２２は、θ軸２２４により同時に回転する。 The load lock chamber unit 200 includes a load lock chamber 250 and 260, and buffer units 210 and 220 that hold the wafer 600 conveyed from the FOUP in the load lock chamber 250 and 260, respectively. The buffer units 210 and 220 include boats 211 and 221 and index assemblies 212 and 222 below them. The boat 211 and the index assembly 212 below it rotate simultaneously on the θ axis 214. Similarly, the boat 221 and its lower index assembly 222 rotate simultaneously on the θ axis 224.
トランスファーモジュール部３００は、搬送室として用いられるトランスファーモジュール３１０を備えており、先述のロードロックチャンバ２５０、２６０は、ゲートバルブ３１１、３１２を介して、トランスファーモジュール３１０に取り付けられている。トランスファーモジュール３１０には、第２の搬送部として用いられる真空アームロボットユニット３２０が設けられている。 The transfer module unit 300 includes a transfer module 310 used as a transfer chamber, and the load lock chambers 250 and 260 described above are attached to the transfer module 310 via gate valves 311 and 312. The transfer module 310 is provided with a vacuum arm robot unit 320 used as a second transfer unit.
プロセスチャンバ部４００は、処理室として用いられるプラズマ処理ユニット４１０、４２０と、その上部に設けられたプラズマ発生室４３０、４４０とを備えている。プラズマ処理ユニット４１０、４２０は、ゲートバルブ３１３、３１４を介してトランスファーモジュール３１０に取り付けられている。 The process chamber unit 400 includes plasma processing units 410 and 420 used as processing chambers, and plasma generation chambers 430 and 440 provided above the plasma processing units 410 and 420. The plasma processing units 410 and 420 are attached to the transfer module 310 via the gate valves 313 and 314.
プラズマ処理ユニット４１０、４２０は、ウエハ６００を載置するサセプタテーブル４１１、４２１を備えている。サセプタテーブル４１１、４２１をそれぞれ貫通してリフターピン４１３、４２３が設けられている。リフターピン４１３、４２３は、Ｚ軸４１２、４２２の方向に、それぞれ上下する。 The plasma processing units 410 and 420 include susceptor tables 411 and 421 on which the wafer 600 is placed. Lifter pins 413 and 423 are provided so as to penetrate the susceptor tables 411 and 421, respectively. The lifter pins 413 and 423 move up and down in the directions of the Z-axis 412 and 422, respectively.
プラズマ発生室４３０、４４０は、反応容器４３１、４４１をそれぞれ備えている。
反応容器４３１、４４１の外部には、後述する共振コイルが設けられている。共振コイルに高周波電力を印加して、後述するガス導入口から導入されたアッシング処理用の反応ガスをプラズマ状態とする。そのプラズマを利用してサセプタテーブル４１１，４２１上に載置されたウエハ６００上のレジストをアッシング（プラズマ処理）する。
The plasma generation chambers 430 and 440 are provided with reaction vessels 431 and 441, respectively.
Resonant coils, which will be described later, are provided outside the reaction vessels 431 and 441. High-frequency power is applied to the resonant coil to bring the reaction gas for ashing introduced from the gas inlet, which will be described later, into a plasma state. The plasma is used to ash (plasma treatment) the resist on the wafer 600 placed on the susceptor tables 411 and 421.
更に、各構成に電気的に接続されるコントローラ５００を有する。コントローラ５００は各構成の動作を制御する。 Further, each configuration has a controller 500 that is electrically connected. The controller 500 controls the operation of each configuration.
以上のように構成されたアッシング装置１０においては、ＦＯＵＰ１１０、１２０からロードロックチャンバ２５０、２６０へとそれぞれウエハ６００が搬送される。この際、まず、図２に示されるように、大気ロボット１３０が、ＦＯＵＰのポッドにツィーザを格納し、５枚のウエハをツィーザ上へ載置する。このとき、取り出すウエハの高さ方向の位置に合わせて、大気ロボットのツィーザ及びアームを上下させる。
ウエハをツィーザへ載置した後、大気搬送ロボット１３０がθ軸１３１方向に回転し、バッファユニット２１０、２２０のボート２１１、２２１にそれぞれウエハを搭載する。このとき、ボート２１１、２２１のＺ軸２３０方向の動作により、ボート２１１、２２１は、大気搬送ロボット１３０から２５枚のウエハ６００をそれぞれ受け取る。２５枚のウエハを受け取った後、ボート２１１、２２１の最下層にあるウエハがトランスファーモジュール部３００の高さ位置に合うよう、ボート２１１、２２１をＺ軸２３０方向にそれぞれ動作させる。
In the ashing device 10 configured as described above, the wafer 600 is conveyed from the FOUP 110 and 120 to the load lock chambers 250 and 260, respectively. At this time, first, as shown in FIG. 2, the atmospheric robot 130 stores the tweezers in the FOUP pod and places five wafers on the tweezers. At this time, the tweezers and arms of the atmospheric robot are moved up and down according to the position in the height direction of the wafer to be taken out.
After the wafer is placed on the tweezers, the atmospheric transfer robot 130 rotates in the θ-axis 131 direction, and the wafers are mounted on the boats 211 and 221 of the buffer units 210 and 220, respectively. At this time, due to the operation of the boats 211 and 221 in the Z-axis 230 direction, the boats 211 and 221 receive 25 wafers 600 from the atmospheric transfer robot 130, respectively. After receiving the 25 wafers, the boats 211 and 221 are operated in the Z-axis 230 direction so that the wafers in the lowermost layer of the boats 211 and 221 are aligned with the height position of the transfer module unit 300.
ロードロックチャンバ２５０、２６０においては、ロードロックチャンバ２５０、２６０内にバッファユニット２１０、２２０によって、それぞれ保持されているウエハ６００を、真空アームロボットユニット３２０のフィンガー３２１に搭載する。θ軸３２５方向で真空アームロボットユニット３２０を回転し、さらにＹ軸３２６方向にフィンガーを延伸し、プラズマ処理ユニット４１０、４２０内のサセプタテーブル４１１、４２１上にそれぞれ移載する。 In the load lock chamber 250 and 260, the wafer 600 held by the buffer units 210 and 220 in the load lock chamber 250 and 260 is mounted on the finger 321 of the vacuum arm robot unit 320. The vacuum arm robot unit 320 is rotated in the θ-axis 325 direction, the fingers are further extended in the Y-axis 326 direction, and the fingers are transferred onto the susceptor tables 411 and 421 in the plasma processing units 410 and 420, respectively.
ここで、ウエハ６００を、フィンガー３２１からサセプタテーブル４１１、４２１へ移載する際のアッシング装置１０の動作を説明する。 Here, the operation of the ashing device 10 when the wafer 600 is transferred from the fingers 321 to the susceptor tables 411 and 421 will be described.
真空アームロボットユニット３２０のフィンガー３２１とリフターピン４１３、４２３との協働により、ウエハ６００を、サセプタテーブル４１１、４２１上にそれぞれ移載する。また、逆の動作により、処理が終了したウエハ６００をサセプタテーブル４１１、４２１から、真空アームロボットユニット３２０によって、ロードロックチャンバ２５０、２６０内のバッファユニット２１０、２２０にウエハ６００をそれぞれ移載する。 The wafer 600 is transferred onto the susceptor tables 411 and 421 in cooperation with the fingers 321 of the vacuum arm robot unit 320 and the lifter pins 413 and 423, respectively. Further, by the reverse operation, the processed wafer 600 is transferred from the susceptor tables 411 and 421 to the buffer units 210 and 220 in the load lock chamber 250 and 260 by the vacuum arm robot unit 320, respectively.
図３はプラズマ処理ユニット４１０の詳細を示した図である。尚、先述のプラズマ処理ユニット４２０は、プラズマ処理ユニット４１０と同じ構成である。また、プラズマ処理ユニット４２０が有する先述のサセプタテーブル４２１は、サセプタテーブル４１１と同じ構成である。 FIG. 3 is a diagram showing details of the plasma processing unit 410. The plasma processing unit 420 described above has the same configuration as the plasma processing unit 410. Further, the above-mentioned susceptor table 421 of the plasma processing unit 420 has the same configuration as the susceptor table 411.
プラズマ処理ユニット４１０は、半導体基板や半導体素子に乾式処理でアッシングを施すＩＣＰ方式のプラズマ処理ユニットである。プラズマ処理ユニット４１０は、図３に示すように、プラズマを生成するためのプラズマ発生室４３０、半導体基板などのウエハ６００を収容する処理室４４５、プラズマ発生室４３０（特に共振コイル４３２）に高周波電力を供給する高周波電源４４４、及び高周波電源４４４の発振周波数を制御する周波数整合器４４６を備えている。例えば、架台としての水平なベースプレート４４８の上部に前記のプラズマ発生室４３０を配置し、ベースプレート４４８の下部に処理室４４５を配置して構成される。また、共振コイル４３２と外側シールド４５２とで、螺旋共振器が構成される。 The plasma processing unit 410 is an ICP type plasma processing unit that ashes a semiconductor substrate or a semiconductor element by dry processing. As shown in FIG. 3, the plasma processing unit 410 has high-frequency power in the plasma generation chamber 430 for generating plasma, the processing chamber 445 for accommodating the wafer 600 such as a semiconductor substrate, and the plasma generation chamber 430 (particularly the resonance coil 432). It is provided with a high frequency power supply 444 for supplying the high frequency power supply 444 and a frequency matching unit 446 for controlling the oscillation frequency of the high frequency power supply 444. For example, the plasma generation chamber 430 is arranged above the horizontal base plate 448 as a gantry, and the processing chamber 445 is arranged below the base plate 448. Further, the resonance coil 432 and the outer shield 452 form a spiral resonator.
プラズマ発生室４３０は、減圧可能に構成され且つプラズマ用の反応ガスが供給され、反応容器４３１と、反応容器の外周に巻回された共振コイル４３２と、共振コイル４３２の外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールド４５２とから構成される。 The plasma generation chamber 430 is configured to be depressurized and is supplied with a reaction gas for plasma, and is arranged on the outer periphery of the reaction vessel 431, the resonance coil 432 wound around the outer periphery of the reaction vessel, and the resonance coil 432, and is electric. It is composed of a grounded outer shield 452.
反応容器４３１は、高純度の石英硝子やセラミックスにて筒状に形成された所謂チャンバである。反応容器４３１は、軸線が垂直になるように配置され、トッププレート４５４と、トッププレート４５４とは異なる方向に設けられた処理室４４５によって上下端が気密に封止される。
トッププレート４５４は反応容器４３１のフランジ４３１ｂ、及び外側シールド４５２の上端に支持されている。
The reaction vessel 431 is a so-called chamber formed in a tubular shape with high-purity quartz glass or ceramics. The reaction vessel 431 is arranged so that the axes are vertical, and the upper and lower ends are hermetically sealed by the top plate 454 and the processing chamber 445 provided in a direction different from that of the top plate 454.
The top plate 454 is supported by the flange 431b of the reaction vessel 431 and the upper end of the outer shield 452.
トッププレート４５４は、反応容器４３１の一端を塞ぐ蓋部４５４ａと、蓋部４５４ａを支持する支持部４５４ｂを有する。蓋部４５４ａは、先端部４３１ａに接触する部分から経方向内側の面であり、支持部４５４ｂはフランジ４３１ｂ及び外側シールド４５２に支持されている部分である。
蓋部４５４ａのほぼ中央には、ガス導入口４３３が設けられている。
先端部４３１ａの外周、フランジ４３１ｂ、と支持部４５４ｂとの間にはＯリング４５３が設けられ、プラズマ発生室４３０を気密にするよう構成している。
The top plate 454 has a lid portion 454a that closes one end of the reaction vessel 431 and a support portion 454b that supports the lid portion 454a. The lid portion 454a is a surface on the inner side in the longitudinal direction from the portion in contact with the tip portion 431a, and the support portion 454b is a portion supported by the flange 431b and the outer shield 452.
A gas introduction port 433 is provided substantially in the center of the lid portion 454a.
An O-ring 453 is provided between the outer periphery of the tip portion 431a, the flange 431b, and the support portion 454b, and is configured to make the plasma generation chamber 430 airtight.
反応容器４３１の下方の処理室４４５の底面には、複数（例えば４本）の支柱４６１によって支持されるサセプタ４５９が設けられている。サセプタ４５９には、サセプタテーブル４１１及びサセプタ上のウエハを加熱する基板加熱部としてのヒータ４６３が具備される。
サセプタ４５９の下方に、排気板４６５が配設される。排気板４６５は、ガイドシャフト４６７を介して底板４６９に支持され、底板４６９は処理室４４５の下面に気密に設けられる。昇降板４７１がガイドシャフト４６７をガイドとして昇降自在に動くように設けられる。昇降板４７１は、少なくとも３本のリフターピン４１３を支持している。
A susceptor 459 supported by a plurality of (for example, four) columns 461 is provided on the bottom surface of the processing chamber 445 below the reaction vessel 431. The susceptor 459 is provided with a susceptor table 411 and a heater 463 as a substrate heating unit for heating the wafer on the susceptor.
An exhaust plate 465 is arranged below the susceptor 459. The exhaust plate 465 is supported by the bottom plate 469 via a guide shaft 467, and the bottom plate 469 is airtightly provided on the lower surface of the processing chamber 445. The elevating plate 471 is provided so as to be able to move up and down with the guide shaft 467 as a guide. The elevating plate 471 supports at least three lifter pins 413.
図３に示されるように、リフターピン４１３は、サセプタ４５９のサセプタテーブル４１１を貫通する。そして、リフターピン４１３の頂には、ウエハ６００を支持する支持部４１４が設けられている。支持部４１４は、サセプタ４５９の中心方向に延出している。リフターピン４１３の昇降によって、ウエハ６００をサセプタテーブル４１１に載置し、あるいはサセプタテーブル４１１から持ち上げることができる。
底板４６９を経由して、昇降駆動部（図示略）の昇降シャフト４７３が昇降板４７１に連結されている。昇降駆動部が昇降シャフト４７３を昇降させることで、昇降板４７１とリフターピン４１３を介して、支持部４１４が昇降する。
尚、図３においては、支持部４１４が取り付けられた状態のリフターピン４１３が図示されている。
As shown in FIG. 3, the lifter pin 413 penetrates the susceptor table 411 of the susceptor 459. A support portion 414 for supporting the wafer 600 is provided on the top of the lifter pin 413. The support portion 414 extends toward the center of the susceptor 459. By raising and lowering the lifter pin 413, the wafer 600 can be placed on the susceptor table 411 or lifted from the susceptor table 411.
The elevating shaft 473 of the elevating drive unit (not shown) is connected to the elevating plate 471 via the bottom plate 469. When the elevating drive unit raises and lowers the elevating shaft 473, the support portion 414 moves up and down via the elevating plate 471 and the lifter pin 413.
In FIG. 3, the lifter pin 413 with the support portion 414 attached is shown.
サセプタ４５９と排気板４６５の間に、バッフルリング４５８が設けられる。バッフルリング４５８、サセプタ４５９、排気板４６５で第一排気室４７４が形成される。円筒状のバッフルリング４５８は、通気孔が多数均一に設けられている。従って、第一排気室４７４は、処理室４４５の処理空間と仕切られる。また通気孔によって、処理空間と連通している。尚、処理空間とは、基板を処理する空間をいう。 A baffle ring 458 is provided between the susceptor 459 and the exhaust plate 465. The first exhaust chamber 474 is formed by the baffle ring 458, the susceptor 459, and the exhaust plate 465. The cylindrical baffle ring 458 is uniformly provided with a large number of ventilation holes. Therefore, the first exhaust chamber 474 is separated from the processing space of the processing chamber 445. In addition, it communicates with the treatment space through ventilation holes. The processing space means a space for processing a substrate.
排気板４６５に、排気連通孔４７５が設けられる。排気連通孔４７５によって、第一排気室４７４と第二排気室４７６が連通される。第二排気室４７６には、排気管４８０が連通されており、排気管４８０には、上流から圧力調整バルブ４７９、排気ポンプ４８１が設けられている。ガス排気部は、排気管４８０、圧力調整バルブ４７９、排気ポンプ４８１から構成される。ガス排気部は、第二排気室４７６を介して処理室４４５に接続されている。 The exhaust plate 465 is provided with an exhaust communication hole 475. The first exhaust chamber 474 and the second exhaust chamber 476 are communicated with each other by the exhaust communication hole 475. An exhaust pipe 480 is communicated with the second exhaust chamber 476, and the exhaust pipe 480 is provided with a pressure adjusting valve 479 and an exhaust pump 481 from the upstream. The gas exhaust unit is composed of an exhaust pipe 480, a pressure adjusting valve 479, and an exhaust pump 481. The gas exhaust unit is connected to the processing chamber 445 via the second exhaust chamber 476.
反応容器４３１の上部のトッププレート４５４には、ガス供給ユニット４８２から伸長され且つ所要のプラズマ用の反応ガスを供給するためのガス供給管４５５が、ガス導入口４３３に付設されている。ガス導入口４３３は円錐状であり、処理室に近くなるほど直径が大きくなる。ガス供給ユニット４８２(ガス供給部)は、上流側から順に、ガス源４８３、流量制御部であるマスフローコントローラ４７７、開閉弁４７８を有している。ガス供給ユニット４８２は、マスフローコントローラ４７７及び開閉弁４７８を制御することで、ガスの供給量を制御する。 On the top plate 454 above the reaction vessel 431, a gas supply pipe 455 extending from the gas supply unit 482 and for supplying the required reaction gas for plasma is attached to the gas introduction port 433. The gas inlet 433 has a conical shape, and the closer to the treatment chamber, the larger the diameter. The gas supply unit 482 (gas supply unit) has a gas source 483, a mass flow controller 477 as a flow rate control unit, and an on-off valve 478 in this order from the upstream side. The gas supply unit 482 controls the gas supply amount by controlling the mass flow controller 477 and the on-off valve 478.
また、マスフローコントローラ４７７及び圧力調整バルブ４７９によって供給量、排気量を調整することにより、処理室４４５の圧力が調整される。 Further, the pressure in the processing chamber 445 is adjusted by adjusting the supply amount and the exhaust amount by the mass flow controller 477 and the pressure adjusting valve 479.
図４（ａ）には、本発明の好ましい実施形態に係るバッフル板４６０周辺が示されている。図４（ｂ）には、比較例に係るバッフル板４６０周辺が示されている。 FIG. 4A shows the periphery of the baffle plate 460 according to the preferred embodiment of the present invention. FIG. 4B shows the periphery of the baffle plate 460 according to the comparative example.
本発明の好ましい実施形態に係るバッフル板４６０は、図４(ａ)に示されているように、例えば石英からなる第一のバッフル板４６０ａと、第二のバッフル板４６０ｂから構成される。
第一のバッフル板４６０ａは、反応容器４３１内であって、共振コイル４３２の上端とガス導入口４３３の間に設けられている。また、第二のバッフル板４６０ｂは、第一のバッフル板４６０ａと共振コイル４３２の上端の間に設けられている。すなわち、第一のバッフル板４６０ａと第二のバッフル板４６０ｂは、共振コイル４３２の上端とガス導入口４３３の間に空間を介して重ねるように設けられている。また、第一のバッフル板４６０ａと第二のバッフル板４６０ｂはサセプタテーブル４１１とガス導入口４３３の間に設けられている。
As shown in FIG. 4A, the baffle plate 460 according to the preferred embodiment of the present invention is composed of, for example, a first baffle plate 460a made of quartz and a second baffle plate 460b.
The first baffle plate 460a is provided in the reaction vessel 431 between the upper end of the resonance coil 432 and the gas introduction port 433. The second baffle plate 460b is provided between the first baffle plate 460a and the upper end of the resonance coil 432. That is, the first baffle plate 460a and the second baffle plate 460b are provided so as to be overlapped with each other through a space between the upper end of the resonance coil 432 and the gas introduction port 433. Further, the first baffle plate 460a and the second baffle plate 460b are provided between the susceptor table 411 and the gas introduction port 433.
また、第一のバッフル板４６０ａと、第二のバッフル板４６０ｂは、略同一形状であって、孔の無い板形状である。また、反応容器４３１の内周に沿った形状としている。即ち、反応容器４３１の内周が円状であればそれぞれのバッフル板の端部も円状としている。言い換えれば、反応容器４３１の内周に沿って、バッフル板を円盤状としている。 Further, the first baffle plate 460a and the second baffle plate 460b have substantially the same shape and have a plate shape without holes. Further, the shape is formed along the inner circumference of the reaction vessel 431. That is, if the inner circumference of the reaction vessel 431 is circular, the ends of the baffle plates are also circular. In other words, the baffle plate has a disk shape along the inner circumference of the reaction vessel 431.
このような構成とすることで、トッププレート４５４と第一のバッフル板４６０ａの間を流れるガス流路と反応容器４３１の内周に沿って反応容器４３１とバッフル板の端部の間を流れるガス流路が形成される。ガス導入口４３３から供給されたガスは、各ガス流路を経由して供給されるため、反応容器４３１の中央に供給されたガスが集中しない。すなわち、ガスが第一のバッフル板４６０ａと第二のバッフル板４６０ｂを介して供給されるので、図４(ａ)の破線矢印で示されているように、ガスの流れができ、共振コイル４３２の上端付近（図４（ａ）Ａ−Ａライン）でガスが略垂直に落ちることになる。よって、ガスのロスが無い。 With such a configuration, the gas flowing between the top plate 454 and the first baffle plate 460a and the gas flowing between the reaction vessel 431 and the end of the baffle plate along the inner circumference of the reaction vessel 431. A flow path is formed. Since the gas supplied from the gas introduction port 433 is supplied via each gas flow path, the gas supplied to the center of the reaction vessel 431 is not concentrated. That is, since the gas is supplied via the first baffle plate 460a and the second baffle plate 460b, the gas can flow as shown by the broken line arrow in FIG. 4A, and the resonance coil 432 can be generated. The gas falls substantially vertically near the upper end of the above (Fig. 4 (a) AA line). Therefore, there is no gas loss.
一方、比較例に係るバッフル板４６０は、図４（ｂ）に示されているように、一枚のバッフル板４６０で構成される。比較例に係るバッフル板４６０においては、図４（ｂ）破線矢印で示されているように、ガス導入口４３３からバッフル板４６０外周に向けて斜めにガス流路が形成され、共振コイル４３２上端付近（図４（ｂ）Ａ−Ａライン）でガスが拡散されてしまう。すなわち、電解強度の弱い領域にガスが拡散されてしまうので、弱いプラズマ生成につながってしまうことになる。 On the other hand, the baffle plate 460 according to the comparative example is composed of one baffle plate 460 as shown in FIG. 4 (b). In the baffle plate 460 according to the comparative example, as shown by the broken line arrow in FIG. 4B, a gas flow path is formed diagonally from the gas introduction port 433 toward the outer circumference of the baffle plate 460, and the upper end of the resonance coil 432 is formed. The gas is diffused in the vicinity (line AA in FIG. 4B). That is, since the gas is diffused in the region where the electrolytic strength is weak, it leads to the generation of weak plasma.
ここで、ＩＣＰ方式プラズマ生成装置の場合、共振コイル４３２に近いほどプラズマを生成するための電界が強いことが知られている。従って、電界の強い場所、即ち共振コイル４３２に近い場所にガスを集中させることで、プラズマの生成効率を高くすることができる。また、このような場所においては高いエネルギーがあり、且つ寿命の長いプラズマが生成される。
すなわち、少なくとも２枚のバッフル板４６０ａ、４６０ｂを設けることで、矢印のように、ガスを共振コイルに近い反応容器４３１の内壁に沿って流れるようにし、電界の強い場所、即ち共振コイル４３２に近い場所にガスを集中させることで、プラズマの生成効率を高くすることができる。また、このような場所においては高いエネルギーがあり、且つ寿命の長いプラズマが生成される。
Here, in the case of an ICP type plasma generator, it is known that the closer to the resonance coil 432, the stronger the electric field for generating plasma. Therefore, the plasma generation efficiency can be increased by concentrating the gas in a place where the electric field is strong, that is, a place close to the resonance coil 432. Further, in such a place, plasma having high energy and long life is generated.
That is, by providing at least two baffle plates 460a and 460b, the gas flows along the inner wall of the reaction vessel 431 close to the resonance coil as shown by the arrow, and is close to the place where the electric field is strong, that is, the resonance coil 432. By concentrating the gas in a place, the plasma generation efficiency can be increased. Further, in such a place, plasma having high energy and long life is generated.
次に、バッフル板４６０ａ、４６０ｂの取付け構造について図５を用いて説明する。
図５はバッフル板４６０ａ、４６０ｂ及びトッププレート４５４を拡大した図であり、バッフル板４６０ａ、４６０ｂの取付け構造を説明する図である。
まず、図５（ａ）を用いて固定機構について説明する。
トッププレート４５４に差し込まれたボルト４９１を、中央に穴の空いた第一のカラー４９２、第一のバッフル板４６０ａに設けた固定用穴、中央に穴の空いた第二のカラー４９３、第二のバッフル板４６０ｂに設けた固定用穴に順次差込み、固定用ボルト４９４にて固定する。
第一のカラー４９２は金属製（例えばアルミ合金）であり、トッププレート４５４とカラー４９２をグランド設定となるように構成している。
固定機構は、バッフル板４６０の周方向に、少なくとも３箇所に均等に設ける。
Next, the mounting structure of the baffle plates 460a and 460b will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of the baffle plates 460a and 460b and the top plate 454, and is a diagram for explaining the mounting structure of the baffle plates 460a and 460b.
First, the fixing mechanism will be described with reference to FIG. 5 (a).
The bolt 491 inserted into the top plate 454 is inserted into the first collar 492 with a hole in the center, the fixing hole provided in the first baffle plate 460a, the second collar 493 with a hole in the center, and the second. It is sequentially inserted into the fixing holes provided in the baffle plate 460b of No. 1 and fixed with the fixing bolts 494.
The first collar 492 is made of metal (for example, an aluminum alloy), and the top plate 454 and the collar 492 are configured to be ground settings.
The fixing mechanism is evenly provided at at least three locations in the circumferential direction of the baffle plate 460.
続いて、バッフル板４６０ａ、４６０ｂ、トッププレート４５４、反応容器４３１との間の位置関係について、図５（ｂ）を用いて説明する。
図５（ｂ）に記載のように、トッププレート４５４の蓋部４５４ａと、第一のバッフル板４６０ａの内、蓋部４５４ａと向かい合う面との距離をＧＡＰ（ａ）とする。ＧＡＰ（ａ）は１ｍｍから５ｍｍ、より望ましくは２ｍｍから４ｍｍとなるよう設定する。
第一のバッフル板４６０ａと第二のバッフル板４６０ｂと対向する面の距離を、ＧＡＰ（ｂ）とする。ＧＡＰ（ｂ）は３０ｍｍから５０ｍｍとする。
バッフル板４６０の直径と反応容器の間の距離は０．１から１０ｍｍとし、具体的には、バッフル板を基板の直径より小さい２６９ｍｍとし、反応容器４３１の内周を２７５ｍｍとしている。
Subsequently, the positional relationship between the baffle plates 460a and 460b, the top plate 454, and the reaction vessel 431 will be described with reference to FIG. 5 (b).
As described in FIG. 5B, the distance between the lid portion 454a of the top plate 454 and the surface of the first baffle plate 460a facing the lid portion 454a is defined as GAP (a). The GAP (a) is set to be 1 mm to 5 mm, more preferably 2 mm to 4 mm.
The distance between the first baffle plate 460a and the surface facing the second baffle plate 460b is defined as GAP (b). The GAP (b) is 30 mm to 50 mm.
The distance between the diameter of the baffle plate 460 and the reaction vessel is 0.1 to 10 mm. Specifically, the baffle plate is 269 mm, which is smaller than the diameter of the substrate, and the inner circumference of the reaction vessel 431 is 275 mm.
第一のバッフル板４６０ａとガス導入口４３３の距離は、第一のバッフル板４６０ａと蓋部４５４ａとの間に異常放電が起きない程度の距離とし、特にガス導入口４３３付近に異常放電が起きない程度の距離としている。 The distance between the first baffle plate 460a and the gas introduction port 433 is set so that an abnormal discharge does not occur between the first baffle plate 460a and the lid portion 454a, and an abnormal discharge occurs especially in the vicinity of the gas introduction port 433. The distance is set to the extent that there is no such distance.
ここで言う異常放電とは、例えば次のような現象をいう。
放電が容易となるＡｒガスを処理ガスに添加した場合、共振コイル４３２から発生する電界の影響を受け、第一のバッフル板４６０ａと蓋部４５４ａとの間に放電が起きてしまう。特に、ガス導入孔４３３付近は、処理ガスが留まりやすい領域であるため、放電が起こりやすい。
この放電の原因は、Ａｒガスを添加したことによるものと推測される。Ａｒガスは放電を容易とする性質であるため、共振コイル４３２から発生する電界が弱電界の距離であっても、処理ガスが放電してしまうと考えられる。
The abnormal discharge referred to here means, for example, the following phenomenon.
When Ar gas, which facilitates discharge, is added to the processing gas, it is affected by the electric field generated from the resonance coil 432, and discharge occurs between the first baffle plate 460a and the lid portion 454a. In particular, the vicinity of the gas introduction hole 433 is a region where the processing gas tends to stay, so that discharge is likely to occur.
It is presumed that the cause of this discharge is the addition of Ar gas. Since Ar gas has a property of facilitating discharge, it is considered that the processing gas is discharged even if the electric field generated from the resonance coil 432 is a distance of a weak electric field.
放電した場合、次の問題が起きることが考えられる。
一つは、ガス導入口４３３近辺で発生するプラズマがガス供給管４５５に入り込むため、ガス供給管４５５をエッチングしてしまう点である。エッチングすることにより、パーティクルが発生する可能性がある。特にガス供給管４５５を金属で形成した場合、処理室４４５が金属汚染され、基板処理に悪影響を及ぼすことが考えられる。
二つ目として、第一のバッフル板４６０ａと蓋部４５４ａとの間に発生したプラズマがＯリング４３１ａに接触し、Ｏリング４３１ａの劣化を促進させる恐れがある。
When discharged, the following problems may occur.
One is that the plasma generated in the vicinity of the gas introduction port 433 enters the gas supply pipe 455, so that the gas supply pipe 455 is etched. Particles may be generated by etching. In particular, when the gas supply pipe 455 is made of metal, the treatment chamber 445 may be contaminated with metal, which may adversely affect the substrate treatment.
Secondly, the plasma generated between the first baffle plate 460a and the lid portion 454a may come into contact with the O-ring 431a and accelerate the deterioration of the O-ring 431a.
上記放電を抑制するために、発明者等は鋭意研究の結果、処理ガスの流速を上げることで放電を抑制することを見出した。
具体的には、第一のバッフル板４６０ａと蓋部４５４ａとの間の距離を狭小化している。このような構造とすることで、第一のバッフル板４６０ａと蓋部４５４ａとの間の圧力を高めることができ、その結果ガスの流速を早くすることができる。
As a result of diligent research, the inventors have found that the discharge is suppressed by increasing the flow rate of the processing gas in order to suppress the discharge.
Specifically, the distance between the first baffle plate 460a and the lid portion 454a is narrowed. With such a structure, the pressure between the first baffle plate 460a and the lid portion 454a can be increased, and as a result, the flow velocity of the gas can be increased.
続いて、第二のバッフル板４６０ｂと共振コイル４３２との位置関係について説明する。第二のバッフル板４６０ｂは、第二のバッフル板４６０ｂの内、サセプタテーブル４１１と向かい合う面が、共振コイル４３２の上端（Ａ−Ａライン）より上の高さに位置するようにする。言い換えれば共振コイル４３２の上端と第一のバッフル板４６０ａとの間に位置するよう構成される。
このような構成とすることで、ガスが共振コイル４３２の近傍を流れるため、効率の良いプラズマ生成が可能となる。
更には、プラズマの拡散、失活を防止し活性反応種を下流のウエハにできるだけ多く供給することが可能となる。第二のバッフル板４６０ｂを共振コイル４３２の上端に近づけることで、プラズマ発生領域の体積を小さくすることが可能となり、単位体積当りのプラズマ密度を増加させることができる。従って、活性反応種を出来るだけ多く下流に運ぶことを可能にする。
以上のように、バッフル構造が構成される。
Subsequently, the positional relationship between the second baffle plate 460b and the resonance coil 432 will be described. The second baffle plate 460b has a surface of the second baffle plate 460b facing the susceptor table 411 located at a height above the upper end (AA line) of the resonance coil 432. In other words, it is configured to be located between the upper end of the resonance coil 432 and the first baffle plate 460a.
With such a configuration, the gas flows in the vicinity of the resonance coil 432, so that efficient plasma generation becomes possible.
Furthermore, it is possible to prevent the diffusion and deactivation of plasma and supply as much active reaction species as possible to the downstream wafer. By bringing the second baffle plate 460b closer to the upper end of the resonance coil 432, the volume of the plasma generation region can be reduced, and the plasma density per unit volume can be increased. Therefore, it is possible to carry as many active reaction species as possible downstream.
As described above, the baffle structure is configured.
ここで、ガスの流速にについて図６を用いて説明する。
図６は流速分布図である。
図６（ａ）は比較例に係るバッフル板４６０を用いた例であって、バッフル板を一枚で設定した場合である。（ｂ）は本実施形態に係るバッフル板４６０を用いた例であって、バッフル板を４６０ａ、４６０ｂの二枚で設定した場合である。
比較例のバッフル板４６０を一枚で用いた例においては、ガス導入口４３３付近で流速が低く、バッフル板４６０と蓋部４５４ａの間で流速が高いことがわかる。更には、渦巻状にガスが滞留していることがわかる。このことから、バッフル板４６０と蓋部４５４ａの間でガスが異常放電することが推測される。
一方、本実施形態に係るバッフル板４６０を二枚で用いた例においては、第一のバッフル板４６０ａと蓋部４５４ａの間にガスが滞留しないので放電を抑制できることがわかる。
Here, the flow velocity of the gas will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a flow velocity distribution map.
FIG. 6A is an example using the baffle plate 460 according to the comparative example, and is a case where one baffle plate is set. (B) is an example using the baffle plate 460 according to the present embodiment, and is a case where two baffle plates 460a and 460b are set.
In the example in which the baffle plate 460 of the comparative example is used alone, it can be seen that the flow velocity is low near the gas introduction port 433 and the flow velocity is high between the baffle plate 460 and the lid portion 454a. Furthermore, it can be seen that the gas stays in a spiral shape. From this, it is presumed that the gas abnormally discharges between the baffle plate 460 and the lid portion 454a.
On the other hand, in the example in which two baffle plates 460 according to the present embodiment are used, it can be seen that discharge can be suppressed because gas does not stay between the first baffle plate 460a and the lid portion 454a.
図７にＲＦ電力とバッフル板４６０、放電の関係を示した図を示す。
縦軸は共振コイル４３２に印加するＲＦ電力である。バッフル板４６０が無い状態、バッフル板４６０が一枚の状態、バッフル板４６０が２枚の状態でそれぞれ正常放電限界電力を計測した。正常放電限界電力とは、異常放電が発生しない電力である。
このときのプロセス条件は、次の通りである。
雰囲気：ＰＲ−ＧＡＳ（ＣＨ4：１０％、Ａｒ：９０％）
流量：０．２〜３．０ｓｌｍ
圧力：５０〜２５０ｍＴｏｒｒ
FIG. 7 shows a diagram showing the relationship between RF power, baffle plate 460, and discharge.
The vertical axis is the RF power applied to the resonance coil 432. The normal discharge limit power was measured in the state without the baffle plate 460, the state with one baffle plate 460, and the state with two baffle plates 460. The normal discharge limit power is the power at which abnormal discharge does not occur.
The process conditions at this time are as follows.
Atmosphere: PR-GAS (CH 4 : 10%, Ar: 90%)
Flow rate: 0.2-3.0 slm
Pressure: 50-250m Torr
この図からもわかるように、バッフル板４６０が無い状態では、１０００Ｗまでは正常放電が可能である。また、バッフル板４６０が１枚の状態では、３０００Ｗまでは正常放電が可能である。また、バッフル板４６０が２枚の状態では、４９００Ｗまでは正常放電が可能である。 As can be seen from this figure, normal discharge is possible up to 1000 W without the baffle plate 460. Further, in the state of one baffle plate 460, normal discharge is possible up to 3000 W. Further, in the state of two baffle plates 460, normal discharge is possible up to 4900 W.
ＩＣＰ方式プラズマ生成装置の場合、ＲＦ電力が高いほど効率よくプラズマ状態とすることができるため、異常放電が発生しない範囲で、且つＲＦ電力が高い状態が望ましい。従って、バッフル板が無い状態やバッフル板が１枚の状態より、バッフル板が２枚の状態が望ましい。 In the case of the ICP type plasma generator, the higher the RF power, the more efficiently the plasma state can be obtained. Therefore, it is desirable that the RF power is high within the range where abnormal discharge does not occur. Therefore, it is preferable to have two baffle plates rather than no baffle plate or one baffle plate.
共振コイル４３２は、所定の波長の定在波を形成するため、一定波長モードで共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル４３２の電気的長さは、高周波電源４４４から供給される電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍、２倍、…）又は半波長もしくは１／４波長に相当する長さに設定される。例えば、1波長の長さは、１３．５６ＭＨｚの場合、約２２メートル、２７．１２ＭＨｚの場合、約１１メートル、５４．２４ＭＨｚの場合、約５．５メートルになる。
共振コイル４３２は、絶縁性材料にて平板状に形成され且つベースプレート４４８の上端面に鉛直に立設された複数のサポートによって支持される。
Since the resonance coil 432 forms a standing wave having a predetermined wavelength, the winding diameter, winding pitch, and number of turns are set so as to resonate in a constant wavelength mode. That is, the electrical length of the resonance coil 432 is an integral multiple (1 times, 2 times, ...) Of one wavelength at a predetermined frequency of the power supplied from the high frequency power supply 444, or a length corresponding to a half wavelength or a quarter wavelength. It is set to. For example, the length of one wavelength is about 22 meters at 13.56 MHz, about 11 meters at 27.12 MHz, and about 5.5 meters at 54.24 MHz.
The resonant coil 432 is formed in a flat plate shape with an insulating material and is supported by a plurality of supports erected vertically on the upper end surface of the base plate 448.
共振コイル４３２の両端は電気的に接地されるが、共振コイル４３２の少なくとも一端は、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に当該共振コイルの電気的長さを微調整するため、可動タップ４６２を介して接地される。図３中の符号４６４は他方の固定グランドを示す。さらに、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に共振コイル４３２のインピーダンスを微調整するため、共振コイル４３２の接地された両端の間には、可動タップ４６６によって給電部が構成される。 Both ends of the resonant coil 432 are electrically grounded, but at least one end of the resonant coil 432 is used to fine-tune the electrical length of the resonant coil during the initial installation of the device or when the processing conditions are changed. , Is grounded via the movable tap 462. Reference numeral 464 in FIG. 3 indicates the other fixed ground. Further, in order to fine-tune the impedance of the resonant coil 432 when the device is first installed or when the processing conditions are changed, a feeding portion is configured by a movable tap 466 between the grounded ends of the resonant coil 432. To.
すなわち、共振コイル４３２は、電気的に接地されたグランド部を両端に備え且つ高周波電源４４４から電力供給される給電部を各グランド部の間に備え、しかも、少なくとも一方のグランド部は、位置調整可能な可変式グランド部とされ、そして、給電部は、位置調整可能な可変式給電部とされる。共振コイル４３２が可変式グランド部及び可変式給電部を備えている場合には、後述するように、プラズマ発生室４３０の共振周波数及び負荷インピーダンスを調整するにあたり、より一層簡便に調整することができる。 That is, the resonance coil 432 is provided with electrically grounded ground portions at both ends and a feeding portion to be supplied with power from the high-frequency power supply 444 between the ground portions, and at least one ground portion is position-adjusted. It is a possible variable grounding section, and the feeding section is a position-adjustable variable feeding section. When the resonance coil 432 includes a variable ground portion and a variable feeding portion, the resonance frequency and load impedance of the plasma generation chamber 430 can be adjusted more easily as described later. ..
外側シールド４５２は、共振コイル４３２の外側への電磁波の漏れを遮蔽するとともに、共振回路を構成するのに必要な容量成分を共振コイル４３２との間に形成するために設けられる。外側シールド４５２は、一般的には、アルミニウム合金、銅又は銅合金などの導電性材料を使用して円筒状に形成される。外側シールド４５２は、共振コイル４３２の外周から、例えば５〜１５０ｍｍ程度隔てて配置される。 The outer shield 452 is provided to shield the leakage of electromagnetic waves to the outside of the resonance coil 432 and to form a capacitance component necessary for forming the resonance circuit between the resonance coil 432 and the resonance coil 432. The outer shield 452 is generally formed in a cylindrical shape using a conductive material such as an aluminum alloy, copper or a copper alloy. The outer shield 452 is arranged at a distance of, for example, about 5 to 150 mm from the outer circumference of the resonance coil 432.
高周波電源４４４の出力側にはＲＦセンサ４６８が設置され、進行波、反射波等をモニタしている。ＲＦセンサ４６８によってモニタされた反射波電力は、周波数整合器４４６に入力される。周波数整合器４４６は、反射波が最小となるよう周波数を制御する。 An RF sensor 468 is installed on the output side of the high-frequency power supply 444 to monitor traveling waves, reflected waves, and the like. The reflected wave power monitored by the RF sensor 468 is input to the frequency matcher 446. The frequency matcher 446 controls the frequency so that the reflected wave is minimized.
コントローラ４７０は、図１におけるコントローラ５００に相当するものであり、単に高周波電源４４４のみを制御するものではなく、アッシング装置１０全体の制御を行っている。コントローラ４７０には、表示部であるディスプレイ４７２が接続されている。ディスプレイ４７２は、例えば、ＲＦセンサ４６８による反射波のモニタ結果等、アッシング装置１０に設けられた各種検出部で検出されたデータ等を表示する。 The controller 470 corresponds to the controller 500 in FIG. 1, and does not simply control only the high-frequency power supply 444, but controls the entire ashing device 10. A display 472, which is a display unit, is connected to the controller 470. The display 472 displays data detected by various detection units provided in the ashing device 10, such as the result of monitoring the reflected wave by the RF sensor 468.
例えば、アッシング工程時やアッシング工程前のプラズマ生成時におけるプラズマ処理中に処理条件を変動した場合（ガス種を増やす等）など、ガス流量やガス混合比、圧力が変化する場合があり、高周波電源４４４の負荷インピーダンスが変動してしまう場合がある。このような場合でも、アッシング装置１０は周波数整合器４４６を有するため、ガス流量やガス混合比、圧力の変化にすぐに追従して高周波電源４４４の発信周波数を整合することができる。 For example, when the processing conditions are changed during plasma processing during the ashing process or during plasma generation before the ashing process (increasing the gas type, etc.), the gas flow rate, gas mixing ratio, and pressure may change, resulting in a high-frequency power supply. The load impedance of 444 may fluctuate. Even in such a case, since the ashing device 10 has the frequency matching device 446, the transmission frequency of the high frequency power supply 444 can be matched immediately by following the changes in the gas flow rate, the gas mixing ratio, and the pressure.
具体的には次の動作が行われる。
プラズマ生成時、共振コイル４３２の共振周波数に収束される。このとき、ＲＦセンサ４６８が共振コイル４３２からの反射波をモニタし、モニタされた反射波のレベルを周波数整合器４４６に送信する。周波数整合器４４６は、反射波電力がその反射波が最小となるよう、高周波電源４４４の発信周波数を調整する。
Specifically, the following operations are performed.
At the time of plasma generation, it is converged to the resonance frequency of the resonance coil 432. At this time, the RF sensor 468 monitors the reflected wave from the resonant coil 432 and transmits the level of the monitored reflected wave to the frequency matching unit 446. The frequency matcher 446 adjusts the transmission frequency of the high frequency power supply 444 so that the reflected wave power minimizes the reflected wave.
続いて、本発明の基板処理方法（フォトレジスト除去方法）を一工程として採用する半導体製造方法について、図８を用いて説明する。図８には、本発明の基板処理方法を採用し、アッシング装置１０等を用いて半導体装置（半導体デバイス）を製造する工程が説明されている。 Subsequently, a semiconductor manufacturing method that employs the substrate processing method (photoresist removing method) of the present invention as one step will be described with reference to FIG. FIG. 8 illustrates a process of manufacturing a semiconductor device (semiconductor device) using the ashing device 10 or the like by adopting the substrate processing method of the present invention.
図８には、アッシング装置１０を用いて基板（ウエハ６００）を処理する工程であって、本発明の実施形態に係る基板処理方法が示されている。
本発明に係る基板の処理方法においては、図８に示されるように、基板を処理室に搬入する工程である搬入工程Ｓ１００と、基板を加熱する工程である加熱工程Ｓ２００と、反応ガスを供給し、基板を処理する工程である処理工程Ｓ３００と、基板を処理室から搬出する搬出工程Ｓ４００と、を少なくとも含む一連の工程を経て基板が処理される。
FIG. 8 shows a substrate processing method according to an embodiment of the present invention, which is a step of processing a substrate (wafer 600) using the ashing device 10.
In the substrate processing method according to the present invention, as shown in FIG. 8, a carry-in step S100, which is a step of bringing the substrate into the processing chamber, a heating step S200, which is a step of heating the substrate, and a reaction gas are supplied. The substrate is processed through a series of steps including at least a processing step S300, which is a step of processing the substrate, and a unloading step S400, which carries out the substrate from the processing chamber.
搬入工程Ｓ１００では、レジストの塗布されたウエハ６００が処理室４４５に搬入される。加熱工程Ｓ２００では、搬入工程Ｓ１００で処理室４４５内に搬入されたウエハ６００が加熱される。処理工程Ｓ３００では、処理室４４５内に少なくとも水素成分とアルゴン成分とを含む反応ガスが供給される。例えば、ＰＲ-ＧＡＳ（ＣＨ4とアルゴンの混合ガス）が供給される。更に、処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態としてウエハ６００が処理される。搬出工程Ｓ４００では、処理されたウエハ６００が、処理室４４５から搬出される。 In the carry-in step S100, the resist-coated wafer 600 is carried into the processing chamber 445. In the heating step S200, the wafer 600 carried into the processing chamber 445 in the carry-in step S100 is heated. In the treatment step S300, a reaction gas containing at least a hydrogen component and an argon component is supplied into the treatment chamber 445. For example, PR-GAS ( mixed gas of CH 4 and argon) is supplied. Further, the wafer 600 is processed by using the reaction gas supplied to the processing chamber as a plasma state. In the unloading step S400, the processed wafer 600 is unloaded from the processing chamber 445.
以下、アッシング装置１０を用いての基板処理の一例について、より具体的に説明する。
アッシング装置１０の各部の動作は、コントローラ４７０によって制御される。
Hereinafter, an example of substrate processing using the ashing device 10 will be described more specifically.
The operation of each part of the ashing device 10 is controlled by the controller 470.
<搬入工程Ｓ１００>
搬入工程Ｓ１００では、真空アームロボット３２０のフィンガー３２１が、処理室４４５へウエハ６００を搬送する。すなわち、ウエハ６００を搭載したフィンガー３２１が、処理室４４５に進入し、フィンガー３２１が、上昇されたリフターピン４１３にウエハ６００を載置する。リフターピン４１３の先端は、サセプタテーブル４１１から浮いた状態で維持される。ウエハ６００は、リフターピン４１３上に、つまりサセプタテーブル４１１から浮いた状態で受け渡される。この際、ウエハ６００は、例えば室温に保持されている。
<Carry-in process S100>
In the carry-in step S100, the finger 321 of the vacuum arm robot 320 conveys the wafer 600 to the processing chamber 445. That is, the finger 321 on which the wafer 600 is mounted enters the processing chamber 445, and the finger 321 places the wafer 600 on the raised lifter pin 413. The tip of the lifter pin 413 is maintained floating from the susceptor table 411. The wafer 600 is delivered on the lifter pin 413, that is, floating from the susceptor table 411. At this time, the wafer 600 is held at room temperature, for example.
〔加熱工程Ｓ２００〕
加熱工程Ｓ２００では、ウエハ６００はサセプタテーブル４１１から浮いた状態で保持されており、サセプタテーブル４１１のヒータ４６３により加熱される。ウエハ温度は、サセプタテーブル４１１とウエハ６００との間の距離で制御されている。
この加熱工程Ｓ２００においては、ウエハ６００の温度を２００℃以上４００℃以下とする。
[Heating step S200]
In the heating step S200, the wafer 600 is held in a floating state from the susceptor table 411 and is heated by the heater 463 of the susceptor table 411. The wafer temperature is controlled by the distance between the susceptor table 411 and the wafer 600.
In this heating step S200, the temperature of the wafer 600 is set to 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
〔処理工程Ｓ３００〕
反応ガスを供給する処理工程Ｓ３００では、ガス導入口４３３へ反応容器４３１から反応ガス（アッシングガス）が、プラズマ発生室４３０に供給される。供給される反応ガスは、少なくとも水素成分とアルゴン成分とを含む反応ガスが供給される。
[Processing step S300]
In the processing step S300 for supplying the reaction gas, the reaction gas (ashing gas) is supplied to the plasma generation chamber 430 from the reaction vessel 431 to the gas introduction port 433. As the reaction gas to be supplied, a reaction gas containing at least a hydrogen component and an argon component is supplied.
処理室４４５が所定の条件となった後、供給された反応ガスが、共振コイル４３２によってプラズマ状態とされる。すなわち、反応ガスを供給する工程において反応ガスが供給された後、高周波電源４４４が、共振コイル４３２に電力を供給し、共振コイル４３２内部に励起される誘導磁界によって自由電子を加速し、ガス分子と衝突させることでガス分子を励起してプラズマを生成する。そして、このプラズマ状態とされた反応ガスにより、基板処理が行われ、レジストが除去される。 After the processing chamber 445 meets the predetermined conditions, the supplied reaction gas is brought into a plasma state by the resonance coil 432. That is, after the reaction gas is supplied in the step of supplying the reaction gas, the high frequency power supply 444 supplies power to the resonance coil 432, accelerates free electrons by the induced magnetic field excited inside the resonance coil 432, and gas molecules. By colliding with, gas molecules are excited to generate plasma. Then, the substrate is processed by the reaction gas in the plasma state, and the resist is removed.
本実施形態では、処理工程Ｓ３００で用いられる反応ガスとして、少なくとも水素成分とアルゴン成分とを含む反応ガスが供給される。ここではＡｒガスを用いているが、より具体的には、水素にＮ2ガス、Ｈｅガスからなる群から選択された少なくとも１つのガスからなる希釈ガスが添加されてなるガスを用いることができる。 In the present embodiment, as the reaction gas used in the treatment step S300, a reaction gas containing at least a hydrogen component and an argon component is supplied. Although Ar gas is used here, more specifically, a gas obtained by adding a diluting gas consisting of at least one gas selected from the group consisting of N 2 gas and He gas to hydrogen can be used. ..
〔搬出工程Ｓ４００〕
搬出工程Ｓ４００においては、アッシング処理工程の終了後、リフターピン４１３が上昇する。真空アームロボット３２０のフィンガー３２１がリフターピン４１３上の処理済ウエハ６００を掬い上げ、トランスファーチャンバ部３１０を経由して、ロードロックチャンバ部２１０、もしくはロードロックチャンバ２２０に搬送する。
[Delivery process S400]
In the carry-out process S400, the lifter pin 413 is raised after the ashing process is completed. The finger 321 of the vacuum arm robot 320 scoops up the processed wafer 600 on the lifter pin 413 and conveys it to the load lock chamber portion 210 or the load lock chamber 220 via the transfer chamber portion 310.
本実施形態ではアッシング処理を例に説明したが、それに限るものではなく、エッチング処理、膜の改質処理や成膜処理など、プラズマを用いた処理で実施可能である。 In the present embodiment, the ashing treatment has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and it can be carried out by a treatment using plasma such as an etching treatment, a film modification treatment, and a film formation treatment.
また、本実施形態ではバッフル板を２枚用いる例を説明したが、それに限るものではなく、コイル上端とガス導入口との間に複数枚用いればよい。 Further, in the present embodiment, an example in which two baffle plates are used has been described, but the present invention is not limited to this, and a plurality of baffle plates may be used between the upper end of the coil and the gas inlet.
以上のように、本実施形態によって反応容器４３１の内壁に沿ってガスを流すことができ、電界の強い領域にガスを供給することが可能となって、プラズマの生成効率を高くすることができる。また、高いエネルギーであり、且つ寿命の長いプラズマが生成される。
従って、高いアッシングレートでの処理が可能となり、その結果装置全体のスループットを高くすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the gas can flow along the inner wall of the reaction vessel 431, the gas can be supplied to the region where the electric field is strong, and the plasma generation efficiency can be increased. .. In addition, plasma with high energy and long life is generated.
Therefore, processing at a high ashing rate becomes possible, and as a result, the throughput of the entire device can be increased.
本発明は、特許請求の範囲に記載した通りであり、さらに次に付記した事項を含む。 The present invention is as described in the claims, and further includes the following items.
〔付記１〕
コイルを外周に設け、筒状で構成される反応容器と、前記反応容器の端部に設けられた蓋部と、前記蓋部に設けられたガス導入口と、前記ガス導入口と前記コイルの上端の間に設けた第一の板と、前記第一の板と前記コイルの上端の間に設けた第二の板と、前記反応容器の内、前記蓋部と異なる方向に設けられた基板処理室と、前記基板処理室に接続されたガス排気部と、を有する基板処理装置。
[Appendix 1]
A reaction vessel having a coil provided on the outer periphery and having a tubular shape, a lid provided at the end of the reaction vessel, a gas introduction port provided on the lid, a gas introduction port, and the coil. A first plate provided between the upper ends, a second plate provided between the first plate and the upper end of the coil, and a substrate provided in the reaction vessel in a direction different from that of the lid portion. A substrate processing apparatus having a processing chamber and a gas exhaust unit connected to the substrate processing chamber.
〔付記２〕
前記反応容器の先端部の外周にＯリングを有する付記1記載の基板処理装置。
[Appendix 2]
The substrate processing apparatus according to Appendix 1, which has an O-ring on the outer periphery of the tip of the reaction vessel.
〔付記３〕
コイルを外周に設け、筒状で構成される反応容器と、前記反応容器の端部に設けられた蓋部と、前記蓋部に設けられたガス導入口と、前記ガス導入口と前記コイルの上端の間に設けた第一の板と、前記第一の板と前記コイルの上端の間に設けた第二の板と、前記反応容器の内、前記蓋部と異なる方向に設けられた基板処理室と、前記基板処理室に接続されたガス排気部と、を有する基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、前記ガス導入口から導入されたガスを前記第一の板と第二の板を介して前記コイル近傍に導く工程と、前記コイルによって前記ガスをプラズマ状態とし、前記基板処理室に載置された基板を処理する工程と、前記ガス排気部によりガスを排気する工程とを有する半導体装置の製造方法。
[Appendix 3]
A reaction vessel having a coil provided on the outer periphery and having a tubular shape, a lid provided at the end of the reaction vessel, a gas introduction port provided on the lid, a gas introduction port, and the coil. A first plate provided between the upper ends, a second plate provided between the first plate and the upper end of the coil, and a substrate provided in the reaction vessel in a direction different from that of the lid. A method for manufacturing a semiconductor device using a substrate processing apparatus having a processing chamber and a gas exhaust unit connected to the substrate processing chamber, wherein the gas introduced from the gas introduction port is used as the first plate. A step of guiding the gas to the vicinity of the coil via a second plate, a step of putting the gas into a plasma state by the coil and processing the substrate placed in the substrate processing chamber, and exhausting the gas by the gas exhaust portion. A method for manufacturing a semiconductor device having a process.
〔付記４〕
コイルを外周に設け、筒状で構成される反応容器と、前記反応容器の端部に設けられた蓋部と、前記蓋部に設けられたガス導入口と、前記反応容器の内、前記蓋部と異なる方向に設けられた基板処理室と、前記基板処理室に接続されたガス排気部とを有する基板処理装置に用いるバッフル構造であって、前記ガス導入口と前記コイルの上端の間に第一の板と第二の板を積層して配置するバッフル構造。
[Appendix 4]
A reaction vessel having a coil provided on the outer periphery and having a tubular shape, a lid provided at the end of the reaction vessel, a gas introduction port provided on the lid, and a lid of the reaction vessel. It is a baffle structure used for a substrate processing apparatus having a substrate processing chamber provided in a direction different from the portion and a gas exhaust portion connected to the substrate processing chamber, and is between the gas introduction port and the upper end of the coil. A baffle structure in which the first plate and the second plate are stacked and arranged.
〔付記５〕
コイルを外周に設け、筒状で構成される反応容器と、前記反応容器の端部に設けられた蓋部と、前記蓋部に設けられたガス導入口と、前記反応容器の内、前記蓋部と異なる方向に設けられた基板処理室と、前記基板処理室に接続されたガス排気部とを有する基板処理装置に用いるバッフル構造であって、第一の板と第二の板を空間を介して重ねるようバッフル構造を形成し、前記バッフル構造の高さは前記ガス導入口と前記コイルの上端間の距離より低くなるよう構成するバッフル構造。
[Appendix 5]
A reaction vessel having a coil provided on the outer periphery and having a tubular shape, a lid provided at the end of the reaction vessel, a gas introduction port provided on the lid, and a lid of the reaction vessel. It is a baffle structure used for a substrate processing apparatus having a substrate processing chamber provided in a direction different from the portion and a gas exhaust portion connected to the substrate processing chamber, and a space is provided between the first plate and the second plate. A baffle structure in which a baffle structure is formed so as to be overlapped with each other so that the height of the baffle structure is lower than the distance between the gas inlet and the upper end of the coil.
１０…アッシング装置
１００…ＥＦＥＭ
１１０、１２０…ＦＯＵＰ
１３０…大気ロボット
２００…ロードロックチャンバ部
２１０、２２０…バッファユニット
２１１、２２１…ボート
２１２、２２２…インデックスアセンブリ
２５０、２６０…ロードロックチャンバ
３００…トランスファーチャンバ部
３１０…トランスファーチャンバ
３１１、３１２、３１３、３１４…ゲートバルブ
３２０…真空アームロボットユニット
３２１…フィンガー
３２５…θ軸
３２６…Ｙ軸
４００…プロセスチャンバ部
４１０、４２０…プラズマ処理ユニット
４１１、４２１…サセプタテーブル
４１２、４２２…Ｚ軸
４１３、４２３…リフターピン
４３０、４４０…プラズマ発生室
４３１、４４１…反応容器
４３２、４４２…共振コイル
４３３、４４３…ガス導入口
４４５…処理室
４４４…高周波電源
４４６…周波数整合器
４４８…ベースプレート
４５２…外側シールド
４５３…Ｏリング
４５４…トッププレート
４５４ａ…蓋部
４５５…ガス供給管
４５８…バッフルリング
４６０…バッフル板
４６２…可動タップ
４６３…ヒータ
４６４…固定グランド
４６６…可動タップ
４６８…ＲＦセンサ
４７０，５００…コントローラ
４７２…ディスプレイ（表示装置）
４８０…排気管
４８２…ガス供給ユニット
６００…ウエハ
10 ... Ashing device 100 ... EFEM
110, 120 ... FOUP
130 ... Atmospheric robot 200 ... Road lock chamber 210, 220 ... Buffer unit 211, 221 ... Boat 212, 222 ... Index assembly 250, 260 ... Road lock chamber 300 ... Transfer chamber 310 ... Transfer chamber 311, 312, 313, 314 ... Gate valve 320 ... Vacuum arm robot unit 321 ... Finger 325 ... θ axis 326 ... Y axis 400 ... Process chamber part 410, 420 ... Plasma processing unit 411, 421 ... Suceptor table 412, 422 ... Z axis 413, 423 ... Lifter pin 430, 440 ... Plasma generation chambers 431, 441 ... Reaction chambers 432, 442 ... Resonant coils 433, 443 ... Gas inlet 445 ... Processing chamber 444 ... High frequency power supply 446 ... Frequency matcher 448 ... Base plate 452 ... Outer shield 453 ... O-ring 454 ... Top plate 454a ... Lid 455 ... Gas supply pipe 458 ... Baffle ring 460 ... Baffle plate 462 ... Movable tap 463 ... Heater 464 ... Fixed ground 466 ... Movable tap 468 ... RF sensor 470,500 ... Controller 472 ... Display (display) apparatus)
480 ... Exhaust pipe 482 ... Gas supply unit 600 ... Wafer
Claims (7)
前記反応容器の側壁外周に設けられたコイルと、
前記反応容器の内側の容器上端面に設けられたガス導入口と、
前記反応容器内であって前記ガス導入口と前記コイルの上端の間に設けられ、前記容器上端面に対向する対向面を有するガス流路形成部と、
前記ガス流路形成部の上端の外縁と前記反応容器の内周面との間に、前記ガス流路形成部の上端の外縁を囲むように形成された第１の間隙と、
前記ガス流路形成部の下端の外縁と前記反応容器の内周面との間に、前記ガス流路形成部の下端の外縁を囲むように形成された第２の間隙と、
前記反応容器の下端方向に設けられた基板処理室と、
を有し、
前記ガス流路形成部は、前記ガス導入口から供給されたガスが、前記容器上端面と前記対向面との間を流れた後、前記第１の間隙及び前記第２の間隙を通過し、前記ガス流路形成部の下方において前記反応容器の内周面に沿って略垂直に流れるガス流路を形成する、
基板処理装置。 Reaction vessel and
A coil provided on the outer periphery of the side wall of the reaction vessel and
A gas inlet provided on the upper end surface of the inside of the reaction vessel and
A gas flow path forming portion provided in the reaction vessel between the gas introduction port and the upper end of the coil and having a facing surface facing the upper end surface of the container.
A first gap formed so as to surround the outer edge of the upper end of the gas flow path forming portion between the outer edge of the upper end of the gas flow path forming portion and the inner peripheral surface of the reaction vessel.
A second gap formed so as to surround the outer edge of the lower end of the gas flow path forming portion between the outer edge of the lower end of the gas flow path forming portion and the inner peripheral surface of the reaction vessel.
A substrate processing chamber provided in the lower end direction of the reaction vessel and
Have,
In the gas flow path forming portion, the gas supplied from the gas introduction port flows between the upper end surface of the container and the facing surface, and then passes through the first gap and the second gap. A gas flow path that flows substantially vertically along the inner peripheral surface of the reaction vessel is formed below the gas flow path forming portion.
Board processing equipment.
前記反応容器の側壁外周に設けられたコイルと、
前記反応容器の内側の容器上端面に設けられたガス導入口と、
前記反応容器内であって前記ガス導入口と前記コイルの上端の間に設けられ、前記容器上端面に対向する対向面を有するガス流路形成部と、
前記ガス流路形成部の上端の外縁と前記反応容器の内周面との間に、前記ガス流路形成部の上端の外縁を囲むように形成された第１の間隙と、
前記ガス流路形成部の下端の外縁と前記反応容器の内周面との間に、前記ガス流路形成部の下端の外縁を囲むように形成された第２の間隙と、
前記反応容器の下端方向に設けられた基板処理室と、
を有し、
前記ガス流路形成部は、前記ガス導入口から供給されたガスが、前記容器上端面と前記対向面との間を流れた後、前記第１の間隙及び前記第２の間隙を通過し、前記ガス流路形成部の下方において前記反応容器の内周面に沿って略垂直に流れるガス流路を形成する基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記ガス導入口から前記反応容器内へ前記ガスを導入する工程と、
前記コイルに高周波電力を供給することによって、前記反応容器内に前記ガスのプラズマを生成する工程と、
前記反応容器内に生成された前記プラズマを用いて前記基板処理室内に載置された基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 Reaction vessel and
A coil provided on the outer periphery of the side wall of the reaction vessel and
A gas inlet provided on the upper end surface of the inside of the reaction vessel and
A gas flow path forming portion provided in the reaction vessel between the gas introduction port and the upper end of the coil and having a facing surface facing the upper end surface of the container.
A first gap formed so as to surround the outer edge of the upper end of the gas flow path forming portion between the outer edge of the upper end of the gas flow path forming portion and the inner peripheral surface of the reaction vessel.
A second gap formed so as to surround the outer edge of the lower end of the gas flow path forming portion between the outer edge of the lower end of the gas flow path forming portion and the inner peripheral surface of the reaction vessel.
A substrate processing chamber provided in the lower end direction of the reaction vessel and
Have,
In the gas flow path forming portion, the gas supplied from the gas introduction port flows between the upper end surface of the container and the facing surface, and then passes through the first gap and the second gap. A method for manufacturing a semiconductor device using a substrate processing device that forms a gas flow path that flows substantially vertically along the inner peripheral surface of the reaction vessel below the gas flow path forming portion.
The step of introducing the gas into the reaction vessel from the gas introduction port and
A step of generating plasma of the gas in the reaction vessel by supplying high-frequency power to the coil, and
A step of processing a substrate placed in the substrate processing chamber using the plasma generated in the reaction vessel, and a step of processing the substrate placed in the substrate processing chamber.
A method for manufacturing a semiconductor device having.
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