JP2023116233A - Device for performing plasma treatment and method for performing plasma treatment - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、プラズマ処理を行う装置、及びプラズマ処理を行う方法に関する。 The present disclosure relates to an apparatus for performing plasma processing and a method for performing plasma processing.
半導体デバイスの製造工程にて半導体ウエハ(以下、「ウエハ」と記載する)に成膜を行う処理として、CVD(Chemical Vapor Deposition)法や、ALD(Atomic Layer Deposition)法が知られている。これらの成膜処理では、膜原料を含む原料ガス、原料ガスの酸化や還元を行う反応ガスなど(以下、これらをまとめて「成膜ガス」ともいう)が用いられる。 CVD (Chemical Vapor Deposition) and ALD (Atomic Layer Deposition) are known as processes for forming films on semiconductor wafers (hereinafter referred to as "wafers") in the manufacturing process of semiconductor devices. In these film formation processes, source gases containing film materials, reaction gases for oxidizing and reducing the source gases, and the like (hereinafter collectively referred to as "film formation gases") are used.
成膜処理においては、成膜ガスをプラズマ化することにより得られた反応性の高い活性種を利用する場合がある。
例えば特許文献1には、支持台に支持された基板と対向するように突出形成された複数個の円筒状金属電極(アノード)内の中央に、針状金属電極(カソード)を配置したプラズマCVD装置が記載されている。このプラズマCVD装置は、円筒状金属電極内に原料ガスを導入し、円筒状金属電極と針状金属電極との間にグロー放電を形成することにより、ラジカルやイオンを得る。
In a film forming process, highly reactive active species obtained by plasmatizing a film forming gas may be used.
For example, Patent Document 1 discloses plasma CVD in which needle-shaped metal electrodes (cathode) are arranged in the center of a plurality of cylindrical metal electrodes (anode) protruding so as to face a substrate supported by a support table. A device is described. This plasma CVD apparatus obtains radicals and ions by introducing a raw material gas into a cylindrical metal electrode and forming a glow discharge between the cylindrical metal electrode and the needle-like metal electrode.
また、特許文献2には、マイクロ波プラズマにより発生させる空間とサセプタに載置されたウエハとの間に、複数の貫通孔が形成されたプレートを2枚重ねで配置した技術が記載されている。上下のプレートの貫通孔が重ならないように貫通孔の形成位置をずらすことにより、プラズマ中のイオンを遮断して、水素ラジカルを選択的に通過させる構成となっている。
なお、成膜処理以外に、エッチング処理や改質処理などにおいても、プラズマ化したガス中の活性種を利用した処理が行われる。
Further,
In addition to the film forming process, etching process, modification process, and the like are also performed using active species in plasma gas.
本開示は、プラズマ化した処理ガスから、基板に対して低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルを供給してプラズマ処理を行う技術を提供する。 The present disclosure provides a technique of performing plasma processing by supplying low-energy charged particles, neutral particles, or radicals to a substrate from a plasmatized processing gas.
本開示は、処理容器内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う装置であって、
前記処理容器内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、
前記載置台の上方側に設けられ、二重管状に対向して配置された管状壁面の間に形成された筒状の空間であって、各々、前記処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成機構が併設された複数のプラズマ形成空間と、
筒状である前記プラズマ形成空間内の軸方向に沿って前記処理ガスが流れるように、当該処理ガスの流れの上流側の位置に前記処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
各々の前記プラズマ形成空間から前記処理ガスが流出する位置に設けられ、前記処理ガスの流れの方向が、筒状である前記プラズマ形成空間の径方向に向かうように前記流れを規制すると共に、前記管状壁面の一方側を構成する部材との間に、前記プラズマ形成空間よりも流路面積が小さい絞り流路を形成する、リング状の規制部材と、を備えた、装置である。
The present disclosure is an apparatus for performing plasma processing by supplying a plasmatized processing gas to a substrate in a processing container,
a mounting table provided in the processing container for mounting the substrate;
A cylindrical space provided above the mounting table and formed between tubular wall surfaces facing each other in a double tubular shape, the plasma forming mechanism for plasmatizing the processing gas. A plurality of plasma formation spaces with
a processing gas supply unit for supplying the processing gas to a position on the upstream side of the flow of the processing gas so that the processing gas flows along the axial direction in the cylindrical plasma forming space;
It is provided at a position where the processing gas flows out from each of the plasma forming spaces, and regulates the flow of the processing gas so that the direction of flow of the processing gas is directed in the radial direction of the cylindrical plasma forming space, and and a ring-shaped regulating member that forms a throttle channel having a channel area smaller than that of the plasma forming space between itself and a member forming one side of the tubular wall surface.
本開示によれば、プラズマ化した処理ガスから、基板に対して低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルを供給してプラズマ処理を行うことができる。 According to the present disclosure, plasma processing can be performed by supplying low-energy charged particles, neutral particles, or radicals to a substrate from a plasmatized processing gas.
<成膜装置>
初めに、本開示に係る「プラズマ処理を行う装置」の一実施形態である成膜装置1の全体構成例について、図1を参照しながら説明する。本例の成膜装置1は、処理ガスとして、膜原料を含む原料ガスや反応ガスなどの成膜ガスをウエハWに供給し、ウエハWの表面に所望の物質の膜を成膜するように構成されている。ウエハWに形成する膜に特段の限定はなく、絶縁膜を形成するための金属酸化膜や金属窒化膜であってもよいし、配線層を形成するための金属膜であってもよい。また、この成膜装置1は、後述する筒状のプラズマ形成空間7にて生成した成膜ガスのプラズマの流れを制御することより、低エネルギー粒子、中性粒子またはラジカルを高濃度で供給することが可能な構成となっている。
<Deposition equipment>
First, an example of the overall configuration of a film forming apparatus 1, which is an embodiment of the "apparatus for performing plasma processing" according to the present disclosure, will be described with reference to FIG. The film forming apparatus 1 of this embodiment supplies a film forming gas such as a raw material gas containing a film raw material or a reaction gas as a processing gas to the wafer W so as to form a film of a desired substance on the surface of the wafer W. It is configured. The film formed on the wafer W is not particularly limited, and may be a metal oxide film or a metal nitride film for forming an insulating film, or a metal film for forming a wiring layer. In addition, the film forming apparatus 1 supplies low-energy particles, neutral particles, or radicals at a high concentration by controlling the plasma flow of the film forming gas generated in the cylindrical
この成膜装置1は、ウエハWを収容して処理を行う処理容器11内に、金属化合物などの膜原料を含む原料ガスや反応ガスなどの成膜ガスを供給し、ウエハWの表面に所望の物質の膜を成膜するように構成されている。成膜を行う手法としては、成膜ガスを連続的に供給し、ウエハWの表面に膜物質を堆積させるCVD法であってもよい。また、原料ガスの供給と排気、反応ガスの供給と排気を交互に実施し、ウエハWへの原料ガスの吸着と、反応とを繰り返して、膜物質の薄膜を積層させるALD法であってもよい。
This film forming apparatus 1 supplies a film forming gas such as a raw material gas containing a film raw material such as a metal compound or a reaction gas into a
本例の処理容器11は扁平な円筒状の金属により構成され、接地されている。処理容器11の側壁には、ウエハWの搬入出を行うための搬入出口12と、この搬入出口12を開閉するゲートバルブ13とが設けられている。搬入出口12よりも上部側には、平面視、円環状に構成された排気ダクト14が設けられている。排気ダクト14の内周面には、周方向に沿って伸びるスリット状の排気口141が形成されている。排気ダクト14の側壁面には開口部15が形成され、この開口部15を介して排気管16の一端が接続されている。この排気管16の他端には、圧力調節機構や真空ポンプを含む排気機構17が接続されている。
The
処理容器11内にはウエハWを水平に載置するための載置台31が設けられている。載置台31の内部には、ウエハWを加熱するためのヒーター311が設けられている。載置台31の下面側中央部には、処理容器11の底部を貫通し、上下方向に伸びる棒状の支持部材34の上端部が接続されている。支持部材34の下端部には昇降機構35が接続され、この昇降機構35によって載置台31は、図1に一点鎖線で示す下方側の位置と、同図に実線で示す上方側の位置との間を昇降移動することができる。下方側の位置は、搬入出口12から処理容器11内に進入するウエハWの搬送機構(不図示)との間で当該ウエハWの受け渡しを行うための受け渡し位置である。また、上方側の位置は、ウエハWに対する成膜処理が行われる処理位置である。
A mounting table 31 for horizontally mounting the wafer W is provided in the
また載置台31の下方側には、昇降機構381によって昇降自在に構成された複数本の支持ピン38が配置されている。載置台31を受け渡し位置に位置させたとき、支持ピン38を昇降させると、載置台31に設けられた貫通孔39を介して支持ピン38が載置台31の上面から突没する。この動作により、載置台31と搬送機構との間でウエハWの受け渡しを行うことができる。
Further, a plurality of support pins 38 configured to be vertically movable by a
<ガス供給系4>
円環状に構成された排気ダクト14の内側、即ち、載置台31の上方側には、既述のプラズマ形成空間7を備えたガス供給機構2が設けられている。ガス供給機構2の詳細な構成については、図2以降にて説明するので、当該ガス供給機構2に向けて各種成膜ガスを供給するガス供給系4の構成例について先に説明しておく。
<Gas supply system 4>
Inside the
本例のガス供給系4は、ウエハWに形成される膜の膜物質の原料となるプリカーサ(膜原料)を含む原料ガスを供給する原料ガス供給部41と、プリカーサと反応して膜物質を得るための反応ガスを供給する反応ガス供給部42と、成膜ガス(後述の例では反応ガス)のプラズマ化を補助するために添加される、アルゴンガスなどの補助ガスを供給する補助ガス供給部43とを備える。膜物質として、チタンを含む膜を形成する場合には、TiCl4を含む原料ガスを用いる場合を例示できる。反応ガスとしては、酸化膜を形成する場合の酸素ガスやオゾンガス、窒化膜を形成する場合のアンモニアガス、プリカーサを還元して金属膜を形成する場合の還元ガスである水素ガスなどを例示することができる。
The gas supply system 4 of this example includes a source
原料ガス供給部41には、原料ガス供給ライン412の一端が接続され、この原料ガス供給ライン412には、上流側から順に、流量調節部411及びバルブV1が介設されている。また反応ガス供給部42には反応ガス供給ライン422の一端が接続され、この反応ガス供給ライン422には、上流側から順に、流量調節部421及びバルブV2が介設されている。また、例えばALDにより成膜を行う場合には、短時間に十分な量の原料ガスや反応ガスを供給するため、バルブV1、V2の上流側に、各ガスの貯留タンク413、423を設けてもよい。
One end of a source
さらにまた補助ガス供給部43には補助ガス供給ライン432の一端が接続され、この補助ガス供給ライン432には、上流側から順に、流量調節部431及びバルブV3が介設されている。
なお、ガス供給系4の構成は、この例に限定されるものではなく、例えば各ガス供給ライン412、422、432に対し、処理容器11からの成膜ガスの排出を促進するパージガスを供給するためのパージガス供給ラインを合流させてもよい。パージガスとしては、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを例示することができる。
Further, one end of an auxiliary
Note that the configuration of the gas supply system 4 is not limited to this example. may be joined together. Examples of the purge gas include inert gases such as argon gas and nitrogen gas.
各ガス供給ライン412、422、432の他端部は、ガス供給機構2に設けられた接続ポート部21に接続されている。接続ポート部21の具体的な構成は、図2以降のガス供給機構2の説明と共に行うので、図1にはガス供給ライン412、422、432が接続される領域を包括的に表示してある。
また、ガス供給機構2には、プラズマ形成用の高周波電力を印加する高周波電源52が整合器51を介して接続され、さらに接地端が接続されている。高周波電源52、接地端の接続状態などに係る構成についても図2以降のガス供給機構2の説明にて行う。
The other end of each
The
<第1実施形態のガス供給機構2>
次いで、成膜ガスをプラズマ化し、載置台31に載置されたウエハWに向けて、プラズマに含まれる活性種を供給するガス供給機構2の構成例(第1実施形態)について、図2~図4を参照しながら説明する。
<
Next, a configuration example (first embodiment) of the
本例のガス供給機構2は、筒状、例えば円筒状の空間であるプラズマ形成空間7内にて、反応ガス供給部42から供給される反応ガスを含む成膜ガスの容量結合プラズマを発生させる。そしてプラズマに含まれる活性種をウエハWに向けて供給する構成となっている。このとき、ガス供給機構2は、プラズマに含まれる高エネルギーの荷電粒子(イオン)を除去し、低エネルギーの荷電粒子、中性粒子またはラジカルの含有濃度を上昇させた状態で活性種を供給する。この結果、ウエハWに対するダメージの少ない成膜処理を行うことができる。
The
図2は、本例のガス供給機構2の一部破断側面図を示し、図3はその拡大縦断面図を示している。また、図4(a)はガス供給機構2を上面側から見た平面図、図4(b)は、ガス供給機構2を下面側から見た平面図を示している。
図2に示すように、ガス供給機構2には、複数のプラズマ形成空間7が互いに横方向に隣り合うように配置されている。また、これらのプラズマ形成空間7が配置された領域の下面側には、載置台31上のウエハWへ向けて各種の成膜ガスを分散供給するためのガスシャワーヘッド部(以下、単に「シャワーヘッド部」と記載する)22が設けられている。各プラズマ形成空間7の構成は互いに共通するので、図3を参照しながらプラズマ形成空間7の構成例について詳細に説明する。
FIG. 2 shows a partially broken side view of the
As shown in FIG. 2, in the
図3に示すように、ガス供給機構2には、誘電体部材からなる誘電体板601の下面側に、外側セル643と内側セル63とを入れ子状に配置した構成となっている。外側セル643及び内側セル63は、各々、円筒状の誘電体部材により構成され、外側セル643の内径が、内側セル63の外径よりも大きくなっている。
As shown in FIG. 3, the
これら外側セル643及び内側セル63は、中心軸の位置を揃えて、当該中心軸が上下方向を向くように、誘電体板601の下面に接続されている。なお各誘電体部材は例えば石英により構成される(以下、特に言及がない限り同じ)。
上述の構成により、いずれも誘電体部材により構成された、内側セル63の外周側の壁面(管状壁面)と、外側セル643の内周側の壁面(管状壁面)とが二重管状に配置され、これらの壁面の間に、円筒状のプラズマ形成空間7が形成される。なお、図4(a)には、内側セル63及び外側セル643の壁面の位置を破線で示してある。
The
With the above-described configuration, the wall surface (tubular wall surface) on the outer peripheral side of the
内側セル63の内部には、筒状に形成された金属からなる電極612が設けられている。電極612に対しては、上面側に設けられた金属板を貫通するように、棒ネジ状の電極端子611が挿入されている。電極端子611の上端部には、整合器51を介して高周波電源52が接続されている。
Inside the
また電極端子611の上部側部分は、誘電体板601に取り付けられた誘電体部材からなる上部ナット621により保持されている。この上部ナット621の下端部は、誘電体板601の下面から突出し、内側セル63内に挿入されている。
An upper portion of the
さらに内側セル63の下面側からは、筒状の電極612内に嵌合するように、誘電体部材からなる下部ナット622が挿入されている。下部ナット622の上面には開口が形成され、当該開口内に電極端子611の下端部が挿入されている。また、下部ナット622の下端部にはフランジが形成され、当該フランジによって内側セル63の下面側の開口が塞がれている。
Furthermore, a
一方、外側セル643には、上面側へ向けて開口する溝が、周方向に沿って形成されている。この溝には、後述する原料ガス流路65が貫通している位置を除いて、概略筒状に形成された金属からなる電極642が挿入されている。電極642に対しては、棒ネジ状の電極端子641が挿入されている。電極端子641の上端部には、接地端が接続されている。
On the other hand, in the
以上に説明した構成により、プラズマ形成空間7を形成する内側セル63、外側セル643の内側に各々配置された電極612、642が対向電極となる。そして、高周波電源52より、カソード電極である電極612に高周波電力を供給すると、接地されたアノード電極である電極642との間のプラズマ形成空間7内に容量結合が形成される。
With the above-described configuration, the
次いで、容量結合が形成されるプラズマ形成空間7に成膜ガスを供給する構成について説明する。本例のガス供給機構2においては、反応ガス、及び反応ガスのプラズマ化を補助する補助ガスがプラズマ形成空間7内に供給される例を示す。
図3に示すように、誘電体板601の上面側には、反応ガスを供給する反応ガス供給ライン422に接続される接続ポート211、及び補助ガスを供給する補助ガス供給ライン432に接続される接続ポート212が設けられている。接続ポート211、212は、各々、誘電体板601を上下方向に貫通する反応ガス流路671、補助ガス流路672に接続されている。誘電体板601の上面には、複数の接続ポート211、212が設けられており、反応ガス供給ライン422、補助ガス供給ライン432の下流側の端部は分岐して、各々の接続ポート211、212に接続されている。
図1に示す接続ポート部21は、上述した反応ガス供給ライン422、補助ガス供給ライン432との接続ポート211、212、及び、後述する原料ガス供給ライン412との接続ポート213を包括表示したものである。
Next, a configuration for supplying the film forming gas to the
As shown in FIG. 3, the upper surface of the
The
一方、誘電体板601の下面側に設けられた内側セル63の上端部には、内側セル63の本体よりも径の大きなフランジ部631が設けられている。既述の反応ガス流路671、補助ガス流路672の下端部は、このフランジ部631の上面へ向けて開口している。さらに反応ガス流路671、補助ガス流路672の開口位置よりも、径方向外方側の領域では、フランジ部631の上面と誘電体板601の下面との間に隙間が形成されている。この隙間を導入流路72として、反応ガス供給ライン422から供給された反応ガス、及び補助ガス供給ライン432から供給された補助ガスが、プラズマ形成空間7内に流れ込む。
On the other hand, a
プラズマ形成空間7に流れ込んだ反応ガス及び補助ガスが混合されて形成される成膜ガスは、プラズマ形成空間7の上部側から下部側へ向けて軸方向に沿って流れると共に、電極612、642間の容量結合の作用によりプラズマ化される。
この観点で、反応ガス供給ライン422、補助ガス供給ライン432の上流側の各機器(反応ガス供給部42、補助ガス供給部43、流量調節部421、431など)や接続ポート211、212、反応ガス流路671、補助ガス流路672、導入流路72は、本例の処理ガス供給部に相当している。また、対向電極を構成する電極612、642や整合器51、高周波電源52は、成膜ガス(反応ガス、補助ガス)をプラズマ化するためにプラズマ形成空間7に併設されたプラズマ形成機構に相当する。
The film forming gas formed by mixing the reaction gas and the auxiliary gas that flowed into the
From this point of view, each device on the upstream side of the reaction
一方、成膜ガスが流れ出る位置であるプラズマ形成空間7の下端部には、プラズマ化した成膜ガスに含まれる高エネルギーの荷電粒子を除去するための規制部材が設けられている。本例の規制部材は、外側セル643の下端部から、内側セル63側へ向け、プラズマ形成空間7の径方向内側へ突出するように設けられたリング状の支持部661と、支持部661の内周縁部上に配置されたリング部材662とを備えている。支持部661やリング部材662は、誘電体部材により構成してもよいし、金属部材の表面を誘電体膜で被覆した構成としてもよい。これらの部材を構成し、または金属部材を被覆する誘電体は、二酸化ケイ素(石英)の他、酸化イットリアなどを例示することができる。
On the other hand, a regulating member for removing high-energy charged particles contained in the plasmatized film-forming gas is provided at the lower end of the
支持部661に支持されたリング部材662は、内側セル63及び下部ナット622の下方側に配置され、載置台31側から見て、内側セル63の下面全体、及び下部ナット622の下面の一部を覆うように設けられている。リング部材662の上面と、内側セル63、下部ナット622の下面との間には、隙間が形成されている。この隙間を絞り流路71として、プラズマ形成空間7から流れ出た成膜ガスが、当該絞り流路71及びリング部材662の中央部側の開口部73を介して下方側のシャワーヘッド部22へと流れ込む。なお、図示の便宜上、図2においては、導入流路72や絞り流路71の記載を省略してある。
The
これら支持部661及びリング部材662は、プラズマ形成空間7から成膜ガスが流出する位置に設けられ、プラズマ形成空間7の軸方向に沿った成膜ガスの流れの方向を、筒状のプラズマ形成空間7の径方向に向かうように規制する。また、リング部材662の上面と、内側セル63、下部ナット622の下面との間に形成される絞り流路71の流路面積(流れ方向と交差する流路の断面積)は、プラズマ形成空間7よりも流路面積が小さくなっている。
The supporting
これら支持部661及びリング部材662は、本例の規制部材を構成している。また、内側セル63、下部ナット622は第1部材に相当し、第1部材の下方側へ向けて突出するように配置される規制部材(支持部661)の起点に位置する外側セル643は第2部材に相当する。
また上述のように、いずれも規制部材である支持部661とリング部材662とは別体として構成されている。このため、開口部73の開口径が異なるリング部材662に取り換えることにより、絞り流路71の流路長を変更することができる。
The
Further, as described above, the
リング部材662の開口部73を介して成膜ガスが流れ出す位置には、シャワーヘッド部22が配置されている。シャワーヘッド部22内は、ガス供給機構2に複数、設けられているプラズマ形成空間7の各々に対応させて、プラズマ形成空間7から流出した成膜ガスを拡散させるための複数のガス拡散室222aに区画されている。ガス拡散室222aは、規制部材である支持部661、リング部材662の下方側に、ガス分散板221を配置することによって構成されている。ガス分散板221には、処理容器11へ向けて成膜ガスを供給するための多数のガス供給孔223が形成されている。図4(b)には、ガス拡散室222aが形成されている領域に対応させドットパターンを付すことにより、当該領域に多数のガス供給孔223が形成されている様子を模式的に示してある。図4(b)に示すように、各ガス拡散室222aは、平面形状が円形に形成されている。
The
さらにガス供給機構2は、処理容器11内へ向けて、プリカーサを含む原料ガスを供給する機能を備えている。本例のガス供給機構2において、原料ガスは、プラズマ形成空間7を介さずに、プラズマ化していない「他の成膜ガス(処理ガス)」として処理容器11内に供給される。
Further, the
例えば図4(a)に示すように、誘電体板601の上面側には、円筒状に構成された外側セル643の上方側に位置するように接続ポート213が設けられている。誘電体板601の上面には、複数の接続ポート213が設けられており、原料ガスを供給する原料ガス供給ライン412の下流側の端部は分岐して、各々の接続ポート213に接続されている。図3に示すように、接続ポート213には、誘電体板601及び外側セル643を上下方向に貫通するように、金属製の配管部材からなる原料ガス流路65が設けられている。原料ガス流路65は、外側セル643内に配置された電極642と電気的に接続され、接地された状態となっている。
For example, as shown in FIG. 4A, the
原料ガス流路65の下端部は、既述のガス拡散室222aと区画して形成されたガス拡散室222bに接続されている。ガス拡散室222bは、平面形状が円形に形成された各ガス拡散室222aの周囲を囲むように、円環状に形成されている。ガス拡散室222bの下面側のガス分散板221についても、処理容器11へ向けて成膜ガスを供給するための多数のガス供給孔223が形成されている。図4(b)には、ガス拡散室222bが形成されている円環状の領域に対応させてドットパターンを付すことにより、当該領域に多数のガス供給孔223が形成されている様子を模式的に示してある。
A lower end portion of the source
本例のガス供給機構2には、図3を用いて説明したプラズマ形成空間7の関連構成(内側セル63、外側セル643、支持部661、リング部材662、ガス拡散室222aなど)を1ユニットとして、複数ユニット分のプラズマ形成空間7が設けられている。このとき、図2、図4(a)、(b)に示すように、プラズマ形成空間7を構成する各ユニットは、平面視円形状のガス供給機構2の面内にて、互いに隣り合うように充填配置されている。
In the
<制御部100>
図1の説明に戻ると、成膜装置1は制御部100を備えている。制御部100は、プログラムを記憶した記憶部、メモリ、CPUを含むコンピュータにより構成される。プログラムは、制御部100から成膜装置1の各部に向けて制御信号を出力し、ウエハWの搬入出や成膜処理を実行するための命令(ステップ)が組まれている。プログラムは、コンピュータの記憶部、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)、不揮発性メモリなどに格納され、この記憶部から読み出されて制御部100にインストールされる。
<
Returning to the description of FIG. 1 , the film forming apparatus 1 includes a
<成膜処理>
次いで、以上に説明した構成を備える成膜装置1を用い、プラズマ処理として、ウエハWへの成膜処理を実行する動作について説明する。
外部の真空搬送室に処理対象のウエハWが搬送されてきたら、ゲートバルブ13を開き、搬入出口12を介して、ウエハWを保持した搬送機構(不図示)を処理容器11内に進入させる。そして、下方位置にて待機している載置台31に対し、支持ピン38を用いてウエハWの受け渡しを行う。
<Deposition process>
Next, the operation of performing the film forming process on the wafer W as the plasma process using the film forming apparatus 1 having the configuration described above will be described.
When the wafer W to be processed is transferred to the external vacuum transfer chamber, the
しかる後、処理容器11から搬送機構を退出させ、ゲートバルブ13を閉じると共に、処理容器11内の圧力調節、ウエハWの温度調節を行う。次いで、各プラズマ形成空間7へ向けて反応ガス、補助ガスの供給を行うと共に、高周波電源52から電極612に高周波電力を印加し、電極642との間の容量結合により、プラズマ形成空間7に供給された成膜ガス(反応ガス、補助ガス)をプラズマ化する。なお、以下、作用に係る説明においては、説明の便宜上、反応ガスにのみ言及する場合があるが、プラズマ化する反応ガスには補助ガスも同時に供給されている。プラズマ化した反応ガスは、プラズマ形成空間7を通過し、ガス拡散室222aに流れ込んだ後、処理容器11内に供給される。
また、原料ガス流路65を介してガス拡散室222bに流れ込んだ原料ガスについても処理容器11内に供給される。
Thereafter, the transfer mechanism is withdrawn from the
Further, the raw material gas that has flowed into the
このとき、CVD法により成膜を行う場合は、プラズマ形成空間7を介した反応ガスの供給と、原料ガス流路65を介した原料ガスの供給とを並行して実施してもよい。
また、ALD法により成膜を行う場合には、例えば「原料ガス流路65を介した原料ガスの供給(ウエハWへのプリカーサの吸着)→プラズマ形成空間7及び原料ガス流路65を介したパージガスの供給→プラズマ形成空間7への反応ガスの供給(ウエハWに吸着したプリカーサとの反応)→プラズマ形成空間7及び原料ガス流路65を介したパージガスの供給」のサイクルが、所定回数繰り返される。この場合には、プラズマ形成空間7を介して供給されるガスのプラズマは、反応ガスの供給時にのみ形成される。
At this time, when the film is formed by the CVD method, the supply of the reactant gas through the
Further, when film formation is performed by the ALD method, for example, "supply of raw material gas through raw material gas flow path 65 (adsorption of precursor to wafer W) → supply of raw material gas through
<規制部材の作用>
ここで、プラズマ形成空間7内における反応ガスのプラズマ化、及びプラズマ化した反応ガスの流れに対する規制部材(支持部661、リング部材662)の作用について説明する。
内側セル63の上部側の導入流路72からプラズマ形成空間7内に流れ込んだ反応ガスは、上部側から下部側へ向けてプラズマ形成空間7内を流下する。この際、電極612、642間の容量結合の作用により反応ガスがプラズマ化され、反応ガスの活性種(イオン、電子、ラジカル)が生成する。
<Action of regulating member>
Here, the action of the regulating members (the
The reaction gas that has flowed into the
ここで、プラズマ形成空間7は、二重管状に対向して配置された内側セル63、外側セル643の管状壁面の間に形成された筒状の空間として構成されている。筒状のプラズマ形成空間7は、電極612、642間の離間距離が増大することを抑えつつ、限られた領域内に効率的にプラズマ形成空間7を配置することができる。このため、例えば同じ容積の円柱状の空間を挟んで電極612、642を配置し、容量結合プラズマを発生させる場合と比較して、反応ガスに対して効率的にエネルギーを供給し、活性種を生成することができる。
Here, the
プラズマ形成空間7にて生成した活性種は、イオン、電子、ラジカル単独の状態でウエハWに供給され、ウエハW上やその近傍にて原料ガスと反応し、膜が形成される。
The active species generated in the
一方で、プラズマ形成空間7にて生成した活性種の中には、比較的エネルギーの高いものが含まれる。例えば価数の大きいイオン(荷電粒子)が高密度でウエハWに供給されると、製造中のデバイス構造が電気的なダメージを受けてしまうおそれが生じる。また荷電粒子が、ウエハWの板面に向かう方向へ大きな運動エネルギーを持っている場合には、ウエハWに対する活性種の衝突に伴う物理的なダメージが大きくなる。
On the other hand, the active species generated in the
これらの点につき、プラズマ形成空間7から流出した反応ガスの活性種をそのままウエハWに供給すると、価数の大きなイオンが、大きな速度成分を持った状態でウエハWに供給され、電気的・物理的なダメージを与えてしまうおそれがある。
そこで、本例のガス供給機構2おいては、プラズマ形成空間7から反応ガスが流出する位置に、規制部材である支持部661、リング部材662を設けている。
With respect to these points, if the active species of the reaction gas flowing out from the
Therefore, in the
支持部661及びリング部材662がプラズマ形成空間7の出口位置に設けられていることにより、プラズマ形成空間7内における反応ガスのプラズマ化を阻害せず、十分な量の活性種を生成することができる。十分な量の活性種が得られた後、プラズマ形成空間7の径方向に向けて流れるように反応ガスの流れの方向を規制することにより、イオンが、大きな速度成分を持った状態のままウエハWに衝突することを避けることができる。
Since the supporting
また、既述のように支持部661やリング部材662は、二酸化ケイ素(石英)などの誘電体部材により構成され、または金属部材が誘電体膜により被覆された構成となっている。誘電体部材は、ラジカルや中性粒子が接触しても、これらの活性種を失活させにくい特性を有している。
Further, as described above, the supporting
一方、高エネルギーの荷電粒子(イオン)がプラズマ形成空間7の出口の支持部661やリング部材662の配置位置に到達すると、流れ方向が変化し、ウエハWに向かう速度成分が低下する。さらに、高エネルギー荷電粒子の一部は、支持部661やリング部材662に衝突して、その一部は、これらの部材661、662との接触により電荷が移動して失活する。
On the other hand, when the high-energy charged particles (ions) reach the arrangement positions of the supporting
さらに、リング部材662の上面と、内側セル63、下部ナット622の下面との間に形成される絞り流路71の流路面積は、プラズマ形成空間7よりも流路面積が小さい絞り流路となっている。そして、既述のように内側セル63、下部ナット622についても誘電体部材により構成されているところ、絞り流路71を流れる荷電粒子がリング部材662、内側セル63、下部ナット622の表面と接触した場合にも、荷電粒子の失活が生じる。そして、流路面積が小さい絞り流路71では、荷電粒子がこれら誘電体部材と接触する確率が高くなり、荷電粒子を効率的に失活させることができる。
Furthermore, the channel area of the
以上に説明したように、規制部材(支持部661、リング部材662)は、プラズマ形成空間7から流出する反応ガスの流れ方向を規制する作用、及び、ラジカル、中性粒子の失活を抑える一方、荷電粒子の失活を促進する作用を備える。これらの作用により、プラズマ形成空間7にて生成した活性種に含まれる高エネルギー荷電粒子は、誘電体部材との接触により失活し、また失活せずに残っている荷電粒子についても、ウエハWに向かう速度成分が小さくなる。
これらの作用により、高エネルギー荷電粒子が選択的に除去された活性種を含む反応ガスを得ることができる。
As described above, the regulating member (the
By these actions, a reactive gas containing active species from which high-energy charged particles are selectively removed can be obtained.
絞り流路71を通過した反応ガスは、開口部73を介してガス拡散室222aに流れ込み、ガス拡散室222a内に広がった後、ガス分散板221に多数形成されているガス供給孔223を介して処理容器11内に供給される。この反応ガスは、高エネルギーの荷電粒子の含有濃度が低減され、低エネルギー荷電粒子、中性粒子、ラジカルの含有濃度が高い状態となっているので、ウエハWに与えるダメージを小さく抑えつつ、成膜処理を進行させることができる。
After passing through the
予め設定された期間、CVD法またはALD法による成膜を行ったら、プラズマ形成空間7や原料ガス流路65からの各種成膜ガスの供給、及び電極端子611への高周波電力の供給を停止する。しかる後、搬入時とは反対の手順にて、成膜が行われたウエハWを処理容器11から搬出する。
After film formation by the CVD method or the ALD method has been performed for a preset period, the supply of various film forming gases from the
<効果>
本実施形態に係る成膜装置1によれば以下の効果がある。プラズマ化した成膜ガス(反応ガス)に含まれる、高エネルギー荷電粒子を規制部材(支持部661、リング部材662)により除去する。この結果、ウエハWに対して低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルを高濃度で供給して成膜処理を行うことができる。
<effect>
The film forming apparatus 1 according to this embodiment has the following effects. High-energy charged particles contained in the plasmatized film forming gas (reactive gas) are removed by the regulating members (supporting
ここで規制部材は、図3に示す例のように、外側セル643側から内側セル63側へ向けて突出し、内側セル63や下部ナット622との間に絞り流路71を形成するように設ける場合に限定されない。
例えば図5に示すガス供給機構2aのように、内側セル63側から外側セル643側へ向けて突出するように規制部材(支持部661a及びリング部材662a)を設けてもよい。この場合には、例えばリング部材662aの上面と電極642の下面との間の隙間が絞り流路71aとなる。この例では、外側セル643が第1部材に相当し、支持部661aの起点に位置する内側セル63が第2部材に相当する。
Here, as in the example shown in FIG. 3, the restricting member protrudes from the
For example, like the
<第2実施形態のガス供給機構2b>
次いで、図6~図8を参照しながら、第2実施形態に係るガス供給機構2bの構成例について説明する。なお、既に説明した図5に記載のガス供給機構2aを含め、図5~図16に記載の各構成において、図1~図4を用いて説明したものと共通の構成には、これらの図に付したものと共通の符号を付してある。
図6は、ガス供給機構2bを互いに直交する2方向から見た縦断側面を同一画面内に表示した図であり、図7A、図7Bは、上記2方向から見たガス供給機構2bの中央領域の拡大縦断面図である。また図8は、ガス供給機構2bを上面側から見た一部破断平面図である。
<
Next, a configuration example of the
FIG. 6 is a diagram showing longitudinal side surfaces of the
第1実施形態に係るガス供給機構2は、筒状に構成された複数のプラズマ形成空間7が互いに隣り合って配置されているのに対し、第2実施形態に係るガス供給機構2bは、複数のプラズマ形成空間7が多重同心円状に配置されている点が異なっている。
図6、図8に示すように、ガス供給機構2bの中央部には、円筒状の電極612aを収容した、誘電体部材からなる円筒状の内側セル63が設けられている。図7A、図7Bに示すように、電極612aには高周波電源52が接続されている。
In the
As shown in FIGS. 6 and 8, a cylindrical
内側セル63の外方側には、互いに間隔を開けて、扁平な円環状の誘電体部材からなるアノードセル643a、カソードセル63aが交互に設けられている。アノードセル643a、カソードセル63aには、各々、上面側へ向けて開口すると共に、周方向に沿って伸びる溝が形成されている。
On the outer side of the
図7A、図7B、図8に示すように、アノードセル643aの溝内には、原料ガス流路65が貫通している位置を除いて、概略筒状に形成された金属からなる電極642が挿入されている。これら電極642の上端部は、金属製の蓋部23と接するように設けられ、当該蓋部23を介して接地されている。
As shown in FIGS. 7A, 7B, and 8, in the groove of the
一方、カソードセル63aの溝内には、筒状に形成された金属からなる電極612bが挿入されている。これら電極612bには、電極端子611を介して高周波電源52が接続されている。また接地された蓋部23と電極612bとが接触しないように、電極612の上面と蓋部23の下面との間には、電極612bの溝の開口に沿って設けられた、円環状の誘電体部材からなる石英キャップ663が設けられている。
On the other hand, a
上述の構成により、高周波電源52に接続された電極612a、612bをカソード電極、接地された電極642をアノード電極として対向電極が形成される、そして、高周波電源52より、カソード電極である電極612に高周波電力を供給すると、接地されたアノード電極である電極642との間のプラズマ形成空間7内に容量結合が形成される。
With the above configuration,
その他、反応ガス流路671、補助ガス流路672を介してプラズマ形成空間7に反応ガス、補助ガスが供給される点、プラズマ形成空間7からプラズマ化した反応ガスが流出する位置に、規制部材である支持部661、661a、リング部材662、662aが設けられ、絞り流路である絞り流路71が形成されている点、支持部661、661a、リング部材662、662aの下面側に、ガス拡散室222a、222b、222cが形成されたシャワーヘッド部22が設けられている点、アノードセル643aを上下に貫通するように原料ガス流路65が形成され、その下端部は、シャワーヘッド部22内に形成されたガス拡散室222bに接続されている点については、第1実施形態に係るガス供給機構2とほぼ同様である。
但し、中央に配置された支持部661、ガス拡散室222a以外の支持部661a、規制部材662b、ガス拡散室222b、222cの平面形状については、各プラズマ形成空間7の平面形状に対応する円環状となっている点については、第1実施形態に係るガス供給機構2とは異なる。
In addition, the reaction gas and the auxiliary gas are supplied to the
However, the
以上に説明した構成に係るガス供給機構2bについても、プラズマ化した成膜ガス(反応ガス)に含まれる、高エネルギー荷電粒子を規制部材(支持部661、661a、リング部材662、662b)により除去することができる。この結果、低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルの含有濃度が高い反応ガスをウエハWに供給して、ウエハWに対するダメージの少ない成膜処理を行うことができる。
Also in the
<第3実施形態のガス供給機構2c>
次いで、プラズマの形成手法が異なる実施形態について、図9~図11を参照しながら説明する。
なお、以下に説明する第3~第5実施形態については、図6~図8を用いて説明した第2実施形態と同様に、複数のプラズマ形成空間7が多重同心円状に配置されているガス供給機構2c~2eに対して各種の技術的構成を適用した例を示している。
<
Next, embodiments with different plasma formation techniques will be described with reference to FIGS. 9 to 11. FIG.
In addition, in the third to fifth embodiments described below, as in the second embodiment described with reference to FIGS. Examples are shown in which various technical configurations are applied to the
第3実施形態に係るガス供給機構2cは、マイクロ波を利用して、成膜ガスの表面波プラズマを形成する点が、容量結合プラズマを形成する第1、第2実施形態に係るガス供給機構2、2a、2bと異なっている。
図9は、成膜装置1の処理容器11の上部側部分の一部破断側面図を示している。排気ダクト14上に設けられたガス供給機構2cの上面には、マイクロ波導入部535が設けられ、このマイクロ波導入部535に対し、同軸導波管534、モード変換器533、導波管532を介してマイクロ波発生部531が接続されている。またガス供給機構2cの上面側には、マイクロ波の漏洩を防止するためのカバー18が設けられている。
The
FIG. 9 shows a partially broken side view of the upper portion of the
図10、図11に示すように、ガス供給機構2cは、上段側から順に、誘電体板601、602、及び誘電体部材603、604を積層した構成となっている。図11の拡大縦断面図に示すように、マイクロ波導入部535に供給されたマイクロ波は、最上段及び上から2段目の誘電体板601、602の間に配置されているマイクロ波伝搬板536の下面を伝搬してその下面側の誘電体板602に供給される。
マイクロ波発生部531、導波管532、モード変換器533、同軸導波管534、マイクロ波導入部535及びマイクロ波伝搬板536は、本例のマイクロ波供給機構に相当する。マイクロ波供給機構は、反応ガスの表面波プラズマを形成するためのプラズマ形成機構を構成している。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
The
誘電体板602は、石英など、マイクロ波を透過する誘電体部材により構成されている。また、誘電体板602の下面には、多重同心円状に溝部が形成されている。
上から3段目、4段目の誘電体部材603、604は、これらの溝部に連通する位置に、円環状の開口が形成されるように、中央領域の円板状の誘電体部材、及びその外方領域のリング状の複数の誘電体部材を、互いに間隔を開けて多重同心円状に配置した構成となっている。
The
The
これら誘電体板602の溝部、及び誘電体部材603、604の開口を上下に連通させることにより、図10、図11に示すように、ガス供給機構2cの下面側へ向けて開口する複数のプラズマ形成空間7が形成される。これら複数のプラズマ形成空間7は、図8に示す第2実施形態に係るガス供給機構2bのプラズマ形成空間7と同様に、平面視したとき多重同心円状に配置されている。
By connecting the grooves of the
図10、図11に示すように、3段目の誘電体部材603の内側には、反応ガス流路部材671aが設けられている。各反応ガス流路部材671aは、誘電体部材により構成されている。中央領域の反応ガス流路部材671a内には扁平な円形の流路空間が形成され、外方領域の反応ガス流路部材671a内には円環状の流路空間が形成されている。図11に示すように、反応ガス流路部材671aの上面には、流路空間の縁部に沿って、複数のガス供給孔671bが形成されている。各ガス供給孔671bは、誘電体板602の下面と誘電体部材603の上面との間に形成された隙間からなる導入流路72を介してプラズマ形成空間7に連通している。
As shown in FIGS. 10 and 11, inside the
さらに図10に示すように、最外周側の反応ガス流路部材671a内には反応ガス流路671が形成されている。当該反応ガス流路671の上流端部は、図1に示す反応ガス供給ライン422に接続されている(接続部は不図示)。また反応ガス流路671の下流端部は、当該最外周側の反応ガス流路部材671aの流路空間に接続されている。さらに、反応ガス流路671の上流端部には、図1に示す補助ガス供給ライン432が合流し、反応ガスと共に、プラズマ形成用の補助ガスをプレミックスして供給する構成となっている。以下、図10、図11の説明では、プレミックスされた反応ガスと補助ガスとの混合ガスを、単に「反応ガス」と呼ぶ。
Further, as shown in FIG. 10, reaction
さらに、各反応ガス流路部材671aの流路空間同士は、反応ガス流路部材671a及び誘電体部材603を半径方向に貫通するように設けられた、誘電体部材からなる不図示の接続管路により互いに接続されている。この構成により、反応ガス流路671を介して最外周側の反応ガス流路部材671aの流路空間に供給された反応ガスが、径方向、内側に配置された他の反応ガス流路部材671aの流路空間に流れ込む。そして、各反応ガス流路部材671aの流路空間に供給された反応ガスが、ガス供給孔671b、導入流路72を介して各プラズマ形成空間7に流入する。
Further, the channel spaces of the respective reaction
また図10、図11に示すように、4段目の誘電体部材604の内側には、原料ガス流路部材65aが設けられている。各原料ガス流路部材65aは、誘電体部材により構成されている。中央領域の原料ガス流路部材65a内には扁平な円形の流路空間が形成され、外方領域の原料ガス流路部材65a内には円環状の流路空間が形成されている。図11に示すように、シャワーヘッド部22内には、反応ガス用のガス拡散室222a、222cと、原料ガス用のガス拡散室222bとが区画形成されている。ここで、原料ガス用のガス拡散室222bの上方に配置された原料ガス流路部材65aの下面には、ガス供給孔65bが形成されている。一方、反応ガス用のガス拡散室222a、222c上方に配置された残りの原料ガス流路部材65aにはガス供給孔65bは形成されていない。
Further, as shown in FIGS. 10 and 11, a raw material
さらに図10に示すように、最外周側の原料ガス流路部材65a内には原料ガス流路672cが形成されている。原料ガス流路672cの上流端部は、図1に記載の原料ガス供給ライン412の下流側の端部と接続されている。各原料ガス流路部材65aの流路空間同士は、原料ガス流路部材65a及び誘電体部材604を半径方向に貫通するように設けられた、誘電体部材からなる不図示の接続管路により互いに接続されている。この構成により、原料ガス流路672cを介して供給された原料ガスが、径方向、内側に配置された各原料ガス流路部材65aの流路空間に流れ込む。そして、各原料ガス流路部材65aに供給された原料ガスが、原料ガス供給孔65bを介して原料ガス用のガス拡散室222bに供給される。
Further, as shown in FIG. 10, a source
以上に説明した構成を備える第3実施形態に係るガス供給機構2cにおいても、プラズマ形成空間7の成膜ガス(反応ガス)が流れ出る位置であるプラズマ形成空間7の下端部に規制部材662bが設けられている。図11に示すように、本例の規制部材662bは、誘電体部材により構成され、原料ガス用のガス拡散室222b側から、反応ガス用のガス拡散室222a、222c側へ向けて、誘電体部材604の下端位置から横方向へ突出するように設けられたリング状の部材である。
Also in the
規制部材662bの先端部は、反応ガス用のガス拡散室222a、222c上に設けられた誘電体部材604の下方側に配置されている。従って規制部材662bは、載置台31側から見て、当該誘電体部材604の下面の一部を覆うように設けられている。規制部材662bの上面と、誘電体部材604の下面との隙間は、プラズマ形成空間7から反応ガスが流れ出る絞り流路71となっている。
The tip of the regulating
そして、前記規制部材662bについても(1)プラズマ形成空間7から反応ガスが流出する位置に設けられ、プラズマ形成空間7の軸方向に沿った反応ガスの流れの方向を、筒状のプラズマ形成空間7の径方向に向かうように規制し、(2)絞り流路71は、プラズマ形成空間7よりも流路面積が小さくなっている点については、第1実施形態に係るガス供給機構2と同様である。
The
以上に説明した構成を備える第3実施形態に係るガス供給機構2cの作用について説明する。反応ガス流路部材671aから導入流路72を介し、各プラズマ形成空間7へ向けて反応ガスの供給を行うと共に、マイクロ波発生部531から最上段の誘電体板601へとマイクロ波を供給する。この結果、プラズマ形成空間7内でマイクロ波が伝播する管状壁面であるプラズマ形成空間7の壁面に沿って、反応ガスの表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)が形成される。
The operation of the
プラズマ化した反応ガスは、プラズマ形成空間7から流れ出る際に規制部材662bによって流れ方向を規制される。このとき、規制部材662bが誘電体部材によって構成されていることにより、ラジカル、中性粒子の失活が抑えられる。一方、プラズマ形成空間7にて生成した活性種に含まれる高エネルギー荷電粒子は、誘電体部材との接触により失活し、また失活せずに残っている荷電粒子についても、ウエハWに向かう速度成分が小さくなる。この結果、高エネルギー荷電粒子が選択的に除去された活性種を含む反応ガスを得ることができる作用については、既述の第1実施形態と同様である。
The flow direction of the reaction gas that has become plasma is regulated by the regulating
絞り流路71を通過した反応ガスは、開口部73を介してガス拡散室222a、222cに流れ込み、ガス分散板221に多数形成されているガス供給孔223を介して処理容器11内に供給される。また、原料ガス流路部材65aを介してガス拡散室222bに流れ込んだ原料ガスについても処理容器11内に供給される。そして、高エネルギーの荷電粒子の含有濃度が低減され、低エネルギー荷電粒子、中性粒子、ラジカルの含有濃度が高い反応ガスにより、ウエハWに与えるダメージを小さく抑えつつ、成膜処理を進行させることができる。
The reaction gas that has passed through the
<第4実施形態のガス供給機構2d>
図12~図13Bに示す第4実施形態に係るガス供給機構2dは、コイル54を用い、反応ガスの誘導結合プラズマを形成する点が、容量結合プラズマを形成する第1、第2実施形態に係るガス供給機構2、2a、2bと異なっている。
図12はガス供給機構2d全体の縦断側面図であり、図13A、図13Bは、互いに直交する2方向から見た、ガス供給機構2dの中央領域の拡大縦断面図である。
<
The
FIG. 12 is a longitudinal side view of the entire
これらの縦断側面図に示すように、第4実施形態に係るガス供給機構2dの中央部には、誘電体部材からなる円筒状の内側セル63が設けられている。この内側セル63の外方側には、互いに間隔を開けて、扁平な円環状の誘電体部材からなる接地電極セル643b、コイルセル63bが交互に設けられている。これら内側セル63、接地電極セル643b、コイルセル63bの構成については、図6、図7A、図7Bを用いて説明した、第2実施形態に係るガス供給機構2bの内側セル63、アノードセル643a、カソードセル63aの構成とほぼ同様である。
As shown in these longitudinal side views, a cylindrical
中央部の内側セル63内には、円筒状に巻かれたコイル54が設けられている。また、円環状に形成されたコイルセル63bの溝内には、当該円環に沿って巻かれたコイル54が設けられている。各コイル54の一端は、整合器51を介して高周波電源52に接続され、他端は接地されている。また、接地電極セル643b内に設けられた電極642は、蓋部23を介して接地されている。高周波電源52に接続されたコイル54や接地された電極642は、本例のプラズマ形成機構を構成している。
A
その他、規制部材である支持部661、リング部材662の構成や、プラズマ形成空間7に反応ガスや補助ガスを供給する反応ガス流路671、補助ガス流路672の構成、シャワーヘッド部22の構成、原料ガスを供給する原料ガス流路65の構成については、第2実施形態に係るガス供給機構2bとほぼ同様であるので再度の説明を省略する。
In addition, the configuration of the
以上に説明した構成を有する第4実施形態に係るガス供給機構2dにおいては、各プラズマ形成空間7へ向けて反応ガス、補助ガスの供給を行う。そして、高周波電源52からコイル54へ高周波電力を印加し、誘導結合により、プラズマ形成空間7に供給された反応ガスをプラズマ化する。
In the
プラズマ化した反応ガスの流れや、規制部材である支持部661、リング部材662の作用については、第2実施形態に係るガス供給機構2bと同様である。即ち、反応ガスが絞り流路71を通過することにより、高エネルギーの荷電粒子の含有濃度が低減され、低エネルギー荷電粒子、中性粒子、ラジカルの含有濃度が高くなる。この結果、ウエハWに与えるダメージを小さく抑えつつ、成膜処理を進行させることができる。
The flow of the reaction gas turned into plasma and the action of the
<第5実施形態のガス供給機構2e>
次いで、図14~図16には、荷電粒子がウエハWの板面に向かう運動エネルギーを低減して低エネルギーの荷電粒子とするための磁石644を設けたガス供給機構2eの例を示している。第5実施形態に係るガス供給機構2eは、第4実施形態に係るガス供給機構2dと同様に、多重同心円状のプラズマ形成空間7を構成する内側セル63、コイルセル63b、接地電極セル643bにおいて、内側セル63、コイルセル63b内にコイル54を配置した構成例となっている。
<
Next, FIGS. 14 to 16 show an example of a
一方、載置台31側から見たとき、接地電極セル643b側から突出するように設けられた規制部材662bの端部は、内側セル63、コイルセル63bの下面を覆う状態とはなっていない点は、第4実施形態に係るガス供給機構2dとは異なる。また、本例のガス供給機構2eにはシャワーヘッド部22が設けられていない。
On the other hand, when viewed from the mounting table 31 side, the end of the regulating
図14の拡大縦断面図に示すように、電極642が設けられた接地電極セル643bの溝内の下端部には磁石644が設けられている。図15の横断平面図中に模式的に示すように、電極642が設けられた接地電極セル643bの溝内には、複数の磁石644が、周方向に向けて互いに間隔を開けて配置されている。なお、図15中、グレーで塗り潰した領域は、内側セル63、コイルセル63bの溝内の空間を示し、この空間内にコイル54が配置される。同図中の一点鎖線は、プラズマ形成空間7を構成する内側セル63、コイルセル63b、接地電極セル643bの壁面(管状壁面)の位置を示している。
As shown in the enlarged longitudinal sectional view of FIG. 14, a
図16に模式的に拡大図示するように、複数の磁石644は、電極642の溝内において、N極-S極を結ぶ直線が、プラズマ形成空間7の周方向と交差する方向を向くように配置される。また、これらの磁石644は、隣り合う磁石644間で、N極-S極の向きが反転した状態となるように配置される。
As schematically enlarged in FIG. 16, the plurality of
これらの配置により、磁石644は、各プラズマ形成空間7内において、活性種を含む反応ガスの流れ方向と交差する方向に向けて磁力が働く磁力線を形成することができる。この磁力線の作用により、活性種中に含まれる高エネルギーの荷電粒子には、磁力線に沿って移動する力が働く。この結果、高エネルギーの荷電粒子がウエハWの板面に向かう運動エネルギーを低減し、規制部材662bの作用と相まって、荷電粒子を低エネルギーの状態でウエハWに供給することが可能となる。
With these arrangements, the
なお、図14に示すガス供給機構2eにおいては、荷電粒子の運動エネルギーを低減する磁石644を設けていることから、例えば図3、図7A、図11などに示す他の実施形態に係るガス供給機構2、2b、2cと比較して、絞り流路71の流路面積が大きくなっている(但し、「絞り流路71はプラズマ形成空間7よりも流路面積が小さい」との要件に変更はない)。このように、絞り流路71の流路面積を広げることにより、規制部材662bを設けることに伴う圧力損失の増大を抑えることができる。
In the
また既述のように、本例のガス供給機構2eにはシャワーヘッド部22が設けられていない。シャワーヘッド部22は、絞り流路71から流出した反応ガスをガス拡散室222a、222c内で拡散させてからウエハWに向けて供給することにより、荷電粒子が高速でウエハWに衝突することを抑制する機能も有している。この点についても、荷電粒子の運動エネルギーを低減する作用を奏する磁石644を設けていることにより、シャワーヘッド部22の設置を省略し、規制部材662bを設けることに伴う圧力損失の増大を抑えると共に装置構成を簡素化している。
Further, as described above, the
<その他のバリエーション>
以上、第1~第5の実施形態に係るガス供給機構2、2a~2eにて説明した各構成については、他の実施形態に記載の構成と適宜、組み合わせることが可能である。
例えば、第2~第4実施形態に係る各プラズマ形成機構は、第1実施形態に例示した、複数のプラズマ形成空間7が互いに横方向に隣り合うように配置されているガス供給機構2、2aに対して適用してもよい。規制部材の配置や構成についても、図5を用いて説明した第1実施形態の変形例に係る規制部材(支持部661a、リング部材662a)の配置構成を、第2~第5実施形態のガス供給機構2b~2eに適用してもよい。また第3実施形態や第5実施形態に係る、開口部73の開口径を調節するためのリング部材662を備えていない規制部材662bを第1、第2、第4実施形態に係るガス供給機構2、2a、2b、2dに適用してもよい。これとは反対に、第3実施形態や第5実施形態に係るガス供給機構2c、2eに対し、支持部661とリング部材662とからなる規制部材を設けてもよい。また、第1~第4実施形態に係るガス供給機構2、2a~2dにおいて、シャワーヘッド部22の設置を省略してもよい。
<Other variations>
Each configuration described above for the
For example, the plasma forming mechanisms according to the second to fourth embodiments are
各実施形態において、規制部材(支持部661、661a、リング部材662、662a、規制部材662b)の突出方向は、水平方向に限定されるものではなく、斜め下方や斜め上方に向けて突出する構成としてもよい。この他、載置台31側から見たとき、これらの規制部材がプラズマ形成空間7からの処理ガスの出口全体を覆った状態となっていることは必須の要件ではない。載置台31側から見て、プラズマ形成空間7内に形成されるプラズマが規制部材によって隠された状態となるならば、前記出口の一部が見えていてもよい。
In each embodiment, the projection direction of the regulating members (the
また、各ガス供給機構2、2a~2eにおいて、各プラズマ形成空間7は、一体の空間として構成されていなくてもよい。例えば筒状の空間の周方向に沿って間隔を開けて誘電体部材からなる仕切り壁を設け、互いに区画された複数の部分空間により、全体として筒状のプラズマ形成空間7を構成してもよい。
また、載置台31側から見た各プラズマ形成空間7の平面形状は、円環状である場合に限定されない。例えば、多角環状や、楕円環状に構成されていてもよい。
Further, in each
Further, the planar shape of each
そして上述の各ガス供給機構2、2a~2eは、ウエハWへの成膜を行う成膜装置1に適用する場合に限定されない。ウエハWに対してプラズマ化されたエッチングガスを供給して、当該ウエハWに形成された膜のエッチングを行うエッチング処理装置や、プラズマ化された改質ガスにより、ウエハW上の物質の改質を行う改質処理を行う改質装置の処理容器11内に各種ガスを供給するにあたり、既述の構成のプラズマ形成空間7と規制部材とを備えたガス供給機構を設けてもよい。これらの場合、エッチングガスや改質ガスは、各々、本開示の処理ガスに相当する。
The
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The embodiments described above may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.
W ウエハ
1 成膜装置
11 処理容器
2、2a~2e
ガス供給機構
52 高周波電源
531 マイクロ波発生部
661、661a
支持部
662、662a
リング部材
671 反応ガス流路
672 補助ガス流路
71、71a
絞り流路
W Wafer 1
throttle channel
Claims (13)
前記処理容器内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、
前記載置台の上方側に設けられ、二重管状に対向して配置された管状壁面の間に形成された筒状の空間であって、各々、前記処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成機構が併設された複数のプラズマ形成空間と、
筒状である前記プラズマ形成空間内の軸方向に沿って前記処理ガスが流れるように、当該処理ガスの流れの上流側の位置に前記処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
各々の前記プラズマ形成空間から前記処理ガスが流出する位置に設けられ、前記処理ガスの流れの方向が、筒状である前記プラズマ形成空間の径方向に向かうように前記流れを規制すると共に、前記管状壁面の一方側を構成する部材との間に、前記プラズマ形成空間よりも流路面積が小さい絞り流路を形成する、リング状の規制部材と、を備えた、装置。 An apparatus for performing plasma processing by supplying a plasmatized processing gas to a substrate in a processing container,
a mounting table provided in the processing container for mounting the substrate;
A cylindrical space provided above the mounting table and formed between tubular wall surfaces facing each other in a double tubular shape, the plasma forming mechanism for plasmatizing the processing gas. A plurality of plasma formation spaces with
a processing gas supply unit for supplying the processing gas to a position on the upstream side of the flow of the processing gas so that the processing gas flows along the axial direction in the cylindrical plasma forming space;
It is provided at a position where the processing gas flows out from each of the plasma forming spaces, and regulates the flow of the processing gas so that the direction of flow of the processing gas is directed in the radial direction of the cylindrical plasma forming space, and and a ring-shaped regulating member that forms a restricted flow path having a flow area smaller than that of the plasma forming space, between itself and a member forming one side of the tubular wall surface.
前記規制部材は、前記第2部材を起点として、前記第1部材の下方側へ向けて突出して設けられている、請求項1または2に記載の装置。 When a member forming one side of the tubular wall surface is called a first member and a member forming the other side of the tubular wall surface is called a second member,
3. The apparatus according to claim 1, wherein said restricting member is provided so as to protrude downward from said first member with said second member as a starting point.
前記処理容器内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、前記載置台の上方側に設けられ、二重管状に対向して配置された管状壁面の間に形成された筒状の空間であって、各々、前記処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成機構が併設された複数のプラズマ形成空間と、各々の前記プラズマ形成空間から前記処理ガスが流出する位置に設けられ、前記処理ガスの流れ方向が、筒状である前記プラズマ形成空間の径方向に向かうように流れを規制すると共に、前記管状壁面の一方側を構成する部材との間に、前記プラズマ形成空間よりも流路面積が小さい絞り流路を形成する、リング状の規制部材と、を用い、
複数の前記プラズマ形成空間に前記処理ガスを供給して、筒状であるこれらプラズマ形成空間の軸方向に沿って処理ガスを流す工程と、
前記プラズマ形成機構により、各々の前記プラズマ形成空間内を流れる前記処理ガスをプラズマ化する工程と、
前記規制部材により、各々の前記プラズマ形成空間から流出する前記処理ガスの流れが前記径方向に向かうように規制し、前記絞り流路を通過させた後、前記載置台上の基板に前記処理ガスを供給する工程と、を含む方法。 A method of performing plasma processing by supplying a plasmatized processing gas to a substrate in a processing container, comprising:
A mounting table provided in the processing container for mounting the substrate thereon, and a tubular wall surface provided above the mounting table and facing each other in a double-tube shape. a plurality of plasma forming spaces each provided with a plasma forming mechanism for plasmatizing the processing gas and a position where the processing gas flows out from each of the plasma forming spaces; The flow direction of the processing gas is regulated in the radial direction of the cylindrical plasma forming space, and the flow between the member forming one side of the tubular wall surface and the member constituting the tubular wall surface is greater than the plasma forming space. using a ring-shaped regulating member that forms a throttle channel with a small road area,
a step of supplying the processing gas to a plurality of the plasma forming spaces and flowing the processing gas along the axial direction of the cylindrical plasma forming spaces;
converting the processing gas flowing in each of the plasma forming spaces into plasma by the plasma forming mechanism;
The flow of the processing gas flowing out from each plasma forming space is regulated by the regulating member so as to flow in the radial direction, and after passing through the throttle channel, the processing gas is applied to the substrate on the mounting table. and providing a.
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