JP5324026B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing apparatus control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の制御方法に関する。特に,本発明は,チャンバ内壁の被膜の形成に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for plasma processing an object to be processed and a control method for the plasma processing apparatus. In particular, the present invention relates to the formation of a coating on the inner wall of the chamber.
従来から,チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化させて,基板をプラズマ処理する種々のプラズマ処理装置が開発されている。このうち,マイクロ波プラズマCVD装置は,マイクロ波のパワーによって処理ガスを電離および解離させることにより処理ガスをプラズマ化させ,基板上に膜を形成する。 2. Description of the Related Art Various plasma processing apparatuses have been developed in which a processing gas supplied into a chamber is turned into plasma and a substrate is plasma processed. Among these, the microwave plasma CVD apparatus ionizes and dissociates the processing gas with the power of the microwave, thereby converting the processing gas into plasma and forming a film on the substrate.
このプラズマ化の過程では,たとえばSiO2等のSiOx膜を形成する場合,一般に,SiH4ガスが処理ガスとして用いられる。成膜にSiH4ガスを用いた場合,チャンバの内壁等にはSiOx膜が付着する。このSiOx膜は,基板の成膜時に加熱され,ロードロック室へ/から搬送される際に冷却される。このようにして加熱と冷却とが繰り返されると,チャンバ内壁の堆積物とチャンバを構成する部材との熱膨張率の差から堆積物とチャンバ壁部との間に歪みが生じる。この結果,堆積物は,ある程度の厚さになるとチャンバ壁部から剥離し,パーティクルとして基板上に落下し,成膜中の薄膜に混入して膜質を劣化させる。 In this plasma process, for example, when a SiO x film such as SiO 2 is formed, SiH 4 gas is generally used as a processing gas. When SiH 4 gas is used for film formation, a SiO x film adheres to the inner wall of the chamber. This SiO x film is heated when the substrate is formed, and cooled when being transferred to / from the load lock chamber. When heating and cooling are repeated in this manner, distortion occurs between the deposit and the chamber wall due to the difference in thermal expansion coefficient between the deposit on the inner wall of the chamber and the member constituting the chamber. As a result, when the deposit reaches a certain thickness, the deposit peels off from the chamber wall, falls as particles on the substrate, and mixes with the thin film during film formation to deteriorate the film quality.
このようなパーティクルの発生を抑制するために,その堆積物が所定の厚さになるとチャンバをクリーニングし,チャンバ内壁等に付着したSiOx膜を除去する必要がある。このため,マイクロ波プラズマCVD装置は,クリーニング時,成膜時の処理ガスの代わりにクリーニングガスであるフッ素(F)系ガス(たとえばCF4)を供給してプラズマを生成する。生成されたプラズマ中のFラジカルは,チャンバの内壁に付着したSiOx膜にアタックする。この結果,SiOx膜のうちSiは,SiFx(SiF1,SiF2,SiF3,SiF4)ガスとなってチャンバ外に排出される。SiOx膜のうち残されたOxは,Cと反応してCOやCO2のガスとしてチャンバ外に排出される。 In order to suppress the generation of such particles, it is necessary to clean the chamber when the deposit reaches a predetermined thickness, and to remove the SiO x film adhering to the inner wall of the chamber. For this reason, the microwave plasma CVD apparatus supplies a fluorine (F) -based gas (for example, CF 4 ), which is a cleaning gas, instead of a processing gas at the time of cleaning and generates plasma. F radicals in the generated plasma attack the SiOx film attached to the inner wall of the chamber. As a result, Si in the SiOx film is discharged out of the chamber as SiFx (SiF 1 , SiF 2 , SiF 3 , SiF 4 ) gas. The remaining Ox in the SiOx film reacts with C and is discharged out of the chamber as CO or CO 2 gas.
ところが,このように,プラズマCVD装置のクリーニングにはF系ガスのプラズマが用いられており,しかもチャンバ本体はAl,天井部はAl2O3にて形成されている。このような状況で,チャンバ内のFイオンがAl2O3にアタックすると,Al−O間の結合が切れて,部分的にAl−F等の膜が生じる。ここで,Al−Fの結合エネルギーは159kcal/molであり,Al−Oの結合エネルギーが120kcal/molであるAl2O3と同様に結合状態が安定している。この結果,クリーニングの際,チャンバ本体のAlおよび天井部のAl2O3がフッ化され,チャンバ内壁や天井部が部分的にAlFになる場合がある。また,クリーニング時に生成されたSiF4やF2は結合状態が安定しているので,その一部がチャンバ外に排出されず,チャンバ内壁に物理的に吸着する場合もある。 However, as described above, plasma of an F-based gas is used for cleaning the plasma CVD apparatus, and the chamber body is made of Al and the ceiling portion is made of Al 2 O 3 . In such a situation, when F ions in the chamber attack Al 2 O 3 , the bond between Al—O is broken and a film of Al—F or the like is partially generated. Here, the binding energy of Al—F is 159 kcal / mol, and the binding state is stable as in Al 2 O 3 where the binding energy of Al—O is 120 kcal / mol. As a result, during cleaning, Al in the chamber body and Al 2 O 3 in the ceiling portion may be fluorinated, and the chamber inner wall and ceiling portion may partially become AlF. In addition, since the combined state of SiF 4 and F 2 generated during cleaning is stable, some of them may not be discharged out of the chamber and may be physically adsorbed on the inner wall of the chamber.
部分的にフッ化されたAlFは,成膜時のイオンの作用によりAl−F結合が切れることによってFとなり,チャンバ内に放出される場合がある。また,チャンバ内壁に吸着したSiF4やF2は,吸着エネルギーが小さいので脱離しやすい。これにより,チャンバ内に存在することとなったF系残留物が脱離し,成膜中の薄膜に混入するという問題が生じる。 Partially fluorinated AlF may be released into the chamber as F due to the breakage of the Al-F bond by the action of ions during film formation. In addition, SiF 4 and F 2 adsorbed on the inner wall of the chamber are easily desorbed because the adsorption energy is small. As a result, there arises a problem that the F-based residue existing in the chamber is desorbed and mixed into the thin film being formed.
これに加え,通常,成膜時の製品の歩留まりを上げ,安定的に製品を製造するためには,処理室内へのラジカルの供給,処理室内での薄膜の生成および処理室外へのガスの排気という一連の循環を被処理体を成膜する前に定常状態にしておく必要がある。すなわち,成膜前からプロセス条件を成膜時と同じ条件に設定することにより,プロセス時に生じるラジカルがチャンバ内壁などで消耗されることなく,安定した成膜を行う必要がある。 In addition, in order to increase the yield of products during film formation and to manufacture products stably, the supply of radicals into the processing chamber, the formation of thin films in the processing chamber, and the exhaust of gases outside the processing chamber are usually performed. It is necessary to make a series of circulations in a steady state before depositing the object to be processed. That is, by setting the process conditions to be the same as those at the time of film formation before film formation, it is necessary to perform stable film formation without causing radicals generated during the process to be consumed on the inner wall of the chamber.
以上に説明したように,チャンバ内壁に存在するAl−F等からのFの脱離やチャンバ内壁からのSiF4やF2の脱離が膜質低下の発生原因となるという問題を解消するとともに,成膜前からプロセス条件を成膜時と同じ条件に設定するという観点から,クリーニング後であって成膜前(すなわち,いわゆるプリコート膜形成時),成膜時に供給されるガスと同じガスをプラズマ化させて,そのプラズマによりチャンバ内壁表面を被膜する(すなわち,いわゆるプリコート膜を形成する)技術が従来から広く知られている(たとえば,特許文献1を参照。)。
ところで,プラズマ処理装置には,一般的に,チャンバ内の成膜に寄与するラジカル(以下,デポラジカルと称呼する。)の流れを好ましい状態に整えるためにバッフル板が設けられている。このバッフル板のコンダクタンスは,成膜時に基板に良好なプラズマ処理を施すために小さく(すなわち,ガスが流れにくく)設定されている。よって,成膜時,処理室と排気室とは,バッフル板により仕切られており,各室の圧力差は大きい(図4の(A:すき間なし)を参照)。これにより,上述したプリコート膜形成時においても,処理室と排気室との圧力差は大きいままとなる。 Incidentally, a baffle plate is generally provided in a plasma processing apparatus in order to adjust the flow of radicals (hereinafter referred to as deposition radicals) that contribute to film formation in a chamber to a preferable state. The conductance of the baffle plate is set to be small (that is, it is difficult for gas to flow) in order to perform good plasma processing on the substrate during film formation. Therefore, at the time of film formation, the processing chamber and the exhaust chamber are partitioned by the baffle plate, and the pressure difference between the chambers is large (see (A: no gap) in FIG. 4). Thereby, even when the precoat film is formed, the pressure difference between the processing chamber and the exhaust chamber remains large.
一方,チャンバの内壁に形成される膜の成膜速度DR(Deposition Rate)は,次の式(1)にて表される。
DR=k×P・・・(1)
ここで,kは比例定数,Pは圧力である。
On the other hand, the deposition rate DR (Deposition Rate) of the film formed on the inner wall of the chamber is expressed by the following equation (1).
DR = k × P (1)
Here, k is a proportionality constant and P is a pressure.
図4(A)によれば,処理室の圧力P1は排気室の圧力P2より高いため,処理室の成膜速度DR1は排気室の成膜速度DR2より速くなる。この結果,処理室の内壁表面に形成されるプリコート膜は排気室の内壁表面に形成されるプリコート膜より厚くなる。 According to FIG. 4A, since the processing chamber pressure P1 is higher than the exhaust chamber pressure P2, the deposition rate DR1 of the processing chamber is faster than the deposition rate DR2 of the exhaust chamber. As a result, the precoat film formed on the inner wall surface of the processing chamber is thicker than the precoat film formed on the inner wall surface of the exhaust chamber.
さらに,実際には,ガスは処理室に供給され,プリコート膜を形成するために処理室にて優先的に使用されるため,排気室側に流れるガス(ラジカル)の残留量は少なくなる。これを考慮すると,処理室と排気室とのプリコート膜の差は式(1)から導かれる理論値よりさらに大きくなると考えられる。 Further, in practice, the gas is supplied to the processing chamber and preferentially used in the processing chamber to form the precoat film, so that the residual amount of gas (radical) flowing to the exhaust chamber side is reduced. Considering this, the difference in the precoat film between the processing chamber and the exhaust chamber is considered to be larger than the theoretical value derived from the equation (1).
この結果,プリコート膜が,処理室の内壁表面にて膜質低下の原因となるF系残留物の脱離が生じない程度の厚さまで形成された時点では,排気室の内壁表面に形成されたプリコート膜はまだ薄い状態であるため,排気室の内壁表面に存在するF系残留物の脱離を抑制できない。この結果,プロセス処理中に排気室で脱離したF系残留物が処理室まで上昇し,膜質を低下させるという問題が生じていた。 As a result, when the precoat film is formed on the inner wall surface of the processing chamber to a thickness that does not cause desorption of F-based residues that cause film quality deterioration, the precoat film formed on the inner wall surface of the exhaust chamber is formed. Since the membrane is still thin, it is not possible to suppress detachment of F-based residues existing on the inner wall surface of the exhaust chamber. As a result, there has been a problem that the F-based residue desorbed in the exhaust chamber during the process treatment rises to the treatment chamber and degrades the film quality.
一方,プリコート膜が,排気室の内壁表面にてF系残留物が脱離しない程度の厚さまで形成された時点では,処理室の内壁表面のプリコート膜は必要以上に厚くなってしまう。この結果,プロセス時にチャンバ内壁に堆積する堆積物の厚さが,膜剥がれの厚さに早く到達するため,チャンバ内をクリーニングするサイクル(間隔)が短くなり,スループットが低下して生産性が下がるという問題が生じていた。 On the other hand, when the precoat film is formed on the inner wall surface of the exhaust chamber to such a thickness that F-based residues are not desorbed, the precoat film on the inner wall surface of the processing chamber becomes thicker than necessary. As a result, the thickness of the deposit that accumulates on the inner wall of the chamber during the process quickly reaches the thickness of the film peeling, resulting in a shorter cycle (interval) for cleaning the chamber, lowering the throughput and lowering the productivity. There was a problem.
上記課題を解消するために,本発明では,チャンバの内壁をより均一な厚さに被膜するプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の制御方法が提供される。 In order to solve the above problems, the present invention provides a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus control method for coating the inner wall of the chamber with a more uniform thickness.
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,載置台とバッフル板とにより,被処理体に対してプラズマ処理を施す処理室とガスを排気する排気室とに仕切られたチャンバを有するプラズマ処理装置であって,上記載置台を制御する制御装置を備え、上記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際に上記処理室の圧力と上記排気室の圧力とが近づくように、上記制御装置で上記バッフル板に対する上記載置台の位置を変えることにより、上記載置台および上記チャンバ側壁間の開口率を変えるプラズマ処理装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas. A plasma processing apparatus having a control device for controlling the mounting table, and when forming a precoat film on the inner wall surface of the chamber, the pressure of the processing chamber and the pressure of the exhaust chamber are close to each other. By changing the position of the mounting table relative to the baffle plate with the control device, a plasma processing apparatus is provided that changes the aperture ratio between the mounting table and the chamber side wall.
これによれば,チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際に上記処理室の圧力と上記排気室の圧力とが近づくように上記載置台または上記バッフル板の少なくともいずれかが制御される。処理室と排気室との圧力差が小さくなると,式(1)から求められる処理室の成膜速度DR1と排気室の成膜速度DR2との差は小さくなる。これにより,処理室内のデポラジカルを排気室内のデポラジカルの状態とほぼ同じ状態にすることができる。この結果,処理室にて形成されるプリコート膜の膜厚と排気室にて形成されるプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができる。これにより,プリコート膜形成時間を大幅に短縮することができるだけでなく,チャンバ内をクリーニングするまでのサイクルを長くすることができる。この結果,スループットを向上させ生産性を上げることができる。 According to this, at the time of forming the precoat film on the inner wall surface of the chamber, at least one of the mounting table and the baffle plate is controlled so that the pressure in the processing chamber and the pressure in the exhaust chamber are close to each other. When the pressure difference between the processing chamber and the exhaust chamber is reduced, the difference between the deposition rate DR1 of the processing chamber and the deposition rate DR2 of the exhaust chamber obtained from the equation (1) is reduced. As a result, the deposit radical in the processing chamber can be brought into substantially the same state as the deposit radical in the exhaust chamber. As a result, the film thickness of the precoat film formed in the processing chamber and the film thickness of the precoat film formed in the exhaust chamber can be made more equal, and the film quality can be uniformly formed. Thereby, not only can the precoat film formation time be greatly shortened, but also the cycle until the inside of the chamber is cleaned can be lengthened. As a result, throughput can be improved and productivity can be increased.
このように処理室と排気室との圧力差が小さくなるように載置台を制御する一例としては,上記載置台を昇降させる昇降機構を備え、バッフル板を上記チャンバの内壁に固定し,プリコート膜形成時の載置台およびチャンバ側壁間の開口率が,プロセス時の上記開口率より大きくなるように上記制御装置で上記載置台を昇降させる方法が挙げられる。 As an example of controlling the mounting table so as to reduce the pressure difference between the processing chamber and the exhaust chamber in this way, an elevating mechanism for raising and lowering the mounting table is provided, a baffle plate is fixed to the inner wall of the chamber, and a precoat film There is a method of raising and lowering the mounting table by the control device so that the opening ratio between the mounting table and the chamber side wall at the time of formation is larger than the opening ratio at the time of the process.
これによれば,上記載置台と上記バッフル板との間隔は,プリコート膜形成時とプロセス時とで異なるように調節される。すなわち,プロセス時には,載置台とバッフル板との間隔が小さくなるように載置台を昇降させる。これにより,処理室は,プロセス条件に合致した圧力に保持される。この結果,デポラジカルが処理室内に閉じ込められるため,成膜速度が速く均一性の高い成膜を被処理体に施すことができる。一方,プリコート膜形成時には,載置台とバッフル板との間隔を空けるように載置台を昇降させる。これにより,ガスが処理室から排気室へ流れやすくなって,処理室と排気室との圧力差は小さくなる。この結果,処理室内のデポラジカルを排気室内のデポラジカルの状態とほぼ同じ状態にすることができる。この結果,処理室のプリコート膜および排気室のプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができる。 According to this, the distance between the mounting table and the baffle plate is adjusted to be different between the precoat film formation and the process. That is, during the process, the mounting table is moved up and down so that the distance between the mounting table and the baffle plate is reduced. As a result, the processing chamber is maintained at a pressure that matches the process conditions. As a result, deposition radicals are confined in the processing chamber, so that the film forming speed is high and the film can be formed with high uniformity. On the other hand, when the precoat film is formed, the mounting table is moved up and down so as to leave a space between the mounting table and the baffle plate. As a result, gas easily flows from the processing chamber to the exhaust chamber, and the pressure difference between the processing chamber and the exhaust chamber is reduced. As a result, the deposition radicals in the processing chamber can be brought into substantially the same state as the deposition radicals in the exhaust chamber. As a result, the film thicknesses of the precoat film in the processing chamber and the precoat film in the exhaust chamber can be made equal, and the film quality can be uniformly formed.
また,処理室と排気室との圧力差が小さくなるように載置台を制御する他の一例としては,上記載置台を昇降させる昇降機構を備え、バッフル板を上記チャンバまたは上記載置台のいずれかに着脱可能に固定し,被処理体をプラズマ処理する際には上記制御装置で上記載置台を昇降させる間に上記バッフル板を上記載置台に固定し,上記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際には上記制御装置で上記載置台を昇降させる間に上記バッフル板を上記チャンバに固定することにより,上記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際の上記開口率が被処理体をプラズマ処理する際の上記開口率より大きくなるように上記載置台と上記バッフル板との間隔を調節する方法が挙げられる。 In addition, as another example of controlling the mounting table so that the pressure difference between the processing chamber and the exhaust chamber is reduced, the mounting table is provided with a lifting mechanism for moving the mounting table up and down , and the baffle plate is attached to either the chamber or the mounting table. forming a pre-coating film to removably fixed, when the plasma processing a workpiece is fixed to the baffle plate to the mounting table while make lifting the mounting table in the control device, the inner wall surface of the chamber by fixing the baffle plate while causing lifting the mounting table in the chamber in the control device when the plasma the aperture ratio is the object to be processed in forming the pre-coat layer on the inner wall surface of the chamber The method of adjusting the space | interval of the said mounting base and the said baffle board so that it may become larger than the said aperture ratio at the time of processing is mentioned.
これによれば,載置台とバッフル板との位置関係がプラズマ処理の精度に影響を及ぼすことを考慮して,プロセス時には,バッフル板を載置台側に固定させて載置台とともに上昇させることにより,バッフル板をプロセス処理に最適な位置まで移動させることができる。つまり,バッフル板によりラジカルを処理室内により有効に閉じ込めることにより,被処理体への成膜速度を速め,かつ,被処理体に均一な膜を形成することができる。一方,プリコート膜形成時には,バッフル板をチャンバ側に固定させて載置台とバッフル板との間隔を空けることにより,処理室内のデポラジカルを排気室内のデポラジカルの状態とほぼ同じ状態にすることにより,処理室と排気室との成膜速度差を小さくし,これにより,処理室および排気室のプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができる。 According to this, in consideration of the fact that the positional relationship between the mounting table and the baffle plate affects the accuracy of the plasma processing, the baffle plate is fixed to the mounting table side and raised together with the mounting table during the process. The baffle plate can be moved to the optimum position for processing. That is, by effectively confining radicals in the processing chamber by the baffle plate, it is possible to increase the deposition rate on the object to be processed and to form a uniform film on the object to be processed. On the other hand, when the precoat film is formed, the baffle plate is fixed to the chamber side and the space between the mounting table and the baffle plate is kept, so that the depot radicals in the processing chamber are almost the same as the depo radicals in the exhaust chamber. The difference in film formation rate between the chamber and the exhaust chamber can be reduced, so that the film thicknesses of the precoat films in the processing chamber and the exhaust chamber can be made equal and the film quality can be uniformly formed.
また,本発明の他の観点によれば、載置台とバッフル板とにより,被処理体に対してプラズマ処理を施す処理室とガスを排気する排気室とに仕切られたチャンバを有するプラズマ処理装置であって,上記バッフル板は,1または2以上の貫通孔とその貫通孔の開度を調節する開閉機構とを有し,上記開閉機構を制御する制御装置を備え、上記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際に上記処理室の圧力と上記排気室の圧力とが近づくように、上記制御装置で上記バッフル板の開閉機構を制御することにより,上記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際の上記貫通孔の開口率が被処理体をプラズマ処理する際の上記開口率より大きくなるように上記1または2以上の貫通孔の開度を調節するプラズマ処理装置が提供される。According to another aspect of the present invention, a plasma processing apparatus having a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas. The baffle plate has one or more through holes and an opening / closing mechanism for adjusting the opening degree of the through holes, and includes a control device for controlling the opening / closing mechanism, and is provided on the inner wall surface of the chamber. The precoat film is formed on the inner wall surface of the chamber by controlling the opening / closing mechanism of the baffle plate with the control device so that the pressure in the processing chamber and the pressure in the exhaust chamber approach each other when forming the precoat film. There is provided a plasma processing apparatus that adjusts the opening degree of the one or more through holes so that the aperture ratio of the through holes when performing the treatment is larger than the aperture ratio when performing plasma processing on the workpiece.
これによれば,プロセス時には,バッフル板の貫通孔の開度が小さくなるように開閉機構が制御される。これにより,処理室をプロセス条件に合致した圧力に保持し,処理室内にデポラジカルを閉じ込め,これにより,成膜速度が速く,かつ,均一な膜を形成することができる。一方,プリコート膜形成時には,バッフル板に設けられた貫通孔の開度が大きくなるように開閉機構が制御される。これにより,処理室と排気室との圧力差が小さくなり,処理室内のデポラジカルを排気室内のデポラジカルの状態とほぼ同じ状態にすることができる。この結果,処理室と排気室との成膜速度差が小さくなり,処理室および排気室のプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができる。 According to this, during the process, the opening / closing mechanism is controlled so that the opening degree of the through hole of the baffle plate is reduced. As a result, the processing chamber is maintained at a pressure that matches the process conditions, and the deposition radicals are confined in the processing chamber, whereby a uniform film can be formed at a high film formation speed. On the other hand, when the precoat film is formed, the opening / closing mechanism is controlled so that the opening degree of the through hole provided in the baffle plate is increased. As a result, the pressure difference between the processing chamber and the exhaust chamber is reduced, and the deposit radicals in the processing chamber can be brought into substantially the same state as the deposit radicals in the exhaust chamber. As a result, the difference in film formation rate between the processing chamber and the exhaust chamber is reduced, the film thicknesses of the precoat films in the processing chamber and the exhaust chamber can be made equal, and the film quality can be uniformly formed.
また,本発明の他の観点によれば,載置台とバッフル板とにより、被処理体に対してプラズマ処理を施す処理室とガスを排気する排気室とに仕切られたチャンバを有するプラズマ処理装置であって、上記チャンバの外部に、上記チャンバの内壁表面へのプリコート膜の形成を促進するラジカルを生成するラジカル生成装置を備え、上記排気室と上記ラジカル生成装置を連結する搬送管を設け、上記チャンバをクリーニングした後、上記ラジカルを、上記搬送管を介して上記排気室に供給するように制御する制御装置を備えるプラズマ処理装置。 According to another aspect of the present invention, a plasma processing apparatus having a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas. And the outside of the chamber is provided with a radical generator for generating radicals that promote the formation of a precoat film on the inner wall surface of the chamber, and a transport pipe for connecting the exhaust chamber and the radical generator is provided, A plasma processing apparatus comprising: a control device that controls the radical to be supplied to the exhaust chamber through the transfer pipe after the chamber is cleaned.
一般的に,プリコート膜を形成するためのガスは処理室に供給され,生成されたプラズマ中のデポラジカルは処理室にてプリコート膜を形成するために優先的に使用される。この結果,排気室に流れるガス(デポラジカル)残留量は少なくなる。しかし,本発明では,クリーニング後,別途,排気室にデポラジカルが供給される。これにより,排気室でのプリコート膜の形成が促進される。この結果,処理室および排気室のプリコート膜をほぼ同一な膜厚で,かつ,より均一な膜質に成膜することができる。 In general, a gas for forming a precoat film is supplied to a processing chamber, and the generated deposit radicals in the plasma are preferentially used for forming the precoat film in the processing chamber. As a result, the amount of gas (depot radical) remaining in the exhaust chamber is reduced. However, in the present invention, after the cleaning, the deposit radical is separately supplied to the exhaust chamber. This promotes the formation of the precoat film in the exhaust chamber. As a result, the precoat films in the processing chamber and the exhaust chamber can be formed with substantially the same film thickness and more uniform film quality.
また、上記ラジカル生成装置は、誘電体により形成された処理容器を備えるリモートプラズマであり、上記制御装置によって、上記処理容器に供給されたガスをプラズマ化することにより上記ラジカルが生成されるように制御されてもよい。また,上記制御装置によって、被処理体にプラズマ処理を施す際に供給されるガスと同一のガスを上記リモートプラズマに供給することにより上記ラジカルが生成されるように制御されてもよい。 Also, the radical generator is a remote plasma comprising a processing chamber formed by a dielectric, by the control device, so that the radicals are produced by plasma gas supplied to the processing container It may be controlled . Further, by the control device may be controlled such that the radicals are produced by the same gas and gas supplied when performing the plasma treatment to the object to be processed is supplied to the remote plasma.
これによれば,たとえば,プロセスがCVD(Chemical Vapor Deposition:化学蒸着薄膜成膜法)処理の場合,プリコート膜形成時に供給されるガスは,プロセス時に供給されるガスと同一となる。これにより,プリコート膜は基板上に形成される膜と同一膜となる。これによると,成膜前からプロセス条件を成膜時と同じ条件に設定することができる。この結果,プロセス時に生じるラジカルがチャンバ内壁などで消耗されることがないため,より安定した良質な成膜が可能となる。 According to this, for example, when the process is a CVD (Chemical Vapor Deposition) process, the gas supplied when forming the precoat film is the same as the gas supplied during the process. Thereby, the precoat film becomes the same film as the film formed on the substrate. According to this, the process conditions can be set to the same conditions as during film formation before film formation. As a result, radicals generated during the process are not consumed on the inner wall of the chamber, so that stable and high-quality film formation is possible.
上記プラズマ処理装置は、上記制御装置が、スロットに通して誘電体を透過したマイクロ波により上記チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化させて、被処理体にプラズマ処理を施すように制御するマイクロ波プラズマ処理装置であってもよい。 The plasma processing apparatus, the control apparatus, the microwaves transmitted through the dielectric through a slot by plasma processing gas supplied into the said chamber, is controlled to perform a plasma process on a target object A microwave plasma processing apparatus may be used.
さらに,そのマイクロ波プラズマ処理装置の誘電体は,複数枚の誘電体パーツから構成され、各誘電体パーツには、1または2以上のスロットが設けられ、上記制御装置が、上記1または2以上のスロットに通して各誘電体パーツをそれぞれ透過したマイクロ波によりチャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化させて、被処理体にプラズマ処理を施すように制御してもよい。
Further, the dielectric of the microwave plasma processing apparatus is composed of a plurality of dielectric parts, and each dielectric part is provided with one or two or more slots, and the control device is provided with the one or two or more slots. The processing gas supplied into the chamber may be turned into plasma by microwaves that have passed through the slots and passed through the dielectric parts, and the object to be processed may be controlled to be subjected to plasma processing .
これによれば,各誘電体パーツにスロットがそれぞれ設けられており,しかも従来に比べ,各誘電体パーツの面積は著しく小さくなるため,マイクロ波を各誘電体パーツに透過させることにより各誘電体パーツの表面にて表面波を均一に伝播させることができる。この結果,プロセスウィンドウを広くすることができるとともにプラズマ処理を精度よく安定して行うことができる。また,誘電体窓を小型化,軽量化された各誘電体パーツにより構成することができるため,マイクロ波プラズマ処理装置を容易かつ低コストで製造することができるとともに被処理体の大面積化に対してフレキシブルに対応することができる。 According to this, each dielectric part is provided with a slot, and the area of each dielectric part is significantly smaller than in the prior art. Therefore, by transmitting microwaves to each dielectric part, Surface waves can be propagated uniformly on the surface of the part. As a result, the process window can be widened and plasma processing can be performed accurately and stably. In addition, because the dielectric window can be configured with each dielectric part reduced in size and weight, a microwave plasma processing apparatus can be manufactured easily and at low cost, and the area to be processed can be increased. On the other hand, it can respond flexibly.
また,本発明の他の観点によれば,載置台とバッフル板とにより,被処理体に対してプラズマ処理を施す処理室とガスを排気する排気室とに仕切られたチャンバを有するプラズマ処理装置の制御方法であって,被処理体をプラズマ処理する際,第1の位置まで上記載置台を昇降し,上記チャンバのクリーニング時および上記チャンバの内壁表面へのプリコート膜形成時に,プリコート膜を形成する際の上記載置台と上記バッフル板との間隔を、被処理体をプラズマ処理する際の上記載置台と上記バッフル板との間隔より大きくするための第2の位置まで上記載置台を昇降するプラズマ処理装置の制御方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a plasma processing apparatus having a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas. a control method, when performing plasma processing on a processing target, and lifting the on the mounting table to the first position, when the pre-coating film formed on the inner wall surface of the cleaning time and the chambers of the chamber, forming a pre-coating film The upper table is moved up and down to a second position for making the interval between the upper table and the baffle plate larger than the distance between the upper table and the baffle plate when the object to be processed is plasma-treated. A method for controlling a plasma processing apparatus is provided.
これによれば,プロセス時には,載置台を所定の位置まで昇降させることにより,処理室をプロセス条件に合致した圧力に保持し,処理室内にデポラジカルを閉じ込め,これにより,成膜速度が速く,かつ,均一な膜を形成することができる。一方,チャンバのクリーニング時またはクリーニング後には,載置台を昇降することにより載置台とバッフル板とに間隔を空けることにより,処理室と排気室との圧力差を小さくすることができる。これにより,処理室内のデポラジカルを排気室内のデポラジカルの状態とほぼ同じ状態にして,処理室と排気室との成膜速度差を小さくすることによって,処理室および排気室のプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができる。この結果,プリコート膜形成時間を大幅に短縮することができるだけでなく,チャンバ内をクリーニングするまでのサイクルを長くすることができる。この結果,スループットを向上させ生産性を上げることができる。 According to this, at the time of the process, by raising and lowering the mounting table to a predetermined position, the processing chamber is maintained at a pressure that matches the process conditions, and the deposition radicals are confined in the processing chamber. , A uniform film can be formed. On the other hand, when the chamber is cleaned or after cleaning, the pressure difference between the processing chamber and the exhaust chamber can be reduced by raising and lowering the mounting table to provide a space between the mounting table and the baffle plate. As a result, the film thickness of the precoat film in the processing chamber and the exhaust chamber is reduced by making the deposition radical in the processing chamber substantially the same as the state of the deposition radical in the exhaust chamber and reducing the difference in film formation rate between the processing chamber and the exhaust chamber. More uniform and uniform film quality can be formed. As a result, not only can the precoat film formation time be significantly shortened, but also the cycle until the chamber is cleaned can be lengthened. As a result, throughput can be improved and productivity can be increased.
また,本発明の他の観点によれば,1または2以上の貫通孔およびその貫通孔を開閉する開閉機構を有するバッフル板と載置台とにより被処理体に対してプラズマ処理を施す処理室とガスを排気する排気室とに仕切られたチャンバを有するプラズマ処理装置の制御方法であって,被処理体をプラズマ処理する際,第1の位置まで上記開閉機構を摺動し,上記チャンバのクリーニング時および上記チャンバの内壁表面へのプリコート膜形成時に,プリコート膜を形成する際の上記貫通孔の開度を、被処理体をプラズマ処理する際の上記貫通孔の開度より大きくするための第2の位置まで上記開閉機構を摺動するプラズマ処理装置の制御方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed by a baffle plate having one or more through holes and an opening / closing mechanism for opening and closing the through holes and a mounting table; a method for controlling a plasma processing apparatus having a chamber which is partitioned into an exhaust chamber for exhausting gas, when plasma processing a workpiece, and sliding the opening and closing mechanism to the first position, the cleaning of the chamber When the precoat film is formed on the inner wall surface of the chamber and when the precoat film is formed, the opening of the through hole is larger than the opening of the through hole when the object to be processed is plasma-treated . A method of controlling a plasma processing apparatus that slides the opening / closing mechanism to position 2 is provided.
これによれば,プロセス時には,バッフル板の貫通孔の開度が小さくなるように開閉機構を制御することにより,処理室をプロセス条件に合致した圧力に保持し,処理室内にデポラジカルを閉じ込め,これにより,成膜速度が速く,かつ,均一な膜を形成することができる。一方,プリコート膜形成時には,バッフル板に設けられた貫通孔の開度が大きくなるように開閉機構を制御することにより,処理室と排気室との圧力差を小さくして処理室内のデポラジカルを排気室内のデポラジカルの状態とほぼ同じ状態にし,各室の成膜速度差を小さくすることによって,処理室および排気室のプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができる。 According to this, during the process, the opening and closing mechanism is controlled so that the opening of the through hole of the baffle plate is reduced, so that the processing chamber is maintained at a pressure that matches the process conditions, and the depot radicals are confined in the processing chamber. Therefore, a uniform film can be formed with a high film formation speed. On the other hand, when the precoat film is formed, the opening / closing mechanism is controlled so that the opening of the through hole provided in the baffle plate is increased, thereby reducing the pressure difference between the processing chamber and the exhaust chamber and exhausting the depot radicals in the processing chamber. The film thickness of the precoat film in the processing chamber and the exhaust chamber can be made equal and the film quality can be made uniform by reducing the difference in the film formation rate between the chambers and reducing the difference in the film formation rate between the chambers. Can do.
また,本発明の他の観点によれば,載置台とバッフル板とにより,被処理体に対してプラズマ処理を施す処理室とガスを排気する排気室とに仕切られたチャンバを有するプラズマ処理装置の制御方法であって,上記チャンバをクリーニングした後,上記チャンバの内壁表面へのプリコート膜の形成を促進するラジカルを上記排気室に供給するプラズマ処理装置の制御方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a plasma processing apparatus having a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas. And a control method for a plasma processing apparatus for supplying radicals for promoting the formation of a precoat film on the inner wall surface of the chamber to the exhaust chamber after the chamber is cleaned.
これによれば,クリーニング後に排気室に供給されたラジカルにより,排気室でのプリコート膜の形成が促進される。これにより,処理室および排気室のプリコート膜をより均一な膜質でほぼ同一な厚さに形成することができる。 According to this, formation of a precoat film in the exhaust chamber is promoted by radicals supplied to the exhaust chamber after cleaning. As a result, the precoat films of the processing chamber and the exhaust chamber can be formed with a more uniform film quality and substantially the same thickness.
以上説明したように,本発明によれば,チャンバの内壁表面をより均一な厚さに被膜するプラズマ処理装置およびそのプラズマ処理装置の制御方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a plasma processing apparatus that coats the inner wall surface of the chamber with a more uniform thickness and a control method for the plasma processing apparatus.
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
また,本明細書中1mTorrは(10−3×101325/760)Pa,1sccmは(10−6/60)m3/secとする。 In this specification, 1 mTorr is (10 −3 × 101325/760) Pa, and 1 sccm is (10 −6 / 60) m 3 / sec.
(第1実施形態)
(マイクロ波プラズマ処理装置の構成)
まず,本発明の第1実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の構成について,本装置を縦方向(y軸に垂直な方向)に切断した断面図である図1,および,この装置の処理室の天井面を示した図2を参照しながら説明する。また,以下の説明では,本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を用いたゲート酸化膜形成プロセスを例に挙げて説明する。
(First embodiment)
(Configuration of microwave plasma processing equipment)
First, regarding the configuration of the microwave plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1, which is a cross-sectional view of the apparatus cut in the longitudinal direction (direction perpendicular to the y-axis), and the processing chamber of the apparatus 2 will be described with reference to FIG. In the following description, a gate oxide film forming process using the microwave plasma processing apparatus according to the present embodiment will be described as an example.
マイクロ波プラズマ処理装置100は,チャンバ10と蓋体20とからなる筐体を有している。チャンバ10は,その上部が開口された有底立方体直方体形状を有していて,接地されている。チャンバ10は,たとえば,アルミニウム(Al)などの金属から形成されている。
The microwave
チャンバ10の内部には,略中央にて,基板Gなどの被処理体を載置するサセプタ11(載置台)が設けられている。サセプタ11は,たとえば,窒化アルミニウムから形成されている。
Inside the
サセプタ11の内部には,給電部11aおよびヒータ11bが設けられている。給電部11aには,整合器12a(たとえば,コンデンサ)を介して高周波電源12bが接続されている。また,給電部11aには,コイル13aを介して高圧直流電源13bが接続されている。整合器12a,高周波電源12b,コイル13aおよび高圧直流電源13bは,チャンバ10の外部に設けられていて,高周波電源12bおよび高圧直流電源13bは,接地されている。
Inside the
給電部11aは,高周波電源12bから出力された高周波電力によりチャンバ10の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また,給電部11aは,高圧直流電源13bから出力された直流電圧により基板Gを静電吸着するようになっている。
The
ヒータ11bには,チャンバ10の外部に設けられた交流電源14が接続されていて,交流電源14から出力された交流電圧により基板Gを所定の温度に保持するようになっている。
An
チャンバ10の底面は筒状に開口され,開口された外周近傍にてベローズ15の一端がチャンバ10の外部壁面に装着されている。ベローズ15の他端には,昇降プレート16が固着されている。このようにして,チャンバ10底面の開口部分は,ベローズ15および昇降プレート16により密閉されている。
The bottom surface of the
また,サセプタ11は,昇降プレート16上に配置された筒体17に支持されていて,電動モータ16aから出力される駆動力により昇降プレート16上および筒体17とともに一体的に昇降する。このようにして,電動モータ16aは,サセプタ11を所望の高さに調整するようになっている。
The
サセプタ11の周囲には,チャンバ10内のガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板18が設けられている。チャンバ10の内部は,サセプタ11およびバッフル板18により,基板Gをプラズマ処理する処理室10uとガスを排気する排気室10dとに仕切られている。また,チャンバ10の内壁側部には,略中央にてサセプタ11側に突出した受け具18aが設けられている。バッフル板18は,その下面外周縁にて受け具18aに支持されることにより,チャンバ10の内壁側部に固定されている。
A
チャンバ10には,排気機構19として,ドライポンプ19a,APC(自動圧力調整器:Automatic Pressure Control)19bおよびTMP(ターボモレキュラポンプ:Turbo Molecular Pump)19cが設けられている。
The
ドライポンプ19aは,所定のバルブを開閉させて,チャンバ10内が所定の減圧状態になるまでガスを粗引きした後,バルブの開閉を切り替えて,TMP19cの背圧を減少させている。APC19bには,排気室10dとTMP19cとの連通状態を制御する弁体が設けられていて,処理室10u内の圧力P1の変化に応じてAPC19bの弁体をスライドさせることにより,排気室10dとTMP19cとの連通部分を所望の開度にするようになっている。これにより,APC19bの弁体の開度に応じて,チャンバ10内の雰囲気が所定の真空度まで減圧される。
The
蓋体20は,チャンバ10の上方を密閉するように配設されている。蓋体20は,チャンバ10と同様に,たとえば,アルミニウム(Al)などの非磁性体である金属から形成されている。蓋体20には,蓋本体21,導波管22a〜導波管22f,スロットアンテナ23a〜スロットアンテナ23f,誘電体パーツ24a〜誘電体パーツ24fから構成される誘電体,および,梁25が設けられている。
The
チャンバ10と蓋体20とは,蓋本体21の下面外周部とチャンバ10の上面外周部との間に配置されたOリング26により固定され,これにより,チャンバ内の気密性が保持されている。
The
蓋本体21の下面に形成されている導波管22a〜導波管22fは,図2に示したように,y軸方向に互いに平行に並列して配置されている。導波管22aおよび導波管22b,導波管22cおよび導波管22d,導波管22eおよび導波管22fには,その端部にて平面視でV字状の分岐導波管27a,分岐導波管27b,分岐導波管27cがそれぞれ接続されている。各分岐導波管27にはマイクロ波発生器28が接続されている。
As shown in FIG. 2, the
各導波管22は,それぞれの軸方向に垂直な断面が矩形状である矩形導波管により形成されている。たとえば,TE10モード(TE波:transverse electric wave:磁界がマイクロ波の進行方向成分を持つ波)の場合,各導波管22の軸方向に垂直な断面の長辺方向の管壁は磁界に平行なH面となり,短辺方向の管壁は電界に平行なE面となる。各導波管の長辺方向と短辺方向とをどのように配置するかは,モード(導波管内の電磁界分布)によって変化する。各導波管22および各分岐導波管27の内部は,たとえば,アルミナ(酸化アルミニウム:Al2O3),石英,フッ素樹脂などの誘電部材によって充填されている。その誘電部材により,λg1=λc/(εε1)1/2の式に従って各導波管22の管内波長λg1が制御される。ここで,λcは自由空間の波長,ε1は誘電部材の誘電率である。 Each waveguide 22 is formed of a rectangular waveguide whose cross section perpendicular to the axial direction is rectangular. For example, in the TE10 mode (TE wave: transverse electric wave), the long-side tube wall of the cross section perpendicular to the axial direction of each waveguide 22 is parallel to the magnetic field. The tube wall in the short side direction becomes an E surface parallel to the electric field. The arrangement of the long side direction and the short side direction of each waveguide varies depending on the mode (electromagnetic field distribution in the waveguide). The inside of each waveguide 22 and each branch waveguide 27 is filled with a dielectric member such as alumina (aluminum oxide: Al 2 O 3 ), quartz, fluorine resin, or the like. The dielectric member controls the in-tube wavelength λg 1 of each waveguide 22 according to the formula λg 1 = λc / (εε 1 ) 1/2 . Here, λc is the wavelength in free space, and ε 1 is the dielectric constant of the dielectric member.
図1に示したように,スロットアンテナ23a〜スロットアンテナ23fは,導波管22a〜導波管22fの底面にそれぞれ設けられている。各スロットアンテナ23には,図2に示したように,13個のスロット23aが透孔としてそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 1, the
各スロットアンテナ23のスロット23aは,たとえば,λg/2の等間隔に配置されている。このようにして,78個(=13×6)のスロット23aが,チャンバ10の天井部に配置される。
The
スロットアンテナ23の下面には,長方形の平板状をなす39枚の誘電体パーツ24が配設されている。各誘電体パーツ24は,マイクロ波を透過するように,たとえば,石英ガラス,窒化アルミニウム(AlN),アルミナ(酸化アルミニウム:Al2O3),サファイア,SiN,セラミックスなどから形成されている。
On the lower surface of the slot antenna 23, 39
図2に示したように,梁25は格子状に形成され,スロットアンテナ23の下面にて39枚の誘電体パーツ24を支持する。梁25は,アルミニウムなどの非磁性体である金属からなる導体であり,図1に示したスロットアンテナ23,蓋本体21およびチャンバ10を介して接地されている。各梁25の内部には,複数のガス導入管29が貫通していて,ガス導入管29先端の噴射孔30(図2参照)から処理ガスが噴射される。
As shown in FIG. 2, the
図1の処理ガス供給源31は,バルブ(バルブ31a1,バルブ31a3,バルブ31b1,バルブ31b3,バルブ31b5,バルブ31b7,バルブ31c1,バルブ31c3),マスフローコントローラ(マスフローコントローラ31a2,マスフローコントローラ31b2,マスフローコントローラ31b6,マスフローコントローラ31c2)およびガス供給源(O2ガス供給源31a4,SiH4およびガス供給源31b4,Arガス供給源31b8,CF4ガス供給源31c4)から構成されている。 1 includes a valve (valve 31a1, valve 31a3, valve 31b1, valve 31b3, valve 31b5, valve 31b7, valve 31c1, valve 31c3), mass flow controller (mass flow controller 31a2, mass flow controller 31b2, mass flow controller). 31b6, mass flow controller 31c2) and gas supply sources (O 2 gas supply source 31a4, SiH 4 and gas supply source 31b4, Ar gas supply source 31b8, CF 4 gas supply source 31c4).
処理ガス供給源31は,各バルブの開閉を制御することにより,各処理ガスを選択的にチャンバ10内に供給するようになっている。また,各マスフローコントローラは,それぞれが供給する処理ガスの流量を制御することにより処理ガスを所望の濃度に調整するようになっている。
The processing
たとえば,プロセス時には,O2ガスが,O2ガス供給源31a4から供給され,ガス流路32aを通って処理室10uに噴射される。また,SiH4ガスおよびArガスが,SiH4ガス供給源31b4およびArガス供給源31b8からそれぞれ供給され,ガス流路32bを通って処理室10uに噴射される。
For example, during the process, O 2 gas is supplied from the O 2 gas supply source 31a4 and injected into the
また,たとえば,クリーニング時には,O2ガスおよびCF4ガスが,O2ガス供給源31a4およびCF4ガス供給源31c4からそれぞれ供給され,ガス流路32aを通って処理室10uに噴射される。
Further, for example, during cleaning, O 2 gas and CF 4 gas are supplied from the O 2 gas supply source 31a4 and the CF 4 gas supply source 31c4, respectively, and are injected into the
マイクロ波プラズマ処理装置100の外部には,リモートプラズマ35が設置されている。リモートプラズマ35は,処理容器35a,コイル35b,高周波電源35c,容量Cおよび搬送管35dを有していて,チャンバ10内をクリーニングするときに用いられる。
A
処理容器35aは,中空の管状部材から構成され,誘電体により形成されている。処理容器35aの外周には,コイル35bが螺旋状に巻きつけられている。コイル35bには,その一端にて高周波電源35cが接続されていて,その他端は接地されている。高周波電源35cには,直流成分を絶縁するための容量Cが接続されている。
The
処理容器35aには,クリーニングガスとして,たとえば,CF4ガス,O2ガスおよびArガスが処理ガス供給源31から供給される。クリーニングガスの他の例として,NF3ガスおよびArガスが供給されてもよい。高周波電源35cから出力された高周波電力がコイル35bに印加されると,コイル35bの周りに高周波磁界が生じる。この磁界の時間的変化により誘導された誘導電界によって処理容器35a内にてクリーニングガスがプラズマ化される。このようにして生成された誘導結合プラズマ(ICP:Inductively coupled plasma)中,ラジカルのライフタイムは長い。この結果,活性なFラジカルのみが搬送管35dを介して処理室10uに供給される。
For example, CF 4 gas, O 2 gas, and Ar gas are supplied from the processing
また,マイクロ波プラズマ処理装置100の外部には,冷却水供給源33が配設されている。冷却水供給源33は,蓋本体21の内部に設けられた水路34に冷却水を循環供給することにより,蓋本体21の内部を冷却するようになっている。
A cooling
さらに,マイクロ波プラズマ処理装置100の外部には,コントローラ40が設けられている。コントローラ40は,所定のタイミングに電動モータ16aおよびAPC19bにそれぞれ駆動信号を出力するようになっている。コントローラ40に接続された第1の圧力センサ41は,処理室10uに設けられ,処理室10uの圧力P1を検出する。同様に,コントローラ40に接続された第2の圧力センサ42は,排気室10dに設けられ,排気室10dの圧力P2を検出するようになっている。
Furthermore, a
このような構成により,図2に示したマイクロ波発生器28から出力されたマイクロ波は,各導波管22を伝播し,各スロットを通って各誘電体パーツ24を透過して処理室10u内に入射される。このようにして処理室10u内に入射されたマイクロ波の電界エネルギーにより,処理ガス供給源31から供給された成膜ガスがプラズマ化され,基板Gにゲート酸化膜が形成される。また,複数枚の基板Gに成膜処理が施されることにより,チャンバ内壁面に堆積した反応生成物が予め定められた厚さになると,処理ガス供給源31およびリモートプラズマ35は,F系ガスをクリーニングガスとして供給し,クリーニングガスから生成されたプラズマ中のFラジカルの作用によってチャンバ内壁がクリーニングされる。クリーニング後,再び処理ガス供給源31から成膜ガスが供給され,ゲート酸化膜と同一のプリコート膜が成膜時と同じプロセス条件にてチャンバ内壁に形成される。プリコート膜がある程度の厚さになると,再び基板Gを搬入し,成膜処理が再開される。
With such a configuration, the microwave output from the
(サセプタ11の昇降動作)
つぎに,以上に説明した(1)成膜(ゲート酸化膜形成),(2)クリーニング,(3)F系ガス低減膜形成(プリコート膜形成)時の各工程における,図3に示したサセプタ11の昇降動作について,発明者らが実際に実験した結果を示しながら説明する。
(Raising and lowering of susceptor 11)
Next, the susceptor shown in FIG. 3 in each step of (1) film formation (gate oxide film formation), (2) cleaning, and (3) F-based gas reduction film formation (precoat film formation) described above. 11 will be described with reference to the results of actual experiments by the inventors.
発明者らが実験時に各工程にて設定したプロセス条件はつぎのとおりである。
(1)成膜(ゲート酸化膜形成)時のプロセス条件
このときのプロセス条件は,処理室10uの圧力が200mTorr,マイクロ波のパワーが2.55kW×3(3つのマイクロ波発生器28を使用)であった。また,ガス種は,Arガス,SiH4ガスおよびO2ガスを用い,そのガス量はArガス1500sccm,SiH4ガス150sccm,O2ガス950sccmであった。また,基板Gの温度を300℃とした。また,基板Gと誘電体パーツ24との距離は166mmであった。
The process conditions set by the inventors in each step during the experiment are as follows.
(1) Process conditions at the time of film formation (gate oxide film formation) The process conditions at this time are as follows: the pressure in the
(2)クリーニング時のプロセス条件
上記説明では,クリーニングガスとしてCF4ガス,O2ガスおよびArガスを例に挙げたが,実験時には,F系ガスとしてNF3ガスおよびArガスを用いた。そのガス量はArガス1000sccm,NF3ガス1000sccmであった。また,処理室10uの圧力が2Torr,高周波電源35cからの出力が10.8kWであった。また,基板Gと誘電体パーツ24との距離は194mmであった。
(2) Process conditions at the time of cleaning In the above description, CF 4 gas, O 2 gas, and Ar gas are given as examples of the cleaning gas, but NF 3 gas and Ar gas were used as the F-based gas during the experiment. The gas amounts were 1000 sccm for Ar gas and 1000 sccm for NF 3 gas. The pressure in the
(3)プリコート膜形成時のプロセス条件は,成膜時と同一の条件とした。 (3) The process conditions for forming the precoat film were the same as those for forming the film.
(1)成膜
ゲート酸化膜を形成するプロセスが開始される前に,コントローラ40は,サセプタ11をプロセス条件に定められた所定の高さに昇降させるための駆動信号を電動モータ16aに送信する。その駆動信号に対応して電動モータ16aから出力された動力により,サセプタ11は所定の高さまで上昇する(図3上)。
(1) Film Formation Before the process for forming the gate oxide film is started, the
この状態で,コントローラ40が,成膜ガスを供給させるために駆動信号を処理ガス供給源31に送信することにより,処理ガス供給源31は,Arガス,SiH4ガスおよびO2ガスを処理室10u内に供給する。これらの成膜ガスは,マイクロ波によりプラズマ化される。
In this state, the
サセプタ11が所定の高さまで上昇した状態では,サセプタ11とバッフル板18との間隔はほとんどない。また,APC19bは,その弁体を開くように制御されている。これにより,処理室10uをプロセス条件に合致した圧力(50mTorr〜500mTorr程度)に保つことができる。この結果,成膜ガスから生成されたプラズマ中のデポラジカルが処理室10u内に閉じ込められることにより,成膜速度が速く,均一性の高い成膜を基板Gに施すことができる。
When the
(2)クリーニング
多数の基板G上にゲート酸化膜をそれぞれ形成する処理を繰り返すことによりチャンバ内壁に堆積した反応生成物が所定の厚さになると,チャンバ内はクリーニングされる。その際,コントローラ40は,サセプタ11とバッフル板18との間隔を空けるための駆動信号を電動モータ16aに送信する。その駆動信号に対応して電動モータ16aから出力される動力により,サセプタ11は所定の高さまで下降する(図3下)。この状態では,サセプタ11とバッフル板18との間に所定の間隔(隙間S)が生じる。このため,ガスは,処理室10uから排気室10dへ流れやすくなり,処理室10uの圧力P1と排気室10dの圧力P2との差は小さくなる。
(2) Cleaning When the reaction product deposited on the inner wall of the chamber reaches a predetermined thickness by repeating the process of forming gate oxide films on a large number of substrates G, the inside of the chamber is cleaned. At that time, the
たとえば,成膜時,図4の(A)線にて示したように,処理室10uの圧力P1が500mTorrのとき,排気室10dの圧力P2は250mTorrであり,処理室10uの圧力P1が,排気室10dの圧力P2より高いことがわかる。
For example, during film formation, as shown by the line (A) in FIG. 4, when the pressure P1 in the
一方,クリーニング時,隙間Sが1cmになるようにサセプタ11を降下させたとき,図4の(B)線にて示したように,処理室10uの圧力P1が500mTorrのとき,排気室10dの圧力P2は480mTorrであり,処理室10uの圧力P1と排気室10dの圧力P2とは非常に小さくなったことがわかる。
On the other hand, at the time of cleaning, when the
この状態で,コントローラ40が,クリーニングガスを供給させるために駆動信号を処理ガス供給源31に送信することにより,処理ガス供給源31は,NF3ガスおよびArガスを処理室10u内に供給する。これらのクリーニングガスは,マイクロ波によりプラズマ化される。
In this state, the
また,上記駆動信号により,処理ガス供給源31は,NF3ガスおよびArガスをリモートプラズマ35に供給する。リモートプラズマ35は,これらのクリーニングガスをプラズマ化し,排気室10d内にFラジカルを供給させる。具体的には,クリーニングガス(NF3,Ar)が処理容器35aに供給され,高周波電源35cの高周波電力がコイル35bに印加される。これにより,ガスは,コイル35bの周りに生じた高周波の磁界から誘導される高周波の電界によりプラズマ化され,プラズマ中のFラジカルのみが,そのライフタイムの長さから搬送管35dを最後まで伝わってチャンバ内に供給される。供給されたFラジカルは,チャンバの内壁に付着したSiOx膜にアタックし,SiFx(SiF1,SiF2,SiF3,SiF4)ガスとなってチャンバ外に排出される。また,残されたOxは,処理室10uに供給されたNF3ガスのうちのNと反応して,NOやNO2などのガスとなってチャンバ外に排出される。
Further, the processing
上述したように,クリーニング時には,サセプタ11が下方に位置することにより,ガスが処理室10uから排気室10dへ流れやすくなり,処理室10uの圧力P1と排気室10dの圧力P2との差は小さくなっている。上記式(1)によれば,各室の圧力差を小さくし,処理室10uのFラジカルを排気室10dのFラジカルとほぼ同一状態にすることにより,各室のクリーニング速度の差をなくすことができる。これにより,SiFxガスやNO,NO2などのガスの生成速度は,処理室10uと排気室10dとでほぼ等しくなる。この結果,処理室10uおよび排気室10dの内壁は,より均等にクリーニングされるとともに,そのクリーニング時間を大幅に短縮することができる。
As described above, during cleaning, the
ところが,このように,マイクロ波プラズマ処理装置100のクリーニングにはF系ガスのプラズマが用いられており,しかもチャンバ本体はAl,天井部はAl2O3にて形成されている。このような状況で,FイオンがAl2O3にアタックすると,Al−O間の結合が切れて,部分的にAl−F等の膜が生じる。また,Al−Fの結合エネルギーは159kcal/molであり,Al−Oの結合エネルギーは120kcal/molであるAl2O3と同様に結合状態が安定している。この結果,クリーニングの際,チャンバ本体のAlおよび天井部のAl2O3がフッ化され,チャンバ内壁や天井部が部分的にAlFになる場合がある。
However, as described above, the plasma of the F-based gas is used for cleaning the microwave
また,クリーニング時に生成されたSiF4やF2は結合状態が安定しているので,その一部がチャンバの外に排出されず,チャンバ内壁に物理的に吸着する場合もある。このようにして吸着したSiF4やF2は,吸着エネルギーが小さいので脱離しやすい。また,上述したようにチャンバ内壁にて部分的にフッ化されたAlFは,成膜時のイオンによりAl−F結合が切れることによってFとなり,チャンバ内に放出される。このようにしてチャンバ内に存在することとなったF系残留物が脱離し,成膜中の薄膜に混入するという問題が生じる。 Further, since the combined state of SiF 4 and F 2 generated at the time of cleaning is stable, some of them may not be discharged out of the chamber and physically adsorbed on the inner wall of the chamber. SiF 4 and F 2 adsorbed in this way are easily desorbed because of their low adsorption energy. Further, as described above, AlF partially fluorinated on the inner wall of the chamber becomes F when the Al—F bond is broken by ions during film formation, and is released into the chamber. In this way, there arises a problem that the F residue remaining in the chamber is desorbed and mixed into the thin film being formed.
これに加え,通常,成膜時の製品の歩留まりを上げ,安定的に製品を製造するために,被処理体を成膜する前に,チャンバ10内へのラジカルの供給,チャンバ10内での薄膜の生成およびチャンバ10外へのガスの排気という一連の循環を定常状態にする必要がある。すなわち,成膜前からチャンバ内のプロセス条件を成膜時と同じ条件に設定することにより,プロセス時に生じるラジカルがチャンバ内壁などで消耗されることなく,安定した成膜を行う必要がある。
In addition to this, in order to increase the yield of the product during film formation and to manufacture the product stably, the supply of radicals into the
以上に説明したように,チャンバ内壁に存在するAl−F等からのFの脱離やチャンバ内壁からのSiF4やF2の脱離が膜質低下の発生原因となるという問題を解消するとともに,成膜前からプロセス条件を成膜時と同じ条件に設定するという観点から,クリーニング後であって成膜前(プリコート膜形成時)に,成膜時に供給されるガスと同じガスをプラズマ化させて,そのプラズマによりチャンバ内壁表面を被膜する(すなわち,いわゆるプリコート膜を形成する)。このプリコート膜形成時におけるサセプタ11の昇降動作についてつぎに説明する。
As described above, the problem that F desorption from Al-F and the like existing on the inner wall of the chamber and desorption of SiF 4 and F 2 from the inner wall of the chamber cause the deterioration of the film quality is solved. From the viewpoint of setting the process conditions to the same as those at the time of film formation before film formation, the same gas as that supplied at the time of film formation is converted to plasma after cleaning and before film formation (at the time of precoat film formation). Then, the surface of the inner wall of the chamber is coated with the plasma (that is, a so-called precoat film is formed). Next, the raising / lowering operation of the
(3)プリコート膜形成
プリコート膜形成時,チャンバの内壁表面をプロセス処理時と同じSiO2膜(ゲート酸化膜)で被膜する。このとき,サセプタ11とバッフル板18との間には所定の間隔(隙間S)が生じたままである。このため,チャンバ内では,ガスが処理室10uから排気室10dへ流れやすくなっている状態が保たれており,処理室10uの圧力P1と排気室10dの圧力P2との差は小さいままである。
(3) Precoat film formation When the precoat film is formed, the inner wall surface of the chamber is coated with the same SiO 2 film (gate oxide film) as in the process. At this time, a predetermined interval (gap S) remains between the susceptor 11 and the
この状態で,コントローラ40が,プリコート膜形成のためのガスを供給させるために駆動信号を処理ガス供給源31に送信することにより,処理ガス供給源31は,再び,成膜ガスと同じガスであるArガス,SiH4ガスおよびO2ガスを処理室10u内に供給する。これらの成膜ガスは,マイクロ波によりプラズマ化される。
In this state, the
上述したように,上記式(1)によれば,各室の圧力差を小さくし,処理室10uのデポラジカルを排気室10dのデポラジカルとほぼ同じ状態にすることにより,各室の成膜速度の差をなくすことができる。この結果,処理室10uおよび排気室10dのプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができるとともに,そのプリコート膜を所定の厚さまで形成する時間を大幅に短縮することができる。
As described above, according to the above formula (1), the pressure difference between the chambers is reduced, and the deposition radicals in the
このように,本実施形態では,クリーニング時およびプリコート膜形成時には,サセプタ11とバッフル板18との間に隙間Sが設けられる。これにより,チャンバ内壁を,より均等にクリーニングすることができるとともに,プリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に形成することができる。この結果,クリーニング時間およびプリコート膜形成時間を大幅に短縮して,スループットを向上させ生産性を上げることができる。
Thus, in the present embodiment, the gap S is provided between the susceptor 11 and the
また,成膜時には,バッフル板18とサセプタ11との間に隙間がほとんど生じないようにバッフル板18を上昇させる。この結果,処理室10uのデポラジカルの分布を均一にすることができるので,基板Gに良質なゲート酸化膜を形成することができる。
Further, at the time of film formation, the
(第1実施形態の変形例1)
つぎに,第1実施形態の変形例1にかかるマイクロ波プラズマ処理装置100の構成および動作について,図5を参照しながら説明する。この装置では,バッフル板18を支持する受け具がサセプタ11の側壁部にも配設されていて,バッフル板18がチャンバ10の内壁側部またはサセプタの側壁部のいずれかに着脱可能に固定される点で,バッフル板18がチャンバ10の内壁側部に固定される第1実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置と相異する。よって,この相違点を中心に説明する。
(Modification 1 of the first embodiment)
Next, the configuration and operation of the microwave
チャンバ10の内壁側部には,略中央にてサセプタ11側に突出した受け具18aが取り付けられている。また,サセプタ11の側面略中央にもチャンバ10の側壁側に突出した受け具18bが取り付けられている。バッフル板18は,サセプタ11の高さによってチャンバ10またはサセプタ11のいずれかに着脱可能に固定されるようになっている。
On the inner wall side portion of the
つぎに,本変形例の場合におけるサセプタ11の昇降動作を説明する。
(1)成膜
成膜の際,コントローラ40は,電動モータ16aに駆動信号を送信し,この駆動信号に応じて電動モータ16aが動作することによりサセプタ11は所定の高さまで上昇する。上昇している間に,バッフル板18は,その下面内周縁にて受け具18bに支持されることによりサセプタ11の側壁に固定され,サセプタ11とともに所定の高さまで上昇する(図5上)。
Next, the raising / lowering operation of the
(1) Film Formation During film formation, the
この状態では,サセプタ11とバッフル板18との間隔はほとんどない。よって,処理室10uの圧力P1は,プロセス条件に合致した状態に保持される。この結果,デポラジカルが処理室内に閉じ込められるため,成膜速度が速く,かつ,均一性の高いSiO2膜が基板Gに形成される。
In this state, there is almost no gap between the susceptor 11 and the
(2)クリーニング
チャンバ内壁に堆積した反応生成物が所定の厚さになると,コントローラ40は,電動モータ16aに駆動信号を送信し,電動モータ16aがこの駆動信号に応じて動作することによりサセプタ11は所定の高さまで下降する(図5下)。下降している間に,サセプタ11に固定されていたバッフル板18がチャンバ10側の受け具18aが設けられた高さまで下降すると,バッフル板18は,その下面外周縁にて受け具18aに係合する。その後,サセプタ11がさらに下降すると,バッフル板18は,サセプタ11側の受け具18bを離れ,チャンバ10の内壁側部の受け具18aに固定され,サセプタ11のみが所定の高さまで下降する。
(2) Cleaning When the reaction product deposited on the inner wall of the chamber reaches a predetermined thickness, the
この状態で,クリーニングガスが供給されると,サセプタ11とバッフル板18との間に所定の間隔(隙間S)が生じているため,処理室10uの圧力P1と排気室10dの圧力P2との差は小さくなり,処理室10uのデポラジカルを排気室10dのデポラジカルとほぼ同一状態にすることにより,各室のクリーニング速度の差をなくすことができる。これにより,SiFxガスやNO,NO2などのガスの生成速度は,処理室10uと排気室10dとでほぼ等しくなる。この結果,第1実施形態の場合と同様に処理室10uおよび排気室10dの内壁は,より均等にクリーニングされるとともに,そのクリーニング時間を大幅に短縮することができる。
In this state, when the cleaning gas is supplied, a predetermined interval (gap S) is generated between the susceptor 11 and the
(3)プリコート膜形成
プリコート膜形成の際,サセプタ11の高さはそのままの状態なので,処理室10uの圧力P1と排気室10dの圧力P2との差は小さいままである。この状態で,第1実施形態の場合と同様にプリコート膜形成のためのガスが供給されると,生成されたデポラジカルは処理室10uと排気室10dとでほぼ同じ状態となり,各室の成膜速度の差はほとんどなくなる。この結果,処理室10uおよび排気室10dのプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができるとともに,そのプリコート膜を所定の厚さまで形成する時間を大幅に短縮することができる。
(3) Precoat film formation Since the height of the
このように,本変形例では,クリーニング時およびプリコート膜形成時には,バッフル板18をチャンバ壁面側に固定する。このようにして,サセプタ11とバッフル板18との間に隙間Sを設け,デポラジカルの状態をほぼ同じにすることにより,チャンバ内壁をより均等にクリーニングすることができるとともに,プリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に形成することができる。この結果,クリーニング時間およびプリコート膜形成時間を大幅に短縮することができる。この結果,スループットを向上させ生産性を上げることができる。
As described above, in this modification, the
一方,本変形例では,成膜時には,バッフル板18をサセプタ11側に固定する。これにより,バッフル板18をサセプタ11と一緒に上昇させることができる。基板Gが載置されたステージとバッフル板18との位置関係は,SiO2膜の膜質に大きく影響を及ぼす。したがって,本変形例のように,バッフル板18をサセプタ11とともに最適な位置まで移動させることにより,基板Gにより良質なゲート酸化膜を形成することができる。
On the other hand, in this modification, the
(第1実施形態の変形例2)
つぎに,第1実施形態の変形例2にかかるマイクロ波プラズマ処理装置100の構成および動作について図6を参照しながら説明する。本変形例にかかるバッフル板18には,1または2以上の貫通孔とその貫通孔を開閉する開閉機構とが設けられていて,この開閉機構により貫通孔の開度を調節する点で,サセプタ11を昇降させることによりサセプタ11とバッフル板18との隙間Sを調節する第1実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置100と相異する。よって,この相違点を中心に説明する。
(Modification 2 of the first embodiment)
Next, the configuration and operation of the microwave
図6にXPにて示した部分の拡大図である図7に示したように,バッフル板18は,1または2以上の貫通孔(図では貫通孔18c1のみ表示)を有するバッフル板本体18cとその貫通孔18c1を開閉する開閉機構18dとを有している。
As shown in FIG. 7, which is an enlarged view of the portion indicated by XP in FIG. 6, the
バッフル板本体18cは,サセプタ11の側面略中央に取り付けられた受け具18bに支持されることにより,その下面内周縁にてサセプタ11の側壁略中央に固定されている。開閉機構18dは,バッフル板本体18cと同一形状を有し,バッフル板本体18cの貫通孔と同一位置に同一形状の貫通孔を有していて,バッフル板本体18cの上面に密着して設けられている。開閉機構18dは,その外周部側壁にて動力伝達部材50にねじ切り加工されている。動力伝達部材50はチャンバ10の側壁を貫通して電動モータ51と連結している。チャンバ10の外壁であって動力伝達部材50との境界はOリング52にてシールされ,これによりチャンバ10内の気密性が保たれている。
The baffle plate
電動モータ51の動力は,動力伝達部材50を介して開閉機構18dに伝達され,これにより開閉機構18dは左右方向にスライドする。開閉機構18dがこのようにスライドすると,バッフル板本体18cの貫通孔18c1と開閉機構18dの貫通孔18d1との位置がずれる。このようにして,隙間(貫通孔18c1と貫通孔18d1との開口面積S)を調節することにより,サセプタ11およびチャンバ10の側壁間の開口率が制御される。
The power of the
つぎに,本変形例にかかるサセプタ11の昇降動作を図6を参照しながら説明する。
(1)成膜
成膜の際,コントローラ40は,電動モータ16aに駆動信号を送信する。電動モータ16aは,この駆動信号に対応して電動モータ16aから出力される動力により,開閉機構18dは所定量だけスライドする(図6上)。これにより,バッフル板18を貫通する貫通孔18c1と貫通孔18d1との開口面積Sは小さくなる。これにより,処理室10uの圧力P1は,プロセス条件に合致した値に保たれる。この結果,デポラジカルが処理室内に閉じ込められるため,基板Gに成膜速度が速く,均一性の高い成膜を施すことができる。
Next, the lifting / lowering operation of the
(1) Film formation During film formation, the
(2)クリーニング
チャンバ内壁に堆積した反応生成物が所定の厚さになると,コントローラ40は,電動モータ16aに駆動信号を送信する。電動モータ16aは,この駆動信号に対応して電動モータ16aから出力される動力により,開閉機構18dは所定量だけ成膜時と反対の方向へスライドする(図6下)。これにより,バッフル板18を貫通する貫通孔18c1と貫通孔18d1との開口面積Sは大きくなる。このようにして,クリーニング時にはサセプタ11およびバッフル板18の間の開口率を大きくすることにより,処理室10uの圧力P1と排気室10dの圧力P2との差を小さくすることができる。この状態で,クリーニングガスがチャンバ内に供給され,チャンバ内壁がクリーニングされる。この結果,処理室10uおよび排気室10dの内壁は,より均等にクリーニングされるとともに,そのクリーニング時間を大幅に短縮することができる。
(2) Cleaning When the reaction product deposited on the inner wall of the chamber reaches a predetermined thickness, the
(3)プリコート膜形成
プリコート膜形成の際,開閉機構18dの位置はそのままの状態で成膜ガスが供給される。これにより,処理室10uおよび排気室10dでデポラジカルの状態をほぼ同じにすることができる。この結果,処理室10uおよび排気室10dのプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができる。この結果,そのプリコート膜を所定の厚さまで形成する時間を大幅に短縮することができる。
(3) Precoat film formation During the formation of the precoat film, the film forming gas is supplied with the position of the opening /
以上に説明したように,本変形例では,バッフル板18の開閉機構18dを制御することにより,クリーニング時およびプリコート膜形成時の開口率が成膜時の開口率より大きくなるように1または2以上の貫通孔の開度を調節する。これにより,処理室10uの圧力P1と排気室10dの圧力P2との差を小さくすることができる。この結果,処理室10uと排気室10dにてデポラジカルの状態をほぼ同じにすることにより,各室の成膜速度の差をなくすことができる。これにより,処理室10uおよび排気室10dのプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができる。一方,成膜時には,バッフル板18を貫通する貫通孔18c1と貫通孔18d1との開口面積Sを小さくすることにより,デポラジカルを処理室内に閉じ込めることにより,成膜速度が速く,かつ,均一な成膜を基板Gに施すことができる。
As described above, in this modification, the opening /
(第2実施形態)
つぎに,第2実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置100の構成および動作について,図8を参照しながら説明する。この装置では,成膜用の処理ガスを供給する処理ガス供給源31およびクリーニングガスを供給するリモートプラズマ35(いずれも図8では省略,図1参照)に加え,排気室10d側にプリコート膜形成用のガスを供給するリモートプラズマ60を有している点で,排気室10d側にリモートプラズマ60を有さない第1実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置と相異する。また,本実施形態ではサセプタ11が昇降しない点も,サセプタ11が昇降する第1実施形態と相異する。よって,この相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration and operation of the microwave
マイクロ波プラズマ処理装置100の外部に設けられたリモートプラズマ60は,処理容器60a,コイル60b,高周波電源60c,容量Cおよび搬送管60dを有していて,チャンバ10内にプリコート膜を形成する際に用いられる。
The
処理容器60aには,ガス供給源からプリコート膜形成用のガスとして,基板Gをプラズマ処理する際の処理ガスと同じガス(ここでは,SiH4ガス,O2ガス,Arガス)が処理ガス供給源31から供給される。高周波電源60cから出力された高周波電力がコイル60bに印加されると,コイル60bの周りに高周波磁界が生じる。この磁界の時間的変化により誘導された誘導電界によって処理容器60a内にてガスがプラズマ化される。このようにして生成された誘導結合プラズマ中,ラジカルのライフタイムは長い。この結果,活性なデポラジカルのみが搬送管60dを介して排気室10dに供給される。
The
つぎに,本実施形態にかかるリモートプラズマ60の動作を図8を参照しながら説明する。
(1)成膜時およびクリーニング時
成膜時およびクリーニング時には,コントローラ40は,リモートプラズマ60に駆動信号を送信しない。よって,リモートプラズマ60は,成膜時およびクリーニング時には動作しない(図8上)。したがって,成膜時には,図1に示した処理ガス供給源31から成膜ガスが処理室10uに供給され,基板Gに成膜処理が施される。また,クリーニング時には,クリーニングガスが処理ガス供給源31およびリモートプラズマ35から処理室10uへ供給され,チャンバ10内がクリーニングされる。
Next, the operation of the
(1) During film formation and cleaning At the time of film formation and cleaning, the
(2)プリコート膜形成時
プリコート膜形成の際,処理室10uには,処理ガス供給源31からSiH4ガス,O2ガス,Arガスが供給される。供給されたガスは,誘電体パーツ24を透過したマイクロ波の電界エネルギーによりプラズマ化し,これにより,チャンバ10内部にプリコート膜としてのゲート酸化膜が形成される。
(2) At the time of precoat film formation When the precoat film is formed, SiH 4 gas, O 2 gas, and Ar gas are supplied to the
通常では,処理室10uに供給されたガスは処理室10uの成膜に優先的に使用されるため,排気室10dに流れるガス(デポラジカル)残留量は少なくなる。また,バッフル板18とサセプタ11との間の隙間Sはほとんどない。そうすると,バッフル板18により仕切られた処理室10uと排気室10dとの圧力差は大きくなって,デポラジカルが処理室10u内に閉じ込められるため,処理室10uから排気室10dへ流れ込むデポラジカルが非常に少なくなる。この結果,排気室10dのプリコート膜は,処理室10uのプリコート膜に比べて非常に薄くなってしまう。
Normally, since the gas supplied to the
しかし,本実施形態では,リモートプラズマ60がデポラジカルを排気室10dに供給する。具体的には,まず,コントローラ40が,高周波電源60cに駆動信号を送信する。高周波電源60cは,この駆動信号に応じて高周波電力をコイル60bに供給する(図8下)。
However, in this embodiment, the
高周波電力がコイル60bに印加されると,コイル60bの周りに高周波磁界が生じ,この磁界により誘導された高周波電界のエネルギーによって,処理容器60a内のガスがプラズマ化される。このようにして生成された誘導結合プラズマ中,ラジカルのライフタイムは長い。この結果,活性なデポラジカルのみが搬送管60dを介して排気室10dに供給される。
When the high frequency power is applied to the
これによれば,処理室10uから排気室10dに流れるデポラジカルの残留量が少なくても,リモートプラズマ60から供給されたデポラジカルにより,排気室10d内壁表面でのプリコート膜の形成が促進される。この結果,サセプタ11を昇降させなくても,処理室10uのプリコート膜と排気室10dのプリコート膜の膜厚をより等しく,かつ,その膜質を均一に成膜することができる。
According to this, even if the residual amount of deposit radicals flowing from the
以上に説明したように,各実施形態によれば,処理室10u内壁および排気室10d内壁により均一な膜質であって,かつ,ほぼ等しい膜厚のプリコート膜をより短時間で形成することができる。これにより,プロセス時にチャンバ内壁に堆積する堆積物の厚さが,膜剥がれの厚さに到達するまでの時間が長くなるため,チャンバ内をクリーニングするサイクルを長くすることができる。この結果,スループットを向上させ生産性を上げることができる。
As described above, according to each embodiment, a precoat film having a uniform film quality and a substantially equal film thickness can be formed in a shorter time by the inner wall of the
なお,各実施形態において,サセプタ11およびチャンバ10内部側壁間の開口率は,1.4%が好ましい。
In each embodiment, the aperture ratio between the susceptor 11 and the inner wall of the
また,第1実施形態および第1実施形態の変形例1では,サセプタ11を所定位置まで降下させるための駆動信号は,クリーニング時に出力された。しかし,クリーニング時に代えてプリコート膜形成時にコントローラ40が駆動信号を出力するようにしてもよい。これによれば,プリコート膜形成時にサセプタ11が所定位置まで下降する。
In the first embodiment and the first modification of the first embodiment, the drive signal for lowering the
同様に,第1実施形態の変形例2では,開閉機構18dを所定位置までスライドさせるための駆動信号は,クリーニング時に出力された。しかし,プリコート膜形成時にコントローラ40が駆動信号を出力するようにしてもよい。これによれば,プリコート膜形成時に,開口率が大きくなるように制御される。
Similarly, in Modification 2 of the first embodiment, a drive signal for sliding the opening /
また,上記各実施形態において,クリーニングガスとしては,NF3,SF6,CF4などのF系クリーニングガスのみならず,たとえば,ClやCl2などの塩素系クリーニングガスを用いてもよい。 In each of the above embodiments, as the cleaning gas, not only F-based cleaning gases such as NF 3 , SF 6 , and CF 4, but also chlorine-based cleaning gases such as Cl and Cl 2 may be used.
また,上記各実施形態において,クリーニング時のFラジカルの生成およびプリコート膜形成時のデポラジカルの生成には,リモートプラズマによりプラズマを生成する方法が用いられた。しかし,各ラジカルの生成方法は,これに限られず,たとえば,熱や光,放射線などのエネルギーを供給することにより生成することもできる。 In each of the above embodiments, a method of generating plasma by remote plasma is used for generation of F radicals at the time of cleaning and generation of deposit radicals at the time of forming the precoat film. However, the method of generating each radical is not limited to this, and can be generated by supplying energy such as heat, light, and radiation.
さらに,クリーニング時,処理ガス供給源31およびリモートプラズマ35は,併用して用いられてもよいし,リモートプラズマ35のみが用いられてもよく,処理ガス供給源31のみが用いられてもよい。
Further, at the time of cleaning, the processing
上記実施形態において,各部の動作はお互いに関連しており,互いの関連を考慮しながら,一連の動作として置き換えることができる。そして,このように置き換えることにより,マイクロ波プラズマ処理装置100の実施形態を,マイクロ波プラズマ処理装置100を制御する方法の実施形態とすることができる。
In the above embodiment, the operations of the respective units are related to each other, and can be replaced as a series of operations in consideration of the relationship between each other. And by replacing in this way, the embodiment of the microwave
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
たとえば,本発明にかかるプラズマ処理装置は,マイクロ波プラズマ処理装置に限られず,誘導結合型プラズマ処理装置であってもよく,容量結合型プラズマ処理装置であってもよい。 For example, the plasma processing apparatus according to the present invention is not limited to the microwave plasma processing apparatus, and may be an inductively coupled plasma processing apparatus or a capacitively coupled plasma processing apparatus.
また,本発明にかかるプラズマ処理装置は,タイル状の複数の誘電体を有するマイクロ波プラズマ処理装置であってもよく,タイル状に分断されていない大面積の誘電体を有するマイクロ波プラズマ処理装置であってもよい。 Further, the plasma processing apparatus according to the present invention may be a microwave plasma processing apparatus having a plurality of tile-shaped dielectrics, and a microwave plasma processing apparatus having a large-area dielectric that is not divided into tiles. It may be.
また,本発明にかかるプラズマ処理装置では,CVD処理に限られず,アッシング処理,エッチング処理など,生成されたプラズマにより実行可能なあらゆる処理を行うことができる。 Further, the plasma processing apparatus according to the present invention is not limited to the CVD process, and can perform any process that can be performed by the generated plasma, such as an ashing process or an etching process.
本発明は,チャンバの内壁をより均一な厚さに被膜するプラズマ処理装置およびそのプラズマ処理装置を制御する方法に適用可能である。 The present invention is applicable to a plasma processing apparatus that coats the inner wall of a chamber to a more uniform thickness and a method for controlling the plasma processing apparatus.
10 チャンバ
11 サセプタ
18 バッフル板
18a,18b 受け具
31 処理ガス供給源
35,60 リモートプラズマ
40 コントローラ
100 マイクロ波プラズマ処理装置
10u 処理室
10d 排気室
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記載置台を制御する制御装置を備え、
前記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際に前記処理室の圧力と前記排気室の圧力とが近づくように、前記制御装置で前記バッフル板に対する前記載置台の位置を変えることにより、前記載置台および前記チャンバ側壁間の開口率を変えるプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus having a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas,
A control device for controlling the mounting table is provided,
When the precoat film is formed on the inner wall surface of the chamber, the control device changes the position of the mounting table with respect to the baffle plate so that the pressure of the processing chamber and the pressure of the exhaust chamber approach each other. A plasma processing apparatus for changing an aperture ratio between a mounting table and the chamber side wall.
前記バッフル板は、前記チャンバの内壁に固定され、
前記制御装置で前記載置台を昇降させることにより、前記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際の前記開口率が被処理体をプラズマ処理する際の前記開口率より大きくなるように前記載置台と前記バッフル板との間隔を調節する請求項1に記載されたプラズマ処理装置。 Equipped with an elevating mechanism for elevating the mounting table,
The baffle plate is fixed to the inner wall of the chamber;
The mounting table is moved up and down by the control device so that the aperture ratio when the precoat film is formed on the inner wall surface of the chamber is larger than the aperture ratio when the object to be processed is plasma-treated. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a distance between the baffle plate and the baffle plate is adjusted.
前記バッフル板は、前記チャンバまたは前記載置台のいずれかに着脱可能に固定され、
被処理体をプラズマ処理する際には前記制御装置で前記載置台を昇降させる間に前記バッフル板を前記載置台に固定し、前記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際には前記制御装置で前記載置台を昇降させる間に前記バッフル板を前記チャンバに固定することにより、前記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際の前記開口率が被処理体をプラズマ処理する際の前記開口率より大きくなるように前記載置台と前記バッフル板との間隔を調節する請求項1に記載されたプラズマ処理装置。 Equipped with an elevating mechanism for elevating the mounting table,
The baffle plate is detachably fixed to either the chamber or the mounting table.
When plasma processing is performed on an object to be processed, the control device fixes the baffle plate to the mounting table while raising or lowering the mounting table, and the control device forms a precoat film on the inner wall surface of the chamber. By fixing the baffle plate to the chamber while raising and lowering the mounting table in the above, the aperture ratio when forming the precoat film on the inner wall surface of the chamber is the aperture ratio when plasma processing is performed on the object to be processed The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an interval between the mounting table and the baffle plate is adjusted to be larger.
前記バッフル板は、1または2以上の貫通孔とその貫通孔の開度を調節する開閉機構とを有し、
前記開閉機構を制御する制御装置を備え、
前記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際に前記処理室の圧力と前記排気室の圧力とが近づくように、前記制御装置で前記バッフル板の開閉機構を制御することにより、前記チャンバの内壁表面にプリコート膜を形成する際の前記貫通孔の開口率が被処理体をプラズマ処理する際の前記開口率より大きくなるように前記1または2以上の貫通孔の開度を調節するプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus having a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas,
The baffle plate has one or more through holes and an opening / closing mechanism for adjusting the opening degree of the through holes,
A control device for controlling the opening and closing mechanism;
By controlling the opening / closing mechanism of the baffle plate with the control device so that the pressure of the processing chamber and the pressure of the exhaust chamber approach when forming a precoat film on the inner wall surface of the chamber, the inner wall of the chamber A plasma processing apparatus for adjusting an opening degree of the one or more through holes so that an opening ratio of the through holes when forming the precoat film on the surface is larger than the opening ratio when the object to be processed is plasma processed .
前記チャンバの外部に、前記チャンバの内壁表面へのプリコート膜の形成を促進するラジカルを生成するラジカル生成装置を備え、
前記排気室と前記ラジカル生成装置を連結する搬送管を設け、
前記チャンバをクリーニングした後、前記ラジカルを、前記搬送管を介して前記排気室に供給するように制御する制御装置を備えるプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus having a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas,
Provided outside the chamber is a radical generator that generates radicals that promote the formation of a precoat film on the inner wall surface of the chamber;
A transport pipe connecting the exhaust chamber and the radical generator is provided;
A plasma processing apparatus comprising: a control device that controls the radical to be supplied to the exhaust chamber through the transfer pipe after the chamber is cleaned.
前記リモートプラズマは、誘電体により形成された処理容器を備え、
前記制御装置によって、前記処理容器に供給されたガスをプラズマ化することにより前記ラジカルが生成されるように制御される請求項5に記載されたプラズマ処理装置。 The radical generator is remote plasma,
The remote plasma includes a processing vessel formed of a dielectric material,
The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the radical is generated by converting the gas supplied to the processing container into plasma by the control device.
各誘電体パーツには、1または2以上のスロットが設けられ、
前記制御装置が、前記1または2以上のスロットに通して各誘電体パーツをそれぞれ透過したマイクロ波によりチャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化させて、被処理体にプラズマ処理を施すように制御する請求項8に記載されたプラズマ処理装置。 The dielectric is composed of a plurality of dielectric parts,
Each dielectric part is provided with one or more slots,
Wherein the controller, the one or more processing gas supplied into the chamber by the microwave slot through to the respective dielectric parts were transmitted respectively by plasma, to perform a plasma process on a target object The plasma processing apparatus according to claim 8 to be controlled .
被処理体をプラズマ処理する際、第1の位置まで前記載置台を昇降し、
前記チャンバのクリーニング時および前記チャンバの内壁表面へのプリコート膜形成時に、プリコート膜を形成する際の前記載置台と前記バッフル板との間隔を、被処理体をプラズマ処理する際の前記載置台と前記バッフル板との間隔より大きくするための第2の位置まで前記載置台を昇降するプラズマ処理装置の制御方法。 A control method of a plasma processing apparatus having a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas,
When plasma processing the object to be processed, the mounting table is moved up and down to the first position,
When the chamber is cleaned and when the precoat film is formed on the inner wall surface of the chamber, the distance between the mounting table when forming the precoat film and the baffle plate, and the mounting table when plasma processing is performed on the workpiece A control method for a plasma processing apparatus, wherein the mounting table is moved up and down to a second position to be larger than a distance from the baffle plate.
被処理体をプラズマ処理する際、第1の位置まで前記開閉機構を摺動し、
前記チャンバのクリーニング時および前記チャンバの内壁表面へのプリコート膜形成時に、プリコート膜を形成する際の前記貫通孔の開度を、被処理体をプラズマ処理する際の前記貫通孔の開度より大きくするための第2の位置まで前記開閉機構を摺動するプラズマ処理装置の制御方法。 A chamber partitioned by a baffle plate having one or two or more through-holes and an opening / closing mechanism for opening and closing the through-holes and a mounting table into a processing chamber for performing plasma processing on the object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas A method of controlling a plasma processing apparatus comprising:
When the object to be processed is plasma-treated, the opening / closing mechanism is slid to the first position,
When the chamber is cleaned and when the precoat film is formed on the inner wall surface of the chamber, the opening degree of the through hole when forming the precoat film is larger than the opening degree of the through hole when the object to be processed is plasma-treated. A control method of a plasma processing apparatus for sliding the opening / closing mechanism to a second position for the purpose.
前記チャンバをクリーニングした後、前記チャンバの内壁表面へのプリコート膜の形成を促進するラジカルを前記排気室に供給するプラズマ処理装置の制御方法。 A control method of a plasma processing apparatus having a chamber partitioned by a mounting table and a baffle plate into a processing chamber for performing plasma processing on an object to be processed and an exhaust chamber for exhausting gas,
A method for controlling a plasma processing apparatus, wherein after the chamber is cleaned, radicals that promote the formation of a precoat film on the inner wall surface of the chamber are supplied to the exhaust chamber.
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