WO2000001003A1 - Dispositif et procede de traitement au plasma - Google Patents

Description

明 細 書 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 技術分野

本発明は、 マイクロ波と磁界とによる E C R (電子サイクロトロン共鳴） を利 用してプラズマを発生させ、 そのプラズマに基づいて例えば半導体ゥェハ等の基 板に対して処理を行うためのプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

背景技術

E C Rを利用したプラズマの処理装置は、 真空処理室内に例えば 2. 4 5 G H zのマイクロ波を導波管を介して供給すると同時に、 例えば 8 7 5ガウスの 磁界を例えば電磁コイルにより印加して、 マイクロ波と磁界との相互作用 （共鳴） でプラズマ生成用ガスを高密度プラズマ化し、 このプラズマに基づいて、 成膜処 理ゃェッチング処理などを行うものである。

一方省スペース化、 コストの低廉ィ匕などの要請から、 複数のプラズマ処理装置 を共通の搬送室に気密に接続し、 この搬送室内の搬送ァ一ムにより各ブラズマ処 理装置にアクセスする装置が開発されている。 図 6はこの種の装置の外観を示す。 なおこの明細書では、 搬送室 1 0に接続されているプラズマ処理装置 1 A， 1 B をプラズマ処理ュニッ ト、 全体をプラズマ処理装置と呼ぶことにする。

各プラズマ処理ュニット 1 A, 1 Bは、小径の円筒体よりなる第 1の真空室 1 1及び大径の円筒体よりなる第 2の真空室 1 2を備えた真空処理室 1 3と、 第 1 の真空室 1 1の頂部に図では見えないマイクロ波透過窓を介して接続され、 マイ クロ波を例えば TMモ一ドで真空処理室 1 3内に導くための導波管 1 4と、 この 導波管 1 4の基端部に設けられたマイクロ発振器 1 4 aとを備えている。 搬送室 1 0から第 2の真空室 1 2内の図では見えない載置台に搬送されたウェハ Wに対 してプラズマにより処理が行われる。

導波管 1 4は、 第 1の真空室 1 1の上側に位置する末広がりの円錐形導波管 1 5と、 この円錐形導波管 1 5の上に接続された円筒形導波管 1 6と、 この円筒 形導波管 1 6の側部に直角に接続された矩形導波管 1 7とから構成される。 図 7 T/JP9麵 42

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は、 図 6に示すプラズマ処理装置を上から見たときに、 載置台上のウェハ Wと矩 形導波管 1 7との位置関係がどのようになっているかを示す略解平面図である。 ただし導波管 1 4及びマイクロ波発振器 1 4 aは点線で示してある。 図 6及び図 7に示すように一方のプラズマ処理ュニット 1 Aの矩形導波管 1 7と他方のブラ ズマ処理ュニッ ト 1 Bの矩形導波管 1 7とはいずれもカギ形に構成されており、 そして左右対称につまり搬送室 1 0の水平方向の中心軸線 L 1に対して対称に配 置されている。 図 7中 1 0 aは搬送アームであり、 例えば搬送室 1 0の外部で位 置合わせされたウェハ Wをプラズマ処理ュニット 1 A， 1 Bの載置台に搬送する。 上述の装置は、 ウェハ Wが位置合わせされているため、 両プラズマ処理ュニッ ト 1 A， 1 Bにおいて例えばウェハ Wの位置合わせ用の V字型の切れ込み （ノッ チ） が搬送アーム 1 0 aの回転中心 Pに向いている。 一方両プラズマ処理ュニッ ト 1 A， 1 8の 巨形導波管 1 7は左右対称に位置されているため、 ウェハ Wの向 きに対する矩形導波管 1 7の位置関係が異なっている。

ここでマイクロ波は矩形導波管 1 7にて T Eモードで伝播し、 円筒形導波管 1 6との接続部分にて TMモードに変換されるが、 円筒形導波管 1 6では電界強 度分布カ本来同心円状 （電界の向きは直径方向である） であるはずが、 実際には 偏った分布になっている。 図 8はこの様子を模式的に示す図であり、 図に記載し てある番号①〜⑤は、 区画された領域の電界の強さを表わしている。 なお番号① 〜⑤のうち/ J、さいものほど電界が弱 L、₀

そしてマイクロ波力載置台に向かうにつれて電界の偏りの程度は小さくなる力 E C Rを起こす E C Rポイントにおいて電界の偏りが存在する状態で高密度のプ ラズマ力発生するため、 プラズマの密度分布 （イオンや電子の密度の分布） も同 心円状から偏ったものになる。 このためウェハ Wから見てプラズマ密度の偏り方 が両プラズマ処理ュニット 1 A, 1 Bの間で、異なることになるので、 ウェハ W の面内の処理の状態が異なつてしまう。 例えば成膜処理であれば膜厚分布が異な り、 例えばェッチング処理であれば、 溝の削り方のばらつき具合が異なつてしま このようにプラズマ処理ユニット 1 A， I B間で、 マイクロ波の TMモードの ズレの影響つまり電界強度分布の影響が異なり、 その結果ウェハ Wの処理の状態 に差があると、 例えば処理の状態力悪かった場合に原因の解析やその後の調整、 改良が繁雑でやりにくくなり、 また各ュニッ卜の管理も難しくなる。

発明の開示

本発明は、 このような事情の下になされたものであり、 その目的は、 基板に対 する処理状態についてプラズマ処理ュニット間で差をなくすようにすることので きる装置および方法を提供することにある。

本発明は、基準点を有する基板を載置する載置台を有する真空処理室と、 この 真空処理室内に高周波を導入するための導波管とを有し、高周波によって処理ガ スをプラズマ化し、 そのプラズマに基づいて基板に対して処理するための複数の プラズマ処理ユニットと、 これら複数のプラズマ処理ュニットと気密に接続され、 一定の搬送方向をもつて基板を載置台に搬送する搬送アームを有する共通の搬送 室と、 を備え、 前記搬送室から基板を、 基板の基準点が搬送アームに対して位置 合せされた状態で前記載置台に搬送するプラズマ処理装置において、各プラズマ 処理ュニット間で、 導波管の搬送アームの搬送方向に対する位置関係が同一とな つていることを特徴とするプラズマ処理装置である。

基板に対して行われる処理は、 例えば成膜処理ゃェッチング処理である。

この発明によれば、 基板の基準点力搬送アームに対して位置合せされ、 各ブラ ズマユ二ットの導波管の搬送ァームの搬送方向に対する位置関係が同一となるの で、 プラズマ処理ュニッ ト間で、 基板の基準点に対する導波管の位置関係が同一 となる。 このため導波管から導入された高周波の電界強度分布に偏りがあつて、 それに基づくプラズマ密度に不均一性があっても、 基板に対する電界強度分布の 偏りの影響は、 各プラズマ処理ュニッ ト間で差がなくなる。 これにより処理状態 の解析や装置の改良を行い易い。

また本発明は、 基準点を有する基板を載置する載置台を有する真空処理室と、 この真空処理室内に高周波を導入するための導波管とを有し、 高周波によって処 理ガスをプラズマ化し、 そのプラズマに基ついて基板に対し処理をするための複 数のプラズマ処理ュニッ 卜と、 これら複数のプラズマ処理ュニッ卜と気密に接続 され、 一定方向の搬送方向をもつて基板を載置台に搬送する搬送ァ一ムを有する 共通の搬送室とを備えたプラズマ処理装置により基板に対して所定の処理を施す P T/JP99/03442

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プラズマ処理方法において、 前記搬送室からプラズマ処理ュニッ 卜の載置台へ基 準点を有する基板を搬送するとともに、 前記載置台に載置される基板の基準点と 前記導波管との位置関係を各プラズマ処理ュニッ ト間で同一とする工程と、前記 載置台に載置される基板の基準値と前記導波管との位置関係を各プラズマ処理ュ ニッ ト間で同一とした状態で前記基板に対してプラズマ処理を行なう工程と、 を 備えたことを特徴とするプラズマ処理方法である。

図面の簡単な説明

図 1は本発明の実施の形態に係るブラズマ処理装置を示す概観図である。

図 2はプラズマ処理装置の一部であるブラズマ処理ュニットを示す断面図であ 図 3はプラズマ処理ュニッ卜の導波管を示す斜視図である。

図 4は上記のプラズマ処理装置における平面的なレイァゥトを示す略解平面図 である。

図 5は電界強度分布とゥェハの位置とを対応させて示す説明図である。

図 6は従来のプラズマ処理装置を示す概観図である。

図 7は従来のブラズマ処理装置における平面的なレイアウトを示す略解平面図 である。

図 8は電界強度分布が同心円から偏っている状態を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態

図 1は本発明の実施の形態に係るブラズマ処理装置の全体構成を示す概観図で ある。 このプラズマ処理装置は、 真空容器である搬送室 2と、 この搬送室 2に気 密に接続された複数例えば 2個の同一構造のプラズマ処理ュニット 3 Α， 3 Βと を備えている。

プラズマ処理ュニット 3 Α， 3 Βの構造について図 2を参照しながら説明する。 図 2において、 符号 3 1は真空処理室であり、 この真空処理室 3 1は小径の円筒 状の第 1の真空室 3 2と、 大径の円筒状の第 2の真空室 3 3とを有している。 第 1の真空室 3 2内には、 周方向に沿って均等に配置したプラズマガスノズル 3 0 力突出して設けられている。 第 2の真空室 3 3内には、 リング状のガス供給部 3 4が設けられており、 ガス供給管 3 5から導入された成膜ガスがガス供給部 3 4から真空処理室 3 1内に供給される。

また第 2の真空室 3 3内には、 基板である半導体ウェハ Wを載置するための載 置台 4力設けられており、 この載置台 4には、 ウェハ Wにイオンを引き込むため のバイアス電圧が印加されるように高周波電源 7 0が接続されている。 第 2の真 空室 3 3の側壁にはゲ一トバルブ 2 1により開閉される搬送口 2 2力形成され、 第 2の真空室 3 3はこの搬送口 2 2を介して搬送室 2に気密に接続されている。 3 6は排気管である。

第 1の真空室 3 2の周囲及び第 2の真空室 3 3の下部には、 夫々磁界形成手段 として主電磁コイル 4 1及び補助電磁コイル 4 2力 <設けられており、 これら電磁 コイル 4 1及び 4 2によって真空処理室 3 1内に所定形状の磁束の流れを形成し、 E C Rポイントにて 8 7 5ガウスの磁界を形成するようになっている。

—方真空処理室 3 1の上端面はマイク口波を透過するための円盤状の誘電体か らなる透過窓 3 7により構成されており、 この透過窓 3 7の上面には、 第 1の真 空室 3 2内に例えば 2. 4 5 G H zのマイクロ波を TMモード例えば TM 0 1モ ードで供給するための導波管 5が設けられている。 この導波管 5は、 図 2及び図 3に示すように、 矩形導波管 5 1の出口側の端部を円筒形導波管 5 2の上部側の 側部に直角に接続し、 この円筒形導波管 5 2の出口側 （下端部） を下部側に向か つて広がる円錐形導波管 5 3の入口側 （上端部） に接続して構成されており、 矩 形導波管 5 1と円筒形導波管 5 2との接続部分が TMモード変換器となっている。 前記矩形導波管 5 1の入口側は高周波電源部であるマイク口波発振器 5 4に接続 されており、一方円錐形導波管 5 3の出口側 （下端側） は上述の透過窓 3 7の上 面に接続されている。 図 3は導波管 δの一部を示す斜視図である。

そしてこの実施の形態の特徴とするところは、 両方のプラズマ処理ュニット 3 Α， 3 Βにおいて、 導波管 5が同一構造、 つまり導波管 5の大きさ及び長さが 同一であり、 かつ載置台 4に決められた向きに置かれたウェハ Wに対する導波管 5の位置関係が同一であることである。 即ち円筒形導波管 5 2及び円錐形導波管 5 3の大きさ及び高さがいずれのプラズマ処理ュニット 3 Α, 3 Βにおいても同 じであり、 矩形導波管 5 1の構造、 形状も同じである。更に図 4に示すように平 面形状で見たとき （上から見たとき） に載置台 4の中心 4 aと搬送口 2 2の間口 の中心 2 2 aとを結ぶ軸線 M l , M 2に対する矩形導波管 5 1の位置関係が同一 となっている。 従来例として示したプラズマ処理装置では、 両方のプラズマ処理 ュニッ 卜の矩形導波管が左右対称に配置されており、 この点本発明実施の形態は 異なる。

なお図 4において、符号 6 1は Z軸まわりに回転自在かつ伸縮自在な多関節型 の搬送アームであり、搬送室 2内に設けられている。 この搬送アーム 6 1は搬送 室 2に接続された予備真空室 6 2とブラズマ処理ュニッ 卜 3 A, 3 B内の載置台 4との間でウェハ Wの受け渡しを行う。 また 6 3は大気雰囲気に置かれた搬送ァ —ム、 6 4はウェハ Wの位置合わせを行うための位置合わせ部の一部であるター ンテーブルである。

ここで、 ウェハ Wは位置合せ用のノッチ （V字の切り込み） 1 0 0を有し、 こ のノッチ 1 0 0はウェハ Wの基準点として機能する。 搬送室 2内の搬送アーム 6 1は、 ウェハ Wのノツチ 1 0 0を搬送アーム 6 1に対して位置合せした状態で このウェハ Wを搬送する。 また搬送アーム 6 1はウェハ Wを各プラズマュニット 3 A, 3 Bの載置台 4へ搬送する際、 一定の搬送方向をもって搬送する。 このゥ ェハ Wの搬送方向は載置台 4の中心 4 aと、 搬送口 2 2の間口の中心 2 2 aとを 結ぶ軸線 M 1 , M 2に一致している。

またウェハ Wのノツチ 1 0 0を搬送アーム 6 1に対して位置合せする作業は、 上述したターンテーブル 6 4および搬送アーム 6 3により行われ、 ターンテープ ル 6 4および搬送アーム 6 3により位置合せ手段が構成される。

次に上述実施の形態の作用について成膜処理を行う場合を例にとって述べる。 先ず図 4に示す搬送アーム 6 3力 図示しないカセッ 卜からウェハ Wを取り出し、 位置合わせ部のターンテーブル 6 4に受け渡し、 ウェハ Wはここで向き及び中心 位置が所定位置となるように位置合わせされる。 次にウェハ Wは搬送アーム 6 3 から搬送アーム 6 1に受け渡され、 予備真空室 6 2及び搬送室 2を介して、 ゥェ ハ Wは搬送アーム 6 1により例えば一方のプラズマ処理ュニッ卜 3 Aの載置台 4 に一定の搬送方向 （軸線 M l ) をもって搬送される。 このときウェハ Wは、上述 のように、 予めターンテーブル 6 4および搬送アーム 6 3により、 位置合わせ用 のノツチ 1 0 0力搬送アーム 6 1の回転中！:、 Pを向くように位置合せされている。 なおウェハ Wの位置合わせ用の部位としてはノツチに限らずォリエンテーション フラッ トの場合もある。 続いてゲートバブル 2 1を閉じて内部を密閉した後、 内 部雰囲気を排出して所定の真空度まで真空引きし、 プラズマガスノズル 3 0から 第 1の真空室 3 2内へ 0₂ ガス及び A rガス等のプラズマ発生用ガスを導入する と共に、 ガス供給部 3 4から第 2の真空室 3 3内へ S i H₄ ガスや S i F ₄ ガス を導入して、 内部圧力を所定のプロセス圧に維持し、 かつマイクロ波発振器 5 4 からマイクロ波を導入して、 ウエノ、Wへの成膜処理を開始する。

マイクロ波発振器 4 4からの 2. 4 5 G H zのマイクロ波 （高周波） は、 矩形 導波管 5 1内を T Eモードで伝送され、 矩形導波管 5 1と円筒形導波管 5 2との 接続部分で TMモードに変換される。 そして円錐形導波管 5 3内をそのまま TM モードで伝送されて真空処理室 3 1の天井部に至り、 ここの透過窓 3 7を透過し て第 1の真空室 3 2内に導入される。 この真空室 3 2内には、 電磁コイル 4 1，

4 2により発生した磁界が印加されており、 磁束密度が 8 7 5ガウスになる E C Rポイントにてこの磁界とマイクロ波との相互作用で （電界） (磁界） を 誘発して電子サイクロトロン共鳴力生じ、 この共鳴により A rガスや 0₂ ガスが プラズマ化され、 かつ高密度ィヒされる。

第 1の真空室 3 2から第 2の真空室 3 3に流れ込んだプラズマ流は、 ここに供 給されている反応性ガスである S i H₄ ガスや S i F ₄ ガスを活性化させて活性 種を形成し、 ウェハ Wに向かい、 これによりウェハ W表面に S i 0₂膜や

5 i O F膜力成膜される。 なお次のウェハ Wは他方のプラズマ処理ュニット 3 B に搬入され、 同様に処理される。

上述実施の形態によれば、 ウェハ Wはいずれのプラズマ処理ュニット 3 A， 3 Bにおいても、 例えば搬送アーム 6 1の回転中心側にノツチ 1 0 0が向くよう に位置合せされ、 各プラズマユニット 3 A， 3 Bの導波管 5， 5は搬送アーム 6 1の搬送方向 （軸線 M l， M 2方向） に対して一致している。 このため一方の プラズマ処理ュニッ ト 3 Aの導波管 5及び他方のプラズマ処理ュニット 3 Bの導 波管 5のウェハ Wのノツチ 1 0 0に対する位置関係が同一となる。 また両方の導 波管 5の断面形状及び長さも同一である。 従って導波管 5から導入されたマイク 口波の電界強度分布に偏りがあって、 それに基づくプラズマ密度に不均一性があ つても、 ウェハ Wに対する電界強度分布の偏りの影響は、 各プラズマ処理ュニッ ト 3 A， 3 B間で差がない。 このため処理状態の解析、 例えば膜厚の面内均一性 力 <悪かった場合にその原因の究明がやりやすいし、 また装置構造を改良したり磁 界の形状などのパラメータを調整する作業もやりやすくなる。

以上において矩形導波管 5 1の平面形状は上述のようにカギ形であることに限 らず例えば直線状に伸びていてもよい。 またブラズマ処理は成膜処理に限らず、 例えばプラズマガスノズル 3 0から C F系のガスを供給して S i 0₂膜をエッチ ングしたり、 塩化水素ガスを供給してアルミニウムなどをエッチングしたりする 場合であってもよい。 エッチングを行う場合においても、 本発明によればエッチ ングムラの解析や装置の改良などを行い易 ^、という効果がある。

また、 マイクロ波発振器 4 4から導波管 5を介して高周波としてマイクロ波を 送った例を示したが、 これに限らずマイクロ波の代わりに高周波として U H F波 を用い、 U H F波と磁界との相互作用により電子サイクロトロン共鳴を生じさせ てもよい。

以上のように本発明によれば、 E C Rを用いた複数のプラズマ処理ュニットを 搬送室に接続した装置において、基板に対する処理状態についてプラズマ処理ュ ニッ 卜間で差をなくすようにすることができるので、 例えば処理状態についての 解析や装置の改良などを容易に行うことができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 基準点を有する基板を載置する載置台を有する真空処理室と、 この真空 処理室内に高周波を導入するための導波管とを有し、 高周波によつて処理ガスを プラズマ化し、 そのプラズマに基づいて基板に対して処理するための複数のブラ ズマ処理ュニットと、

これら複数のプラズマ処理ュニットと気密に接続され、 一定の搬送方向をもつ て基板を載置台に搬送する搬送アームを有する共通の搬送室と、 を備え、 前記搬送室から基板を、 基板の基準点が搬送ァ一ムに対して位置合せされた状 態で前記載置台に搬送するブラズマ処理装置において、

各プラズマ処理ュニッ ト間で、 導波管の搬送アームの搬送方向に対する位置関 係が同一となっていることを特徴とするブラズマ処理装置。

2. 基板に対して行われる処理は、 成膜処理であることを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

3. 基板に対して行われる処理は、 エッチング処理であることを特徵とする 請求項 1記載のブラズマ処理装置。

4. 基板の基準点を搬送ァ一ムに対して位置合せするための位置合わせ手段 を更に備えたことを特徴とする請求項 1記載のブラズマ処理装置。

5. 各プラズマ処理ュニッ 卜は、 搬送口を有して搬送室と接続され、 搬送アームの搬送方向は、 載置台の中心と搬送口の中心を結ぶ直線上にあるこ とを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

6. 各プラズマ処理ュニッ トは高周波と磁界による電子サイクロトロン共鳴 を用いて処理ガスをプラズマ化することを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処

7. 各プラズマ処理ュニッ 卜の導波管は、互いに同一長さおよび同一断面形 状を有することを特徴とする請求項 1記載のブラズマ処理装置。

8. 基準点を有する基板を載置する載置台を有する真空処理室と、 この真空 処理室内に高周波を導入するための導波管とを有し、 高周波によつて処理ガスを プラズマ化し、 そのプラズマに基づいて基板に対し処理をするための複数のブラ ズマ処理ュニッ卜と、 これら複数のプラズマ処理ュニットと気密に接続され、一 定方向の搬送方向をもつて基板を載置台に搬送する搬送アームを有する共通の搬 送室とを備えたプラズマ処理装置により基板に対して所定の処理を施すプラズマ 処理方法において、

前記搬送室からプラズマ処理ュニットの載置台へ基準点を有する基板を搬送す るとともに、 前記載置台に載置された基板の基準点と前記導波管との位置関係を 各プラズマ処理ュニット間で同一とする工程と、

前記載置台に載置された基板の基準点と前記導波管との位置関係を各プラズマ 処理ュニット間で同一として前記基板に対してプラズマ処理を行なう工程と、 を備えたことを特徴とするブラズマ処理方法。