JP4895685B2 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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しかしながら、枚葉式プラズマ処理装置はウエハを一枚ずつ処理するために、スループットが小さくなるという問題点がある。
また、枚葉式プラズマ処理装置はウエハを保持したサセプタだけが処理温度に加熱されるコールドウオール形が一般的であるために、ウエハ面内を均一に加熱することが困難であるという問題点がある。
そこで、各ウエハの表面から所定の距離に交流電力印加用電極をそれぞれ配置することにより、各ウエハの表面にプラズマをそれぞれ生成させるバッチ式プラズマ処理装置が、提案されている。
しかしながら、このようなバッチ式プラズマ処理装置においては、ウエハの表面側の電極またはウエハの裏面側の電極とウエハとの間に、ドーナツ形状のプラズマが生成されるために、ウエハの表面におけるプラズマ処理もプラズマのドーナツ形状に影響を受けて不均一になってしまうという問題点があると、考えられる。
(1)処理室内に複数枚の被処理基板を所定の間隔を置いて配置し、前記処理室内に処理ガスを供給し、所定の圧力の下で前記被処理基板を処理する基板処理装置であって、
前記各被処理基板の表面から所定の距離に各電極体がそれぞれ配置されており、前記各電極体は一対の電極板が誘電体によって囲まれて構成されていることを特徴とする基板処理装置。
(2)処理室内に複数枚の被処理基板を所定の間隔を置いて配置し、前記処理室内に処理ガスを供給し所定の圧力の下で前記被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記各被処理基板の表面から所定の距離に各電極体がそれぞれ配置されており、前記各電極体には一般に使用される13.56MHzより小さい周波数の交流電力が印加されるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
(3)前記電極体は一対の電極板と、この一対の電極板を囲んだ誘電体とを備えており、前記一対の電極板は同一の平面内においてこの平面の中心に対して対称形に配置されていることを特徴とする前記(2)に記載のプラズマ処理装置。
(4)前記(1)(3)において、前記各電極体を前記各一対の電極板のうちの同極の電極板が対向して並ぶようにそれぞれ構成する。
(5)前記(1)(3)において、前記各電極体を前記各一対の電極板のうちの異極の電極板が対向して並ぶようにそれぞれ構成する。
また、プラズマは一対の電極板によって形成されることにより、被処理基板に影響されずに安定して生成されるために、プラズマ処理状況は被処理基板内および被処理基板相互間のいずれにおいても均一になる。
前記(2)によれば、一般に使用される13.56MHzより小さい周波数の交流電力を各電極体に印加することにより、プラズマを各被処理基板の全域にわたって広がるように生成することができるので、プラズマ処理状況は被処理基板内および被処理基板相互間のいずれにおいても均一になる。
前記(1)(3)において、一対の電極板を誘電体で囲むことにより、沿面放電によって誘電体の表面に均一なプラズマを平坦に生成することができる。
また、一対の電極板を誘電体で囲むことにより、一対の電極板にプラズマが接触するのを阻止することができるので、電極板からの不純物の放出を防止することができる。
前記(4)によれば、各電極体が各一対の電極板のうちの同極の電極板が対向して並ぶようにそれぞれ構成されていることにより、同一の平面内の一対の電極板による放電に加えて、隣り合う電極体の電極板同士間による放電も利用することができるので、プラズマを効率よく生成させることができる。
前記(5)によれば、各電極体が各一対の電極板のうちの異極の電極板が対向して並ぶようにそれぞれ構成されていることにより、被処理基板に対して入射するイオンのエネルギーを増加させることができる。
なお、本実施の形態においては、便宜上、一回のバッチ処理のウエハの枚数が4枚の場合について説明しているが、実際上は4枚〜150枚程度のウエハを一括して取り扱うことができるものとする。
バッチ式プラズマ処理装置10は筐体11を備えている。筐体11の正面壁の下部にはメンテナンスするための正面メンテナンス口12が開設されており、正面メンテナンス口12には正面メンテナンス扉13が開閉するように建て付けられている。
正面メンテナンス扉13にはカセット搬入搬出口14が筐体11内外を連通するように開設されており、カセット搬入搬出口14はフロントシャッタ15によって開閉されるようになっている。
工程内搬送装置により、カセットステージ16にはカセット2が、カセット2内のウエハ1が垂直姿勢となり、カセット2のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ16はカセット2を筐体11の後方に右回り縦方向90度回転させ、カセット2内のウエハ1が水平姿勢となり、カセット2のウエハ出し入れ口が筐体11の後方を向く作動が可能となるように構成されている。
また、カセットステージ16の上方には予備カセット棚19が設けられており、予備カセット棚19はカセット2を予備的に保管するように構成されている。
ウエハ移載装置エレベータ22は筐体11の右側端部に設置されている。
ウエハ移載装置23はウエハ1をツィーザ24によって保持して回転ないし直線運動させるように構成されている。
ウエハ移載装置エレベータ22およびウエハ移載装置23の連続作動により、ウエハ移載機構21はウエハ1の授受作動を実行するように構成されている。
便宜上、図示は省略するが、ウエハ移載装置エレベータ22側と反対側である筐体11の左側端部にもクリーンユニットが設置されており、このクリーンユニットはクリーンエアを筐体11内の後部空間に流通させるように構成されている。
図2に示されているように、処理炉30は処理室32を形成するプロセスチューブ31を備えている。プロセスチューブ31は石英等の誘電体が使用されて一端開口で他端閉塞の円筒形状に形成されており、プロセスチューブ31は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。
プロセスチューブ31の筒中空部は複数枚のウエハ1が収容される処理室32を形成しており、プロセスチューブ31の内径は取り扱うウエハ1の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
そして、マニホールド33が筐体11に支持されることにより、プロセスチューブ31は垂直に据え付けられた状態になっている。
マニホールド33の下端開口はウエハ1を出し入れするための炉口34を形成している。炉口34は通常時には炉口シャッタ35によって閉塞されるようになっている。
ガス供給管37には複数個の吹出口38が垂直方向に並べられて開設されており、これら吹出口38の個数は処理されるウエハ1の枚数に対応されている。吹出口38の個数は処理されるウエハ1の枚数に一致されており、各吹出口38の高さ位置は上下で隣合うウエハ1とウエハ1との間の空間に対向するようにそれぞれ設定されている。
シールキャップ42はマニホールド33の外径と略等しい円盤形状に形成されており、ボートエレベータ40によって上昇されることにより、炉口34を気密シールして閉塞するように構成されている。
ボート43は上下で一対の端板44、45と、両端板44、45間に架設されて垂直に配設された複数本(本実施の形態では、3本)の保持柱46とを備えている。
各保持柱46にはウエハ受け47が複数個(本実施の形態では、4個)ずつ、上下方向に等間隔に配置されて径方向内向きにそれぞれ突設されており、各段のウエハ受け47、47、47の上面はウエハ1を水平に保持するように同一の水平面を構成している。
電極体50は互いに一対になる第一電極板51および第二電極板52と、誘電体53とを備えている。
第一電極板51および第二電極板52は導電性を有する金属材料が使用されて、真円形の平板を二等分した半円形の平板形状にそれぞれ形成されている。第一電極板51と第二電極板52とは同一の平面内にて半円形の弦を一定の間隔を置いて対向された状態でこの平面の中心に対して対称形に配置されている。この一定の間隔により、第一電極板51と第二電極板52との対向面間には絶縁ギャップ54が形成されている。
この配置状態で、第一電極板51および第二電極板52は石英等の誘電体材料によって形成された誘電体53により包囲されている。第一電極板51および第二電極板52の円弧形状の外周の中央部には、ターミナルを兼用する固定端部51a、52aがそれぞれ突設されており、両固定端部51a、52aが誘電体53にそれぞれ固定されることにより、第一電極板51および第二電極板52と誘電体53との熱膨張差が吸収されるようになっている。
例えば、上側の電極体50の第一電極板51と下側の電極体50の第一電極板51同士が陰極の場合には、上側の電極体50の第二電極板52と下側の電極体50の第二電極板52同士が陽極となるようにそれぞれ構成されている。
電極体50の第一電極板51の固定端部51aと第二電極板52の固定端部52aとには、交流電力を印加する交流電源61が整合器62を介して電気的に接続されており、各電極体50の第一電極板51と第二電極板52とはそれぞれ並列に接続されている。
交流電力としては、数kHzの低周波数から13.56MHz等の高周波数の交流電源が使用されており、各電極体50には一般に使用される13.56MHzより小さい周波数の交流電力が印加されるように構成されている。
交流電力を供給する経路の途中には絶縁トランス63が介設されており、各電極体50の第一電極板51と第二電極板52とはアースと絶縁された状態になっている。
その後、カセット2はカセット搬入搬出口14から搬入され、カセットステージ16の上にウエハ1が垂直姿勢であって、カセット2のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。
その後、カセット2はカセットステージ16によって、カセット2内のウエハ1が水平姿勢となり、カセット2のウエハ出し入れ口が筐体11の後方を向けるように、筐体11の後方に右周り縦方向に90度回転させられる。
次に、カセット2はカセット棚17ないし予備カセット棚19の指定された棚位置へ、カセット搬送装置20によって自動的に搬送されて受け渡される。
カセット2が移載棚18に移載されると、ウエハ移載装置23はツィーザ24によってカセット2内のウエハ1をカセット2のウエハ出し入れ口を通じてピックアップし、ウエハ1をカセット2内からボート43に搬送し、ウエハ1をツィーザ24からボート43の最上段のウエハ受け47間の上に移載する。
ウエハ1を最上段のウエハ受け47間の上に移載すると、ウエハ移載装置23はツィーザ24をカセット2に戻し、次のウエハ1をツィーザ24によってピックアップする。
ウエハ移載装置23は以上の作動を繰り返すことにより、最下段までのウエハ受け47間の上にウエハ1を順次に移載して行く。
ボート43が上限に達すると、シールキャップ42が炉口34をシール状態に閉塞するために、処理室32は気密に閉じられた状態になる。
気密に閉じられると、処理室32は排気管36によって排気され、ヒータ39によって所定の温度(例えば、400℃程度)に加熱される。
この際、ヒータ39がホットウオール形構造であることにより、処理室32の温度は全体にわたって均一に維持された状態になるために、ボート43に保持されたウエハ1群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ1の面内の温度分布も均一かつ同一になる。
この際に、第一電極板51と第二電極板52とは真円形の平板を二等分割した半円形の平板形状に形成されて同一平面内で対称形に配置されていることにより、沿面放電は誘電体53の表面の全体にわたって均一になるために、図4に示されているように、プラズマ60は全体的に均一で平坦に生成される。
ちなみに、第一電極板51と第二電極板52とが誘電体53によって全体的に被覆されていることにより、プラズマ60と第一電極板51および第二電極板52とが直接的に接触しないために、第一電極板51および第二電極板52からの不純物の放出を防止することができる。
図6は13.56MHzの交流電力と400kHzの交流電力とを使用した場合のウエハ面内の窒化膜の膜厚分布を示すグラフである。
図6によれば、13.56MHzの場合にはウエハ面内の膜厚分布は中央部が厚く周辺部が薄くなっているのに対して、400kHzの場合には全体にわたって略均一になっている。
各段の電極体50で活性化した粒子(以下、活性粒子という。)は、各段のウエハ受け47間の上に載置されたウエハ1のアクティブエリア側の主面に接触し、ウエハ1にプラズマ処理を施す。
この際、前述した通りに、ウエハ1の温度分布がボート43の全長かつウエハ面内で均一に維持されており、均一で平坦なプラズマ60による活性粒子のウエハ1との接触分布が各段のウエハ1同士で同等かつ各段のウエハ1のウエハ面内で均一の状態になるため、活性粒子のプラズマ反応によるウエハ1におけるプラズマ処理状況は各段のウエハ1同士で、かつ、各段のウエハ1のウエハ面内において均一な状態になる。
以上の作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ1がバッチ処理される。
例えば、上側の電極体50の第一電極板51と下側の電極体50の第二電極板52とが陰極の場合に、上側の電極体50の第二電極板52と下側の電極体50の第一電極板51とが陽極となるようにそれぞれ構成されている。
上下で隣り合う電極体50、50において第一電極板51と51同士、第二電極板52と52同士が異極になるように構成することにより、ウエハ1に対して入射するイオンのエネルギーを増加させることができるので、プラズマ処理の効率を向上させることができる。
Claims (2)
- 処理室内に複数枚の被処理基板を所定の間隔を置いて配置し、前記処理室内に処理ガスを供給し、所定の圧力の下で前記被処理基板を処理する基板処理装置であって、
前記各被処理基板の表面から所定の距離に各電極体がそれぞれ配置されており、前記各電極体は一対の電極板が誘電体によって囲まれて構成され、
前記各電極体には交流電源が接続されていることを特徴とする基板処理装置。 - 処理室内に複数枚の被処理基板を所定の間隔を置いて配置し、前記処理室内に処理ガスを供給し、所定の圧力の下で前記被処理基板を処理し、
前記各被処理基板の表面から所定の距離に各電極体がそれぞれ配置されており、前記各電極体は一対の電極板が誘電体によって囲まれて構成され、
前記各電極体には交流電源が接続された基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記基板を前記処理室内に配置した後、前記交流電源によって前記各電極体に交流電力を印加し、前記基板をプラズマ処理する半導体装置の製造方法。
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