(57)【要約】      （修正有）【課題】処理ガスの分解効率を上げ、基板に対する処理速度の向上を図る基板処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ発生管６を囲む様に設けられ、少なくとも該プラズマ発生管６の内壁近傍にプラズマ生成領域１２を生成するプラズマ発生手段９，１１と、前記プラズマ発生管６の上流側から処理ガスを供給するガス供給手段１６と、前記プラズマ発生管６の下流側に隣設され、プラズマ化された処理ガスによって基板３を処理する処理室４と、前記ガス供給手段１６と前記プラズマ生成領域１２上端の間に設けられ、前記プラズマ発生管の内壁近傍の処理ガス密度が濃くなる様処理ガスの流れを整える整流板１７と、前記処理管から処理ガスを排気する排気手段２８とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生室を囲む様に設けられ、少なくとも該プラズマ発生室の内壁近傍にプラズマ領域を生成するプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生室の上流側から処理ガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ発生室の下流側に隣設され、プラズマ化された処理ガスによって基板を処理する処理室と、前記ガス供給手段と前記プラズマ領域上端の間に設けられ、前記プラズマ発生室の内壁近傍の処理ガス密度が濃くなる様処理ガスの流れを整える整流板と、前記処理室から処理ガスを排気する排気手段とを具備することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを使用してシリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、エッチング、或はアッシング等の基板処理を行い、半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する工程には、ガラス基板、シリコンウェーハ等の基板（以下ウェーハ）に薄膜を生成する工程、ウェーハ上に回路パターンを形成するエッチングの工程、或はエッチング後にウェーハ上のレジストを除去するアッシングの工程等があり、斯かる工程を処理するものとして、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、或はアッシング装置等の基板処理装置がある。
【０００３】
先ず、図４に於いて従来の基板処理装置について説明する。
【０００４】
基板処理装置１は、処理容器２と該処理容器２内に画成され、ウェーハ３に対して所定の処理を行う処理室４を有し、該処理室４の下方にはガス排気部５が設けられている。
【０００５】
又、前記処理容器２上には石英等で形成された気密なプラズマ発生管６が前記処理室４と連通する様設けられ、前記プラズマ発生管６内にはプラズマ発生室７が画成されている。前記プラズマ発生管６の上部には前記処理室４内に処理ガスを導入するガス導入口８が形成され、前記プラズマ発生管６の周囲には、高周波電源９より高周波電流を印加可能なコイル１１が設けられ、該コイル１１に高周波電流を印加することで、該コイル１１近傍の前記プラズマ発生管６壁面付近のプラズマ生成領域１２にプラズマが生成される様になっている。
【０００６】
前記ガス導入口８から導入された処理ガスは、高周波電流が印加された前記コイル１１によって発生される誘導電磁界によって励起、電離、乖離されプラズマ化された後、前記処理室４内のウェーハ３表面に到達する。該ウェーハ３表面に到達した反応性活性種は、ドライエッチング、ドライアッシング及び化学気相堆積（ＣＶＤ）の処理に寄与した後、前記ガス排気部５より排気される。
【０００７】
ウェーハ３表面に到達する処理ガス中の反応性活性種の割合は、前記プラズマ生成領域１２を通過する処理ガスが励起される割合、即ち分解効率に依存しており、エッチレートやアッシングレート、成膜速度等の処理速度を向上させる上で重要な要素となっている。
【０００８】
然し乍ら、前記プラズマ発生室７内で発生するプラズマは、前記プラズマ発生室７の全域ではなく、前記プラズマ生成領域１２に生成される。従って、前記プラズマ発生管６内に一様に処理ガスを導入した場合、図５に示される様に、処理ガスは前記プラズマ発生管６の中央で流速が最大となり、処理ガスの大部分が分解効率の低い前記プラズマ発生管６の中央部を通過するので、処理ガスを効率的に分解することができず、ウェーハ３表面に到達し、反応に寄与する反応性活性種が少なくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−９１８３６号公報
【特許文献２】特開平１１−３７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は斯かる実情に鑑み、プラズマ密度の高いプラズマ発生室内壁近傍に供給する処理ガスを増加させることで、処理ガスの分解効率を上げ、基板に対する処理速度の向上を図る基板処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、プラズマ発生室を囲む様に設けられ、少なくとも該プラズマ発生室の内壁近傍にプラズマ領域を生成するプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生室の上流側から処理ガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ発生室の下流側に隣設され、プラズマ化された処理ガスによって基板を処理する処理室と、前記ガス供給手段と前記プラズマ領域上端の間に設けられ、前記プラズマ発生室の内壁近傍の処理ガス密度が濃くなる様処理ガスの流れを整える整流板と、前記処理室から処理ガスを排気する排気手段とを具備する基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズマ発生室を囲む様に設けられ、少なくとも該プラズマ発生室の内壁近傍にプラズマ領域を生成するプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生室の上流側から処理ガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ発生室の下流側に隣設され、プラズマ化された処理ガスによって基板を処理する処理室と、前記ガス供給手段と前記プラズマ領域上端の間に設けられ、前記プラズマ発生室の内壁近傍の処理ガス密度が濃くなる様処理ガスの流れを整える整流板と、前記処理室から処理ガスを排気する排気手段とを具備するので、プラズマ密度の高い前記プラズマ発生室の内壁近傍に密度の高い処理ガスを供給することができ、処理ガスの分解効率を向上させ、基板の処理速度の向上を図ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る基板処理装置を示す概略図である。
【図２】本発明の基板処理装置に係るプラズマ密度及びガス流速と、プラズマ発生管中央からの距離との関係の分布を示すグラフである。
【図３】本発明に係る整流板とプラズマ生成領域間の助走距離Ｂと、アッシング処理を行った際のアッシングレートとの関係を示すグラフである。
【図４】従来の基板処理装置を示す概略図である。
【図５】従来の基板処理装置に係るプラズマ密度及びガス流速と、プラズマ発生管中央からの距離との関係の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１５】
先ず、図１に於いて、本発明に係る基板処理装置の一例として、アッシング装置について説明する。尚、図１中、図４中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００１６】
密閉された容器である処理容器２の上に、例えば石英製で有天筒状のプラズマ発生管６が同心に立設されている。該プラズマ発生管６の周囲には、プラズマ発生用のコイル１１が設けられ、該コイル１１は高周波電源９に接続されており、前記コイル１１と前記高周波電源９とでプラズマ発生手段を構成している。
【００１７】
又、前記コイル１１は遮蔽体１３に囲繞され、該遮蔽体１３は前記コイル１１に流れる高周波電流が装置の周囲に影響を与えない様になっている。
【００１８】
前記プラズマ発生管６の天板中央部には、ガス導入口８が形成され、該ガス導入口８にはガス供給管１４が接続され、該ガス供給管１４は流量制御手段１５を介してガス供給手段１６に接続されている。該ガス供給手段１６は、処理ガス（例えば酸素ガスに所定割合のフッ素系ガスを添加した混合ガス）、フォーミングガス（例えば窒素ガスに所定割合の水素ガスを添加した混合ガス）、不活性ガス、或はシーズニング用ガス（例えば酸素ガス）を前記ガス供給管１４、前記ガス導入口８を介して前記プラズマ発生管６の内部に供給可能となっている。
【００１９】
該プラズマ発生管６の内部の上端側には、例えば石英製で円盤状の整流板１７が、前記プラズマ発生管６の天板に設けられた支持柱１８を介して前記プラズマ発生管６と同心に設けられ、前記整流板１７の下端とプラズマ生成領域１２の上端との間は助走距離Ｂ分だけ離れている。又、前記整流板１７により前記プラズマ発生管６の内部の空間は、前記整流板１７の上側のガス溜め部１９と、下側の前記プラズマ発生室７とに仕切られている。
【００２０】
前記整流板１７の直径は、前記プラズマ発生管６の内径よりも僅かに小さく、該プラズマ発生管６の内周面と前記整流板１７の外周面との間には間隙２１が形成され、該間隙２１を介して前記ガス溜め部１９と前記プラズマ発生室７とが連通している。
【００２１】
前記プラズマ発生管６は下端部が開放されると共に、前記処理容器２の天板の中央部には、前記プラズマ発生管６と同心且つ該プラズマ発生管６の内径と略同径の開口部２２が形成されている。
【００２２】
前記処理容器２の内部は、ガラス基板、或はシリコンウェーハ等の基板であるウェーハ３に所定の処理を行う空間である処理室４となっており、該処理室４と前記プラズマ発生室７とは前記開口部２２を介して連通している。
【００２３】
前記処理室４には、基板保持台２３が前記プラズマ発生管６と同心に設置され、前記基板保持台２３の上面にはウェーハ３を前記基板保持台２３と同心に載置可能となっている。該基板保持台２３は、図示しない加熱手段を具備し、該加熱手段は載置されたウェーハ３を所望の処理温度に加熱できる様になっている。
【００２４】
前記基板保持台２３の周囲には円環状の空間が形成され、該空間はガス排気部５となっており、該ガス排気部５には前記基板保持台２３の外周面と前記処理容器２の内周面とに亘って例えばアルミニウム製の排気抵抗板２４が設けられ、該排気抵抗板２４には通気孔２５が所要数穿設されている。前記排気抵抗板２４は、前記通気孔２５の数と内径により排気抵抗を調整可能である。
【００２５】
前記ガス排気部５は、前記排気抵抗板２４を介して排気管２６に接続され、該排気管２６は圧力調整弁２７を介して例えば真空ポンプ等の排気手段２８に接続され、該排気手段２８は前記処理室４のガスを前記排気抵抗板２４、前記排気管２６を介して強制的に排気可能である。又、前記圧力調整弁２７により排気流量を調整することで、前記処理室４内及び前記プラズマ発生室７内の圧力を所定の圧力値に調整できる。
【００２６】
前記高周波電源９、前記流量制御手段１５、前記排気手段２８は、制御部２９に接続され、該制御部２９は前記高周波電源９を制御し、該高周波電源９は前記コイル１１に高周波電流を所望のタイミングで供給可能であり、又前記制御部２９は前記流量制御手段１５を制御し、該流量制御手段１５は前記ガス供給管１４を流れるガスの流量を所望の流量に調整可能であり、又前記制御部２９は前記排気手段２８を制御し、該排気手段２８は排気流量を所望の流量に調整可能となっている。
【００２７】
尚、前記処理容器２の所要箇所には、図示しない基板搬入搬出口が開設され、該基板搬入搬出口には図示しないゲートバルブが設置され、該ゲートバルブは前記基板搬入搬出口を気密に閉塞可能であると共に開放可能であり、該基板搬入搬出口を介してウェーハ３を前記処理室４に搬入、搬出できる様になっている。
【００２８】
又、前記プラズマ発生管６の内径の一例として、８インチのウェーハ３を処理するアッシング装置の場合、２００ｍｍ〜２３５ｍｍが好ましい。又、混合ガスの一例として、酸素にフレオン（フッ素系ガス）を２％添加したものが使用される。
【００２９】
次に、上記したアッシング装置によるアッシング処理について説明する。
【００３０】
前記基板保持台２３上にはウェーハ３が載置され、ウェーハ３は前記加熱手段（図示せず）によって所定の処理温度に加熱されている。又、ウェーハ３の表面には、前工程であるエッチング処理で使用したレジストが付着している。
【００３１】
前記制御部２９が前記流量制御手段１５を制御することでガス流量を制御し、前記ガス供給管１４及び前記ガス導入口８を介して、酸素ガスにフッ素系ガスを添加した混合ガスである処理ガスが前記ガス溜め部１９に供給される。処理ガスは、前記間隙２１を通り、前記プラズマ発生管６の内周面に沿う様に降下し、前記プラズマ発生室７に供給される。
【００３２】
前記コイル１１に前記高周波電源９より高周波電流が印加され、処理ガス中にプラズマが発生し、反応性活性種であるラジカル状態の酸素（ラジカル酸素）等が生成され、プラズマ生成領域１２が形成される。
【００３３】
ラジカル酸素を含む処理ガスは、前記プラズマ発生室７を降下し、前記処理室４へ供給され、前記ガス排気部５、前記排気管２６を介して前記排気手段２８によって排気ガスとして排気される。該排気手段２８が排気ガスを所定の流量で排気すると共に、前記排気抵抗板２４によって排気抵抗が調整されることで、前記プラズマ発生室７内及び前記処理室４内の圧力は所定の処理圧に調整される。尚、図中の矢印は上記のガスの流れを示している。
【００３４】
処理ガス中のラジカル酸素がウェーハ３に接触し、ラジカル酸素によってウェーハ３表面のレジストが酸化され、レジストは二酸化炭素、水等となり、ウェーハ３表面から除去され、排気ガスと共に前記処理室４より排気される。
【００３５】
尚、上述したアッシング処理に於ける処理室温度、ガス流量、処理室圧力の一例としては、処理室温度は２５０℃、ガス流量は常温常圧状態で１Ｌ／ｍｉｎ以上、好ましくは３Ｌ／ｍｉｎ〜１５Ｌ／ｍｉｎ、処理室圧力は１３３Ｐａ〜６６５Ｐａである。
【００３６】
図２は、上記したアッシング処理を行った際の、Ａ断面（図１参照）に於けるプラズマ密度及びガス流速（ガス密度）と、前記プラズマ発生管６中央からの距離の関係を表した分布図である。
【００３７】
尚、図中では、助走距離Ｂ、即ち前記整流板１７下端から前記プラズマ生成領域１２上端迄の距離が５ｍｍである場合の分布と、助走距離Ｂが３０ｍｍである場合の分布の２つのガス流速分布が示されている。
【００３８】
プラズマ密度は、前記プラズマ発生室７の中央に近づくにつれて低く、該プラズマ発生室７の内壁近傍に近づくにつれて高くなっており、プラズマ発生手段である前記コイル１１に近い程高くなっているのが分る。又、ガス流速に関してもプラズマ密度と同様の傾向が見られるが、助走距離Ｂを３０ｍｍとした場合よりも、助走距離Ｂを５ｍｍとした場合の方が、より前記プラズマ発生室７の内壁近傍の流速が高くなっているのが分る。
【００３９】
以上のことより、助走距離Ｂは小さい方がガス流速を前記プラズマ発生室７内壁近傍で高めることができ、又ガス流速の分布形状をプラズマ密度の分布形状により近づけることができるのが分る。
【００４０】
図３は、助走距離Ｂと、アッシング処理に於けるアッシングレートとの関係を示したグラフであり、助走距離Ｂが小さくなる程アッシングレートが向上しているのが分る。又、図中より、助走距離Ｂが３０ｍｍ以下である場合に、アッシングレートの向上が顕著になっている為、助走距離Ｂは、Ｂ≦３０ｍｍであることが望ましい。
【００４１】
尚、図示はしないが、例えば助走距離Ｂを０ｍｍとした場合、前記整流板１７によりＡ部に於けるプラズマ生成が阻害され、プラズマの生成効率が低下する為、助走距離Ｂの大きさは、プラズマの生成を阻害しない大きさであることが望ましい。
【００４２】
図２、図３より、ガス流速の分布形状は、助走距離Ｂを小さくする程プラズマ密度の分布形状に近づいていくと予想できる。従って、助走距離Ｂを小さくすることで前記プラズマ生成領域１２を通過する処理ガスの量を増加させることができ、処理ガスの分解効率を向上させ、ウェーハ３に対する処理速度の向上を図ることができる。
【００４３】
（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。
【００４４】
（付記１）プラズマ発生室を囲む様に設けられ、少なくとも該プラズマ発生室の内壁近傍にプラズマ領域を生成するプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生室の上流側から処理ガスを供給するガス供給手段と、前記プラズマ発生室の下流側に隣設され、プラズマ化された処理ガスによって基板を処理する処理室と、前記ガス供給手段と前記プラズマ領域上端の間に設けられ、前記プラズマ発生室の内壁近傍の処理ガス密度が濃くなる様処理ガスの流れを整える整流板と、前記処理室から処理ガスを排気する排気手段とを具備することを特徴とする基板処理装置。
【００４５】
（付記２）前記プラズマ発生手段は、前記プラズマ発生室内壁近傍に該プラズマ発生室中央よりも密度の高いプラズマを発生させ、前記整流板は前記プラズマ発生室内壁近傍に該プラズマ発生室中央よりも高いガス流速を発生させる付記１の基板処理装置。
【符号の説明】
【００４６】
１              基板処理装置
３              ウェーハ
４              処理室
６              プラズマ発生管
７              プラズマ発生室
９              高周波電源
１１            コイル
１２            プラズマ生成領域
１７            整流板
２８            排気手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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