JP2007103697A - Substrate processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゲートバルブを備えた処理室内で基板をプラズマ処理する基板処理装置に係り、特にプラズマに対するゲートバルブの影響を低減するための装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for plasma processing a substrate in a processing chamber provided with a gate valve, and more particularly to an apparatus for reducing the influence of a gate valve on plasma.
半導体デバイスは微細化が進んでおり、それに伴って基板の表面処理の均一化が要請されている。そのための基板処理装置として、基板面内の膜厚均一性に優れるプラズマ処理装置が用いられている。図３に、そのようなプラズマ処理装置の処理室の一例を示す。
処理室１１は、上部が開口した金属製の下側容器５、下側容器５の上部開口を覆う絶縁性の上側容器２、高周波を印加してプラズマＰを処理室１１内に生成する放電用の筒状電極１、上側容器２の上部に設けられたガス導入口６、下側容器５に固定され基板３を保持する絶縁性のサセプタ４を備える。上側容器２と下側容器５、下側容器５とサセプタ４はそれぞれＯリング（図示略）で密閉できるようになっている。下側容器５には基板３を出入りさせるための通路としてのゲート７が開設されている。ゲート７には金属製のゲートバルブ８が設けられ、ゲート７を開閉できるようになっている。金属製の下側容器５及びゲートバルブ８はともに接地される。
Semiconductor devices are being miniaturized, and accordingly, surface treatment of the substrate is required to be uniform. As a substrate processing apparatus for that purpose, a plasma processing apparatus excellent in film thickness uniformity within the substrate surface is used. FIG. 3 shows an example of a processing chamber of such a plasma processing apparatus.
The
処理前の基板３は、ゲートバルブ８が開いた後、搬送室９に設けたロボット（図示略）により、ゲート７を通って処理室１１内のサセプタ４上に搬送される。処理室１１内は、ゲートバルブ８が閉じて処理室１１が密閉された後、ガス導入口６から処理ガスを供給しつつ排気口（図示略）から排気することにより、所定の圧力に保たれる。その後、筒状電極１に高周波電力が印加されて処理室１１内にプラズマＰが生成されることにより、基板３上に薄膜形成などの処理がなされる。処理が終わった基板３は、ゲートバルブ８が開いた後、ロボットにより処理室１１から搬送室９に搬出される。
The
ところで、処理室１１の内壁はプラズマＰにより直接アタックされるためダメージを受ける。特に、下側容器５は接地されて金属が露出しているため、ダメージを受けやすく、ダメージを受けると金属の剥離等が起こり基板３上に形成された膜の膜中に金属が取り込まれて金属汚染が発生する。
By the way, the inner wall of the
このため、金属製の下側容器５がプラズマＰに直接さらされないように、下側容器５の内側を絶縁体、例えば石英などで構成された絶縁性の保護部材１０で覆って保護することが行われている（例えば、特許文献１参照）。下側容器５は絶縁性の保護部材１０で覆われているため、プラズマＰの直接アタックから保護され、金属製容器に起因する金属汚染を低減できる。
基板処理装置が解決すべき２つの重要な課題は、一方は金属汚染の防止であり、他方は基板面内の膜厚均一性の確保である。 Two important problems to be solved by the substrate processing apparatus are prevention of metal contamination on the one hand and securing of film thickness uniformity in the substrate surface on the other hand.
一方の金属汚染については、処理室内は保護部材で覆ったものの、処理室に開設したゲートの内側の金属が露出しているため、プラズマから見てゲートの内側の金属までの距離は他の金属部材より遠いけれども、意図しない放電がゲートの内側で起きてしまい、金属汚染が発生するいう問題があった。 On the other hand, for metal contamination, although the processing chamber is covered with a protective member, the metal inside the gate opened in the processing chamber is exposed, so the distance from the plasma to the metal inside the gate is different from that of other metals. Although it is far from the member, there is a problem that unintended discharge occurs inside the gate and metal contamination occurs.
他方の基板面内の膜厚均一性については、その意図しない放電により、プラズマ処理装置であるにもかかわらず、基板面内のうちゲート方向の膜厚だけが厚くなり、基板面内の膜厚が不均一になるという現象がみられた。この現象は、ゲートの内側、およびゲートバルブの表面を保護部材で覆うことにより、改善は見られたものの、解消しなかった。そのため、半導体デバイスの微細化で要求される１ｎｍやそれ以下の極薄膜の成膜プロセスを実現することが困難であった。 Regarding the film thickness uniformity in the other substrate surface, due to the unintended discharge, only the film thickness in the gate direction becomes thicker in the substrate surface, although it is a plasma processing apparatus, the film thickness in the substrate surface. The phenomenon of non-uniformity was observed. Although this phenomenon was improved by covering the inside of the gate and the surface of the gate valve with a protective member, it was not solved. Therefore, it has been difficult to realize a film formation process of an ultra-thin film of 1 nm or less required for miniaturization of a semiconductor device.
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、金属汚染のみならず基板面内の膜厚均一性をを改善することが可能な基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of solving the above-described problems of the prior art and improving not only metal contamination but also film thickness uniformity in the substrate surface.
本発明者は、鋭意研究の結果、この膜厚不均一性が生じる原因が、ゲート内部での放電によってゲート方向に位置する基板面上に膜が過剰に形成されるということを突き止めた。これは、プラズマから見たゲートの電気インピーダンスが絶縁性の保護部材を設けた処理室内より低ければ、ゲート内部にプラズマが起きてしまうおそれがあるからである。したがって、ゲートバルブを含むゲートを、物理的のみならず電気的にも遮蔽して、プラズマからゲート全体が電気的に見通せないようにすれば、基板上のプラズマの分布が不均一になるのを抑制でき、基板面内の膜厚不均一性を改善できるとの知見を得て本発明を創案するに至ったものである。 As a result of intensive studies, the present inventor has found that the cause of the film thickness non-uniformity is that a film is excessively formed on the substrate surface located in the gate direction by the discharge inside the gate. This is because if the electrical impedance of the gate viewed from the plasma is lower than that in the processing chamber provided with the insulating protective member, the plasma may be generated inside the gate. Therefore, if the gate including the gate valve is shielded not only physically but also electrically so that the entire gate cannot be electrically seen from the plasma, the plasma distribution on the substrate becomes non-uniform. The present invention has been invented with the knowledge that the film thickness can be suppressed and the film thickness non-uniformity within the substrate surface can be improved.
第１の発明は、基板をプラズマで処理する処理室と、前記処理室に開口して前記基板を出入りさせるゲートと、前記ゲートを開閉するゲートバルブと、前記処理室の内側を前記プラズマから保護する絶縁性の保護部材とを設けた基板処理装置において、前記ゲートバルブを含む前記ゲートの内側に絶縁性の遮蔽部材を設け、前記プラズマから見た前記ゲートの電気インピーダンスを前記絶縁性の保護部材を設けた前記処理室よりも高くしたことを特徴とする基板処理装置である。
ゲートバルブを含む前記ゲートの内側に絶縁性の遮蔽部材を設けて、ゲートの内側を物理的に覆って保護したので、基板上の金属汚染を防止できる。
また、ゲートバルブを含む前記ゲートの内側に、プラズマから見たゲートの電気インピーダンスが処理室の保護部材よりも高くなる絶縁性の遮蔽部材を設けて、ゲートの内側を電気的に遮蔽したので、プラズマとゲートに設けた絶縁性の遮蔽部材との間で電気回路が形成されにくい状態になり、処理室内に生成されるプラズマからゲートを見通せないようになる。これによりゲート内にプラズマが引っ張られて、基板上のプラズマの分布が悪くなるのを抑制できる。したがって、基板上のプラズマの分布を均一に保つことができ、基板面内の膜厚均一性を向上できる。
本発明では、処理室に設ける絶縁部材を保護部材とし、ゲートバルブを含むゲートに設ける絶縁部材を遮蔽部材と称して、両者で用語を変えているが、これは、ゲートバルブを含むゲートに設ける絶縁部材に、従来認識されていなかった電気インピーダンスの概念を含ませたからであり、特に保護部材と遮蔽部材とは電気絶縁性という意味で同じ機能を有し、その機能は変らない。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a processing chamber for processing a substrate with plasma, a gate that opens into the processing chamber to allow the substrate to enter and exit, a gate valve that opens and closes the gate, and protects the inside of the processing chamber from the plasma. In the substrate processing apparatus provided with the insulating protective member that performs the insulating protective member provided inside the gate including the gate valve, the insulating protective member determines the electrical impedance of the gate as viewed from the plasma. The substrate processing apparatus is characterized in that the substrate processing apparatus is higher than the processing chamber in which is provided.
Since an insulating shielding member is provided inside the gate including the gate valve so as to physically cover and protect the inside of the gate, metal contamination on the substrate can be prevented.
In addition, since the gate including the gate valve is provided with an insulating shielding member in which the electrical impedance of the gate as viewed from the plasma is higher than the protection member of the processing chamber, the inside of the gate is electrically shielded. It becomes difficult to form an electric circuit between the plasma and the insulating shielding member provided on the gate, so that the gate cannot be seen from the plasma generated in the processing chamber. Thereby, it is possible to suppress the plasma from being pulled into the gate and the plasma distribution on the substrate from being deteriorated. Therefore, the plasma distribution on the substrate can be kept uniform, and the film thickness uniformity within the substrate surface can be improved.
In the present invention, the insulating member provided in the processing chamber is used as a protective member, and the insulating member provided in the gate including the gate valve is referred to as a shielding member, and the terms are changed in both cases, but this is provided in the gate including the gate valve. This is because the concept of electrical impedance, which has not been recognized in the past, is included in the insulating member. In particular, the protective member and the shielding member have the same function in terms of electrical insulation, and the function does not change.
第２の発明は、第１の発明において、前記遮蔽部材を前記保護部材と同じ材料で構成し、前記ゲートバルブの内側に設ける遮蔽部材の厚さを、前記処理室の内側に設ける前記保護部材よりも厚くすることにより、前記プラズマから見た前記ゲートの電気インピーダンスを前記絶縁性の保護部材を設けた前記処理室よりも高くしたことを特徴とする基板処理装置である。
ゲートバルブの内側に設ける遮蔽部材の厚さを、処理室の内側に設ける保護部材よりも高くするという簡単な構成で、基板上のプラズマの分布をより均一に保つことができ、基板面内の膜厚均一性をより向上できる。
The second invention is the protective member according to the first invention, wherein the shielding member is made of the same material as the protection member, and the thickness of the shielding member provided inside the gate valve is provided inside the processing chamber. The substrate processing apparatus is characterized in that the electrical impedance of the gate viewed from the plasma is made higher than that of the processing chamber provided with the insulating protective member by making the thickness thicker.
With a simple configuration in which the thickness of the shielding member provided on the inner side of the gate valve is higher than that of the protective member provided on the inner side of the processing chamber, the plasma distribution on the substrate can be kept more uniform. The film thickness uniformity can be further improved.
第３の発明は、第２の発明において、前記ゲートの内側に設ける遮蔽部材の厚さを、前記処理室の内側に設ける前記保護部材よりも厚くすることにより、前記プラズマから見た前記ゲートの電気インピーダンスを前記絶縁性の保護部材を設けた前記処理室よりも高くしたことを特徴とする基板処理装置である。
ゲートの内側に設ける遮蔽部材の厚さを、処理室の内側に設ける保護部材より厚くするという簡単な構成で、基板上のプラズマの分布をより均一に保つことができ、基板面内の膜厚均一性をより向上できる。
According to a third invention, in the second invention, the thickness of the shielding member provided inside the gate is made thicker than the protective member provided inside the processing chamber, whereby the gate of the gate viewed from the plasma is obtained. In the substrate processing apparatus, the electrical impedance is made higher than that in the processing chamber provided with the insulating protective member.
With a simple configuration in which the thickness of the shielding member provided inside the gate is thicker than that of the protective member provided inside the processing chamber, the plasma distribution on the substrate can be kept more uniform, and the film thickness within the substrate surface can be maintained. Uniformity can be further improved.
第４の発明は、第１乃至第３の発明において、前記プラズマから見た前記ゲートを含む前記処理室内の前記ゲート側の電気インピーダンスと、前記処理室内の前記ゲートを設けた側と反対側の電気インピーダンスとのバランスを取るようにしたことを特徴とする基板処理装置である。
ゲートの電気インピーダンスを処理室よりも高くする場合、高くしすぎると、処理室内の電気インピーダンスの全体のバランスが崩れて基板上のプラズマの分布が悪くなるという問題が生じやすいが、本発明によればこのような問題を解決できる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, the electrical impedance of the gate side in the processing chamber including the gate as viewed from the plasma, and the side opposite to the side where the gate is provided in the processing chamber. A substrate processing apparatus characterized in that a balance with electrical impedance is achieved.
When the electrical impedance of the gate is set higher than that in the processing chamber, if the gate impedance is too high, the overall balance of the electrical impedance in the processing chamber is lost and the plasma distribution on the substrate is likely to deteriorate. Such a problem can be solved.
本発明によれば、金属汚染のみならず基板面内の膜厚均一性をも向上させることができる。 According to the present invention, not only metal contamination but also film thickness uniformity within the substrate surface can be improved.
以下に本発明の実施の形態を説明する。本発明のプラズマ処理炉は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウェハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。 Embodiments of the present invention will be described below. A plasma processing furnace of the present invention is a substrate processing furnace (hereinafter referred to as an MMT apparatus) that plasma-processes a substrate such as a wafer using a modified magnetron type plasma source that can generate high-density plasma by an electric field and a magnetic field. Called). In this MMT apparatus, a substrate is installed in a processing chamber that ensures airtightness, a reaction gas is introduced into the processing chamber via a shower plate, the processing chamber is maintained at a certain pressure, and high-frequency power is supplied to the discharge electrode. As a result, an electric field is formed and a magnetic field is applied to cause a magnetron discharge. Since the electrons emitted from the discharge electrode continue to circulate while continuing the cycloid motion while drifting, the lifetime becomes longer and the ionization rate is increased, so that high-density plasma can be generated. In this way, the substrate can be subjected to various plasma treatments such as diffusion treatment such as oxidation or nitridation by exciting and decomposing the reaction gas, or forming a thin film on the substrate surface, or etching the substrate surface.
図２に、このようなＭＭＴ装置の構成図を示す。ＭＭＴ装置は、第１の容器である上側容器２１０と第２の容器である下側容器２１１により処理容器２０３が形成され、上側容器２１０は下側容器２１１の上に被せられている。上側容器２１０はドーム型の酸化アルミニウム又は石英で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持手段であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、石英又はセラミックスで構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
FIG. 2 shows a configuration diagram of such an MMT apparatus. In the MMT apparatus, a
シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備えている。バッファ室２３７は、処理室２０１の上部に、ガス導入口２３４より導入されたガスを分散するための分散空間として設けられる。
The
前記ガス導入口２３４は、ガスを供給する供給管であるガス供給管２３２により開閉弁であるバルブ２４３ａ、流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
The
供給される反応ガス２３０を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理室２０１の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力印加する高周波電源２７３が接続されている。
The discharge means for exciting the supplied
また、断面が筒状であり、好適には円筒状の磁界形成手段である筒状磁石２１６は筒状の永久磁石となっている。筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の上下端近傍に配置される。上下の筒状磁石２１６、２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石２１６、２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
Moreover, the cross section is cylindrical, and the
処理室２０１の底側中央には、基板であるウェハ２００を保持するための基板保持手段としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７はウェハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、前述したように例えば窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英で構成され、内部に加熱手段としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。ヒータは電力が印加されてウェハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。
A
また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ２１７を介してウェハ２００の電位を制御できるようになっている。
The
ウェハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも前記処理室２０１、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及びガス排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウェハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
A
筒状電極２１５及び筒状磁石２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁石２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
Around the
サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａを有し、下側容器２１１底面にはウェハ２００を突上げるための基板突上手段であるウェハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウェハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウェハ突上げピン２６６が設けられる。
The
また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送手段により処理室２０１へウェハ２００が搬入、または搬出され、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができる。
Further, a
また、制御手段であるコントローラ１２１は信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータに電力を印加する電源と接続し、それぞれを制御している。
Further, the
上記のような構成において、ウェハ２００表面を、又はウェハ２００上に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
A method of performing a predetermined plasma treatment on the surface of the
ウェハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウェハを搬送する図中省略の搬送手段によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ２１７が下った状態になっており、ウェハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過してサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開き、図中省略の搬送手段によってウェハ２００をウェハ突上げピンの先端に載置し、搬送手段は処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉まり、サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウェハ２００を載置することができ、更にウェハ２００を処理する位置まで上昇する。
The
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウェハ２００を室温〜４００℃の範囲内でウェハ処理温度に加熱する。真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲内に維持する。
The heater embedded in the
ウェハ２００を処理温度に加熱したら、ガス導入口２３４から遮蔽プレート２４０のガス吹出口２３９を介して、反応ガスＮ2、Ｏ2を処理室２０１に配置されているウェハ２００の上面（処理面）に向けて導入する。このときのガス流量は１０〜５００ｓｃｃｍの範囲である。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、５０〜３００Ｗの範囲内の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
When the
筒状磁石２１６、２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウェハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度のプラズマＰが生成される。そして、生成された高密度のプラズマＰにより、サセプタ２１７上のウェハ２００の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウェハ２００は、図示略の搬送手段を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。
Magnetron discharge is generated under the influence of the magnetic field of the
ところで既に述べたように、基板処理装置は、一方で金属汚染を防止し、他方で基板面内の膜厚不均一性を防止する必要がある。
図１は、そのような金属汚染及び膜厚不均一性を抑制するための手段を図２に示すＭＭＴに適用した概略構成図を示すものである。図中の符号は、図２と同じものを付した。
By the way, as already described, the substrate processing apparatus needs to prevent metal contamination on the one hand and non-uniform film thickness within the substrate surface on the other hand.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram in which means for suppressing such metal contamination and film thickness non-uniformity is applied to the MMT shown in FIG. The reference numerals in the figure are the same as those in FIG.
処理室２０１を構成する下側容器２１１に、ウェハ２００を出入りさせるゲート２０５が開設されている。処理室２０１に隣接された搬送室１９０にも、前記ゲート２０５に対向して搬送口１９１が設けられる。この搬送室１９０の搬送口１９１と処理室２０１のゲート２０５との間に、ゲート２０５を開閉するゲートバルブ２４４が設けられる。このゲートバルブ２４４は、ボディ２４９、ボディ２４９の両サイドに設けられた開口２４７、２４８、一方の開口２４７を開閉する弁体２４５から主に構成される。一方の開口２４７は処理室２０１のゲート２０５と連通し、他方の開口２４８は搬送室１９０の搬送口１９１と連通している。金属製の下側容器２１１及びゲートバルブ２４４の弁体２４５はともに接地される。
A
上記金属製の下側容器２１１の内側に、下側容器２１１の内壁面２１１ａをプラズマＰから保護するための絶縁性の保護部材（ウォール２８０）を設ける。処理室ウォール２８０は下側容器２１１の内径より若干小さい外径を持つ円筒形に形成されて、下側容器２１１の内壁面２１１ａを覆うように設けられる。なお、プラズマＰはサセプタ２１７に保持されたウェハ２００との間で電気回路を形成しやすくなっているが、処理室ウォール２８０との間では、処理室ウォール２８０の電気インピーダンスを高くすることによって、電気回路を形成しにくくなっている。
An insulating protective member (wall 280) for protecting the
これに加えて、下側容器２１１に開設したゲート２０５の内側にも、ゲート２０５の内壁面２０６をプラズマＰから保護するための絶縁性の遮蔽部材（ゲートウォール２５１）を設ける。ゲートウォール２５１は、ゲート２０５の内径より若干小さい外径をもち、その長さがゲート２０５に連接するゲートバルブ２４４の一方の開口２４７の開口縁２４７ａまで延長された筒形に形成され、ゲート２０５の内壁面２０６、及びゲートバルブ２４４の開口縁２４７ａを覆うように設けられる。このゲートウォール２５１と処理室２０１内に設けた処理室ウォール２８０との間には、隙間がないようにする。
In addition to this, an insulating shielding member (gate wall 251) for protecting the
さらに、ゲートバルブ２４４の内側にも、ゲートバルブ２４４の内壁面をプラズマから保護するための絶縁性の遮蔽部材（スクリーン２５０）を設ける。具体的には、スクリーン２５０は、閉状態にある弁体２４５の処理室２０１側の内壁面２４５ａのうち、処理室２０１に露出する露出面を覆うように設けられる。なお、スクリーン２５０で覆う弁体２４５の内壁面２４５ａは、露出面のみならず内壁面全面としてもよい。スクリーン２５０を弁体２４５に取り付けるには、例えば、弁体２４５の内壁面２４５ａに凹所を設け、その凹所にプレート状のスクリーン２５０をはめ込み、機械的に押さえ付けて保持させるようにする。
Further, an insulating shielding member (screen 250) for protecting the inner wall surface of the
処理室２０１に設ける処理室ウォール２８０、ゲート２０５に設けるゲートウォール２５１、及び弁体２４５に設けるスクリーン２５０を構成する絶縁材料は、例えばアルミナあるいはセラミックとすることもできるが、これらには金属の酸化物が含まれることから、金属を含まない石英がもっとも好ましい。さらにサセプタ２１７も石英とすることがもっとも好ましい。
The insulating material constituting the
上述したように、金属製の下側容器２１１、及び弁体２４５を含めたゲート２０５の金属が露出される部分は、全て絶縁性の処理室ウォール２８０、２５１、及びスクリーン２５０で覆われることになり、金属製の下側容器２１１、弁体２４５及びゲート２０５の金属表面がプラズマＰにさらされないようになっている。
As described above, the metal exposed portions of the
したがって、処理室２０１を構成する金属表面はもちろん、ゲートバルブ２４４を含むゲート２０５を構成する金属表面へのプラズマによる直接アタックがないので、金属汚染を防止できる。その結果、ウェハ２００をプラズマ処理する際に、ウェハ２００上に形成される薄膜の膜中に取り込まれる金属汚染を低減できる。
Therefore, since there is no direct attack by plasma on the metal surface constituting the
このように実施の形態では、金属汚染を低減するために、処理室のみならず、ゲート２０５全体を遮蔽するようにしている。
しかし、単にゲート２０５全体を遮蔽するだけでは、ウェハ面内の膜厚を均一にすることは困難である。ゲート２０５の電気インピーダンスが処理室２０１内の処理室ウォール２８０よりも低くなっていると、ゲート全体を絶縁部材で遮蔽していても、意図しないプラズマが発生する可能性があるので、スクリーン２５０のインピーダンスを処理室ウォール２８０より高くするとよい。
Thus, in the embodiment, not only the processing chamber but also the
However, it is difficult to make the film thickness in the wafer surface uniform by simply shielding the
そこで、本実施の形態では、スクリーン２５０を含むゲート２０５のプラズマＰから見た電気インピーダンスを、ゲート２０５部を除く下側容器２１１の内壁面２１１ａに設けた処理室ウォール２８０の電気インピーダンスよりも高くしている。プラズマＰから見たゲート２０５の電気インピーダンスを処理室ウォール２８０よりも高くするには、次のような４つの方法がある。
Therefore, in the present embodiment, the electrical impedance viewed from the plasma P of the
例えば、遮蔽部材であるゲートウォール２５１及びスクリーン２５０を、保護部材である処理室ウォール２８０と同じ材料で構成し、ゲートバルブ２４４の弁体２４５の処理室２０１に露出する内壁面２４５ａに設けるスクリーン２５０の厚さを、処理室２０１の内側に設ける処理室ウォール２８０よりも厚くすることにより、プラズマＰから見たゲート２０５の電気インピーダンスを処理室ウォール２８０を設けた処理室２０１よりも高くする。なお、ゲート２０５の内壁面２０６に設けるゲートウォール２５１の厚さは、処理室２０１の内側に設ける処理室ウォール２８０と略同じ厚さである。これによれば、ゲートバルブ２４４の内側に設けるスクリーン２５０の厚さを、処理室２０１の内側に設ける処理室ウォール２８０よりも高くするという簡単な構成で、ウェハ２００上のプラズマＰの分布を均一に保つことができ、ウェハ面内の膜厚均一性を向上できる。
For example, the
また、ゲート２０５の処理室２０１に露出する内壁面２０６に設けるゲートウォール２５１の厚さを、処理室２０１の内側に設ける処理室ウォール２８０よりも厚くすることにより、プラズマＰから見たゲート２０５の電気インピーダンスを処理室ウォール２８０を設けた処理室２０１よりも高くする。なお、ゲートバルブ２４４の内壁面２４５ａに設けるスクリーン２５０の厚さは、処理室２０１の内側に設ける処理室ウォール２８０と略同じ厚さである。これによれば、ゲート２０５の内側に設けるゲートウォール２５１の厚さを、処理室２０１の内側に設ける処理室ウォール２８０より厚くするという簡単な構成で、ウェハ上のプラズマの分布を均一に保つことができ、ウェハ面内の膜厚均一性を向上できる。特に、ゲート２０５の開口から弁体２４５までの長さ（ゲート長）が長くても、ゲート２０５の電気インピーダンスを高くしているので、ゲート２０５の途中で意図しない放電が起こるのを有効に防止できるから、ウェハ面内の膜厚均一性を向上できる。
Further, the thickness of the
また、ゲート２０５の内壁面２０６に設けるゲートウォール２５１、及び弁体２４５の内壁面２４５ａに設けるスクリーン２５０の厚さを、処理室２０１の内側に設ける処理室ウォール２８０よりも厚くするようにしてもよい。このようにすると、ウェハ上のプラズマの分布をより均一に保つことができ、ウェハ面内の膜厚均一性をより向上できる。
Further, the thickness of the
また、ウェハ面内の膜厚均一性が一層向上するように、プラズマＰから見たゲート２０５を含む処理室２０１内のゲート２０５を含むゲート側の電気インピーダンスと、処理室２０１内のゲート２０５を設けた側と反対側の電気インピーダンスとのバランスを取る。すなわち、処理室２０１にゲート２０５が開口していなければ、円筒形の処理室ウォール２８０は円筒軸芯に対して線対称に構成できるから、プラズマＰから処理室２０１内を見た電気インピーダンスは、どこを見ても全て等しく構成できる。しかしながら、処理室２０１に開口したゲート２０５が存在しているので、全周に亘って同じ厚さを持つ円筒形の処理室ウォール２８０を配設するだけでは、電気インピーダンスを全て等しく構成することは困難である。そこで、ウェハ２００上に形成されるプラズマの分布が均一になるように、ゲート２０５を含むゲート近傍の処理室ウォール２８０ｂの電気インピーダンスと、ゲート近傍以外の処理室ウォール２８０ａとの電気インピーダンスとのバランスを取る。バランスの取り方は、例えばゲートウォール２５１やスクリーン２５０、または処理室ウォール２８０の厚さで調整する。処理室ウォール２８０の厚さで調整する場合、処理室ウォール２８０ｂと２８０ａとの厚さを部分的に変えたりすることによって行う。
Further, in order to further improve the film thickness uniformity in the wafer surface, the gate-side electrical impedance including the
ゲート２０５の電気インピーダンスを処理室２０１よりも高くする場合、処理室２０１内の電気インピーダンスの全体のバランスが崩れるという問題が生じやすいが、バランスを取るようにすればこのような問題を解決でき、ウェハ上のプラズマの分布をより一層均一に保つことができ、ウェハ面内の膜厚均一性をより一層向上できる。
以上述べたように、本実施の形態によれば、ゲート２０５及びゲートバルブ２４４の処理室側の露出面を石英製のスクリーン２５０で覆ったので、処理室２０１の内部に金属表面がプラズマＰに露出される部分がなくなるため、プラズマのゲート部へのアタックに起因する金属汚染を回避できる。
When the electrical impedance of the
As described above, according to the present embodiment, the exposed surfaces of the
さらに、スクリーン２５０を含むゲート２０５部の電気インピーダンスを、処理室内の処理室ウォール２８０の電気インピーダンスよりも高くしたので、ゲートバルブの弁体のみならずゲート自体がプラズマＰから見えにくい状態になっており、プラズマＰと絶縁性のゲートウォール２５１及びスクリーン２５０で覆われたゲート２０５とは電気回路を形成しにくい。したがって、意図しないプラズマ放電がゲート２０５内で起こったり、プラズマＰがゲートバルブ２４４の弁体２４５に引っ張られてプラズマＰの分布が悪くなったりすることがなくなる。その結果、従来例においては解決できなかった、ウェハ２００面内のうちゲート２０５方向に位置する膜厚だけが厚くなってしまうという現象を回避でき、ウェハ２００上での膜厚の均一性も改善できる。このため実施の形態のＭＭＴ装置は、特に１ｎｍやそれ以下の極薄膜の成膜プロセスの要求にも応えることができ、ウェハ面内の膜厚均一性の高い極薄膜を得ることができる。
Furthermore, since the electrical impedance of the
２００ウェハ（基板）
２０１処理室
２０５ゲート
２４４ゲートバルブ
２５０スクリーン（絶縁性の遮蔽部材）
２５１処理室ウォール（絶縁性の遮蔽部材）
２８０ゲートウォール（絶縁性の保護部材）
Ｐ プラズマ
200 wafers (substrate)
201
251 processing chamber wall (insulating shielding member)
280 gate wall (insulating protective member)
P Plasma
Claims (1)
前記処理室に開口して前記基板を出入りさせるゲートと、
前記ゲートを開閉するゲートバルブと、
前記処理室の内側を前記プラズマから保護する絶縁性の保護部材と、
前記ゲートバルブを含む前記ゲートの内側に絶縁性の遮蔽部材を設けた基板処理装置であって、
前記プラズマから見た前記ゲートの電気インピーダンスを前記絶縁性の保護部材を設けた前記処理室よりも高くしたことを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for processing the substrate with plasma;
A gate that opens into the processing chamber and allows the substrate to enter and exit;
A gate valve for opening and closing the gate;
An insulating protective member for protecting the inside of the processing chamber from the plasma;
A substrate processing apparatus provided with an insulating shielding member inside the gate including the gate valve,
The substrate processing apparatus characterized in that the electrical impedance of the gate viewed from the plasma is higher than that of the processing chamber provided with the insulating protective member.
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