JP2007258580A - Plasma treatment equipment and plasma treatment method - Google Patents
Plasma treatment equipment and plasma treatment method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007258580A JP2007258580A JP2006083579A JP2006083579A JP2007258580A JP 2007258580 A JP2007258580 A JP 2007258580A JP 2006083579 A JP2006083579 A JP 2006083579A JP 2006083579 A JP2006083579 A JP 2006083579A JP 2007258580 A JP2007258580 A JP 2007258580A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- gas
- processing
- chamber
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体にプラズマ成膜やプラズマエッチング等のプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method in which plasma processing such as plasma film formation and plasma etching is performed on an object to be processed such as a semiconductor wafer.
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を特許文献１等に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ例えば所定の熱処理が施される。
Generally, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various processes such as a film formation process, an etching process, an oxidation process, a diffusion process, a modification process, and a natural oxide film removal process are performed on a semiconductor wafer made of a silicon substrate or the like. Is done. When these processes are performed by a so-called batch type processing apparatus disclosed in
ところで、最近にあっては半導体集積回路の更なる高集積化及び高微細化の要求が強くなされており、回路素子の特性の向上の上から半導体集積回路の製造工程における熱履歴も低減化することが望まれている。このような状況下において、縦型の、いわゆるバッチ式の縦型の処理装置においても、ウエハをそれ程の高温に晒さなくても目的とする処理が可能なことから、原料ガス等を間欠的に供給しながら原子レベルで１層〜数層ずつ、或いは分子レベルで１層〜数層ずつ繰り返し成膜する方法が知られている（特許文献２、３等）。このような成膜方法は一般的にはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と称されている。
Recently, there has been a strong demand for further integration and miniaturization of semiconductor integrated circuits, and in addition to improving the characteristics of circuit elements, the thermal history in the manufacturing process of semiconductor integrated circuits is also reduced. It is hoped that. Under such circumstances, even in a vertical type, so-called batch type vertical processing apparatus, the target processing is possible without exposing the wafer to such a high temperature. There is known a method of repeatedly forming a film one to several layers at the atomic level or one to several layers at the molecular level while supplying (
ここで従来の成膜方法として、シラン系ガスであるジクロロシラン（以下、「ＤＣＳ」とも称す）と窒化ガスであるＮＨ３ ガスとを用いてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する場合について説明する。図９は従来の一般的な縦型の成膜装置を示す概略構成図、図１０は各ガスの供給シーケンスと排気弁の動作との関係を示すグラフである。図９に示すように、この成膜装置の縦型の処理容器２内には、ウエハボート４上に多段に支持された複数枚の半導体ウエハＷが収容されている。そして、この処理容器２内に原料ガスとしての例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）と反応性ガスとしての例えばＮＨ３ とが供給可能になされている。この処理容器２の排気系６には、排気開閉弁８と真空ポンプ１０とが順次介設されており、容器内雰囲気を真空引きできるようになっている。
Here, as a conventional film forming method, a case where a silicon nitride film (SiN) is formed using dichlorosilane (hereinafter also referred to as “DCS”) which is a silane-based gas and NH 3 gas which is a nitriding gas will be described. . FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional general vertical film forming apparatus, and FIG. 10 is a graph showing the relationship between each gas supply sequence and the operation of the exhaust valve. As shown in FIG. 9, a plurality of semiconductor wafers W supported in multiple stages on a
このような成膜装置を用いてシリコン窒化膜を形成する場合には、図１０に示すように、ＤＣＳガスとＮＨ３ ガスとを交互に異なるタイミングで供給するようにし、ＤＣＳガスの供給時に原料ガスをウエハ表面に吸着させ、これを次工程のＮＨ３ ガスの供給時に窒化させて極めて薄い原子レベル、或いは分子レベルの膜厚のシリコン窒化膜を形成する、という操作を繰り返して堆積するようになっている。
この場合、原料ガスであるＤＣＳガスの供給時には、排気開閉弁８を極力閉状態に近付けることによって処理容器２内の圧力を高め、この時にウエハ表面に吸着する原料ガスの吸着量をできるだけ多くしてスループットを向上させることが行われている。
When a silicon nitride film is formed using such a film forming apparatus, as shown in FIG. 10, DCS gas and NH 3 gas are supplied alternately at different timings, and the raw material is supplied when DCS gas is supplied. The gas is adsorbed on the wafer surface, and this is nitrided when NH 3 gas is supplied in the next process to form a silicon nitride film having a very thin atomic level or molecular level so that deposition is repeated. It has become.
In this case, when supplying the DCS gas as the raw material gas, the pressure in the
上述したような成膜装置にあっては、比較的良好なステップカバレジが得られ、また膜厚の面内及び面間均一性も高くすることができる。しかし、最近にあっては半導体集積回路に用いる膜種の特性から、成膜温度等のプロセス処理時の更なる低温化が求められており、そのために、縦型のバッチ式の処理装置においても、プラズマのアシストを受けることによりウエハ温度が低温でも所望する反応が得られるプラズマ処理装置が提案されている（例えば特開２００６−４９８０９号公報）。 In the film forming apparatus as described above, relatively good step coverage can be obtained, and the in-plane and inter-surface uniformity of the film thickness can be increased. However, recently, due to the characteristics of film types used in semiconductor integrated circuits, there is a demand for further lowering the temperature during process processing such as film formation temperature. For this reason, even in a vertical batch processing apparatus. A plasma processing apparatus has been proposed in which a desired reaction can be obtained even when the wafer temperature is low by receiving plasma assistance (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-49809).
このプラズマ処理装置では、図９に示すような縦型の処理容器２の側部に、プラズマを形成するためのプラズマ室を、この処理容器２のウエハ領域に開放された状態で設け、このプラズマ室で発生した活性種を直接的に処理容器２のウエハ領域へ導入させて例えば成膜処理等を行うようになっている。この場合、ＤＣＳ（ジクロロシラン）とＮＨ３ ガスとを交互に間欠的に供給し、ＮＨ３ ガスはプラズマ室へ導入すると同時にＲＦ（高周波）を印加してプラズマを立てて活性種を作り、ＤＣＳガスは処理容器２内へ導入している。そして、ウエハ表面上にＤＣＳガスが分子レベルで一層、或いは複数層吸着して余分なＤＣＳガスを不活性ガスでパージし、或いは真空引きで排除した後、ＮＨ３ の活性種で低温での窒化を促進して窒化膜を形成する。そして、この一連の工程を繰り返し行って所望の厚さのシリコン窒化膜を形成するようになっている。
In this plasma processing apparatus, a plasma chamber for forming plasma is provided in the side portion of the
ところで、プラズマ処理装置において、一般的には処理容器内の圧力は、ウエハに堆積する膜厚の面内均一性及び面間均一性が共に高くなるようにプロセス時の圧力が設定されるが、上述した従来のプラズマ処理装置にあってはウエハを収容している処理容器（ウエハ収容領域）とプラズマを形成するプラズマ室内との圧力が略同じになっていることから、プラズマ室の圧力が低くなり過ぎてしまい、この結果、プラズマ密度が低下してプラズマの発生効率が著しく低下してしまう、といった問題があった。またプラズマ室内の圧力が低いので、プラズマ室を区画する石英製の壁面が電界により加速されるプラズマイオンによりスパッタされてしまう、といった問題もあった。 By the way, in the plasma processing apparatus, in general, the pressure in the processing container is set so that the in-plane uniformity and the inter-surface uniformity of the film thickness deposited on the wafer are both high, In the above-described conventional plasma processing apparatus, the pressure in the plasma chamber is low because the pressure in the processing chamber (wafer storage region) containing the wafer and the plasma chamber in which plasma is formed is substantially the same. As a result, there is a problem that the plasma density is lowered and the plasma generation efficiency is remarkably lowered. Further, since the pressure in the plasma chamber is low, there has been a problem that the quartz wall that partitions the plasma chamber is sputtered by plasma ions accelerated by an electric field.
そこで、プラズマ室内の圧力を上げるべくプラズマ用ガスであるＮＨ３ ガスの供給量を多くすることも考えられるが、プラズマ室と処理容器内との間の気体のコンダクタンスが非常に大きい状態で両者は連通されているので、プラズマ室内の圧力をそれ程大きくできないか、或るいは処理容器内の圧力が上昇し過ぎて膜厚の面内及び面間均一性を劣化させてしまう恐れがあった。更には、この場合には、供給するＮＨ３ ガス量がかなり増大し、ランニングコストが大幅に高騰してしまう、といった問題もあった。 Therefore, it is conceivable to increase the supply amount of NH 3 gas, which is a plasma gas, in order to increase the pressure in the plasma chamber, but both are in a state where the conductance of the gas between the plasma chamber and the processing vessel is very large. Since they are communicated, the pressure in the plasma chamber cannot be increased so much, or the pressure in the processing vessel may increase excessively and the in-plane and inter-surface uniformity of the film thickness may be deteriorated. Further, in this case, there is a problem that the amount of NH 3 gas to be supplied is considerably increased and the running cost is significantly increased.
また処理容器内のウエハを収容するウエハ収容領域とプラズマ室との間を、ガス孔の形成された仕切板で仕切ることも考えられるが、この場合には、上記プラズマ室へガスを供給するプラズマガスノズルは処理容器内を経由した後にプラズマ室内へ導入するように配設しなければならない。この結果、上記した仕切板に上記プラズマガスノズルの導入用の大きな開口を設けなければならず、この場合にもウエハ収容領域とプラズマ室との間を十分に仕切ることができない。 In addition, it is conceivable to partition the wafer storage area for storing the wafer in the processing chamber and the plasma chamber with a partition plate in which gas holes are formed. In this case, plasma for supplying gas to the plasma chamber is also conceivable. The gas nozzle must be arranged so as to be introduced into the plasma chamber after passing through the inside of the processing container. As a result, a large opening for introducing the plasma gas nozzle must be provided in the above-described partition plate, and in this case as well, it is not possible to sufficiently partition the wafer accommodation region and the plasma chamber.
本発明は、以上のようなな問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、プラズマ用ガスの供給量を増大させることなく、プラズマ室と被処理体を収容する処理容器内との間に圧力差を生ぜしめるようにして、プラズマを効率的に発生することができると共に、被処理体に対するプラズマ処理の面間均一性及び面内均一性を共に高く維持することが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。 The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to generate a plasma efficiently by generating a pressure difference between the plasma chamber and the inside of a processing container containing an object to be processed without increasing the supply amount of the plasma gas. Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of maintaining high uniformity of both the inter-surface uniformity and the in-plane uniformity of the plasma processing on the object to be processed.
請求項１に係る発明は、被処理体に対してプラズマにより発生した活性種によって所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、前記被処理体を複数枚保持して前記処理容器内へ収容する保持手段と、前記処理容器の側壁にその長さ方向に沿って設けられてプラズマを発生するためのプラズマ室と、前記プラズマ室にプラズマ用ガスを供給するために前記プラズマ室に対して前記処理容器内を通過することなく挿脱可能に設けられたプラズマ用ガス分散ノズル部を有するプラズマ用ガス供給手段と、前記プラズマ室にプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、前記処理容器内と前記プラズマ室内との間を仕切って設けられると共に、前記処理容器内へ活性種を含むガスを通す活性種用ガス孔が形成された仕切板と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing predetermined plasma processing on an object to be processed by active species generated by plasma, and a vertical cylindrical processing container that is evacuated, A holding means for holding a plurality of objects to be processed and accommodating them in the processing vessel, a plasma chamber provided along the length of the side wall of the processing vessel for generating plasma, and the plasma chamber A plasma gas supply means having a plasma gas dispersion nozzle portion that can be inserted into and removed from the plasma chamber without passing through the processing chamber in order to supply the plasma gas, and plasma in the plasma chamber And a plasma forming means for standing up, and a partition between the processing chamber and the plasma chamber, and a gas containing active species is passed through the processing chamber A partition plate sexual species gas holes are formed, a plasma processing apparatus characterized by comprising a.
このように、被処理体を収容する処理容器内とプラズマ室との間を仕切るようにして活性種用ガス孔の形成された仕切板を設け、プラズマ室内へは処理容器内を通過（経由）することなく挿脱可能にプラズマ用ガス分散ノズル部を設けるようにしたので、プラズマ室内の圧力が処理容器内の圧力よりも高くなるような圧力差を生ぜしめつつ活性種の含まれたガスをプラズマ室から処理容器内側へ流すことができ、従って、プラズマ室内の圧力をそれそれ最適化でき、プラズマ用ガスの供給量を増大させることなく、プラズマ室と被処理体を収容する処理容器内との間に圧力差を生ぜしめるようにして、プラズマを効率的に発生することができると共に、被処理体に対するプラズマ処理の面間均一性及び面内均一性を共に高く維持することができる。
またプラズマ室内の圧力を高く維持できることから、このプラズマ室を区画する壁面がプラズマイオンによりスパッタされることを抑制することができる。
As described above, the partition plate in which the active species gas holes are formed is provided so as to partition between the inside of the processing container accommodating the object to be processed and the plasma chamber, and the plasma chamber passes through the processing container. Since the gas dispersion nozzle part for plasma is provided so that it can be inserted / removed without causing the gas to flow, the gas containing the active species is generated while generating a pressure difference that causes the pressure in the plasma chamber to be higher than the pressure in the processing vessel. The flow from the plasma chamber to the inside of the processing vessel can be optimized, so that the pressure in the plasma chamber can be optimized accordingly, and without increasing the supply amount of plasma gas, It is possible to generate a plasma efficiently by generating a pressure difference between the two, and to maintain both the uniformity between the surfaces of the plasma treatment and the uniformity within the surface of the workpiece. That.
In addition, since the pressure in the plasma chamber can be maintained high, it is possible to suppress sputtering of the wall surfaces defining the plasma chamber by plasma ions.
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記プラズマ室は、前記処理容器内の被処理体収容領域に対応させて前記処理容器の側壁に前記処理容器から外部へ凸状に突出させて設けられる。
また例えば請求項３に規定するように、前記処理容器内に対して所定の処理ガスを供給するために前記処理容器内へ挿入された処理容器用ガス分散ノズル部を有する処理容器用ガス供給手段を有する。
In this case, for example, as defined in
Further, for example, as defined in
また例えば請求項４に規定するように、前記処理容器の下端部には鍔状のフランジ部が形成されており、前記フランジ部と前記プラズマ室との間には、その内部に前記プラズマ用ガス分散ノズル部を挿通させるための補助挿通管が形成されており、前記プラズマ用ガス分散ノズル部は前記フランジ部の下方より挿脱可能になされている。
また例えば請求項５に規定するように、前記仕切板に設けられる前記活性種用ガス孔の総面積は、前記プラズマ室の圧力が２〜５Ｔｏｒｒの範囲内になるようなコンダクタンスに設定されている。
Further, for example, as defined in
For example, as defined in
請求項６に係る発明は、前記いずれかに記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法において、前記処理容器内の圧力を０．２〜１Ｔｏｒｒの範囲内に維持すると共に、前記プラズマ室内の圧力を２〜５Ｔｏｒｒの範囲内に維持するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法である。
The invention according to
請求項７に係る発明は、前記いずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて被処理体に対してプラズマ処理を施すに際して、前記処理容器内の圧力を０．２〜１Ｔｏｒｒの範囲内に維持すると共に、前記プラズマ室内の圧力を２〜５Ｔｏｒｒの範囲内に維持するように前記プラズマ処理装置を制御するプログラムを記載する記憶媒体である。
In the invention according to
本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体を収容する処理容器内とプラズマ室との間を仕切るようにして活性種用ガス孔の形成された仕切板を設け、プラズマ室内へは処理容器内を通過（経由）することなく挿脱可能にプラズマ用ガス分散ノズル部を設けるようにしたので、プラズマ室内の圧力が処理容器内の圧力よりも高くなるような圧力差を生ぜしめつつ活性種の含まれたガスをプラズマ室から処理容器内側へ流すことができ、従って、プラズマ室内の圧力をそれそれ最適化でき、プラズマ用ガスの供給量を増大させることなく、プラズマ室と被処理体を収容する処理容器内との間に圧力差を生ぜしめるようにして、プラズマを効率的に発生することができると共に、被処理体に対するプラズマ処理の面間均一性及び面内均一性を共に高く維持することができる。
またプラズマ室内の圧力を高く維持できることから、このプラズマ室を区画する壁面がプラズマイオンによりスパッタされることを抑制することができる。
According to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
A partition plate in which gas holes for active species are formed is provided so as to partition between the inside of the processing container containing the object to be processed and the plasma chamber, and the plasma chamber is inserted without passing through the processing container. Since the gas dispersion nozzle for plasma is removably provided, the gas containing active species is processed from the plasma chamber while creating a pressure difference that causes the pressure in the plasma chamber to be higher than the pressure in the processing vessel. The pressure in the plasma chamber can be optimized accordingly, so that the pressure between the plasma chamber and the inside of the processing container containing the object to be processed can be increased without increasing the supply amount of the plasma gas. By generating a difference, plasma can be generated efficiently, and both the uniformity between the surfaces of the plasma treatment and the uniformity within the surface can be maintained high.
In addition, since the pressure in the plasma chamber can be maintained high, it is possible to suppress sputtering of the wall surfaces defining the plasma chamber by plasma ions.
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の係るプラズマ処理装置の一例を示す縦断面構成図、図２はプラズマ処理装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図、図３は仕切板を示す平面図、図４は処理容器のフランジ部に対するプラズマ用ガス分散ノズル部の取付状態を示す説明図である。尚、ここでは原料ガスとしてシラン系ガスの１つであるジクロロシラン（ＤＣＳ）を用い、プラズマ用ガスとして窒化ガスの１つであるアンモニアガス（ＮＨ３ ）を用い、上記ＮＨ３ ガスをプラズマにより活性化して活性種を作ってシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を成膜する場合を例にとって説明する。
Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus and a plasma processing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a longitudinal sectional view showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a transverse sectional view showing a plasma processing apparatus (heating means is omitted), FIG. 3 is a plan view showing a partition plate, and FIG. These are explanatory drawings which show the attachment state of the gas dispersion nozzle part for plasma with respect to the flange part of a processing container. In this case, dichlorosilane (DCS), which is one of silane-based gases, is used as a source gas, ammonia gas (NH 3 ), which is one of nitriding gases, is used as a plasma gas, and the NH 3 gas is converted into plasma. A case where a silicon nitride film (SiN) is formed by activation to produce active species will be described as an example.
図１及び図２に示すように、プラズマを形成することができるこのプラズマ処理装置１２は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１４を有している。この処理容器１４の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器１４内の天井には、石英製の天井板１６が設けられて封止されている。また、この処理容器１４の下端開口部には、処理容器１４の半径方向外方へ拡径された鍔状の肉厚なフランジ部１８がリング状に形成されている。この石英製のフランジ部１８の周囲側には例えばステンレス製のリング状のフランジ補強部材２０が装着されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
上記処理容器１４の下端の開口部の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを多段に載置した保持手段としての石英製のウエハボート２２が昇降可能に挿脱自在になされている。従って、処理容器１４内がウエハ収容領域となっている。本実施例の場合において、このウエハボート２２の支柱２２Ａには、例えば５０〜１００枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
A quartz wafer boat 22 as a holding means on which a plurality of semiconductor wafers W as processing objects are placed in multiple stages from below the opening at the lower end of the
このウエハボート２２は、テーブル２６上に石英製の保温筒２４を介して載置されており、このテーブル２６は、処理容器１４の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部２８を貫通する回転軸３０上に支持される。
そして、この回転軸３０の貫通部には、例えば磁性流体シール３２が介設され、この回転軸３０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部２８の周辺部と処理容器１４の下端部のフランジ部１８との間には、例えばＯリング等よりなるシール部材３４が介設されており、処理容器１４内のシール性を保持している。
The wafer boat 22 is mounted on a table 26 via a quartz
A
上記した回転軸３０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム３６の先端に取り付けられており、ウエハボート２２及び蓋部２８等を一体的に昇降して処理容器１４内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル２６を上記蓋部２８側へ固定して設け、ウエハボート２２を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
The rotating
上記処理容器１４の下部には、プラズマ化されるプラズマ用ガスとして例えば窒化ガスの１つであるアンモニア（ＮＨ３ ）ガスを供給するプラズマ用ガス供給手段３８と、原料ガスとして例えばシラン系ガスの１つであるＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスを供給する第１の処理容器用ガス供給手段４０と、パージガスとして不活性ガス、例えばＮ２ ガスを供給する第２の処理容器用ガス供給手段４２とが設けられる。上記プラズマ用ガス供給手段３８は、後述するプラズマ室内へ向けて延びる石英管よりなるプラズマ用ガス分散ノズル部４４を有している。このプラズマ用ガス分散ノズル部４４には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４４Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４４Ａから水平方向に向けて略均一にアンモニアガスを噴射できるようになっている。このプラズマ用ガス分散ノズル部４４の取り付け状態については、後で詳述する。
In the lower part of the
また上記第１の処理容器用ガス供給手段４０は、上記処理容器１４の下部の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなる原料ガス分散ノズル４６を有している。上記第１の処理容器用ガス分散ノズル部４６には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４６Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４６Ａから水平方向に向けて略均一に原料ガスであるＤＣＳガスを噴射できるようになっている。また同様に第２の処理容器用ガス供給手段４２も、上記処理容器１４の下部の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなる第２の処理容器用ガス分散ノズル部４８を有している。この第２の処理容器用ガス分散ノズル部４８には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４８Ａ（図２参照）が所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４８Ａから水平方向に向けて略均一にＮ２ ガスを噴射できるようになっている。
The first processing vessel gas supply means 40 has a source
上記各ノズル部４４、４６、４８には、例えばステンレス製のそれぞれのガス通路５２、５４、５６が接続されている。そして、各ガス通路５２、５４、５６には、それぞれ開閉弁５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器５２Ｂ、５４Ｂ、５６Ｂが介設されており、ＮＨ３ ガス、ＤＣＳガス及びＮ２ ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。
For example, stainless
そして、上記処理容器１４の側壁には、その長さ方向（高さ方向）に沿ってプラズマを発生するためのプラズマ室５８が形成されていると共に、このプラズマ室５８にプラズマを立てるためのプラズマ形成手段６０が設けられている。また、このプラズマ室５８に対向する処理容器１４の反対側には、この内部雰囲気を真空排気するために処理容器１４の側壁を、例えば上下方向へ削り取ることによって形成した細長い排気口６２が設けられている。具体的には、上記プラズマ室５８は、上記処理容器１４の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削り取ることによって上下に細長い縦長の開口部６４（図２参照）を形成し、この開口部６４をその外側より覆うようにして断面凹部状になされた上下に細長い例えば石英製のプラズマ区画壁６６を容器外壁に気密に溶接接合することにより形成されている。従って、このプラズマ室５８は処理容器１４から外方へ凸状に突出された状態で設けられることになる。上記開口部６４は、ウエハボート２２に保持されている全てのウエハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。
A
そして、上記プラズマ区画壁６６の両側壁の外側面には、その長さ方向（上下方向）に沿って互いに対向するようにして上記プラズマ形成手段６０の一部を形成する細長い一対のプラズマ電極６８が設けられる。このプラズマ電極６８にはプラズマ発生用の高周波電源７０が給電ライン７２を介して接続されており、上記プラズマ電極６８に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになっている。尚、この高周波電圧の周波数は１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等を用いてもよい。
A pair of
そして、上記プラズマ室５８内をその下方より上方向に延びてくるプラズマ用ガス分散ノズル部４４は、上記プラズマ室５８内の一番奥（処理容器１４の中心より一番離れた部分）に位置され、この一番奥の部分に沿って上方に向けて起立させて設けられている。従って、高周波電源７０がオンされている時に上記プラズマ用ガス分散ノズル部４４のガス噴射孔４４Ａから噴射されたアンモニアガスはここで活性化されて活性種を発生して処理容器１４の中心に向けて拡散しつつ流れるようになっている。
The plasma
そして上記プラズマ区画壁６６の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー７４が取り付けられている。また、この絶縁保護カバー７４の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、冷却された窒素ガスを流すことにより上記プラズマ電極６８を冷却し得るようになっている。
そして上記プラズマ区画壁６６の開口部６４の外側近傍、すなわち開口部６４の外側（処理容器１４内）の両側には、上記第１の処理容器用ガス分散ノズル部４６と第２の処理容器用ガス分散ノズル部４８とがそれぞれ片側ずつに起立させて設けられており、各ノズル部４６、４８に設けた各ガス噴射孔４６Ａ、４８Ａより処理容器１４の中心方向に向けてＤＣＳガスとＮ２ ガスとをそれぞれ噴射し得るようになっている。
An insulating
The first processing vessel
そして、上記プラズマ室５８の開口部６４は、所定の活性種用ガス孔７６の形成された仕切板７８を、その周辺部を開口部６４の区画壁に溶接等することによって完全に閉じられており、プラズマ室５８と処理容器１４内（ウエハ収容領域内）とを区画して完全に仕切るようになっている。上記活性種用ガス孔７６は、上記プラズマ室５８内が上記処理容器１４内よりも圧力が高くなるように圧力差を生ぜしめつつプラズマ室５８から処理容器１４内へ活性種を含むガスを通すように連通されている。
The
この仕切板７８は、処理容器１４と同じ材料である例えば石英により形成されており、上記活性種用ガス孔７６は、気体のコンダクタンスを小さくするためにここでは図３にも示すように、仕切板７８の長さ方向に沿って分散させて配列するように設けられている。ここでは、上記活性種用ガス孔７６は、２列に上下方向に配列されており、この活性種用ガス孔７６のピッチＰ１は、ウエハボート２２に多段に収容されるウエハＷのピッチと同じに設定され、且つ水平方向においてウエハＷと同じレベルになるように形成されており、活性種を効率的にウエハＷに流すようになっている。
The
この場合、上述したように、上記活性種用ガス孔７６の形成された仕切板７８は、処理容器１４内へ活性種を供給しつつプラズマ室５８内が処理容器１４内と同圧になることを防止してプラズマ室５８内の圧力が処理容器１４内よりも高くなるようにするために設けたものである。従って、供給する各ガスのガス流量や真空引きの排気能力にもよるが、このプラズマ室５８は、プラズマを効率的に発生させるための圧力、例えば２〜５Ｔｏｒｒ（２６７〜６６７Ｐａ）程度の範囲内に維持するようなコンダクタンスになるように活性種用ガス孔７６は設定されている。この結果、ウエハＷが収容されている処理容器１４内はウエハＷに対するプラズマ処理、すなわちここではプラズマ成膜処理における膜厚の面内均一性及び面間均一性を高く維持できるような圧力、例えば１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）以下に維持する。
In this case, as described above, the
そのために、ここでは上記活性種用ガス孔７６の開口率は例えば２．０％以下に設定するのがよい。ここで開口率とは、上記プラズマ室５８が上記処理容器５８に対向する面の面積（仕切板７８の面積と略同じ）に対する活性種用ガス孔７６の総和の面積の比率で定義される。具体的には、プラズマ室５８の幅は２５〜３５ｍｍ程度、奥行きは４５〜６０ｍｍ程度、上下方向の長さは５００〜１０００ｍｍ程度に設定される。また活性種用ガス孔７６の直径Ｄ１は、孔数にもよるが例えば５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ程度である。この直径Ｄ１が１ｍｍよりも小さくなると、電界集中によるホロカソード放電が発生し易くなるので好ましくない。尚、この活性種用ガス孔７６は２列に限定されず、１列、或いは３列以上設けてもよいし、またその形状は円形に限定されず、例えば細長いスリット状に形成してもよい。
For this purpose, the opening rate of the active
一方、上記プラズマ室５８に対向させて設けた排気口６２には、これを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に成形された排気口カバー部材８０が溶接により取り付けられている。この排気口カバー部材８０は、上記処理容器１４の側壁に沿って上方に延びており、処理容器１４の上方のガス出口８２に連通されている。そして、この処理容器１４の外周を囲むようにしてこの処理容器１４及びこの内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱手段８４が設けられている。そして、上記ガス出口８２には、真空排気系８６が接続されている。この真空排気系８６は、上記ガス出口８２に連結された排気通路８８を有しており、この排気通路８８の途中には、ゲートバルブよりなる圧力制御弁９０や真空ポンプ９２が順次介設されている。
On the other hand, an exhaust
ここで上記プラズマ用ガス供給手段３８のプラズマ用ガス分散ノズル部４４の取り付け状態について図４も参照して詳しく説明する。図４に示すように、上記プラズマ用ガス分散ノズル部４４は、石英よりなる直管状のノズル本体１００と、このノズル本体１００の下端部に取り付けた石英よりなる容器状のガスヘッド１０２とよりなり、このガスヘッド１０２の側部にはガス穴１０４が形成されている。そして、上記処理容器１４のフランジ部１８には、ここに装着されたステンレス製のフランジ部補強部材２０を、その下方より貫通するようにして凹部状のヘッド収容空間１０６が形成されている。
Here, the mounting state of the plasma gas
そして、このヘッド収容空間１０６の天井部の中心に開口部１０７が形成されると共に、上記プラズマ室５８を区画するプラズマ区画壁６６の底部６６Ａにも開口部１０８が形成されており、これらの両開口部１０７、１０８を連通するようにして例えば石英製の補助挿通管１１０が溶接等により接続固定されている。そして、この補助挿通管１１０の内径は、上記ノズル本体１００の外径よりも大きく設定されており、上記ノズル本体１００を上記フランジ部１８の下方より、上記補助挿通管１１０内に挿通させてプラズマ室５８内へ配置するようになっている。そして、上記ガスヘッド１０２が上記ヘッド収容区間１０６内へ収容された状態で、例えばフッ素樹脂（テフロン：登録商標）とステンレスとよりなる弾発性のあるリテーナ１１２を介して、その下方よりネジ部材１１４により押し付け固定するようになっている。
An
すなわち、上記プラズマ用ガス分散ノズル部４４は、フランジ部１８の下方より、プラズマ室５８に対して挿脱可能になされている。ここでこのヘッド収容空間１０６内の気密性を保持するために、上記ガスヘッド１０２の上側や下側などの適当な箇所には、例えばＯリング等よりなるシール部材１１６、１１８が介設されている。このような構造により上記プラズマ用ガス分散ノズル部４４は、上記処理容器１４内を通過することなく、プラズマ室５８内へ直接的に挿脱可能になされている。
That is, the plasma gas
また上記フランジ部１８の側部及びフランジ部補強部材２０の側部には、上記ヘッド収容空間１０６へ連通するようにして貫通孔１２０が形成されており、この貫通孔１２０の途中には段部１２０Ａが形成されている。そして、この貫通孔１２０の段部１２０Ａまで、上記プラズマ用ガス供給手段３８のステンレス製のガス通路５２の先端部が挿入されており、Ｏリング等のシール部材１２２を介して気密に接合されている。これにより、上記ヘッド収容空間１０６内は気密状態に保持されることになり、上記ガス通路５２内を流れてくるＮＨ３ ガスはガスヘッド１０２を介してノズル本体１００内に流れて行くことになる。また、このステンレス製のフランジ部補強部材２０には、冷媒を流すための２本の冷媒通路１２４がその周方向に沿って設けられており、ウエハの熱処理時にこのフランジ部１８の近傍を冷却できるようになっている。
A through
そして、図１に戻って、上述したような装置構成において、上記各ガスの供給、供給停止、ガス流量の制御及び高周波のオン・オフ制御、圧力制御弁９０による圧力制御等は例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１２６により行われる。そして、この制御手段１２６は、このプラズマ処理装置１２の全体の動作も制御することになる。またこの制御手段１２６は、上記した装置全体の動作を制御するためのプログラムを記憶する例えばフロッピディスクやハードディスクドライブやフラッシュメモリやハードディスクドライバ等の記憶媒体１２８を有している。
Returning to FIG. 1, in the apparatus configuration as described above, supply of each gas, supply stop, gas flow rate control and high-frequency on / off control, pressure control by the
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置を用いて行なわれるプラズマによる成膜方法（いわゆるＡＬＤ成膜）について説明する。上述したように、以下に説明する動作は、上記記憶媒体１２８に記憶されたプログラムに基づいて行われる。ここでは成膜処理として、ウエハ表面に低温で間欠的にプラズマを用いてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する場合を例にとって説明する。各ガスの供給は、図１０に示した場合と同様であり、ＮＨ３ ガスの供給時にプラズマを立ててＮＨ３ の活性種を形成している。
Next, a film formation method using plasma (so-called ALD film formation) performed using the plasma processing apparatus configured as described above will be described. As described above, the operation described below is performed based on the program stored in the
まず、常温の多数枚、例えば５０〜１００枚の３００ｍｍサイズのウエハＷが載置された状態のウエハボート２２を予め所定の温度になされた処理容器１４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部２８で処理容器１４の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。そして処理容器１４内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段８４への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持し、上記ＤＣＳガスとＮＨ３ ガスとを第１の処理容器用ガス供給手段４０及びプラズマ用ガス供給手段３８からそれぞれ交互に間欠的に供給し、回転しているウエハボート２２に支持されているウエハＷの表面にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する。この際、ＮＨ３ ガスを単独で供給する時に、全供給時間に亘って、或いは全供給時間の一部において高周波電源（ＲＦ電源）７０をオンしてプラズマを立てるようにする。
First, the wafer boat 22 in a state where a large number of normal temperature wafers, for example, 50 to 100
具体的には、ＮＨ３ ガスはプラズマ室５８内に位置されたプラズマ用ガス分散ノズル４４の各ガス噴射孔４４Ａから水平方向へ噴射され、また、ＤＣＳガスは処理容器１４内に位置された第１の処理容器用ガス分散ノズル４６の各ガス噴射孔４６Ａから水平方向へ噴射される。この場合、上記各ガスは、連続的に供給されるのではなく、例えば図１０に示すように互いにタイミングをずらして供給する。そして、タイミングをずらしたガス同士は、間に間欠期間（パージ期間）を挟んで交互に間欠的に繰り返し供給され、シリコン窒化膜の薄膜を一層ずつ繰り返し積層する。
Specifically, NH 3 gas is injected in the horizontal direction from each
上記両ガスは、先にＤＣＳガスを供給して原料ガスをウエハ表面に付着させ、その後にＮＨ３ ガスを供給してウエハ表面に付着している原料ガスを窒化して薄い層状のシリコン窒化膜を形成する、という１サイクルの処理を複数回繰り返し行う。この場合、両ガスの供給動作の間の間欠期間ではパージガスとして第２の処理容器用ガス供給手段４２を用いてＮ２ ガスを供給し、容器内の残留ガスの排出を促進させる。尚、この成膜処理が行われている間は、真空排気系８６によって連続的に真空引きが行われている。またこのガスの供給形態は単に一例を示すだけであって、ガスの供給形態は特に限定されない。
Both of the above gases are supplied with a DCS gas to cause the source gas to adhere to the wafer surface, and then supplied with NH 3 gas to nitride the source gas attached to the wafer surface to form a thin layered silicon nitride film The one-cycle process of forming is repeated a plurality of times. In this case, in the intermittent period between the supply operations of both gases, the N 2 gas is supplied as the purge gas using the second processing vessel gas supply means 42 to promote the discharge of the residual gas in the vessel. Note that, while the film forming process is being performed, the
また具体的なプロセス条件としては、吸着工程であるＤＣＳガスの供給期間は１〜１２０秒程度、反応工程（窒化工程）であるＮＨ３ ガスの供給期間は１〜１２０秒程度、パージ期間である間欠期間の長さは１〜３０秒程度であるが、これらの各時間は単に一例を示したに過ぎず、この数値に限定されない。通常、１サイクルによって形成される膜厚は０．５〜１．１Å／サイクル程度であるので、目標膜厚が例えば７００Åであるならば、６００サイクル程度繰り返し行うことになる。 As specific process conditions, the supply period of DCS gas that is an adsorption process is about 1 to 120 seconds, the supply period of NH 3 gas that is a reaction process (nitriding process) is about 1 to 120 seconds, and a purge period. The length of the intermittent period is about 1 to 30 seconds, but each of these times is merely an example and is not limited to this value. Usually, the film thickness formed in one cycle is about 0.5 to 1.1 mm / cycle, so if the target film thickness is 700 mm, for example, the process is repeated about 600 cycles.
またＤＣＳガスの流量は５０〜２０００ｓｃｃｍの範囲内、例えば１０００ｓｃｃｍ（１ｓｌｍ）であり、プロセス用ガスであるＮＨ３ ガスの流量は１００〜５０００ｓｃｃｍの範囲内、例えば３０００ｓｃｃｍである。またプロセス温度はＣＶＤ成膜処理よりも低い温度であり、具体的には２５０〜７００℃の範囲内、好ましくは３５０〜６００℃の範囲内である。このプロセス温度が２５０℃よりも低いと、反応が生ぜずにほとんど膜が堆積せず、また７００℃よりも高い場合には、膜質の劣るＣＶＤによる堆積膜が形成されてしまうのみならず、前工程ですでに形成されている金属膜等に熱的ダメージを与えてしまう。 The flow rate of DCS gas is in the range of 50 to 2000 sccm, for example, 1000 sccm (1 slm), and the flow rate of NH 3 gas as the process gas is in the range of 100 to 5000 sccm, for example, 3000 sccm. The process temperature is lower than that of the CVD film forming process, and specifically, is in the range of 250 to 700 ° C, preferably in the range of 350 to 600 ° C. When the process temperature is lower than 250 ° C., no reaction occurs and almost no film is deposited. When the process temperature is higher than 700 ° C., not only a deposited film is formed by CVD with poor film quality, but also The metal film already formed in the process will be thermally damaged.
またプロセス圧力に関しては、ウエハＷを収容している処理容器１４内の圧力（プロセス圧力）は１Ｔｏｒｒ以下に設定してプラズマ処理であるプラズマ成膜による膜厚の面内均一性及び面間均一性が共に高く維持できるように最適化している。
この場合、処理容器１４内のプロセス圧力が１Ｔｏｒｒを越えて大きくなると活性種の失活が急激に多くなって好ましくなく、成膜速度を考慮すると上記処理容器１４内のプロセス圧力の下限値は０．２Ｔｏｒｒ程度であり、これよりもプロセス圧力が低下すると、生産効率であるスループットが大幅に低下してしまう。
Regarding the process pressure, the pressure (process pressure) in the
In this case, if the process pressure in the
これに対して、プラズマ室５８は、気体のコンダクタンスを小さくするために複数の小さな活性種用ガス孔７６が形成された仕切板７８により、処理容器１４（ウエハ収容領域）内から仕切って区画しており、しかも、プラズマ用ガス分散ノズル部４４は処理容器１４内を経由することなくフランジ部１８の下方側より直接的にプラズマ室５８内へ挿通させるようにしており、従って仕切板７８にコンダクタンスを拡大する原因となるノズル挿通用の余分な開口を設ける必要をなくすようにしているので、このプラズマ室５８内は、上記処理容器１４内よりも高い圧力である例えば２〜５Ｔｏｒｒの範囲内に設定することができる。換言すれば、プラズマ室５８内にてプラズマにより活性化されて発生したＮＨ３ ガスの活性種及びガスは、各活性種用ガス孔７６から抵抗を受けつつ流れて処理容器１４内の各ウエハＷに到達することになる。
On the other hand, the
このように、仕切板７８にコンダクタンスを拡大する原因となるノズル挿通用の余分な開口を設ける必要がないような構造にした結果、プラズマ室５８内の圧力を比較的高く維持することができるので、このプラズマ室５８内でのプラズマ発生効率を向上させてプラズマ密度を高くすることができる。すなわち、プラズマ室５８内は、ここでのプラズマ発生効率が高くなるようにこの室内の圧力を比較的高く維持できると共に、処理容器１４内は、ここでのウエハＷに対する膜厚の面間及び面内均一性が共に良好になるようにプロセス圧力を低く維持することができる。換言すれば、プラズマ室５８内はプラズマの高効率発生に適した圧力に維持できると共に、ウエハ収容領域は膜厚の高い面間及び面内均一性に適した圧力に維持できることになる。
As described above, the structure in which it is not necessary to provide the
またプラズマ室５８内の圧力を高く維持できることから、その分、分子の平均自由工程が短くなって、このプラズマ室５８を区画する壁面がプラズマイオンによりスパッタされることを抑制することができる。この場合、高周波電源７０からの供給電力にもよるが、プラズマ室５８内での圧力が５Ｔｏｒｒを越えて大きくなると、プラズマの着火が急激に低下して好ましくない。また、プラズマ室５８の圧力が２Ｔｏｒｒを越えて小さくなると、プラズマの発生効率が急激に低下して好ましくない。
Further, since the pressure in the
＜プラズマ室とウエハ収容領域（処理容器内）との圧力関係＞
ここでプラズマ室５８と処理容器１４内であるウエハ収容領域との間の圧力関係について検討を行ったので、その検討結果について説明する。
図５は室温におけるプラズマ用ガス分散ノズル部に供給するガス流量（ＮＨ３ ）と各領域の圧力との関係を示すグラフである。図５において、曲線Ａはウエハ収容領域（処理容器内）の圧力を示し、曲線Ｂはプラズマ室５８内の圧力を示す。ここでは上記活性種用ガス孔７６の直径Ｄ１を１ｍｍに設定し、この活性種用ガス孔７６を各ウエハ位置に対応させて１列に形成した場合について検討を行った。この時の仕切板７８に対する活性種用ガス孔７６の開口率は０．３％である。ここで処理容器１４内の真空引きは３０リットル／ｓｅｃの排気速度で連続的に行っている。
<Pressure relationship between plasma chamber and wafer storage area (inside processing chamber)>
Here, since the pressure relationship between the
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the gas flow rate (NH 3 ) supplied to the plasma gas dispersion nozzle at room temperature and the pressure in each region. In FIG. 5, a curve A indicates the pressure in the wafer storage area (in the processing container), and a curve B indicates the pressure in the
このグラフから明らかなように、プラズマ用ガス分散ノズル部４４からガスを供給することにより、プラズマ室１４内の圧力をウエハ収容領域の圧力よりも高くすることができ、ガスの供給量を多くする程、両者間の圧力差を大きくできることが判る。尚、上記仕切板７８を設けないで開口部６４を開放状態とした従来装置の場合には、プラズマ室とウエハ領域の圧力は略同じとなり、曲線Ａのようになる。
As is apparent from this graph, by supplying the gas from the plasma gas
＜プラズマ発生効果の評価＞
次にプラズマ発生効率について検討して評価したので、その評価結果について説明する。
図６は４５０℃におけるプラズマ発生用の高周波電圧とプラズマ密度との関係のプラズマ室内の圧力依存性を示すグラフである。ここで横軸は高周波電圧をとり、縦軸はプラズマ密度をとっている。尚、この高周波電圧は高周波電力に対応するものである。プラズマ室６８内の圧力に関しては、グラフ中の曲線Ｃ１が０．５８Ｔｏｒｒ、曲線Ｃ２が０．９９Ｔｏｒｒ、曲線Ｃ３が３．１６Ｔｏｒｒの場合をそれぞれ示している。このグラフから明らかなように、高周波電圧が増加するに従って、各曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は略２次関数的にプラズマ密度が増加していると共に、圧力が高い程、上昇の度合いが大きくなっている。従って、プラズマ室６８内の圧力を高く設定する程、プラズマ密度が増加し、プラズマ発生効率を高くできることを確認することができた。
<Evaluation of plasma generation effect>
Next, since the plasma generation efficiency was examined and evaluated, the evaluation result will be described.
FIG. 6 is a graph showing the pressure dependence in the plasma chamber of the relationship between the high frequency voltage for plasma generation at 450 ° C. and the plasma density. Here, the horizontal axis represents the high frequency voltage, and the vertical axis represents the plasma density. This high frequency voltage corresponds to high frequency power. Regarding the pressure in the
＜ＮＨ３ 流量とプラズマ室内の圧力と気体のコンダクタンスとの関係＞
次に、ＮＨ３ 流量とプラズマ室内の圧力と活性種用ガス孔のコンダクタンスとの関係について評価を行ったので、その評価結果について説明する。
図７はＮＨ３ 流量とプラズマ室内の圧力と気体のコンダクタンスとの関係を示すグラフである。ここではウエハ収容領域（処理容器１４内）の圧力を０．１Ｔｏｒｒに維持すると共に、温度を４５０℃に維持している。
<Relationship between NH 3 flow rate, plasma chamber pressure, and gas conductance>
Next, since the relationship between the NH 3 flow rate, the pressure in the plasma chamber, and the conductance of the active species gas hole was evaluated, the evaluation result will be described.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the NH 3 flow rate, the pressure in the plasma chamber, and the gas conductance. Here, the pressure in the wafer storage region (inside the processing container 14) is maintained at 0.1 Torr and the temperature is maintained at 450 ° C.
図７（Ｂ）は図７（Ａ）中のデータの一部をプロットしたものである。図７（Ａ）では横軸にＮＨ３ ガス流量をとり、縦軸にプラズマ室の圧力をとっている。図７（Ｂ）では横軸にコンダクタンスをとり、縦軸にプラズマ室の圧力をとっている。図７（Ａ）では曲線Ｅ１はコンダクタンスが１５．２×１０−５ｍ３ ／ｓｅｃの場合、曲線Ｅ２はコンダクタンスが９．２６×１０−５ｍ３ ／ｓｅｃの場合、曲線Ｅ３はコンダクタンスが４．９６×１０−５ｍ３ ／ｓｅｃの場合をそれぞれ示す。また図７（Ｂ）では曲線Ｆ１はＮＨ３ 流量が２ｓｌｍの場合、曲線Ｆ２はＮＨ３ 流量が４ｓｌｍの場合をそれぞれ示す。
またここでの活性種用ガス孔７６の開口率は曲線Ｅ１の場合は０．８５％、曲線Ｅ２の場合は０．５４％、曲線Ｅ３の場合は０．３１％である。
FIG. 7B is a plot of part of the data in FIG. In FIG. 7A, the horizontal axis represents the NH 3 gas flow rate, and the vertical axis represents the plasma chamber pressure. In FIG. 7B, the horizontal axis represents conductance and the vertical axis represents plasma chamber pressure. In FIG. 7A, the curve E1 has a conductance of 15.2 × 10 −5 m 3 / sec, the curve E2 has a conductance of 9.26 × 10 −5 m 3 / sec, and the curve E3 has a conductance of 4 .96 × 10 −5 m 3 / sec. The curve F1 in FIG. 7 (B) if NH 3 flow rate of 2 slm, the curve F2 is NH 3 flow rate is respectively a case of 4 slm.
The open area ratio of the active
図７（Ａ）に示すようにＮＨ３ ガスの流量を増加する程、プラズマ室の圧力は略直線的に上昇している。プラズマ室内の圧力を２〜５Ｔｏｒｒの範囲内に維持するためには、曲線Ｅ１の場合には１．５〜略６ｓｌｍ程度の範囲内、曲線Ｅ２の場合は０．５〜３ｓｌｍ程度の範囲内、曲線Ｅ３の場合は０．２〜１．２ｓｌｍ程度の範囲内に、それぞれ設定するのが好ましいことが確認できた。尚、図７（Ｂ）は上述したように、図７（Ａ）中のＮＨ３ 流量が２ｓｌｍと４ｓｌｍの場合をプロットしている。 As shown in FIG. 7A, the plasma chamber pressure increases approximately linearly as the flow rate of NH 3 gas increases. In order to maintain the pressure in the plasma chamber within the range of 2 to 5 Torr, in the case of the curve E1, within the range of about 1.5 to about 6 slm, in the case of the curve E2, within the range of about 0.5 to 3 slm, In the case of the curve E3, it was confirmed that it was preferable to set each within the range of about 0.2 to 1.2 slm. Note that FIG. 7B plots the cases where the NH 3 flow rate in FIG. 7A is 2 slm and 4 slm as described above.
＜石英壁エッチング量のプラズマ室内圧力依存性＞
次に、プラズマ室５８を区画する石英製のプラズマ区画壁６６のプラズマ室内圧力依存性について実験を行ったので、その評価結果について説明する。図８は石英壁エッチング量のプラズマ室内圧力依存性を示すグラフである。ここではＲＦ（高周波）パワーを５００Ｗ（ワット）、Ｎ２ の供給量（ＮＨ３ に代えて供給）を４ｓｌｍ、プロセス時間を１０ｍｉｎにそれぞれ設定した。プラズマ室５８内の圧力を、０．５Ｔｏｒｒ、２．０Ｔｏｒｒ、５．０Ｔｏｒｒ、１０．０Ｔｏｒｒにそれぞれ設定して評価を行った。
このグラフから明らかなように、プラズマ室５８内の圧力を増加させる程、エッチング量が少なくなっている。特に、圧力２〜５Ｔｏｒｒの範囲では、エッチング量は３００Å以下になって、良好な結果を示していることが確認できた。
<Dependence of quartz wall etching on plasma chamber pressure>
Next, an experiment was performed on the plasma chamber pressure dependence of the quartz
As is apparent from this graph, the etching amount decreases as the pressure in the
尚、上記実施例では、プラズマ用ガス分散ノズル部４４をフランジ部１８の下方よりプラズマ室５８内の上方に向けて挿脱可能に設けたが、これに限定されず、プラズマ室５８の上方に、これより下方に向けて挿脱可能に設けるようにしてもよい。
また上記実施例ではプラズマ成膜処理を行うに際して、プラズマ用ガスと原料ガスとを交互に供給して成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマ用ガスとして原料ガスを用いる場合もあり、或いは両ガスを同時に供給してプラズマＣＶＤにより成膜する場合もある。いずれにしても、プラズマ室５８と処理容器１４内の圧力がそれぞれの最適な圧力範囲に設定できれば、そのガスの供給形態は問わない。
In the above embodiment, the plasma gas
In the above-described embodiment, the plasma film forming process is described by taking as an example the case where the film is formed by alternately supplying the plasma gas and the source gas. However, the present invention is not limited to this, and the source gas is used as the plasma gas. In some cases, both gases may be used simultaneously, and film formation may be performed by plasma CVD. In any case, as long as the pressure in the
また本発明は、プラズマ処理としては上述したプラズマ成膜処理に限定されず、プラズマエッチング処理、プラズマ酸化拡散処理、プラズマ改質処理等にも適用できるのは勿論である。
また被処理体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
Further, the present invention is not limited to the above-described plasma film forming process as a plasma process, and it is needless to say that the present invention can be applied to a plasma etching process, a plasma oxidation diffusion process, a plasma modification process, and the like.
The object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and the present invention can be applied to a glass substrate, a ceramic substrate, and the like.
１２ プラズマ処理装置
１４ 処理容器
１８ フランジ部
２０ フランジ部補強部材
２２ ウエハボート（保持手段）
３８ プラズマ用ガス供給手段
４０ 第１の処理容器用ガス供給手段
４２ 第２の処理容器用ガス供給手段
４４ プラズマ用ガス分散ノズル部
４６ 第１の処理容器用ガス分散ノズル部
４８ 第２の処理容器用ガス分散ノズル部
５８ プラズマ室
６０ プラズマ形成手段
６６ プラズマ区画壁
６８ プラズマ電極
７０ 高周波電源
７６ 活性種用ガス孔
７８ 仕切板
８６ 真空排気系
１００ ノズル本体
１０２ ガスヘッド
１１０ 補助挿通管
１２６ 制御手段
１２８ 記憶媒体
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
DESCRIPTION OF
38 Plasma
Claims (7)
真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、
前記被処理体を複数枚保持して前記処理容器内へ収容する保持手段と、
前記処理容器の側壁にその長さ方向に沿って設けられてプラズマを発生するためのプラズマ室と、
前記プラズマ室にプラズマ用ガスを供給するために前記プラズマ室に対して前記処理容器内を通過することなく挿脱可能に設けられたプラズマ用ガス分散ノズル部を有するプラズマ用ガス供給手段と、
前記プラズマ室にプラズマを立てるためのプラズマ形成手段と、
前記処理容器内と前記プラズマ室内との間を仕切って設けられると共に、前記処理容器内へ活性種を含むガスを通す活性種用ガス孔が形成された仕切板と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus for performing a predetermined plasma processing on an object to be processed by active species generated by plasma,
A vertical cylindrical processing container made evacuated,
Holding means for holding a plurality of the objects to be processed and accommodating them in the processing container;
A plasma chamber for generating plasma provided on the side wall of the processing vessel along its length direction;
A plasma gas supply means having a plasma gas dispersion nozzle portion detachably provided to the plasma chamber without passing through the processing vessel in order to supply the plasma gas to the plasma chamber;
Plasma forming means for generating plasma in the plasma chamber;
A partition plate provided between the processing chamber and the plasma chamber, and formed with active species gas holes for passing a gas containing active species into the processing chamber;
A plasma processing apparatus comprising:
前記処理容器内の圧力を０．２〜１Ｔｏｒｒの範囲内に維持すると共に、前記プラズマ室内の圧力を２〜５Ｔｏｒｒの範囲内に維持するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method using the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A plasma processing method characterized in that the pressure in the processing chamber is maintained within a range of 0.2 to 1 Torr and the pressure in the plasma chamber is maintained within a range of 2 to 5 Torr.
前記処理容器内の圧力を０．２〜１Ｔｏｒｒの範囲内に維持すると共に、前記プラズマ室内の圧力を２〜５Ｔｏｒｒの範囲内に維持するように前記プラズマ処理装置を制御するプログラムを記載する記憶媒体。
When performing plasma processing on an object to be processed using the plasma processing apparatus according to claim 1,
A storage medium for storing a program for controlling the plasma processing apparatus so as to maintain the pressure in the processing chamber within a range of 0.2 to 1 Torr and maintain the pressure within the plasma chamber within a range of 2 to 5 Torr .
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006083579A JP4857849B2 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| US11/689,686 US20070240644A1 (en) | 2006-03-24 | 2007-03-22 | Vertical plasma processing apparatus for semiconductor process |
| KR1020070028415A KR20070096875A (en) | 2006-03-24 | 2007-03-23 | Vertical plasma processing apparatus for semiconductor process |
| TW096110036A TWI452609B (en) | 2006-03-24 | 2007-03-23 | Vertical plasma processing apparatus for semiconductor process and vertical plasma film formation apparatus for semiconductor process |
| CN2007100894644A CN101042992B (en) | 2006-03-24 | 2007-03-23 | Vertical plasma processing apparatus for semiconductor process |
| US12/277,344 US8394200B2 (en) | 2006-03-24 | 2008-11-25 | Vertical plasma processing apparatus for semiconductor process |
| KR1020110076449A KR101160788B1 (en) | 2006-03-24 | 2011-08-01 | Vertical plasma processing apparatus for semiconductor process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006083579A JP4857849B2 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007258580A true JP2007258580A (en) | 2007-10-04 |
| JP4857849B2 JP4857849B2 (en) | 2012-01-18 |
Family
ID=38632495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006083579A Active JP4857849B2 (en) | 2006-03-24 | 2006-03-24 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4857849B2 (en) |
| CN (1) | CN101042992B (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009224765A (en) * | 2008-02-20 | 2009-10-01 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing apparatus |
| JP2015185578A (en) * | 2014-03-20 | 2015-10-22 | 株式会社日立国際電気 | Gas supply section, substrate processing apparatus, and manufacturing method of semiconductor apparatus |
| JP2017092325A (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-25 | 東京エレクトロン株式会社 | Processing device |
| JP2018056280A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 株式会社日立国際電気 | Substrate processing device, nozzle base part, and manufacturing method of semiconductor device |
| KR20200136840A (en) | 2019-05-28 | 2020-12-08 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Plasma processing apparatus |
| WO2021181450A1 (en) * | 2020-03-09 | 2021-09-16 | 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ | Substrate treatment device, production method for semiconductor device, and program |
| US11692269B2 (en) | 2019-05-28 | 2023-07-04 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing apparatus |
| KR20240009873A (en) | 2022-07-14 | 2024-01-23 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| JP7455013B2 (en) | 2020-07-10 | 2024-03-25 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing equipment and plasma processing method |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5228437B2 (en) * | 2007-10-19 | 2013-07-03 | 東京エレクトロン株式会社 | Processing device and method of using the same |
| JP4288297B1 (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-01 | 三菱重工業株式会社 | Pressure control device and pressure control method |
| JP5136574B2 (en) | 2009-05-01 | 2013-02-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| JP6113626B2 (en) * | 2013-10-21 | 2017-04-12 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing equipment |
| CN103866294B (en) * | 2014-04-03 | 2017-01-11 | 江西沃格光电股份有限公司 | Film coating gas charging device |
| DE102015004419A1 (en) * | 2015-04-02 | 2016-10-06 | Centrotherm Photovoltaics Ag | Wafer boat and plasma treatment device for wafers |
| WO2020084762A1 (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 株式会社Ｆｕｊｉ | Plasma generating device |
| JP7190948B2 (en) * | 2019-03-22 | 2022-12-16 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05251391A (en) * | 1992-03-04 | 1993-09-28 | Tokyo Electron Tohoku Kk | Plasma processing device for semiconductor wafer |
| JP2005277264A (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing apparatus |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3589388A (en) * | 1970-03-30 | 1971-06-29 | Bryan L Haneline Jr | Injector nozzle retriever and insertion apparatus |
| US5383984A (en) * | 1992-06-17 | 1995-01-24 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing apparatus etching tunnel-type |
| JP4045689B2 (en) * | 1999-04-14 | 2008-02-13 | 東京エレクトロン株式会社 | Heat treatment equipment |
| KR100829327B1 (en) * | 2002-04-05 | 2008-05-13 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | Substrate processing apparatus and reaction tube |
| CN100539026C (en) * | 2004-06-28 | 2009-09-09 | 东京毅力科创株式会社 | Film formation device |
-
2006
- 2006-03-24 JP JP2006083579A patent/JP4857849B2/en active Active
-
2007
- 2007-03-23 CN CN2007100894644A patent/CN101042992B/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05251391A (en) * | 1992-03-04 | 1993-09-28 | Tokyo Electron Tohoku Kk | Plasma processing device for semiconductor wafer |
| JP2005277264A (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing apparatus |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009224765A (en) * | 2008-02-20 | 2009-10-01 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Substrate processing apparatus |
| JP2015185578A (en) * | 2014-03-20 | 2015-10-22 | 株式会社日立国際電気 | Gas supply section, substrate processing apparatus, and manufacturing method of semiconductor apparatus |
| JP2017092325A (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-25 | 東京エレクトロン株式会社 | Processing device |
| US10669632B2 (en) | 2015-11-13 | 2020-06-02 | Tokyo Electron Limited | Processing apparatus |
| JP2018056280A (en) * | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 株式会社日立国際電気 | Substrate processing device, nozzle base part, and manufacturing method of semiconductor device |
| KR20200136840A (en) | 2019-05-28 | 2020-12-08 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Plasma processing apparatus |
| US11692269B2 (en) | 2019-05-28 | 2023-07-04 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing apparatus |
| WO2021181450A1 (en) * | 2020-03-09 | 2021-09-16 | 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ | Substrate treatment device, production method for semiconductor device, and program |
| TWI785510B (en) * | 2020-03-09 | 2022-12-01 | 日商國際電氣股份有限公司 | Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method, and recording medium |
| JP7455013B2 (en) | 2020-07-10 | 2024-03-25 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing equipment and plasma processing method |
| KR20240009873A (en) | 2022-07-14 | 2024-01-23 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101042992B (en) | 2011-07-20 |
| JP4857849B2 (en) | 2012-01-18 |
| CN101042992A (en) | 2007-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4857849B2 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
| JP4929811B2 (en) | Plasma processing equipment | |
| KR101160788B1 (en) | Vertical plasma processing apparatus for semiconductor process | |
| KR101753736B1 (en) | Processing apparatus and film forming method | |
| JP4245012B2 (en) | Processing apparatus and cleaning method thereof | |
| JP5720406B2 (en) | GAS SUPPLY DEVICE, HEAT TREATMENT DEVICE, GAS SUPPLY METHOD, AND HEAT TREATMENT METHOD | |
| TWI443714B (en) | Film formation apparatus and method for using the same | |
| JP4983063B2 (en) | Plasma processing equipment | |
| JP2006287195A (en) | Deposition method, deposition device, and storage medium | |
| KR101555572B1 (en) | Film deposition method and apparatus | |
| JP2012004246A (en) | Support structure, processing container structure and processing equipment | |
| JP6167673B2 (en) | Film forming apparatus, film forming method, and storage medium | |
| JP2006066884A (en) | Deposition method, deposition device and storage medium | |
| KR102003585B1 (en) | Substrate holder and substrate processing apparatus | |
| JP5303984B2 (en) | Film forming apparatus and film forming method | |
| JP2017034013A (en) | Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method and program | |
| JP2014090212A (en) | Processing container structure and processing apparatus | |
| JP4716737B2 (en) | Substrate processing equipment | |
| WO2022210351A1 (en) | Film forming method and substrate processing apparatus | |
| JP2022159050A (en) | Film forming method and substrate processing device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081020 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090331 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110712 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110905 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111004 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111017 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4857849 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141111 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |