JP6060242B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びバッフル構造 - Google Patents
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Description
プラズマを生成する方法の一つに、所謂誘導結合方式(ICP(Inductive Coupling Plasma)方式)がある。ICP方式は、コイルに高周波電力を供給することで、プラズマ生成空間に電場を形成し、その空間に供給されたガスをプラズマ状態とするものである。
ICP方式の基板処理装置として、例えば特許文献1のような装置がある。
本発明は、例えば半導体製造装置で用いられる基板処理方法に関するものである。特に反応性ガスを、ICP方式によりプラズマ状態とさせ、それによって得られた高い反応性を有する反応種(反応性活性種)によって基板表面の所定の有機薄膜(レジスト、レジスト膜)を剥離するドライアッシング工程に関するものである。
図1は、本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を説明するための概略横断面図であり、図2は、本発明の好ましい実施形態に係るアッシング装置を説明するための概略縦断面図である。図1、図2に示されるように、アッシング装置10は、EFEM(Equipment Front End Module)100と、ロードロックチャンバ部200と、トランスファーモジュール部300と、アッシング処理がなされる処理室として用いられるプロセスチャンバ部400とを備えている。
FOUPには25枚のウエハが搭載され、大気ロボット130のアーム部がFOUPから5枚ずつウエハを抜き出す。
反応容器431、441の外部には、後述する共振コイルが設けられている。共振コイルに高周波電力を印加して、後述するガス導入口から導入されたアッシング処理用の反応ガスをプラズマ状態とする。そのプラズマを利用してサセプタテーブル411,421上に載置されたウエハ600上のレジストをアッシング(プラズマ処理)する。
ウエハをツィーザへ載置した後、大気搬送ロボット130がθ軸131方向に回転し、バッファユニット210、220のボート211、221にそれぞれウエハを搭載する。このとき、ボート211、221のZ軸230方向の動作により、ボート211、221は、大気搬送ロボット130から25枚のウエハ600をそれぞれ受け取る。25枚のウエハを受け取った後、ボート211、221の最下層にあるウエハがトランスファーモジュール部300の高さ位置に合うよう、ボート211、221をZ軸230方向にそれぞれ動作させる。
トッププレート454は反応容器431のフランジ431b、及び外側シールド452の上端に支持されている。
蓋部454aのほぼ中央には、ガス導入口433が設けられている。
先端部431aの外周、フランジ431b、と支持部454bとの間にはOリング453が設けられ、プラズマ発生室430を気密にするよう構成している。
サセプタ459の下方に、排気板465が配設される。排気板465は、ガイドシャフト467を介して底板469に支持され、底板469は処理室445の下面に気密に設けられる。昇降板471がガイドシャフト467をガイドとして昇降自在に動くように設けられる。昇降板471は、少なくとも3本のリフターピン413を支持している。
底板469を経由して、昇降駆動部(図示略)の昇降シャフト473が昇降板471に連結されている。昇降駆動部が昇降シャフト473を昇降させることで、昇降板471とリフターピン413を介して、支持部414が昇降する。
尚、図3においては、支持部414が取り付けられた状態のリフターピン413が図示されている。
第一のバッフル板460aは、反応容器431内であって、共振コイル432の上端とガス導入口433の間に設けられている。また、第二のバッフル板460bは、第一のバッフル板460aと共振コイル432の上端の間に設けられている。すなわち、第一のバッフル板460aと第二のバッフル板460bは、共振コイル432の上端とガス導入口433の間に空間を介して重ねるように設けられている。また、第一のバッフル板460aと第二のバッフル板460bはサセプタテーブル411とガス導入口433の間に設けられている。
すなわち、少なくとも2枚のバッフル板460a、460bを設けることで、矢印のように、ガスを共振コイルに近い反応容器431の内壁に沿って流れるようにし、電界の強い場所、即ち共振コイル432に近い場所にガスを集中させることで、プラズマの生成効率を高くすることができる。また、このような場所においては高いエネルギーがあり、且つ寿命の長いプラズマが生成される。
図5はバッフル板460a、460b及びトッププレート454を拡大した図であり、バッフル板460a、460bの取付け構造を説明する図である。
まず、図5(a)を用いて固定機構について説明する。
トッププレート454に差し込まれたボルト491を、中央に穴の空いた第一のカラー492、第一のバッフル板460aに設けた固定用穴、中央に穴の空いた第二のカラー493、第二のバッフル板460bに設けた固定用穴に順次差込み、固定用ボルト494にて固定する。
第一のカラー492は金属製(例えばアルミ合金)であり、トッププレート454とカラー492をグランド設定となるように構成している。
固定機構は、バッフル板460の周方向に、少なくとも3箇所に均等に設ける。
図5(b)に記載のように、トッププレート454の蓋部454aと、第一のバッフル板460aの内、蓋部454aと向かい合う面との距離をGAP(a)とする。GAP(a)は1mmから5mm、より望ましくは2mmから4mmとなるよう設定する。
第一のバッフル板460aと第二のバッフル板460bと対向する面の距離を、GAP(b)とする。GAP(b)は30mmから50mmとする。
バッフル板460の直径と反応容器の間の距離は0.1から10mmとし、具体的には、バッフル板を基板の直径より小さい269mmとし、反応容器431の内周を275mmとしている。
放電が容易となるArガスを処理ガスに添加した場合、共振コイル432から発生する電界の影響を受け、第一のバッフル板460aと蓋部454aとの間に放電が起きてしまう。特に、ガス導入孔433付近は、処理ガスが留まりやすい領域であるため、放電が起こりやすい。
この放電の原因は、Arガスを添加したことによるものと推測される。Arガスは放電を容易とする性質であるため、共振コイル432から発生する電界が弱電界の距離であっても、処理ガスが放電してしまうと考えられる。
一つは、ガス導入口433近辺で発生するプラズマがガス供給管455に入り込むため、ガス供給管455をエッチングしてしまう点である。エッチングすることにより、パーティクルが発生する可能性がある。特にガス供給管455を金属で形成した場合、処理室445が金属汚染され、基板処理に悪影響を及ぼすことが考えられる。
二つ目として、第一のバッフル板460aと蓋部454aとの間に発生したプラズマがOリング431aに接触し、Oリング431aの劣化を促進させる恐れがある。
具体的には、第一のバッフル板460aと蓋部454aとの間の距離を狭小化している。このような構造とすることで、第一のバッフル板460aと蓋部454aとの間の圧力を高めることができ、その結果ガスの流速を早くすることができる。
このような構成とすることで、ガスが共振コイル432の近傍を流れるため、効率の良いプラズマ生成が可能となる。
更には、プラズマの拡散、失活を防止し活性反応種を下流のウエハにできるだけ多く供給することが可能となる。第二のバッフル板460bを共振コイル432の上端に近づけることで、プラズマ発生領域の体積を小さくすることが可能となり、単位体積当りのプラズマ密度を増加させることができる。従って、活性反応種を出来るだけ多く下流に運ぶことを可能にする。
以上のように、バッフル構造が構成される。
図6は流速分布図である。
図6(a)は比較例に係るバッフル板460を用いた例であって、バッフル板を一枚で設定した場合である。(b)は本実施形態に係るバッフル板460を用いた例であって、バッフル板を460a、460bの二枚で設定した場合である。
比較例のバッフル板460を一枚で用いた例においては、ガス導入口433付近で流速が低く、バッフル板460と蓋部454aの間で流速が高いことがわかる。更には、渦巻状にガスが滞留していることがわかる。このことから、バッフル板460と蓋部454aの間でガスが異常放電することが推測される。
一方、本実施形態に係るバッフル板460を二枚で用いた例においては、第一のバッフル板460aと蓋部454aの間にガスが滞留しないので放電を抑制できることがわかる。
縦軸は共振コイル432に印加するRF電力である。バッフル板460が無い状態、バッフル板460が一枚の状態、バッフル板460が2枚の状態でそれぞれ正常放電限界電力を計測した。正常放電限界電力とは、異常放電が発生しない電力である。
このときのプロセス条件は、次の通りである。
雰囲気:PR−GAS(CH4:10%、Ar:90%)
流量:0.2〜3.0slm
圧力:50〜250mTorr
共振コイル432は、絶縁性材料にて平板状に形成され且つベースプレート448の上端面に鉛直に立設された複数のサポートによって支持される。
プラズマ生成時、共振コイル432の共振周波数に収束される。このとき、RFセンサ468が共振コイル432からの反射波をモニタし、モニタされた反射波のレベルを周波数整合器446に送信する。周波数整合器446は、反射波電力がその反射波が最小となるよう、高周波電源444の発信周波数を調整する。
本発明に係る基板の処理方法においては、図8に示されるように、基板を処理室に搬入する工程である搬入工程S100と、基板を加熱する工程である加熱工程S200と、反応ガスを供給し、基板を処理する工程である処理工程S300と、基板を処理室から搬出する搬出工程S400と、を少なくとも含む一連の工程を経て基板が処理される。
更に、処理室に供給された反応ガスをプラズマ状態としてウエハ600が処理される。搬出工程S400では、処理されたウエハ600が、処理室445から搬出される。
アッシング装置10の各部の動作は、コントローラ470によって制御される。
搬入工程S100では、真空アームロボット320のフィンガー321が、処理室445へウエハ600を搬送する。すなわち、ウエハ600を搭載したフィンガー321が、処理室445に進入し、フィンガー321が、上昇されたリフターピン413にウエハ600を載置する。リフターピン413の先端は、サセプタテーブル411から浮いた状態で維持される。ウエハ600は、リフターピン413上に、つまりサセプタテーブル411から浮いた状態で受け渡される。この際、ウエハ600は、例えば室温に保持されている。
加熱工程S200では、ウエハ600はサセプタテーブル411から浮いた状態で保持されており、サセプタテーブル411のヒータ463により加熱される。ウエハ温度は、サセプタテーブル411とウエハ600との間の距離で制御されている。
この加熱工程S200においては、ウエハ600の温度を200℃以上400℃以下とする。
反応ガスを供給する処理工程S300では、ガス導入口433へ反応容器431から反応ガス(アッシングガス)が、プラズマ発生室430に供給される。供給される反応ガスは、少なくとも水素成分とアルゴン成分とを含む反応ガスが供給される。
搬出工程S400においては、アッシング処理工程の終了後、リフターピン413が上昇する。真空アームロボット320のフィンガー321がリフターピン413上の処理済ウエハ600を掬い上げ、トランスファーチャンバ部310を経由して、ロードロックチャンバ部210、もしくはロードロックチャンバ220に搬送する。
従って、高いアッシングレートでの処理が可能となり、その結果装置全体のスループットを高くすることができる。
コイルを外周に設け、筒状で構成される反応容器と、前記反応容器の端部に設けられた蓋部と、前記蓋部に設けられたガス導入口と、前記ガス導入口と前記コイルの上端の間に設けた第一の板と、前記第一の板と前記コイルの上端の間に設けた第二の板と、前記反応容器の内、前記蓋部と異なる方向に設けられた基板処理室と、前記基板処理室に接続されたガス排気部と、を有する基板処理装置。
前記反応容器の先端部の外周にOリングを有する付記1記載の基板処理装置。
コイルを外周に設け、筒状で構成される反応容器と、前記反応容器の端部に設けられた蓋部と、前記蓋部に設けられたガス導入口と、前記ガス導入口と前記コイルの上端の間に設けた第一の板と、前記第一の板と前記コイルの上端の間に設けた第二の板と、前記反応容器の内、前記蓋部と異なる方向に設けられた基板処理室と、前記基板処理室に接続されたガス排気部と、を有する基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、前記ガス導入口から導入されたガスを前記第一の板と第二の板を介して前記コイル近傍に導く工程と、前記コイルによって前記ガスをプラズマ状態とし、前記基板処理室に載置された基板を処理する工程と、前記ガス排気部によりガスを排気する工程とを有する半導体装置の製造方法。
コイルを外周に設け、筒状で構成される反応容器と、前記反応容器の端部に設けられた蓋部と、前記蓋部に設けられたガス導入口と、前記反応容器の内、前記蓋部と異なる方向に設けられた基板処理室と、前記基板処理室に接続されたガス排気部とを有する基板処理装置に用いるバッフル構造であって、前記ガス導入口と前記コイルの上端の間に第一の板と第二の板を積層して配置するバッフル構造。
コイルを外周に設け、筒状で構成される反応容器と、前記反応容器の端部に設けられた蓋部と、前記蓋部に設けられたガス導入口と、前記反応容器の内、前記蓋部と異なる方向に設けられた基板処理室と、前記基板処理室に接続されたガス排気部とを有する基板処理装置に用いるバッフル構造であって、第一の板と第二の板を空間を介して重ねるようバッフル構造を形成し、前記バッフル構造の高さは前記ガス導入口と前記コイルの上端間の距離より低くなるよう構成するバッフル構造。
100…EFEM
110、120…FOUP
130…大気ロボット
200…ロードロックチャンバ部
210、220…バッファユニット
211、221…ボート
212、222…インデックスアセンブリ
250、260…ロードロックチャンバ
300…トランスファーチャンバ部
310…トランスファーチャンバ
311、312、313、314…ゲートバルブ
320…真空アームロボットユニット
321…フィンガー
325…θ軸
326…Y軸
400…プロセスチャンバ部
410、420…プラズマ処理ユニット
411、421…サセプタテーブル
412、422…Z軸
413、423…リフターピン
430、440…プラズマ発生室
431、441…反応容器
432、442…共振コイル
433、443…ガス導入口
445…処理室
444…高周波電源
446…周波数整合器
448…ベースプレート
452…外側シールド
453…Oリング
454…トッププレート
454a…蓋部
455…ガス供給管
458…バッフルリング
460…バッフル板
462…可動タップ
463…ヒータ
464…固定グランド
466…可動タップ
468…RFセンサ
470,500…コントローラ
472…ディスプレイ(表示装置)
480…排気管
482…ガス供給ユニット
600…ウエハ
Claims (11)
- 反応容器と、
前記反応容器の側壁外周に設けられたコイルと、
前記反応容器の上端に設けられたガス導入口と、
前記ガス導入口に対向する第一のバッフル及び、前記第一のバッフルと前記コイルの上端部との間に設けられる第二のバッフルを有するバッフル部と、
前記反応容器の下端方向に設けられた基板処理室と、
前記基板処理室に接続されたガス排気部と、
を有し、
前記第一のバッフルは、前記第一のバッフルの外縁と前記反応容器の側壁内周面との間に、前記第一のバッフルの外縁を囲むように第一の間隙を形成し、
前記第二のバッフルは、前記第二のバッフルの外縁と前記コイルの上端部近傍の前記側壁内周面との間に、前記第二のバッフルの外縁を囲むように第二の間隙を形成する、
基板処理装置。 - 前記側壁内周面に沿って、前記ガス導入口から導入されたガスが前記第一の間隙及び前記第二の間隙を流れるガス流路が形成されている、請求項1記載の基板処理装置。
- 前記ガス流路を流れるガスは前記コイルの上端部近傍を垂直方向に流れる、請求項2記載の基板処理装置。
- 前記ガス導入口は前記反応容器の上端の中央部に設けられる、請求項1記載の基板処理装置。
- 前記第一のバッフルの外縁及び前記第二のバッフルの外縁は、前記側壁内周面に接触しないように設けられる、請求項1記載の基板処理装置。
- 前記第一のバッフル及び前記第二のバッフルは、それぞれ前記側壁内周面に沿った形状である、請求項1記載の基板処理装置。
- 前記第一のバッフルと前記ガス導入口との間の距離は、前記反応容器の上端と前記第一のバッフルとの間に異常放電が起きない距離である、請求項1記載の基板処理装置。
- 前記反応容器の上端と前記第一のバッフルとの間の距離は1mmから5mmの範囲である、請求項1記載の基板処理装置。
- 前記第一のバッフルの外縁と前記側壁内周面との間の距離は0.1mmから10mmの範囲である、請求項1記載の基板処理装置。
- 反応容器と、
前記反応容器の側壁外周に設けられたコイルと、
前記反応容器の上端に設けられたガス導入口と、
前記ガス導入口に対向する第一のバッフル及び、前記第一のバッフルと前記コイルの上端部との間に設けられる第二のバッフルを有するバッフル部と、
前記反応容器の下端方向に設けられた基板処理室と、
前記基板処理室に接続されたガス排気部と、を有し、
前記第一のバッフルは、前記第一のバッフルの外縁と前記反応容器の側壁内周面との間に、前記第一のバッフルの外縁を囲むように第一の間隙を形成し、
前記第二のバッフルは、前記第二のバッフルの外縁と前記コイルの上端部近傍の前記側壁内周面との間に、前記第二のバッフルの外縁を囲むように第二の間隙を形成する、
基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記ガス導入口から導入されたガスを前記第一の間隙と前記第二の間隙を介して前記コイルの近傍に導く工程と、
前記コイルによって前記ガスをプラズマ状態とし、前記基板処理室に載置された基板を処理する工程と、
前記ガス排気部によりガスを排気する工程とを有する半導体装置の製造方法。 - 反応容器と、
前記反応容器の側壁外周に設けられたコイルと、
前記反応容器の上端に設けられたガス導入口と、
前記反応容器の下端方向に設けられた基板処理室と、
前記基板処理室に接続されたガス排気部とを有する基板処理装置に用いるバッフル構造であって、
前記ガス導入口に対向する第一のバッフル及び、前記第一のバッフルと前記コイルの上端部との間に設けられる第二のバッフルを有し、
前記第一のバッフルは、前記第一のバッフルの外縁と前記反応容器の側壁内周面との間に、前記第一のバッフルの外縁を囲むように第一の間隙を形成し、
前記第二のバッフルは、前記第二のバッフルの外縁と前記コイルの上端部近傍の前記側壁内周面との間に、前記第二のバッフルの外縁を囲むように第二の間隙を形成するバッフル構造。
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