JP7035581B2 - 基板処理装置及び基板処理方法。 - Google Patents
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Description
特許文献2には、ウエハWの周縁部に付加ガスを供給して、ガスの濃度を調整し、ウエハWの面内均一性を調整する技術が記載されているが、ウエハWの中心側に付加ガスを供給できない問題がある。また処理ガスをプラズマ化して、ウエハに供給する例については考慮されていない。
前記載置台に対向して設けられ、基板が配置される処理空間と第1のガスが拡散する拡散空間との間に設けられた仕切り部と、
前記拡散空間に前記第1のガスを供給するための第1のガス供給部と、
前記仕切り部を厚さ方向に貫通して形成され、前記拡散空間に拡散した第1のガスを前記処理空間に吐出させるための複数の第1のガス吐出孔と、
前記仕切り部における前記処理空間側のガス吐出面に開口する複数の第2のガス吐出孔を含み、前記第1のガスとは独立して第2のガスを、当該処理空間において横方向に並んだ複数の領域に各々独立して供給する第2のガス供給部と、
前記拡散空間に供給された第1のガスを活性化するためのプラズマ発生部と、
前記第1のガス吐出孔よりも前記拡散空間側に、その内部のガス流路が前記第1のガス吐出孔に連通するように設けられ、活性化された第1のガス中のイオンをトラップするイオントラップ部と、を備え、
前記仕切り部はイオントラップ部の熱が処理空間側に伝わることを抑制する遮熱部材を含むことを特徴とする。
本発明の他の基板処理装置は、処理容器内の載置台に基板を載置し、ガスを供給して基板を処理する基板処理装置において、
前記載置台に対向して設けられ、基板が配置される処理空間と第1のガスが拡散する拡散空間との間に設けられた仕切り部と、
前記拡散空間に前記第1のガスを供給するための第1のガス供給部と、
前記仕切り部を厚さ方向に貫通して形成され、前記拡散空間に拡散した第1のガスを前記処理空間に吐出させるための複数の第1のガス吐出孔と、
前記仕切り部における前記処理空間側のガス吐出面に開口する複数の第2のガス吐出孔を含み、前記第1のガスとは独立して第2のガスを、当該処理空間において横方向に並んだ複数の領域に各々独立して供給する第2のガス供給部と、を備え、
前記拡散空間に供給された第1のガスを活性化するためのプラズマ発生部を備え、
前記第1のガスは、前記基板の表面に形成されたシリコン窒化膜をエッチングするためのエッチングガスであり、
前記第2のガスは、前記処理空間における前記第1のガスの分布を調整するための分布調整用ガスであることを特徴とする。
前記拡散空間に供給された前記第1のガスを活性化して前記処理空間に供給し、前記基板の表面に形成されたシリコン窒化膜をエッチングするエッチング工程と、
前記処理空間における前記活性化された前記第1のガスの分布を調整するために、当該処理空間において横方向に並んだ複数の領域に各々第2のガスを供給する分布調整工程と、
前記エッチング工程及び分布調整工程の後に行われ、前記シリコン窒化膜の表面における酸化膜を除去するための酸化膜除去ガスを、前記第1のガス供給部から前記拡散空間を介して前記処理空間に供給するか、前記第2のガス供給部から前記処理空間に供給する工程と、を備えることを特徴とする。
第1の実施の形態に係る基板処理装置、をプラズマ処理装置に適用した例について説明する。図1は、プラズマ処理装置を備えたマルチチャンバーシステムである真空処理装置を示す。真空処理装置は、その内部雰囲気が乾燥ガス、例えば乾燥した窒素ガスにより常圧雰囲気とされる横長の常圧搬送室12を備え、常圧搬送室12の手前には、搬送容器Cを載置するための3台のロードポート11が並べて設置されている。
図2に示すように連結された処理容器20内は、上部側に設けられた隔壁23と、隔壁23の下方に設けられた区画壁24とにより、各処理容器20に区画されている。区画壁24は、例えば昇降機構25により昇降自在に構成され、区画壁24を下降させているときには、2つの処理容器20における載置台3が置かれている処理空間同士が連通し、各処理容器20内にウエハWを搬入することができるが、区画壁24を上昇させることにより、2つの処理空間が互いに区画される。なおプラズマ処理装置2における、2つの処理容器20内は略同様に構成されているため、以下一方の処理容器20について説明する。
また各処理容器20毎に第1のガスを供給するためのガス供給口34が形成され、ガス供給口34には、ガス供給管35の一端側が接続されている。ガス供給管35の他端側は、3本に分岐し、各端部には、夫々NF3ガス供給源36、H2ガス供給源37及びO2ガス供給源38が接続されている。なお図2中のV1~V3はバルブであり、M1~M3は流量調整部である。これにより、NF3ガス、H2ガス及びO2ガスを夫々所定の流量で処理容器20内に供給できるように構成されている。ガス供給口34から供給されるこれらのガスは、第1のガスに相当する。
シャワー板4について図3~図7も参照して説明する。図3は、各処理容器20に設けられるシャワー板4を上方側から見た図を示し、図4は、一方の処理容器20内におけるシャワー板4を載置台3側から見た平面図を示す。また図5は、シャワー板4の縦断面図、図6は、シャワー板4の横断面を載置台3側から見た断面図であり、図7は、シャワー板4の一部を断面にした斜視図を示す。なお図7においては、フランジ400に形成したガス拡散流路45及びガス導入路403の天井面は、板状の部材より塞がれるが、説明の便宜上ガス拡散流路45及びガス導入路403の天井面を開放するように示している。後述するようにシャワー板4内には、処理空間S側に第2のガスである不活性ガス、例えばアルゴン(Ar)ガスを供給するための流路が形成されているが、図2では、シャワー板4の断面は、作図の困難性から斜線として示しており、後述する内部の流路については、示していない。シャワー板4は例えばアルミ板で構成され、図3に示すように各処理容器20内を仕切るシャワー板4は、互いに接続された1枚の板状体40として構成されている。
ところで図6において矢印の先の点線の枠内に、接続流路404及びガス拡散流路45を拡大して示している。この図6に示すように接続流路404の幅dは、周縁側ガス導入路405の流路の幅Dよりも細く形成されている(D>d)。例えば周縁側ガス導入路405の流路の幅Dが4~10mmであり、接続流路404の流路の幅dは、2~6mmである。また接続流路404の長さLは、接続流路404の流路の幅dよりも2倍以上の長さ(L≧2d)であり、接続流路404の長さLは、例えば4~12mmに形成されている。
周縁側ガス導入ポート403には、周縁側ガス供給管49を介してArガス供給源48が接続されている。周縁側ガス供給管49には、上流側から流量調整部M5及びバルブV5が設けられている。また図4、図5及び図7に示すように周縁側ガス供給路46には、シャワー板4の載置台3側の面に開口する周縁側ガス吐出孔41Bが分散して形成されている。このガス拡散流路45、周縁側ガス供給路46、周縁側ガス導入ポート403、接続流路404、周縁側ガス導入路405、周縁側ガス供給管49、Arガス供給源48、流量調整部M5、バルブV5及び周縁側ガス吐出孔41Bは、周縁側ガス供給部に相当する。図4中では、中央側ガス吐出孔41Aを黒点で示し、周縁側ガス吐出孔41Bを白点で示している。
なお第1の実施の形態では、シャワー板4及びイオントラップ板51に形成されたスリット42、53、54が第1のガス供給孔に相当する。
さらにシャワー板4を板状体40で構成できるため厚さが薄くなり、イオントラップ部51と組み合わせて用いる場合にも、装置の大型化を避けることができる。
そしてメモリーホール202内に露出しているSiN膜200が数nmの厚さでエッチングされると、エッチングが終了する。このSiN膜200のエッチングは、各メモリーホール202に埋め込む膜の埋め込み性を良好にするために行われる。またエッチング終了時におけるメモリーホール202の側壁をなすSiN膜200の表面には、例えばエッチングで使用したO2ガスの作用により図16に示すように酸化膜204が形成されている。
この基板処理装置1AによればウエハWの面内におけるSiN膜200を高い均一性をもってエッチングすることができる。また、エッチング後においてSiN膜200表面の酸化膜204が除去されるので、メモリーホール202への膜の埋め込みを阻害することを防ぐことができる。
第2の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。この基板処理装置は、図2に示したプラズマ処理装置2と仕切り部5の一部を構成するシャワー板8の構成が異なることを除いて同様に構成されている。第2の実施の形態に係る基板処理装置シャワー板8について図17~図20を参照して説明する。なお記載が繁雑になることを避けるため、シャワー板8を貫通するスリット42を黒線で示している。図17、図18は夫々上面側及び下面側から見たシャワー板8の平面図を示す。また図19、図20は夫々図17、図18中に示したI線及びII線におけるシャワー板8の縦断面図である。
さらに図18、図19に示すように周縁側ガス拡散流路91に接続されたガス流路93aには、シャワー板8の下面の周縁側の領域に吐出孔95が形成されている。また図18、図20に示すように中央側ガス拡散流路92に接続されるガス流路93bにおいては、シャワー板8の下面の中央領域に吐出孔94が複数形成されている。
従って、シャワー板8の中央領域側から供給する第2のガスと、周縁側から供給する第2のガスと、を各々均一に吐出することができる。そのためウエハWの中心側及び周縁側に供給される第2のガスの面内分布を各々均一にすることができ、ウエハWに供給する第2のガスの面内均一性を調整するにあたって、より精度よく調整することができる。
また本発明は、ガスをプラズマ化するプラズマ空間に代えて、ガスをプレミックスする拡散空間を備えた基板処理装置でも良い。例えばNF3ガス、Arガス、O2ガス、H2ガスなどのガスをプレミックスして処理空間に供給すると共に、処理空間に直接、例えばHFガスやNH3ガスなどのポストミックス用のガスを供給して処理を行う基板処理装置について説明する。ウエハWにガス処理を行うガス処理部は、既述のプラズマ処理装置の処理容器20と同様に2つを連結した構成であってもよいが、ここでは1つの処理容器210を備えた例について説明する。図21に示すように、円筒形の処理容器210と、処理容器210の天板部分にシャワーヘッド7を設けて構成されている。なお図中の21、22は、ゲートバルブ及び搬送口、61、62及び6は、プラズマ処理装置2と同様に構成された排気口、排気管及び真空排気部である。さらに処理容器内には、プラズマ処理装置2と同様に載置台3が設けられている。
また図21、図22に示すように拡散部材71の内部には、拡散部材71を平面で見て、中心寄りの位置に、中央側ガス供給管75が設けられ拡散部材71の天板に接続された、第2ガス供給管76を介して供給される、例えばHFガスやNH3ガスなどのポストミックス用の第2のガスを拡散室に拡散させずに、後述するシャワー部材72の中央側の領域に供給するように構成されている。また拡散部材71の内部における周縁寄りの位置には、周縁側ガス供給管77が設けられ、天板に接続された第2ガス供給管78を介して供給される第2のガスを拡散室に拡散させずに、後述するシャワー部材72の周縁側の領域に供給するように構成されている。なお図中の86は、HFガスやNH3ガスなどのポストミックス用の第2のガス供給源であり、図21中のV4、V5は夫々第2ガス供給管76、78に設けられたバルブ、M4、M5は夫々第2ガス供給管76、78に設けられた流量調整部である。
3 載置台
4、8 シャワー板
5 仕切り部
7 シャワーヘッド
20 処理容器
41A 中央側ガス吐出孔
41B 周縁側ガス吐出孔
42 スリット
51 イオントラップ部
D 拡散空間
P プラズマ空間
S 処理空間
W ウエハ
Claims (15)
- 処理容器内の載置台に基板を載置し、ガスを供給して基板を処理する基板処理装置において、
前記載置台に対向して設けられ、基板が配置される処理空間と第1のガスが拡散する拡散空間との間に設けられた仕切り部と、
前記拡散空間に前記第1のガスを供給するための第1のガス供給部と、
前記仕切り部を厚さ方向に貫通して形成され、前記拡散空間に拡散した第1のガスを前記処理空間に吐出させるための複数の第1のガス吐出孔と、
前記仕切り部における前記処理空間側のガス吐出面に開口する複数の第2のガス吐出孔を含み、前記第1のガスとは独立して第2のガスを、当該処理空間において横方向に並んだ複数の領域に各々独立して供給する第2のガス供給部と、
前記拡散空間に供給された第1のガスを活性化するためのプラズマ発生部と、
前記第1のガス吐出孔よりも前記拡散空間側に、その内部のガス流路が前記第1のガス吐出孔に連通するように設けられ、活性化された第1のガス中のイオンをトラップするイオントラップ部と、を備え、
前記仕切り部はイオントラップ部の熱が処理空間側に伝わることを抑制する遮熱部材を含むことを特徴とする基板処理装置。 - 前記遮熱部材及び処理容器は、金属で構成され、
前記遮熱部材と処理容器とが互いに接触するように配置されたことを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記仕切り部は、第2のガスを通流させる流路が前記遮熱部材の内部に穿設されたことを特徴とする請求項1または2に記載の基板処理装置。
- 処理容器内の載置台に基板を載置し、ガスを供給して基板を処理する基板処理装置において、
前記載置台に対向して設けられ、基板が配置される処理空間と第1のガスが拡散する拡散空間との間に設けられた仕切り部と、
前記拡散空間に前記第1のガスを供給するための第1のガス供給部と、
前記仕切り部を厚さ方向に貫通して形成され、前記拡散空間に拡散した第1のガスを前記処理空間に吐出させるための複数の第1のガス吐出孔と、
前記仕切り部における前記処理空間側のガス吐出面に開口する複数の第2のガス吐出孔を含み、前記第1のガスとは独立して第2のガスを、当該処理空間において横方向に並んだ複数の領域に各々独立して供給する第2のガス供給部と、を備え、
前記拡散空間に供給された第1のガスを活性化するためのプラズマ発生部を備え、
前記第1のガスは、前記基板の表面に形成されたシリコン窒化膜をエッチングするためのエッチングガスであり、
前記第2のガスは、前記処理空間における前記第1のガスの分布を調整するための分布調整用ガスであることを特徴とする基板処理装置。 - 前記エッチングの前あるいは前記エッチングの後に前記シリコン窒化膜の表面における酸化膜を除去するための酸化膜除去ガスを、前記第1のガス供給部が前記拡散空間を介して前記処理空間に供給するか、あるいは前記第2のガス供給部が前記処理空間に供給することを特徴とする請求項4記載の基板処理装置。
- 前記第1のガス供給部は前記エッチングガスを前記拡散空間に供給する前に当該拡散空間に前記シリコン窒化膜を改質するための改質ガスを供給し、
前記プラズマ発生部は、当該改質用ガスを活性化することを特徴とする請求項4または5に記載の基板処理装置。 - 前記第1のガス吐出孔よりも前記拡散空間側に、その内部のガス流路が前記第1のガス
吐出孔に連通するように設けられ、活性化された第1のガス中のイオンをトラップするイオントラップ部を備えたことを特徴とする請求項4ないし6のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記複数の領域は、前記基板の中心軸を中心とする中央領域と、前記中央領域を囲む周縁領域と、を含み、
記第2のガス供給部は、前記中央領域に対して第2のガスを供給する中央側ガス供給部と、
前記周縁領域に対して第2のガスを供給する周縁側ガス供給部と、を備えることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の基板処理装置 - 前記仕切り部は板状体により構成され、
前記中央側ガス供給部は、前記板状体の周囲に形成された中央領域用のガス導入路と、一端側が前記ガス導入路に連通するように前記板状体の内部に形成され、他端側が前記ガス吐出面に沿って前記板状体の中央領域まで引き出されると共に前記第2のガス吐出孔が開口する中央領域用のガス流路と、を備え、
前記周縁側ガス供給部は、前記板状体の周囲に形成された周縁領域用のガス導入路と、一端側が当該ガス導入路に連通するように前記板状体の内部に形成され、他端側が前記ガス吐出面に沿って前記板状体の周縁領域に引き出されると共に、前記第2のガス吐出孔が開口する周縁領域用のガス流路と、を備えたことを特徴とする請求項8に記載の基板処理装置。 - 前記中央領域用のガス流路の他端側は、前記板状体の中央領域まで引き出され、分岐していることを特徴とする請求項9に記載の基板処理装置。
- 前記中央領域用のガス流路、前記周縁領域用のガス流路は各々複数設けられ、
前記仕切り部の厚さ方向を高さ方向とすると、前記複数の中央領域用のガス流路の各々にガスを供給するためにガスを拡散させる中央領域用の拡散流路と、
前記複数の周縁領域用の流路の各々にガスを供給するためにガスを拡散させる周縁領域用の拡散流路と、が高さ方向の位置が互いに異なるように設けられていることを特徴とする請求項9に記載の基板処理装置。 - 前記第1のガスは、基板を処理する処理ガスであり、前記第2のガスは、不活性ガスであることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 処理容器内の載置台に基板を載置し、ガスを供給して基板を処理する基板処理装置において、
前記載置台に対向して設けられ、基板が配置される処理空間と第1のガスが拡散する拡散空間との間に設けられた仕切り部と、
前記拡散空間に前記第1のガスを供給するための第1のガス供給部と、
前記仕切り部を厚さ方向に貫通して形成され、前記拡散空間に拡散した第1のガスを前記処理空間に吐出させるための複数の第1のガス吐出孔と、
前記仕切り部における前記処理空間側のガス吐出面に開口する複数の第2のガス吐出孔を含み、前記第1のガスとは独立して第2のガスを、当該処理空間において横方向に並んだ複数の領域に各々独立して供給する第2のガス供給部と、を備えた基板処理装置を用いた基板処理方法において、
前記拡散空間に供給された前記第1のガスを活性化して前記処理空間に供給し、前記基板の表面に形成されたシリコン窒化膜をエッチングするエッチング工程と、
前記処理空間における前記活性化された前記第1のガスの分布を調整するために、当該処理空間において横方向に並んだ複数の領域に各々第2のガスを供給する分布調整工程と、
前記エッチング工程及び分布調整工程の後に行われ、前記シリコン窒化膜の表面における酸化膜を除去するための酸化膜除去ガスを、前記第1のガス供給部から前記拡散空間を介して前記処理空間に供給するか、前記第2のガス供給部から前記処理空間に供給する工程と、を備えることを特徴とする基板処理方法。 - 前記エッチング工程及び分布調整工程の前に行われ、前記基板の表面における酸化膜を除去するための酸化膜除去ガスを、前記第1のガス供給部から前記拡散空間を介して前記処理空間に供給するか、前記第2のガス供給部から前記処理空間に供給する工程と、を備える請求項13記載の基板処理方法。
- 前記エッチング工程及び分布調整工程の前に、前記第1のガス供給部から前記拡散空間に前記シリコン窒化膜を改質するための改質ガスを供給する工程と、
当該改質ガスを活性化して、前記基板に供給する工程と、を備えることを特徴とする請求項13または14に記載の基板処理方法。
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