JPH01307443A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、プラズマ処理装置に関する。

（従来の技術） 近年、超ＬＳＩ等集積回路の高集積化・高速化高密度化
に伴い、ゲート電極やコンタクト・ホールやスルー・ホ
ール等の形成の為に、多結晶Ｓｉに比べ抵抗が１桁以上
低いＷ（タングステン）等の高融点金属の金属薄膜を堆
積させる技術が重要となってきている。

上記のような金属薄膜を形成する手段としては、膜成長
用ガスを被処理基板の被処理面上に成長させるメタルＣ
ＶＤ装置で金属薄膜を形成している。

又、最近では、膜厚をより均一に形成するために、被処
理基板を石英板に固定し、石英板側から赤外光等の加熱
光を照射することにより被処理基板を加熱して、この加
熱した状態でＣＶＤ処理を行なうものがある。

ここで、上記のようなＣＶＤ装置による金属薄膜を形成
する場合、このＣＶＤ処理をする前工程装置から被処理
基板例えば半導体ウェハをＣＶＤ装置に移送する時に、
半導体ウェハの表面に自然酸化膜が例えば数十人程度形
成されてしまい、この酸化膜上に金属′ｓＷＡを形成し
たとしても、半導・　　体ウェハ表面と金属の間の電気
的接触抵抗が高くなり１．より品質を向上させるために
は、成膜容器内で、まず上記ｉｖＡ酸化膜をプラズマエ
ツチングし、その後ＣＶＤ処理を行ないたいという要求
が高まってきている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、同一容器内で、プラズマエッチング、お
よびＣＶＤ処理を行なう場合、被処理基板例えば半導体
ウェハを設置する設置板は、エツチングするためにプラ
ズマ発生電極を兼ねて電気良導体とする必要があり、又
、ＣＶＤ処理のため、高温加熱に耐えろる耐熱性とする
必要がある。ここで、従来のプラズマエツチング装置の
ウェハ設置電極は、例えば特開昭６１−１７４６３２号
、特開昭６１−１７１１２８号公報等に開示されている
ように、アルミニウム製等で形成されているため、電気
良導体ではあるが、耐熱性の点で不足している。このた
めウェハ設置電極を加熱すると、設置電極に歪み等が発
生し、このことから設置電極に設置されたウェハに均一
に熱を伝導することが困難となり、このことによりＣＶ
Ｄ処理において、所望する薄膜を均一に堆積することが
出来ないという問題点があった。

この発明は上記点に対処してなされたもので、処理ガス
のプラズマ化を容易にし、かつ他の加熱しながら処理を
実行する場合にも対応可能とする汎用性の高いプラズマ
処理装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、電極間のガスをプラズマ化し処理する装置
において、上記一方の電極に接して被処理基板を設け、
この被処理基板を設けた電極を耐熱性電気良導体で構成
したことを特徴とする。

（作用効果） 一方の電極に接して被処理基板を設け、この被処理基板
を設けた電極を耐熱性電気良導体で構成したことにより
、処理ガスのプラズマ化を容易に行なえ、かつ、他の加
熱しながら処理を実行する場合にも対応可能とし、汎用
性が向上する効果が得られる。

（実施例） 次に、本発明装置を半導体製造工程の板葉処理による薄
膜形成工程で、自然酸化膜をプラズマエツチング処理し
た後高融点金属の薄膜形成に適用した一実施例につき図
面を参照して説明する。

この装置は、第１図に示すように、冷却水等で壁面を冷
却可能で気密な円筒状ＡＱ（アルミニウム）製反応チャ
ンバ（１）が電気的に接地して設けられている。この反
応チャンバ■上方に、被処理基板例えば被処理面である
ＳｉとＳｉｎ、のパターン構造をもつ半導体ウェハ■を
、被処理面が下向きになる如く設置可能で、後に説明す
る加熱光により急加熱（ラピッドサーマル）可能で、な
おかつ、プラズマ発生用として電気良導体の材質例えば
グラファイト製の設置板■が設けられている。この設置
板■は、第２図に示すように加熱を促進し、プラズマ電
極を兼ねるため略円環形状となるように半導体ウェハ■
の形状より、やや小さめな切欠き部（へ）が設けられて
いて、ウェハ■の設置時は、ウェハ■の周縁とグラファ
イト製の設置板■とが接触するようになっている。又、
超微細技術に対応して、グラファイト製の設置板■には
、抵抗例えば数Ω口から数１０００Ｃ１１の材質例えば
シリコンカーバイトがコーティングされていて、グラフ
ァイトからの塵等の発生が防止されている。さらに、設
置板■の上方には、設置板■の外周縁部に接して支持す
る導電性例えばＡＱ製で円筒状の支持体０が、上記反応
チャンバ■とリング状絶縁部材０を介して設けられてい
る。そして、上記支持体０は、プラズマ励起周波数例え
ば１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源■に電気的に接続され、
上記支持体■に接続された設置板■が、プラズマ発生電
極となる。一方反応チャンバ■は接地電位に設定されて
いる。

そして、上記設置板■近傍には、例えば半導体ウェハ■
の外縁を用いて設置板■に半導体ウェハ■を固定する如
く、例えばエアシリンダ等の昇降機構（ハ）を備えた支
持体０が設けられている。また、設置板■の上方には石
英ガラス製の窓（１０）を通して設置板■に設けられた
ウェハ■を例えば３００℃〜ｔｏｏｏ℃に加熱可能なＩ
Ｒランプ（ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｒａｙｌａｍｐ）　（１
１）が設けられている。そして、設置板０近辺の反応チ
ャンバ■上壁には、排気例えば２ケ所の排気口（１２）
が設けられ、この排気口（１２）には、反応チャンバω
内を所望の圧力に減圧及び反応ガス等を排出可能な真空
ポンプ（１３）例えばターボ分子ポンプ等が接続されて
いる。

また、反応チャンバ■の下方には、膜成長用ガスやキャ
リアガスやエツチングガス等を流出する多数の微少な流
出口をもつ円環状のガス導入口（１４）が２系統独立し
て設けられている。これらガス導入口（１４）は流量制
御機構（１５）例えばマス・フロー・コントローラ等を
介してガス供給源に接続されている。また、設置板■と
ガス導入口（１４）の間には、ガスの流れを制御するた
めの例えばステッピングモータ等の直線移動による移動
機構（１６）を備えた円板状制御板（１７）が設けられ
ている。

そして１反応チャンバα）の−側面には自動開閉例えば
昇降機構により開閉可能なゲートバルブ（１８）を介し
て、半導体ウェハ■を反応チャンバ（１）内に搬入及び
搬出するため、伸縮回転自在にウェハ■を保持搬送する
ハンドアーム（１９）と、ウェハ■を例えば２５枚程度
所定の間隔を設けて積載収納したカセット（２０）を載
置して昇降可能な載置台（２１）を内蔵した気密な搬送
予備室（２２）が配設しである。

また、上記構成の膜形成を行なうプラズマ処理装置は制
御部（２３）でプラズマ処理動作制御される・次に、上
述したプラズマ処理装置による半導体ウェハ■への成膜
方法を第３図に示すフロー図に従って説明する。

予備室（２２）の図示しない開閉口よりロボットハンド
又は人手により、例えば被処理半導体ウェハ■が２５枚
程度収納されたカセット（２ｏ）を、昇降可能な載置台
（２１）上に載置する（Ａ）、この時、ゲートバルブ（
１８）は閉じた状態で、反応チャンバω内は既に、真空
ポンプ（１３）の働きで所望の低圧状態となる様に減圧
操作されている。そして、カセット（２０）をセットし
た後、搬送予備室（２２）の図示しない開閉口は気密と
なる如く自動的に閉じられ。

図示しない真空ポンプで反応チャンバ０）と同程度に減
圧される（Ｂ）０次に、ゲートバルブ（１８）が開かれ
（Ｃ）、所望の低圧状態を保持した状態で載置台（２１
）の高さを調整することにより、半導体ウェハ■を伸縮
自在なハンドアーム（１９）で、カセット（２０）から
所望の１枚を取り出し、反応チャンバω内に搬入する（
Ｄ）。この時、支持体■は昇降機構（へ）により下降し
、ウェハ■を被処理面を下向きに支持体■）上に設置す
る。そして、昇降機構（へ）で支持体０を上昇し、ウェ
ハ〇の周縁部を設置板（■と支持体０で挟持し固定設定
する（Ｅ）、この半、導体ウェハ■を設置板■への設定
が終了すると、ハンドアーム（１９）を搬送予備室（２
２）内に収納し、ゲートバルブ（１８）を閉じる（Ｆ）
。

次に半導体ウェハ■被処理面への処理を開始する。

″まず、半導体ウェハ■の表面に形成された自然酸化膜
をエツチングして除去するクリーニング処理を実行する
（Ｇ）。

この処理は、反応チャンバ（ト）内を所望の低圧状態例
えば数十〜数百ｍＴｏｒｒに保つように真空ポンプ（１
３）で排気制御しながら、ガス導入口（１４）を開いて
、流量調整機構（１５）で流量を調節しながら処理ガス
例えばＡｒガスを均一に拡散して上記ウェハ■上に供給
する。そして、グラファイト製の設置板（３）に接続さ
れている導電性の支持体■とチャンバ■壁間にＲＦ電源
■がら電力例えば４００　（Ｗ）を印加する。すると、
上記導電体の支持体■に接続しているグラファイト製設
置板■に電力が印加され、反応チャンバ■が接地電極の
ため、上記設置板■との間に放電がおこり、半導体ウェ
ハ■上に供給された処理ガスがプラズマ化され、このプ
ラズマ化されたガスにより上記ウェハ■上に形成された
自然酸化膜を例えば１００人／ｗｉｎ程度でエツチング
する。この時、上記電力の印加により、支持体■が高温
となるため、図示しない冷却機構により支持体■を例え
ば２０℃程度に冷却制御しておく。

上記のようなプラズマエツチング処理を終了後、半導体
ウェハ■の被処理面に化学的気相成長法により金属薄膜
を形成する（Ｈ）。

この処理は、反応チャンバω内を所望の低圧状態例え、
ば１００〜２００ｍｍＴｏｒｒに保つ如く真空ポンプ（
１３）で排気制御しながら、ＩＲランプ（１１）から加
熱光である赤外光を耐熱性のグラファイト製の設でいる
半導体ウェハ■が急加熱される。

この時、半導体ウェハ■の被処理面の温度を工Ｒランプ
■で例えば４０〜５３０℃程度となる如くウェハ■から
放射される赤外線をパイロメーターを用いて制御するか
、高感度熱電対を用いてウェハ■の温度を直接検知して
制御する。そして、ガス導入口（１４）を開いて、流量
制御機構（１５）で反応ガスを構成する膜成長用ガス例
えばＷＦ、とキャリアガス例えばＨ２及びＡｒを流出し
、化学的な気相成長を行なう、この処理に際し、支持体
■のウェハ■当接面は熱伝導率の低いセラミック等で構
成すると、ウェハ■の熱分布が一様となり、処理ムラが
防止できる。

上記のように化学的な気相成長を行なうと、半導体ウェ
ハ■の被処理面等に形成されたホール等に金属例えばＷ
（タングステン）の膜を選択的に堆積することができる
。

そして、所望の膜形成が終了すると、反応ガスの流出が
止められ、昇降機構（ｅで支持体（へ）がウェハ■を支
持した状態で降下し、ゲートバルブ（１８）が開かれ（
Ｉ）、伸縮回転自在なハンドアーム（１９）により半導
体ウェハ■を反応チャンバ■より搬出する（Ｊ）ととも
にゲートバルブ（１８）を閉じて（Ｋ）処理が完了する
。この処理が完了後、カセット（２０）内に未処理ウェ
ハが無いか確認しくＬ）、未処理ウェハがある場合再び
上記のエツチング処理および化学的気相成長処理を実行
し１．未処理ウェハがない場合、終了する。

又、上記のように被処理基板例えば半導体ウェハ■の被
処理面に、化学的気相成長法により薄膜例えばＷ（タン
グステン）膜を成膜する際、密閉容器を構成する反応チ
ャンバ（υの壁表面に極わずかではあるがＷ膜が付着し
堆積してしまうことがある。この反応チャンバ■の壁表
面に付着堆積したＷ膜をプラズマエツチングによりセル
フクリーニングすることも可能である。次に、このセル
フクリーニング処理について説明する。

設置板■に被処理基板例えば半導体ウェハ■を設置しな
い状態で１反応チャンバω内を所望の低圧状態例えば数
十〜数百１ｍＴＯｒｒに保つように真空ポンプ（１３）
で排気制御を行なう、この排気状態でガス導入口（１４
）を開いて、流量調節器（１５）で流量を調節しながら
処理ガス例えばＮＦ３　を反応チャンバ■内に供給する
。そして、設置板■に接続している導電体の支持体０に
ＲＦ電源■から電力例えば４００　（Ｗ）を印加する。

このことにより、上記導電体の支持体０に接続している
グラファイト製の設置板■に電力が印加され、反応チャ
ンバ■が接地電極のため、上記設置板■との間に放電が
おこり、反応チャンバ■内に供給された処理ガスである
ＮＦ３　がプラズマ化され、このプラズマ化されたガス
により、反応チャンバ（ト）の壁表面に付着し堆積した
Ｗ膜を例えば２０００〜３０００人、／＋ｉｎプラズマ
エツチングする。

上記のようなプラズマエツチングによる反応チャンバの
セルフクリーニング処理は１反応チャンバにＷ膜がある
程度堆積した毎に行なう。例えば予め所定数の被処理基
板のＣＶＤ処理を実行した毎に行なうように設定してお
く。又、ＣＶＤ処理のガスの種類により反応チャンバの
壁表面に堆積する量が異なるので適宜セルフクリーニン
グのタイミングを選択的に決定して良いことは言うまで
もない。

上記のようにセルフクリーニングを所定毎に実行するこ
とにより、反応チャンバ内をいつも清浄な状態とするこ
とができ１反応チャンバに付着堆積したＷ膜等が塵とな
り、ＣＶＤ処理に悪影響を与えることを防止できる。

上述したように、被処理基板例えば半導体ウェハを設置
する設置板を、耐熱性で電気良心体で構成したものを使
用することにより、洗浄のためのエツチング処理時に、
上記耐熱性電気良港体に電力を印加し、処理ガスを均一
にプラズマ化してエツチング処理を安定して行なうこと
が可能となり、又、成膜時に、上記設置板側から加熱光
である赤外光を照射しなからＣＶＤ処理を行なえるので
均一で安定した成膜が可能となる。

この発明は上記実施例に限定されるものではなく、例え
ば被処理基板を設置する設置板は、耐熱性電気良導体で
あれば何れでも良く、例えば導電性のセラミックスや超
電導体のセラミックスでも良いことは言うまでもない。

又、設置板形状も、略円環状のものに限定されるもので
はなく、円板状のプレート型でも良い、この円板状の設
置板を使用する場合、ＣＶＤ処理による被処理基板の加
熱は、設置板からの輻射熱により行ない、エツチングお
よびＣＶＤ処理時には連続加熱状態で実行しても良い。

この時、設置板に冷却機構を設け、エツチング時には冷
却し、ＣＶＤ時には加熱状態とする如く構成しても良い
。又、円板状の設置板とすると、より均一にプラズマの
発生が可能となる。さらにエツチング処理するものは自
然酸化膜でなくとも良く、後に行なうＣＶＤ処理の前工
程としてプラズマエツチングを実行しても良い。さらに
又、設置板■とガス導入口（１４）の間に設けた円板状
制御板（１７）の位置を移動機構（１４）で調整するこ
とで、設置された半導体ウェハ■の被処理面に、より均
一に反応ガスが接する如く、反応ガスの流れを制御する
ことができる。さらに又、ＣＶＤ処理による成膜におい
ても、どのような処理でも良く例えばプラズマＣＶＤ処
理で行なっても良いことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を説明するための装置構
成説明図、第２図は第１図装置の設置板説明図、第３図
は第１図装置の処理動作を示すフロー図である。 １・・・反応チャンバ　　　　２・・・半導体ウェハ３
・・・設置板　　　　　　　４・・・切欠き部７・・・
ＲＦ電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電極間のガスをプラズマ化し処理する装置において、
   上記一方の電極に接して被処理基板を設け、この被処理
   基板を設けた電極を耐熱性電気良導体で構成したことを
   特徴とするプラズマ処理装置。