JP2010238739A - Plasma processing method - Google Patents
Plasma processing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010238739A JP2010238739A JP2009082286A JP2009082286A JP2010238739A JP 2010238739 A JP2010238739 A JP 2010238739A JP 2009082286 A JP2009082286 A JP 2009082286A JP 2009082286 A JP2009082286 A JP 2009082286A JP 2010238739 A JP2010238739 A JP 2010238739A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- pressure
- microwave
- plasma processing
- preheating
- 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.)
- Pending
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 74
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 51
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 49
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 47
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 21
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 61
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 59
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 50
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 31
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
本発明は、プラズマ、例えばマイクロ波プラズマを用いて被処理体に窒化処理や酸化処理等のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing method for performing plasma processing such as nitriding processing or oxidation processing on an object to be processed using plasma, for example, microwave plasma.
各種半導体装置の製造においては、被処理体である半導体ウエハ(以下単にウエハと記す)に酸化処理、窒化処理、成膜処理等のウエハを加熱しながら行われるプラズマ処理が存在する。 In the manufacture of various semiconductor devices, there are plasma processes performed while heating a wafer such as an oxidation process, a nitriding process, and a film forming process on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) that is a target object.
例えば、窒化処理としては、近時のデバイスの微細化・高速化の要求にともなって、MOS型やMIS型トランジスタのゲート酸化膜の電気的膜厚の低減を目的としたゲート酸化膜の窒化処理が注目されている(例えば特許文献1等)。また、MIS型トランジスタのゲート絶縁膜をシリコン基板を直接窒化処理して形成するプロセスも知られている(特許文献2等)。 For example, as a nitriding process, a nitriding process of a gate oxide film for the purpose of reducing the electrical film thickness of the gate oxide film of a MOS type or MIS type transistor in accordance with the recent demand for miniaturization and high speed of devices. Has attracted attention (for example, Patent Document 1). A process for forming a gate insulating film of a MIS transistor by directly nitriding a silicon substrate is also known (Patent Document 2 etc.).
このような窒化処理を行うプラズマ装置としては、上記特許文献2に示されているような、複数のスロットを有するRLSA(Radial Line Slot Antenna;ラジアルラインスロットアンテナ)にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることによりマイクロ波プラズマを発生させ、チャンバー内の載置台に載置された状態の半導体基板にプラズマ処理を施すRLSAマイクロ波プラズマ処理装置が知られている。このRLSAマイクロ波プラズマ処理装置は、高密度で低電子温度のプラズマを生成することができ、低ダメージでかつ高効率の処理を行うことができる。 As a plasma apparatus for performing such nitriding treatment, a microwave is introduced into the processing chamber by a RLSA (Radial Line Slot Antenna) having a plurality of slots as shown in Patent Document 2 above. An RLSA microwave plasma processing apparatus is known in which microwave plasma is generated by generating plasma and plasma processing is performed on a semiconductor substrate mounted on a mounting table in a chamber. This RLSA microwave plasma processing apparatus can generate plasma with high density and low electron temperature, and can perform processing with low damage and high efficiency.
ところで、このような窒化処理は、サセプタを400〜500℃程度に加熱しておき、その上にウエハを載置して行うが、ウエハの温度を安定させて処理のウエハ間ばらつきを低減させる目的等で、窒化処理に先立ってサセプタからの熱によりまたはサセプタの熱に加えてチャンバー内にガスを導入してウエハを予備加熱(プリヒート)することが行われている。プリヒートを行うことで窒化レートの向上をも図ることができる。 By the way, such a nitriding process is performed by heating the susceptor to about 400 to 500 ° C. and placing the wafer thereon, but the purpose is to stabilize the temperature of the wafer and reduce the variation between the wafers in the process. For example, prior to nitriding, the wafer is preheated by introducing gas into the chamber by heat from the susceptor or in addition to heat from the susceptor. By performing preheating, the nitriding rate can be improved.
しかしながら、サセプタからの熱によりプリヒートを行う場合には、チャンバー内は減圧状態であるため、常温のウエハを昇温して所定の温度に安定させ、かつチャンバー内コンデションが安定するまでに長い時間がかかり、処理のスループットを低下させてしまう。チャンバー内にガスを導入してもその伝熱向上効果は限定的であり、やはりプリヒートの時間は長いものとなってしまう。 However, when preheating is performed by heat from the susceptor, the chamber is in a reduced pressure state, so that it takes a long time to raise the temperature of the room temperature wafer to stabilize it at a predetermined temperature and to stabilize the condition in the chamber. Will reduce the throughput of processing. Even if gas is introduced into the chamber, the effect of improving the heat transfer is limited, and the preheating time is long.
また、窒化処理に限らずゲート酸化膜形成等に用いられるプラズマ酸化処理の際にも300〜800℃という比較的高温が必要であり、プリヒートの適用が有効であるが、やはりスループット上の問題が生じる。 Further, not only nitriding but also plasma oxidation used for forming a gate oxide film requires a relatively high temperature of 300 to 800 ° C., and preheating is effective, but there is still a problem with throughput. Arise.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、被処理体の加熱をともなうプラズマ処理を行う際に、処理前の予備加熱を短時間で行うことができるプラズマ処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a plasma processing method capable of performing preheating before processing in a short time when performing plasma processing with heating of an object to be processed. Objective.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点では、処理容器内に被処理体を配置し、前記被処理体を加熱しながら被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、処理に先立って被処理体にプラズマを照射しつつ被処理体を予備加熱する工程と、予備加熱後に前記処理容器内に処理ガスを供給して被処理体に対してプラズマ処理を行う工程と
を有することを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method in which a target object is disposed in a processing container, and the target object is subjected to plasma processing while heating the target object. Prior to processing, a process of preheating the target object while irradiating the target object with plasma, and a process of supplying a processing gas into the processing container after the preheating and performing a plasma process on the target object. A plasma processing method is provided.
上記第1の観点において、前記プラズマ処理としてプラズマ窒化処理を用いることができる。また、前記プラズマ処理としてプラズマ酸化処理を用いることもできる。 In the first aspect, a plasma nitriding process can be used as the plasma process. Further, plasma oxidation treatment can be used as the plasma treatment.
また、前記プラズマ処理は、マイクロ波プラズマによって行うことができる。この場合に、前記マイクロ波プラズマは、複数のスロットを有する平面アンテナと、該平面アンテナを介して前記処理容器内にマイクロ波を導くマイクロ波導入手段とを有するマイクロ波生成機構により生成されたものを用いることができる。 The plasma treatment can be performed by microwave plasma. In this case, the microwave plasma is generated by a microwave generation mechanism having a planar antenna having a plurality of slots and a microwave introducing means for guiding the microwave into the processing container via the planar antenna. Can be used.
上記第1の観点において、前記予備加熱する工程は、前記処理容器内の圧力を99〜1000Paにする工程を含むことが好ましい。 In the first aspect, the preliminary heating step preferably includes a step of setting the pressure in the processing container to 99 to 1000 Pa.
また、前記予備加熱する工程に先立って、前記処理容器内の圧力を第1の圧力に向けて徐々に増加させてプラズマ着火条件に移行する工程と、前記第1の圧力に達したときに第1のマイクロ波出力にてプラズマを着火する工程と、着火した後前記第1の圧力から第2の圧力に圧力調整を行う工程とを行うことが好ましい。この場合に、前記予備加熱する工程は、前記第2の圧力によって行われることが好ましい。この場合に、前記プラズマ処理は、前記第1のマイクロ波出力から第3のマイクロ波出力に変更するとともに、前記処理容器内の圧力を前記第2の圧力から第3の圧力に変更して行われることが好ましい。 Further, prior to the preliminary heating step, the step of gradually increasing the pressure in the processing vessel toward the first pressure to shift to the plasma ignition condition, and the first step when the first pressure is reached. It is preferable to perform a step of igniting plasma with a microwave output of 1, and a step of adjusting the pressure from the first pressure to the second pressure after ignition. In this case, it is preferable that the preheating step is performed by the second pressure. In this case, the plasma processing is performed by changing the first microwave output to the third microwave output and changing the pressure in the processing container from the second pressure to the third pressure. Are preferred.
本発明の第2の観点では、コンピュータ上で動作し、プラズマ処理装置を制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第1の観点のプラズマ処理方法が行われるように、コンピュータに前記プラズマ処理装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a storage medium that operates on a computer and stores a program for controlling a plasma processing apparatus. The program is executed by the plasma processing method according to the first aspect at the time of execution. As described above, the present invention provides a storage medium that causes a computer to control the plasma processing apparatus.
本発明によれば、処理に先立って被処理体にプラズマを照射しつつ被処理体を予備加熱するので、迅速に予備加熱を行うことができ、処理のスループットを高めることができる。 According to the present invention, the object to be processed is preheated while irradiating the object to be processed with plasma prior to the processing, so that the preheating can be performed quickly and the throughput of the process can be increased.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理方法を実施するためのプラズマ処理装置を示す断面図である。このプラズマ処理装置は、複数のスロットを有する平面アンテナ、特にRLSA(Radial Line Slot Antenna;ラジアルラインスロットアンテナ)にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波プラズマを発生させ得るRLSAマイクロ波プラズマ処理装置として構成されており、プラズマ窒化処理を行うものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a plasma processing apparatus for performing a plasma processing method according to an embodiment of the present invention. This plasma processing apparatus introduces microwaves into a processing chamber using a planar antenna having a plurality of slots, particularly an RLSA (Radial Line Slot Antenna) to generate plasma, thereby achieving high density and low electron density. It is configured as an RLSA microwave plasma processing apparatus that can generate microwave plasma at a temperature, and performs plasma nitriding.
このプラズマ処理装置100は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー1を有している。チャンバー1の底壁1aの略中央部には円形の開口部10が形成されており、底壁1aにはこの開口部10と連通し、下方に向けて突出する排気室11が設けられている。
The
チャンバー1内には被処理基板であるウエハWを水平に支持するためのAlN等のセラミックスからなるサセプタ(載置台)2が設けられている。このサセプタ2は、排気室11の底部中央から上方に延びる円筒状のAlN等のセラミックスからなる支持部材3により支持されている。サセプタ2の外縁部にはウエハWをガイドするためのガイドリング4が設けられている。また、サセプタ2には抵抗加熱型のヒータ5が埋め込まれており、このヒータ5はヒータ電源5aから給電されることによりサセプタ2を加熱して、その熱で被処理体であるウエハWを加熱する。また、載置台2には、熱電対6が挿入されており、ウエハWの加熱温度を、例えば室温から900℃までの範囲で温度制御可能となっている。チャンバー1の内周には、不純物の少ない石英からなる円筒状のライナー7が設けられ、チャンバー構成材料による金属汚染を防止している。また、載置台2の外周側には、チャンバー1内を均一排気するための複数の孔8aが形成されたバッフルプレート8が環状に設けられ、このバッフルプレート8は、複数の支柱9により支持されている。
In the
サセプタ2には、ウエハWを支持して昇降させるための3本(2本のみ図示)のウエハ支持ピン42がサセプタ2の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン42は支持板43に固定されている。そして、ウエハ支持ピン42は、エアシリンダ等の駆動機構44により支持板43を介して昇降される。
The susceptor 2 is provided with three (only two are shown) wafer support pins 42 for supporting the wafer W to be moved up and down so as to protrude and retract with respect to the surface of the susceptor 2. It is fixed to the
チャンバー1の側壁には環状をなすガス導入部材15が設けられており、このガス導入部材15にはガス供給系16が接続されている。ガス導入部材はシャワー状に配置してもよい。このガス供給系16は、例えばArガス供給源17およびN2ガス供給源18を有しており、これらのガスが、それぞれガスライン20を介してガス導入部材15に至り、ガス導入部材15からチャンバー1内に導入される。ガスライン20の各々には、マスフローコントローラ21およびその前後の開閉バルブ22が設けられている。なお、前記N2ガスに代えて、例えばNH3ガス、N2とH2との混合ガスなどを用いることもできる。また、後述するようにArガスに代えて他の希ガス、例えばKr、He、Ne、Xeなどのガスを用いてもよく、また希ガスは含まなくてもよい。
An annular
上記排気室11の側面には排気管23が接続されており、この排気管23には高速真空ポンプを含む排気装置24が接続されている。そしてこの排気装置24を作動させることによりチャンバー1内のガスが、排気室11の空間11a内へ均一に排出され、排気管23を介して排気される。これによりチャンバー1内を所定の真空度、例えば0.133Paまで高速に減圧することが可能となっている。
An
チャンバー1の側壁には、プラズマ処理装置100に隣接する搬送室(図示せず)との間でウエハWの搬入出を行うための搬入出口25と、この搬入出口25を開閉するゲートバルブ26とが設けられている。
On the side wall of the
チャンバー1の上部は開口部となっており、この開口部の周縁部に沿ってリング状のリッド27が設けられている。このリッド27に、例えば石英やAl2O3、AlN等のセラミックスのような絶縁体からなり、マイクロ波を透過するマイクロ波透過板28がシール部材29を介して気密に設けられている。したがって、チャンバー1内は気密に保持される。
The upper portion of the
マイクロ波透過板28の上方には、サセプタ2と対向するように、円板状の平面アンテナ31が設けられている。この平面アンテナ31はチャンバー1の側壁上端に係止されている。平面アンテナ31は、マイクロ波透過板よりも少し大きな径を有し、例えば表面が銀または金メッキされた銅またはアルミニウムまたはNiからなる円板であり、多数のマイクロ波放射孔32(スロット)が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。
A disk-shaped
このマイクロ波放射孔32は、例えば図2に示すように長い形状をなすものが対をなし、典型的には対をなすマイクロ波放射孔32同士が「T」字状に配置され、これらの対が複数、同心円状に配置されている。スロット32の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長(λg)に応じて決定され、例えばマイクロ波放射孔32の間隔は、λg/4〜λgとなるように配置される。なお、図2においては、同心円状に形成された隣接するスロット32同士の間隔をΔrで示している。また、スロット32は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット32の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
As shown in FIG. 2, for example, the microwave radiation holes 32 form a pair, and the pair of microwave radiation holes 32 are typically arranged in a “T” shape. A plurality of pairs are arranged concentrically. The lengths and arrangement intervals of the
この平面アンテナ31の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する遅波材33が設けられている。遅波材33は、例えば石英、セラミックス、フッ素系樹脂やポリイミドのような樹脂等で形成することができる。この遅波材33は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ31とマイクロ波透過板28との間、および、遅波材33と平面アンテナ31との間は、密着して配置されているが、離間していてもよい。
A slow wave material 33 having a dielectric constant larger than that of a vacuum is provided on the upper surface of the
チャンバー1の上面には、これら平面アンテナ31および遅波材33を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材からなる導波管機能を有するカバー部材34が設けられている。チャンバー1の上面とカバー部材34とはシール部材35によりシールされている。カバー部材34には、冷却水流路34aが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、カバー部材34、遅波材33、平面アンテナ31、マイクロ波透過板28を冷却して、これらの破損、変形を防止するようになっている。なお、カバー部材34は接地されている。
A
カバー部材34の上壁の中央には開口部36が形成されており、この開口部36には導波管37が接続されている。この導波管37の端部には、マッチング回路38を介してマイクロ波発生装置39が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置39で発生した例えば周波数2.45GHzのマイクロ波が導波管37を介して上記平面アンテナ31へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、8.35GHz、1.98GHz等を用いることもできる。
An opening 36 is formed at the center of the upper wall of the
導波管37は、上記カバー部材34の開口部36から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管37aと、この同軸導波管37aの上端部にモード変換器40を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管37bとを有している。矩形導波管37bと同軸導波管37aとの間のモード変換器40は、矩形導波管37b内をTEモードで伝播するマイクロ波をTEMモードに変換する機能を有している。同軸導波管37aの中心には内導体41が延在しており、この内導体41の下端部は、平面アンテナ31の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管37aの内導体41を介して平面アンテナ31へ均一に効率よく伝播される。
The
マイクロ波プラズマ処理装置100の各構成部は、制御部50に接続されて制御されるようになっている。制御部50はコンピュータで構成されており、図3に示すように、マイクロプロセッサを備えたプロセスコントローラ51と、このプロセスコントローラに接続されたユーザーインターフェース52および記憶部53とを備えている。
Each component of the microwave
プロセスコントローラ51は、プラズマ処理装置100において、温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力、バイアス印加用の高周波電力等のプロセス条件が所望のものとなるように、各構成部、例えばヒータ電源5a、ガス供給系16、排気装置24、マイクロ波発生装置39などを制御するようになっている。
In the
ユーザーインターフェース52は、オペレータがプラズマ処理装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部53は、プラズマ処理装置100で実行される各種処理をプロセスコントローラ51の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置100の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納されている。
The
制御プログラムや処理レシピは記憶部53の中の記憶媒体(図示せず)に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、CDROM、DVD、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、記憶媒体に記憶しておく代わりに、処理レシピ等を他の装置から、例えば専用回線を介して適宜伝送させるようにしてもよい。
Control programs and processing recipes are stored in a storage medium (not shown) in the
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース52からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部53から呼び出してプロセスコントローラ51に実行させることで、プロセスコントローラ51の制御下で、プラズマ処理装置100での所望の処理が行われる。
Then, if necessary, an arbitrary processing recipe is called from the
このように構成されたRLSA方式のプラズマ処理装置100においては、以下の手順でウエハWに対して窒化処理を行う。このときの手順を図4のフローチャートおよび図5のタイミングチャートに示す。
In the RLSA type
まず、ヒータ5によりサセプタ2の温度を例えば250〜800℃で加熱した状態で、ゲートバルブ26を開いて搬入出口25からウエハWをチャンバー1内に搬入し、サセプタ2上に載置する(工程1)。
First, in a state where the temperature of the susceptor 2 is heated to, for example, 250 to 800 ° C. by the
そして、Arガスを100〜5000mL/min(sccm)の流量で導入し(工程2)、チャンバー1内の圧力を、99〜200Pa(0.75〜1.50Torr)、例えば126.7Pa(0.95Torr)に調整して着火条件に移行し(工程3)、その後、マイクロ波を導入してプラズマ着火し(工程4)、引き続きチャンバー1内の圧力を99〜1000Pa(0.75〜7.5Torr)、好ましくは126.7Pa超400Pa以下(0.95Torr超3Torr以下)、例えば186.7Pa(1.4Torr)に上昇させて(工程5)、ウエハWに対してプラズマによるプリヒート(予備加熱)を行う(プラズマプリヒート;工程6)。このプラズマプリヒートは、ウエハ温度が安定するまで所定時間行う。工程6のプラズマプリヒートにおけるマイクロ波のパワーは1000〜3000Wが好ましく、パワー密度は0.5〜2.0W/cm2が好ましい。なお、工程5の圧力上昇の間もプラズマプリヒートの期間に含まれる。また、Arガスを導入して着火条件に移行する工程3の間にもウエハWはプリヒートされる。
Then, Ar gas is introduced at a flow rate of 100 to 5000 mL / min (sccm) (step 2), and the pressure in the
工程6のプラズマプリヒート終了後、チャンバー1内の圧力を6.65〜300Pa(0.05〜2.25Torr)に低下させる圧力調整を行い(工程7)、かつマイクロ波出力を調整し、チャンバー1内にN2ガスを導入し(工程8)、ウエハWに対してプラズマ窒化処理を行う(工程9)。
After completion of the plasma preheating in
窒化処理が終了した後、プラズマをオフにし、その後窒素ガスを停止し、図示しないパージガス供給系からチャンバー1内にパージガスを供給してチャンバー1内のパージを行い(工程10)、次いで、ゲートバルブ26を開いて搬入出口25からウエハWを搬出する(工程11)。パージは、Arガス供給源17からのArガスを用いて行ってもよい。
After the nitriding process is finished, the plasma is turned off, and then the nitrogen gas is stopped, and the purge gas is supplied into the
なお、上記プロセスにおいては、工程4のプラズマ着火を行ってからプリヒート圧力へ上昇させたが、プリヒート圧力でプラズマ着火を行うことにより、工程5の圧力上昇を省略することができる。
In the above process, the plasma ignition in
従来は、チャンバー1内の圧力を99〜200Pa(0.75〜1.50Torr)、例えば126.7Pa(0.95Torr)にした状態でプリヒートを行い、その圧力のままプラズマ着火を行って窒化処理に移行していた。しかしながら、このような条件のプリヒートでは、温度が安定するまでに時間がかかり、例えば126.7Pa(0.95Torr)の場合には70sec程度であり、窒化処理のスループットが十分なものではなかった。
Conventionally, pre-heating is performed in a state where the pressure in the
そこで、本実施形態では、プラズマを生成した状態でプリヒートを行う。これにより、プラズマによる加熱効果の効果によって加熱効率を高め、プリヒート時間を短縮することができる。 Therefore, in this embodiment, preheating is performed in a state where plasma is generated. Thereby, heating efficiency can be improved by the effect of the heating effect by plasma, and preheating time can be shortened.
この場合に、チャンバー1内の圧力を装置や処理に影響が出ない程度に極力高めることが好ましい。これにより、プラズマによる加熱効果と、チャンバー1内の圧力を高めて伝熱が良好になる効果の両方の効果によって、加熱効率を高め、プリヒート時間をより短縮することができる。
In this case, it is preferable to increase the pressure in the
このように、プラズマ生成と圧力上昇との両方により加熱効率を高めるのは、以下のような理由による。すなわち、チャンバー1内の圧力は装置や処理の制約等によりその条件には自ずと上限があり、チャンバー1内の圧力のみで、要求されるスループットを満たすほどの効果を得ることが困難な場合がある。一方、プラズマのみで要求されるスループットを満たそうとすると、マイクロ波出力の上昇にともなってウエハWにダメージを与えるおそれがある。これに対して、これらを併用することにより、このような不都合を防止しつつプリヒートの効率を高めて、プリヒート時間の短縮によるスループットの向上を実現することができる。
As described above, the reason why the heating efficiency is enhanced by both the plasma generation and the pressure rise is as follows. That is, the pressure in the
本実施形態において、プリヒートの際のプラズマ着火は、マイクロ波発生装置39をオンにして、そこで発生したマイクロ波を、マッチング回路38を経て導波管37に導き、矩形導波管37b、モード変換器40、および同軸導波管37aを順次通過させて内導体41を介して平面アンテナ31に供給し、平面アンテナ31のマイクロ波放射孔32からマイクロ波透過板28を介してチャンバー1内におけるウエハWの上方空間に放射させ、チャンバー1内に供給されたArガスを励起することにより行う。このとき、マイクロ波は、矩形導波管37b内ではTEモードで伝搬し、このTEモードのマイクロ波はモード変換器40でTEMモードに変換されて、同軸導波管37a内を平面アンテナ31に向けて伝搬されていく。平面アンテナ31からマイクロ波透過板28を経てチャンバー1に放射されたマイクロ波によりチャンバー1内で電磁界が形成され、Arガスが励起されてプラズマ化する。この際に、ウエハにダメージを与えない観点から、上述したようにマイクロ波のパワーは 1000〜3000Wが好ましく、パワー密度は0.5〜2.0W/cm2が好ましい。
In the present embodiment, plasma ignition during preheating is performed by turning on the
窒化処理の際の条件としては、Arガス流量を100〜5000mL/min(sccm)、N2ガス流量を10〜500mL/min(sccm)に設定し、チャンバー内の圧力を6.65〜300Pa(0.05〜2.25Torr)に調整し、ウエハWの温度を室温〜900℃程度とする。
The conditions during the nitriding process, Ar
また、窒化処理の際には、プリヒートの際に生成したプラズマを維持するが、そのとき窒化処理に適した条件になるように、マイクロ波パワーを調整する。好適には、マイクロ波のパワーを1000〜3000W、パワー密度を0.5〜2.0W/cm2程度に調整する。 Further, during the nitriding process, the plasma generated during the preheating is maintained, and at that time, the microwave power is adjusted so that the conditions are suitable for the nitriding process. Preferably, the microwave power is adjusted to 1000 to 3000 W, and the power density is adjusted to about 0.5 to 2.0 W / cm 2 .
マイクロ波プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ31の多数のマイクロ波放射孔32から放射されることにより、略1×1010〜5×1012/cm3の高密度で、かつウエハW近傍では略1.5eV以下、さらには略1.0eV以下の低電子温度プラズマとなり、ラジカルを主体とした下地へのダメージの少ない処理を実現することができる。
The microwave plasma has a high density of about 1 × 10 10 to 5 × 10 12 / cm 3 by being radiated from a large number of microwave radiation holes 32 of the
このような特性のマイクロ波プラズマを用いることにより、プリヒートの際、および窒化処理の際に、ウエハに対するダメージを極めて少ないものとすることができる。 By using microwave plasma having such characteristics, damage to the wafer can be extremely reduced during preheating and nitriding.
本実施形態のプラズマ窒化処理は、シリコン酸化膜や強誘電体酸化膜の表面を窒化するプロセスや、シリコン基板の直接窒化プロセスに適用することができる。前者はMOS型やMIS型トランジスタのゲート絶縁膜の窒化処理が代表例として挙げられ、後者はMIS型トランジスタの窒化珪素からなるゲート絶縁膜の形成のための窒化処理が代表例として挙げられる。また、DRAMのキャパシタ等に用いられるポリシリコン膜の表面窒化処理にも適用可能である。 The plasma nitriding treatment of this embodiment can be applied to a process of nitriding the surface of a silicon oxide film or a ferroelectric oxide film, or a direct nitriding process of a silicon substrate. A typical example is the nitriding treatment of the gate insulating film of a MOS type or MIS transistor, and the latter is a nitriding treatment for forming a gate insulating film made of silicon nitride of the MIS transistor. It can also be applied to the surface nitriding treatment of a polysilicon film used for a DRAM capacitor or the like.
次に、本発明の効果を確認した試験結果について説明する。
最初に、プリヒートの際の圧力の影響を確認した。サセプタの設定温度を400℃とし、チャンバー内にTCウエハ(熱電対を貼り付けた温度測定用のウエハ)を搬入してサセプタ上にセットし、チャンバー内にArガスを2000mL/min(sccm)の流量で流すとともに、チャンバー内圧力を従来条件である126.7Pa(0.95Torr)と、それよりも圧力を上昇させた186.7Pa(1.4Torr)および333.2Pa(2.5Torr)の3種類の圧力に調圧し、ウエハの昇温プロファイルを比較した。TCウエハは、最初にピンアップすることでサセプタに接触しない状態とし、ウエハのスタート温度を270℃に揃え、その後にピンダウンしてTCウエハをサセプタに載せ、その直後の昇温プロファイルを比較した。
Next, test results for confirming the effects of the present invention will be described.
First, the effect of pressure during preheating was confirmed. The set temperature of the susceptor is 400 ° C., a TC wafer (temperature measurement wafer with a thermocouple attached) is loaded into the chamber and set on the susceptor, and Ar gas is 2000 mL / min (sccm) in the chamber. While flowing at a flow rate, the internal pressure of the chamber was 126.7 Pa (0.95 Torr), and the pressures were increased to 186.7 Pa (1.4 Torr) and 333.2 Pa (2.5 Torr). We adjusted the pressures of various types and compared the temperature rise profiles of the wafers. The TC wafer was not brought into contact with the susceptor by first pin-up, the wafer start temperature was set to 270 ° C., and then the TC wafer was placed on the susceptor and the temperature rise profiles immediately thereafter were compared.
その結果を図6に示す。この図から、従来の標準条件である126.7Pa(0.95Torr)で70secと同等の温度になる時間を比較した結果、186.7Pa(1.4Torr)では45sec、333.2Pa(2.5Torr)では30secとなって、高圧にすることによる昇温レート上昇の効果が確認された。ただし、333.2Pa(2.5Torr)は、装置によっては達成できないものもあり、処理の安定性が懸念されることもあるため、チャンバー内の圧力は186.7Pa(1.4Torr)程度が好適である。 The result is shown in FIG. From this figure, as a result of comparing the time when the temperature is equivalent to 70 sec at 126.7 Pa (0.95 Torr), which is the conventional standard condition, 45 sec at 336.7 Pa (1.4 Torr) is obtained at 186.7 Pa (1.4 Torr). ) Was 30 sec, and the effect of increasing the temperature rise rate by increasing the pressure was confirmed. However, 333.2 Pa (2.5 Torr) cannot be achieved depending on the apparatus, and there is a concern about the stability of the process. Therefore, the pressure in the chamber is preferably about 186.7 Pa (1.4 Torr). It is.
次に、プリヒートの際のプラズマ照射の影響を確認した。ここでは、上記試験と同様、サセプタの設定温度を400℃とし、チャンバー内にTCウエハを搬入してサセプタ上にセットし、チャンバー内にArガスを2000mL/min(sccm)の流量で流すとともに、最初の5secで圧力を126.7Pa(0.95Torr)に調圧し、次の5secでマイクロ波を入射してプラズマを着火し、その後、プラズマを維持したまま186.7Pa(1.4Torr)に調圧し(プラズマプリヒート)、昇温試験を行った。なお、マイクロ波の出力は1300Wおよび2000Wとした。比較のため、プラズマを照射せずに186.7Pa(1.4Torr)に調圧したものについても同様に昇温試験を行った。この試験でも、TCウエハは、最初にピンアップすることでサセプタに接触しない状態とし、ウエハのスタート温度を270℃に揃え、その後にピンダウンしてTCウエハをサセプタに載せ、その直後の昇温プロファイルを比較した。 Next, the influence of plasma irradiation during preheating was confirmed. Here, as in the above test, the set temperature of the susceptor was set to 400 ° C., a TC wafer was loaded into the chamber and set on the susceptor, and Ar gas was flowed into the chamber at a flow rate of 2000 mL / min (sccm). The pressure is adjusted to 126.7 Pa (0.95 Torr) in the first 5 seconds, the microwave is incident in the next 5 seconds to ignite the plasma, and then the pressure is adjusted to 186.7 Pa (1.4 Torr) while maintaining the plasma. Pressure (plasma preheating) and a temperature rise test was conducted. The microwave output was 1300 W and 2000 W. For comparison, a temperature rise test was performed in the same manner with respect to a sample adjusted to 186.7 Pa (1.4 Torr) without being irradiated with plasma. In this test as well, the TC wafer is not brought into contact with the susceptor by being pinned up first, the wafer start temperature is adjusted to 270 ° C., and then the TC wafer is pinned down and the TC wafer is placed on the susceptor. Compared.
その結果を図7に示す。この図に示すように、プラズマ照射を加えた場合には、プラズマなしで45secの場合と同等の温度になるのに15〜17sec程度であり、プラズマ照射による昇温レート上昇の効果が確認された。なお、プラズマ照射ありの場合のプリヒート時間は、プラズマ着火前の調圧段階の時間と、プラズマプリヒート時間を加えたものである。 The result is shown in FIG. As shown in this figure, when plasma irradiation is applied, it takes about 15 to 17 seconds to reach the same temperature as in the case of 45 seconds without plasma, and the effect of increasing the temperature rise rate by plasma irradiation was confirmed. . Note that the preheating time in the case of plasma irradiation is obtained by adding the time of the pressure adjustment stage before plasma ignition and the plasma preheating time.
次に、酸化膜を形成したウエハに対して、3種類のプリヒート条件でプリヒートを施した後、窒化処理を施し、窒素濃度のプリヒート条件依存を確認した。ここでは、プリヒート条件として、(1)圧力:126.7Pa(0.95Torr)、プラズマ照射なし(基準条件)、(2)圧力:186.7Pa(1.4Torr)、プラズマ照射なし(高圧力条件)、(3)圧力:186.7Pa(1.4Torr)、マイクロ波2000Wでプラズマ照射(高圧力+プラズマ照射条件)を用いた。 Next, the wafer on which the oxide film was formed was preheated under three types of preheat conditions, and then subjected to nitriding treatment to confirm the dependency of nitrogen concentration on the preheat conditions. Here, as preheating conditions, (1) pressure: 126.7 Pa (0.95 Torr), no plasma irradiation (reference condition), (2) pressure: 186.7 Pa (1.4 Torr), no plasma irradiation (high pressure condition) ), (3) Pressure: 186.7 Pa (1.4 Torr), plasma irradiation with microwaves 2000 W (high pressure + plasma irradiation conditions) was used.
具体的には、(1)の標準条件では、サセプタ温度を400℃とし、Arガスを2000mL/min(sccm)流しつつ、圧力を126.7Pa(0.95Torr)に調整しておき、ウエハをサセプタに載置してプリヒートを30sec、50sec、70sec行った後、圧力を維持したまま5secで2000Wのマイクロ波を入射してプラズマを着火し、5secで窒化処理の圧力である40Pa(0.3Torr)に低下させ、その後マイクロ波パワーを1800Wにしてプラズマを維持した状態でArガスを1000mL/min(sccm)、N2ガスを200mL/min(sccm)の流量で流して60secの窒化処理を行った。 Specifically, under the standard condition (1), the susceptor temperature is 400 ° C., Ar gas is supplied at 2000 mL / min (sccm), the pressure is adjusted to 126.7 Pa (0.95 Torr), and the wafer is removed. After placing on a susceptor and performing preheating for 30 sec, 50 sec, and 70 sec, while maintaining the pressure, a 2000 W microwave was incident for 5 sec to ignite plasma, and in 5 sec, the pressure of nitriding treatment was 40 Pa (0.3 Torr). After that, with a microwave power of 1800 W and maintaining the plasma, Ar gas was flowed at a flow rate of 1000 mL / min (sccm) and N 2 gas was flowed at a flow rate of 200 mL / min (sccm) to perform nitriding treatment for 60 seconds. It was.
また、(2)の高圧条件では、サセプタ温度を400℃とし、Arガスを2000mL/min(sccm)流しつつ、圧力を186.7Pa(1.4Torr)に調整しておき、ウエハをサセプタに載置してプリヒートを25sec、45sec、65sec行った後、5secで圧力を126.7Pa(0.95Torr)まで下げ、合計のプリヒート時間を30sec、50sec、70secとした後、5secで2000Wのマイクロ波を入射してプラズマを着火し、引き続き5secで窒化処理の圧力である40Pa(0.3Torr)に低下させ、その後マイクロ波パワーを1800Wにしてプラズマを維持した状態でArガスを1000mL/min(sccm)、N2ガスを200mL/min(sccm)の流量で流して60secの窒化処理を行った。 Under the high pressure condition (2), the susceptor temperature is 400 ° C., Ar gas is supplied at 2000 mL / min (sccm), the pressure is adjusted to 186.7 Pa (1.4 Torr), and the wafer is mounted on the susceptor. After preheating for 25 sec, 45 sec, and 65 sec, the pressure is reduced to 126.7 Pa (0.95 Torr) in 5 sec, the total preheat time is set to 30 sec, 50 sec, and 70 sec, and then a 2000 W microwave is applied in 5 sec. Incidence is ignited and plasma is ignited. Subsequently, the pressure is reduced to 40 Pa (0.3 Torr) which is the nitriding pressure in 5 seconds, and then Ar gas is 1000 mL / min (sccm) while maintaining the plasma by setting the microwave power to 1800 W. , N 2 gas is flowed at a flow rate of 200 mL / min (sccm) For 60 seconds.
さらに、(3)の高圧+プラズマ照射条件では、サセプタ温度を400℃とし、Arガスを2000mL/min(sccm)流しつつ、5secで圧力を126.7Pa(0.95Torr)に調整した後、5secで2000Wのマイクロ波を入射してプラズマを着火し、その後圧力を186.7Pa(1.4Torr)まで上げてプラズマ照射下でプリヒート(プラズマプリヒート)を25sec、45sec、65sec行い、合計のプリヒート時間を30sec、50sec、70secとし、引き続き5secで窒化処理の圧力である40Pa(0.3Torr)に低下させ、その後マイクロ波パワーを1800Wにしてプラズマを維持した状態でArガスを1000mL/min(sccm)、N2ガスを200mL/min(sccm)の流量で流して60secの窒化処理を行った。 Furthermore, under the high pressure + plasma irradiation condition of (3), the susceptor temperature was set to 400 ° C., and the pressure was adjusted to 126.7 Pa (0.95 Torr) in 5 sec while flowing Ar gas at 2000 mL / min (sccm), and then 5 sec. The plasma was ignited by injecting a microwave of 2000 W, and then the pressure was increased to 186.7 Pa (1.4 Torr) and preheating (plasma preheating) was performed for 25 sec, 45 sec, and 65 sec under plasma irradiation, and the total preheating time was set. 30 sec, 50 sec, and 70 sec. Subsequently, the pressure is reduced to 40 Pa (0.3 Torr), which is the pressure of nitriding in 5 sec, and then Ar gas is 1000 mL / min (sccm) while maintaining the plasma with a microwave power of 1800 W, N 2 gas at 200 mL / min Nitriding treatment was performed for 60 seconds by flowing at a flow rate of (sccm).
その結果を図8に示す。図8は、横軸にプリヒート時間をとり、縦軸に標準条件で70secでプリヒートを行った場合の膜厚を1として規格化した窒素濃度をとってこれらの関係を示す図である。この図から、基準のプリヒート条件を126.7Pa(0.95Torr)、70secとした場合、(2)の高圧条件では、50sec程度のプリヒートで同等の窒素濃度が得られることが確認され、また、(3)の高圧+プラズマ照射条件では、30sec以下のプリヒートで同等の窒素濃度が得られることが確認された。このことから、高圧+プラズマ照射条件で、大きなプリヒート時間短縮を図ることができ、スループットが25%程度上昇することが確認された。 The result is shown in FIG. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the horizontal axis representing the preheat time and the vertical axis representing the nitrogen concentration normalized with the film thickness being 1 when preheating is performed under standard conditions at 70 sec. From this figure, when the standard preheating conditions are 126.7 Pa (0.95 Torr) and 70 sec, it is confirmed that the same nitrogen concentration can be obtained with the preheating of about 50 sec under the high pressure condition (2). It was confirmed that the same nitrogen concentration can be obtained by preheating for 30 sec or less under the high pressure + plasma irradiation condition of (3). From this, it was confirmed that a large preheating time can be shortened under a high pressure + plasma irradiation condition, and the throughput is increased by about 25%.
次に、上記(1)の標準条件で70secプリヒートを行った後に窒化処理を行った場合と、上記(3)の高圧+プラズマ照射条件で30secプリヒートを行った場合とで窒素濃度のウエハ面内およびウエハ面間の窒素濃度のばらつきを把握した。その際の各ウエハにおける窒素濃度の平均値(Avg.;任意スケール)を図9に、窒素濃度の面内のばらつき(σ/Avg.)を図10に示す。 Next, when the nitriding treatment is performed after 70 sec preheating is performed under the standard condition (1) above, and in the case of performing the 30 sec preheating under the high pressure + plasma irradiation condition (3) above in the wafer surface of the nitrogen concentration And the variation of nitrogen concentration between wafer surfaces was grasped. The average value (Avg .; arbitrary scale) of the nitrogen concentration in each wafer at that time is shown in FIG. 9, and the in-plane variation (σ / Avg.) Of the nitrogen concentration is shown in FIG.
窒化条件は、窒化温度:400℃、圧力:40Pa(0.3Torr)、Arガス流量:1000mL/min(sccm)、N2ガス流量:200mL/min(sccm)、マイクロ波パワー:1800W、窒化処理時間:60secとした。 Nitriding conditions are nitriding temperature: 400 ° C., pressure: 40 Pa (0.3 Torr), Ar gas flow rate: 1000 mL / min (sccm), N 2 gas flow rate: 200 mL / min (sccm), microwave power: 1800 W, nitriding treatment Time: 60 sec.
ウエハ面内の窒素濃度のばらつきに関して、図9に示すように、(3)の高圧+プラズマ照射条件は(1)の標準条件と同等であった。また、ウエハ面間については、(1)の標準条件では、σ/Avg.が0.50、レンジ(R)が0.25、R/2Avg.が1.08であり、(3)の高圧+プラズマ照射条件では、σ/Avg.が0.72、レンジ(R)が0.32、R/2Avg.が1.38であり、(3)の高圧+プラズマ照射条件は(1)の標準条件と同等であった。 Regarding the variation of the nitrogen concentration in the wafer surface, as shown in FIG. 9, the high pressure + plasma irradiation condition in (3) was equivalent to the standard condition in (1). As for the distance between the wafer surfaces, σ / Avg. Is 0.50, range (R) is 0.25, R / 2Avg. 1.08, and under the high pressure + plasma irradiation condition of (3), σ / Avg. Is 0.72, range (R) is 0.32, R / 2 Avg. Was 1.38, and the high pressure + plasma irradiation condition in (3) was equivalent to the standard condition in (1).
次に、(3)の高圧+プラズマ照射条件のプリヒートのパーティクルの影響を把握した。ここでは、(3)の条件のプリヒート後、上記条件の窒化処理を行う処理を複数のウエハに対して連続施し、>0.16μmのパーティクル個数を把握した。その結果を図11に示す。この図に示すように、ロットA、ロットBともに12000枚までパーティクル個数はスペック以下であった。 Next, the influence of preheating particles under the condition of (3) high pressure + plasma irradiation was grasped. Here, after preheating under the condition (3), a nitriding process under the above condition was continuously performed on a plurality of wafers, and the number of particles of> 0.16 μm was grasped. The result is shown in FIG. As shown in this figure, the number of particles was less than the specification up to 12,000 for both lot A and lot B.
次に、酸化膜を形成したウエハに対して、圧力、Arプラズマパワー、時間を変化させてプリヒートを施した後、窒化処理を施し、窒素濃度のプリヒート条件依存を確認した。ここでは、サセプタ温度を400℃とし、プリヒートにおいて、圧力を45Pa(0.34Torr)、126.7Pa(0.95Torr)、186.7Pa(1.4Torr)の3水準とし、Arプラズマパワーを1500W、2000W、2500Wの3水準とし、プリヒート時間(着火条件への移行時間+プラズマプリヒート時間)を30sec、50sec、70secの3水準とした。また、窒化処理は、Ar流量を2000mL/min(sccm)、N2ガス流量を40mL/min(sccm)、サセプタ温度を400℃とし、プラズマパワーを1500Wとした。 Next, the wafer on which the oxide film was formed was subjected to preheating while changing the pressure, Ar plasma power, and time, and then subjected to nitriding treatment to confirm the dependency of nitrogen concentration on the preheating conditions. Here, the susceptor temperature is set to 400 ° C., the pressure is set to three levels of 45 Pa (0.34 Torr), 126.7 Pa (0.95 Torr), and 186.7 Pa (1.4 Torr) in preheating, and the Ar plasma power is 1500 W, Three levels of 2000 W and 2500 W were set, and preheating time (transition time to ignition condition + plasma preheating time) was set to three levels of 30 sec, 50 sec, and 70 sec. In the nitriding treatment, the Ar flow rate was 2000 mL / min (sccm), the N 2 gas flow rate was 40 mL / min (sccm), the susceptor temperature was 400 ° C., and the plasma power was 1500 W.
図12は、プリヒートの際のArプラズマパワーを2000Wに固定した際の、圧力と窒素濃度との関係をプリヒート時間毎に示したものである。なお、窒素濃度は、上記標準条件で70secでプリヒートを行った場合の膜厚を1として規格化した窒素濃度である。この図から、いずれのプリヒート時間においても、プリヒートの際の圧力が高くなるほど窒素濃度が高くなることが確認された。 FIG. 12 shows the relationship between pressure and nitrogen concentration for each preheating time when the Ar plasma power during preheating is fixed at 2000 W. The nitrogen concentration is a nitrogen concentration normalized with the film thickness when preheating is performed for 70 seconds under the above standard condition as 1. From this figure, it was confirmed that in any preheating time, the nitrogen concentration increased as the pressure during preheating increased.
図13は、プリヒートの際の圧力を126.7Pa(0.95Torr)に固定した際の、プラズマパワーと窒素濃度との関係をプリヒート時間毎に示したものである。なお、この図においても、窒素濃度は、上記標準条件で70secでプリヒートを行った場合の膜厚を1として規格化した窒素濃度である。この図から、プラズマパワーの増加により窒素濃度が上昇する傾向は見られるものの、大きな変化は見られないことが確認された。 FIG. 13 shows the relationship between plasma power and nitrogen concentration for each preheating time when the pressure during preheating is fixed at 126.7 Pa (0.95 Torr). Also in this figure, the nitrogen concentration is a nitrogen concentration normalized by assuming that the film thickness is 1 when preheating is performed for 70 seconds under the above standard conditions. From this figure, it was confirmed that although there was a tendency for the nitrogen concentration to increase as the plasma power increased, no significant change was observed.
図14は、プリヒートの際のArプラズマパワーを2000Wに固定した際の、プリヒート時間と窒素濃度との関係を圧力毎に示したものである。なお、窒素濃度は、図12と同様、上記標準条件で70secでプリヒートを行った場合の膜厚を1として規格化した窒素濃度である。この図から、各圧力において、プリヒート時間が長くなるほど窒素濃度が高くなることが確認された。 FIG. 14 shows the relationship between preheating time and nitrogen concentration for each pressure when the Ar plasma power during preheating is fixed at 2000 W. Note that the nitrogen concentration is a nitrogen concentration normalized with the film thickness when preheating is performed for 70 seconds under the above-mentioned standard conditions as in FIG. From this figure, it was confirmed that the nitrogen concentration increases as the preheating time becomes longer at each pressure.
また、図12および図14から、圧力が標準条件以下の場合には、プラズマ照射を行ってもプリヒート時間が30secでは標準条件で70secの場合よりも窒素濃度が低いが、プリヒートの際の圧力を186.7Pa(1.4Torr)と高圧にしてプラズマ照射を行うことにより、プリヒート時間が30secでも標準条件で70secの場合よりも窒素濃度が高くなることが確認された。 Further, from FIGS. 12 and 14, when the pressure is below the standard condition, the nitrogen concentration is lower in the preheating time of 30 sec than in the standard condition of 70 sec even if the plasma irradiation is performed. By performing plasma irradiation at a high pressure of 186.7 Pa (1.4 Torr), it was confirmed that the nitrogen concentration was higher than in the case of 70 sec under the standard conditions even when the preheat time was 30 sec.
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態ではマイクロ波プラズマ窒化処理を例にとって説明したが、プラズマ処理はマイクロ波プラズマに限らず、他のプラズマであってもよく、特に、マイクロ波プラズマと同様に自己生成的なプラズマである、上述した誘導結合プラズマ、表面波プラズマ、表面反射波プラズマ、マグネトロンプラズマ等を例示することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the idea of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the microwave plasma nitriding process has been described as an example. However, the plasma process is not limited to the microwave plasma, and may be another plasma, and in particular, a self-generated plasma similar to the microwave plasma. Examples of the above-described inductively coupled plasma, surface wave plasma, surface reflected wave plasma, and magnetron plasma can be given.
また、窒化処理に限らず、他の基板を加熱しつつ行うプラズマ処理、例えば酸化処理にも適用することができる。酸化処理は、例えば、シリコン基板を酸化してゲート酸化膜を形成する処理等に用いることができ、300〜800℃という比較的高温に加熱する処理であり、窒化処理と同様、安定した処理を行うためにプリヒートが有効である。このため本発明を適用することによりプリヒートを短縮することができ、処理のスループットを上げることができる。さらに、基板を加熱しつつ行うプラズマ処理として、CVD成膜処理等、他の処理にも適用することができる。 Further, the present invention can be applied not only to nitriding treatment but also to plasma treatment performed while heating other substrates, for example, oxidation treatment. The oxidation process can be used for, for example, a process of oxidizing a silicon substrate to form a gate oxide film, and is a process of heating to a relatively high temperature of 300 to 800 ° C. As with the nitriding process, a stable process is performed. Preheating is effective to do. Therefore, by applying the present invention, preheating can be shortened, and the processing throughput can be increased. Further, plasma treatment performed while heating the substrate can be applied to other treatments such as a CVD film formation treatment.
さらに、上記実施形態では被処理体として半導体ウエハを処理する場合について示したが、これに限らず、FPD用のガラス基板等、他の被処理体にも適用可能であることは言うまでもない。 Furthermore, although the case where the semiconductor wafer is processed as the object to be processed has been described in the above embodiment, it is needless to say that the present invention is not limited to this and can be applied to other objects to be processed such as a glass substrate for FPD.
1;チャンバー
2;サセプタ
3;支持部材
5;ヒータ
15;ガス導入部材
16;ガス供給系
24;排気装置
28;マイクロ波透過板
31;平面アンテナ
32;マイクロ波放射孔
37;導波管
37a;同軸導波管
37b;矩形導波管
39;マイクロ波発生装置
40;モード変換器
50;制御部
51;プロセスコントローラ
53;記憶部
100;プラズマ処理装置
W;ウエハ(被処理体)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
処理に先立って被処理体にプラズマを照射しつつ被処理体を予備加熱する工程と、
予備加熱後に前記処理容器内に処理ガスを供給して被処理体に対してプラズマ処理を行う工程と
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。 A plasma processing method for disposing a target object in a processing container and applying a plasma process to the target object while heating the target object,
A step of preheating the object to be processed while irradiating the object with plasma prior to the treatment;
And a step of supplying a processing gas into the processing container after the preheating and performing a plasma processing on the object to be processed.
前記処理容器内の圧力を第1の圧力に向けて徐々に増加させてプラズマ着火条件に移行する工程と、
前記第1の圧力に達したときに第1のマイクロ波出力にてプラズマを着火する工程と、
着火した後前記第1の圧力から第2の圧力に圧力調整を行う工程と
を行うことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。 Prior to the preheating step,
Gradually increasing the pressure in the processing vessel toward the first pressure to shift to plasma ignition conditions;
Igniting a plasma with a first microwave output when the first pressure is reached;
The plasma processing method according to claim 1, further comprising: adjusting the pressure from the first pressure to the second pressure after ignition.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009082286A JP2010238739A (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Plasma processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009082286A JP2010238739A (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Plasma processing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010238739A true JP2010238739A (en) | 2010-10-21 |
Family
ID=43092839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009082286A Pending JP2010238739A (en) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | Plasma processing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010238739A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230134596A (en) | 2021-02-08 | 2023-09-21 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Substrate processing method, substrate processing device |
-
2009
- 2009-03-30 JP JP2009082286A patent/JP2010238739A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230134596A (en) | 2021-02-08 | 2023-09-21 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Substrate processing method, substrate processing device |
| KR102904320B1 (en) | 2021-02-08 | 2025-12-26 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Substrate processing method, substrate processing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101020334B1 (en) | Microwave plasma processing apparatus | |
| CN100565816C (en) | Etching method and etching apparatus | |
| JP5231233B2 (en) | Plasma oxidation processing method, plasma processing apparatus, and storage medium | |
| JP5390379B2 (en) | Pretreatment method in chamber, plasma treatment method, and storage medium in plasma nitriding treatment | |
| JP2017224669A (en) | Method for processing silicon nitride film and method for forming silicon nitride film | |
| JP5358436B2 (en) | Plasma processing method and plasma processing apparatus | |
| CN101147244B (en) | Substrate processing method and substrate processing apparatus | |
| CN101681833B (en) | Microwave plasma processing device, microwave plasma processing method, and microwave transparent plate | |
| CN101133479A (en) | Plasma processing device and gas passing plate | |
| JP4906659B2 (en) | Method for forming silicon oxide film | |
| KR100936550B1 (en) | Surface treatment method, plasma treatment apparatus and plasma treatment method of quartz member | |
| US20100307685A1 (en) | Microwave plasma processing apparatus | |
| JPWO2006106665A1 (en) | Method for nitriding substrate and method for forming insulating film | |
| CN102165568B (en) | Method and apparatus for forming silicon oxide film | |
| JP2010238739A (en) | Plasma processing method | |
| WO2011007745A1 (en) | Microwave plasma processing device and microwave plasma processing method | |
| JP2011029250A (en) | Microwave plasma processing apparatus, and microwave plasma processing method | |
| KR101123538B1 (en) | Quartz member | |
| WO2011125550A1 (en) | Nitriding treatment method and nitriding treatment device |