【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハーのプラ
ズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に半導体デバイスの製造において
は、半導体ウエハーの表面に対して、成膜処理、エッチ
ング処理、アッシング処理などの種々の処理を施すこと
が必要であるが、デバイスの高密度化、高集積化に伴っ
て、上記のような処理のためにプロセスガスのプラズマ
を利用することが行われてきている。このプラズマに
は、プロセスガスのイオン、ラジカル、電子が混在して
おり、これらが半導体ウエハーの表面と種々の反応を生
じて、目的とする処理がなされる。そして、このような
半導体ウエハーのプラズマ処理は、その効率の点から、
複数の半導体ウエハーを同時に処理し得ることが望まし
い。
【０００３】従来、複数の半導体ウエハーをバッチ的に
プラズマ処理する装置としては、例えば特開昭６１−２
６６５８４号公報、特開昭６２−１４９８９１号公報に
プラズマを利用するエッチング装置が提案されている。
これらの装置においては、処理容器内に処理すべき半導
体ウエハーを上下に積重した状態で保持し、放電管など
によってプラズマを発生させたプロセスガスをガス導入
管を介して処理容器内に導入すると共に、処理容器にお
いてガス導入管と対向する位置に設けた排気管により排
気することにより、半導体ウエハーのプラズマ処理がな
される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来のプラズマ処理装置においては、プラズマを発生さ
せたプロセスガスがガス導入管を介して処理容器に導入
されるため、処理容器内においてプロセスガスが上下に
拡散し、このため、上下に積重された半導体ウエハーの
上下方向の位置によってプロセスガスの流れの状態が異
なり、結局、複数の半導体ウエハーをバッチ的に処理す
るものでありながら各半導体ウエハーを均一に処理する
ことができない、という問題点がある。
【０００５】本発明は、以上の問題を解決し、上下に積
重した状態で保持された複数の半導体ウエハーに対し
て、プラズマを発生させたプロセスガスを上下方向にお
いて均等に流過させることができ、その結果、複数の半
導体ウエハーの各々に均一なプラズマ処理を施すことが
できる半導体ウエハーのプラズマ処理装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体ウエハー
のプラズマ処理装置は、複数の半導体ウエハーが、各々
水平方向に沿った状態で互いに上下方向に離間して重な
るよう保持されるウエハー保持領域を含む処理空間を区
画する処理容器と、この処理容器に、前記処理空間と隔
壁を介して一体的に設けられたプラズマ発生空間を区画
するプラズマ発生容器と、前記隔壁において、前記ウエ
ハー保持領域の上下方向の全域に対向する領域に上下方
向に均等に形成されたラジカル導入口と、前記ウエハー
保持領域を介してこのラジカル導入口と対向する位置に
設けられた、前記ウエハー保持領域の上下方向の全域に
対向する領域に上下方向に均等に形成されたガス排出口
を有するガス排出機構と、前記プラズマ発生容器内にお
いて、前記ラジカル導入口が位置された領域の全域と対
向するよう設けられた、上下方向に均等に形成されたプ
ロセスガス供給口を有するプロセスガス供給機構と、こ
のプロセスガス供給機構と前記隔壁との間で前記プラズ
マ発生容器の外側に設けられた、平行平板型のプラズマ
発生用電極とを有してなることを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ
発生容器内において、プロセスガス供給機構からのプロ
セスガスにより、プラズマ発生用電極の作用によってプ
ラズマが発生し、このプロセスガスが隔壁のラジカル導
入口を介して処理容器内に導入され、ウエハー保持領域
を流過した後ガス排出口から排出されるが、隔壁のラジ
カル導入口およびガス排出口のみでなく、プラズマ発生
容器におけるプロセスガス供給口が、ウエハー保持領域
の上下方向の全域に対向する領域において上下方向に均
等に形成されているため、処理容器内においては、ウエ
ハー保持領域を流過するプロセスガスの流れが、上下方
向において十分に均等なものとなり、その結果、各半導
体ウエハーに対して十分に均一なプラズマ処理を行うこ
とができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１およ
び図２は、本発明の一実施例に係る半導体ウエハーのプ
ラズマ処理装置の説明用縦断面図および説明用横断平面
図であって、１０は例えば石英よりなる円筒状の処理容
器である。この処理容器１０は上端が閉塞されていると
共に下端は開放されており、この下端開口には開閉自在
なステンレス鋼などより成るキャップ板１１が気密に設
けられている。この処理容器１０は、ウエハー保持領域
を含む処理空間Ｓを区画する容器であって、処理空間Ｓ
内には、ウエハー保持領域において、処理すべき半導体
ウエハーＷの多数が各々水平方向に沿った状態で互いに
上下方向に離間して重なるよう、保持される。
【０００９】具体的には、処理容器１０のキャップ板１
１を例えば磁気シールによって気密に貫通する回転軸１
５の内端にターンテーブル１６が設けられており、この
ターンテーブル１６上に石英より成る保温筒１７が設置
され、この保温筒１７上には例えば石英製のウエハーボ
ート１９が搭載され、このウエハーボート１９の支持ロ
ッド２０に形成された支持溝により、例えば２５枚ある
いは５０枚の半導体ウエハーＷが適宜の間隔で支持され
る。このウエハーボート１９における半導体ウエハーＷ
のピッチは特に限定されるものではないが、例を挙げる
と、例えば８インチの半導体ウエハーでは例えば１２．
７ｍｍとされる。
【００１０】前記処理容器１０の外周の一側には、その
周壁の一部を隔壁２２として、この隔壁２２とによりプ
ラズマ発生空間Ｐを区画する例えば石英より成るプラズ
マ発生容器２５が一体的に設けられている。このプラズ
マ発生容器２５は、前記ウエハー保持領域、すなわちウ
エハーボート１９が占有する空間領域の上下方向の全域
に対向する範囲にわたって上下方向に延びるよう形成さ
れている。そして、処理空間Ｓとプラズマ発生空間Ｐと
の間の隔壁２２には、ウエハー保持領域の上下方向の全
域に対向する領域に、ラジカル導入口２３が上下方向に
均等に形成されている。
【００１１】このラジカル導入口２３は、具体的には、
隔壁２２のウエハー保持領域の上下方向の全域に対向す
る領域に、同一の径を有する多数の円形の貫通孔が上下
方向に均一なピッチで並んで形成されることにより、設
けられている。ここに、当該貫通孔の径は例えば１〜３
ｍｍ程度であり、ピッチは例えば１２．７ｍｍである。
【００１２】前記プラズマ発生容器２５内には、隔壁２
２のラジカル導入口２３が形成されている領域と対向し
て上下に伸びるよう、プロセスガス供給機構を構成する
プロセスガス供給管３０が配設されており、プロセスガ
ス供給管３０には、ラジカル導入口２３と対向する側面
に、プロセスガス供給口３１が上下方向に均等に形成さ
れている。
【００１３】このプロセスガス供給口３１は、具体的に
は、プロセスガス供給管３０における前記ラジカル導入
口２３と対向する周壁部に、同一の径を有する多数の円
形の貫通孔が上下方向に均一なピッチで並んで形成され
ることにより、設けられている。ここに、当該貫通孔の
径は例えば０．５ｍｍ程度であり、ピッチは例えば２５
ｍｍである。
【００１４】更に、プロセスガス供給管３０と隔壁２２
との間には、プラズマ発生空間Ｐを区画するプラズマ発
生容器２５の外側に位置するよう、平行平板型のプラズ
マ発生用電極３３が設けられており、その一方には高周
波電源３５が接続されると共に、他方がアースされてい
る。ここに、高周波電源３５としては例えば１３．５６
ＭＨｚの周波数を出力する例えば１ＫＷ程度のものが用
いられる。
【００１５】前記処理容器１０の外周におけるプラズマ
発生容器２５と反対側には、その周壁の一部を隔壁４０
として、この隔壁４０とにより排気路を区画する排気ポ
ート４１が一体的に設けられている。この排気ポート４
１における処理空間Ｓとの間の隔壁４０には、前記ラジ
カル導入口２３と同様に、前記ウエハー保持領域の上下
方向の全域に対向する範囲にわたって、ガス排出口４２
が上下方向に均等に形成されている。そして、排気ポー
ト４１には、図示しない真空排気ポンプに接続された排
気管４４が設けられている。
【００１６】ガス排出口４２は、具体的には、隔壁４０
のウエハー保持領域の上下方向の全域に対向する領域
に、同一の径を有する多数の円形の貫通孔が上下方向に
均一なピッチで並んで形成されることにより、設けられ
ている。ここに、当該貫通孔の径は、ラジカル導入口２
３と同等あるいはそれ以上とされ、ピッチは例えば１
２．７ｍｍである。
【００１７】そして、前記隔壁２２のラジカル導入口２
３に係る貫通孔の各々と、隔壁４０のガス排出口４２に
係る貫通孔の各々とは、いずれも半導体ウエハーＷと同
一のピッチとされていると共に、更に上下に隣接する２
枚の半導体ウエハーＷ間の間隙の中央のレベルにおい
て、互いに対応するものが水平方向において対向するよ
う配置されている。
【００１８】以上のような構成による半導体ウエハーの
プラズマ処理装置の作動は次のとおりである。すなわ
ち、処理すべき半導体ウエハーＷが以上のように処理容
器１０内のウエハー保持領域に保持された状態におい
て、排気管４４により排気ポート４１を介して処理空間
Ｓ内を減圧状態とし、プロセスガス供給管３０によりプ
ロセスガスを供給すると共に、プラズマ発生用電極３３
に高周波電圧を加えることにより、プラズマ発生空間Ｐ
にプロセスガスによるプラズマが発生する。このプラズ
マが発生したプロセスガスは、圧力差により、隔壁２２
のラジカル導入口２３を介して処理空間Ｓ内に導入さ
れ、半導体ウエハーＷの表面に沿ってウエハー保持領域
を流過し、隔壁４０のガス排出口４２から排気ポート４
１に排出され、排気管４４によって排気される。
【００１９】そして、ラジカル導入口２３から、プラズ
マで生成したプロセスガスのラジカルが処理空間Ｓ内に
導入され、このラジカルによる作用によって半導体ウエ
ハーＷの表面について目的とする処理が達成される。こ
の処理の間、ターンテーブル１６は、回転軸１５を介し
て例えば２〜３ｒｐｍ程度の速度で回転される。
【００２０】ターンテーブル１６が回転することによ
り、ウエハーボート１９内に載置された半導体ウエハー
Ｗも回転することとなり、ラジカルが半導体ウエハーＷ
の表面に平行に流れるので、半導体ウエハーＷの面内の
均一な処理を行うことができる。
【００２１】プロセスガスとしては、半導体ウエハーＷ
の処理の目的に応じた組成のガスが用いられる。代表的
なプロセスガスの例としては、例えばエッチング処理の
ためには、四フッ化炭素ガスと酸素ガスとの混合ガス、
レジスト膜のアッシング処理のためには、酸素ガスと窒
素ガスとの混合ガスが用いられるが、更に水素ガス、水
蒸気、その他のガスが混合され、あるいは単独で用いら
れることがある。
【００２２】プラズマ処理の間、処理容器１０内は、排
気管４４に接続された真空ポンプににより例えば０．２
Ｔｏｒｒの減圧状態に維持され、またプラズマ発生容器
２５内は、例えば０．５Ｔｏｒｒの減圧状態に維持され
る。このように、処理空間Ｓをプラズマ発生空間Ｐより
も低い圧力状態に維持することによって、プラズマ発生
空間Ｐにおいて発生したプラズマにより生成したプロセ
スガスのラジカルが、プロセスガスの流れによって円滑
に処理空間Ｓ内に導入される。
【００２３】而して、上記の構成においては、隔壁２２
におけるラジカル導入口２３および隔壁４０におけるガ
ス排出口４２の両者が、ウエハー保持領域の上下方向の
全域に対向する領域において上下方向に均等に形成され
ている上、各半導体ウエハーＷが水平方向に沿って配置
されていることによる整流作用も加わるので、処理空間
Ｓ内において、ラジカル導入口２３からのラジカルは、
基本的に上下方向に拡散することなく、水平方向に流れ
るようになる。
【００２４】以上に加え、更にプラズマ発生容器２５に
おいては、隔壁２２のラジカル導入口２３の位置されて
いる領域に対し、プロセスガス供給管３０のプロセスガ
ス供給口３１が対向した状態でしかも上下方向に均等に
形成されているため、プラズマ発生空間Ｐ内においてラ
ジカル導入口２３に向かうプロセスガスも上下方向に拡
散せずに本質的に水平方向に流れることとなる。
【００２５】以上の結果、隔壁２２のラジカル導入口２
３を介して処理空間Ｓ内に導入されたラジカルは、上下
方向に拡散することがなく、ウエハー保持領域の上下方
向の全域において、上下の位置による差異のない状態で
ラジカルが均等な流れでウエハー保持領域に供給される
こととなる。そして、既述のように、処理空間Ｓ内にお
いてもラジカルはウエハー保持領域を水平方向に流過す
るので、結局、ウエハー保持領域に保持された複数の半
導体ウエハーＷの各々について、上下方向の異なる位置
の半導体ウエハーＷに対してもすべて同等の状態でラジ
カルが供給されて流過するようになり、その結果、半導
体ウエハーＷの各々に対して均等なプラズマ処理を達成
することができ、結局、多数の半導体ウエハーに対して
バッチ的にしかも均等のプラズマ処理を施すことができ
る。
【００２６】また、プラズマ発生容器２５の外側におけ
るプラズマ発生用電極３３は、平行平板型のものである
ため大型化が容易であり、ウエハー保持領域の上下方向
の全域に対応するプラズマ発生空間Ｐを確実にまた低コ
ストで実現することができる。
【００２７】プラズマ発生容器２５は処理容器１０に一
体的に設けられているが、プラズマ発生空間Ｐは隔壁２
２を介して処理空間Ｓに隣接しており、このため、プラ
ズマ発生空間Ｐで生成したラジカルが高い効率で処理空
間Ｓに導入される。しかし、実際にプラズマが発生する
空間はプラズマ発生用電極３３間の空間領域に限られる
上、隔壁２２が存在するために、イオンが処理空間Ｓ内
に進入して直接的に半導体ウエハーＷに作用することが
なく、従って、イオンが直接的に半導体ウエハーに作用
されたときに見られる、イオンの作用あるいはプラズマ
電界の作用による半導体ウエハーの欠陥が生ずることが
ない。
【００２８】また、処理容器１０内には必要なウエハー
保持領域を含む処理空間Ｓが確保されればそれで十分で
あるので、処理容器１０を小型のものとすることがで
き、特に半導体ウエハーＷに対するプラズマの悪影響を
防止するための金属製の部材を処理容器１０内に設ける
ことが不要であるため、半導体ウエハーＷの金属による
汚染が生ずるおそれがない。
【００２９】更に、以上のように、処理容器１０は、容
器の内部あるいは外部に金属のシールド板などを設けな
い単なる容器でよいから、それ自体の熱容量が小さくな
り、従ってプラズマ処理を加熱下において実行する場合
に、適宜の加熱源による半導体ウエハーＷの昇温および
降温を迅速に行うことができる。特に、処理容器１０は
通常光を通過させる石英によって形成されることから、
加熱源としては、当該処理容器１０の周囲に複数の赤外
線放射ランプを配置してなるものを好適に使用すること
ができ、この場合には、きわめて急速な半導体ウエハー
Ｗの昇温，降温および高温の維持を達成することができ
る。このことにより、半導体ウエハーＷの正確な温度管
理を精度よく容易に達成することができる。半導体ウエ
ハーＷの加熱温度は、目的とする処理によって異なる
が、例えばアッシング処理の場合には１４０〜２００℃
程度の範囲の温度とすることができ、低温処理において
は半導体ウエハーに重金属汚染が生ずるおそれがない。
【００３０】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明においては、種々の変更を加えることが可能
である。例えば、上記の実施例では、処理容器１０の外
周にプラズマ発生容器２５がいわば外付け型として設け
られて処理容器１０の周壁の一部がプラズマ発生空間Ｐ
に対する隔壁２２とされているが、処理容器１０の内部
にプラズマ発生空間Ｐを区画するプラズマ発生容器を内
付け型として設けることも可能である。
【００３１】また、上記の実施例では、排気ポート４１
もいわば外付け型として設けられているが、このような
排気ポート４１の代わりに、図３に示すように、ガス排
出管５０を設けることもできる。このガス排出管５０
も、ウエハー保持領域の上下方向の全域に対向する領域
に、円形の貫通孔より成るガス排出口５２を上下方向に
均等に有することが必要である。このようなガス排出管
５０によれば、装置の構成が簡単となる利点がある。
【００３２】更に、上述の作用が確実に達成されること
から、図示の例におけるように、隔壁２２のラジカル導
入口２３、並びに隔壁４０のガス排出口４２若しくはガ
ス排出管５０のガス排出口５２は、それらの配列ピッチ
が半導体ウエハーＷの配置ピッチと一致していること、
かつ上下に隣接する２枚の半導体ウエハーＷ間の間隙を
介して互いに対向する状態に設けられることが好まし
い。この場合に、当該ピッチの大きさは、適宜選定する
ことができ、例えば６インチの半導体ウエハーを処理す
る場合には例えば９．５ｍｍのピッチとすることができ
る。但し、この態様は、本発明に本質的に必須の事項で
はない。
【００３３】また、図示の例では、ラジカル導入口２
３、ガス排出口４２若しくは５２およびプロセスガス供
給口３１はいずれも円形の貫通孔より成るものとされて
いるが、これらは円形以外の貫通孔であってもよく、更
に単一のまたは複数のスリットであっても同等の作用効
果を得ることができる。しかし、作製の容易性などの観
点からは、円形の貫通孔であることが好ましい。
【００３４】ラジカル導入口２３およびガス排出口４２
の口径は、処理空間Ｓおよびプラズマ発生空間Ｐに必要
な減圧状態を実現することのできるものであればよい
が、ラジカル導入口２３の口径が過大であると、処理空
間Ｓとプラズマ発生空間Ｐとの間に所期の圧力差が得ら
れなくなり、その結果、良好なプラズマを発生させるこ
とができず、若しくはプラズマで発生したラジカルを円
滑に処理空間Ｓに導入することができない。また、ガス
排出口４２の口径は、排気管４４による減圧作用を有効
に処理空間Ｓに作用させる観点から、ラジカル導入口２
３と同等またはそれ以上とされるのが好ましい。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、プラズ
マ発生空間および処理空間におけるプロセスガスの流れ
が、ウエハー保持領域の上下方向の全域において、上下
方向に拡散することがなく、上下の位置による差異のな
い状態で均等な流れとなり、その結果、ウエハー保持領
域に保持された複数の半導体ウエハーの各々に対して、
上下方向の位置によらずにすべて均等の状態でラジカル
が流過するようになり、従って半導体ウエハーの各々に
対して均等なプラズマ処理を達成することができ、多数
の半導体ウエハーに対してバッチ的にしかも均等のプラ
ズマ処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】【図１】本発明の一実施例に係る半導体ウエハーのプラ
ズマ処理装置の構成を示す説明用縦断正面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る半導体ウエハーのプラ
ズマ処理装置の説明用横断平面図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る半導体ウエハーのプ
ラズマ処理装置の構成を示す説明用縦断正面図である。
【符号の説明】 １０ 処理容器 １１ キャップ
板 Ｓ 処理空間 Ｗ 半導体ウエ
ハー １５ 回転軸 １６ ターンテ
ーブル １７ 保温筒 １９ ウエハー
ボート ２０ 支持ロッド ２２ 隔壁 Ｐ プラズマ発生空間 ２５ プラズマ
発生容器 ２３ ラジカル導入口 ３０ プロセス
ガス供給管 ３１ プロセスガス供給口 ３３ プラズマ
発生用電極 ３５ 高周波電源 ４０ 隔壁 ４１ 排気ポート ４２ ガス排出
口 ４４ 排気管 ５０ ガス排出
管 ５２ ガス排出口