半導体製造装置
【課題】パーティクルの発生を防止することができるようにする。
【解決手段】半導体製造装置は、複数の基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に収容されて前記複数の基板を多段に保持する基板保持具と、前記基板保持具の側面に設けられるプラズマ生成室１７と、前記プラズマ生成室内に第一のガスを供給する第一のガス供給部と、前記基板保持具に保持される複数の基板の間に第二のガスを供給する第二のガス供給部と、前記処理容器の外に設けられ、前記プラズマ生成室１７内に供給される前記第一のガスを誘導結合により励起してプラズマを生成する電極と、前記電極と前記プラズマ生成室１７との間に接地して設けられたシールドと、前記プラズマ生成室１７内に設けられ、該プラズマ生成室１７内で生成されたプラズマのうちの電子を前記処理容器内の前記複数の基板の間に発射して、前記基板間に供給された前記第二のガスをプラズマ励起する電子供給装置とを備える。
【解決手段】半導体製造装置は、複数の基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に収容されて前記複数の基板を多段に保持する基板保持具と、前記基板保持具の側面に設けられるプラズマ生成室１７と、前記プラズマ生成室内に第一のガスを供給する第一のガス供給部と、前記基板保持具に保持される複数の基板の間に第二のガスを供給する第二のガス供給部と、前記処理容器の外に設けられ、前記プラズマ生成室１７内に供給される前記第一のガスを誘導結合により励起してプラズマを生成する電極と、前記電極と前記プラズマ生成室１７との間に接地して設けられたシールドと、前記プラズマ生成室１７内に設けられ、該プラズマ生成室１７内で生成されたプラズマのうちの電子を前記処理容器内の前記複数の基板の間に発射して、前記基板間に供給された前記第二のガスをプラズマ励起する電子供給装置とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造装置、特に複数の基板を同時にプラズマ処理する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の基板、例えばシリコンウェハを保持したボートを処理室に搬入して、複数のウェハに対して同時にプラズマ処理をする半導体製造装置としてのバッチ式プラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたバッチ式プラズマ処理装置を構成する熱処理炉の一例を図６及び図７に示す。図７は図６のＸ−Ｘ面断面図である。図６及び図７に示すように、従来例の熱処理炉は、プロセスチューブ７の内壁面に沿うように一対の電極保護管８が垂直に設けられている。電極保護管８は、下方でプロセスチューブ７の外側へ向けて屈曲してプロセスチューブ７を貫通し、両方の電極保護管８には一対の電極９がプロセスチューブ７の下方から挿入されている。
また、プロセスチューブ７の内周には、プラズマ室１０を形成する樋形状の隔壁１１が両方の電極保護管８を気密に取り囲むように設置されている。隔壁１１には、複数の吹出口である貫通孔１２が、プロセスチューブ７内の上下に積載されているウェハ６の間に向くように配列されている。
【０００４】
このような従来の熱処理炉では、処理ガス（プロセスガス）をプラズマ室１０に供給し、プラズマ室１０を所定の圧力に維持した後に、高周波電源１３によって高周波電力が一対の電極９の間に供給される。これにより、プラズマ１４がプラズマ室１０に形成され、処理ガスは活性化され、活性種（ラジカル）１５が生成される。電気的に中性の活性種１５は、隔壁１１に形成された貫通孔１２から吹き出して処理室１６ａに供給されることにより、ボート３に保持された各ウェハ６に接触する。ウェハ６に接触した活性種１５は、ウェハ６の表面に成膜等のウェハ処理を行う。
【０００５】
しかし、上述した一対の電極９からなるプラズマ源を用いた従来の熱処理炉では、ウェハ６の周辺部でプラズマを生成させるため、ウェハ６面内で均一性の高いプラズマ密度を確保することが困難である。また、プラズマ室１０からウェハ６までの距離が遠いため、プロセスガス種によっては、折角発生した活性種が供給途中で消失して失活してしまう場合があり、このために活性種濃度が低下してウェハ処理効率が良くないという問題もある。また、プラズマ中の高エネルギーイオンにより電極保護管８の表面部や、プラズマ室１０内壁がスパッタされてパーティクルの原因となってしまうという懸念もある。
【０００６】
また、特許文献１には熱処理炉の他の例として、一対の電極に代えて平行平板電極からなるプラズマ源を用いた熱処理炉が開示されている。平行平板電極からなるプラズマ源は、一対の電極を用いたプラズマ源よりも、電子密度１０11〜１０13ｃｍ-3程度の高密度プラズマを生成可能である。その構成は、反応管外部に平行平板電極を設置して、これらの電極に高周波を印加することにより、容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）を発生させて、処理室内に活性種を送り込む方法である。同様の手法は、特許文献２においても見ることができる。特許文献２に記載のものは、図８に示すように、処理容器４２に隣接したプラズマ発生部６８に２枚の平行平板電極７６を設け、これらの平行平板電極７６間に給電ライン８０を介して高周波電源７８からの高周波電力を加え、容量性結合型プラズマを発生させて処理容器４２内に活性種を送り込む方法である。
【０００７】
この容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）によれば、近年、ますます厳しくなってきている半導体デバイスの高集積化や、高性能化のための微細化プロセスへの要求に応えることができ、デバイス特性の向上の観点から半導体デバイスの製造工程における熱履歴の低減も実現することが可能である。
【０００８】
しかし、容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）ではプラズマ中のイオン温度が高く、高エネルギーを持ったイオンが処理室を構成する石英壁に衝突し、石英内壁の膜や、さらには石英内壁をスパッタしてしまう恐れがある。しかも、ウェハ中心部に高密度のプラズマを発生させる為に、高周波電力の出力を上げると、必然的にウェハ周辺、すなわち処理室石英壁近傍のプラズマ密度（＝イオン密度）が高くなり、石英内壁をスパッタする確率もさらに高まるという問題がある。
【０００９】
そこで、電子ビーム励起プラズマ（ＥＢＥＰ：Electron-Beam-Excited-Plasma）源を用いて一連の反応プロセスを行う基板処理装置が提案されるにいたっている。これは、処理容器内の基板保持具（ボート）の側面にプラズマ生成室を設け、このプラズマ生成室に処理ガスを供給して、プラズマを生成する。また、プラズマ生成室にアノードとグリッドを有する電子供給装置を設け、この電子供給装置を用いて、プラズマ生成室内のプラズマから電子を処理室に引き出し、基板保持具に保持された複数のウェハ間に供給して、基板をプラズマ処理するようにしたものである。これによれば、上述した基板面内のプラズマ密度の均一化が図れる。
【特許文献１】特開２００４−２８９１６６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４３０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した電子供給装置を用いた従来技術では、なおスパッタの問題が解消されないという問題があった。すなわち、プラズマ生成室内でイオンが加速され、壁に衝突してスパッタが起こり、パーティクルが発生して、基板を汚染するという問題があった。特に、複数の基板を製造する装置にあっては、汚染が複数の基板に及ぶので大きな問題となっていた。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、スパッタが起こるのを抑制してパーティクルの発生を防止することが可能な半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の態様によれば、複数の基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に収容されて前記複数の基板を多段に保持する基板保持具と、前記基板保持具の側面に設けられるプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室内に第一のガスを供給する第一のガス供給部と、前記基板保持具に保持される複数の基板の間に第二のガスを供給する第二のガス供給部と、前記処理容器の外に設けられ、前記プラズマ生成室内に供給される前記第一のガスを誘導結合により励起してプラズマを生成する電極と、前記電極と前記プラズマ生成室との間に接地して設けられたシールドと、前記プラズマ生成室内に設けられ、該プラズマ生成室内で生成されたプラズマのうちの電子を前記処理容器内の前記複数の基板の間に発射して、前記基板間に供給された前記第二のガスをプラズマ励起する電子供給装置とを備えた半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スパッタが起こるのを抑制してパーティクルの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図５は、本発明の半導体製造装置の一実施形態の全体斜視図である。図５に示すように、半導体製造装置Ａはバッチ式プラズマ装置を構成する。バッチ式プラズマ装置は、筐体１０１を有する。その筐体１０１の内部の前面側に、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取り付けられている。又、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００１５】
筐体１０１の後部上方には、熱処理炉５が設けられ、熱処理炉５の下方には被処理基板としての半導体シリコンウェハ（以下、単にウェハ６という）を水平姿勢で多段に保持する基板保持具としてのボート３を熱処理炉５に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１に取り付けられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ１２５が取り付けられボート３を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェハ移載機１１２が取り付けられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち熱処理炉５の下側のウェハ搬入出口１３１を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００１６】
ウェハ６が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウェハ６が上向き姿勢で搬入され、ウェハ６が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
【００１７】
カセット棚１０９にはウェハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウェハ６の移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
【００１８】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウェハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート３にウェハ６を移載する。
【００１９】
ボート３に所定枚数のウェハ６が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート３が熱処理炉５に挿入され、シールキャップ１２５により熱処理炉５のウェハ搬入出口１３１が気密に閉塞される。気密に閉塞された熱処理炉５内ではウェハ６が加熱されると共に処理ガスが熱処理炉５内に供給され、ウェハ６に処理がなされる。
【００２０】
ウェハ６への処理が完了すると、ウェハ６は上記した作動の逆の手順により、ボート３から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。
【００２１】
炉口シャッタ１１６は、ボート３が降下状態の際に熱処理炉５のウェハ搬入出口１３１を気密に閉塞し、外気が熱処理炉５内に巻き込まれるのを防止している。
【００２２】
カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００２３】
図１は、上述した熱処理炉５の構成を示す縦断面図であり、図２は図１におけるＹ矢視図であり、図３は、図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
図１及び図３に示すように、熱処理炉５は、従来の半導体製造装置と同様に、上部が閉じた円筒状の排気可能な処理容器としてのプロセスチューブ７の内壁面に、上下に延びた隔壁１１が設けられている。この隔壁１１とプロセスチューブ７の内壁とにより、プロセスチューブ７内に区画されたプラズマ生成室１７が形成されている。
隔壁１１は、プロセスチューブ７と同心円状で、各ウェハ６の外周に沿った断面円弧状の中心壁１１ａと、この中心壁１１ａをプロセスチューブ７の内壁に連結する接続壁１１ｂとから構成されている。
ウェハ６は、ボート３の各載置部４に、上下に表裏面が向くように複数並べて載置されている。より詳しくいうと、プロセスチューブ７の中心軸上に各ウェハ６の中心が並ぶように、ボート３がプロセスチューブ７の中心に配置されている。前述したプラズマ生成室１７はこのボート３の側面に設けられる。
上述したプロセスチューブ７、隔壁１１、及びボート３は、例えば、石英などで構成される。
【００２４】
プロセスチューブ７のプラズマ生成室１７に対応する位置の外側には、第一のプラズマ源が設けられている。この第一のプラズマ源は、例えば、図２に示すプラズマ生成室１７の外壁に、金属や炭素の棒等からなるループ状の電極２２を設けた誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ:Inductivecoupled plasma）源で構成されている。ループ状の電極２２とプロセスチューブ７の外壁との間には、接地された金属製のシールド２３が介設されている。ループ状の電極２２の両端は高周波電源１３に接続されている。このＩＣＰプラズマ源により、第一のガス供給部としてのガス供給管３１からプラズマ生成室１７内に供給された第一のガス（処理ガス）を励起して、プラズマ生成室１７内に第一のプラズマを生成するようになっている。ＩＣＰプラズマ源により生成される電子の密度は例えば実測値で約１０10〜１０12／ｃｍ3である。
【００２５】
本実施の形態のＩＣＰプラズマ源の構成は、主に高周波電源１３に接続されたＩＣＰ用の電極２２、接地されたシールド２３からなる。
【００２６】
本実施の形態では、縦型のバッチプラズマ処理装置における第二のプラズマ源としてＥＢＥＰ方式を用いる。ＥＢＥＰ方式は、電子供給装置としての電子銃４１によって電子を直接ウェハ６の間に照射し、処理ガスをウェハ６の直近でイオン化して第二のプラズマを生成する方式である。
【００２７】
プラズマ生成室１７を構成する隔壁１１の中心壁１１ａには、電子を吹き出させる複数の貫通孔１２が配列されている。貫通孔１２は、上下に多段に積層された複数のウェハ６の間であって、ウェハ６の表面に沿う方向、例えば表面と平行に電子ビームを噴出できるように、隣接する各ウェハ６の間の高さの位置に、上下に並んで等間隔に配列されている。貫通孔１２は、電子ビームがウェハ６間の中心を通過するように配置されているが、ウェハ６の中心から多少ずれた向きに電子ビームが通過するように配置されていてもよい。なお、隔壁１１は、貫通孔１２を除いて、プロセスチューブ７内に形成される処理室２９とプラズマ生成室１７とを気密に区画している。
【００２８】
プラズマ生成室１７の中には、上下に延びた平板状のグリッド電極１９とアノード電極２０とが設けられている。グリッド電極１９とアノード電極２０とは、互いに対面して配置され、また、アノード電極２０は、隔壁１１のうち熱処理炉５の中心側の壁に対面して設けられている。グリッド電極１９及びアノード電極２０は、共に貫通孔１２に対応して図４に記載のように電子通過孔１９ａ，２０ａが形成されている。グリッド電極１９は、直流電源２１の負極側に接続され、アノード電極２０は、直流電源２１の陽極側に接続されている。従って、グリッド電極１９とアノード電極２０との間に直流電源２１で電圧を印加すれば、電子通過孔１９ａから電子通過孔２０ａの間で電子を加速するための電界が発生する。
これらのグリッド電極１９、アノード電極２０、直流電源２１から電子供給装置（電子銃）４１が主に構成される。
【００２９】
プロセスチューブ７には、第一のガス（処理ガス）をプラズマ生成室１７内に供給するための第一のガス供給部としてのガス供給管３１と、プロセスチューブ７内を排気する排気管３２が設けられている。また、図示しないが、プラズマを用いないプロセスを確保するために、第二のガス（処理ガス）を直接処理室２９内に供給するための第二のガス供給部としてのガス供給管も設けられている。なお、プラズマガスのみを用いるプロセスの場合には、第二のガス供給部は第一のガス供給部と同じとなる。
ガス供給管３１はプラズマ生成室１７を介して処理室２９内に処理ガスを供給する。このガス供給管３１には、処理ガスを供給するため、ガス供給源、配管及びバルブなどからなるガス供給系３３が接続されている。このガス供給管３１、ガス供給系３３から処理ガス供給装置が構成される。排気管３２には自動圧力制御バルブ、配管を通じてポンプ３４が接続され、プロセスチューブ７を排気可能としている。
【００３０】
ボート３は、ウェハ６の中心を回転中心として回転できるように、軸受３５により支持されている。ボート３は、回転装置としての回転駆動機構３６により回転させられる。
【００３１】
電極２２は、ボート３にその高さ方向に載置された複数のウェハ６の全部を、均一にプラズマ処理するために、ボート３の高さ全域を略カバーするのに十分な高さのＵ字型のループアンテナを用いる。実施の形態では、ループアンテナとしての電極２２は、プロセスチューブ７のプラズマ生成室１７に対応する位置の外側に、長方形にループさせた構造を持っている。プラズマはＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）であり、ＣＣＰ（容量結合型プラズマ）と比較して、圧力１〜１００Ｐａという低圧領域において容易にプラズマを発生させることができる。電極２２は、プロセスチューブ７の外部に設置しているので、プロセスチューブ７内部に設置する場合に必要としていた電極保護管を必要としない。
【００３２】
電極２２に高周波を印加するための高周波電源１３は、電子ビームを取り出すためだけにプラズマ生成室１７内で第一のプラズマを発生させればよいので、電極２２に高出力の高周波電力を印加する必要がない。例えば、ウェハ処理条件にもよるが、圧力１Ｐａの条件において、数十ｍＡの電子ビームを取り出すのであれば、電極２２に印加する電力は１００Ｗ以下の低出力で十分である。したがって、プラズマ生成室１７の内壁を構成する石英等がスパッタされる懸念が少ない。
【００３３】
シールド２３は金属製であり、Ｕ字型の電極２２と、プラズマ生成室１７を構成するプロセスチューブ７の一部の外壁７ａとの間に設けられる。このシールド２３は、プラズマ生成室１７の内部のどこの位置からＵ字型の電極２２を見ても、この電極２２を隠すような形状をしている。図示例では、シールド２３の全体形状は、Ｕ字型の電極２２の外縁からはみ出した矩形状をしている。シールド２３の全体形状は、矩形状に限定されず、長円形状でもよい。また、シールド２３は、一枚の大きなシールド板から構成されているのではなく、例えば、大きなシールド板を四角形状に細分化した複数のピース２３ａから構成されて配列されている。図示例では、ピース２３ａは１３行×３列＝３９枚が配列されている。全てのピース２３ａは、ピース２３ａの幅よりも幅の狭い接続部３０で電気的につないで接地してある。ピース２３ａの形状は、三角形状でも五角以上の多角形状または円形状でも良い。
【００３４】
以上のように構成された熱処理炉５の動作について説明する。
ボート３が熱処理炉５から下降して、ウェハ移載機１１２によりボート３に複数のウェハ６が積載される。ウェハ６が積載されたボート３は、熱処理炉５内に挿入され、シールキャップ１２５により熱処理炉５が気密に閉塞される。
そして、ガス供給管３１からプラズマ生成室１７を介して処理ガスが処理室２９に供給されつつ、ポンプ３４で真空排気を行い、プラズマ処理に適したガス、圧力の雰囲気にする。
【００３５】
ヒータ１６によりプロセスチューブ７を加熱してウェハを処理温度に維持しつつ、高周波電源１３を作動させてループ状の電極２２に大電流を流す。ガス供給管３１からプラズマ生成室１７へＡｒガスを供給する。プラズマ生成室１７内に高周波電磁誘導が発生して第一のプラズマが形成される。このとき、高密度で大面積のプラズマができる。直流電源２１を作動させて、グリッド電極１９，２０間に直流電圧を印加する。すると次に説明するようにＩＣＰプラズマ源で作られた第一のプラズマから電子が引き出される。
【００３６】
図４に示すように、プラズマ生成室１７において発生したプラズマ中には、イオン２５（図３ではＡ+イオン）と電子２６（図３ではｅ）が混在して、全体として中性を保っている。そして、直流電源２１によりグリッド電極１９とアノード電極２０の間に電圧を印加すると、プラズマ中の電子２６はグリッド電極１９に印加された負の電圧で作られた電界により、軌道修正を受けて電子通過孔１９ａに集束する。そして、アノード電極２０に印加された正の電圧（加速電圧）により作られた電界によりアノード電極２０の電子通過孔２０ａに向かって加速される。加速された電子は、電子の束、すなわち電子ビーム（Electron-beam）２４となって隔壁１１の貫通孔１２から処理室２９内に引き出されて、ウェハ６、６の間に発射される。発射された電子ビーム２４により、ウェハ６の表面の直ぐ近くにおいて、ある確率でプラズマガス２８（図３ではＢ分子）が励起、もしくはイオン化される。励起もしくはイオン化された第二のプラズマガス２７（図３ではＢ+）は、ウェハ６の表面を処理する。
【００３７】
この際、回転駆動機構３６によりボート３を回転させることにより、ウェハ６の面内、および高さ方向のウェハ間（ウェハ面間）の電子ビームの均一性が確保され、ウェハ６の面内、面間が均一なプラズマガス２７と接触し、複数のウェハ６が全体的に均一に処理される。
【００３８】
ところで、電極２２としてのループアンテナの半径方向にしばしば静電界が強く誘起されるので、プラズマ生成室１７内のプラズマ中のイオンが加速されてプロセスチューブ７の内壁に衝突し、誘電体表面がスパッタされてパーティクルが発生する。すなわち、プラズマ生成室１７内に誘起される電界がプラズマを巻き込み、プラズマ生成室１７内壁がスパッタされ、パーティクルが発生して、ウェハ６が汚染されるという問題がある。
【００３９】
この問題に対して、実施の形態では、シールド２３が、電極２２とプロセスチューブ７の外壁との間に設けられて、接地されている。接地されたシールド２３は、電極２２に発生した電界のプラズマ生成室１７内部への侵入を遮断するので、プラズマ１８中のイオンによるプラズマ生成室１７内壁のスパッタを確実に抑止することができる。従って、上述した従来例のものと比べて、スパッタ作用による異物の発生を抑制し、パーティクルの発生が少なく、ウェハ上にパーティクルが降る確率を低減できる。
【００４０】
また、シールドは、プラズマ生成室１７の内部から見て、電極２２を隠すような形状に構成されているので、イオンの進行方向に、負の直流自己バイアスがかかっている誘電体表面が存在しなくなり、プロセスチューブ７の内壁へのイオン衝撃が抑制される。従って、プロセスチューブ７の内壁はイオンによってスパッタされにくくなり、プラズマ生成室内のスパッタ量を確実に減らすことができる。
特に、ピース２３ａ間を接続する接続部３０を、できるだけ電極２２と重なるように配置して、接続部３０によってもループ状の電極２２を隠すようにすると、プラズマ生成室１７内のスパッタ量をより確実に減らすことができる。
【００４１】
このようにプラズマ生成室１７内壁がスパッタされるのを有効に抑制することができるので、ウェハ６上に降って来るパーティクルを大幅に低減することができる。
【００４２】
また、シールド２３には、電極２２より生じた磁界によりシールド２３に渦電流が流れる。そのためシールド２３は、抵抗値の低い導電体、例えば、Ａｌ、Ｃｕなどで形成することが好ましい。また、シールド２３に流れる渦電流は、電極２２に投入する高周波電力の損失となるので、極力小さくする必要がある。この点で、本実施の形態では、１枚の面状のシールドを複数のピース２３ａに細分化し、これらのピース２３ａをつないで、シールド２３を一体化して形成することにより、渦電流による高周波電力の損失を減らしている。なお、この意味からいっても、シールド２３は図示例の形状に限らず、電界を遮断でき、かつ渦電流の発生を抑止できる形状であれば任意の形状でもよい。
【００４３】
また、本実施の形態では、電極２２をプロセスチューブ７の外部に設置しており、電極保護管が省略できるため、従来のプロセスチューブ７の内部に電極を設置する方式と比べて、プロセスチューブ７の形状を簡素化でき、製造原価を低減できる。
【００４４】
また、本実施形態の半導体製造装置によれば、ＥＢＥＰ方式により、ウェハ６の直近で第二のガス（処理ガス）を活性化させるので、寿命が短い活性種であっても、ウェハ６の表面に必要量を供給することが可能である。また、容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）などで発生させた高エネルギープラズマにウェハ６が晒されるわけではないので、ウェハ６自体がプラズマからダメージを受けることがない。
【００４５】
さらに、プラズマ生成室１７では、電子を取り出すためにだけ、プラズマを発生させればよいので、高出力の高周波電力を印加する必要がなく、プロセスチューブ７を構成する石英壁などがスパッタされる可能性が低い。
【００４６】
また、本実施の形態ではプラズマ生成室にＩＣＰプラズマ源を用いており、ＩＣＰプラズマ源がプロセスチューブ７の外にあるので、フィラメント（超高温の金属）を使用する場合と比べて、処理の際の汚染源にはならず、非常にクリーンである。
【００４７】
また、プラズマが各ウェハ６上に均一に形成されるので、プラズマ処理が成膜処理である場合にあっては、膜質が大幅に向上し、またバッチ式であることで製品のスループットも向上する。
【００４８】
また、プラズマ生成室１７をボート３の側面に沿って縦方向に設け、ＥＢＥＰ方式の電子源となるプラズマ１８を縦方向に均一に発生させ、発生したプラズマのうちの電子を、電子銃４１によって処理室２９内の複数のウェハ６の間に発射して、ウェハ６間に供給されたガスを直接プラズマ励起するようにしたので、ウェハ面内、ウェハ間の膜厚均一性を向上させることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく適宜変更して実施することが可能である。
【００５０】
例えば、プラズマ生成室１７におけるプラズマの発生方法は、前記実施形態においては一例として高周波を印加することによるＩＣＰプラズマ源を用いているが、これに限定されることなく、電子サイクロトロン共鳴プラズマや、表面波プラズマなど、スパッタ作用を極力抑えたプラズマ発生方式ならば他の方式を適用することもできる。
【００５１】
本発明に係る半導体製造装置は、膜種に介在した異物（その膜種以外の分子や原子等）を除去する場合、ウェハにＣＶＤ膜を形成する場合、拡散する場合、熱処理する場合等に適用することができる。この場合、プラズマ生成室１７におけるプラズマガスと、ウェハ処理のための反応に寄与するプラズマガス２８は、同一のものであっても異なるものであってもよい。異なるものである場合は、ガス供給管３１とは異なるガス供給管（図示せず）を必要とする場合である。なお、プラズマガスとしては、水素（Ｈ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）、アンモニア（ＮＨ3）、一酸化窒素（Ｎ2Ｏ）などを適用することができる。
【００５２】
例えば、ＤＲＡＭのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理においては、処理室２９を室温〜７５０℃に加熱し、ガス供給管３１から窒素（Ｎ2）ガスまたはアンモニア（ＮＨ3）または一酸化窒素（Ｎ2Ｏ）をプラズマ生成室１７内に供給し、処理室２９のウェハ６間に窒素プラズマを生成することによって、酸化膜の表面を窒化することができる。また、ガス供給管３１から水素（Ｈ2）ガスをプラズマ生成室１７内に供給して、処理室２９のウェハ６間に水素プラズマを生成することにより、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜が形成される前のシリコンウェハの表面から自然酸化膜を除去して、所望のＳｉＧｅ膜を形成することができる。また、低温での窒素膜の形成においては、ＤＣＳ（ジクロロシラン）とＮＨ3（アンモニア）とを交互に供給してＳｉ（シリコン）とＮ（窒素）とを一層ずつ形成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition 原子層成膜）を行う場合、ＮＨ3の供給時に、ガス供給管３１からＮＨ3を供給し、ウェハ６間にアンモニアプラズマを生成することにより、高品質の窒化膜を得ることができる。
【００５３】
以下に本発明の好ましい態様を付記する。
【００５４】
第一の態様は、複数の基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に収容されて前記複数の基板を多段に保持する基板保持具と、前記基板保持具の側面に設けられるプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室内に第一のガスを供給する第一のガス供給部と、前記基板保持具に保持される複数の基板の間に第二のガスを供給する第二のガス供給部と、前記処理容器の外に設けられ、前記プラズマ生成室内に供給される前記第一のガスを誘導結合により励起してプラズマを生成する電極と、前記電極と前記プラズマ生成室との間に接地して設けられたシールドと、前記プラズマ生成室内に設けられ、該プラズマ生成室内で生成されたプラズマのうちの電子を前記処理容器内の前記複数の基板の間に発射して、前記基板間に供給された前記第二のガスをプラズマ励起する電子供給装置とを備えた半導体製造装置である。
電極とプラズマ生成室との間にシールドを接地して設けたので、プラズマ生成室内壁でイオン衝突によりスパッタが起こるのを低減でき、パーティクルの発生を確実に抑制できる。
【００５５】
第二の態様は、第一の態様において、前記シールドは、前記プラズマ生成室の内部から見て、前記電極を隠すような形状である半導体製造装置である。シールドがプラズマ生成室の内部から見て電極を隠すような形状であると、プラズマ生成室内壁でイオン衝突によりスパッタが起こるのを一層低減でき、パーティクルの発生をより確実に抑制できる。
【００５６】
第三の態様は、第一、第二の態様において、前記プラズマ生成室は前記処理容器の内壁の一部に設けられている半導体製造装置である。プラズマ生成室は前記処理容器の外部の一部に隣接して設けられていても、あるいは前記処理容器の内壁の一部に隣接して設けられていてもよい。プラズマ生成室が処理容器の内壁の一部に設けられている場合に、パーティクル発生源と基板との距離が近くなるので、特に、パーティクルの基板への付着が問題となるが、接地シールドが設けられているので、このような問題を解決できる。
【００５７】
第四の態様は、第一ないし第三の態様において、前記シールドを、細分化した複数のピースをつないで一体化して形成した半導体製造装置である。シールドをピース化することにより、シールドに生じる渦電流による高周波電力の損失を低減することができる。
【００５８】
第五の態様は、第四の態様において、前記複数のピースをつなぐ接続部を電極と重なるように配置して、前記接続部によっても前記電極を隠すようした半導体製造装置である。これによれば、プラズマ生成室内のスパッタ量をより確実に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体製造装置の熱処理炉の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＹ矢視図である。
【図３】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における電子ビーム励起プラズマを説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態における半導体製造装置の全体斜視図である。
【図６】従来例の半導体製造装置における熱処理炉の縦断面図である。
【図７】図６におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図８】従来例の半導体製造装置における熱処理炉のプラズマ源の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
３ ボート（基板保持具）
６ ウェハ（基板）
７ プロセスチャンバ（処理容器）
１７ プラズマ生成室
１８ プラズマ
４１ 電子銃（電子供給装置）
２２ 電極
２３ シールド
３１ ガス供給管（第一のガス供給部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造装置、特に複数の基板を同時にプラズマ処理する半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の基板、例えばシリコンウェハを保持したボートを処理室に搬入して、複数のウェハに対して同時にプラズマ処理をする半導体製造装置としてのバッチ式プラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたバッチ式プラズマ処理装置を構成する熱処理炉の一例を図６及び図７に示す。図７は図６のＸ−Ｘ面断面図である。図６及び図７に示すように、従来例の熱処理炉は、プロセスチューブ７の内壁面に沿うように一対の電極保護管８が垂直に設けられている。電極保護管８は、下方でプロセスチューブ７の外側へ向けて屈曲してプロセスチューブ７を貫通し、両方の電極保護管８には一対の電極９がプロセスチューブ７の下方から挿入されている。
また、プロセスチューブ７の内周には、プラズマ室１０を形成する樋形状の隔壁１１が両方の電極保護管８を気密に取り囲むように設置されている。隔壁１１には、複数の吹出口である貫通孔１２が、プロセスチューブ７内の上下に積載されているウェハ６の間に向くように配列されている。
【０００４】
このような従来の熱処理炉では、処理ガス（プロセスガス）をプラズマ室１０に供給し、プラズマ室１０を所定の圧力に維持した後に、高周波電源１３によって高周波電力が一対の電極９の間に供給される。これにより、プラズマ１４がプラズマ室１０に形成され、処理ガスは活性化され、活性種（ラジカル）１５が生成される。電気的に中性の活性種１５は、隔壁１１に形成された貫通孔１２から吹き出して処理室１６ａに供給されることにより、ボート３に保持された各ウェハ６に接触する。ウェハ６に接触した活性種１５は、ウェハ６の表面に成膜等のウェハ処理を行う。
【０００５】
しかし、上述した一対の電極９からなるプラズマ源を用いた従来の熱処理炉では、ウェハ６の周辺部でプラズマを生成させるため、ウェハ６面内で均一性の高いプラズマ密度を確保することが困難である。また、プラズマ室１０からウェハ６までの距離が遠いため、プロセスガス種によっては、折角発生した活性種が供給途中で消失して失活してしまう場合があり、このために活性種濃度が低下してウェハ処理効率が良くないという問題もある。また、プラズマ中の高エネルギーイオンにより電極保護管８の表面部や、プラズマ室１０内壁がスパッタされてパーティクルの原因となってしまうという懸念もある。
【０００６】
また、特許文献１には熱処理炉の他の例として、一対の電極に代えて平行平板電極からなるプラズマ源を用いた熱処理炉が開示されている。平行平板電極からなるプラズマ源は、一対の電極を用いたプラズマ源よりも、電子密度１０11〜１０13ｃｍ-3程度の高密度プラズマを生成可能である。その構成は、反応管外部に平行平板電極を設置して、これらの電極に高周波を印加することにより、容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）を発生させて、処理室内に活性種を送り込む方法である。同様の手法は、特許文献２においても見ることができる。特許文献２に記載のものは、図８に示すように、処理容器４２に隣接したプラズマ発生部６８に２枚の平行平板電極７６を設け、これらの平行平板電極７６間に給電ライン８０を介して高周波電源７８からの高周波電力を加え、容量性結合型プラズマを発生させて処理容器４２内に活性種を送り込む方法である。
【０００７】
この容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）によれば、近年、ますます厳しくなってきている半導体デバイスの高集積化や、高性能化のための微細化プロセスへの要求に応えることができ、デバイス特性の向上の観点から半導体デバイスの製造工程における熱履歴の低減も実現することが可能である。
【０００８】
しかし、容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）ではプラズマ中のイオン温度が高く、高エネルギーを持ったイオンが処理室を構成する石英壁に衝突し、石英内壁の膜や、さらには石英内壁をスパッタしてしまう恐れがある。しかも、ウェハ中心部に高密度のプラズマを発生させる為に、高周波電力の出力を上げると、必然的にウェハ周辺、すなわち処理室石英壁近傍のプラズマ密度（＝イオン密度）が高くなり、石英内壁をスパッタする確率もさらに高まるという問題がある。
【０００９】
そこで、電子ビーム励起プラズマ（ＥＢＥＰ：Electron-Beam-Excited-Plasma）源を用いて一連の反応プロセスを行う基板処理装置が提案されるにいたっている。これは、処理容器内の基板保持具（ボート）の側面にプラズマ生成室を設け、このプラズマ生成室に処理ガスを供給して、プラズマを生成する。また、プラズマ生成室にアノードとグリッドを有する電子供給装置を設け、この電子供給装置を用いて、プラズマ生成室内のプラズマから電子を処理室に引き出し、基板保持具に保持された複数のウェハ間に供給して、基板をプラズマ処理するようにしたものである。これによれば、上述した基板面内のプラズマ密度の均一化が図れる。
【特許文献１】特開２００４−２８９１６６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４３０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した電子供給装置を用いた従来技術では、なおスパッタの問題が解消されないという問題があった。すなわち、プラズマ生成室内でイオンが加速され、壁に衝突してスパッタが起こり、パーティクルが発生して、基板を汚染するという問題があった。特に、複数の基板を製造する装置にあっては、汚染が複数の基板に及ぶので大きな問題となっていた。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、スパッタが起こるのを抑制してパーティクルの発生を防止することが可能な半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の態様によれば、複数の基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に収容されて前記複数の基板を多段に保持する基板保持具と、前記基板保持具の側面に設けられるプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室内に第一のガスを供給する第一のガス供給部と、前記基板保持具に保持される複数の基板の間に第二のガスを供給する第二のガス供給部と、前記処理容器の外に設けられ、前記プラズマ生成室内に供給される前記第一のガスを誘導結合により励起してプラズマを生成する電極と、前記電極と前記プラズマ生成室との間に接地して設けられたシールドと、前記プラズマ生成室内に設けられ、該プラズマ生成室内で生成されたプラズマのうちの電子を前記処理容器内の前記複数の基板の間に発射して、前記基板間に供給された前記第二のガスをプラズマ励起する電子供給装置とを備えた半導体製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スパッタが起こるのを抑制してパーティクルの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図５は、本発明の半導体製造装置の一実施形態の全体斜視図である。図５に示すように、半導体製造装置Ａはバッチ式プラズマ装置を構成する。バッチ式プラズマ装置は、筐体１０１を有する。その筐体１０１の内部の前面側に、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられ、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取り付けられている。又、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられクリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００１５】
筐体１０１の後部上方には、熱処理炉５が設けられ、熱処理炉５の下方には被処理基板としての半導体シリコンウェハ（以下、単にウェハ６という）を水平姿勢で多段に保持する基板保持具としてのボート３を熱処理炉５に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１に取り付けられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ１２５が取り付けられボート３を垂直に支持している。ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェハ移載機１１２が取り付けられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち熱処理炉５の下側のウェハ搬入出口１３１を気密に閉塞する閉塞手段としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００１６】
ウェハ６が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウェハ６が上向き姿勢で搬入され、ウェハ６が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。更に、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
【００１７】
カセット棚１０９にはウェハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウェハ６の移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
【００１８】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウェハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート３にウェハ６を移載する。
【００１９】
ボート３に所定枚数のウェハ６が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート３が熱処理炉５に挿入され、シールキャップ１２５により熱処理炉５のウェハ搬入出口１３１が気密に閉塞される。気密に閉塞された熱処理炉５内ではウェハ６が加熱されると共に処理ガスが熱処理炉５内に供給され、ウェハ６に処理がなされる。
【００２０】
ウェハ６への処理が完了すると、ウェハ６は上記した作動の逆の手順により、ボート３から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。
【００２１】
炉口シャッタ１１６は、ボート３が降下状態の際に熱処理炉５のウェハ搬入出口１３１を気密に閉塞し、外気が熱処理炉５内に巻き込まれるのを防止している。
【００２２】
カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
【００２３】
図１は、上述した熱処理炉５の構成を示す縦断面図であり、図２は図１におけるＹ矢視図であり、図３は、図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
図１及び図３に示すように、熱処理炉５は、従来の半導体製造装置と同様に、上部が閉じた円筒状の排気可能な処理容器としてのプロセスチューブ７の内壁面に、上下に延びた隔壁１１が設けられている。この隔壁１１とプロセスチューブ７の内壁とにより、プロセスチューブ７内に区画されたプラズマ生成室１７が形成されている。
隔壁１１は、プロセスチューブ７と同心円状で、各ウェハ６の外周に沿った断面円弧状の中心壁１１ａと、この中心壁１１ａをプロセスチューブ７の内壁に連結する接続壁１１ｂとから構成されている。
ウェハ６は、ボート３の各載置部４に、上下に表裏面が向くように複数並べて載置されている。より詳しくいうと、プロセスチューブ７の中心軸上に各ウェハ６の中心が並ぶように、ボート３がプロセスチューブ７の中心に配置されている。前述したプラズマ生成室１７はこのボート３の側面に設けられる。
上述したプロセスチューブ７、隔壁１１、及びボート３は、例えば、石英などで構成される。
【００２４】
プロセスチューブ７のプラズマ生成室１７に対応する位置の外側には、第一のプラズマ源が設けられている。この第一のプラズマ源は、例えば、図２に示すプラズマ生成室１７の外壁に、金属や炭素の棒等からなるループ状の電極２２を設けた誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ:Inductivecoupled plasma）源で構成されている。ループ状の電極２２とプロセスチューブ７の外壁との間には、接地された金属製のシールド２３が介設されている。ループ状の電極２２の両端は高周波電源１３に接続されている。このＩＣＰプラズマ源により、第一のガス供給部としてのガス供給管３１からプラズマ生成室１７内に供給された第一のガス（処理ガス）を励起して、プラズマ生成室１７内に第一のプラズマを生成するようになっている。ＩＣＰプラズマ源により生成される電子の密度は例えば実測値で約１０10〜１０12／ｃｍ3である。
【００２５】
本実施の形態のＩＣＰプラズマ源の構成は、主に高周波電源１３に接続されたＩＣＰ用の電極２２、接地されたシールド２３からなる。
【００２６】
本実施の形態では、縦型のバッチプラズマ処理装置における第二のプラズマ源としてＥＢＥＰ方式を用いる。ＥＢＥＰ方式は、電子供給装置としての電子銃４１によって電子を直接ウェハ６の間に照射し、処理ガスをウェハ６の直近でイオン化して第二のプラズマを生成する方式である。
【００２７】
プラズマ生成室１７を構成する隔壁１１の中心壁１１ａには、電子を吹き出させる複数の貫通孔１２が配列されている。貫通孔１２は、上下に多段に積層された複数のウェハ６の間であって、ウェハ６の表面に沿う方向、例えば表面と平行に電子ビームを噴出できるように、隣接する各ウェハ６の間の高さの位置に、上下に並んで等間隔に配列されている。貫通孔１２は、電子ビームがウェハ６間の中心を通過するように配置されているが、ウェハ６の中心から多少ずれた向きに電子ビームが通過するように配置されていてもよい。なお、隔壁１１は、貫通孔１２を除いて、プロセスチューブ７内に形成される処理室２９とプラズマ生成室１７とを気密に区画している。
【００２８】
プラズマ生成室１７の中には、上下に延びた平板状のグリッド電極１９とアノード電極２０とが設けられている。グリッド電極１９とアノード電極２０とは、互いに対面して配置され、また、アノード電極２０は、隔壁１１のうち熱処理炉５の中心側の壁に対面して設けられている。グリッド電極１９及びアノード電極２０は、共に貫通孔１２に対応して図４に記載のように電子通過孔１９ａ，２０ａが形成されている。グリッド電極１９は、直流電源２１の負極側に接続され、アノード電極２０は、直流電源２１の陽極側に接続されている。従って、グリッド電極１９とアノード電極２０との間に直流電源２１で電圧を印加すれば、電子通過孔１９ａから電子通過孔２０ａの間で電子を加速するための電界が発生する。
これらのグリッド電極１９、アノード電極２０、直流電源２１から電子供給装置（電子銃）４１が主に構成される。
【００２９】
プロセスチューブ７には、第一のガス（処理ガス）をプラズマ生成室１７内に供給するための第一のガス供給部としてのガス供給管３１と、プロセスチューブ７内を排気する排気管３２が設けられている。また、図示しないが、プラズマを用いないプロセスを確保するために、第二のガス（処理ガス）を直接処理室２９内に供給するための第二のガス供給部としてのガス供給管も設けられている。なお、プラズマガスのみを用いるプロセスの場合には、第二のガス供給部は第一のガス供給部と同じとなる。
ガス供給管３１はプラズマ生成室１７を介して処理室２９内に処理ガスを供給する。このガス供給管３１には、処理ガスを供給するため、ガス供給源、配管及びバルブなどからなるガス供給系３３が接続されている。このガス供給管３１、ガス供給系３３から処理ガス供給装置が構成される。排気管３２には自動圧力制御バルブ、配管を通じてポンプ３４が接続され、プロセスチューブ７を排気可能としている。
【００３０】
ボート３は、ウェハ６の中心を回転中心として回転できるように、軸受３５により支持されている。ボート３は、回転装置としての回転駆動機構３６により回転させられる。
【００３１】
電極２２は、ボート３にその高さ方向に載置された複数のウェハ６の全部を、均一にプラズマ処理するために、ボート３の高さ全域を略カバーするのに十分な高さのＵ字型のループアンテナを用いる。実施の形態では、ループアンテナとしての電極２２は、プロセスチューブ７のプラズマ生成室１７に対応する位置の外側に、長方形にループさせた構造を持っている。プラズマはＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）であり、ＣＣＰ（容量結合型プラズマ）と比較して、圧力１〜１００Ｐａという低圧領域において容易にプラズマを発生させることができる。電極２２は、プロセスチューブ７の外部に設置しているので、プロセスチューブ７内部に設置する場合に必要としていた電極保護管を必要としない。
【００３２】
電極２２に高周波を印加するための高周波電源１３は、電子ビームを取り出すためだけにプラズマ生成室１７内で第一のプラズマを発生させればよいので、電極２２に高出力の高周波電力を印加する必要がない。例えば、ウェハ処理条件にもよるが、圧力１Ｐａの条件において、数十ｍＡの電子ビームを取り出すのであれば、電極２２に印加する電力は１００Ｗ以下の低出力で十分である。したがって、プラズマ生成室１７の内壁を構成する石英等がスパッタされる懸念が少ない。
【００３３】
シールド２３は金属製であり、Ｕ字型の電極２２と、プラズマ生成室１７を構成するプロセスチューブ７の一部の外壁７ａとの間に設けられる。このシールド２３は、プラズマ生成室１７の内部のどこの位置からＵ字型の電極２２を見ても、この電極２２を隠すような形状をしている。図示例では、シールド２３の全体形状は、Ｕ字型の電極２２の外縁からはみ出した矩形状をしている。シールド２３の全体形状は、矩形状に限定されず、長円形状でもよい。また、シールド２３は、一枚の大きなシールド板から構成されているのではなく、例えば、大きなシールド板を四角形状に細分化した複数のピース２３ａから構成されて配列されている。図示例では、ピース２３ａは１３行×３列＝３９枚が配列されている。全てのピース２３ａは、ピース２３ａの幅よりも幅の狭い接続部３０で電気的につないで接地してある。ピース２３ａの形状は、三角形状でも五角以上の多角形状または円形状でも良い。
【００３４】
以上のように構成された熱処理炉５の動作について説明する。
ボート３が熱処理炉５から下降して、ウェハ移載機１１２によりボート３に複数のウェハ６が積載される。ウェハ６が積載されたボート３は、熱処理炉５内に挿入され、シールキャップ１２５により熱処理炉５が気密に閉塞される。
そして、ガス供給管３１からプラズマ生成室１７を介して処理ガスが処理室２９に供給されつつ、ポンプ３４で真空排気を行い、プラズマ処理に適したガス、圧力の雰囲気にする。
【００３５】
ヒータ１６によりプロセスチューブ７を加熱してウェハを処理温度に維持しつつ、高周波電源１３を作動させてループ状の電極２２に大電流を流す。ガス供給管３１からプラズマ生成室１７へＡｒガスを供給する。プラズマ生成室１７内に高周波電磁誘導が発生して第一のプラズマが形成される。このとき、高密度で大面積のプラズマができる。直流電源２１を作動させて、グリッド電極１９，２０間に直流電圧を印加する。すると次に説明するようにＩＣＰプラズマ源で作られた第一のプラズマから電子が引き出される。
【００３６】
図４に示すように、プラズマ生成室１７において発生したプラズマ中には、イオン２５（図３ではＡ+イオン）と電子２６（図３ではｅ）が混在して、全体として中性を保っている。そして、直流電源２１によりグリッド電極１９とアノード電極２０の間に電圧を印加すると、プラズマ中の電子２６はグリッド電極１９に印加された負の電圧で作られた電界により、軌道修正を受けて電子通過孔１９ａに集束する。そして、アノード電極２０に印加された正の電圧（加速電圧）により作られた電界によりアノード電極２０の電子通過孔２０ａに向かって加速される。加速された電子は、電子の束、すなわち電子ビーム（Electron-beam）２４となって隔壁１１の貫通孔１２から処理室２９内に引き出されて、ウェハ６、６の間に発射される。発射された電子ビーム２４により、ウェハ６の表面の直ぐ近くにおいて、ある確率でプラズマガス２８（図３ではＢ分子）が励起、もしくはイオン化される。励起もしくはイオン化された第二のプラズマガス２７（図３ではＢ+）は、ウェハ６の表面を処理する。
【００３７】
この際、回転駆動機構３６によりボート３を回転させることにより、ウェハ６の面内、および高さ方向のウェハ間（ウェハ面間）の電子ビームの均一性が確保され、ウェハ６の面内、面間が均一なプラズマガス２７と接触し、複数のウェハ６が全体的に均一に処理される。
【００３８】
ところで、電極２２としてのループアンテナの半径方向にしばしば静電界が強く誘起されるので、プラズマ生成室１７内のプラズマ中のイオンが加速されてプロセスチューブ７の内壁に衝突し、誘電体表面がスパッタされてパーティクルが発生する。すなわち、プラズマ生成室１７内に誘起される電界がプラズマを巻き込み、プラズマ生成室１７内壁がスパッタされ、パーティクルが発生して、ウェハ６が汚染されるという問題がある。
【００３９】
この問題に対して、実施の形態では、シールド２３が、電極２２とプロセスチューブ７の外壁との間に設けられて、接地されている。接地されたシールド２３は、電極２２に発生した電界のプラズマ生成室１７内部への侵入を遮断するので、プラズマ１８中のイオンによるプラズマ生成室１７内壁のスパッタを確実に抑止することができる。従って、上述した従来例のものと比べて、スパッタ作用による異物の発生を抑制し、パーティクルの発生が少なく、ウェハ上にパーティクルが降る確率を低減できる。
【００４０】
また、シールドは、プラズマ生成室１７の内部から見て、電極２２を隠すような形状に構成されているので、イオンの進行方向に、負の直流自己バイアスがかかっている誘電体表面が存在しなくなり、プロセスチューブ７の内壁へのイオン衝撃が抑制される。従って、プロセスチューブ７の内壁はイオンによってスパッタされにくくなり、プラズマ生成室内のスパッタ量を確実に減らすことができる。
特に、ピース２３ａ間を接続する接続部３０を、できるだけ電極２２と重なるように配置して、接続部３０によってもループ状の電極２２を隠すようにすると、プラズマ生成室１７内のスパッタ量をより確実に減らすことができる。
【００４１】
このようにプラズマ生成室１７内壁がスパッタされるのを有効に抑制することができるので、ウェハ６上に降って来るパーティクルを大幅に低減することができる。
【００４２】
また、シールド２３には、電極２２より生じた磁界によりシールド２３に渦電流が流れる。そのためシールド２３は、抵抗値の低い導電体、例えば、Ａｌ、Ｃｕなどで形成することが好ましい。また、シールド２３に流れる渦電流は、電極２２に投入する高周波電力の損失となるので、極力小さくする必要がある。この点で、本実施の形態では、１枚の面状のシールドを複数のピース２３ａに細分化し、これらのピース２３ａをつないで、シールド２３を一体化して形成することにより、渦電流による高周波電力の損失を減らしている。なお、この意味からいっても、シールド２３は図示例の形状に限らず、電界を遮断でき、かつ渦電流の発生を抑止できる形状であれば任意の形状でもよい。
【００４３】
また、本実施の形態では、電極２２をプロセスチューブ７の外部に設置しており、電極保護管が省略できるため、従来のプロセスチューブ７の内部に電極を設置する方式と比べて、プロセスチューブ７の形状を簡素化でき、製造原価を低減できる。
【００４４】
また、本実施形態の半導体製造装置によれば、ＥＢＥＰ方式により、ウェハ６の直近で第二のガス（処理ガス）を活性化させるので、寿命が短い活性種であっても、ウェハ６の表面に必要量を供給することが可能である。また、容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）などで発生させた高エネルギープラズマにウェハ６が晒されるわけではないので、ウェハ６自体がプラズマからダメージを受けることがない。
【００４５】
さらに、プラズマ生成室１７では、電子を取り出すためにだけ、プラズマを発生させればよいので、高出力の高周波電力を印加する必要がなく、プロセスチューブ７を構成する石英壁などがスパッタされる可能性が低い。
【００４６】
また、本実施の形態ではプラズマ生成室にＩＣＰプラズマ源を用いており、ＩＣＰプラズマ源がプロセスチューブ７の外にあるので、フィラメント（超高温の金属）を使用する場合と比べて、処理の際の汚染源にはならず、非常にクリーンである。
【００４７】
また、プラズマが各ウェハ６上に均一に形成されるので、プラズマ処理が成膜処理である場合にあっては、膜質が大幅に向上し、またバッチ式であることで製品のスループットも向上する。
【００４８】
また、プラズマ生成室１７をボート３の側面に沿って縦方向に設け、ＥＢＥＰ方式の電子源となるプラズマ１８を縦方向に均一に発生させ、発生したプラズマのうちの電子を、電子銃４１によって処理室２９内の複数のウェハ６の間に発射して、ウェハ６間に供給されたガスを直接プラズマ励起するようにしたので、ウェハ面内、ウェハ間の膜厚均一性を向上させることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく適宜変更して実施することが可能である。
【００５０】
例えば、プラズマ生成室１７におけるプラズマの発生方法は、前記実施形態においては一例として高周波を印加することによるＩＣＰプラズマ源を用いているが、これに限定されることなく、電子サイクロトロン共鳴プラズマや、表面波プラズマなど、スパッタ作用を極力抑えたプラズマ発生方式ならば他の方式を適用することもできる。
【００５１】
本発明に係る半導体製造装置は、膜種に介在した異物（その膜種以外の分子や原子等）を除去する場合、ウェハにＣＶＤ膜を形成する場合、拡散する場合、熱処理する場合等に適用することができる。この場合、プラズマ生成室１７におけるプラズマガスと、ウェハ処理のための反応に寄与するプラズマガス２８は、同一のものであっても異なるものであってもよい。異なるものである場合は、ガス供給管３１とは異なるガス供給管（図示せず）を必要とする場合である。なお、プラズマガスとしては、水素（Ｈ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）、アンモニア（ＮＨ3）、一酸化窒素（Ｎ2Ｏ）などを適用することができる。
【００５２】
例えば、ＤＲＡＭのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理においては、処理室２９を室温〜７５０℃に加熱し、ガス供給管３１から窒素（Ｎ2）ガスまたはアンモニア（ＮＨ3）または一酸化窒素（Ｎ2Ｏ）をプラズマ生成室１７内に供給し、処理室２９のウェハ６間に窒素プラズマを生成することによって、酸化膜の表面を窒化することができる。また、ガス供給管３１から水素（Ｈ2）ガスをプラズマ生成室１７内に供給して、処理室２９のウェハ６間に水素プラズマを生成することにより、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜が形成される前のシリコンウェハの表面から自然酸化膜を除去して、所望のＳｉＧｅ膜を形成することができる。また、低温での窒素膜の形成においては、ＤＣＳ（ジクロロシラン）とＮＨ3（アンモニア）とを交互に供給してＳｉ（シリコン）とＮ（窒素）とを一層ずつ形成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition 原子層成膜）を行う場合、ＮＨ3の供給時に、ガス供給管３１からＮＨ3を供給し、ウェハ６間にアンモニアプラズマを生成することにより、高品質の窒化膜を得ることができる。
【００５３】
以下に本発明の好ましい態様を付記する。
【００５４】
第一の態様は、複数の基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に収容されて前記複数の基板を多段に保持する基板保持具と、前記基板保持具の側面に設けられるプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室内に第一のガスを供給する第一のガス供給部と、前記基板保持具に保持される複数の基板の間に第二のガスを供給する第二のガス供給部と、前記処理容器の外に設けられ、前記プラズマ生成室内に供給される前記第一のガスを誘導結合により励起してプラズマを生成する電極と、前記電極と前記プラズマ生成室との間に接地して設けられたシールドと、前記プラズマ生成室内に設けられ、該プラズマ生成室内で生成されたプラズマのうちの電子を前記処理容器内の前記複数の基板の間に発射して、前記基板間に供給された前記第二のガスをプラズマ励起する電子供給装置とを備えた半導体製造装置である。
電極とプラズマ生成室との間にシールドを接地して設けたので、プラズマ生成室内壁でイオン衝突によりスパッタが起こるのを低減でき、パーティクルの発生を確実に抑制できる。
【００５５】
第二の態様は、第一の態様において、前記シールドは、前記プラズマ生成室の内部から見て、前記電極を隠すような形状である半導体製造装置である。シールドがプラズマ生成室の内部から見て電極を隠すような形状であると、プラズマ生成室内壁でイオン衝突によりスパッタが起こるのを一層低減でき、パーティクルの発生をより確実に抑制できる。
【００５６】
第三の態様は、第一、第二の態様において、前記プラズマ生成室は前記処理容器の内壁の一部に設けられている半導体製造装置である。プラズマ生成室は前記処理容器の外部の一部に隣接して設けられていても、あるいは前記処理容器の内壁の一部に隣接して設けられていてもよい。プラズマ生成室が処理容器の内壁の一部に設けられている場合に、パーティクル発生源と基板との距離が近くなるので、特に、パーティクルの基板への付着が問題となるが、接地シールドが設けられているので、このような問題を解決できる。
【００５７】
第四の態様は、第一ないし第三の態様において、前記シールドを、細分化した複数のピースをつないで一体化して形成した半導体製造装置である。シールドをピース化することにより、シールドに生じる渦電流による高周波電力の損失を低減することができる。
【００５８】
第五の態様は、第四の態様において、前記複数のピースをつなぐ接続部を電極と重なるように配置して、前記接続部によっても前記電極を隠すようした半導体製造装置である。これによれば、プラズマ生成室内のスパッタ量をより確実に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体製造装置の熱処理炉の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＹ矢視図である。
【図３】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における電子ビーム励起プラズマを説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態における半導体製造装置の全体斜視図である。
【図６】従来例の半導体製造装置における熱処理炉の縦断面図である。
【図７】図６におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図８】従来例の半導体製造装置における熱処理炉のプラズマ源の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
３ ボート（基板保持具）
６ ウェハ（基板）
７ プロセスチャンバ（処理容器）
１７ プラズマ生成室
１８ プラズマ
４１ 電子銃（電子供給装置）
２２ 電極
２３ シールド
３１ ガス供給管（第一のガス供給部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内に収容されて前記複数の基板を多段に保持する基板保持具と、
前記基板保持具の側面に設けられるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室内に第一のガスを供給する第一のガス供給部と、
前記基板保持具に保持される複数の基板の間に第二のガスを供給する第二のガス供給部と、
前記処理容器の外に設けられ、前記プラズマ生成室内に供給される前記第一のガスを誘導結合により励起してプラズマを生成する電極と、
前記電極と前記プラズマ生成室との間に接地して設けられたシールドと、
前記プラズマ生成室内に設けられ、該プラズマ生成室内で生成されたプラズマのうちの電子を前記処理容器内の前記複数の基板の間に発射して、前記基板間に供給された前記第二のガスをプラズマ励起する電子供給装置と
を備えた半導体製造装置。
【請求項１】
複数の基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内に収容されて前記複数の基板を多段に保持する基板保持具と、
前記基板保持具の側面に設けられるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室内に第一のガスを供給する第一のガス供給部と、
前記基板保持具に保持される複数の基板の間に第二のガスを供給する第二のガス供給部と、
前記処理容器の外に設けられ、前記プラズマ生成室内に供給される前記第一のガスを誘導結合により励起してプラズマを生成する電極と、
前記電極と前記プラズマ生成室との間に接地して設けられたシールドと、
前記プラズマ生成室内に設けられ、該プラズマ生成室内で生成されたプラズマのうちの電子を前記処理容器内の前記複数の基板の間に発射して、前記基板間に供給された前記第二のガスをプラズマ励起する電子供給装置と
を備えた半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−５３５０４（Ｐ２００８−５３５０４Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８８８０（Ｐ２００６−２２８８８０）
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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