説明

基板処理装置

【課題】ガスをウエハ面内およびウエハ相互間において均一に接触させる。
【解決手段】ウエハ1群を保持したボート25を収容して処理する処理室32を形成したプロセスチューブ31と、処理室32に処理ガス61を供給するガス供給管35と、処理室32を排気する排気管36と、処理室32の内周面に敷設されてプラズマ室40を形成した隔壁41と、隔壁41に開設された吹出口42とを備えたバッチ式リモートプラズマCVD装置において、ガス供給管側流通口53と排気管側流通口54とを有する一対の仕切板52、52を処理室32にボート25と同心円に設置し、排気管側流通口54は縦に細長い逆台形に形成する。吹出口から吹き出したガスはガス供給管側流通口から両仕切板内に流れ込んで排気管側流通口から均等に排気することで、両仕切板内全体に均等に行き渡るので、ガスはウエハ面内およびウエハ相互間に均一に接触する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板処理装置、特に、ガスの整流技術に関し、例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという。)の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に絶縁膜や金属膜を堆積(デポジション)するのに利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【0002】
DRAM(Dynamic Random Access Memorry )のキャパシタ(Capacitor )の静電容量部(絶縁膜)を形成するための五酸化タンタル(Ta25 )膜の表面近傍に付着したカーボン(C)を除去する基板処理装置として、バッチ式リモートプラズマ処理装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
その一例として、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を備えたプロセスチューブの前記処理室には互いに近接した一対の電極が配置されているとともに、両電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記処理室には前記両電極間を含み前記処理室と独立した放電室が形成されており、この放電室には処理ガスを前記処理室に供給するガス吹出口が開設されているバッチ式リモートプラズマ処理装置、がある。
【0003】
【特許文献1】特開2002−280378号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記したバッチ式リモートプラズマ処理装置においては、次のような問題点がある。
被処理基板の表面に処理ガスを供給したいが、被処理基板の全面に処理ガスが行き渡る前に排気されてしまう。ガス吹出口から吹き出した処理ガスの一部が被処理基板の間を流れずに側方を流れて排気されてしまう。
【0005】
本発明の目的は、ガスを被処理基板の表面に均等に供給することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る基板処理装置は、基板を多段に保持する基板保持具を収容して前記基板を処理する処理室と、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記処理室内にガスを供給するガス供給管と、前記処理室内を排気する排気管と、前記処理室内に前記基板を囲むように配置されガス供給管側流通口と排気管側流通口とをそれぞれ有する仕切板とを備えており、前記排気管側流通口は前記基板の積層方向に延在され、前記排気管側流通口における前記基板の主面と平行な断面の開口は前記基板上を流れる前記ガスの流れ方向から見て前記基板の直径よりも小さく設定されており、前記排気管側流通口の前記基板の積層方向の両端の大きさは相異されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
前記手段によれば、ガス供給管から吹き出したガスは仕切板のガス供給管側の流通口から仕切板が囲んだ空間に流れ込み、流れ込んだガスは基板の全面に行き渡った後に、仕切板の排気管側の流通口から排気口によって排気される。この際、仕切板の排気管側の流通口の開口はガスの積層方向の流れが均等になるように設定されているので、ガスは積層方向において基板の全面に接触し、その結果、ガスによる処理は基板の全面にわたって均一に施されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【0009】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、バッチ式縦形ホットウオール形リモートプラズマCVD装置(以下、CVD装置という。)として構成されている。
図1に示されているように、CVD装置10は筐体11を備えており、筐体11の前面にはカセット授受ユニット12が設備されている。カセット授受ユニット12はウエハ1のキャリアであるカセット2を二台載置することができるカセットステージ13を備えており、カセットステージ13の下方にはウエハ姿勢整合装置14が二組設備されている。外部搬送装置(図示せず)によって搬送されて来たカセット2がカセットステージ13に垂直姿勢(カセット2に収納されたウエハ1が垂直になる状態)で載置されると、ウエハ姿勢整合装置14がカセット2に収納されたウエハ1のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるようにウエハ1の姿勢を整合する。カセットステージ13は90度回転することにより、カセット2を水平姿勢にさせるようになっている。
【0010】
筐体11の内部にはカセット授受ユニット12に対向してカセット棚15が設備されており、カセット授受ユニット12の上方には予備カセット棚16が設備されている。カセット授受ユニット12とカセット棚15との間には、カセット移載装置17が設備されている。カセット移載装置17は前後方向に進退可能なロボットアーム18を備えており、ロボットアーム18は横行および昇降可能に構成されている。ロボットアーム18は進退、昇降および横行の協働により、カセットステージ13の上の水平姿勢となったカセット2をカセット棚15または予備カセット棚16へ搬送して移載するようになっている。
【0011】
カセット棚15の後方にはウエハ1を複数枚一括して、または、一枚宛移載することができるウエハ移載装置19が回転および昇降可能に設備されている。ウエハ移載装置19は進退可能なウエハ保持部20を備えており、ウエハ保持部20には複数枚のウエハ保持プレート21が水平に取り付けられている。ウエハ移載装置19の後方にはボートエレベータ22が設備されており、ボートエレベータ22のアーム23には基板保持具としてのシールキャップ24が水平に設置されている。
【0012】
図2〜図4に示されているように、CVD装置10は石英ガラス等の耐熱性の高い材料が用いられて形成されたプロセスチューブ31を備えており、プロセスチューブ31は一端が開口で他端が閉塞の円筒形状に形成されている。プロセスチューブ31は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ31の筒中空部は複数枚のウエハ1が収容される処理室32を形成しており、プロセスチューブ31の下端開口はウエハ1を出し入れするための炉口33を形成している。プロセスチューブ31の内径は取り扱うウエハ1の最大外径よりも大きくなるように設定されている。プロセスチューブ31の外部にはプロセスチューブ31の周囲を包囲するヒータユニット34が同心円に設備されており、ヒータユニット34は処理室32を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。ヒータユニット34はCVD装置10の筐体11に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。
【0013】
プロセスチューブ31の炉口33の付近における側壁の一部には、処理ガスを供給するためのガス供給管35の一端が接続されており、ガス供給管35の他端は処理ガスを供給するガス供給源(図示せず)に接続されている。プロセスチューブ31の炉口33の付近における側壁のガス供給管35と180度反対側の部位には、排気管36の一端が接続されており、排気管36は他端が排気装置(図示せず)に接続されて処理室32を排気し得るように構成されている。
【0014】
プロセスチューブ31の下端面には炉口33を閉塞するシールキャップ24が、下側からシールリング24aを挟んで当接されるようになっている。シールキャップ24は炉口33の内径よりも大径の外径を有する円盤形状に形成されており、プロセスチューブ31の外部に垂直に設備されたボートエレベータ22のアーム23によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ24の中心線上には回転軸39が挿通されており、回転軸39はシールキャップ24と共に昇降し、かつ、回転駆動装置38によって回転されるようになっている。回転軸39の上端には被処理基板としてのウエハ1を保持するためのボート25が、断熱キャップ部37を介して垂直に立脚されて支持されるようになっている。
【0015】
ボート25は上下で一対の端板26、27と、両端板26、27間に架設されて垂直に配設された複数本(本実施の形態では三本)の保持部材28とを備えており、各保持部材28には多数条の保持溝29が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように没設されている。そして、ウエハ1の外周縁辺が各保持部材28の多数条の保持溝29間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ1がボート25に水平にかつ互いに中心を揃えられた状態で整列されて保持されるようになっている。ボート25の下側端板27の下側には断熱キャップ部37が形成されている。
【0016】
プロセスチューブ31におけるガス供給管35と対向する部分には、樋形状の隔壁41がプロセスチューブ31の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されており、隔壁41は気密のプラズマ室40を形成するように構成されている。隔壁41には複数個の吹出口42がボート25の上下で隣り合う保持溝29、29に保持された上下段のウエハ1、1間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口42はプラズマ室40に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。
プラズマ室40の内部には一対の保護管43、43がガス供給管35の延長線を挟んで互いに反対側に対称形にそれぞれ配置されて、上下方向に延在するように敷設されている。各保護管43は誘電体が使用されて上端が閉塞した細長い円形のパイプ形状に形成されており、各保護管43の下端部は適度に屈曲されて、プロセスチューブ31の側壁を貫通して外部に突き出されている。各保護管43の中空部内は処理室32の外部(大気圧)に連通されている。両保護管43、43の中空部内には導電材料が使用されて細長い棒状に形成された一対の電極44、44がそれぞれ同心的に敷設されており、両電極44、44間には高周波電力を印加する高周波電源45が整合器46を介して電気的に接続されている。
【0017】
処理室32内には左右で一対の仕切板52、52が同心円になるように配置されて、複数本のブラケット51によってプロセスチューブ31の側壁に据え付けられている。ブラケット51および仕切板52はいずれも透明石英(SiO2 )が使用されて形成され、溶接によって連結されている。左右の仕切板52、52は内径がボート25の外径よりも大きめで、長さがボート25の全高と略等しい円弧形の彎曲板形状にそれぞれ形成されており、隔壁41の間に互いに対称形になるように配置され、複数本のブラケット51によってプロセスチューブ31の側壁に据え付けられている。左右の仕切板52、52の前後の端辺同士がそれぞれ形成する前後で一対の隙間は、ウエハ1群の積層方向である垂直方向にそれぞれ延在するガス供給管側流通口53および排気管側流通口54をそれぞれ構成している。
【0018】
左右の仕切板52、52の前側端辺同士が構成したガス供給管側流通口53におけるウエハ1の主面と平行な平面(水平面)の開口である間口の寸法は、隔壁41の横幅よりも若干だけ大きめに設定されており、全高にわたって等しく設定されている。すなわち、ガス供給管側流通口53の水平方向から見た形状(正面視の形状)は、縦に細長い長方形になっている。
他方、左右の仕切板52、52の後側端辺同士が構成した排気管側流通口54における水平面の開口である間口の寸法は、ウエハ1の直径よりも小さく設定されており、垂直方向の間口寸法は下方に行くに従って小さくなるように設定されている。すなわち、図4に示されているように、排気管側流通口54の水平方向から見た形状(背面視の形状)は、縦に細長い逆台形に形成されている。
なお、左右の仕切板52、52の中心と排気管側流通口54の開口縁辺とを結んだ線分がなす角度を排気管側流通口54の開度とすると、図3に示された実施の形態においては、排気管側流通口54の最大開度である上端の開度Θaは、約30度に設定されており、排気管側流通口54の最小開度である下端の開度Θbは、約15度に設定されている。
【0019】
断熱キャップ部37の上には排気管36の空間とボート25との空間とを水平に仕切る仕切板(以下、水平仕切板という。)55が、ボート25と同心円になるように配置されて水平に据え付けられている。水平仕切板55は透明石英が使用されて、ウエハ1よりも大径でプロセスチューブ31よりも小径の円板形状に形成されている。水平仕切板55の隔壁41に対応する部位には、隔壁41を逃げる逃げ部55aが切り欠かれている。
【0020】
次に、以上の構成に係るCVD装置10を使用して、DRAMのキャパシタの静電容量部のためのTa25 膜の表面近傍に存在したカーボンを除去する方法を説明する。すなわち、本実施の形態においては、CVD装置10に供給されるウエハ1にはキャパシタの静電容量部を形成するためのTa25 膜(図示せず)が前のMOCVD工程において被着されており、Ta25 膜の表面近傍にはカーボン(図示せず)が存在しているものとし、このカーボンをCVD装置10によって除去するものとする。
【0021】
図2に示されているように、CVD装置10の被処理基板としてのウエハ1は複数枚がボート25にウエハ移載装置19によって装填(チャージング)される。複数枚のウエハ1が装填されたボート25はシールキャップ24および回転軸39と共にボートエレベータ22によって上昇されて、プロセスチューブ31の処理室32に搬入(ボートローディング)される。
【0022】
図5に示されているように、ウエハ1群を保持したボート25が処理室32に搬入されて、処理室32がシールキャップ24によってシールされると、処理室32は排気管36に接続された排気装置によって所定の圧力以下に排気され、ヒータユニット34への供給電力が上昇されることにより、処理室32の温度が所定の温度に上昇される。ヒータユニット34がホットウオール形構造であることにより、処理室32の温度は全体にわたって均一に維持された状態になり、その結果、ボート25に保持されたウエハ1群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ1の面内の温度分布も均一かつ同一になる。
【0023】
処理室32の温度が予め設定された値に達して安定した後に、処理ガス61が導入される。圧力が予め設定された値に達すると、ボート25が回転軸39によって回転されながら、高周波電力が一対の電極44、44間に高周波電源45および整合器46によって印加される。処理ガス61がガス供給管35に供給され、両電極44、44間に高周波電力が印加されると、ガス供給管35の内部にプラズマ60が形成され、処理ガス61は反応が活性な状態になる。図5および図6に破線矢印で示されているように、処理ガス61の活性化した粒子(酸素ラジカル)62は隔壁41の各吹出口42から処理室32にそれぞれ吹き出す。
【0024】
活性化した粒子(以下、活性粒子という。)62は各吹出口42からそれぞれ吹き出すことにより、それぞれが対向するウエハ1、1間に流れ込んで各ウエハ1に接触する。
この際、左右の仕切板52、52がボート25の外側に同心円に設置されているので、各吹出口42から吹き出した活性粒子62は左右の仕切板52、52に案内されることにより側方に漏洩することなく、対向するウエハ1、1間に確実に流れ込む。
また、排気管側流通口54の間口の寸法がウエハ1の直径よりも小さく設定され、排気管側流通口54の背面視の形状が縦に細長い逆台形に形成されているので、流れ込んだ活性粒子62は左右の仕切板52、52に囲まれた空間において全面かつ全長にわたって均等に拡散して行く。
このため、活性粒子の流れ方向に相当する各ウエハ1のウエハ面内の径方向の接触分布が均一になり、また、活性粒子62のウエハ1群の全体に対する接触分布もボート25の全長にわたって均一になる。しかも、ウエハ1はボート25の回転によって回転されているため、ウエハ1、1間に流れ込んだ活性粒子62のウエハ面内の接触分布は周方向においても均一になる。
【0025】
ウエハ1に接触した活性粒子(酸素ラジカル)62は、ウエハ1のTa25 膜の表面近傍に存在するカーボンと熱反応してCO(一酸化炭素)を生成することにより、カーボンをTa25 膜から除去する。この際、前述した通りに、ウエハ1の温度分布がボート25の全長かつウエハ面内で均一に維持されており、活性粒子62のウエハ1との接触分布がボート25の全位置かつウエハ面内で均一の状態になるため、活性粒子62の熱反応によるウエハ1におけるカーボンの除去作用はボート25の全位置かつウエハ面内において均一の状態になる。
ちなみに、DRAMのキャパシタの静電容量部を形成するためのTa25 膜のカーボンを除去する場合の処理条件は、次の通りである。処理ガスとして使用される酸素ガスの供給流量は、8.45×10-1〜3.38Pa・m3 /s、処理室の圧力は10〜100Pa、温度は500〜700℃である。
【0026】
予め設定された処理時間が経過すると、処理ガス61の供給、回転軸39の回転、高周波電力の印加、ヒータユニット34の加熱および排気管36の排気等が停止される。
次いで、シールキャップ24がボートエレベータ22によって下降されることにより炉口33が開口されるとともに、ボート25に保持された状態でウエハ1群が炉口33から処理室32の外部に搬出(ボートアンローディング)される。
処理室32の外部に搬出されたウエハ1群はボート25からウエハ移載装置19によってディスチャージングされる(降ろされる)。
以降、前記した作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ1が一括してバッチ処理される。
【0027】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【0028】
1) 左右で一対の仕切板をボートの外側に同心円に設置することにより、各吹出口から吹き出した処理ガスを両仕切板によって案内して対向するウエハ間に確実に流れ込ませ、かつ、両仕切板によって囲んだ空間において全面にわたって拡散させることができるので、処理ガスの流れ方向に相当する各ウエハのウエハ面内の径方向の接触分布や、処理ガスのウエハ群の全体に対する接触分布を均一化させることができる。
【0029】
2) 左右の仕切板の後側端辺同士が構成した排気管側流通口の間口寸法をウエハの直径よりも小さく設定し、その間口の背面視形状を縦に細長い逆台形に形成することにより、左右の仕切板に囲まれた空間に流れ込んだ処理ガスを左右の仕切板に囲まれた空間において全面かつ全長にわたって均等に拡散させることができるので、処理ガスの流れ方向に相当する各ウエハのウエハ面内の径方向の接触分布を均一化することができるとともに、処理ガスのウエハ群の全体に対する接触分布もボートの全長にわたって均一化することができる。
【0030】
3) 左右の仕切板の下に水平仕切板を配置することにより、吹出口から吹き出された処理ガスが排気管に左右の仕切板の下方空間を通って直接的に排気されるのを防止することができるので、処理ガスの流れ方向に相当する各ウエハのウエハ面内の径方向の接触分布や、処理ガスのウエハ群の全体に対する接触分布をより一層確実に均一化させることができる。
【0031】
4) 処理ガスの流れ方向に相当する各ウエハのウエハ面内の径方向の接触分布や、処理ガスのウエハ群の全体に対する接触分布を均一化させることにより、処理ガスによるウエハの処理状況分布をウエハ面内およびウエハ群内(各ウエハ相互間)で均一化させることができる。
【0032】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【0033】
例えば、仕切板はプロセスチューブに固定するに限らず、筐体やボートに固定してもよい。
【0034】
ガス供給管の吹出口の個数は、処理するウエハの枚数に一致させるに限らず、処理するウエハの枚数に対応して増減することができる。例えば、吹出口は上下で隣合うウエハ同士間にそれぞれ対向して配置するに限らず、二枚や三枚置きに配設してもよい。
【0035】
前記実施の形態では、キャパシタの静電容量部のTa25 膜に介在したカーボンを除去する場合について説明したが、バッチ式リモートプラズマ処理装置は、その他の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、ウエハに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。
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、ガス供給管に窒素(N2 )ガスまたはアンモニア(NH3 )または一酸化窒素(N2 O)を供給し、処理室を室温〜750℃に加熱することにより、酸化膜の表面を窒化することができた。
また、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エハの表面を水素(H2 )ガスの活性粒子によってプラズマ処理したところ、自然酸化膜を除去することができ、所望のSiGe膜を形成することができた。
また、低温での窒素膜の形成において、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NH3 をプラズマで活性化して供給したところ、高品質の窒化膜が得られた。
【0036】
また、前記実施の形態ではバッチ式リモートプラズマ処理装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他のCVD装置、酸化膜形成装置、拡散装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【0037】
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の実施の形態であるCVD装置を示す斜視図である。
【図2】その主要部を示す側面断面図である。
【図3】図2のIII-III 線に沿う一部切断平面断面図である。
【図4】図2のIV−IV線に沿う縦断面図である。
【図5】ガスの流れを示す主要部の一部省略平面断面図である。
【図6】同じく側面断面図である。
【符号の説明】
【0039】
1…ウエハ(被処理基板)、2…カセット、10…CVD装置(バッチ式縦形ホットウオール形リモートプラズマCVD装置)、11…筐体、12…カセット授受ユニット、13…カセットステージ、14…ウエハ姿勢整合装置、15…カセット棚、16…予備カセット棚、17…カセット移載装置、18…ロボットアーム、19…ウエハ移載装置、20…ウエハ保持部、21…ウエハ保持プレート、22…ボートエレベータ、23…アーム、24…シールキャップ、24a…シールリング、25…ボート、26、27…端板、28…保持部材、29…保持溝、31…プロセスチューブ、32…処理室、33…炉口、34…ヒータユニット、35…ガス供給管、36…排気管、37…断熱キャップ部、38…回転駆動装置、39…回転軸、40…プラズマ室、41…隔壁、42…吹出口、43…保護管、44…電極、45…高周波電源、46…整合器、51…ブラケット、52…仕切板、53…ガス供給管側流通口、54…排気管側流通口、55…水平仕切板、55a…逃げ部、60…プラズマ、61…処理ガス、62…活性粒子(処理ガス)。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を多段に保持する基板保持具を収容して前記基板を処理する処理室と、前記基板を加熱するヒータユニットと、前記処理室内にガスを供給するガス供給管と、前記処理室内を排気する排気管と、前記処理室内に前記基板を囲むように配置されガス供給管側流通口と排気管側流通口とをそれぞれ有する仕切板とを備えており、前記排気管側流通口は前記基板の積層方向に延在され、前記排気管側流通口における前記基板の主面と平行な断面の開口は前記基板上を流れる前記ガスの流れ方向から見て前記基板の直径よりも小さく設定されており、前記排気管側流通口の前記基板の積層方向の両端の大きさは相異されていることを特徴とする基板処理装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2006−12994(P2006−12994A)
【公開日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−185363(P2004−185363)
【出願日】平成16年6月23日(2004.6.23)
【出願人】(000001122)株式会社日立国際電気 (5,007)
【Fターム(参考)】