基板処理装置
【課題】メンテナンス頻度を抑える。
【解決手段】プラズマ生成空間と、該プラズマ生成空間に第１のガスを供給する第１ガス供給部と、前記プラズマ生成空間に供給される第１のガスをプラズマ化させ、プラズマ化された前記第１のガスのラジカルを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成空間でプラズマ化された前記第１のガスのラジカル成分を抽出する抽出部と、前記第１のガスと異なる第２のガスを供給する第２ガス供給部と、前記抽出部から抽出されるラジカルと前記第２ガス供給部から供給される前記第２のガスとを反応させて基板を処理する処理室とを備える。
【解決手段】プラズマ生成空間と、該プラズマ生成空間に第１のガスを供給する第１ガス供給部と、前記プラズマ生成空間に供給される第１のガスをプラズマ化させ、プラズマ化された前記第１のガスのラジカルを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成空間でプラズマ化された前記第１のガスのラジカル成分を抽出する抽出部と、前記第１のガスと異なる第２のガスを供給する第２ガス供給部と、前記抽出部から抽出されるラジカルと前記第２ガス供給部から供給される前記第２のガスとを反応させて基板を処理する処理室とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置、特にプラズマＣＶＤ装置に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置の製造工程の一工程として、プラズマＣＶＤ装置を用いて基板に対し所定のプラズマＣＶＤ処理、例えば成膜処理を施すことが行われている。
図４に、そのようなＣＶＤ処理を施す従来のプラズマＣＶＤ装置構成の一例を示す。反応管１０１に、材料ガスを導入するためのガス導入部１０２が設けられている。ガス導入部１０２の下流側に、導入されたガスを反応管１０１の内壁に沿って流れるようにするためのバッフル板１０３が設けられている。反応管１０１の外周に、ガス中に放電を起こさせ、プラズマを発生させるためのコイル１０４が設けられている。コイル１０４に高周波電力を供給する高周波電源１０５が接続されている。反応管１０１の下部に、基板１０８上に所望の膜を堆積させるための処理容器１０６が設けられている。処理容器１０６内には、基板１０８を搭載するサセプタ１０７が設けられている。サセプタ１０７の下部にガスの流れを一様にするバッフルリング１０９が設けられている。コイル１０４の外周に、高周波電力を装置内に留めて外部に漏れないようにするためのシールド１１０が設けられている。
【０００３】
成膜は次のような工程で行われる。複数の混合した材料ガスをガス導入部１０２より反応管１０１に導入する。コイル１０４に高周波電源１０５から高周波電力を供給し、反応管１０１のガス中に放電を誘起し、プラズマを形成させる。プラズマ放電によって材料ガスはラジカルやイオン化し、気相中でＣＶＤ反応が起きる。その反応生成物が、サセプタ１０７からの輻射伝熱によって加熱された基板１０８に接触し、基板１０８上に堆積し所望の膜が形成される。
【０００４】
このように従来のプラズマＣＶＤ装置は、複数の材料ガスをガス導入部に到達する前に混合させて、反応管に導入している（例えば、特許文献１参照）。これは、プラズマＣＶＤ処理の場合、その反応に用いられる材料ガスは、混合しただけでは反応を起こさず、プラズマからのエネルギーを得て初めて分解し気相反応を起こすからである。従って、通常は処理室導入前に材料ガスを混合させるようになっている。
【０００５】
なお、プラズマＣＶＤ装置ではなく、熱ＣＶＤ装置を用いて基板に対し所定の熱処理を施す場合には、複数の材料ガスを処理室に導入した後に混合させている（例えば、特許文献１、２参照）。これは、熱ＣＶＤ処理の場合、その反応に用いられる材料ガスは、混合するだけで分解し気相反応を起こすからである。
【特許文献１】特開２００２−１８０２５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、処理室導入前に複数のガスを混合させている従来のプラズマを用いた基板処理装置では、プラズマが生成されるプラズマ生成空間であるプラズマ生成室で既に反応が起き反応生成物が形成されるため、その反応生成物がプラズマ生成室の壁などに付着してしまう。そのために処理室に堆積した膜のクリーニングやメンテナンスの頻度（以下、メンテナンス頻度ともいう）が高くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解消して、メンテナンス頻度を抑えることが可
能な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】
【０００８】
この発明の第１の主要な観点によれば、プラズマ生成室と、該プラズマ生成室に隣接する処理室と、前記プラズマ生成室と前記処理室とを区画するシャワープレートとを備え、前記プラズマ生成室は、該プラズマ生成室に反応性の低いガスを供給する低反応性ガス供給手段と、前記反応性の低いガスのラジカルを生成するためのプラズマ源とを有し、前記処理室は、基板を保持する基板保持台と、前記処理室に前記反応性の低いガスよりも反応性の高いガスを供給するための高反応性ガス供給手段と、前記処理室を排気する排気手段とを有し、前記シャワープレートは、前記プラズマ生成室で生成される前記反応性の低いガスのラジカルを前記処理室に導入する第１の通孔と、前記高反応性ガス供給手段からの前記反応性の高いガスを前記ラジカルとは個別に前記処理室に導入する第２の通孔とを有する基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、メンテナンス頻度を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の色々な例示的実施態様について詳細に説明する。各図面を通じて、同様の部分については同様の番号を付す。
既に述べた通り、複数のガスを予め混合してからプラズマ生成空間に導入すると、プラズマ生成空間で気相反応が起きて、反応生成物が形成されるため、プラズマ生成空間内の反応生成物の付着面積が増加し、クリーニングなどのメンテナンスの手間が増加する。
【００１１】
本発明の実施の態様によれば、第１のガスをプラズマ生成空間でプラズマ化してラジカルを形成した後、処理室に、この第１のガスのラジカルと第２のガスとを個別に導入し、ラジカルと第２のガスを処理室で初めて混合させる。このように処理室でラジカルと第２のガスとを初めて混合させることで、プラズマ生成空間内の反応生成物の付着面積を低減させ、クリーニングなどのメンテナンスの手間を低減させることが可能となる。
【００１２】
本発明の実施態様の基板処理装置は、プラズマ生成空間と、第１ガス供給部と、プラズマ生成部と、抽出部と、第２ガス供給部と、処理室とを備えている。
【００１３】
プラズマ生成空間は、該プラズマ生成空間に供給されたガスを用いてプラズマが生成される。第１ガス供給部は、プラズマ生成空間に第１のガスを供給する。プラズマ生成部は、プラズマ生成空間に供給される第１のガスをプラズマ励起して第１のガスのラジカルを生成する。抽出部は、プラズマ生成空間と処理室との間に設けられ、プラズマ生成空間で生成された第１のガスのラジカル成分を抽出して処理室に供給する。ここで、ラジカル成分を抽出してとは、プラズマ生成空間で生成されたイオン、電子、ラジカルの各成分うち、ラジカル成分のみを取り出すことをいう。第２ガス供給部は、第１のガスと異なる第２のガスを供給する。第１のガスはプラズマによって活性化され、第２のガスはプラズマによることなく、基板処理条件に応じて活性化される。処理室は、抽出部から抽出される第１のガスのラジカルと第２ガス供給部から供給される第２のガスとを反応させて基板を処理する。基板は半導体基板、ＬＣＤ基板、ガラス基板等がある。
【００１４】
第１ガス供給部からプラズマ生成空間に第１のガスが供給されると、プラズマ生成部によって第１のガスがプラズマ励起されラジカルが生成される。プラズマ生成空間で生成された第１のガスのラジカル成分は抽出部から抽出されて処理室に供給される。第１のガスと異なる第２のガスが処理室に供給される。処理室では、抽出部から抽出された第１のガスのラジカルと第２ガス供給部から供給された第２のガスとが初めて混合して反応し、基
板が処理される。このように処理室で初めて第１のガスのラジカルと第２のガスとを混合して反応させることで、プラズマ生成空間内の反応生成物の付着面積が低減し、クリーニングなどのメンテナンスの手間を低減させることが可能となる。
【００１５】
ここで、上記抽出部は、第１のガスのラジカル成分をプラズマ生成空間から抽出して処理室に供給するものである限り、何ら特定のものに限定されない。例えば、抽出部は、抽出される第１のガスのラジカル成分を処理室に導入する第１の通孔と、第２ガス供給部と接続されて第２のガスを処理室に導入する第２の通孔とを有することも可能である。実施態様によっては、上記抽出部は、処理される基板に向かってラジカルないしガスをシャワー状に吹き出すシャワープレートであることもある。また、第１のラジカルと第２のガスとを初めて混合させる箇所は、基板に近い箇所であることが好ましく、抽出部の直下であることがより好ましい。
【００１６】
図１に本発明の一実施の形態の基板処理装置に用いられるプラズマ処理ユニット４１０の詳細が示されている。ここでは、基板処理として所望の膜を堆積させる成膜処理について説明する。
【００１７】
プラズマ処理ユニット４１０は、半導体基板や半導体素子にプラズマＣＶＤ処理を施す高周波無電極放電型のプラズマ処理ユニットである。プラズマ処理ユニット４１０は、図１に示すように、プラズマ生成部としてのプラズマソース４３０、反応容器４３１、処理容器４６４、高周波電源４４４、及び高周波電源４４４の発振周波数を制御する周波数整合器４４６を備えている。例えば、架台としての水平なベースプレート４４８の上部に前記のプラズマソース４３０を配置し、ベースプレート４４８の下部に処理容器４６４を配置して構成される。
【００１８】
プラズマソース４３０は、反応容器４３１の外周に巻回された共振コイル４３２と、共振コイル４３２の外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールド４５２とから構成される。共振コイル４３２は反応容器４３１の内部のガス中に放電を起こさせ、プラズマを発生させるためのコイルである。共振コイル４３２は、絶縁性材料にて平板状に形成され且つベースプレート４４８の上端面に鉛直に立設された複数のサポートによって支持される。外側シールド４５２は、共振コイル４３２の外側への電磁波の漏れを遮蔽するとともに、共振回路を構成するのに必要な容量成分を共振コイル４３２との間に形成するために設けられる。外側シールド４５２は、一般的には、アルミニウム合金、銅又は銅合金などの導電性材料を使用して円筒状に形成される。
【００１９】
高周波電源４４４は、プラズマソース４３０（特に共振コイル４３２）に高周波電力を供給する。高周波電源４４４の出力側にはＲＦセンサ４６８が設置され、進行波、反射波等をモニタしている。ＲＦセンサ４６８によってモニタされた反射波電力は、周波数整合器４４６に入力される。周波数整合器４４６は、反射波が最小となるよう周波数を制御する。
【００２０】
コントローラ４７０は、単に高周波電源４４４のみを制御するものではなく、プラズマ処理ユニット４１０全体の制御を行っている。コントローラ４７０には、表示部であるディスプレイ４７２が接続されている。ディスプレイ４７２は、例えば、ＲＦセンサ４６８による反射波のモニタ結果等、プラズマＣＶＤ装置に設けられた各種検出部で検出されたデータ等を表示する。
【００２１】
反応容器４３１は、減圧可能に構成され、且つプラズマ用の第１の反応ガスが供給され、内部にプラズマ生成空間としてのプラズマ生成室４２０を形成する。反応容器４３１には、第１の反応ガスを供給する第１ガス供給部としての低反応性ガス供給部が設けられる
。第１の反応ガスは反応性の低い材料ガスである。反応容器４３１の内部に形成されるプラズマ生成室４２０は、反応性の低い材料ガスのラジカルを生成する。
【００２２】
処理容器４６４は、減圧可能に構成され、且つプラズマ用の第１の反応ガスのラジカルと成膜用の第２の反応ガスが供給され、内部に処理室４４５を形成する。処理容器４６４には、第２の反応ガスを供給する第２ガス供給部としての高反応性ガス供給部が設けられる。第２の反応ガスは第１の反応ガスと比べて反応性の高い材料ガスである。処理容器４６４の内部に形成される処理室４４５は、半導体基板などのウエハ６００を収容して所望の膜を堆積させる。処理容器４６４は、通常、アルミニウム又はアルミニウム合金（例えばアルミナＡｌ２Ｏ３）で構成される。
【００２３】
上述した反応容器４３１は、通常、高純度の石英硝子やセラミックスにて円筒状に形成された所謂チャンバである。反応容器４３１は、通常、軸線が垂直になるように配置され、トッププレート４５４及び処理容器４６４によって上下端が気密に封止される。トッププレート４５４は、通常、アルミニウム又はアルミニウム合金（例えばアルミナＡｌ２Ｏ３）で構成される。反応容器４３１の下方の処理容器４６４内には、複数（例えば４本）の支柱４６１によって支持される基板保持台としてのサセプタ４５９が設けられる。サセプタ４５９はウエハ６００を載置する。サセプタ４５９には、サセプタテーブル４１１及びサセプタ４５９上のウエハ６００を加熱する基板加熱部としてのヒータ４６３が具備される。
本実施の形態では、サセプタ４５９の上で複数のガスが混合されるが、反応生成物の付着面積を低減するためには、複数のガスを混合させる箇所は、サセプタ４５９上に載置されたウエハ６００に近い箇所、例えば後述するシャワープレート３２２の直下であることが好ましい。
【００２４】
サセプタ４５９の下方に、排気板４６５が配設される。排気板４６５は、ガイドシャフト４６７を介して底板４６９に支持され、底板４６９は処理室４４５の下面に気密に設けられる。昇降基板４７１がガイドシャフト４６７をガイドとして昇降自在に動くように設けられる。昇降基板４７１は、少なくとも３本のリフターピン４１３を支持している。
【００２５】
リフターピン４１３は、サセプタ４５９を貫通する。そして、リフターピン４１３の頂には、ウエハ６００を支持するウエハ支持部４１４が設けられている。
【００２６】
ウエハ支持部４１４は、サセプタ４５９の中心方向に延出している。リフターピン４１３の昇降によって、ウエハ６００をサセプタテーブル４１１に載置し、あるいはサセプタテーブル４１１から持ち上げることができる。
【００２７】
底板４６９を経由して、昇降駆動部（図示略）の昇降シャフト４７３が昇降基板４７１に連結されている。昇降駆動部が昇降シャフト４７３を昇降させることで、昇降基板４７１とリフターピン４１３を介して、ウエハ支持部４１４が昇降する。
【００２８】
サセプタ４５９と排気板４６５の間に、バッフルリング４５８が設けられる。バッフルリング４５８は処理室４４５と排気系との間にある排気抵抗の役割を持つ。バッフルリング４５８、サセプタ４５９、排気板４６５で第一排気室４７４が形成される。円筒状のバッフルリング４５８は、通気孔が多数均一に設けられている。従って、第一排気室４７４は、処理室４４５と仕切られ、また通気孔によって、処理室４４５と連通している。
【００２９】
排気板４６５に、排気連通孔４７５が設けられる。排気連通孔４７５によって、第一排気室と第二排気室４７６が連通される。第二排気室４７６には、排気管４８０が連通されており、排気管４８０には排気装置４７９が設けられている。上記排気管４８０と排気装
置４７９から処理室４４５を排気する排気手段が構成される。
【００３０】
反応容器４３１の上部のトッププレート４５４には、第１ガス供給ユニットから伸長され且つ所要のプラズマ用の反応ガスを供給するための第１ガス供給管４５５が、第１ガス導入口４３３に付設されている。第１ガス供給ユニットは、ガスの流量を制御する機能を持ち、具体的には流量制御部であるマスフローコントローラ４７７及び開閉弁４７８を有している。マスフローコントローラ４７７及び開閉弁４７８を制御することで、ガスの供給量を制御する。上記第１ガス導入口４３３、第１ガス供給管４５５、第１ガス供給ユニット等から上記低反応性ガス供給部が構成される。
【００３１】
また、反応容器４３１内には、反応ガスを反応容器４３１の内壁に沿って流れるようにするための略円板形で、石英からなるバッフル板４６０が設けられている。バッフル板４６０は第１ガス導入口４３３から導入されたガスを反応容器４３１の内壁に沿って流れるようにする。バッフル板４６０は複数の支柱４６２によってトッププレート４５４に支持されている。第１ガス導入口４３３に付設されてプラズマ生成室４２０内に導かれる第１ガス供給管４５５はバッフル板４６０を貫通する。
【００３２】
上記プラズマ生成室４２０と、このプラズマ生成室４２０に隣接する処理室４４５との間に、抽出部としてのシャワープレート３２２が設けられる。シャワープレート３２２は、プラズマ生成室４２０と処理室４４５とを区画形成する。シャワープレート３２２は、プラズマ生成室４２０と処理室４４５とを連通する第１の通孔としてのラジカル噴出孔３１５と、第２ガス供給管３１１と処理室４４５とを連通して第２のガスとしての反応性の高い材料ガスを供給する第２の通孔としての高反応性ガス噴出孔３１６とを有する。
【００３３】
反応容器４３１の下部のベースプレート４４８には、第２ガス供給ユニットから伸長され且つ所要の成膜用の反応ガスを供給するための第２ガス供給管３１１が、第２ガス導入口３１０に付設されている。第２ガス供給ユニットは、ガスの流量を制御する機能を持ち、具体的には流量制御部であるマスフローコントローラ３１３及び開閉弁３１２を有している。マスフローコントローラ３１３及び開閉弁３１２を制御することで、ガスの供給量を制御する。上記第２ガス導入口３１０、第２ガス供給管３１１、第２ガス供給ユニット等から上記高反応性ガス供給部が構成される。
【００３４】
ラジカル噴出孔３１５は、反応性の低い材料ガスのラジカルをプラズマ生成室４２０から抽出して処理室４４５に供給する。高反応性ガス噴出孔３１６は、高反応性ガス供給手段から導入される反応性の高い材料ガスを処理室４４５に供給する。
【００３５】
尚、マスフローコントローラ３１３、４７７及び排気装置４７９によって供給量、排気量を調整することにより、処理室４４５の圧力が調整される。
【００３６】
図２に上述したシャワープレート３２２の詳細構造を示す。シャワープレート３２２はプラズマ生成室４２０と処理室４４５とを隔てる機能と、プラズマ生成室４２０から処理室４４５へ反応性の低い材料ガスのラジカル成分を通過させる機能と、第２ガス導入口３１０から処理室４４５へ反応性の高い材料ガスを導入する機能とを有する。
【００３７】
前記シャワープレート３２２は、図２（ａ）に示すように、複数の噴出孔を有し、処理されるウエハ６００に向かってラジカルとガス（これらを単にガスというときもある）をシャワー状に個別に吹き出す。複数の噴出孔は、図２（ｂ）に示すように、プラズマ生成室４２０で生成された反応性の低いガスのラジカル成分を処理室４４５に噴出する複数のラジカル噴出孔３１５と、第２ガス供給管３１１と接続されて反応性の高いガスを処理室４４５に噴出する複数の高反応性ガス噴出孔３１６とから構成される。
【００３８】
板状のシャワープレート３２２は中空状に形成される。複数のラジカル噴出孔３１５は、中空のシャワープレート３２２を板厚方向に貫通して形成される。シャワープレート３２２の中空部は、複数の高反応性ガス噴出孔３１６に対して共通のバッファ室３１７となる。複数の高反応性ガス噴出孔３１６は、このバッファ室３１７と連通する。バッファ室３１７は第２ガス導入口３１０と連通する。
【００３９】
プラズマ生成室４２０で生成された反応性の低いガス２０２のラジカル成分は、シャワープレート３２２のラジカル噴出孔３１５を通過し、処理室４４５に噴射される。一方、反応性の高いガス２０１は第２ガス導入口３１０からシャワープレート３２２内部のバッファ室３１７に導入され、高反応性ガス噴出孔３１６を通過し、処理室４４５に噴射される。
【００４０】
上述したシャワープレート３２２は、例えば、図３に示すように容器３３１と、底板３３２と、複数の中空ピン３３３とを接合することにより構成することができる。容器３３１は、上部が閉じ底部が開いた浅い円筒形の容器で構成され、上部に複数の孔３３４が所定の間隔を開けて均一に設けられている。底板３３２は、容器３３１の底部を塞ぐ板状部材から構成され、前記孔３３４に対応する箇所に複数の孔３３５が開けられ、さらに複数の高反応性ガス噴出孔３１６が前記孔３３５と重ならないように所定の間隔を開けて均一に設けられている。中空ピン３３３は、その内部の孔がラジカル噴出孔３１５を構成する。容器３３１の上部と底板３３２とにそれぞれ設けた孔３３４、３３５を合わせて挿入孔を形成し、この挿入孔に、中空ピン３３３を挿入し、容器３３１の上部及び底板３３２に結合する。これにより、内部にバッファ室３１７を有するシャワープレート３２２が構成される。シャワープレート材には、非導電性の材質を選択することが好ましい。例えば、石英で構成するとよい。
【００４１】
次に、上述したプラズマ処理ユニットを用いて成膜する方法を説明する。
（搬送工程）
ウエハ６００を搭載したツィーザ（図示せず）が処理室４４５に進入する。リフターピン４１３が上昇する。ツィーザは、上昇したリフターピン４１３に室温のウエハ６００を移載させる。リフターピン４１３を下降して、ウエハ６００をサセプタ４５９上に載置する。
【００４２】
（プラズマ生成工程）
室温のウエハ６００をヒータ４６３により成膜温度まで加熱する。反応性の低いガスを、第１ガス導入口４３３からプラズマ生成室４２０に供給し、ガス雰囲気圧力の調整を行う。反応性の低いガスは、例えば、プラズマ生成室４２０で分解しても反応容器４３１の内壁面に反応成物が着かないような希ガスＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、またはＮ２ガスを用いる。ガス供給後、高周波電源４４４が共振コイル４３２に電力を供給する。
【００４３】
このとき、ＲＦセンサ４６８が共振コイル４３２からの反射波をモニタし、モニタされた反射波のレベルを周波数整合器４４６に送信する。周波数整合器４４６は、反射波電力がその反射波が最小となるよう、高周波電源４４４の発信周波数を調整する。
【００４４】
（成膜工程）
共振コイル４３２に高周波電源４４４から高周波電流を供給し、反応容器４３１のガス中に放電を誘起し、プラズマを生成させる。放電によって生成したラジカルやイオン化分子を含んだガスはシャワープレート３２２のラジカル噴出孔３１５を通過し、処理室４４５に噴出される。
一方、反応性の高いガスは第２ガス導入口３１０からシャワープレート３２２に供給され、シャワープレート３２２内部を通過して高反応性ガス噴出孔３１６より処理室４４５に噴射される。反応性の高いガスは、例えばウエハ６００上にカーボン成膜する場合はＣＨ４である。こうして２種類の材料ガスは処理室４４５内部で初めて混合され気相反応が起こる。
【００４５】
この気相反により生成される反応生成物は、加熱されたサセプタ４５９上に搭載されたウエハ６００に接触させることで、所望の成膜を実現する。
【００４６】
（搬出工程）
上記搬送工程とは逆の順序でリフターピン４１３、ツィーザを操作して、ウエハ６００を処理室から取り出す。
【００４７】
なお、本実施の形態のプラズマ処理ユニットでの処理条件は、カーボン膜の成膜で例示すれば、ウエハ温度：室温〜４００℃、ガス種：Ａｒ、その流量：５０００〜３００００ｓｃｃｍ、ガス種：ＣＨ４、その流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、処理圧力：５０〜５００Ｐａである。
【００４８】
ここで成膜反応の一例を説明する。反応性の低いガスにＡｒを、反応性の高いガスにＣＨ４をそれぞれ使用する。Ａｒはプラズマ放電により、イオン化およびラジカル化する。これらのガスはラジカル噴出孔３１５、３１６によりシャワープレート３２２を通過し、処理室４４５に導入される。このときＣＨ４はプラズマ放電の影響を受けずに処理室４４５に導入される。反応は次のように進む。
（１）プラズマ生成室の放電領域：
下記反応式により、Ａｒ＋（正イオン）、ｅ−（電子）、Ａｒ＊（ラジカル）が生成される。
Ａｒ＋プラズマ放電→Ａｒ＋＋ｅ−、Ａｒ＊
（２）シャワープレート：
Ａｒ＋、ｅ−は非導電性のシャワープレートによりその殆どが失活し、Ａｒ＊（ラジカル）だけがシャワープレートを通過する。
（３）処理室３０６：
下記反応式より、Ｃ（カーボン）が生成されウエハ上に堆積する。
Ａｒ＊＋ＣＨ４→Ａｒ＋Ｃ↓＋２Ｈ２
【００４９】
シャワープレートに非導電性の材料を選択する理由は、Ｃ（カーボン）成膜が妨害されないようにするためである。シャワープレートが導電性であると、ｅ−はシャワープレートによりその殆どが失活する。シャワープレート上部表面にイオンシースが発生するため、Ａｒ＋はそれによって形成される電界によって加速され、ラジカル噴出孔から噴射され、ウエハに到達する。これでは、Ａｒイオンによるスバッタ効果の影響で、Ｃ（カーボン）成膜が妨害されて均質な膜が形成されないことになる。したがって、シャワープレートを非導電性にしてイオンシースの発生を防止している。
【００５０】
本発明の実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
（１）装置内に導入する材料ガスの混合を、処理室で初めて行ったり、基板に近い箇所で行ったりするという混合方法の最適化を図ることで、メンテナンス頻度を抑えることができる。
（２）処理室導入前に複数のガスを混合させた場合には、プラズマが生成されるプラズマ生成室で既に気相反応が起きて反応生成物が形成されるため、その反応生成物がプラズマ生成室の内壁面などに付着してしまうが、本実施の形態によれば、処理室内に導入してから初めて複数のガスを混合するので、気相反応は処理室内でのみ起き、プラズマ生成室内
で混合が起こらないので、装置室内におけるガスの付着面積が低減する。したがって、反応容器の内壁面などに堆積した膜のクリーニングやメンテナンスを実施する頻度を抑えることができる。また、クリーニングやメンテナンスによる装置稼働率の低下、交換部品のコストアップ等を防止でき、資源の無駄を低減できる。
（３）特に、プラズマ用の材料ガスに上述した希ガスやＮ２ガスを用いる場合には、これらのガスはプラズマ生成室で分解しても反応容器の内壁面などに反応成物が付着しないので、装置室内におけるガスの付着面積がより低減する。したがって、メンテナンス頻度を一層抑えることができ、資源の無駄を一層低減できる。
（４）また、処理室導入前に複数のガスを混合させた場合には、処理室の上流側のプラズマ生成室でガスが消費されることになるが、本実施の形態によれば、プラズマ生成室では混合しないので、消費されるガス量を低減できる。
（５）また、複数のガスを混合させる箇所が基板に近い箇所であるシャワープレートの直下であると、装置室内におけるガスの付着面積をさらに低減できる。
（６）また、シャワープレートを非導電性部材で構成すると、プラズマにより生成されたうちの、Ａｒ＊（ラジカル）だけがシャワープレートを通過し、Ａｒ＋、ｅ−は非導電性のシャワープレートによりその殆どが失活する。したがって、Ｃ（カーボン）成膜の妨害を低減することができる。
【００５１】
本発明の好ましい形態を付記する。
第１の好ましい形態は、プラズマ生成空間と、該プラズマ生成空間に第１のガスを供給する第１ガス供給部と、前記プラズマ生成空間に供給される第１のガスをプラズマ化させ、プラズマ化された前記第１のガスのラジカルを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成空間でプラズマ化された前記第１のガスのラジカル成分を抽出する抽出部と、前記第１のガスと異なる第２のガスを供給する第２ガス供給部と、前記抽出部から抽出されるラジカルと前記第２ガス供給部から供給される前記第２のガスとを反応させて基板を処理する処理室とを備えた基板処理装置である。
【００５２】
この場合の１の態様によれば、抽出部は第２ガス供給部を兼ねている。第２ガス供給部を兼ねている抽出部は、抽出される第１のガスのラジカル成分を噴出する第１の通孔と、第２ガス供給部と接続されて第２のガスを噴出する第２の通孔とを有するのが好ましい。また、抽出部は、非導電性であることが好ましい。また、第１のガスは希ガスであることが好ましい。また、第２のガスをＣＨ４とすることができる。
【００５３】
第２の好ましい形態は、プラズマ生成室と、該プラズマ生成室に隣接する処理室と、前記プラズマ生成室と前記処理室とを区画するシャワープレートとを備え、前記プラズマ生成室は、該プラズマ生成室に反応性の低いガスを供給する低反応性ガス供給手段と、前記反応性の低いガスのラジカルを生成するためのプラズマ源とを有し、前記処理室は、基板を保持する基板保持台と、前記処理室に前記反応性の低いガスよりも反応性の高いガスを供給するための高反応性ガス供給手段と、前記処理室を排気する排気手段とを有し、前記シャワープレートは、前記プラズマ生成室で生成される前記反応性の低いガスのラジカルを前記処理室に導入する第１の通孔と、前記高反応性ガス供給手段からの前記反応性の高いガスを前記ラジカルとは個別に前記処理室に導入する第２の通孔とを有する基板処理装置である。
【００５４】
この場合の１の態様によれば、反応性の低いガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎの希ガス、およびＮ２ガスのうち１種あるいは数種のガスを用いることが可能である。また、シャワープレートは、非導電性の材料で構成されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態の基板処理装置に用いられるプラズマ処理ユニットを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態のシャワープレートの構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態のシャワープレートの具体的構成図である。
【図４】従来の基板処理装置に用いられるプラズマ処理ユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
３１０ 第２ガス導入口（高反応性ガス供給手段）
３１５ ラジカル噴出孔
３１６ 高反応性ガス噴出孔
３２２ シャワープレート
４１０ プラズマ処理ユニット（基板処理装置）
４２０ プラズマ生成室（プラズマ生成空間）
４３０ プラズマソース（プラズマ源）
４３１ 反応容器
４３２ 共振コイル
４３３ 第１ガス導入口（低反応性ガス供給手段）
４４５ 処理室
４４４ 高周波電源
４５０ 共振コイル
４５２ 外側シールド
４５９ サセプタ（基板保持台）
４８０ 排気管（排気手段）
６００ ウエハ（基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置、特にプラズマＣＶＤ装置に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置の製造工程の一工程として、プラズマＣＶＤ装置を用いて基板に対し所定のプラズマＣＶＤ処理、例えば成膜処理を施すことが行われている。
図４に、そのようなＣＶＤ処理を施す従来のプラズマＣＶＤ装置構成の一例を示す。反応管１０１に、材料ガスを導入するためのガス導入部１０２が設けられている。ガス導入部１０２の下流側に、導入されたガスを反応管１０１の内壁に沿って流れるようにするためのバッフル板１０３が設けられている。反応管１０１の外周に、ガス中に放電を起こさせ、プラズマを発生させるためのコイル１０４が設けられている。コイル１０４に高周波電力を供給する高周波電源１０５が接続されている。反応管１０１の下部に、基板１０８上に所望の膜を堆積させるための処理容器１０６が設けられている。処理容器１０６内には、基板１０８を搭載するサセプタ１０７が設けられている。サセプタ１０７の下部にガスの流れを一様にするバッフルリング１０９が設けられている。コイル１０４の外周に、高周波電力を装置内に留めて外部に漏れないようにするためのシールド１１０が設けられている。
【０００３】
成膜は次のような工程で行われる。複数の混合した材料ガスをガス導入部１０２より反応管１０１に導入する。コイル１０４に高周波電源１０５から高周波電力を供給し、反応管１０１のガス中に放電を誘起し、プラズマを形成させる。プラズマ放電によって材料ガスはラジカルやイオン化し、気相中でＣＶＤ反応が起きる。その反応生成物が、サセプタ１０７からの輻射伝熱によって加熱された基板１０８に接触し、基板１０８上に堆積し所望の膜が形成される。
【０００４】
このように従来のプラズマＣＶＤ装置は、複数の材料ガスをガス導入部に到達する前に混合させて、反応管に導入している（例えば、特許文献１参照）。これは、プラズマＣＶＤ処理の場合、その反応に用いられる材料ガスは、混合しただけでは反応を起こさず、プラズマからのエネルギーを得て初めて分解し気相反応を起こすからである。従って、通常は処理室導入前に材料ガスを混合させるようになっている。
【０００５】
なお、プラズマＣＶＤ装置ではなく、熱ＣＶＤ装置を用いて基板に対し所定の熱処理を施す場合には、複数の材料ガスを処理室に導入した後に混合させている（例えば、特許文献１、２参照）。これは、熱ＣＶＤ処理の場合、その反応に用いられる材料ガスは、混合するだけで分解し気相反応を起こすからである。
【特許文献１】特開２００２−１８０２５０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、処理室導入前に複数のガスを混合させている従来のプラズマを用いた基板処理装置では、プラズマが生成されるプラズマ生成空間であるプラズマ生成室で既に反応が起き反応生成物が形成されるため、その反応生成物がプラズマ生成室の壁などに付着してしまう。そのために処理室に堆積した膜のクリーニングやメンテナンスの頻度（以下、メンテナンス頻度ともいう）が高くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解消して、メンテナンス頻度を抑えることが可
能な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】
【０００８】
この発明の第１の主要な観点によれば、プラズマ生成室と、該プラズマ生成室に隣接する処理室と、前記プラズマ生成室と前記処理室とを区画するシャワープレートとを備え、前記プラズマ生成室は、該プラズマ生成室に反応性の低いガスを供給する低反応性ガス供給手段と、前記反応性の低いガスのラジカルを生成するためのプラズマ源とを有し、前記処理室は、基板を保持する基板保持台と、前記処理室に前記反応性の低いガスよりも反応性の高いガスを供給するための高反応性ガス供給手段と、前記処理室を排気する排気手段とを有し、前記シャワープレートは、前記プラズマ生成室で生成される前記反応性の低いガスのラジカルを前記処理室に導入する第１の通孔と、前記高反応性ガス供給手段からの前記反応性の高いガスを前記ラジカルとは個別に前記処理室に導入する第２の通孔とを有する基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、メンテナンス頻度を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の色々な例示的実施態様について詳細に説明する。各図面を通じて、同様の部分については同様の番号を付す。
既に述べた通り、複数のガスを予め混合してからプラズマ生成空間に導入すると、プラズマ生成空間で気相反応が起きて、反応生成物が形成されるため、プラズマ生成空間内の反応生成物の付着面積が増加し、クリーニングなどのメンテナンスの手間が増加する。
【００１１】
本発明の実施の態様によれば、第１のガスをプラズマ生成空間でプラズマ化してラジカルを形成した後、処理室に、この第１のガスのラジカルと第２のガスとを個別に導入し、ラジカルと第２のガスを処理室で初めて混合させる。このように処理室でラジカルと第２のガスとを初めて混合させることで、プラズマ生成空間内の反応生成物の付着面積を低減させ、クリーニングなどのメンテナンスの手間を低減させることが可能となる。
【００１２】
本発明の実施態様の基板処理装置は、プラズマ生成空間と、第１ガス供給部と、プラズマ生成部と、抽出部と、第２ガス供給部と、処理室とを備えている。
【００１３】
プラズマ生成空間は、該プラズマ生成空間に供給されたガスを用いてプラズマが生成される。第１ガス供給部は、プラズマ生成空間に第１のガスを供給する。プラズマ生成部は、プラズマ生成空間に供給される第１のガスをプラズマ励起して第１のガスのラジカルを生成する。抽出部は、プラズマ生成空間と処理室との間に設けられ、プラズマ生成空間で生成された第１のガスのラジカル成分を抽出して処理室に供給する。ここで、ラジカル成分を抽出してとは、プラズマ生成空間で生成されたイオン、電子、ラジカルの各成分うち、ラジカル成分のみを取り出すことをいう。第２ガス供給部は、第１のガスと異なる第２のガスを供給する。第１のガスはプラズマによって活性化され、第２のガスはプラズマによることなく、基板処理条件に応じて活性化される。処理室は、抽出部から抽出される第１のガスのラジカルと第２ガス供給部から供給される第２のガスとを反応させて基板を処理する。基板は半導体基板、ＬＣＤ基板、ガラス基板等がある。
【００１４】
第１ガス供給部からプラズマ生成空間に第１のガスが供給されると、プラズマ生成部によって第１のガスがプラズマ励起されラジカルが生成される。プラズマ生成空間で生成された第１のガスのラジカル成分は抽出部から抽出されて処理室に供給される。第１のガスと異なる第２のガスが処理室に供給される。処理室では、抽出部から抽出された第１のガスのラジカルと第２ガス供給部から供給された第２のガスとが初めて混合して反応し、基
板が処理される。このように処理室で初めて第１のガスのラジカルと第２のガスとを混合して反応させることで、プラズマ生成空間内の反応生成物の付着面積が低減し、クリーニングなどのメンテナンスの手間を低減させることが可能となる。
【００１５】
ここで、上記抽出部は、第１のガスのラジカル成分をプラズマ生成空間から抽出して処理室に供給するものである限り、何ら特定のものに限定されない。例えば、抽出部は、抽出される第１のガスのラジカル成分を処理室に導入する第１の通孔と、第２ガス供給部と接続されて第２のガスを処理室に導入する第２の通孔とを有することも可能である。実施態様によっては、上記抽出部は、処理される基板に向かってラジカルないしガスをシャワー状に吹き出すシャワープレートであることもある。また、第１のラジカルと第２のガスとを初めて混合させる箇所は、基板に近い箇所であることが好ましく、抽出部の直下であることがより好ましい。
【００１６】
図１に本発明の一実施の形態の基板処理装置に用いられるプラズマ処理ユニット４１０の詳細が示されている。ここでは、基板処理として所望の膜を堆積させる成膜処理について説明する。
【００１７】
プラズマ処理ユニット４１０は、半導体基板や半導体素子にプラズマＣＶＤ処理を施す高周波無電極放電型のプラズマ処理ユニットである。プラズマ処理ユニット４１０は、図１に示すように、プラズマ生成部としてのプラズマソース４３０、反応容器４３１、処理容器４６４、高周波電源４４４、及び高周波電源４４４の発振周波数を制御する周波数整合器４４６を備えている。例えば、架台としての水平なベースプレート４４８の上部に前記のプラズマソース４３０を配置し、ベースプレート４４８の下部に処理容器４６４を配置して構成される。
【００１８】
プラズマソース４３０は、反応容器４３１の外周に巻回された共振コイル４３２と、共振コイル４３２の外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールド４５２とから構成される。共振コイル４３２は反応容器４３１の内部のガス中に放電を起こさせ、プラズマを発生させるためのコイルである。共振コイル４３２は、絶縁性材料にて平板状に形成され且つベースプレート４４８の上端面に鉛直に立設された複数のサポートによって支持される。外側シールド４５２は、共振コイル４３２の外側への電磁波の漏れを遮蔽するとともに、共振回路を構成するのに必要な容量成分を共振コイル４３２との間に形成するために設けられる。外側シールド４５２は、一般的には、アルミニウム合金、銅又は銅合金などの導電性材料を使用して円筒状に形成される。
【００１９】
高周波電源４４４は、プラズマソース４３０（特に共振コイル４３２）に高周波電力を供給する。高周波電源４４４の出力側にはＲＦセンサ４６８が設置され、進行波、反射波等をモニタしている。ＲＦセンサ４６８によってモニタされた反射波電力は、周波数整合器４４６に入力される。周波数整合器４４６は、反射波が最小となるよう周波数を制御する。
【００２０】
コントローラ４７０は、単に高周波電源４４４のみを制御するものではなく、プラズマ処理ユニット４１０全体の制御を行っている。コントローラ４７０には、表示部であるディスプレイ４７２が接続されている。ディスプレイ４７２は、例えば、ＲＦセンサ４６８による反射波のモニタ結果等、プラズマＣＶＤ装置に設けられた各種検出部で検出されたデータ等を表示する。
【００２１】
反応容器４３１は、減圧可能に構成され、且つプラズマ用の第１の反応ガスが供給され、内部にプラズマ生成空間としてのプラズマ生成室４２０を形成する。反応容器４３１には、第１の反応ガスを供給する第１ガス供給部としての低反応性ガス供給部が設けられる
。第１の反応ガスは反応性の低い材料ガスである。反応容器４３１の内部に形成されるプラズマ生成室４２０は、反応性の低い材料ガスのラジカルを生成する。
【００２２】
処理容器４６４は、減圧可能に構成され、且つプラズマ用の第１の反応ガスのラジカルと成膜用の第２の反応ガスが供給され、内部に処理室４４５を形成する。処理容器４６４には、第２の反応ガスを供給する第２ガス供給部としての高反応性ガス供給部が設けられる。第２の反応ガスは第１の反応ガスと比べて反応性の高い材料ガスである。処理容器４６４の内部に形成される処理室４４５は、半導体基板などのウエハ６００を収容して所望の膜を堆積させる。処理容器４６４は、通常、アルミニウム又はアルミニウム合金（例えばアルミナＡｌ２Ｏ３）で構成される。
【００２３】
上述した反応容器４３１は、通常、高純度の石英硝子やセラミックスにて円筒状に形成された所謂チャンバである。反応容器４３１は、通常、軸線が垂直になるように配置され、トッププレート４５４及び処理容器４６４によって上下端が気密に封止される。トッププレート４５４は、通常、アルミニウム又はアルミニウム合金（例えばアルミナＡｌ２Ｏ３）で構成される。反応容器４３１の下方の処理容器４６４内には、複数（例えば４本）の支柱４６１によって支持される基板保持台としてのサセプタ４５９が設けられる。サセプタ４５９はウエハ６００を載置する。サセプタ４５９には、サセプタテーブル４１１及びサセプタ４５９上のウエハ６００を加熱する基板加熱部としてのヒータ４６３が具備される。
本実施の形態では、サセプタ４５９の上で複数のガスが混合されるが、反応生成物の付着面積を低減するためには、複数のガスを混合させる箇所は、サセプタ４５９上に載置されたウエハ６００に近い箇所、例えば後述するシャワープレート３２２の直下であることが好ましい。
【００２４】
サセプタ４５９の下方に、排気板４６５が配設される。排気板４６５は、ガイドシャフト４６７を介して底板４６９に支持され、底板４６９は処理室４４５の下面に気密に設けられる。昇降基板４７１がガイドシャフト４６７をガイドとして昇降自在に動くように設けられる。昇降基板４７１は、少なくとも３本のリフターピン４１３を支持している。
【００２５】
リフターピン４１３は、サセプタ４５９を貫通する。そして、リフターピン４１３の頂には、ウエハ６００を支持するウエハ支持部４１４が設けられている。
【００２６】
ウエハ支持部４１４は、サセプタ４５９の中心方向に延出している。リフターピン４１３の昇降によって、ウエハ６００をサセプタテーブル４１１に載置し、あるいはサセプタテーブル４１１から持ち上げることができる。
【００２７】
底板４６９を経由して、昇降駆動部（図示略）の昇降シャフト４７３が昇降基板４７１に連結されている。昇降駆動部が昇降シャフト４７３を昇降させることで、昇降基板４７１とリフターピン４１３を介して、ウエハ支持部４１４が昇降する。
【００２８】
サセプタ４５９と排気板４６５の間に、バッフルリング４５８が設けられる。バッフルリング４５８は処理室４４５と排気系との間にある排気抵抗の役割を持つ。バッフルリング４５８、サセプタ４５９、排気板４６５で第一排気室４７４が形成される。円筒状のバッフルリング４５８は、通気孔が多数均一に設けられている。従って、第一排気室４７４は、処理室４４５と仕切られ、また通気孔によって、処理室４４５と連通している。
【００２９】
排気板４６５に、排気連通孔４７５が設けられる。排気連通孔４７５によって、第一排気室と第二排気室４７６が連通される。第二排気室４７６には、排気管４８０が連通されており、排気管４８０には排気装置４７９が設けられている。上記排気管４８０と排気装
置４７９から処理室４４５を排気する排気手段が構成される。
【００３０】
反応容器４３１の上部のトッププレート４５４には、第１ガス供給ユニットから伸長され且つ所要のプラズマ用の反応ガスを供給するための第１ガス供給管４５５が、第１ガス導入口４３３に付設されている。第１ガス供給ユニットは、ガスの流量を制御する機能を持ち、具体的には流量制御部であるマスフローコントローラ４７７及び開閉弁４７８を有している。マスフローコントローラ４７７及び開閉弁４７８を制御することで、ガスの供給量を制御する。上記第１ガス導入口４３３、第１ガス供給管４５５、第１ガス供給ユニット等から上記低反応性ガス供給部が構成される。
【００３１】
また、反応容器４３１内には、反応ガスを反応容器４３１の内壁に沿って流れるようにするための略円板形で、石英からなるバッフル板４６０が設けられている。バッフル板４６０は第１ガス導入口４３３から導入されたガスを反応容器４３１の内壁に沿って流れるようにする。バッフル板４６０は複数の支柱４６２によってトッププレート４５４に支持されている。第１ガス導入口４３３に付設されてプラズマ生成室４２０内に導かれる第１ガス供給管４５５はバッフル板４６０を貫通する。
【００３２】
上記プラズマ生成室４２０と、このプラズマ生成室４２０に隣接する処理室４４５との間に、抽出部としてのシャワープレート３２２が設けられる。シャワープレート３２２は、プラズマ生成室４２０と処理室４４５とを区画形成する。シャワープレート３２２は、プラズマ生成室４２０と処理室４４５とを連通する第１の通孔としてのラジカル噴出孔３１５と、第２ガス供給管３１１と処理室４４５とを連通して第２のガスとしての反応性の高い材料ガスを供給する第２の通孔としての高反応性ガス噴出孔３１６とを有する。
【００３３】
反応容器４３１の下部のベースプレート４４８には、第２ガス供給ユニットから伸長され且つ所要の成膜用の反応ガスを供給するための第２ガス供給管３１１が、第２ガス導入口３１０に付設されている。第２ガス供給ユニットは、ガスの流量を制御する機能を持ち、具体的には流量制御部であるマスフローコントローラ３１３及び開閉弁３１２を有している。マスフローコントローラ３１３及び開閉弁３１２を制御することで、ガスの供給量を制御する。上記第２ガス導入口３１０、第２ガス供給管３１１、第２ガス供給ユニット等から上記高反応性ガス供給部が構成される。
【００３４】
ラジカル噴出孔３１５は、反応性の低い材料ガスのラジカルをプラズマ生成室４２０から抽出して処理室４４５に供給する。高反応性ガス噴出孔３１６は、高反応性ガス供給手段から導入される反応性の高い材料ガスを処理室４４５に供給する。
【００３５】
尚、マスフローコントローラ３１３、４７７及び排気装置４７９によって供給量、排気量を調整することにより、処理室４４５の圧力が調整される。
【００３６】
図２に上述したシャワープレート３２２の詳細構造を示す。シャワープレート３２２はプラズマ生成室４２０と処理室４４５とを隔てる機能と、プラズマ生成室４２０から処理室４４５へ反応性の低い材料ガスのラジカル成分を通過させる機能と、第２ガス導入口３１０から処理室４４５へ反応性の高い材料ガスを導入する機能とを有する。
【００３７】
前記シャワープレート３２２は、図２（ａ）に示すように、複数の噴出孔を有し、処理されるウエハ６００に向かってラジカルとガス（これらを単にガスというときもある）をシャワー状に個別に吹き出す。複数の噴出孔は、図２（ｂ）に示すように、プラズマ生成室４２０で生成された反応性の低いガスのラジカル成分を処理室４４５に噴出する複数のラジカル噴出孔３１５と、第２ガス供給管３１１と接続されて反応性の高いガスを処理室４４５に噴出する複数の高反応性ガス噴出孔３１６とから構成される。
【００３８】
板状のシャワープレート３２２は中空状に形成される。複数のラジカル噴出孔３１５は、中空のシャワープレート３２２を板厚方向に貫通して形成される。シャワープレート３２２の中空部は、複数の高反応性ガス噴出孔３１６に対して共通のバッファ室３１７となる。複数の高反応性ガス噴出孔３１６は、このバッファ室３１７と連通する。バッファ室３１７は第２ガス導入口３１０と連通する。
【００３９】
プラズマ生成室４２０で生成された反応性の低いガス２０２のラジカル成分は、シャワープレート３２２のラジカル噴出孔３１５を通過し、処理室４４５に噴射される。一方、反応性の高いガス２０１は第２ガス導入口３１０からシャワープレート３２２内部のバッファ室３１７に導入され、高反応性ガス噴出孔３１６を通過し、処理室４４５に噴射される。
【００４０】
上述したシャワープレート３２２は、例えば、図３に示すように容器３３１と、底板３３２と、複数の中空ピン３３３とを接合することにより構成することができる。容器３３１は、上部が閉じ底部が開いた浅い円筒形の容器で構成され、上部に複数の孔３３４が所定の間隔を開けて均一に設けられている。底板３３２は、容器３３１の底部を塞ぐ板状部材から構成され、前記孔３３４に対応する箇所に複数の孔３３５が開けられ、さらに複数の高反応性ガス噴出孔３１６が前記孔３３５と重ならないように所定の間隔を開けて均一に設けられている。中空ピン３３３は、その内部の孔がラジカル噴出孔３１５を構成する。容器３３１の上部と底板３３２とにそれぞれ設けた孔３３４、３３５を合わせて挿入孔を形成し、この挿入孔に、中空ピン３３３を挿入し、容器３３１の上部及び底板３３２に結合する。これにより、内部にバッファ室３１７を有するシャワープレート３２２が構成される。シャワープレート材には、非導電性の材質を選択することが好ましい。例えば、石英で構成するとよい。
【００４１】
次に、上述したプラズマ処理ユニットを用いて成膜する方法を説明する。
（搬送工程）
ウエハ６００を搭載したツィーザ（図示せず）が処理室４４５に進入する。リフターピン４１３が上昇する。ツィーザは、上昇したリフターピン４１３に室温のウエハ６００を移載させる。リフターピン４１３を下降して、ウエハ６００をサセプタ４５９上に載置する。
【００４２】
（プラズマ生成工程）
室温のウエハ６００をヒータ４６３により成膜温度まで加熱する。反応性の低いガスを、第１ガス導入口４３３からプラズマ生成室４２０に供給し、ガス雰囲気圧力の調整を行う。反応性の低いガスは、例えば、プラズマ生成室４２０で分解しても反応容器４３１の内壁面に反応成物が着かないような希ガスＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、またはＮ２ガスを用いる。ガス供給後、高周波電源４４４が共振コイル４３２に電力を供給する。
【００４３】
このとき、ＲＦセンサ４６８が共振コイル４３２からの反射波をモニタし、モニタされた反射波のレベルを周波数整合器４４６に送信する。周波数整合器４４６は、反射波電力がその反射波が最小となるよう、高周波電源４４４の発信周波数を調整する。
【００４４】
（成膜工程）
共振コイル４３２に高周波電源４４４から高周波電流を供給し、反応容器４３１のガス中に放電を誘起し、プラズマを生成させる。放電によって生成したラジカルやイオン化分子を含んだガスはシャワープレート３２２のラジカル噴出孔３１５を通過し、処理室４４５に噴出される。
一方、反応性の高いガスは第２ガス導入口３１０からシャワープレート３２２に供給され、シャワープレート３２２内部を通過して高反応性ガス噴出孔３１６より処理室４４５に噴射される。反応性の高いガスは、例えばウエハ６００上にカーボン成膜する場合はＣＨ４である。こうして２種類の材料ガスは処理室４４５内部で初めて混合され気相反応が起こる。
【００４５】
この気相反により生成される反応生成物は、加熱されたサセプタ４５９上に搭載されたウエハ６００に接触させることで、所望の成膜を実現する。
【００４６】
（搬出工程）
上記搬送工程とは逆の順序でリフターピン４１３、ツィーザを操作して、ウエハ６００を処理室から取り出す。
【００４７】
なお、本実施の形態のプラズマ処理ユニットでの処理条件は、カーボン膜の成膜で例示すれば、ウエハ温度：室温〜４００℃、ガス種：Ａｒ、その流量：５０００〜３００００ｓｃｃｍ、ガス種：ＣＨ４、その流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、処理圧力：５０〜５００Ｐａである。
【００４８】
ここで成膜反応の一例を説明する。反応性の低いガスにＡｒを、反応性の高いガスにＣＨ４をそれぞれ使用する。Ａｒはプラズマ放電により、イオン化およびラジカル化する。これらのガスはラジカル噴出孔３１５、３１６によりシャワープレート３２２を通過し、処理室４４５に導入される。このときＣＨ４はプラズマ放電の影響を受けずに処理室４４５に導入される。反応は次のように進む。
（１）プラズマ生成室の放電領域：
下記反応式により、Ａｒ＋（正イオン）、ｅ−（電子）、Ａｒ＊（ラジカル）が生成される。
Ａｒ＋プラズマ放電→Ａｒ＋＋ｅ−、Ａｒ＊
（２）シャワープレート：
Ａｒ＋、ｅ−は非導電性のシャワープレートによりその殆どが失活し、Ａｒ＊（ラジカル）だけがシャワープレートを通過する。
（３）処理室３０６：
下記反応式より、Ｃ（カーボン）が生成されウエハ上に堆積する。
Ａｒ＊＋ＣＨ４→Ａｒ＋Ｃ↓＋２Ｈ２
【００４９】
シャワープレートに非導電性の材料を選択する理由は、Ｃ（カーボン）成膜が妨害されないようにするためである。シャワープレートが導電性であると、ｅ−はシャワープレートによりその殆どが失活する。シャワープレート上部表面にイオンシースが発生するため、Ａｒ＋はそれによって形成される電界によって加速され、ラジカル噴出孔から噴射され、ウエハに到達する。これでは、Ａｒイオンによるスバッタ効果の影響で、Ｃ（カーボン）成膜が妨害されて均質な膜が形成されないことになる。したがって、シャワープレートを非導電性にしてイオンシースの発生を防止している。
【００５０】
本発明の実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
（１）装置内に導入する材料ガスの混合を、処理室で初めて行ったり、基板に近い箇所で行ったりするという混合方法の最適化を図ることで、メンテナンス頻度を抑えることができる。
（２）処理室導入前に複数のガスを混合させた場合には、プラズマが生成されるプラズマ生成室で既に気相反応が起きて反応生成物が形成されるため、その反応生成物がプラズマ生成室の内壁面などに付着してしまうが、本実施の形態によれば、処理室内に導入してから初めて複数のガスを混合するので、気相反応は処理室内でのみ起き、プラズマ生成室内
で混合が起こらないので、装置室内におけるガスの付着面積が低減する。したがって、反応容器の内壁面などに堆積した膜のクリーニングやメンテナンスを実施する頻度を抑えることができる。また、クリーニングやメンテナンスによる装置稼働率の低下、交換部品のコストアップ等を防止でき、資源の無駄を低減できる。
（３）特に、プラズマ用の材料ガスに上述した希ガスやＮ２ガスを用いる場合には、これらのガスはプラズマ生成室で分解しても反応容器の内壁面などに反応成物が付着しないので、装置室内におけるガスの付着面積がより低減する。したがって、メンテナンス頻度を一層抑えることができ、資源の無駄を一層低減できる。
（４）また、処理室導入前に複数のガスを混合させた場合には、処理室の上流側のプラズマ生成室でガスが消費されることになるが、本実施の形態によれば、プラズマ生成室では混合しないので、消費されるガス量を低減できる。
（５）また、複数のガスを混合させる箇所が基板に近い箇所であるシャワープレートの直下であると、装置室内におけるガスの付着面積をさらに低減できる。
（６）また、シャワープレートを非導電性部材で構成すると、プラズマにより生成されたうちの、Ａｒ＊（ラジカル）だけがシャワープレートを通過し、Ａｒ＋、ｅ−は非導電性のシャワープレートによりその殆どが失活する。したがって、Ｃ（カーボン）成膜の妨害を低減することができる。
【００５１】
本発明の好ましい形態を付記する。
第１の好ましい形態は、プラズマ生成空間と、該プラズマ生成空間に第１のガスを供給する第１ガス供給部と、前記プラズマ生成空間に供給される第１のガスをプラズマ化させ、プラズマ化された前記第１のガスのラジカルを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成空間でプラズマ化された前記第１のガスのラジカル成分を抽出する抽出部と、前記第１のガスと異なる第２のガスを供給する第２ガス供給部と、前記抽出部から抽出されるラジカルと前記第２ガス供給部から供給される前記第２のガスとを反応させて基板を処理する処理室とを備えた基板処理装置である。
【００５２】
この場合の１の態様によれば、抽出部は第２ガス供給部を兼ねている。第２ガス供給部を兼ねている抽出部は、抽出される第１のガスのラジカル成分を噴出する第１の通孔と、第２ガス供給部と接続されて第２のガスを噴出する第２の通孔とを有するのが好ましい。また、抽出部は、非導電性であることが好ましい。また、第１のガスは希ガスであることが好ましい。また、第２のガスをＣＨ４とすることができる。
【００５３】
第２の好ましい形態は、プラズマ生成室と、該プラズマ生成室に隣接する処理室と、前記プラズマ生成室と前記処理室とを区画するシャワープレートとを備え、前記プラズマ生成室は、該プラズマ生成室に反応性の低いガスを供給する低反応性ガス供給手段と、前記反応性の低いガスのラジカルを生成するためのプラズマ源とを有し、前記処理室は、基板を保持する基板保持台と、前記処理室に前記反応性の低いガスよりも反応性の高いガスを供給するための高反応性ガス供給手段と、前記処理室を排気する排気手段とを有し、前記シャワープレートは、前記プラズマ生成室で生成される前記反応性の低いガスのラジカルを前記処理室に導入する第１の通孔と、前記高反応性ガス供給手段からの前記反応性の高いガスを前記ラジカルとは個別に前記処理室に導入する第２の通孔とを有する基板処理装置である。
【００５４】
この場合の１の態様によれば、反応性の低いガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎの希ガス、およびＮ２ガスのうち１種あるいは数種のガスを用いることが可能である。また、シャワープレートは、非導電性の材料で構成されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態の基板処理装置に用いられるプラズマ処理ユニットを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態のシャワープレートの構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態のシャワープレートの具体的構成図である。
【図４】従来の基板処理装置に用いられるプラズマ処理ユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
３１０ 第２ガス導入口（高反応性ガス供給手段）
３１５ ラジカル噴出孔
３１６ 高反応性ガス噴出孔
３２２ シャワープレート
４１０ プラズマ処理ユニット（基板処理装置）
４２０ プラズマ生成室（プラズマ生成空間）
４３０ プラズマソース（プラズマ源）
４３１ 反応容器
４３２ 共振コイル
４３３ 第１ガス導入口（低反応性ガス供給手段）
４４５ 処理室
４４４ 高周波電源
４５０ 共振コイル
４５２ 外側シールド
４５９ サセプタ（基板保持台）
４８０ 排気管（排気手段）
６００ ウエハ（基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成室と、該プラズマ生成室に隣接する処理室と、前記プラズマ生成室と前記処理室とを区画するシャワープレートとを備え、
前記プラズマ生成室は、該プラズマ生成室に反応性の低いガスを供給する低反応性ガス供給手段と、前記反応性の低いガスのラジカルを生成するためのプラズマ源とを有し、
前記処理室は、基板を保持する基板保持台と、前記処理室に前記反応性の低いガスよりも反応性の高いガスを供給するための高反応性ガス供給手段と、前記処理室を排気する排気手段とを有し、
前記シャワープレートは、前記プラズマ生成室で生成される前記反応性の低いガスのラジカルを前記処理室に導入する第１の通孔と、前記高反応性ガス供給手段からの前記反応性の高いガスを前記ラジカルとは個別に前記処理室に導入する第２の通孔とを有する
基板処理装置。
【請求項１】
プラズマ生成室と、該プラズマ生成室に隣接する処理室と、前記プラズマ生成室と前記処理室とを区画するシャワープレートとを備え、
前記プラズマ生成室は、該プラズマ生成室に反応性の低いガスを供給する低反応性ガス供給手段と、前記反応性の低いガスのラジカルを生成するためのプラズマ源とを有し、
前記処理室は、基板を保持する基板保持台と、前記処理室に前記反応性の低いガスよりも反応性の高いガスを供給するための高反応性ガス供給手段と、前記処理室を排気する排気手段とを有し、
前記シャワープレートは、前記プラズマ生成室で生成される前記反応性の低いガスのラジカルを前記処理室に導入する第１の通孔と、前記高反応性ガス供給手段からの前記反応性の高いガスを前記ラジカルとは個別に前記処理室に導入する第２の通孔とを有する
基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−７７４８９（Ｐ２０１０−７７４８９Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４６８２４（Ｐ２００８−２４６８２４）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【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２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【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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