基板処理装置
本発明の基板処理装置は、ウエハ２００を収容する処理室２０１と、処理室２０１内に処理ガスを供給するガス供給系２３２ａ、２３２ｂと、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気系２３１、２４６と、処理ガスをプラズマ化するため、保護管２７５内に挿抜可能に収容された一対の電極２６９、２７０とを有し、電極２６９、２７０は可撓性の部材で構成され、少なくとも一箇所が屈曲した状態で保護管２７５内に収容される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、プラズマにより励起された処理ガスを利用して半導体ウエハに成膜を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマにより励起された処理ガスを利用して半導体ウエハに成膜を行う基板処理装置には、処理ガスとの反応を防止するために、プラズマを発生させる電極を保護管内に収容する構造のものがある。（日本国特開２００２−２８０３７８号公報参照）
【発明の開示】
【０００３】
本発明者らは、そのような構造の基板処理装置では、プラズマを均一に発生させることができると共に、装置への装着が容易な構造の電極が望ましいことを見いだした。
【０００４】
従って、本発明の主な目的は、プラズマを均一に発生させることができると共に、装置への装着が容易な構造の電極を備える基板処理装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の一態様によれば、
少なくとも一つの基板を収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理ガスを活性な状態とするため、保護管内に挿抜可能に収容された、少なくとも一対の電極と、を有し、
前記電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で前記保護管内に収容され、更に、前記電極は可撓性の部材で構成したことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略横断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉に使用するプラズマ発生用電極を説明するための概略図である。
【図４】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉に使用するプラズマ発生用電極を説明するための概略図である。
【図５】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉に使用するプラズマ発生用電極を説明するための概略図である。
【図６】比較ための縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図７】本発明の実施例１に係る基板処理装置を説明するための概略斜視図である。
【図８】本発明の実施例１に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の好ましい実施形態によれば、
少なくとも一つの基板を収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理ガスを活性な状態とするため、保護管内に挿抜可能に収容された、少なくとも一対の電極と、を有し、
前記電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で前記保護管内に収容され、更に、前記電極は可撓性の部材で構成したことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記電極は、線状の導電部材を編み込んで構成されている。さらに好ましくは、前記電極に芯が設けられている。
【０００９】
また、好ましくは、前記電極は、線状の導電部材を編み込んで構成した部材を中空の円筒形状としたものである。
【００１０】
また、好ましくは、前記電極は、線状の導電部材を束ねて構成した部材からなる。
【００１１】
また、好ましくは、前記一対の電極のそれぞれの電極は、それぞれが別体の保護管に挿抜可能に収容されている。
【００１２】
また、好ましくは、前記一対の電極のそれぞれの電極の外径が、前記別体の保護管のそれぞれの内径より１乃至２ｍｍ小さい。
【００１３】
また、好ましくは、前記基板処理装置が、複数の基板を所定の間隔で積層して保持する基板保持部材を、処理室内に収容した状態で基板の処理が実行される装置であって、
前記一対の電極が基板の積層方向に亘って配置され、更に、前記電極の端部が、前記基板保持部材に保持される前記電極端部側の最端の基板位置よりも、少なくとも基板保持部材での基板同士の間隔分の長さを超えて設置されている。
この場合に、より好ましくは、前記電極の端部が、前記基板保持部材の天板の位置を超えた位置に設置されている。
【００１４】
また、本発明の好ましい実施形態によれば、
少なくとも一つの基板を収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理ガスを活性な状態とするため、保護管内に挿抜可能に収容された、少なくとも一対の電極と、を有し、
前記電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で前記保護管内に収容され、更に、前記電極は可撓性の部材で構成したことを特徴とする基板処理装置を使用して、基板を処理する工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１５】
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例においては、プラズマを発生させる電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で保護管内に収容されると共に、可撓性の部材で構成されている。
電極を可撓性とすることにより、保護管内に挿入時に柔軟性を持たせることができると共に、熱膨張を抑制することができるためである。また、反応室の下から上まで均一な放電を行うために細長形状の電極を用いる場合でも、保護管に容易に着脱することができる。
【００１６】
また、プラズマを発生させる電極を、線状の導電部材を編み込んで構成することにより、電極挿入時の自由度を大きくすることができ、熱膨張による変形が少ないものとすることができる。さらに、表面積を確保出来、高周波は物体の表面を流れる特性があるので、プラズマを効率よく発生させることができるようになる。特に電極を円筒形状に加工することで更に良い効果が得られる。
【００１７】
プラズマを発生させる電極に芯を設けることにより、可撓性のある電極を縮みなく使用でき、複数のウェハについてより均一なプラズマを供給できる。
【００１８】
また、プラズマを発生させる電極を、線状の導電部材を束ねて構成した部材からなるようにすることも好ましく、このようにすることで、断面が丸形の屈曲性のある細長形状の電極を容易に実現できるようになる。
【００１９】
なお、導電部材の１例として、鉄、ニッケル、炭素、金等、またはそれらを含む化合物が好ましく用いられる。この中で、耐熱性、金属汚染、価格を考慮すれば、ニッケルがより好ましく用いられる。
また、特に５００℃以上の高温雰囲気で用いる場合は、タングステン、モリブデンなどの高融点金属や炭素繊維なども好ましく用いられる。
【実施例１】
【００２０】
次に、図面を参照して本発明の実施例をより詳細に説明する。
【００２１】
本実施例として、ウエハ等の基板へのプロセス処理例としてＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。
【００２２】
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
【００２３】
即ち、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、成膜に必要な原料ガスは、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）
【００２４】
図１は、本実施例にかかる基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図であり、図２は本実施例にかかる基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略横断面図である。
【００２５】
加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング（図示せず）を介して気密に閉塞されている。反応管２０３およびヒータ２０７の外側には断熱部材２０８が設けられている。断熱部材２０８は反応管２０３の上方をも覆うように設けられている。少なくとも、ヒータ２０７、断熱部材２０８、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。また、反応管２０３、シールキャップ２１９および後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９にはボート台２１８および回転軸２２０を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、ボート台２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に垂直方向に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００２６】
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で鉛直方向に載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、ボート台２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００２７】
そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここではガス供給管２３２ａからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁であるバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、ガス供給管２３２ｂからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃを介し、ガス供給部（図示せず）を介して処理室２０１に反応ガスが供給されている。
【００２８】
処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１によりバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、このバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
【００２９】
処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウエハ２００と隣接する内側の壁の端部近傍にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２４８ａは、ウエハ２００の積載方向に沿って下部から上部に所定の長さにわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００３０】
そしてバッファ室２３７のガス供給孔２４８ａが設けられた側と反対側の反応管２０３の側壁には、ガス供給管２３２ａが接続されている。
【００３１】
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する電極２６９及び電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５にそれぞれ保護されて配設され、この電極２６９又は電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、電極２６９及び電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
【００３２】
この電極保護管２７５は、電極２６９及び電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。
【００３３】
ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された電極２６９及び電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて電極２６９又は電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構（図示せず）が設けられる。
【００３４】
本実施例では、電極保護管２７５を途中で屈曲した構造としており、バッファ室２３７内を最下端のウエハ２００よりも下側からボート天板２１６よりも上部まで延在する垂直部とその下の斜め部とから構成されている。斜め部の下端は反応管２０３の側壁から外部に突き出している。
【００３５】
電極２６９及び電極２７０として、可撓性のある部材を使用することにより、電極保護管２７５内に、電極保護管２７５の斜め部の下端から電極２６９、２７０を挿入すると共に、電極２６９、２７０を電極保護管２７５の上端部まで達するようにすることができる。
【００３６】
電極２６９、２７０の一例として、導電部材を薄板に加工した構造を図３に示す。これは可撓性のある導電部材を１つ使用した電極２６９、２７０の一例である。この電極２６９、２７０は導電部材を薄板に加工したものなので、薄板の主面に垂直方向について屈曲性が得られる。そのため、電極２６９、２７０の差込み口が反応管２０３の側面にある構造でも、電極２６９、２７０の電極保護管２７５への差込みが可能である。またこの電極２６９、２７０に高周波電力を印可すると、プラズマ２２４を発生させることができる。ただ、薄板の電極２６９、２７０は電極保護管２７５の中で歪みが生じてしまい、電極２６９、２７０間の間隔が垂直方向で一定でなくなってプラズマ２２４は不均一となる場合もある。
【００３７】
次に、屈曲性のある導電部材を複数使用した電極２６９、２７０の例を図４、図５を参照して説明する。
【００３８】
まず、線状に加工した導電部材を束ねた電極２６９、２７０の構造を図４に示す。この電極２６９、２７０は導電部材を線状に加工したものを使用しているので、可撓性、屈曲性が得られる。
【００３９】
また、図５には、線状に加工した導電部材を編み込んだ構造の例を示している。この電極２６９、２７０は複数本の導電部材を編み込み、その中心に芯２７１を通した構造になっている。編み込み型電極２６９、２７０に芯２７１がない場合は、電極２６９、２７０は、プラズマ２２４発生時に熱が加わると、柔らかくなって網目が詰まり、下方向に縮むことがある。また、メンテナンス時に一度抜いた電極２６９、２７０を電極保護管２７５に再挿入する際に、柔らかくなった電極２６９、２７０は電極保護管２７５との摩擦で縮み、最上部のウェハ２００まで電極２６９、２７０が到達しないことがある。最上部のウェハ２００まで電極２６７、２７０が届いていないということは、複数のウェハ２００が存在する領域でプラズマ２２４が未発生な部分または不均一な部分ができ、成膜にも影響がでることが懸念される。そこで、電極２６９、２７０の中心に芯２７１をいれることにより、縮みを防止する構造にしている。
【００４０】
また、上部ウェハ２００領域にプラズマ２２４未発生部分ができてしまうことの他の対策として、図１に示すように、電極２６９、２７０が縮んだ場合でも最上位のウェハ２００までプラズマ２２４が供給されるように、電極保護管２６９、２７０を上方向に長くして、ボート天井部２１６よりも上にくるようにした。これにより、電極２６７、２７０を最上位のウェハ２００より高い位置まで挿入できるようになり、熱により縮みが生じた場合でも、ウェハ２００が存在する領域でのプラズマ２２４未発生領域が生じないようにできる。
【００４１】
なお、電極２６９、２７０の上部端の設置位置としては、少なくとも最上位のウエハ２００よりも、ボート２１７に保持されるウエハ２００の保持ピッチ間隔以上、上側にする。好ましくは、本実施例のように、ボート天板板２１６の位置を超えた位置にする。
【００４２】
図４、図５に示す場合は、電極保護管２７５の内径より１〜２ｍｍ程小さな外形になるように電極２６９、２７０を作成すると、電極２６９、２７０を差し込むための隙間が残ると共に、電極２６９、２７０が電極保護管２７５との間で横方向に歪む隙間をなくすことができるため、電極２６９、２７０はまっすぐな形状のままであり、プラズマをより均一に発生させることができる。
【００４３】
このような電極構造とすることで、反応管２０３内に均一なプラズマを生成するための細長形状の電極２６９、２７０を使い勝手良く着脱可能でまた安全に運用できるようにすることができる。
【００４４】
ガス供給孔２４８ａの位置より、１２０°程度回った反応管２０３の内側にノズル２３３が設けられている。このノズル２３３は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。
【００４５】
このノズル２３３もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｃを有し、下部ではガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００４６】
ガス供給孔２４８ｃの開口面積はノズル２３３内と処理室２０１の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。
【００４７】
制御手段であるコントローラ３２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、バルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電極２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
【００４８】
次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
【００４９】
まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２に搬入する。搬入後、次の４つのステップを順次実行する。
【００５０】
［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをバッファ室２３７へ噴出し、電極２６９及び電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を０．１〜０．６ｋＷ印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は１〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ３ガスをプラズマで活性化する事によりウエハ表面を低温で処理することができる。
【００５１】
このＮＨ３をプラズマで励起して活性種として供給しているとき、ガス供給管２３２ｂの上流側のバルブ２４３ｂを開け、下流側のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これによりバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。
【００５２】
［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めた後、Ｎ２の不活性ガスで反応管２０３内をパージするが、その間も引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を十分に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。
【００５３】
［ステップ３］
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。ガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒に設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、ＤＣＳが表面反応しＮ−Ｈ結合のＨがＳｉと置換されて、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。
【００５４】
［ステップ４］
ステップ３では、成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、バルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。またバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
【００５５】
上記ステップ１〜４を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００５６】
なお、ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施例では、バルブ２４３ｄを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００５７】
また、本実施例では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ３ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ２００表面のみで有効に反応させることができる。
【００５８】
次に、図６を参照して、比較例として、可撓性のない電極２７６、２７７を使用した場合の反応管構造について説明する。
【００５９】
図６に示すように、下側から電極２７６を挿入する場合には、下部しか電極２７６を挿入することができず、プラズマがバッファ室２３７下の方にしか生成できないため、ウェーハ２００の処理がボート２１７の上下で不均一になってしまう。
【００６０】
次に、図７、図８を参照して本発明が好適に適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。
【００６１】
筐体１０１内部の前面側には、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が取りつけられている。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。
【００６２】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方には基板としてのウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を処理炉２０２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、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７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エハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００６３】
ウエハ２００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にウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００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。
【００６４】
カセット棚１０９にはウエハ移載機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、ウエハ２００が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。
【００６５】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機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２１７にウエハ２００を移載する。
【００６６】
ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウエハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。
【００６７】
ウエハ２００への処理が完了すると、ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７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。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
【００６８】
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。
【００６９】
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００４年２月２７日提出の日本国特許出願２００４−５５４４６号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。
【００７０】
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上説明したように、本発明の好ましい実施形態によれば、プラズマを均一に発生させることができると共に、装置への装着が容易な構造の電極を備える基板処理装置が提供される。
その結果、本発明は、プラズマにより励起された処理ガスを利用して半導体ウエハに成膜を行う基板処理装置に特に好適に利用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、プラズマにより励起された処理ガスを利用して半導体ウエハに成膜を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマにより励起された処理ガスを利用して半導体ウエハに成膜を行う基板処理装置には、処理ガスとの反応を防止するために、プラズマを発生させる電極を保護管内に収容する構造のものがある。（日本国特開２００２−２８０３７８号公報参照）
【発明の開示】
【０００３】
本発明者らは、そのような構造の基板処理装置では、プラズマを均一に発生させることができると共に、装置への装着が容易な構造の電極が望ましいことを見いだした。
【０００４】
従って、本発明の主な目的は、プラズマを均一に発生させることができると共に、装置への装着が容易な構造の電極を備える基板処理装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の一態様によれば、
少なくとも一つの基板を収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理ガスを活性な状態とするため、保護管内に挿抜可能に収容された、少なくとも一対の電極と、を有し、
前記電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で前記保護管内に収容され、更に、前記電極は可撓性の部材で構成したことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略横断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉に使用するプラズマ発生用電極を説明するための概略図である。
【図４】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉に使用するプラズマ発生用電極を説明するための概略図である。
【図５】本発明の実施例１に係る基板処理装置の縦型の基板処理炉に使用するプラズマ発生用電極を説明するための概略図である。
【図６】比較ための縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図７】本発明の実施例１に係る基板処理装置を説明するための概略斜視図である。
【図８】本発明の実施例１に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の好ましい実施形態によれば、
少なくとも一つの基板を収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理ガスを活性な状態とするため、保護管内に挿抜可能に収容された、少なくとも一対の電極と、を有し、
前記電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で前記保護管内に収容され、更に、前記電極は可撓性の部材で構成したことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記電極は、線状の導電部材を編み込んで構成されている。さらに好ましくは、前記電極に芯が設けられている。
【０００９】
また、好ましくは、前記電極は、線状の導電部材を編み込んで構成した部材を中空の円筒形状としたものである。
【００１０】
また、好ましくは、前記電極は、線状の導電部材を束ねて構成した部材からなる。
【００１１】
また、好ましくは、前記一対の電極のそれぞれの電極は、それぞれが別体の保護管に挿抜可能に収容されている。
【００１２】
また、好ましくは、前記一対の電極のそれぞれの電極の外径が、前記別体の保護管のそれぞれの内径より１乃至２ｍｍ小さい。
【００１３】
また、好ましくは、前記基板処理装置が、複数の基板を所定の間隔で積層して保持する基板保持部材を、処理室内に収容した状態で基板の処理が実行される装置であって、
前記一対の電極が基板の積層方向に亘って配置され、更に、前記電極の端部が、前記基板保持部材に保持される前記電極端部側の最端の基板位置よりも、少なくとも基板保持部材での基板同士の間隔分の長さを超えて設置されている。
この場合に、より好ましくは、前記電極の端部が、前記基板保持部材の天板の位置を超えた位置に設置されている。
【００１４】
また、本発明の好ましい実施形態によれば、
少なくとも一つの基板を収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理ガスを活性な状態とするため、保護管内に挿抜可能に収容された、少なくとも一対の電極と、を有し、
前記電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で前記保護管内に収容され、更に、前記電極は可撓性の部材で構成したことを特徴とする基板処理装置を使用して、基板を処理する工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【００１５】
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
本発明の好ましい実施例においては、プラズマを発生させる電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で保護管内に収容されると共に、可撓性の部材で構成されている。
電極を可撓性とすることにより、保護管内に挿入時に柔軟性を持たせることができると共に、熱膨張を抑制することができるためである。また、反応室の下から上まで均一な放電を行うために細長形状の電極を用いる場合でも、保護管に容易に着脱することができる。
【００１６】
また、プラズマを発生させる電極を、線状の導電部材を編み込んで構成することにより、電極挿入時の自由度を大きくすることができ、熱膨張による変形が少ないものとすることができる。さらに、表面積を確保出来、高周波は物体の表面を流れる特性があるので、プラズマを効率よく発生させることができるようになる。特に電極を円筒形状に加工することで更に良い効果が得られる。
【００１７】
プラズマを発生させる電極に芯を設けることにより、可撓性のある電極を縮みなく使用でき、複数のウェハについてより均一なプラズマを供給できる。
【００１８】
また、プラズマを発生させる電極を、線状の導電部材を束ねて構成した部材からなるようにすることも好ましく、このようにすることで、断面が丸形の屈曲性のある細長形状の電極を容易に実現できるようになる。
【００１９】
なお、導電部材の１例として、鉄、ニッケル、炭素、金等、またはそれらを含む化合物が好ましく用いられる。この中で、耐熱性、金属汚染、価格を考慮すれば、ニッケルがより好ましく用いられる。
また、特に５００℃以上の高温雰囲気で用いる場合は、タングステン、モリブデンなどの高融点金属や炭素繊維なども好ましく用いられる。
【実施例１】
【００２０】
次に、図面を参照して本発明の実施例をより詳細に説明する。
【００２１】
本実施例として、ウエハ等の基板へのプロセス処理例としてＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。
【００２２】
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
【００２３】
即ち、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、成膜に必要な原料ガスは、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）
【００２４】
図１は、本実施例にかかる基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略縦断面図であり、図２は本実施例にかかる基板処理装置の縦型の基板処理炉を説明するための概略横断面図である。
【００２５】
加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング（図示せず）を介して気密に閉塞されている。反応管２０３およびヒータ２０７の外側には断熱部材２０８が設けられている。断熱部材２０８は反応管２０３の上方をも覆うように設けられている。少なくとも、ヒータ２０７、断熱部材２０８、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理炉２０２を形成している。また、反応管２０３、シールキャップ２１９および後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９にはボート台２１８および回転軸２２０を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、ボート台２１８はボート２１７を保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に垂直方向に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００２６】
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で鉛直方向に載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、ボート台２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００２７】
そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここではガス供給管２３２ａからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁であるバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、ガス供給管２３２ｂからは流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁であるバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁であるバルブ２４３ｃを介し、ガス供給部（図示せず）を介して処理室２０１に反応ガスが供給されている。
【００２８】
処理室２０１は、ガスを排気する排気管であるガス排気管２３１によりバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、このバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
【００２９】
処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウエハ２００と隣接する内側の壁の端部近傍にはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ａが設けられている。このガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２４８ａは、ウエハ２００の積載方向に沿って下部から上部に所定の長さにわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【００３０】
そしてバッファ室２３７のガス供給孔２４８ａが設けられた側と反対側の反応管２０３の側壁には、ガス供給管２３２ａが接続されている。
【００３１】
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する電極２６９及び電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５にそれぞれ保護されて配設され、この電極２６９又は電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、電極２６９及び電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
【００３２】
この電極保護管２７５は、電極２６９及び電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。
【００３３】
ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された電極２６９及び電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて電極２６９又は電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構（図示せず）が設けられる。
【００３４】
本実施例では、電極保護管２７５を途中で屈曲した構造としており、バッファ室２３７内を最下端のウエハ２００よりも下側からボート天板２１６よりも上部まで延在する垂直部とその下の斜め部とから構成されている。斜め部の下端は反応管２０３の側壁から外部に突き出している。
【００３５】
電極２６９及び電極２７０として、可撓性のある部材を使用することにより、電極保護管２７５内に、電極保護管２７５の斜め部の下端から電極２６９、２７０を挿入すると共に、電極２６９、２７０を電極保護管２７５の上端部まで達するようにすることができる。
【００３６】
電極２６９、２７０の一例として、導電部材を薄板に加工した構造を図３に示す。これは可撓性のある導電部材を１つ使用した電極２６９、２７０の一例である。この電極２６９、２７０は導電部材を薄板に加工したものなので、薄板の主面に垂直方向について屈曲性が得られる。そのため、電極２６９、２７０の差込み口が反応管２０３の側面にある構造でも、電極２６９、２７０の電極保護管２７５への差込みが可能である。またこの電極２６９、２７０に高周波電力を印可すると、プラズマ２２４を発生させることができる。ただ、薄板の電極２６９、２７０は電極保護管２７５の中で歪みが生じてしまい、電極２６９、２７０間の間隔が垂直方向で一定でなくなってプラズマ２２４は不均一となる場合もある。
【００３７】
次に、屈曲性のある導電部材を複数使用した電極２６９、２７０の例を図４、図５を参照して説明する。
【００３８】
まず、線状に加工した導電部材を束ねた電極２６９、２７０の構造を図４に示す。この電極２６９、２７０は導電部材を線状に加工したものを使用しているので、可撓性、屈曲性が得られる。
【００３９】
また、図５には、線状に加工した導電部材を編み込んだ構造の例を示している。この電極２６９、２７０は複数本の導電部材を編み込み、その中心に芯２７１を通した構造になっている。編み込み型電極２６９、２７０に芯２７１がない場合は、電極２６９、２７０は、プラズマ２２４発生時に熱が加わると、柔らかくなって網目が詰まり、下方向に縮むことがある。また、メンテナンス時に一度抜いた電極２６９、２７０を電極保護管２７５に再挿入する際に、柔らかくなった電極２６９、２７０は電極保護管２７５との摩擦で縮み、最上部のウェハ２００まで電極２６９、２７０が到達しないことがある。最上部のウェハ２００まで電極２６７、２７０が届いていないということは、複数のウェハ２００が存在する領域でプラズマ２２４が未発生な部分または不均一な部分ができ、成膜にも影響がでることが懸念される。そこで、電極２６９、２７０の中心に芯２７１をいれることにより、縮みを防止する構造にしている。
【００４０】
また、上部ウェハ２００領域にプラズマ２２４未発生部分ができてしまうことの他の対策として、図１に示すように、電極２６９、２７０が縮んだ場合でも最上位のウェハ２００までプラズマ２２４が供給されるように、電極保護管２６９、２７０を上方向に長くして、ボート天井部２１６よりも上にくるようにした。これにより、電極２６７、２７０を最上位のウェハ２００より高い位置まで挿入できるようになり、熱により縮みが生じた場合でも、ウェハ２００が存在する領域でのプラズマ２２４未発生領域が生じないようにできる。
【００４１】
なお、電極２６９、２７０の上部端の設置位置としては、少なくとも最上位のウエハ２００よりも、ボート２１７に保持されるウエハ２００の保持ピッチ間隔以上、上側にする。好ましくは、本実施例のように、ボート天板板２１６の位置を超えた位置にする。
【００４２】
図４、図５に示す場合は、電極保護管２７５の内径より１〜２ｍｍ程小さな外形になるように電極２６９、２７０を作成すると、電極２６９、２７０を差し込むための隙間が残ると共に、電極２６９、２７０が電極保護管２７５との間で横方向に歪む隙間をなくすことができるため、電極２６９、２７０はまっすぐな形状のままであり、プラズマをより均一に発生させることができる。
【００４３】
このような電極構造とすることで、反応管２０３内に均一なプラズマを生成するための細長形状の電極２６９、２７０を使い勝手良く着脱可能でまた安全に運用できるようにすることができる。
【００４４】
ガス供給孔２４８ａの位置より、１２０°程度回った反応管２０３の内側にノズル２３３が設けられている。このノズル２３３は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。
【００４５】
このノズル２３３もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４８ｃを有し、下部ではガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００４６】
ガス供給孔２４８ｃの開口面積はノズル２３３内と処理室２０１の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。
【００４７】
制御手段であるコントローラ３２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、バルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電極２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
【００４８】
次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
【００４９】
まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理炉２０２に搬入する。搬入後、次の４つのステップを順次実行する。
【００５０】
［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まずガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けたバルブ２４３ｄを共に開けて、ガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをバッファ室２３７へ噴出し、電極２６９及び電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を０．１〜０．６ｋＷ印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、バルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は１〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ３ガスをプラズマで活性化する事によりウエハ表面を低温で処理することができる。
【００５１】
このＮＨ３をプラズマで励起して活性種として供給しているとき、ガス供給管２３２ｂの上流側のバルブ２４３ｂを開け、下流側のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これによりバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上の下地膜と表面反応する。
【００５２】
［ステップ２］
ステップ２では、ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めた後、Ｎ２の不活性ガスで反応管２０３内をパージするが、その間も引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を十分に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。
【００５３】
［ステップ３］
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。ガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒に設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、３００〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、ＤＣＳが表面反応しＮ−Ｈ結合のＨがＳｉと置換されて、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。
【００５４】
［ステップ４］
ステップ３では、成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、バルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。またバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
【００５５】
上記ステップ１〜４を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００５６】
なお、ＡＬＤ装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施例では、バルブ２４３ｄを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００５７】
また、本実施例では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ３ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ２００表面のみで有効に反応させることができる。
【００５８】
次に、図６を参照して、比較例として、可撓性のない電極２７６、２７７を使用した場合の反応管構造について説明する。
【００５９】
図６に示すように、下側から電極２７６を挿入する場合には、下部しか電極２７６を挿入することができず、プラズマがバッファ室２３７下の方にしか生成できないため、ウェーハ２００の処理がボート２１７の上下で不均一になってしまう。
【００６０】
次に、図７、図８を参照して本発明が好適に適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置についての概略を説明する。
【００６１】
筐体１０１内部の前面側には、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が取りつけられている。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。
【００６２】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方には基板としてのウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を処理炉２０２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、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７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エハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００６３】
ウエハ２００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にウエハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウエハ２００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。
【００６４】
カセット棚１０９にはウエハ移載機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、ウエハ２００が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。
【００６５】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機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２１７にウエハ２００を移載する。
【００６６】
ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウエハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に処理がなされる。
【００６７】
ウエハ２００への処理が完了すると、ウエハ２００は上記した作動の逆の手順により、ボート２１７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。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。
【００６８】
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。
【００６９】
明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００４年２月２７日提出の日本国特許出願２００４−５５４４６号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。
【００７０】
種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上説明したように、本発明の好ましい実施形態によれば、プラズマを均一に発生させることができると共に、装置への装着が容易な構造の電極を備える基板処理装置が提供される。
その結果、本発明は、プラズマにより励起された処理ガスを利用して半導体ウエハに成膜を行う基板処理装置に特に好適に利用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの基板を収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理ガスを活性な状態とするため、保護管内に挿抜可能に収容された、少なくとも一対の電極と、を有し、
前記電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で前記保護管内に収容され、更に、前記電極は可撓性の部材で構成したことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記電極は、線状の導電部材を編み込んで構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記電極は、線状の導電部材を編み込んで構成した部材を中空の円筒形状としたものであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記電極は、線状の導電部材を束ねて構成した部材からなることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記基板処理装置が、複数の基板を所定の間隔で積層して保持する基板保持部材を、処理室内に収容した状態で基板の処理が実行される装置であって、
前記一対の電極が基板の積層方向に亘って配置され、更に、前記電極の端部が、前記基板保持部材に保持される前記電極端部側の最端の基板位置よりも、少なくとも基板保持部材での基板同士の間隔分の長さを超えて設置されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記一対の電極のそれぞれの電極は、それぞれが別体の保護管に挿抜可能に収容されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記一対の電極のそれぞれの電極の外径が、前記別体の保護管のそれぞれの内径より１乃至２ｍｍ小さいことを特徴とする請求項７記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記電極に芯を設けたことを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記電極の端部が、前記基板保持部材の天板の位置を超えた位置に設置されていることを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
【請求項１】
少なくとも一つの基板を収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理ガスを活性な状態とするため、保護管内に挿抜可能に収容された、少なくとも一対の電極と、を有し、
前記電極は、少なくとも一箇所が屈曲した状態で前記保護管内に収容され、更に、前記電極は可撓性の部材で構成したことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記電極は、線状の導電部材を編み込んで構成されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記電極は、線状の導電部材を編み込んで構成した部材を中空の円筒形状としたものであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記電極は、線状の導電部材を束ねて構成した部材からなることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記基板処理装置が、複数の基板を所定の間隔で積層して保持する基板保持部材を、処理室内に収容した状態で基板の処理が実行される装置であって、
前記一対の電極が基板の積層方向に亘って配置され、更に、前記電極の端部が、前記基板保持部材に保持される前記電極端部側の最端の基板位置よりも、少なくとも基板保持部材での基板同士の間隔分の長さを超えて設置されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記一対の電極のそれぞれの電極は、それぞれが別体の保護管に挿抜可能に収容されていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記一対の電極のそれぞれの電極の外径が、前記別体の保護管のそれぞれの内径より１乃至２ｍｍ小さいことを特徴とする請求項７記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記電極に芯を設けたことを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記電極の端部が、前記基板保持部材の天板の位置を超えた位置に設置されていることを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
【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】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８３７６６
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【発行日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１０３９８（Ｐ２００６−５１０３９８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００２３０６
【国際出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【発行日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００２３０６
【国際出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【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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