JP2003229425A

JP2003229425A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2003229425A
Application number: JP2002027784A
Authority: JP
Inventors: Seishin Sato; 聖信佐藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマにより活性化されたガスを活性な状
態のまま、より多く反応管内の基板に到達させることを
可能とする。【解決手段】基板処理装置は、ウェーハＷを処理する
基板処理領域を形成する反応管３０と、反応管３０を支
持する炉口フランジ４と、炉口フランジ４に設けられて
反応管４内にガスを供給するガス供給管７と、プラズマ
を生成するプラズマ生成手段３２とを備える。プラズマ
生成手段３２は、放電用のリング状電極１２で構成し
て、炉口フランジ４の内周壁に設けられる。このプラズ
マ生成手段３２は、プラズマによる活性化を必要とする
ガスを供給するガス供給管７の近傍の炉口フランジ４に
設け、炉口フランジ内にプラズマ生成領域２６を形成す
る。プラズマ生成領域２６と基板処理領域２４との間の
プラズマを制御するプラズマ制御手段１１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板処理装置に係
り、特にプラズマを用いる基板処理装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、基板処理装置、例えば熱ＣＶＤ
装置は、ヒータによって加熱される反応管を備える。こ
の反応管は炉口フランジによって支持され、この炉口フ
ランジにガス供給管が設けられる。ガス供給管から炉口
フランジを介して反応管内にガスが供給されて、反応管
内の基板が処理、例えば成膜されるように構成される。

【０００３】このような熱ＣＶＤ装置に、従来、リモー
トプラズマＣＶＤ装置と呼ばれるものがある。これは、
炉口フランジから離れた遠隔部に備えられたプラズマ生
成手段によってプラズマを生成し、このプラズマにより
必要に応じてガスを活性化させる。活性化したガスは、
ガス供給管を通り炉口フランジ内に入る。その際、他の
活性化を要しないガスを、炉口フランジ内に導入するこ
ともある。そして、炉口フランジから反応管内に供給さ
れて、基板上に成膜を行なうというものである。

【０００４】反応管内に供給されるガスに、プラズマに
より活性化されたガスが含まれるので、プラズマを用い
ない熱ＣＶＤ装置と比べて、低い温度で基板上に成膜を
行なうことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のリモートプラズマ型の基板処理装置は、基板処理のた
めに反応管内に供給されるガスに、リモートプラズマに
より活性化されたガスが含まれるように構成されてい
る。

【０００６】しかし、このような構成では、活性化され
たガスは反応管に至るまでに、ガス供給管及び炉口フラ
ンジを通過しなければならない。この長い経路を通過す
る間に、ガス供給管の内壁等と衝突して活性状態でなく
なったり、活性化により生成された活性種のライフタイ
ム切れが生じたりする。ガスは活性状態でなければ低い
温度での反応ができないので、リモートプラズマ型では
基板を有効に処理できないという問題点があった。

【０００７】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解決して、より多くのガスを活性な状態のまま反応
管内の基板に到達させることが可能な基板処理装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、基板を処
理する反応管と、前記反応管を支持する炉口フランジ
と、前記炉口フランジに設けられ、前記炉口フランジを
介して前記反応管内にガスを供給するガス供給管と、プ
ラズマを生成するプラズマ生成手段とを備え、前記プラ
ズマ生成手段を前記炉口フランジのガス供給管の近傍に
設けて、前記ガス供給管から前記反応管内に供給される
ガスを、前記プラズマ生成手段により生成したプラズマ
により活性化可能に構成したことを特徴とする基板処理
装置である。

【０００９】第１の発明によれば、プラズマ生成手段を
炉口フランジのガス供給管の近傍に設けて、ガス供給管
から反応管内に供給されるガスを、プラズマにより活性
化可能に構成したので、反応管内に供給されるガスに、
炉口フランジ内のプラズマにより活性化されたガスが含
まれる。すなわち、リモートプラズマ型に対してニアプ
ラズマ型（原理はリモートプラズマと同じ）とも呼ばれ
るもので、基板を処理するガスに、反応管と隣接する炉
口フランジ内で活性化されて生成された活性種が含まれ
る。したがって、炉口フランジの遠隔部に位置するガス
供給管に備えられたプラズマ生成手段によってガスが活
性化される場合に比べて、活性種がガス供給管を通過す
る途中でライフタイム切れにより消滅したり、ガス供給
管の内壁と衝突して活性状態でなくなったりすることを
有効に阻止できる。その結果、より多くの活性種が活性
な状態のまま炉口フランジから反応管内の基板に到達す
る。

【００１０】第２の発明は、前記プラズマ生成手段によ
って前記炉口フランジ内でプラズマが生成される領域を
プラズマ生成領域とし、前記反応管内の前記基板を処理
する領域を基板処理領域として、前記プラズマ生成領域
と前記基板処理領域との間に、前記プラズマ生成領域か
ら前記基板処理領域へ流入するプラズマの量を制御する
プラズマ制御手段を設けた第１の発明に記載の基板処理
装置である。

【００１１】第２の発明によれば、炉口フランジのプラ
ズマ生成領域と、反応管の基板処理領域とが隣接してい
るので、プラズマ生成領域に生成されたプラズマの一部
が、プラズマ生成領域から基板処理領域に流入する可能
性がある。しかし、本発明では、プラズマ生成領域と前
記基板処理領域との間に、プラズマの流入量を制御する
プラズマ制御手段を設けているので、基板処理領域への
活性種の流入を阻害することなく、プラズマの流入量を
制御することができる。したがって、プラズマの基板へ
の影響を減ずることができる。

【００１２】第３の発明は、前記プラズマ生成手段を覆
ってプラズマを封じ込めるカバーと、該カバーの一部に
プラズマにより活性化されたガスを取り出すことが可能
な開放部とを設け、前記カバー内に封じ込まれた前記プ
ラズマに前記ガス供給管からガスを供給することにより
ガスを活性化し、活性化したガスを前記開放部から取り
出すようにした第１の発明または第２の発明に記載の基
板処理装置である。

【００１３】プラズマ生成手段によって生成されるプラ
ズマは、カバー内に封じ込められるので、基板を処理す
る反応管へ流出するプラズマ量が低減する。したがっ
て、プラズマの基板への影響を大幅に減ずることができ
る。また、ガス供給管からのガスは、カバー内に封じ込
まれて密度の高くなったプラズマに供給されるので、確
実に活性化される。活性化されたガスは、カバーに設け
られた開放部から容易に取り出すことができる。したが
って、より大量の活性種を基板に運ぶことができるの
で、基板をより有効に処理できる。また、カバーを設け
たことにより、開放部近傍に供給したガスに活性エネル
ギーを効率良く与えることができる。

【００１４】なお、上述した発明の他に、次のような基
板処理装置とすることが可能である。例えば上記ガスが
支燃性ガスである場合に、この支燃性ガスをプラズマ生
成領域に供給することが可能である。ここで支燃性ガス
とは、可燃性ガス（燃えるもの）を燃やすためのガスで
あり、可燃性ガスとともに、基板処理に必要なガス種で
ある。支燃性ガスをプラズマ生成領域に供給すること
で、支燃性ガスを活性化させることができる。

【００１５】また、上記ガスが支燃性ガスと可燃性ガス
とからなり、これら支燃性ガスと可燃性ガスとの両方の
ガスをプラズマ領域に供給することも可能である。支燃
性ガスと可燃性ガスとの両方を活性化させる必要がある
場合に有効である。

【００１６】また、支燃性ガスをプラズマ生成領域に供
給し、可燃性ガスをその他の領域、例えばプラズマ制御
手段によりプラズマが制御されるプラズマ制御領域、ま
たはプラズマ制御領域よりも下流の基板処理領域に通じ
る領域、もしくは基板処理領域に供給することも可能で
ある。支燃性ガスは活性化させる必要があり、可燃性ガ
スは活性化させる必要がない場合に有効である。

【００１７】また、プラズマ制御手段を蛇行ないし折れ
曲がったガス流路で構成することも可能である。プラズ
マ制御手段を、このような形状をしたガス流路で構成す
ると、基板処理領域に流入するプラズマの量を簡単且つ
有効に制御できる。

【００１８】また、プラズマ生成手段を、放電用の電極
に高周波電力を印加することによりプラズマを生成する
ように構成した場合において、炉口フランジが金属製で
あるときには、この放電用の電極は絶縁体を介して金属
製の炉口フランジに設けるとよい。このようにすると、
放電用の電極を炉口フランジから有効に絶縁することが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の基板処理装置に係
る実施の形態を図面を用いて説明する。

【００２０】図１は、第１の実施の形態に係るプラズマ
を用いた縦型熱ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装
置の概略断面図である。この装置はプラズマを用いてい
るが、基本的には熱ＣＶＤ装置であり、プラズマＣＶＤ
装置ではない。成膜させる領域はヒータで加熱されてい
る基板処理領域であり、プラズマ生成領域では成膜せ
ず、活性化したガスは基板処理領域ではじめて成膜に寄
与するので、プラズマ生成領域で成膜に寄与するプラズ
マＣＶＤ装置とは異なる。

【００２１】熱ＣＶＤ装置は、加熱手段としての抵抗加
熱ヒータ１を備える。そのヒータ１の内側に石英製の外
部反応管２が設けられ、外部反応管２の内部には石英製
の内部反応管３が同心状に配設される。外部反応管２と
内部反応管３とでウェーハＷを処理する反応管３０が構
成される。外部反応管２、内部反応管３は例えば金属製
の炉口フランジ４上に立設される。炉口フランジ４の下
端は炉口キャップ５により気密に閉塞される。炉口キャ
ップ５にボートキャップ３１を介してボート６が立設さ
れて内部反応管３内に挿入される。ボート６にはバッチ
処理されるウェーハＷが水平姿勢で管軸方向に多段に積
載される。ボート６はボートエレベータ１０によって昇
降自在に支持される。

【００２２】炉口フランジ４の内部反応管３下方の位置
にガス供給管７が連通され、また外部反応管２と内部反
応管３との間に形成される円筒状の空間８の下端に連通
するように、排気管９が炉口フランジ４に接続されてい
る。

【００２３】炉口フランジ４には、プラズマを生成する
プラズマ生成手段３２が設けられる。このプラズマ生成
手段３２は炉口フランジ４のガス供給管７の近傍（ガス
供給管のガス供給口よりも下流側）に設けられて、ガス
供給管７から反応管３０内に供給されるガスを、必要に
応じてプラズマにより活性化できるように構成されてい
る。図示例では、プラズマ生成手段３２は、高周波放電
を行なう放電用電極から主に構成され、炉口フランジ４
の内部に絶縁体を介して設けられている。

【００２４】プラズマ生成手段３２が設けられる炉口フ
ランジ４の近傍には、図示例のように炉口フランジ４の
内部の他に、炉口フランジ４の外部も含まれる。また、
プラズマ生成手段３２が設けられるガス供給管７の近傍
には、図示例のように、ガス供給管７の近辺の他に、ガ
ス供給管自体も含まれる。また、プラズマ生成手段３２
は、高周波放電以外の公知の手段を用いてもよい。

【００２５】ここで、反応管３０内のウェーハＷが処理
される領域を基板処理領域２４、プラズマ生成手段３２
によって炉口フランジ４にプラズマが生成される領域を
プラズマ生成領域２６という。

【００２６】この基板処理領域２４とプラズマ生成領域
２６との間に、プラズマ生成領域２６から基板処理領域
２４へ流入するプラズマの量を制御するプラズマ制御手
段１１を設ける。このプラズマ制御手段１１は、プラズ
マのみを制御して活性化されたガスないし活性種は制御
しないようになっている。ここでプラズマ制御手段１１
によってプラズマを制御する領域をプラズマ制御領域２
５という。また、ヒータ１、反応管３０、及び反応管３
０を支持する炉口フランジ４で構成されたものを炉とい
う。

【００２７】この実施の形態の装置を用いてウェーハを
処理する方法は、従来のリモートプラズマ型の処理方法
と基本的には同じである。すなわち、ボート６にウェー
ハＷを装填し、その後、ボート６を反応管３０内に挿入
し、ヒータ１によって温度を安定化させ、排気管９から
の真空引きによって圧力を安定化させる。その後、プラ
ズマにより活性化した処理ガスをガス供給管７から炉口
フランジ４内を経て反応管３０に供給しつつ排気管９か
ら排気して、反応管３０内に供給してウェーハＷ上に成
膜を行なう。この際、他の活性化を要しない処理ガス
を、図示しない他のガス供給管から活性化しないで反応
管内に供給してもよい。成膜後、反応管３０内をパージ
して残留ガスを除去して、反応管３０内からボート６を
取り出し、処理後のウェーハＷを回収する。

【００２８】ここで、実施の形態の処理方法が、従来の
リモートプラズマ型の処理方法と異なっている点は、反
応管３０内に供給するガスに、炉口フランジ４から遠く
隔たったプラズマ生成領域にて活性化されるガスが含ま
れるのではなく、炉口フランジ４の近傍（ここでは炉口
フランジ４内）のプラズマ生成領域２６にて活性化され
るガスが含まれる点である。すなわち、反応管内の基板
処理領域２４と隣接した炉口フランジ４内のプラズマ生
成領域２６でガスを活性化する点である。

【００２９】図２は、図１に示す左右対称の炉下部の右
半分の拡大図である。

【００３０】炉口フランジ４は、上下が開口した筒体で
構成される。炉口フランジ４の上下開口には上フランジ
部４ｂ、下フランジ部４ｃが設けられる。上フランジ部
４ｂで外部反応管２を下方から支持する。外部反応管２
の外周にヒータ１が設けられる。炉口フランジ４の内周
壁の上方に径方向内方に突出した内部反応管支持リング
４ａが設けられる。内部反応管支持リング４ａで内部反
応管３が下方から支持される。ボート６が挿入される内
部反応管３内に基板処理領域２４が形成される。

【００３１】内部反応管３と外部反応管２との間に形成
される円筒状の空間８の下端に対応する炉口フランジ４
に、真空ポンプ等（図示せず）に接続される排気管９が
設けられる。炉口フランジ４の下部フランジ部４ｃには
炉口キャップ５が当接されて炉口を塞ぐ。この炉口キャ
ップ５には、内部反応管３及び炉口フランジ４内に挿入
されるボートキャップ受け３３、ボートキャップ３１、
及びボート６が下から順に設けられる。

【００３２】白抜き矢印で示すガス供給管７は炉口フラ
ンジ４に設けられ、炉口フランジ４を介して反応管３０
内にガスを供給するようになっている。ガス供給管７
は、プラズマのエネルギーにより活性化する必要のある
ガス１７ａを供給する第１のガス供給管１７と、活性化
する必要のないガス１６ａを供給する第２のガス供給管
１６とから構成される。第１のガス供給管１７は、炉口
フランジ４内のプラズマ生成領域２６内に連通し、第２
のガス供給管１６は、後述するプラズマ制御領域２５に
連通している。

【００３３】第１のガス供給管１７の近傍にプラズマ生
成手段３２が設けられて、第１のガス供給管１７から反
応管３０内に供給されるガスを、プラズマにより活性化
するように構成されてれいる。すなわち、炉口フランジ
４の内周壁であって、ちょうど内部反応管支持リング４
ａと下部フランジ部４ｃとの中間位置に、プラズマを生
成するプラズマ生成手段３２が設けられる。このプラズ
マ生成手段３２は、炉口フランジ４の内周に沿って絶縁
体１３を介して設けられたリング状の放電用電極１２を
備える。絶縁体１３により炉口フランジ４から電気的に
絶縁された放電用電極１２に、整合器３４を介して高周
波電源３５が接続される。高周波電源３５の高周波電力
を放電用電極１２に印加して、放電用電極１２とアース
される炉口キャップ５との間に高周波電界が形成され、
この高周波電界により炉口フランジ４内にプラズマが生
成される。プラズマは炉口フランジ４内に供給されるガ
スによって生成され、プラズマの生成される領域がプラ
ズマ生成領域２６となる。このプラズマ生成領域２６内
に供給されるガスはプラズマによって活性化される。

【００３４】なお、炉口フランジ４が金属製の場合、上
述したように、電極１２は絶縁体１３を挟んでアースと
絶縁させるが、炉口フランジ４が絶縁体の場合は、絶縁
体を挟む必要がない。要するに放電用電極１２はアース
に落ちないような構造であればよい。

【００３５】また、炉口フランジ４内の内部反応管支持
リング４ａとボートキャップ受け３３との間であって、
炉口フランジ４内に供給されたガスが上方の内部反応管
３内に流入する流路に、プラズマを制御するプラズマ制
御手段１１が設けられる。プラズマ制御手段１１は、プ
ラズマ生成領域２６で生成されたプラズマの通過量を規
制するプラズマ制御領域２５を設けることにより、プラ
ズマが基板処理領域２４に侵入しがたい、ないし基板処
理領域２４で発生しないようにしている。このプラズマ
制御領域２５に、プラズマにより活性化する必要のない
ガス１６ａが、前述したように第２の供給管１６から導
入される。

【００３６】プラズマ制御手段１１は、例えばボートキ
ャップ受け３３の外周壁に、これから径方向外方にリン
グ状の縁３６を張り出し、その先端側を管軸方向上方に
折り曲げて断面略Ｌ字型をした折曲リング３６ａで構成
される。これにより炉口フランジ４内のプラズマ生成領
域２６から反応管３０内の基板処理領域２４に通じる蛇
行したガス流路２５ａが形成される。図示例では、さら
に、折曲リング３６ａに加えて、ボートキャップ受け３
３上方に位置する炉口フランジ４の内部反応管支持リン
グ４ａの周端から折曲リング３６ａの底部に向けて同心
状にリング３７を垂下させ、ガス流路２５ａの蛇行回数
を増やしている。この蛇行流路２５ａがプラズマ制御領
域２５となる。プラズマ制御手段１１を構成するリング
３６ａ、３７は、成膜に悪影響を与えない材質、例えば
金属、絶縁体等の材料で構成する。

【００３７】このようなプラズマ制御手段１１の構成に
よってプラズマが制御されるメカニズムは、次の通りで
ある。リング３６ａ、３７によりプラズマ中の負に帯電
した電荷が遮断され、負電荷が基板処理領域２４へ流入
しないので、基板処理領域２４にプラズマが生成される
のが抑制される。また、蛇行流路２５ａにより基板処理
領域２４に拡散するプラズマ中の負電荷が制御される。
制御には具体的に電気的制御と機械的制御とがある。

【００３８】電気的制御は、基本的には負に帯電した電
子を制御する。プラズマ制御手段１１を構成するリング
３６ａ、３７を金属で構成して、リング３６ａ、３７を
アース電位とした場合は、アースに拡散する電子を抑制
するため、リング３６ａ，３７とプラズマとの間にシー
スが形成される。そのシース電位により電子が反発さ
れ、基板処理領域２４内へ拡散する電子が抑制される。
リング３６ａ、３７をアースせずに浮かして浮遊電位と
した場合も、リング３６ａ、３７に拡散する電子が抑制
されるため、リング３６ａ、３７が負に帯電し、さらに
シース電位が大きくなり電子が拡散するのを抑制する。

【００３９】リング３６ａ、３７が絶縁体で構成される
場合も同様に、リング３６ａ、３７は負に帯電し、シー
スが形成される。そのシース電位により電子が反発され
基板処理領域へ拡散する電子を抑制する。さらに、シー
ス電位を大きくさせる場合、または任意にリング３６
ａ、３７の電位を変える場合には、それを行なうための
電源機構を設ける。

【００４０】機械的制御は、蛇行した流路２５ａにより
負の電荷が拡散するのを制御する。もっとも、電子はガ
ス分子の質量より遥かに小さいので、機械的制御よりも
電気的制御によって容易に電子が反発され、基板処理領
域２４内への電子の拡散が抑制される。

【００４１】プラズマ制御手段１１を構成するリング３
６ａ、３７が制御するのは、プラズマだけで、電気的に
中性なガスないし活性種は制御しないようにする必要が
ある。したがって、炉口フランジ４内のプラズマ生成領
域２６で生成された活性種ガス及びガスの通りを良くす
るために、メッシュ状もしくはスリット状で構成すると
一層好ましい。

【００４２】これらの制御方法で、基板処理領域２４内
へ拡散するプラズマの抑制、もしくは基板処理領域２４
内でのプラズマの生成促進が制御される。その結果、ウ
ェーハのプラズマによるダメージを有効に防止できる。

【００４３】次に、上述した熱ＣＶＤ装置によりウェー
ハＷを処理する方法を説明する。この装置を用いて基板
を処理する方法は、基本的に、従来のリモートプラズマ
型と同様である。

【００４４】すなわち、ボート６にウェーハＷを装填
し、その後、ボートエレベータ１０より炉口キャップ５
を介してボート６を内部反応管３内に挿入する。炉口キ
ャップ５が炉口フランジ４の下端を完全に密閉した後、
温度を安定化する。また、外部反応管２内を排気して圧
力を安定化する。温度及び圧力を安定化した後、ガス供
給管７から複数種の処理用ガス（可燃性ガス、支燃性ガ
ス）を炉口フランジ４を介して反応管３０内に供給しつ
つ、排気管９より排出する。複数種の処理用ガスは、必
要に応じてプラズマにより活性化して供給する。反応管
３０内をヒータ１により所定温度に加熱し、ウェーハＷ
表面に成膜する。成膜完了後、ガス供給管７から不活性
ガスを導入し、反応管３０内を不活性ガスに置換して、
常圧に復帰させる。ボート６を下降させ、ボート６から
成膜完了後のウェーハＷを取り出し、処理後のウェーハ
Ｗを回収する。

【００４５】ここで、従来と違う点は、前述したように
基板処理領域２４内に供給するガス１６ａ、１７ａに、
炉口フランジ４内のプラズマ生成領域２６にてプラズマ
により活性化されたガスが含まれる点である。

【００４６】次に、この点を説明する。ガス１６ａ、１
７ａのうち活性化の必要なガス１７ａは、矢印に示すよ
うにプラズマ生成領域２６へ供給される。活性化させる
必要がないガス１６ａは、矢印に示すようにプラズマ制
御領域２５から基板処理領域２４へ供給される。

【００４７】支燃性ガス、可燃性ガスを炉口フランジ４
から反応管２４内に供給するに際して、炉口フランジ４
内に設けた放電用電極１２に高周波電源３５から高周波
を与える。放電用電極１２に高周波を与えると、ガス１
７ａが放電して炉口フランジ４のプラズマ生成領域２６
にプラズマが生成される。ここで、特にプラズマ生成専
用のガスは使用しないが、供給する支燃性ガス及び可燃
性ガスだけで、安定したプラズマが生成されない場合
は、さらに希ガスを供給して、プラズマの安定を図ると
よい。プラズマの生成されたプラズマ生成領域２６にガ
ス１７ａが供給されると、活性化されて活性種が生成さ
れる。

【００４８】プラズマ生成領域２６と基板処理領域２４
との間に設けたプラズマ制御手段１１を負に帯電させた
場合、プラズマを構成する電子が、プラズマ生成領域２
６から基板処理領域２４へ蛇行流路２５ａを通って拡散
しようとしても、反発されるので、電子の拡散は抑制さ
れ、その結果プラズマ量の基板処理領域２４への流入が
制御される。しかし、ガス１７ａを活性化させることに
より生成されれる活性種は、基本的にラジカルで電気的
に中性である。また、活性化させないガス１６ａも中性
である。したがって活性種及びガス１６ａはプラズマ制
御手段１１の影響を受けない。このため、プラズマ制御
手段１１に供給されたガス１６ａ、及びプラズマ生成領
域２６で生成されたプラズマにより活性化されたガス１
７ａは、プラズマ制御手段１１に規制されることなく、
スルーで基板処理領域２４に供給されて、ウェーハＷ上
に運ばれる。

【００４９】ここで、可燃性ガス、支燃性ガスのガス種
のうち、可燃性ガスを活性化させるか否かは、基本的に
ヒータ１で加熱されている基板処理領域２４で成膜を行
なうので、プラズマのエネルギーによる可燃性ガスの活
性化（分解）頻度を考慮して、可燃性ガスの活性化の必
要性を決定する。

【００５０】例えば、成膜処理温度で可燃性ガスが活性
化されれば、プラズマのエネルギーによる可燃性ガスの
活性化を必要としない。また、可燃性ガスを活性化させ
ることにより、膜質の変化もしくは膜質が悪化する場合
は、可燃性ガスを活性化させない。また、成膜処理温度
で可燃性ガスが活性化されなければ、プラズマのエネル
ギーによる可燃性ガスの活性化を必要とする。また、可
燃性ガスを活性化させることにより、膜質の変化もしく
は膜質が悪化しない場合は可燃性ガスを活性化させる。

【００５１】ガス種としては、例えば、支燃性ガスとし
てＮＨ₃を、可燃性ガスとしてＤＣＳ（ジクロロシラ
ン：ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）を使用する。このとき形成される膜
は、Ｓｉ₃Ｎ₄膜である。可燃性ガスは、上記したＤＣＳ
の他に、ＣＶＤに用いる可燃性ガス全般に適用できる。
例えば、ＳｉＨ₄、ＳｉＣｌ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、Ｓｉ₂Ｃｌ₆、
ＢＴＢＡＳ、ＴＥＯＳ等のシラン系ガス、またはその他
の膜種に用いられるガスがある。

【００５２】なお、可燃性ガス、支燃性ガスを共に活性
化させたい場合には、図３に示すように、ガス供給管１
７、１８を共に炉口フランジ４のプラズマ生成手段３２
の近傍に設けて、矢印１７ａ、１８ａのように、すべて
プラズマ生成領域２６へ供給する。

【００５３】上述したように第１の実施の形態では、炉
口フランジ内にプラズマを生成するプラズマ生成領域を
形成し、反応管内に供給するガスに、プラズマ生成領域
でプラズマにより活性化されたガスが含まれるようにし
たので、プラズマを使わずに熱のみでガスを活性化させ
る熱ＣＶＤの温度（６００〜８００℃）に比べて、より
低い温度（３００〜６００℃（ＤＳＣ＋ＮＨ₃→ＳｉＮ
の場合））で基板を処理することができる。また、ニア
プラズマを使った熱ＣＶＤ装置では、リモートプラズマ
を使った熱ＣＶＤ装置に比べて、より多くの活性化エネ
ルギーを維持した状態で活性種をウェーハの到達させる
ことができる。

【００５４】具体的には、基板処理領域２４内に供給す
るガスを、炉口フランジ４外の離れた位置にあるプラズ
マ生成領域ではなく、炉口フランジ４内のプラズマ生成
領域２６にて活性化している。したがって、炉口フラン
ジ４外の離れた位置にプラズマ生成領域を設けてガス供
給管１７を通じて活性種を供給する場合と異なり、活性
化したガスがガス供給管１７を通らないので、ガス供給
管１７の内壁との衝突に起因する活性種の消滅量を大幅
に低減できる。また、反応管３０内の基板処理領域２４
と隣接する炉口フランジ４のプラズマ生成領域２６でガ
スを活性化するので、プラズマ生成領域２６で活性化さ
れたガスを速やかに基板処理領域２４に運ぶことができ
るので、活性種のライフタイム切れがなくなる。したが
って、より多くの活性化されたガス、及び活性種をウェ
ーハＷ上に運ぶことができ、多段に積載したウェーハＷ
上で効率良く反応させて良質な薄膜を形成できる。

【００５５】また、基板処理領域２４に隣接したプラズ
マ生成領域２６でプラズマを生成しても、基板処理領域
２４とプラズマ生成領域２６との間に設けたプラズマ制
御手段１１によって基板処理領域２４へ流入するプラズ
マの量を制御するので、プラズマによるウェーハＷへの
損傷を有効に回避できる。

【００５６】なお、上述した実施の形態では、ウェーハ
Ｗ上に成膜する場合について説明したが、本発明はこれ
に限定されず、基板処理領域内に堆積された膜をクリー
ニングする場合にも適用できる。この場合、ＮＦ₃など
のクリーニング用ガスを炉口フランジ４内のプラズマ生
成領域２６で活性化させることになる。

【００５７】またＣＶＤ法に限らず、ＡＬＤ（Ａｔｏｍ
ｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法に適用す
ることもできる。ここで、ＡＬＤ法は、比較的低温（Ｄ
ＣＳ＋ＮＨ₃→ＳｉＮの場合、３００〜６００℃）で基
板上に処理ガスを１種類ずつ供給することにより、気相
反応は用いず、表面反応のみを用いて１原子層ずつ膜を
形成するものである。この場合、処理ガスには、プラズ
マによって活性化して供給するガスと、プラズマにより
活性化しないで供給するガスとの２種類ある。したがっ
て、活性化させたいガスを供給している間は、プラズマ
を生成させ、活性化の必要ないガスを供給している間
は、プラズマは生成させないようにする。

【００５８】また、上述した実施の形態では、プラズマ
制御領域２５を除いて、内部反応管支持リング４ａと炉
口キャップ５とで囲まれる炉口フランジ４内の空間の大
部分をプラズマ生成領域２６とした場合について説明し
た。しかし、このプラズマ生成領域２６を圧縮してプラ
ズマ密度を上げることができれば、同じ高周波電力エネ
ルギーで、供給ガスを一層効率良く活性化することが可
能である。このようなプラズマ生成領域を圧縮した第２
の実施の形態を次に説明する。

【００５９】図４、図５は、プラズマをより高密度に
し、より確実にガスを活性化させるための第２の実施の
形態を示す。図４は左右対称な炉下部の右半分の拡大図
であり、図５は図４の要部の平断面図である。図４及び
図５の構成は、基本的には図２の構成と同じである。図
２と異なる主な点は、炉口フランジ４に設けられたプラ
ズマ生成手段３２をカバー１４で覆っている点である。
また、前述したようなプラズマ制御手段１１をプラズマ
生成領域２６と基板処理領域２４との境界に設けずに省
略している点である。なお、プラズマ制御手段１１は省
略しなくても良い。

【００６０】以下に具体的に説明する。図４に示すよう
に、プラズマ生成手段３２にプラズマを封じ込めるカバ
ー１４を設ける。カバー１４は、プラズマ生成手段３２
を構成する放電用のリング状電極１２及び絶縁体１３の
全体を覆うように、例えば断面略コ字状の環状ダクトで
構成され、炉口フランジ４の内周壁に沿って設けられ
る。このカバー１４内に、高密度のプラズマ１５を生成
するプラズマ生成領域２６が形成される。カバー１４は
基本的に金属製で構成してアースする。なお、使用する
処理用ガスによっては、腐食を考慮した材質を用いる。

【００６１】図５に示すように、カバー１４は、略全周
にわたって環状に設けられる。したがって、図示するよ
うに、カバー１４、電極１２、フランジ４がそれぞれ同
心円状になっている。カバー１４の一部が切断されてい
る。切断部の一端は閉じており、ここからカバー１４内
に処理用ガス１９ａが供給される。切断部の他端は開い
て開放部２２を形成しており、この開放部２２の近傍に
ガス２０ａが供給される。また、この開放部２２の内側
にプラズマ制御機構２３が設けられる。プラズマ制御機
構２３は、基本的には、前述したプラズマ制御手段１１
と機能および構成は同一であるが、ここではメッシュ状
もしくはスリット状で構成してある。

【００６２】制御された制御プラズマ２１により活性化
させたいガスは、矢印２０ａに示すように、カバー開放
部２２近傍へ供給し、確実に活性化させたいガスは、矢
印１９ａに示すようにカバー１４内部に直接供給し、矢
印２１に示すように環状ダクトを一巡させた後、開放部
２２より取り出す。

【００６３】カバー１４の一端から供給されたガス１９
ａは、カバー１４内に封じ込まれて高密度になったプラ
ズマ１５により活性化される。活性化により生成された
活性種は、開放部２２からプラズマ制御機構２３を通じ
て取り出され、炉口フランジ４を経て基板処理領域２４
に運ばれる。カバー１４内で生成されたプラズマ１５
は、プラズマ制御機構２３により、カバー１４外部に拡
散する量が制御される。

【００６４】上述した矢印１９ａ、２０ａに示すガス供
給例として、成膜用のガスのうち、支燃性ガスとしてＮ
Ｈ₃、可燃性ガスとしてＤＣＳ、希ガスとしてＡｒを用
いる。また、クリーニングガスとしてＮＦ₃、クリーニ
ングガスに添加するガスとしてＣｌ₂を用いる。特に、
ＮＦ₃にＣｌ₂を添加すると、その添加によりＦＣｌを生
成し、このガスがＳｉ₃Ｎ₄をエッチングするが、ＦＣｌ
はＳｉＯ₂をエッチングしないことから、Ｓｉ₃Ｎ₄／Ｓ
ｉＯ₂選択比を変えることができる。このことから石英
で構成された装置部品に堆積されたＳｉ₃Ｎ₄膜をクリー
ニングする際、石英はエッチングせず、Ｓｉ₃Ｎ₄のみエ
ッチングすることから、従来のＮＦ₃のクリーニングに
よる石英部品の劣化を抑制できる。

【００６５】上述した第２の実施の形態の熱ＣＶＤ装置
によれば、プラズマ生成手段３２をカバー１４で覆うこ
とにより、プラズマ密度を向上することができる。した
がって、ＣＶＤに用いる原料ガスましくはクリーニング
ガスをプラズマにより確実に活性化できる。また、プラ
ズマ生成領域２６がカバー１４で区画形成されているの
で、基板処理領域２４でのプラズマ生成を有効に防止で
き、また基板処理領域２４へのプラズマの流入も大幅に
低減できる。したがって、ウェーハ等に対するプラズマ
ダメージを有効に防止できる。

【００６６】また、炉口フランジの大半をプラズマ生成
領域として使用する場合に比べて、容量の小さなカバー
内でプラズマを生成して、カバー内でガスを活性化する
ので、活性化効率が優れ、より多くのガスを活性化して
活性種を生成することができる。さらに、従来のリモー
トプラズマ熱ＣＶＤ装置よりも、より多くの活性種をウ
ェーハに運ぶことができる。

【００６７】また、開放部２２に、開放部２２から放出
されるプラズマの放出量を制御するプラズマ制御機構２
３を設けたので、放出量に応じたプラズマエネルギーを
持つ制御プラズマ２１を開放部２２から放出することが
できる。したがって、カバー１４外からカバー開放部１
４の近傍に供給されるガスに、活性化に必要なエネルギ
ーを容易に与えることができる。また、開放部２２の近
傍に設けるガス供給管２０と制御プラズマ２１の放出す
る開放部２２との位置を変更することにより、制御プラ
ズマの放出量を一定にしても、供給ガス２０ａに与える
プラズマエネルギーを制御することができる。

【００６８】ここで、図４及び図５を用いた成膜処理及
びクリーニング処理で使用されるガスの組合わせ例につ
いて説明する。

【００６９】（１）成膜処理例１カバー１４内部にＮＨ₃、開放部２２付近にＤＣＳを供
給する。ＮＨ₃はプラズマ１５により活性化される。活
性化したＮＨ₃をウェーハＷに供給することにより基板
処理領域２４でＤＣＳと反応し、従来の熱ＣＶＤ装置、
さらにはリモートプラズマ熱ＣＶＤ装置の温度より低い
温度でＳｉ₃Ｎ₄の成膜を行なうことができる。

【００７０】（２）成膜処理例２カバー１４内部にＡｒ、開放部２２付近にＤＣＳ及びＮ
Ｈ₃を供給する。高密度プラズマに１５により活性化さ
れたＡｒは矢印２１に示すように取り出され、活性エネ
ルギーをＮＨ₃とＤＣＳに与える。これによっても、従
来の温度より低い温度でＳｉ₃Ｎ₄の成膜を行なうことが
できる。

【００７１】（３）クリーニング例１カバー１４内部にＮＦ₃を供給する。ＮＦ₃を高密度プラ
ズマ１５により活性させ、ＮＦ₃の活性ガスを用いて、
クリーニング処理を行う。活性化したＮＦ₃を基板処理
領域２４に供給することにより基板処理領域に堆積され
ている膜と反応し、従来の温度より低い温度でクリーニ
ング処理を行なうことができる。

【００７２】（４）クリーニング例２カバー１４内部にＡｒ、開放部２２付近にＮＦ₃を供給
する。プラズマ１５によりＡｒを活性させ、活性エネル
ギーをＮＦ₃に与え、クリーニング処理を行う。これに
よっても、従来の温度より低い温度でクリーニング処理
を行なうことができる。

【００７３】（５）クリーニング例３カバー１４内部にＮＦ₃及びＣｌ₂を供給する。または、
カバー１４内部にＮＦ ₃、開放部２２付近にＣｌ₂を供給
する。いずれの方法でもガスが活性され、ＦＣｌが効率
良く生成される。ＦＣｌは、基板処理領域２４内のＳｉ
₃Ｎ₄膜と反応し、Ｓｉ₃Ｎ₄膜をエッチングし、従来の温
度より低い温度でクリーニング処理を行なうことができ
る。

【００７４】（６）基板表面処理例カバー１４内部にＨ₂、Ｎ₂、またはＮＨ₃、開放部２２
付近にＮＦ₃を供給する。プラズマ１５によりＨ₂、Ｎ₂
またはＮＨ₃を活性化させ、活性化エネルギーをＮＦ₃に
与え、ウェーハに供給することにより、ウェーハ上の自
然酸化膜と反応し、副生成物が形成される。その後、ウ
ェーハを加熱することにより副生成物が除去され、自然
酸化膜が除去される。このような処理も行なうことがで
きる。

【００７５】なお、上述した第１及び第２の実施の形態
では、反応管は、いずれも二重管について説明したが、
本発明は単管を備える装置に適用することも可能であ
る。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、炉口フランジの近傍に
プラズマ生成手段を備えたので、炉口フランジの遠隔に
プラズマ生成手段を備えたものと比べて、活性化された
ガスを活性な状態のまま、より多く反応管内の基板に到
達させることができる。したがって基板を有効に処理で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る基板処理装置の概略図
である。

【図２】図１に係る基板処理装置の炉口フランジ部の拡
大図である。

【図３】第１の実施の形態に係る変形例を示す炉口フラ
ンジ部の拡大図である。

【図４】第２の実施の形態に係る基板処理装置の炉口フ
ランジ部の拡大図である。

【図５】図４の要部の平断面図である。

【符号の説明】

Ｗウェーハ（基板）４炉口フランジ７ガス供給管１１プラズマ生成手段３０反応管

フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 AA03 AA06 AA13 BA40 CA12 EA06 FA10 KA04 KA23 KA30 5F045 AA04 AA16 AB33 AC01 AC03 AC12 AD07 AD08 AD09 AD10 BB07 DP19 DQ05 EB06 EH04 EK06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を処理する反応管と、前記反応管を支持する炉口フランジと、前記炉口フランジに設けられ、前記炉口フランジを介し
て前記反応管内にガスを供給するガス供給管と、プラズマを生成するプラズマ生成手段とを備え、前記プラズマ生成手段を前記炉口フランジのガス供給管
の近傍に設けて、前記ガス供給管から前記反応管内に供
給されるガスを、前記プラズマ生成手段により生成した
プラズマにより活性化可能に構成したことを特徴とする
基板処理装置。
【請求項２】前記プラズマ生成手段によって前記炉口フ
ランジ内でプラズマが生成される領域をプラズマ生成領
域とし、前記反応管内の前記基板を処理する領域を基板
処理領域として、前記プラズマ生成領域と前記基板処理領域との間に、前
記プラズマ生成領域から前記基板処理領域へ流入するプ
ラズマ量を制御するプラズマ制御手段を設けた請求項１
に記載の基板処理装置。
【請求項３】前記プラズマ生成手段を覆ってプラズマを
封じ込めるカバーと、該カバーの一部にプラズマにより活性化されたガスを取
り出すことが可能な開放部とを設け、前記カバー内に封じ込まれた前記プラズマに前記ガス供
給管からガスを供給することによりガスを活性化し、活
性化したガスを前記開放部から取り出すようにした請求
項１または２に記載の基板処理装置。