JP2003289069A - 基板処理装置 - Google Patents
基板処理装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炉口フランジ内部壁面に付着した残留ガスを
効率良く離脱させ、反応炉内の残留ガスを効率良く排出
し、ガスパージに要する時間を短縮することを可能にす
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、パージ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。
効率良く離脱させ、反応炉内の残留ガスを効率良く排出
し、ガスパージに要する時間を短縮することを可能にす
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、パージ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。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】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反応ガスが供給されて、反
応管内の基板上に薄膜が成膜される。成膜後、反応管
内、炉口フランジ内の残留ガスを除去するためにガスパ
ージを行う。ガスパージの際、効率良く残留ガスを排出
するために、ガスパージと真空引きを繰り返し行うサイ
クルパージを行うことがある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、成膜後
にサイクルパージを行う場合でも、反応管内、炉口フラ
ンジ内の残留ガスを十分に除去するのに相当の時間を要
する。特に炉口フランジ内部壁面に付着した残留ガスは
離脱しにくく、これを離脱させるのにかなりの時間がか
かってしまう。 【０００４】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解決して、成膜後の残留ガスを効率良く排出し、成
膜後のガスパージに要する時間を短縮することが可能な
基板処理装置を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、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、炉口
フランジ内に設けられプラズマを生成するプラズマ生成
手段とを備え、基板処理後に反応管および炉口フランジ
内の残留ガスを除去する際、前記プラズマ生成手段によ
りプラズマを生成しつつ反応管および炉口フランジ内を
ガスパージするよう構成したことを特徴とする基板処理
装置が提供される。 【０００６】反応管および炉口フランジ内の残留ガスを
除去する際に、炉口フランジ内に設けたプラズマ生成手
段によりプラズマを生成しつつ反応管および炉口フラン
ジ内をガスパージするよう構成したことにより、プラズ
マのエネルギーによりフランジ内部壁面に付着した残留
ガスを効率的に離脱させることができ、成膜後の残留ガ
スを効率良く排出することができ、ガスパージに要する
時間を短縮することができる。 【０００７】 【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。 【０００８】図１は、本発明の実施の形態に係るプラズ
マを用いた縦型熱ＣＶＤ(ChemicalVapor Deposition)装
置の概略断面図である。 【０００９】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。 【００１０】炉口フランジ４の下部にガス供給管７が接
続され、内部反応管と連通している。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。 【００１１】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ガス流の下流側）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。 【００１２】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、炉口フランジを絶縁体で形成した場合には
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、ガス供給管を絶
縁体で形成した場合、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。 【００１３】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。 【００１４】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反応炉
または単に炉という。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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。ここでは、成膜
に活性化する必要のあるガス１７ａと活性化する必要の
ないガス１６ａの両方を用いる場合について説明する。
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１
７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。 【００１９】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。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】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。 【００２８】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。 【００２９】次に、上述した本実施の形態の熱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、従来の縦
型熱ＣＶＤ装置を用いてウェーハを処理する方法と同様
である。 【００３０】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により炉口キャップ
５を介してボート６を反応管３０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、
ヒータ１によって炉内温度を安定化させる。また、炉内
を排気管９からの真空引きによって排気して炉内圧力を
安定化させる。温度及び圧力を安定化させた後、ガス供
給管７から複数種の処理用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より排気するこ
とにより、ウェーハＷ上に成膜を行なう。複数種の処理
用ガスは、必要に応じてプラズマ生成手段３２により生
成したプラズマにより活性化して供給する。この際、活
性化する必要のあるガス１７ａを供給するときは第１の
ガス供給管１７より供給し、活性化する必要のないガス
１６ａを供給するときは第２のガス供給管１６から供給
する。ガス種としては、例えば、活性化する必要のある
ガス１７ａとしてＮＨ3を、活性化する必要のないガス
１６ａガスとしてＤＣＳ（ジクロロシラン：ＳｉＨ2Ｃ
ｌ2）を使用する。このとき形成される膜は、Ｓｉ3Ｎ4
膜である。 【００３１】成膜後、プラズマ生成手段３２によりプラ
ズマを生成した状態で反応炉内をガスパージして残留ガ
スを除去する。パージガスは少なくとも第１のガス供給
管１７より供給すればよいが、第１のガス供給管１７と
第２のガス供給管１６の両方から供給するようにしても
よい。ガスパージの際、ガスパージと真空引きを複数回
繰り返し行うサイクルパージを実施するのが好ましい。
その後、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。 【００３２】ここで、実施の形態の処理方法が、従来の
縦型熱ＣＶＤ装置を用いて基板を処理する方法と異なっ
ている点は、成膜後に反応炉内の残留ガスを除去する
際、プラズマ生成手段３２によりプラズマを生成した状
態で反応炉内すなわち反応管３０内および炉口フランジ
４内をガスパージする点である。なおガスパージとは、
反応炉内にパージガス（例えば窒素、アルゴン、ヘリウ
ム等の不活性ガス等）を供給して排気することにより、
反応炉内の残留物、汚染物質等を取り除き、反応炉内を
清浄化することである。反応炉内にパージガスを供給し
ながら排気する方法の他、反応炉内にパージガスを充填
しパージガスの供給を停止した後に排気する方法などが
ある。 【００３３】上述したように本実施の形態では、反応管
内および炉口フランジ内の残留ガスを除去する際に、炉
口フランジ内に設けたプラズマ生成手段によりプラズマ
を生成しつつ反応管内および炉口フランジ内をガスパー
ジするようにしたので、プラズマのエネルギーによりフ
ランジ内部壁面に付着した残留ガスを効率良く離脱させ
ることができる。よって、残留ガスを効率良く排出する
ことができ、プラズマを生成しないでガスパージする場
合に比べて、ガスパージに要する時間を短縮することが
できる。 【００３４】ここで、プラズマを生成しつつガスパージ
することにより、フランジ内部壁面に付着した残留ガス
を効率良く離脱させることができるメカニズムは、次の
通りである。まず、フランジ内部壁面に付着する残留ガ
スとは、例えば、ＮＨ3とＤＣＳとを用いてＳｉ3Ｎ4膜
を形成する場合においては、ＤＣＳの分解により生じる
塩素系のガスと未反応のＮＨ3であり、また、シラン系
ガスとＰＨ3とを用いてリンがドープされたシリコン膜
（ドープトポリシリコン膜）を形成する場合や、ＰＨ3
を用いてシリコン膜にリンをドープする場合において
は、未反応のＰＨ3である。 【００３５】パージガス（Ｎ2またはＡｒ等）をプラズ
マにより励起し、この励起エネルギーをフランジ内部壁
面に付着する残留ガスに与える事により、熱エネルギー
以上のエネルギーを与えることができるため、炉口フラ
ンジの加熱による残留ガスの離脱以上に効率良く残留ガ
スを離脱させることができる。また、プラズマによりイ
オン化されたＮ+またはＡｒ+がシースにより加速され、
付着する残留ガスをスパッタし、効率良く離脱させるこ
とができる。 【００３６】なお、上述した実施の形態では、成膜後に
反応炉内の残留ガスを除去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、反応炉内のクリーニン
グ後にクリーニングにより生じた残渣や残留ガスを除去
する場合にも適用することができる。例えばクリーニン
グガスとしてＮＦ3やＣｌＦ3を用いて反応炉内をクリー
ニングした場合、ＮＦ3やＣｌＦ3の分解により生じるフ
ッ素系の残留ガスや残渣がフランジ内部壁面等に付着す
る。この場合でも、クリーニング後に炉口フランジ内に
設けたプラズマ生成手段によりプラズマを生成しつつ反
応管内および炉口フランジ内をガスパージするようにす
れば、効率良く残留ガスやクリーニング残渣を除去でき
る。なお、この場合もガスパージと真空引きを複数回繰
り返し行うサイクルパージを実施するのが好ましい。 【００３７】 【発明の効果】本発明によれば、反応炉内の残留物質を
除去する際に、炉口フランジ内に設けたプラズマ生成手
段によりプラズマを生成しつつ反応管内および炉口フラ
ンジ内をガスパージするようにしたので、残留物質を効
率良く排出することができ、プラズマを生成しないでガ
スパージする場合に比べて、ガスパージに要する時間を
短縮することができる。
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反応ガスが供給されて、反
応管内の基板上に薄膜が成膜される。成膜後、反応管
内、炉口フランジ内の残留ガスを除去するためにガスパ
ージを行う。ガスパージの際、効率良く残留ガスを排出
するために、ガスパージと真空引きを繰り返し行うサイ
クルパージを行うことがある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、成膜後
にサイクルパージを行う場合でも、反応管内、炉口フラ
ンジ内の残留ガスを十分に除去するのに相当の時間を要
する。特に炉口フランジ内部壁面に付着した残留ガスは
離脱しにくく、これを離脱させるのにかなりの時間がか
かってしまう。 【０００４】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解決して、成膜後の残留ガスを効率良く排出し、成
膜後のガスパージに要する時間を短縮することが可能な
基板処理装置を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、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、炉口
フランジ内に設けられプラズマを生成するプラズマ生成
手段とを備え、基板処理後に反応管および炉口フランジ
内の残留ガスを除去する際、前記プラズマ生成手段によ
りプラズマを生成しつつ反応管および炉口フランジ内を
ガスパージするよう構成したことを特徴とする基板処理
装置が提供される。 【０００６】反応管および炉口フランジ内の残留ガスを
除去する際に、炉口フランジ内に設けたプラズマ生成手
段によりプラズマを生成しつつ反応管および炉口フラン
ジ内をガスパージするよう構成したことにより、プラズ
マのエネルギーによりフランジ内部壁面に付着した残留
ガスを効率的に離脱させることができ、成膜後の残留ガ
スを効率良く排出することができ、ガスパージに要する
時間を短縮することができる。 【０００７】 【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。 【０００８】図１は、本発明の実施の形態に係るプラズ
マを用いた縦型熱ＣＶＤ(ChemicalVapor Deposition)装
置の概略断面図である。 【０００９】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。 【００１０】炉口フランジ４の下部にガス供給管７が接
続され、内部反応管と連通している。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。 【００１１】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ガス流の下流側）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。 【００１２】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、炉口フランジを絶縁体で形成した場合には
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、ガス供給管を絶
縁体で形成した場合、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。 【００１３】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。 【００１４】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反応炉
または単に炉という。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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。ここでは、成膜
に活性化する必要のあるガス１７ａと活性化する必要の
ないガス１６ａの両方を用いる場合について説明する。
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１
７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。 【００１９】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。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】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。 【００２８】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。 【００２９】次に、上述した本実施の形態の熱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、従来の縦
型熱ＣＶＤ装置を用いてウェーハを処理する方法と同様
である。 【００３０】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により炉口キャップ
５を介してボート６を反応管３０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、
ヒータ１によって炉内温度を安定化させる。また、炉内
を排気管９からの真空引きによって排気して炉内圧力を
安定化させる。温度及び圧力を安定化させた後、ガス供
給管７から複数種の処理用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より排気するこ
とにより、ウェーハＷ上に成膜を行なう。複数種の処理
用ガスは、必要に応じてプラズマ生成手段３２により生
成したプラズマにより活性化して供給する。この際、活
性化する必要のあるガス１７ａを供給するときは第１の
ガス供給管１７より供給し、活性化する必要のないガス
１６ａを供給するときは第２のガス供給管１６から供給
する。ガス種としては、例えば、活性化する必要のある
ガス１７ａとしてＮＨ3を、活性化する必要のないガス
１６ａガスとしてＤＣＳ（ジクロロシラン：ＳｉＨ2Ｃ
ｌ2）を使用する。このとき形成される膜は、Ｓｉ3Ｎ4
膜である。 【００３１】成膜後、プラズマ生成手段３２によりプラ
ズマを生成した状態で反応炉内をガスパージして残留ガ
スを除去する。パージガスは少なくとも第１のガス供給
管１７より供給すればよいが、第１のガス供給管１７と
第２のガス供給管１６の両方から供給するようにしても
よい。ガスパージの際、ガスパージと真空引きを複数回
繰り返し行うサイクルパージを実施するのが好ましい。
その後、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。 【００３２】ここで、実施の形態の処理方法が、従来の
縦型熱ＣＶＤ装置を用いて基板を処理する方法と異なっ
ている点は、成膜後に反応炉内の残留ガスを除去する
際、プラズマ生成手段３２によりプラズマを生成した状
態で反応炉内すなわち反応管３０内および炉口フランジ
４内をガスパージする点である。なおガスパージとは、
反応炉内にパージガス（例えば窒素、アルゴン、ヘリウ
ム等の不活性ガス等）を供給して排気することにより、
反応炉内の残留物、汚染物質等を取り除き、反応炉内を
清浄化することである。反応炉内にパージガスを供給し
ながら排気する方法の他、反応炉内にパージガスを充填
しパージガスの供給を停止した後に排気する方法などが
ある。 【００３３】上述したように本実施の形態では、反応管
内および炉口フランジ内の残留ガスを除去する際に、炉
口フランジ内に設けたプラズマ生成手段によりプラズマ
を生成しつつ反応管内および炉口フランジ内をガスパー
ジするようにしたので、プラズマのエネルギーによりフ
ランジ内部壁面に付着した残留ガスを効率良く離脱させ
ることができる。よって、残留ガスを効率良く排出する
ことができ、プラズマを生成しないでガスパージする場
合に比べて、ガスパージに要する時間を短縮することが
できる。 【００３４】ここで、プラズマを生成しつつガスパージ
することにより、フランジ内部壁面に付着した残留ガス
を効率良く離脱させることができるメカニズムは、次の
通りである。まず、フランジ内部壁面に付着する残留ガ
スとは、例えば、ＮＨ3とＤＣＳとを用いてＳｉ3Ｎ4膜
を形成する場合においては、ＤＣＳの分解により生じる
塩素系のガスと未反応のＮＨ3であり、また、シラン系
ガスとＰＨ3とを用いてリンがドープされたシリコン膜
（ドープトポリシリコン膜）を形成する場合や、ＰＨ3
を用いてシリコン膜にリンをドープする場合において
は、未反応のＰＨ3である。 【００３５】パージガス（Ｎ2またはＡｒ等）をプラズ
マにより励起し、この励起エネルギーをフランジ内部壁
面に付着する残留ガスに与える事により、熱エネルギー
以上のエネルギーを与えることができるため、炉口フラ
ンジの加熱による残留ガスの離脱以上に効率良く残留ガ
スを離脱させることができる。また、プラズマによりイ
オン化されたＮ+またはＡｒ+がシースにより加速され、
付着する残留ガスをスパッタし、効率良く離脱させるこ
とができる。 【００３６】なお、上述した実施の形態では、成膜後に
反応炉内の残留ガスを除去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、反応炉内のクリーニン
グ後にクリーニングにより生じた残渣や残留ガスを除去
する場合にも適用することができる。例えばクリーニン
グガスとしてＮＦ3やＣｌＦ3を用いて反応炉内をクリー
ニングした場合、ＮＦ3やＣｌＦ3の分解により生じるフ
ッ素系の残留ガスや残渣がフランジ内部壁面等に付着す
る。この場合でも、クリーニング後に炉口フランジ内に
設けたプラズマ生成手段によりプラズマを生成しつつ反
応管内および炉口フランジ内をガスパージするようにす
れば、効率良く残留ガスやクリーニング残渣を除去でき
る。なお、この場合もガスパージと真空引きを複数回繰
り返し行うサイクルパージを実施するのが好ましい。 【００３７】 【発明の効果】本発明によれば、反応炉内の残留物質を
除去する際に、炉口フランジ内に設けたプラズマ生成手
段によりプラズマを生成しつつ反応管内および炉口フラ
ンジ内をガスパージするようにしたので、残留物質を効
率良く排出することができ、プラズマを生成しないでガ
スパージする場合に比べて、ガスパージに要する時間を
短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明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。 【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 ３２ プラズマ生成手段 ３０ 反応管
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。 【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 ３２ プラズマ生成手段 ３０ 反応管
Claims (1)
- 【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、炉口フランジ内に設けられプラズマ
を生成するプラズマ生成手段とを備え、基板処理後に反
応管および炉口フランジ内の残留ガスを除去する際、前
記プラズマ生成手段によりプラズマを生成しつつ反応管
および炉口フランジ内をガスパージするよう構成したこ
とを特徴とする基板処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002090184A JP2003289069A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002090184A JP2003289069A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 基板処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003289069A true JP2003289069A (ja) | 2003-10-10 |
Family
ID=29235542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002090184A Pending JP2003289069A (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 基板処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003289069A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7238016B2 (en) | 2003-11-11 | 2007-07-03 | Fanuc Ltd | Injection molding machine |
| JP2008177211A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Tokyo Electron Ltd | 縦型熱処理装置およびパーティクル付着防止方法 |
| US7556839B2 (en) | 2004-03-29 | 2009-07-07 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Method of manufacturing semiconductor device and apparatus for processing substrate |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002090184A patent/JP2003289069A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7238016B2 (en) | 2003-11-11 | 2007-07-03 | Fanuc Ltd | Injection molding machine |
| US7556839B2 (en) | 2004-03-29 | 2009-07-07 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Method of manufacturing semiconductor device and apparatus for processing substrate |
| US8221835B2 (en) | 2004-03-29 | 2012-07-17 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Method of manufacturing semiconductor device and apparatus for processing substrate |
| US8227030B2 (en) | 2004-03-29 | 2012-07-24 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Method of manufacturing semiconductor device and apparatus for processing substrate |
| JP2008177211A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Tokyo Electron Ltd | 縦型熱処理装置およびパーティクル付着防止方法 |
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