JP2004319694A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【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３０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電極３２ａとアース電極３２ｂとを備える。プラズマ生成手段は、電極３２ａとアース電極３２ｂ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は、炉口フランジ４内にプラズマ生成領域２６を形成する。
【選択図】 図１

Description

【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。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い。特に断熱領域に存在するボート、ボートキャップ、反応管の壁面に付着した残留ガスは離脱す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】
本発明における第１の特徴は、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、前記反応管内にガスを供給するガス供給管と、前記炉口フランジ内に設けられ放電用電極とアース用電極とからなるプラズマ生成手段とを有することを特徴とする基板処理装置にある。
本発明における第２の特徴は、第１の特徴において、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基板処理装置にある。
【０００６】
【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について図面を用いて説明する。
【０００７】
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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の概略断面図である。
【０００８】
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。
【０００９】
炉口キャップ５にガス供給管７が接続され、内部反応管３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。尚、図１においてガス供給管７は一つしかないが、複数本あっても構わない。
【００１０】
炉口フランジ４には、プラズマ生成手段としての放電用Ｌ字型電極３２ａとアース用Ｌ字型アース電極３２ｂが設けられる。プラズマは、電極３２ａに高周波電力を印加することにより電極３２ａとアース電極３２ｂ間に生成される。これらの電極は、ガス供給管７近傍に設けられ、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、電極３２ａとアース電極３２ｂは、炉口フランジ４の側壁を貫通して設けられている。両電極は、内部反応管３とボート６及びボートキャップ３１の間に収まれば良く、両電極の断面形状は例えば円、楕円、扇形、多角形など種種の形状が考えられる。また、プラズマ生成手段は、高周波放電以外の公知の手段を用いてもよい。
【００１１】
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、基板処理領域２４下方のボートキャップ３１と内部反応管３との間に形成される領域を断熱領域２５、炉口フランジ４内でプラズマ生成手段によって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。
【００１２】
また、ヒータ１、反応管３０、及び反応管３０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。
【００１３】
図２は、図１に示す本発明の実施の形態に係る基板処理装置の炉下部の拡大図である。図２により、炉口フランジ４内について詳述する。
【００１４】
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が装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。また、ボートキャップ３１が装入される内部反応管３内に断熱領域２５が形成される。ここで図示しないがボートキャップ３１内に、断熱板がボート６内のウェーハＷと同様に水平姿勢で多段に積層されている。
【００１５】
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。
【００１６】
電極３２ａとアース電極３２ｂが側壁に設けられ、ガス供給管７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いる。これにより炉口フランジ４内の特に断熱領域２５内にプラズマが生成される。これらの電極は、絶縁体１３で覆われているので、炉口フランジ４から電気的に絶縁される。電極３２ａ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の高周波電力を電極３２ａに印加して、電極３２ａとアース電極３２ｂとの間に高周波電界が形成される。この高周波電界により電極３２ａとアース電極３２ｂとの間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、断熱領域２５内で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。
【００１７】
図３に本発明の実施形態の変形例を示す。
【００１８】
断熱領域２５の下方に、プラズマ制御手段１１を設けると、炉口フランジ４に拡散するプラズマを抑制し、フランジ部の金属部品のプラズマによるダメージを抑えることができる。プラズマ制御手段１１は、折曲リング３６とリング３７とから構成される。折曲リング３６は、ここでは図示しない図２の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を張り出し、その先端側を管軸方向上方に折曲げて断面略Ｌ字型をした構成である。リング３７は、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３６の底部に向けて同心状に垂下している。尚、折曲リング３６は、電極３２ａ、アース電極３２ｂを貫通できるような形状である。このように構成することにより、断熱領域２５で生成されたプラズマが炉口キャップ５の方向へ拡散するのを抑制することができる。プラズマ制御手段１１の構成は、プラズマが炉口キャップ５方向へ拡散するのを制御するという目的に反しない限り種種の変更が可能である。尚、電極３２ａとアース電極３２ｂからなるプラズマ生成手段は、プラズマ制御手段１１の上方にしかプラズマが発生しないような構造である。したがって、プラズマ制御手段１１の下方にプラズマは発生しない。また、プラズマ制御手段１１による制御の対象はプラズマのみであるため、形状はメッシュ状もしくはスリット状でも構わない。
【００１９】
一方、不活性ガスを使用しているため、また断熱領域２５から基板処理領域２４へ移動するまでにプラズマが減衰する為、プラズマは基板処理領域２４へ拡散しない。また、電極３２ａ及びアース電極３２ｂの長さを調整することでも、プラズマが拡散して基板処理領域２４へ到達しないようにできる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
成膜後、電極３２ａとアース電極３２ｂからなるプラズマ生成手段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。パージガスは供給管７より供給される。記述の様に供給管７は複数でも良く、各々からパージガスを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。
【００２３】
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、電極３２ａとアース電極３２ｂからなるプラズマ生成手段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。
【００２４】
上述したように本実施の形態では、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放電用電極とアース用電極とからなる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炉口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る。特に本発明では、熱エネルギーが充分に達しない断熱領域に放電用電極とアース用電極を設置したことにより、直接、プラズマの熱エネルギーを与えることができるので、炉口フランジ内の断熱領域の壁面に付着した残留ガスを効率良く除去でき、ガスパージに要する時間を短縮することができる。
【００２５】
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、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ることができるメカニズムは、次の通りである。まず、炉口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。
【００２６】
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炉口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。
【００２７】
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炉口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放電用電極とアース用電極とからなる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。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、反応炉内の残留ガスを除去する際に、炉口フランジ内に設けた放電用電極とアース用電極とからなる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。更に、放電用電極とアース用電極が、熱エネルギーの充分達しない断熱領域に設けられるため、生成されたプラズマが炉口フランジ内の断熱領域の壁面に付着している残留ガスを効率良く除去できる。
【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下部の拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る基板処理装置にプラズマ制御手段を設けたときの概略図である。
【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
２６ プラズマ生成領域
３０ 反応管
３２ａ 放電用Ｌ字型電極
３２ｂ アース用Ｌ字型アース電極

Claims (2)

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、前記反応管内にガスを供給するガス供給管と、前記炉口フランジ内に設けられ放電用電極とアース用電極とからなるプラズマ生成手段とを有することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記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請求項１記載の基板処理装置。

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