JP3979849B2 - プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法に関し、例えば、半導体集積回路装置の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路装置の一例であるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memorry ）のキャパシタ（Capacitor ）の静電容量部（絶縁膜）を形成するために、五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）の使用が検討されている。Ｔａ2 Ｏ5 は高い誘電率を持つため、微細面積で大きな静電容量を得るのに適している。そして、生産性や膜質等の観点からＤＲＡＭの製造方法においては、Ｔａ2 Ｏ5 はＭＯＣＶＤ装置によって成膜することが要望されている。
【０００３】
一方、Ｔａ2 Ｏ5 膜をＭＯＣＶＤ装置によって形成すると、リーク電流発生の原因になるカーボン（Ｃ）がＴａ2 Ｏ5 膜の表面近傍に付着することが知られている。そこで、ウエハにＴａ2 Ｏ5 膜が形成された後に、Ｔａ2 Ｏ5 膜の表面近傍に存在するカーボンを除去する必要がある。そして、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置はウエハに対するプラズマダメージを防止しつつ、ウエハの加熱温度を３００〜４００℃に下げることができるため、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置によってＴａ2 Ｏ5 膜のカーボンを除去することが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置においては、Ｔａ2 Ｏ5 膜のカーボンの除去を一枚ずつ実施するために、スループットが小さくなるという問題点がある。例えば、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置における正味の処理時間を１０分、搬送系の動作時間を２分とすると、１時間当たりのウエハの処理枚数は５枚に過ぎない。
【０００５】
そして、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置はサセプタだけが処理温度に加熱されるコールドウオール形が一般的であるため、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置においては、ウエハ面内を均一に加熱することが困難であり、また、チャンバの材料の選択の関係でウエハを４００℃以上に加熱することが困難であるという問題点がある。さらに、サセプタにヒータを埋設してウエハを加熱する場合においては、ウエハの反りや平面粗さによってウエハへの熱伝達が不均一になるため、例えば、５００℃±１％の均一加熱は困難である。このため、静電チャック付きヒータの利用が考えられるが、静電チャック付きヒータはきわめて高価であり、信頼性に関する価格対効果の面で支障がある。
【０００６】
本発明の目的は、大きなスループットを得ることができるとともに、被処理基板の温度の均一性を高めることができるプラズマ処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための第一の手段は、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を備えたプロセスチューブの前記処理室における前記複数枚の被処理基板の搬入領域から離れた位置には、互いに近接した一対の電極が配置されているとともに、この一対の電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記一対の電極間の空間には処理ガスが供給されるように構成されていることを特徴とする。
課題を解決するための第二の手段は、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を備えたプロセスチューブにおける前記処理室の内外には一対の電極が互いに対向して配置されているとともに、この一対の電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記処理室における前記両電極間の空間には処理ガスが供給されるように構成されていることを特徴とする。
課題を解決するための第三の手段は、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を備えたプロセスチューブの前記処理室には互いに近接した一対の電極が配置されているとともに、両電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記処理室には前記両電極間を含み前記処理室と独立した放電室が形成されており、この放電室には処理ガスを前記処理室に供給するガス吹出口が開設されていることを特徴とする。
【０００８】
前記した各手段において、両電極間に高周波電力が印加されると、両電極間にはプラズマが生成される。このプラズマ雰囲気中に処理ガスが供給されると、中性の活性粒子が形成され、この活性粒子がプロセスチューブの内部に搬入された複数枚の被処理基板に供給されることにより、複数枚の被処理基板が一括してプラズマ処理されることになる。そして、前記した各手段によれば、複数枚の被処理基板が一括してバッチ処理されるため、スループットは被処理基板が一枚ずつ処理（枚葉処理）される場合に比べて大幅に向上させることができる。また、プロセスチューブの内部に収納された複数枚の被処理基板をホットウオール形のヒータによって加熱することにより、各被処理基板面内を均一に加熱することができるため、被処理基板のプラズマによる処理を均一化することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１０】
本実施の形態において、図１〜図３に示されているように、本発明に係るバッチ式リモートプラズマ処理装置は、バッチ式縦形ホットウオール形リモートプラズマＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）として構成されている。すなわち、ＣＶＤ装置１０は石英ガラス等の耐熱性の高い材料が用いられて一端開口で他端閉塞の円筒形状に形成されたプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ１１の筒中空部は複数枚のウエハ１が収容される処理室１２を形成しており、プロセスチューブ１１の下端開口は被処理物としてのウエハ１を出し入れするための炉口１３を形成している。プロセスチューブ１１の内径は取り扱うウエハ１の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
【００１１】
プロセスチューブ１１の外部には処理室１２を全体にわたって均一に加熱するためのヒータ１４が、プロセスチューブ１１の周囲を包囲するように同心円に設備されており、ヒータ１４はＣＶＤ装置１０の機枠（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１２】
プロセスチューブ１１の下端面にはマニホールド１５が当接されており、マニホールド１５は金属が使用されて上下両端部に径方向外向きに突出したフランジを有する円筒形状に形成されている。マニホールド１５はプロセスチューブ１１についての保守点検作業や清掃作業のためにプロセスチューブ１１に着脱自在に取り付けられている。そして、マニホールド１５がＣＶＤ装置１０の機枠（図示せず）に支持されることにより、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１３】
マニホールド１５の側壁の一部には排気管１６の一端が接続されており、排気管１６は他端が排気装置（図示せず）に接続されて処理室１２を排気し得るように構成されている。マニホールド１５の下端面には下端開口を閉塞するシールキャップ１７が、垂直方向下側からシールリング１８を挟んで当接されるようになっている。シールキャップ１７はマニホールド１５の外径と略等しい円盤形状に形成されており、プロセスチューブ１１の外部に垂直に設備されたエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ１７の中心線上には回転軸１９が挿通されており、回転軸１９はシールキャップ１７と共に昇降し、かつ、回転駆動装置（図示せず）によって回転されるようになっている。回転軸１９の上端には被処理物としてのウエハ１を保持するためのボート２が垂直に立脚されて支持されるようになっている。
【００１４】
ボート２は上下で一対の端板３、４と、両端板３、４間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材５とを備えており、各保持部材５には多数条の保持溝６が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように没設されている。そして、ウエハ１の外周縁辺が各保持部材５の多数条の保持溝６間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート２に水平にかつ互いに中心を揃えられて整列されて保持されるようになっている。ボート２の下側端板４の下面には断熱キャップ部７が形成されており、断熱キャップ部７の下端面が回転軸１９に支持されている。
【００１５】
プロセスチューブ１１の内周面近傍における排気管１６と異なる位置（図示例では１８０度反対側の位置）には、処理ガスを供給するためのガス供給管２１が垂直に立脚されており、ガス供給管２１は誘電体が使用されて細長い円形のパイプ形状に形成されている。ガス供給管２１の下端部のガス導入口部２２はエルボ形状に直角に屈曲されて、マニホールド１５の側壁を径方向外向きに貫通して外部に突き出されている。ガス供給管２１には複数個の吹出口２３が垂直方向に並べられて開設されており、これら吹出口２３の個数は処理されるウエハ１の枚数に対応されている。本実施の形態において、これら吹出口２３の個数は処理されるウエハ１の枚数に一致されており、各吹出口２３の高さ位置はボートに保持された上下で隣合うウエハ１と１との間の空間に対向するようにそれぞれ設定されている。
【００１６】
マニホールド１５におけるガス供給管２１のガス導入口部２２の周方向の両脇には一対の支持筒部２４、２４が径方向外向きに突設されており、両支持筒部２４、２４には一対の保護管２５、２５のホルダ部２６、２６が径方向に挿通されてそれぞれ支持されている。各保護管２５は誘電体が使用されて上端が閉塞した細長い円形のパイプ形状に形成されており、それぞれの上下端がガス供給管２１に揃えられて垂直に立脚されている。各保護管２５の下端部のホルダ部２６はエルボ形状に直角に屈曲されて、マニホールド１５の支持筒部２４を径方向外向きに貫通して外部に突き出されており、各保護管２５の中空部内は処理室１２の外部（大気圧）に連通されている。
【００１７】
両保護管２５、２５の中空部内には導電材料が使用されて細長い棒状に形成された一対の電極２７、２７がそれぞれ同心的に敷設されており、各電極２７の下端部である被保持部２８はホルダ部２６に、放電防止のための絶縁筒２９およびシールド筒３０を介して保持されている。両電極２７、２７間には高周波電力を印加する高周波電源３１が整合器３２を介して電気的に接続されている。
【００１８】
次に、以上の構成に係るＣＶＤ装置１０を使用して、ＤＲＡＭのキャパシタの静電容量部のためのＴａ2 Ｏ5 膜の表面近傍に存在したカーボンを除去する方法を説明する。すなわち、本実施の形態においては、ＣＶＤ装置１０に供給されるウエハ１にはキャパシタの静電容量部を形成するためのＴａ2 Ｏ5 膜（図示せず）が前のＭＯＣＶＤ工程において被着されており、Ｔａ2 Ｏ5 膜の表面近傍にはカーボン（図示せず）が存在しているものとし、このカーボンをＣＶＤ装置１０によって除去するものとする。
【００１９】
ＣＶＤ装置１０の被処理基板としてのウエハ１は複数枚がボート２にウエハ移載装置（図示せず）によって装填（チャージング）される。図２および図３に示されているように、複数枚のウエハ１が装填されたボート２はシールキャップ１７および回転軸１９と共にエレベータによって上昇されて、プロセスチューブ１１の処理室１２に搬入（ボートローディング）される。
【００２０】
ウエハ１群を保持したボート２が処理室１２に搬入されると、処理室１２は排気管１６に接続された排気装置によって所定の圧力以下に排気され、ヒータ１４への供給電力が上昇されることにより、処理室１２の温度が所定の温度に上昇される。ヒータ１４がホットウオール形構造であることにより、処理室１２の温度は全体にわたって均一に維持された状態になり、その結果、ボート２に保持されたウエハ１群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ１の面内の温度分布も均一かつ同一になる。
【００２１】
処理室１２の温度が予め設定された値に達して安定した後に、処理ガス４１として酸素（Ｏ2 ）ガスが導入され、圧力が予め設定された値に達すると、ボート２が回転軸１９によって回転されながら、一対の電極２７、２７間には高周波電力が高周波電源３１および整合器３２によって印加される。処理ガス４１である酸素ガスがガス供給管２１に供給され、両電極２７、２７間に高周波電力が印加されると、図２に示されているように、ガス供給管２１の内部にプラズマ４０が形成され、処理ガス４１は反応が活性な状態になる。
【００２２】
図１および図２に破線矢印で示されているように、処理ガス４１の活性化した粒子（酸素ラジカル）４２はガス供給管２１の各吹出口２３から処理室１２にそれぞれ吹き出す。
【００２３】
活性化した粒子（以下、活性粒子という。）４２は各吹出口２３からそれぞれ吹き出すことにより、それぞれが対向するウエハ１、１間に流れ込んで各ウエハ１に接触するため、活性粒子４２のウエハ１群の全体に対する接触分布はボート２の全長にわたって均一になり、また、活性粒子の流れ方向に相当する各ウエハ１のウエハ面内の径方向の接触分布も均一になる。この際、ウエハ１はボート２の回転によって回転されているため、ウエハ１、１間に流れ込んだ活性粒子４２のウエハ面内の接触分布は周方向においても均一になる。
【００２４】
ウエハ１に接触した活性粒子（酸素ラジカル）４２はウエハ１のＴａ2 Ｏ5 膜の表面近傍に存在するカーボンと熱反応してＣＯ（一酸化炭素）を生成することにより、カーボンをＴａ2 Ｏ5 膜から除去する。この際、前述した通りに、ウエハ１の温度分布がボート２の全長かつウエハ面内で均一に維持されており、活性粒子４２のウエハ１との接触分布がボート２の全位置かつウエハ面内で均一の状態になるため、活性粒子４２の熱反応によるウエハ１におけるカーボンの除去作用はボート２の全位置かつウエハ面内において均一の状態になる。
【００２５】
ちなみに、ＤＲＡＭのキャパシタの静電容量部を形成するためのＴａ2 Ｏ5 膜のカーボンを除去する場合の処理条件は、次の通りである。処理ガスとして使用される酸素ガスの供給流量は８．４５×１０-1〜３．３８Ｐａ・ｍ3 ／ｓ、処理室の圧力は１０〜１００Ｐａ、温度は５００〜７００℃である。
【００２６】
予め設定された処理時間が経過すると、処理ガス４１の供給、回転軸１９の回転、高周波電力の印加、ヒータ１４の加熱および排気管１６の排気等が停止された後に、シールキャップ１７が下降されることによって炉口１３が開口されるとともに、ボート２に保持された状態でウエハ１群が炉口１３から処理室１２の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００２７】
処理室１２の外部に搬出されたウエハ１群はボート２からウエハ移載装置によってディスチャージングされる（降ろされる）。以降、前記した作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ１が一括してバッチ処理される。
【００２８】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２９】
1) 複数枚のウエハを一括してバッチ処理することにより、ウエハを一枚ずつ枚葉処理する場合に比べて、スループットを大幅に向上させることができる。例えば、枚葉処理する場合の１時間当たりの処理枚数は、処理時間を１０分、搬送系の動作時間を２分とすると、５枚である。これに対して、１００枚のウエハをバッチ処理する場合の１時間当たりの処理枚数は、処理時間を３０分、搬送系の動作時間が６０分とすると、６６．７枚である。
【００３０】
2) ボートに保持されて処理室に搬入された複数枚のウエハをホットウオール形のヒータによって加熱することにより、ウエハのボート全長および各ウエハ面内の温度を均一に分布させることができるため、処理ガスがプラズマによって活性化されてなる活性粒子によるウエハの処理状況すなわちＴａ2 Ｏ5 膜のカーボンの除去分布を均一化することができる。
【００３１】
3) 一対の細長い電極を処理室に互いに対向して敷設することにより、両電極の全長にわたってプラズマを形成することができるため、処理ガスがプラズマによって活性化されてなる活性粒子をボートに保持されたウエハ群の全長にわたってより一層均一に供給することができる。
【００３２】
4) 一対の細長い電極間の空間に処理ガスが供給されるガス供給管を敷設することにより、ガス供給管の内部において処理ガスをプラズマによって活性化することができるため、プラズマダメージがウエハに及ぶのを防止することができ、プラズマダメージによるウエハの歩留りの低下を未然に防止することができる。
【００３３】
5) ガス供給管に吹出口をボートに保持された上下のウエハの間の空間に対向させて開口することにより、活性粒子を各ウエハ間にそれぞれ流れ込ませることができるため、活性粒子のウエハ群の全体に対する接触分布をボートの全長にわたって均等にすることができ、その結果、活性粒子による処理状況をより一層均一化させることができる。
【００３４】
6) 複数枚のウエハを保持したボートを回転させることにより、ウエハ間に流れ込んだ活性粒子のウエハ面内の接触分布を周方向において均一化させることができるため、活性粒子による処理状況をより一層均一化させることができる。
【００３５】
7) ＤＲＡＭのキャパシタの静電容量部に使用されるＴａ2 Ｏ5 膜のカーボンを除去することにより、キャパシタ電極間のリーク電流を低減することができるため、ＤＲＡＭの性能を高めることができる。
【００３６】
図４および図５は本発明の第二の実施の形態であるＣＶＤ装置を示している。
【００３７】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、一対の電極２７Ａ、２７Ｂがプロセスチューブ１１の内外にそれぞれ敷設されており、ガス供給管２１Ａが両電極２７Ａと２７Ｂとの対向空間以外の位置に配設されている点である。
【００３８】
本実施の形態においては、内側の電極２７Ａと外側の電極２７Ｂとの間に高周波電力が高周波電源３１および整合器３２によって印加され、処理ガス４１がガス供給管２１Ａによって処理室１２に供給されると、プロセスチューブ１１の側壁と内側の電極２７Ａとの間にプラズマ４０が形成され、処理ガス４１は反応活性な状態になる。そして、活性化した粒子４２は処理室１２の全体に拡散することにより、ボート２に保持された各ウエハ１に接触する。ウエハ１に接触した活性粒子４２は熱反応によってウエハ１のＴａ2 Ｏ5 膜に介在したカーボンを除去する。
【００３９】
図６〜図８は本発明の第三の実施の形態であるＣＶＤ装置を示している。
【００４０】
本実施の形態において、プロセスチューブ１１の内壁面に沿うように垂直に設けられた一対の保護管２５、２５は、下方で曲げられプロセスチューブ１１の側面を貫通しており、両保護管２５、２５には一対の電極２７、２７がプロセスチューブ１１の側面の下方から挿入されている。また、プロセスチューブ１１の内周にはプラズマ室３３を形成する樋形状の隔壁３４が両保護管２５、２５を気密に取り囲むように設置されており、隔壁３４には複数個の吹出口３５が上下のウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されている。さらに、プロセスチューブ１１の側面下部のプラズマ室３３にガスを供給可能な位置には、ガス供給管２１が設けられている。
【００４１】
処理ガス４１をプラズマ室３３に供給し所定の圧力に維持した後に、高周波電力が両電極２７と２７の間に高周波電源３１および整合器３２によって印加されると、プラズマ４０がプラズマ室３３に形成され、処理ガス４１は活性化される。そして、活性化した電気的に中性の粒子４２は隔壁３４に開設された吹出口３５から吹き出て処理室１２に供給されることにより、ボート２に保持された各ウエハ１に接触する。ウエハ１に接触した活性な粒子４２はウエハ１の表面を処理する。
【００４２】
図９〜図１１は本発明の第四の実施の形態であるＣＶＤ装置を示している。
【００４３】
本実施の形態に係るＣＶＤ装置は、プロセスチューブ１１よりも短い長さの細長い平板形状に形成された一対の電極２７Ｃ、２７Ｃを備えており、両電極２７Ｃ、２７Ｃはプロセスチューブ１１の側壁の一部に互いに平行でかつ上下端を揃えられた状態で垂直方向に延在するように開設された一対の電極挿入口３６、３６にプロセスチューブ１１の外側からそれぞれ挿入されている。プロセスチューブ１１の内周面には一対の保護管２５Ｃ、２５Ｃが一対の電極挿入口３６、３６にそれぞれ対向するように突設されており、両電極２７Ｃ、２７Ｃの挿入端部は一対の保護管２５Ｃ、２５Ｃにそれぞれ挿入されて包囲されている。両電極挿入口３６、３６および両保護管２５Ｃ、２５Ｃの間口幅は両電極２７Ｃ、２７Ｃの板厚よりも若干広めに設定されており、両電極２７Ｃ、２７Ｃは大気圧に露出した状態になっている。両電極２７Ｃ、２７Ｃの下端部には接続部２８Ｃ、２８Ｃが外向きにそれぞれ突設されており、接続部２８Ｃ、２８Ｃには高周波電力を印加する高周波電源３１が、整合器３２を介して電気的に接続されている。両保護管２５Ｃ、２５Ｃ間には両保護管２５Ｃ、２５Ｃと協働してプラズマ室３３Ｃを形成する平板形状の隔壁３４Ｃが架設されており、隔壁３４Ｃには複数個の吹出口３５Ｃが上下のウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されている。プラズマ室３３Ｃには処理ガス４１がガス供給管２１から供給されるようになっている。
【００４４】
処理ガス４１をガス供給管２１によってプラズマ室３３Ｃに供給し所定の圧力に維持した後に、高周波電力が両電極２７Ｃと２７Ｃとの間に高周波電源３１および整合器３２によって印加されると、プラズマ４０がプラズマ室３３Ｃに形成され、処理ガス４１は活性な状態となる。そして、活性化した粒子４２は隔壁３４Ｃに開設された吹出口３５Ｃから吹き出て処理室１２に供給されることにより、ボート２に保持された各ウエハ１に接触する。ウエハ１に接触した活性な粒子４２はウエハ１の表面を処理する。
【００４５】
図１２〜図１４は本発明の第五の実施の形態であるＣＶＤ装置を示している。
【００４６】
本実施の形態に係るＣＶＤ装置は、プラズマ室３７を形成する放電管３８を備えており、放電管３８は誘電体が使用されてプロセスチューブ１１よりも短い長さの略正方形の角筒形状に形成されてプロセスチューブ１１の側壁の外周の一部に垂直方向に延在するように敷設されている。放電管３８が包囲したプロセスチューブ１１の側壁には複数個の吹出口３９が上下のウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、放電管３８のプラズマ室３７には処理ガス４１がガス供給管２１から供給されるようになっている。放電管３８の周方向の両脇には放電管３８よりも短い長さの細長い平板形状に形成された一対の電極２７Ｄ、２７Ｄが大気圧に露出した状態で敷設されており、両電極２７Ｄ、２７Ｄにそれぞれ形成された各接続部２８Ｄ、２８Ｄには、高周波電力を印加する高周波電源３１が整合器３２を介して電気的に接続されている。
【００４７】
処理ガス４１をガス供給管２１によってプラズマ室３７に供給し所定の圧力に維持した後に、高周波電力が両電極２７Ｄと２７Ｄの間に高周波電源３１および整合器３２によって印加されると、プラズマ４０がプラズマ室３７に形成され、処理ガス４１は活性な状態となる。そして、活性化した粒子４２は放電管３８に連通した吹出口３９から吹き出て処理室１２に供給されることにより、ボート２に保持された各ウエハ１に接触する。ウエハ１に接触した活性な粒子４２はウエハ１の表面を処理する。
【００４８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４９】
例えば、ガス供給管の吹出口の個数は、処理するウエハの枚数に一致させるに限らず、処理するウエハの枚数に対応して増減することができる。例えば、吹出口は上下で隣合うウエハ同士間にそれぞれ対向して配置するに限らず、二枚や三枚置きに配設してもよい。
【００５０】
前記実施の形態では、キャパシタの静電容量部のＴａ2 Ｏ5 膜に介在したカーボンを除去する場合について説明したが、本発明に係るバッチ式リモートプラズマ処理装置は、その他の膜種に介在した異物（その膜種以外の分子や原子等）を除去する場合、ウエハにＣＶＤ膜を形成する場合、拡散する場合、熱処理する場合等に適用することができる。
【００５１】
例えば、ＤＲＡＭのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理において、ガス供給管に窒素（Ｎ2 ）ガスまたはアンモニア（ＮＨ3 ）または一酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）を供給し、処理室を室温〜７５０℃に加熱することにより、酸化膜の表面を窒化することができた。また、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜が形成される前のシリコンウエハの表面を水素（Ｈ2 ）ガスの活性粒子によってプラズマ処理したところ、自然酸化膜を除去することができ、所望のＳｉＧｅ膜を形成することができた。また、低温での窒素膜の形成において、ＤＣＳ（ジクロロシラン）とＮＨ3 （アンモニア）とを交互に供給してＳｉ（シリコン）とＮ（窒素）とを一層ずつ形成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition 原子層成膜）を行う場合、ＮＨ3 の供給時にＮＨ3 をプラズマで活性化して供給したところ、高品質の窒化膜が得られた。
【００５２】
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大きなスループットを得ることができるとともに、被処理基板の温度の均一性を高めることができるバッチ式リモートプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う縦断面図である。
【図３】図１のIII-III 線に沿う縦断面図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う縦断面図である。
【図６】本発明の第三の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図７】図６のVII −VII 線に沿う縦断面図である。
【図８】図６のVIII−VIII線に沿う縦断面図である。
【図９】本発明の第四の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う縦断面図である。
【図１１】図９のXI−XI線に沿う縦断面図である。
【図１２】本発明の第五の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図１３】図１２のXIII−XIII線に沿う縦断面図である。
【図１４】図１２のXIV-XIV 線に沿う縦断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（被処理基板）、２…ボート、３、４…端板、５…保持部材、６…保持溝、７…断熱キャップ部、１０…ＣＶＤ装置（バッチ式リモートプラズマ処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…処理室、１３…炉口、１４…ヒータ、１５…マニホールド、１６…排気管、１７…シールキャップ、１８…シールリング、１９…回転軸、２１…ガス供給管、２２…ガス導入口部、２３…吹出口、２４…支持筒部、２５…保護管、２６…ホルダ部、２７…電極、２８…被保持部、２９…絶縁筒、３０…シールド筒、３１…高周波電源、３２…整合器、４０…プラズマ、４１…処理ガス、４２…活性粒子、２１Ａ…ガス供給管、２７Ａ…内側の電極、２７Ｂ…外側の電極、３３…プラズマ室、３４…隔壁、３５…吹出口、２５Ｃ…保護管、２７Ｃ…電極、２８Ｃ…接続部、３３Ｃ…プラズマ室、３４Ｃ…隔壁、３５Ｃ…吹出口、３６…電極挿入口、２７Ｄ…電極、２８Ｄ…接続部、３７…プラズマ室、３８…放電管、３９…吹出口。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法に関し、例えば、半導体集積回路装置の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路装置の一例であるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memorry ）のキャパシタ（Capacitor ）の静電容量部（絶縁膜）を形成するために、五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）の使用が検討されている。Ｔａ2 Ｏ5 は高い誘電率を持つため、微細面積で大きな静電容量を得るのに適している。そして、生産性や膜質等の観点からＤＲＡＭの製造方法においては、Ｔａ2 Ｏ5 はＭＯＣＶＤ装置によって成膜することが要望されている。
【０００３】
一方、Ｔａ2 Ｏ5 膜をＭＯＣＶＤ装置によって形成すると、リーク電流発生の原因になるカーボン（Ｃ）がＴａ2 Ｏ5 膜の表面近傍に付着することが知られている。そこで、ウエハにＴａ2 Ｏ5 膜が形成された後に、Ｔａ2 Ｏ5 膜の表面近傍に存在するカーボンを除去する必要がある。そして、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置はウエハに対するプラズマダメージを防止しつつ、ウエハの加熱温度を３００〜４００℃に下げることができるため、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置によってＴａ2 Ｏ5 膜のカーボンを除去することが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置においては、Ｔａ2 Ｏ5 膜のカーボンの除去を一枚ずつ実施するために、スループットが小さくなるという問題点がある。例えば、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置における正味の処理時間を１０分、搬送系の動作時間を２分とすると、１時間当たりのウエハの処理枚数は５枚に過ぎない。
【０００５】
そして、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置はサセプタだけが処理温度に加熱されるコールドウオール形が一般的であるため、枚葉式リモートプラズマＣＶＤ装置においては、ウエハ面内を均一に加熱することが困難であり、また、チャンバの材料の選択の関係でウエハを４００℃以上に加熱することが困難であるという問題点がある。さらに、サセプタにヒータを埋設してウエハを加熱する場合においては、ウエハの反りや平面粗さによってウエハへの熱伝達が不均一になるため、例えば、５００℃±１％の均一加熱は困難である。このため、静電チャック付きヒータの利用が考えられるが、静電チャック付きヒータはきわめて高価であり、信頼性に関する価格対効果の面で支障がある。
【０００６】
本発明の目的は、大きなスループットを得ることができるとともに、被処理基板の温度の均一性を高めることができるプラズマ処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための第一の手段は、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を備えたプロセスチューブの前記処理室における前記複数枚の被処理基板の搬入領域から離れた位置には、互いに近接した一対の電極が配置されているとともに、この一対の電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記一対の電極間の空間には処理ガスが供給されるように構成されていることを特徴とする。
課題を解決するための第二の手段は、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を備えたプロセスチューブにおける前記処理室の内外には一対の電極が互いに対向して配置されているとともに、この一対の電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記処理室における前記両電極間の空間には処理ガスが供給されるように構成されていることを特徴とする。
課題を解決するための第三の手段は、複数枚の被処理基板が搬入される処理室を備えたプロセスチューブの前記処理室には互いに近接した一対の電極が配置されているとともに、両電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記処理室には前記両電極間を含み前記処理室と独立した放電室が形成されており、この放電室には処理ガスを前記処理室に供給するガス吹出口が開設されていることを特徴とする。
【０００８】
前記した各手段において、両電極間に高周波電力が印加されると、両電極間にはプラズマが生成される。このプラズマ雰囲気中に処理ガスが供給されると、中性の活性粒子が形成され、この活性粒子がプロセスチューブの内部に搬入された複数枚の被処理基板に供給されることにより、複数枚の被処理基板が一括してプラズマ処理されることになる。そして、前記した各手段によれば、複数枚の被処理基板が一括してバッチ処理されるため、スループットは被処理基板が一枚ずつ処理（枚葉処理）される場合に比べて大幅に向上させることができる。また、プロセスチューブの内部に収納された複数枚の被処理基板をホットウオール形のヒータによって加熱することにより、各被処理基板面内を均一に加熱することができるため、被処理基板のプラズマによる処理を均一化することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１０】
本実施の形態において、図１〜図３に示されているように、本発明に係るバッチ式リモートプラズマ処理装置は、バッチ式縦形ホットウオール形リモートプラズマＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）として構成されている。すなわち、ＣＶＤ装置１０は石英ガラス等の耐熱性の高い材料が用いられて一端開口で他端閉塞の円筒形状に形成されたプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ１１の筒中空部は複数枚のウエハ１が収容される処理室１２を形成しており、プロセスチューブ１１の下端開口は被処理物としてのウエハ１を出し入れするための炉口１３を形成している。プロセスチューブ１１の内径は取り扱うウエハ１の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
【００１１】
プロセスチューブ１１の外部には処理室１２を全体にわたって均一に加熱するためのヒータ１４が、プロセスチューブ１１の周囲を包囲するように同心円に設備されており、ヒータ１４はＣＶＤ装置１０の機枠（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１２】
プロセスチューブ１１の下端面にはマニホールド１５が当接されており、マニホールド１５は金属が使用されて上下両端部に径方向外向きに突出したフランジを有する円筒形状に形成されている。マニホールド１５はプロセスチューブ１１についての保守点検作業や清掃作業のためにプロセスチューブ１１に着脱自在に取り付けられている。そして、マニホールド１５がＣＶＤ装置１０の機枠（図示せず）に支持されることにより、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００１３】
マニホールド１５の側壁の一部には排気管１６の一端が接続されており、排気管１６は他端が排気装置（図示せず）に接続されて処理室１２を排気し得るように構成されている。マニホールド１５の下端面には下端開口を閉塞するシールキャップ１７が、垂直方向下側からシールリング１８を挟んで当接されるようになっている。シールキャップ１７はマニホールド１５の外径と略等しい円盤形状に形成されており、プロセスチューブ１１の外部に垂直に設備されたエレベータ（図示せず）によって垂直方向に昇降されるように構成されている。シールキャップ１７の中心線上には回転軸１９が挿通されており、回転軸１９はシールキャップ１７と共に昇降し、かつ、回転駆動装置（図示せず）によって回転されるようになっている。回転軸１９の上端には被処理物としてのウエハ１を保持するためのボート２が垂直に立脚されて支持されるようになっている。
【００１４】
ボート２は上下で一対の端板３、４と、両端板３、４間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材５とを備えており、各保持部材５には多数条の保持溝６が長手方向に等間隔に配されて互いに対向して開口するように没設されている。そして、ウエハ１の外周縁辺が各保持部材５の多数条の保持溝６間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート２に水平にかつ互いに中心を揃えられて整列されて保持されるようになっている。ボート２の下側端板４の下面には断熱キャップ部７が形成されており、断熱キャップ部７の下端面が回転軸１９に支持されている。
【００１５】
プロセスチューブ１１の内周面近傍における排気管１６と異なる位置（図示例では１８０度反対側の位置）には、処理ガスを供給するためのガス供給管２１が垂直に立脚されており、ガス供給管２１は誘電体が使用されて細長い円形のパイプ形状に形成されている。ガス供給管２１の下端部のガス導入口部２２はエルボ形状に直角に屈曲されて、マニホールド１５の側壁を径方向外向きに貫通して外部に突き出されている。ガス供給管２１には複数個の吹出口２３が垂直方向に並べられて開設されており、これら吹出口２３の個数は処理されるウエハ１の枚数に対応されている。本実施の形態において、これら吹出口２３の個数は処理されるウエハ１の枚数に一致されており、各吹出口２３の高さ位置はボートに保持された上下で隣合うウエハ１と１との間の空間に対向するようにそれぞれ設定されている。
【００１６】
マニホールド１５におけるガス供給管２１のガス導入口部２２の周方向の両脇には一対の支持筒部２４、２４が径方向外向きに突設されており、両支持筒部２４、２４には一対の保護管２５、２５のホルダ部２６、２６が径方向に挿通されてそれぞれ支持されている。各保護管２５は誘電体が使用されて上端が閉塞した細長い円形のパイプ形状に形成されており、それぞれの上下端がガス供給管２１に揃えられて垂直に立脚されている。各保護管２５の下端部のホルダ部２６はエルボ形状に直角に屈曲されて、マニホールド１５の支持筒部２４を径方向外向きに貫通して外部に突き出されており、各保護管２５の中空部内は処理室１２の外部（大気圧）に連通されている。
【００１７】
両保護管２５、２５の中空部内には導電材料が使用されて細長い棒状に形成された一対の電極２７、２７がそれぞれ同心的に敷設されており、各電極２７の下端部である被保持部２８はホルダ部２６に、放電防止のための絶縁筒２９およびシールド筒３０を介して保持されている。両電極２７、２７間には高周波電力を印加する高周波電源３１が整合器３２を介して電気的に接続されている。
【００１８】
次に、以上の構成に係るＣＶＤ装置１０を使用して、ＤＲＡＭのキャパシタの静電容量部のためのＴａ2 Ｏ5 膜の表面近傍に存在したカーボンを除去する方法を説明する。すなわち、本実施の形態においては、ＣＶＤ装置１０に供給されるウエハ１にはキャパシタの静電容量部を形成するためのＴａ2 Ｏ5 膜（図示せず）が前のＭＯＣＶＤ工程において被着されており、Ｔａ2 Ｏ5 膜の表面近傍にはカーボン（図示せず）が存在しているものとし、このカーボンをＣＶＤ装置１０によって除去するものとする。
【００１９】
ＣＶＤ装置１０の被処理基板としてのウエハ１は複数枚がボート２にウエハ移載装置（図示せず）によって装填（チャージング）される。図２および図３に示されているように、複数枚のウエハ１が装填されたボート２はシールキャップ１７および回転軸１９と共にエレベータによって上昇されて、プロセスチューブ１１の処理室１２に搬入（ボートローディング）される。
【００２０】
ウエハ１群を保持したボート２が処理室１２に搬入されると、処理室１２は排気管１６に接続された排気装置によって所定の圧力以下に排気され、ヒータ１４への供給電力が上昇されることにより、処理室１２の温度が所定の温度に上昇される。ヒータ１４がホットウオール形構造であることにより、処理室１２の温度は全体にわたって均一に維持された状態になり、その結果、ボート２に保持されたウエハ１群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ１の面内の温度分布も均一かつ同一になる。
【００２１】
処理室１２の温度が予め設定された値に達して安定した後に、処理ガス４１として酸素（Ｏ2 ）ガスが導入され、圧力が予め設定された値に達すると、ボート２が回転軸１９によって回転されながら、一対の電極２７、２７間には高周波電力が高周波電源３１および整合器３２によって印加される。処理ガス４１である酸素ガスがガス供給管２１に供給され、両電極２７、２７間に高周波電力が印加されると、図２に示されているように、ガス供給管２１の内部にプラズマ４０が形成され、処理ガス４１は反応が活性な状態になる。
【００２２】
図１および図２に破線矢印で示されているように、処理ガス４１の活性化した粒子（酸素ラジカル）４２はガス供給管２１の各吹出口２３から処理室１２にそれぞれ吹き出す。
【００２３】
活性化した粒子（以下、活性粒子という。）４２は各吹出口２３からそれぞれ吹き出すことにより、それぞれが対向するウエハ１、１間に流れ込んで各ウエハ１に接触するため、活性粒子４２のウエハ１群の全体に対する接触分布はボート２の全長にわたって均一になり、また、活性粒子の流れ方向に相当する各ウエハ１のウエハ面内の径方向の接触分布も均一になる。この際、ウエハ１はボート２の回転によって回転されているため、ウエハ１、１間に流れ込んだ活性粒子４２のウエハ面内の接触分布は周方向においても均一になる。
【００２４】
ウエハ１に接触した活性粒子（酸素ラジカル）４２はウエハ１のＴａ2 Ｏ5 膜の表面近傍に存在するカーボンと熱反応してＣＯ（一酸化炭素）を生成することにより、カーボンをＴａ2 Ｏ5 膜から除去する。この際、前述した通りに、ウエハ１の温度分布がボート２の全長かつウエハ面内で均一に維持されており、活性粒子４２のウエハ１との接触分布がボート２の全位置かつウエハ面内で均一の状態になるため、活性粒子４２の熱反応によるウエハ１におけるカーボンの除去作用はボート２の全位置かつウエハ面内において均一の状態になる。
【００２５】
ちなみに、ＤＲＡＭのキャパシタの静電容量部を形成するためのＴａ2 Ｏ5 膜のカーボンを除去する場合の処理条件は、次の通りである。処理ガスとして使用される酸素ガスの供給流量は８．４５×１０-1〜３．３８Ｐａ・ｍ3 ／ｓ、処理室の圧力は１０〜１００Ｐａ、温度は５００〜７００℃である。
【００２６】
予め設定された処理時間が経過すると、処理ガス４１の供給、回転軸１９の回転、高周波電力の印加、ヒータ１４の加熱および排気管１６の排気等が停止された後に、シールキャップ１７が下降されることによって炉口１３が開口されるとともに、ボート２に保持された状態でウエハ１群が炉口１３から処理室１２の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
【００２７】
処理室１２の外部に搬出されたウエハ１群はボート２からウエハ移載装置によってディスチャージングされる（降ろされる）。以降、前記した作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ１が一括してバッチ処理される。
【００２８】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２９】
1) 複数枚のウエハを一括してバッチ処理することにより、ウエハを一枚ずつ枚葉処理する場合に比べて、スループットを大幅に向上させることができる。例えば、枚葉処理する場合の１時間当たりの処理枚数は、処理時間を１０分、搬送系の動作時間を２分とすると、５枚である。これに対して、１００枚のウエハをバッチ処理する場合の１時間当たりの処理枚数は、処理時間を３０分、搬送系の動作時間が６０分とすると、６６．７枚である。
【００３０】
2) ボートに保持されて処理室に搬入された複数枚のウエハをホットウオール形のヒータによって加熱することにより、ウエハのボート全長および各ウエハ面内の温度を均一に分布させることができるため、処理ガスがプラズマによって活性化されてなる活性粒子によるウエハの処理状況すなわちＴａ2 Ｏ5 膜のカーボンの除去分布を均一化することができる。
【００３１】
3) 一対の細長い電極を処理室に互いに対向して敷設することにより、両電極の全長にわたってプラズマを形成することができるため、処理ガスがプラズマによって活性化されてなる活性粒子をボートに保持されたウエハ群の全長にわたってより一層均一に供給することができる。
【００３２】
4) 一対の細長い電極間の空間に処理ガスが供給されるガス供給管を敷設することにより、ガス供給管の内部において処理ガスをプラズマによって活性化することができるため、プラズマダメージがウエハに及ぶのを防止することができ、プラズマダメージによるウエハの歩留りの低下を未然に防止することができる。
【００３３】
5) ガス供給管に吹出口をボートに保持された上下のウエハの間の空間に対向させて開口することにより、活性粒子を各ウエハ間にそれぞれ流れ込ませることができるため、活性粒子のウエハ群の全体に対する接触分布をボートの全長にわたって均等にすることができ、その結果、活性粒子による処理状況をより一層均一化させることができる。
【００３４】
6) 複数枚のウエハを保持したボートを回転させることにより、ウエハ間に流れ込んだ活性粒子のウエハ面内の接触分布を周方向において均一化させることができるため、活性粒子による処理状況をより一層均一化させることができる。
【００３５】
7) ＤＲＡＭのキャパシタの静電容量部に使用されるＴａ2 Ｏ5 膜のカーボンを除去することにより、キャパシタ電極間のリーク電流を低減することができるため、ＤＲＡＭの性能を高めることができる。
【００３６】
図４および図５は本発明の第二の実施の形態であるＣＶＤ装置を示している。
【００３７】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、一対の電極２７Ａ、２７Ｂがプロセスチューブ１１の内外にそれぞれ敷設されており、ガス供給管２１Ａが両電極２７Ａと２７Ｂとの対向空間以外の位置に配設されている点である。
【００３８】
本実施の形態においては、内側の電極２７Ａと外側の電極２７Ｂとの間に高周波電力が高周波電源３１および整合器３２によって印加され、処理ガス４１がガス供給管２１Ａによって処理室１２に供給されると、プロセスチューブ１１の側壁と内側の電極２７Ａとの間にプラズマ４０が形成され、処理ガス４１は反応活性な状態になる。そして、活性化した粒子４２は処理室１２の全体に拡散することにより、ボート２に保持された各ウエハ１に接触する。ウエハ１に接触した活性粒子４２は熱反応によってウエハ１のＴａ2 Ｏ5 膜に介在したカーボンを除去する。
【００３９】
図６〜図８は本発明の第三の実施の形態であるＣＶＤ装置を示している。
【００４０】
本実施の形態において、プロセスチューブ１１の内壁面に沿うように垂直に設けられた一対の保護管２５、２５は、下方で曲げられプロセスチューブ１１の側面を貫通しており、両保護管２５、２５には一対の電極２７、２７がプロセスチューブ１１の側面の下方から挿入されている。また、プロセスチューブ１１の内周にはプラズマ室３３を形成する樋形状の隔壁３４が両保護管２５、２５を気密に取り囲むように設置されており、隔壁３４には複数個の吹出口３５が上下のウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されている。さらに、プロセスチューブ１１の側面下部のプラズマ室３３にガスを供給可能な位置には、ガス供給管２１が設けられている。
【００４１】
処理ガス４１をプラズマ室３３に供給し所定の圧力に維持した後に、高周波電力が両電極２７と２７の間に高周波電源３１および整合器３２によって印加されると、プラズマ４０がプラズマ室３３に形成され、処理ガス４１は活性化される。そして、活性化した電気的に中性の粒子４２は隔壁３４に開設された吹出口３５から吹き出て処理室１２に供給されることにより、ボート２に保持された各ウエハ１に接触する。ウエハ１に接触した活性な粒子４２はウエハ１の表面を処理する。
【００４２】
図９〜図１１は本発明の第四の実施の形態であるＣＶＤ装置を示している。
【００４３】
本実施の形態に係るＣＶＤ装置は、プロセスチューブ１１よりも短い長さの細長い平板形状に形成された一対の電極２７Ｃ、２７Ｃを備えており、両電極２７Ｃ、２７Ｃはプロセスチューブ１１の側壁の一部に互いに平行でかつ上下端を揃えられた状態で垂直方向に延在するように開設された一対の電極挿入口３６、３６にプロセスチューブ１１の外側からそれぞれ挿入されている。プロセスチューブ１１の内周面には一対の保護管２５Ｃ、２５Ｃが一対の電極挿入口３６、３６にそれぞれ対向するように突設されており、両電極２７Ｃ、２７Ｃの挿入端部は一対の保護管２５Ｃ、２５Ｃにそれぞれ挿入されて包囲されている。両電極挿入口３６、３６および両保護管２５Ｃ、２５Ｃの間口幅は両電極２７Ｃ、２７Ｃの板厚よりも若干広めに設定されており、両電極２７Ｃ、２７Ｃは大気圧に露出した状態になっている。両電極２７Ｃ、２７Ｃの下端部には接続部２８Ｃ、２８Ｃが外向きにそれぞれ突設されており、接続部２８Ｃ、２８Ｃには高周波電力を印加する高周波電源３１が、整合器３２を介して電気的に接続されている。両保護管２５Ｃ、２５Ｃ間には両保護管２５Ｃ、２５Ｃと協働してプラズマ室３３Ｃを形成する平板形状の隔壁３４Ｃが架設されており、隔壁３４Ｃには複数個の吹出口３５Ｃが上下のウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されている。プラズマ室３３Ｃには処理ガス４１がガス供給管２１から供給されるようになっている。
【００４４】
処理ガス４１をガス供給管２１によってプラズマ室３３Ｃに供給し所定の圧力に維持した後に、高周波電力が両電極２７Ｃと２７Ｃとの間に高周波電源３１および整合器３２によって印加されると、プラズマ４０がプラズマ室３３Ｃに形成され、処理ガス４１は活性な状態となる。そして、活性化した粒子４２は隔壁３４Ｃに開設された吹出口３５Ｃから吹き出て処理室１２に供給されることにより、ボート２に保持された各ウエハ１に接触する。ウエハ１に接触した活性な粒子４２はウエハ１の表面を処理する。
【００４５】
図１２〜図１４は本発明の第五の実施の形態であるＣＶＤ装置を示している。
【００４６】
本実施の形態に係るＣＶＤ装置は、プラズマ室３７を形成する放電管３８を備えており、放電管３８は誘電体が使用されてプロセスチューブ１１よりも短い長さの略正方形の角筒形状に形成されてプロセスチューブ１１の側壁の外周の一部に垂直方向に延在するように敷設されている。放電管３８が包囲したプロセスチューブ１１の側壁には複数個の吹出口３９が上下のウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、放電管３８のプラズマ室３７には処理ガス４１がガス供給管２１から供給されるようになっている。放電管３８の周方向の両脇には放電管３８よりも短い長さの細長い平板形状に形成された一対の電極２７Ｄ、２７Ｄが大気圧に露出した状態で敷設されており、両電極２７Ｄ、２７Ｄにそれぞれ形成された各接続部２８Ｄ、２８Ｄには、高周波電力を印加する高周波電源３１が整合器３２を介して電気的に接続されている。
【００４７】
処理ガス４１をガス供給管２１によってプラズマ室３７に供給し所定の圧力に維持した後に、高周波電力が両電極２７Ｄと２７Ｄの間に高周波電源３１および整合器３２によって印加されると、プラズマ４０がプラズマ室３７に形成され、処理ガス４１は活性な状態となる。そして、活性化した粒子４２は放電管３８に連通した吹出口３９から吹き出て処理室１２に供給されることにより、ボート２に保持された各ウエハ１に接触する。ウエハ１に接触した活性な粒子４２はウエハ１の表面を処理する。
【００４８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００４９】
例えば、ガス供給管の吹出口の個数は、処理するウエハの枚数に一致させるに限らず、処理するウエハの枚数に対応して増減することができる。例えば、吹出口は上下で隣合うウエハ同士間にそれぞれ対向して配置するに限らず、二枚や三枚置きに配設してもよい。
【００５０】
前記実施の形態では、キャパシタの静電容量部のＴａ2 Ｏ5 膜に介在したカーボンを除去する場合について説明したが、本発明に係るバッチ式リモートプラズマ処理装置は、その他の膜種に介在した異物（その膜種以外の分子や原子等）を除去する場合、ウエハにＣＶＤ膜を形成する場合、拡散する場合、熱処理する場合等に適用することができる。
【００５１】
例えば、ＤＲＡＭのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理において、ガス供給管に窒素（Ｎ2 ）ガスまたはアンモニア（ＮＨ3 ）または一酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）を供給し、処理室を室温〜７５０℃に加熱することにより、酸化膜の表面を窒化することができた。また、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜が形成される前のシリコンウエハの表面を水素（Ｈ2 ）ガスの活性粒子によってプラズマ処理したところ、自然酸化膜を除去することができ、所望のＳｉＧｅ膜を形成することができた。また、低温での窒素膜の形成において、ＤＣＳ（ジクロロシラン）とＮＨ3 （アンモニア）とを交互に供給してＳｉ（シリコン）とＮ（窒素）とを一層ずつ形成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition 原子層成膜）を行う場合、ＮＨ3 の供給時にＮＨ3 をプラズマで活性化して供給したところ、高品質の窒化膜が得られた。
【００５２】
前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大きなスループットを得ることができるとともに、被処理基板の温度の均一性を高めることができるバッチ式リモートプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う縦断面図である。
【図３】図１のIII-III 線に沿う縦断面図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う縦断面図である。
【図６】本発明の第三の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図７】図６のVII −VII 線に沿う縦断面図である。
【図８】図６のVIII−VIII線に沿う縦断面図である。
【図９】本発明の第四の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う縦断面図である。
【図１１】図９のXI−XI線に沿う縦断面図である。
【図１２】本発明の第五の実施の形態であるＣＶＤ装置を示す平面断面図である。
【図１３】図１２のXIII−XIII線に沿う縦断面図である。
【図１４】図１２のXIV-XIV 線に沿う縦断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ（被処理基板）、２…ボート、３、４…端板、５…保持部材、６…保持溝、７…断熱キャップ部、１０…ＣＶＤ装置（バッチ式リモートプラズマ処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…処理室、１３…炉口、１４…ヒータ、１５…マニホールド、１６…排気管、１７…シールキャップ、１８…シールリング、１９…回転軸、２１…ガス供給管、２２…ガス導入口部、２３…吹出口、２４…支持筒部、２５…保護管、２６…ホルダ部、２７…電極、２８…被保持部、２９…絶縁筒、３０…シールド筒、３１…高周波電源、３２…整合器、４０…プラズマ、４１…処理ガス、４２…活性粒子、２１Ａ…ガス供給管、２７Ａ…内側の電極、２７Ｂ…外側の電極、３３…プラズマ室、３４…隔壁、３５…吹出口、２５Ｃ…保護管、２７Ｃ…電極、２８Ｃ…接続部、３３Ｃ…プラズマ室、３４Ｃ…隔壁、３５Ｃ…吹出口、３６…電極挿入口、２７Ｄ…電極、２８Ｄ…接続部、３７…プラズマ室、３８…放電管、３９…吹出口。
Claims (17)
- 複数枚の被処理基板が挿入される処理室を備えたプロセスチューブの内部に互いに近接し、それぞれが保護管で覆われた一対の電極が配置されているとともに、両電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記プロセスチューブ内には前記両電極間を含み前記処理室と独立した放電室が形成されており、この放電室には処理ガスを前記処理室に供給するガス吹出口が開設されており、
前記プロセスチューブ内に前記被処理基板が収容されている際には、前記被処理基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 複数枚の基板が積層して収容される処理室と、
それぞれが保護管で覆われており、前記基板の積層方向に延在する一対の電極であって、前記処理室内の前記基板の側方に配置され、高周波電力が印加される一対の電極と、
前記一対の電極の間に処理ガスを供給するガス供給手段とを有したプラズマ処理装置であって、
前記処理室内に積層される前記基板の側方における前記処理室の内周壁の一部に形成され、前記一対の電極を収容するように前記処理室から区画された放電室を更に有し、
前記放電室には、 前記処理室内に前記処理ガスを供給するためのガス吹出口が設けられており、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記ガス吹出口は前記基板と前記電極との間に設けられる前記放電室の壁であって、前記基板側から見て前記一対の電極の間の位置に相当する壁の部分に開設されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
- 前記一対の電極は、前記基板が積層される方向に延在する棒状の電極であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
- 複数枚の基板が積層して収容される処理室と、
前記処理室の内部と外部に配置され、内部の電極は保護管で覆われる一対の電極であって、前記処理室内の前記基板の側方でこの一対の電極のそれぞれが対向するように配置され、高周波電力が印加される一対の電極と、
前記処理室内に処理ガスを供給するため、前記一対の電極の間から離れた場所に前記処理ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた位置に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 複数枚の基板が積層して収容される処理室を形成するプロセスチューブと、
前記プロセスチューブの内周壁の一部に形成され前記処理室から区画された放電室と、
それぞれが保護管で覆われており、前記基板の積層方向に延在して前記放電室に収容され、高周波電力が印加される一対の電極と、
前記放電室内に処理ガスを供給して前記一対の電極の間の空間に前記処理ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記プロセスチューブ内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されるプラズマ処理装置。 - 基板を収容する処理室と、
前記処理室の内周壁の一部に形成され前記処理室から区画された放電室と、
前記処理室と前記放電室の周囲に設けられ、前記基板を加熱するヒータと、
それぞれが保護管で覆われており、前記ヒータの内側に配置され、かつ、前記放電室に収容され高周波電力が印加される棒状の一対の電極と、
前記放電室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 基板を収容する処理室と、
それぞれが保護管で覆われており、高周波電力が印加される一対の電極と、
前記一対の電極を収容し、前記処理室の内周壁の一部に形成され前記処理室から区画された放電室と、
前記処理室内の基板を加熱し、前記処理室と放電室の周囲に設けられたヒータと、
前記放電室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給するため前記放電室に設けられたガス吹出口と、を備え、
前記ガス吹出口は前記基板と前記一対の電極との間に設けられる前記放電室の壁であって、前記基板側から見て前記一対の電極の間の位置に相当する壁の部分に開設されており、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記処理室と前記放電室とは前記プロセスチューブ内に収容され、前記放電室は前記プロセスチューブの内側周辺部に配置された水平断面が略コ字状の樋形状の隔壁にて構成されていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
- 基板を収容する処理室と、
それぞれが保護管で覆われており、高周波電力が印加される一対の電極を収容する放電室であって、前記処理室の内周壁の一部に形成され前記処理室から区画される前記放電室と、
前記処理室と放電室とを含むプロセスチューブと、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記放電室内に処理ガスを供給するガス供給手段とを有し、
前記放電室は前記ヒータと前記基板との間の空間に位置し、前記放電室内でプラズマが生成され、前記処理ガスが活性化され、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 複数枚の被処理基板が挿入される処理室を備えたプロセスチューブの内部に互いに近接し、それぞれが保護管で覆われた一対の電極が配置されているとともに、両電極間には高周波電力を印加する電源が接続されており、前記プロセスチューブ内には前記両電極間を含み前記処理室と独立した放電室が形成されており、この放電室には処理ガスを前記処理室に供給するガス吹出口が開設されており、
前記プロセスチューブ内に前記被処理基板が収容されている際には、前記被処理基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置を用いて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板を加熱する工程と、
前記処理ガスを供給する工程と、
前記一対の電極に高周波電力を印加する工程と、を有した半導体装置の製造方法。 - 複数枚の基板が積層して収容される処理室と、
それぞれが保護管で覆われており、前記基板の積層方向に延在する一対の電極であって、前記処理室内の前記基板の側方に配置され、高周波電力が印加される前記一対の電極と、
前記一対の電極の間に処理ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記処理室内に積層される前記基板の側方における前記処理室の内周壁の一部に形成され、前記一対の電極を収容するように前記処理室から区画された放電室を更に有し、
前記放電室には、前記処理室内に前記処理ガスを供給するためのガス吹出口が設けられており、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されるプラズマ処理装置を用いて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板を加熱する工程と、
前記処理ガスを供給する工程と、
前記一対の電極に高周波電力を印加する工程と、を有した半導体装置の製造方法。 - 複数枚の基板が積層して収容される処理室と、
前記処理室の内部と外部に配置され、内部の電極は保護管で覆われる一対の電極であって、前記処理室内の前記基板の側方でこの一対の電極のそれぞれが対向するように配置され、高周波電力が印加される一対の電極と、
前記処理室内に処理ガスを供給するため、前記一対の電極の間から離れた場所に前記処理ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた位置に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置を用いて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板を加熱する工程と、
前記処理ガスを供給する工程と、
前記一対の電極に高周波電力を印加する工程と、を有した半導体装置の製造方法。 - 複数枚の基板が積層して収容される処理室を形成するプロセスチューブと、
前記プロセスチューブの内周壁の一部に形成され前記処理室から区画された放電室と、
それぞれが保護管で覆われており、前記基板の積層方向に延在して前記放電室に収容され、高周波電力が印加される一対の電極と、
前記放電室内に処理ガスを供給して前記一対の電極の間の空間に前記処理ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記プロセスチューブ内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されるプラズマ処理装置を用いて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板を加熱する工程と、
前記処理ガスを供給する工程と、
前記一対の電極に高周波電力を印加する工程と、を有した半導体装置の製造方法。 - 基板を収容する処理室と、
前記処理室の内周壁の一部に形成され前記処理室から区画された放電室と、
前記処理室と前記放電室との周囲に設けられ、前記基板を加熱するヒータと、
それぞれが保護管で覆われており、前記ヒータの内側に配置され、かつ、前記放電室に収容され高周波電力が印加される棒状の一対の電極と、
前記放電室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されるプラズマ処理装置を用いて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板を加熱する工程と、
前記処理ガスを供給する工程と、
前記一対の電極に高周波電力を印加する工程と、を有した半導体装置の製造方法。 - 基板を収容する処理室と、
それぞれが保護管で覆われており、高周波電力が印加される一対の電極と、
前記一対の電極を収容し、前記処理室の内周壁の一部に形成され前記処理室から区画された放電室と、
前記処理室内の基板を加熱し、前記処理室と前記放電室との周囲に設けられたヒータと、
前記放電室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内に前記処理ガスを供給するため前記放電室に設けられたガス吹出口とを備え、
前記ガス吹出口は前記基板と前記電極との間に設けられる前記放電室の壁であって、前記基板側から見て前記一対の電極の間の位置に相当する壁の部分に開設されており、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されるプラズマ処理装置を用いて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板を加熱する工程と、
前記処理ガスを供給する工程と、
前記一対の電極に高周波電力を印加する工程と、を有した半導体装置の製造方法。 - 基板を収容する処理室と、
それぞれが保護管で覆われており、高周波電力が印加される一対の電極を収容する放電室であって、前記処理室の内周壁の一部に形成され前記処理室から区画される前記放電室と、
前記処理室と放電室とを含むプロセスチューブと、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記放電室内に処理ガスを供給するガス供給手段とを有し、
前記放電室は前記ヒータと前記基板との間の空間に位置し、前記放電室内でプラズマが生成され、前記処理ガスが活性化され、
前記処理室内に前記基板が収容されている際には、前記基板が前記一対の電極間の空間を避けた前記放電室外の位置に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置を用いて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板を加熱する工程と、
前記処理ガスを供給する工程と、
前記一対の電極に高周波電力を印加する工程と、を有した半導体装置の製造方法。
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