JP4020306B2

JP4020306B2 - 基板処埋装置

Info

Publication number: JP4020306B2
Application number: JP2002293895A
Authority: JP
Inventors: 忠司紺谷; 一行豊田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-10-07
Also published as: JP2004124234A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程の一工程で用いられる反応室内で基板を処理する基板処理装置に係り、特に基板を処理する基板用処理ガスを活性化するプラズマを生成する電極の挿入構造を改善したものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法により反応室内で基板を処理する縦型の基板処理装置が知られている。この基板処理装置を、図７及び図８を参照しながら簡単に説明する。
図７及び図８は、先に提案されている縦型の基板処理装置における反応室である反応管内部の模式的な断面図である。
【０００３】
図７及び図８に示すように、反応管１０１内の中央部には、複数枚の被処理対象の基板として例えば直径２００ｍｍのウェーハ２を多段に同一間隔で載置したボート３７が配置されており、このボート３７は図示しないボートエレベータにより反応管１０１に出入りできるようになっている。ボート３７は、軸受２２に回転自在に密閉に軸支された回転軸１９に支持されたボート台２１上に配設され、その回転軸１９が回転機構２０に連結されている。
【０００４】
反応管１０１は、シールフランジ１４０により密閉される。
反応管１０１の内壁の一部には、ウェーハ２の積載方向に沿って延在するバッファ室１０６が設けられている。バッファ室１０６には、ガス導入口８が接続されていると共に、ウェーハ２と隣接する壁部にはガス供給口としてのバッファ室孔１０３が設けられている。
反応管１０１の下部には排気ポート４が設けられており、反応管１０１内のガスを排気することができるようになっている。
【０００５】
バッファ室１０６内には、一対の電極１１１が下部より上方にわたってそれぞれ電極保護管１１０、１１５に保護されて配設され、高周波電力を印加できるようになっている。この結果、電極１１１はバッファ室１０６内において、プラズマを発生させることができ、バッファ室１０６は、リモートプラズマの放電室も兼ねることになる。
【０００６】
電極保護管１１０、１１５は、電極１１１がバッファ室１０６内でガスと接触しないように保護するためのものである。
例えば、図７に示すように、電極保護管１１０は、細長い構造を有する電極１１１が挿入可能な直線円筒形（管状）に形成され、バッファ室１０６内に配設される上端部が閉塞されていると共に、下端部が開口されて、電極１１１の差し込み口１１２が下部に配置された構造になっている。つまり、電極保護管１１０は、反応管１０１の下部のボート３７を出し入れする開放端を密閉するシールフランジ１４０やボートエレベータの一部材などの金属部材を貫通して配設されている。
【０００７】
また、図８に示すように、電極保護管１１５は、ウェーハ２が存在しうる位置ではバッファ室１０６内に沿って延在する垂直部１１６と、その垂直部１１６から屈曲して反応管１０１の下部側壁を貫通する傾斜部１１７とから形成され、電極１１１を反応管１０１の側部から挿入する構造になっている。
【０００８】
図７、図８において、電極保護管１１０、１１５に差し込まれた電極１１１に、高周波電力を印加することにより、バッファ室１０６内において、プラズマを発生させることができる。このバッファ室１０６にガス導入口８（図８では省略）から処理用ガスを導入させると、導入されたガスはプラズマによって活性化され、バッファ室１０６のバッファ室孔１０３から、反応管１０１のボート３７に多段に等間隔で載置された複数のウェーハ２上に供給される。これによりウェーハ２上に成膜がなされる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマの作用で生成された活性種には寿命があり、プラズマ生成部とウェーハ２との距離が離れていると、活性種は、ウェーハ２に供給される前に失活し、ウェーハ２上で反応に寄与する活性種の量が著しく減少してしまうので、プラズマの生成はウェーハ２の近傍でおこなうのが望ましい。このため、反応管１０１内あるいは反応管１０１の近傍、図示例ではウェーハ２の近くである反応管１０１内のバッファ室１０６内で処理ガスの活性種を生成するので、生成した処理ガスの大量の活性種を効率よくウェーハ２へ供給することができる。
【００１０】
このように、反応管１０１にバッファ室１０６を設けた場合、プラズマを生成する電極１１１のバッファ室１０６への挿入は、図７に示すように、反応管１０１の下部から行う場合と、図８に示すように、反応管１０１の側部から行う場合とがある。
【００１１】
前者の反応管１０１の下部から電極１１１を挿入する場合には、電極保護管１１０は、図７に示すように、反応管１０１の下部の開放端を密閉するシールフランジ１４０やボートエレベータの一部材などの金属部材を貫通するため、反応管１０１内の気密を維持するには構造が複雑になる。
【００１２】
すなわち、反応管１０１のバッファ室１０６の所定の位置に常に電極１１１（電極保護管１１０）を固定させる場合には、シールフランジ１４０やボートエレベータの一部材などの金属部材は反応管１０１へのウェーハ２の出し入れを行う際に移動する移動部材であるので、シールフランジ１４０等と電極保護管１１０との間のシールをするには高度な技術が必要になり、構造が複雑になる。
【００１３】
また、電極保護管１１０をシールフランジ１４０等に固着して気密を維持する場合には、電極保護管１１０はシールフランジ１４０等と共に移動するため、電極保護管１１０内に電極１１１を常に挿入した状態であると、電極１１１の移動を許容する余長分の長さの電極１１１が必要になると共に、電極１１１が移動するスペースが必要になり、構造が複雑になると共に大型化する。また、反応管１０１内にボート３７を収容した後、つまり、シールフランジ１４０で反応管１０１を密閉した後毎に電極保護管１１０に電極１１１を挿入すれば、電極１１１の移動を許容する分の長さの電極１１１及び電極１１１が移動するスペースが不要になるが、ウェーハ２の処理毎に電極１１１の抜き差しを行わなければならず、かえって手間がかかってしまう。
【００１４】
また、電極１１１をボートエレベータの一部材などの金属部材を貫通させる場合、またはそのボートエレベータの一部材が金属部材で形成されていないときでも、電極を貫通させる周囲に金属部材が存在する場合には、金属部材との放電を起こさないような構造にする必要があり、より構造が複雑になってしまう。
【００１５】
後者の反応管１０１の側部から電極１１１を挿入する場合には、電極保護管１１５は、図８に示すように、垂直部１１６と傾斜部１１７との屈曲した形状に形成されているため、電極１１１としては、電極保護管１１５の曲がりを考慮した屈曲性のある部材を使用しなければならない。特に屈曲性のある部材を使用した電極は、電極保護管１１５の垂直部１１６内を重力方向に逆らって下方から上方に挿入した場合、次のような不具合がある。例えば、図９に示すように、直線状の電極保護管１１５内に電極１１１が移動し得る空間が必要以上にあると、電極保護管１１５内で電極１１１が傾くことも考えられる。また、電極１１１を重力方向に逆らって直線状の電極保護管１１５内に挿入すると、図１０に示すように、電極１１１が自重で変形して、撓んだり傾いたりすることも考えられる。なお、図９及び図１０は、電極保護管１１５と電極１１１との関係を明確に表すために誇張して図示したものである。これらのように、電極１１１が電極保護管１１５内で傾いたり撓んだりすること、つまり、電極自体が変形・変質することで、プラズマの生成に影響が及ぼすことがあり得る。特に図１０に示すように、電極１１１が自重により撓むと、電極保護管１１５内の上部では電極１１１が存在しない箇所が生じ、プラズマの生成に影響を及ぼす可能性が高くなる。なお、この後者の電極１１１の変形、撓みは、同じく電極１１１を重力に逆らって電極保護管１１０に挿入する前者にも共通する。
【００１６】
そこで本発明の目的は、電極の挿入を簡単な構造で行えると共に、電極自体の変形・変質によるプラズマの生成に影響が小さい基板処理装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、複数の基板を多段に重ねて反応管の開放端から反応室に挿入し、減圧状態でプラズマにより活性化した処理ガスを反応室に供給して前記複数の基板を一括して処理する基板処理装置において、前記反応管の側部にプラズマ生成室を設け、前記プラズマ生成室に、プラズマ生成用の電極を前記反応管の開放端と逆側から重力方向に沿って挿入したことを特徴とする基板処理装置である。
【００１８】
これにより、プラズマ生成用の電極はプラズマ室において重力方向に沿って挿入されるので、簡単に電極の挿入を行えると共に、電極を挿入するとき及び挿入後に、電極が自重により極端に傾いたり、撓んだりしないので、プラズマの生成に対する影響を小さくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
本発明の実施の形態にておこなった、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説明する。
【００２０】
ここで、図１〜図６を用いて本発明の実施の形態について説明する。
尚、図１〜図６において共通する箇所には同一の符号を付して示した。
【００２１】
まず図４を用いて本発明に係る縦型の基板処理装置の機構概要について説明する。
図４は、複数枚の被処理用の基板である直径２００ｍｍのウェーハを、石英製の反応管内に積載し、プロセス処理としてＡＬＤ法による成膜処理をおこなう縦型の基板処理装置例の概要を示した図である。
縦型の基板処理装置は、図４に示すように、本体６０および本体６０へ電力等を供給するユーティリティ部６１を有している。
【００２２】
本体６０の内部には、ウェーハにプロセス処理を施す縦型の反応炉を有する。反応炉は、内部に反応室を形成した反応管１と、その反応管１内の基板を加熱するヒータ３９とを備える。反応管１の下方には、反応管１中へウェーハを出し入れするボート３７及びボート３７を上下移動させるボートエレベータ３６が配設されている。
ボート（石英のボート）３７は、例えば１００枚のウェーハを載置することができるものである。
ボートエレベータ３６はアーム４３を具備し、このアーム４３には反応管１を密閉するシールフランジ４０が設けられている。シールフランジ４０に、基板保持具であるボート３７が載置されている。ボート３７は、ウェーハを水平姿勢で多段に保持するものであり、ボートエレベータ３６により反応管１内に装入、引出しされる。
【００２３】
また、反応管１内には、プラズマを生成するための棒状の電極１１が設けられ、この電極１１には、ＲＦマッチングユニット２６を介して高周波電源２７が接続され、電極１１に高周波電力が印可される。
【００２４】
また、本体６０の内部には、前記ボート３７へ供給されるウェーハが収納された基板搬送容器であるカセット３２を一時保管するカセット棚３４と、このカセット棚３４よりボート３７へ被処理前ウェーハを搬入し、被処理後ウェーハを搬出するウェーハ移載機３８と、が設けられている。
カセット棚３４は、複数例えば１２個のカセット３２を保管することができるものである。
また、本体６０の前面（正面）近傍には、カセット棚３４と対向するようにＩ／Ｏステージ３３が設けられている。
【００２５】
Ｉ／Ｏステージ３３は、例えばウェーハが２５枚収容されたカセット３２の授受を装置外部との間で行うものである。具体的には、Ｉ／Ｏステージ３３は、カセット３２を２個載置可能なカセットステージ５０、カセットステージ５０の下方に基板姿勢整合機５１を具備しており、外部搬送装置（図示せず）より搬送されたカセット３２がカセットステージ５０に垂直姿勢（すなわち、カセット３２に収容されるウェーハが垂直姿勢の状態）で載置されると、前記基板姿勢整合機５１がカセット３２内のウェーハのノッチやオリエンテーションフラットが同一位置となるよう、ウェーハの姿勢を整合し、カセットステージ５０が９０°回転し、カセット３２を水平姿勢とすると共にカセットローダ３５により搬送可能な状態にするように構成されている。
Ｉ／Ｏステージ３３の上方には予備カセット棚５２が設けられている。
【００２６】
Ｉ／Ｏステージ３３とカセット棚３４との間には、カセット３２をＩ／Ｏステージ３３とカセット棚３４との相互間において運搬するカセットローダ３５が設けられている。
カセットローダ３５は前後方向に進退可能なロボットアーム５４を具備している。ロボットアーム５４は、横行及び昇降可能となっており、ロボットアーム５４の進退、横行、昇降の協動により、カセットステージ５０からカセット棚３４、又は予備カセット棚５２へカセット３２の搬送が行われる。
【００２７】
ウェーハ移載機３８は、回転、昇降可能に設けられた搬出入部５６を具備し、搬出入部５６には、ウェーハ保持部５７が配設されている。ウェーハ保持部５７には、進退可能なウェーハ保持プレート５８を有し、ウェーハを複数枚一括、あるいは一枚ずつ保持可能となっている。例えば、ウェーハ移載機３８は、カセット棚３４のカセット３２から下降状態のボート３７に５枚ずつウェーハを移載するものであり、１００枚のウェーハを搬送する場合には２０回の搬送動作を繰り返すことにより行われる。
【００２８】
ここで、上述した縦型の基板処理装置の動作について簡単に説明する。
Ｉ／Ｏステージ３３に、ウェーハが収納されたカセット３２をセットする。
Ｉ／Ｏステージ３３にセットされたカセット３２はカセットローダ３５によって順次カセット棚３４に運ばれる。
【００２９】
本実施の形態の場合、カセット３２には２５枚のウェーハが収納されている。
ウェーハ移載機３８は力セット棚３４からウェーハを搬出し、石英のボート３７に搬送する。ボート３７には１００枚のウェーハが装填できるため、上記ウェーハ移載機３８による搬送動作が何度か繰り返される。
ボート３７へのウェーハの搬送が終了したら、ボート３７は、ボートエレベータ３６により上昇して反応管１のなかに挿入され、この後、ボート３７下部のシールフランジ４０によって反応管１内部が気密に保持される。
【００３０】
反応管１内のガスは、排気ポートを介してポンプで排気し、所定の圧力に到達したら、ボート３７を回転機構により回転させながら、反応管１内部に一定流量の成膜の処理用ガスを供給する。供給される処理用ガスは、図示しない圧力調整機構よって一定の圧力に保たれている。このとき反応管１内部のウェーハは、ヒータ３９によって所定の温度に保持されている。
【００３１】
このようにして、ウェーハ上に成膜処理をおこなうプロセスが進行するがその内容については後述する。
またこのとき、プラズマを用いて成膜処理をおこなう場合は、電極１１に高周波電源５１よりＲＦマッチングユニット５３を介して高周波電力を印可し、前記成膜用ガス中でプラズマを生成し、この成膜用ガスを活性化する操作もおこなわれるがその内容についても後述する。
成膜処理のプロセスが完了すると、ウェーハボート３７は、ボートエレベータ３６により反応管１より降ろされ、ウェーハ移載機３８、カセット棚３４、カセットローダ３５を経由してＩ／Ｏステージ３３に運ばれ、装置外部へ搬出される。
【００３２】
次に、上述した縦型の基板処理装置を用い、成膜処理プロセスにＡＬＤ法を用いた実施の形態について説明する。
【００３３】
図１及び図２は、第１の実施の形態にかかる縦型の基板処理装置における反応炉の模式的な断面図である。
図１及び図２に示すように、反応管１は、上部が閉塞されて円筒状に形成されている。反応管１の外周には、反応管１を囲繞する筒状のヒータ３９が設けられており、プロセス（成膜）中、反応管１内が加熱されて一定の温度に保持されるようになっている。反応管１は、シールフランジ４０により密閉される。
【００３４】
反応管１内の中央部には複数枚のウェーハ２を多段に同一間隔で載置するボート３７が設けられており、このボート３７は上述したボートエレベータにより反応管１に出入りできるようになっている。
ボート３７は、軸受２２に回転自在に密閉に軸支された回転軸１９に支持されたボート台２１上に配設され、その回転軸１９が回転機構２０に連結されており、処理の均一性を向上する為にボート３７が回転し得る構造になっている。
【００３５】
ボート３７が反応管１内に入り、ウェーハ２に成膜処理がおこなわれる際、多段に載置された状態の各ウェーハ２は、第１バッファ室６と等距離をもって載置された状態となる。
第１バッファ室６は、反応管１の内壁とウェーハ２との間の空間、図示例では反応管１の内壁に沿って円弧状に設けられている。また、第１バッファ室６は、反応管１の内壁にその軸方向に沿っていると共に、反応管１の下部より上部の内壁にウェーハ２の積載方向に沿って設けられている。
【００３６】
第１バッファ室６のウェーハ２と隣接する内壁の中央部にはガス供給口としてのバッファ室孔３が設けられている。このバッファ室孔３は反応管１の中心へ向けて開口している。
そして、反応管の外壁を構成する第１バッファ室６の外壁の中央部の下方には、ガス導入口８が設けられている。
【００３７】
第１バッファ室６に設けられているバッファ室孔３の開口状態の一例を図３を用いて説明する。
図３は、バッファ室の斜視図である。
図３に示す第１バッファ室６は、断面が円弧状を有するパイプで、その内側の曲面の中央部には、多数のバッファ室孔３が、ウェーハ２の積載方向に沿って直線的に並んで設けられている。多数のバッファ室孔３の開口面積は、噴出するガス流量が同量となるように、前記ガス導入口８から見て上流側（図３においては下方）より下流側（図３においては上方）に向かって大きくなっている。
【００３８】
ここで再び、図１及び図２に戻る。
反応管１下部のガス導入口８と反対側の側面には、図示していない排気ポンプに連なる排気ポート４が設けられており、反応管１内のガスを排気することができるようになっている。
【００３９】
また、第１バッファ室６と異なる位置の反応管１の内壁には、第２バッファ室４５が設けられている。この第２バッファ室４５は、ＡＬＤ法による成膜において、ウェーハ２へ複数種類のガスを1種類ずつ交互に供給する際に、第１バッファ室６とガス供給種を分担するものである。
この第２バッファ室４５も、第１バッファ室６と同様にウェーハ２と隣接する位置に同一ピッチで反応ガスバッファ室孔４６を有し、下部には反応ガス導入口４７を有している。反応ガスバッファ室孔４６は、バッファ室孔３と同様に開口面積が上流側から下流に向かうに従って大きくなる構成を有しているが、第２バッファ室４５は、第１バッファ室６と異なり後述する電極１１を有していない。
【００４０】
第１バッファ室６内には、ガス導入口８から導入された処理ガスを活性化させるプラズマ９を生成させる一対の電極１１が、反応管１の開放端と逆側の上部より下方にわたってそれぞれ垂設された電極保護管１０に保護されて配設されている。電極１１は整合器（ＲＦマッチングユニット）１７を介して高周波電源１６に接続されており、高周波電源１６の出力する高周波電力をＲＦマッチングユニット１７を介して印加できるようになっている。この結果、電極１１は第１バッファ室６内において、プラズマ９を発生させることができ、第１バッファ室６は、プラズマ生成室も兼ねたものである。
【００４１】
一対の電極１１の間隔は、プラズマ９の生成が第１バッファ室６の内部に限定されるように、適切な距離に設定することが好ましく好適には２０ｍｍ程度である。
一対の電極１１を収容する一対の電極保護管１０の配置位置は、第１バッファ室６内のどこでも良いが、第１バッファ室６に導入されたガスがプラズマ９中を確実に通過していくことが好ましく、好適には円弧状の第１バッファ室６内の円弧の両端部の近傍にそれぞれ配設することがよい。また、第１バッファ室６内部に生成されたプラズマ９が拡散して第１バッファ室６の室外に漏れることのないよう、電極保護管１０とバッファ室孔３との距離は適切な間隔に調整するようにすることが好ましい。これにより、バッファ室孔３からウェーハ２に供給されるのは電気的に中性な処理ガスの活性種のみとなり、ウェーハ２のチャージアップによるダメージを回避することができる。
【００４２】
電極保護管１０は、電極１１が第１バッファ室６内でガスと接触しないようにするためのものである。一対の電極保護管１０は、反応管１の開放端と逆側である上壁を貫通して第１バッファ室６内の上部より下方に重力方向に沿って配設されていると共に、上壁の貫通孔に溶着等により密閉固定された吊り下げ構造となっている。すなわち、電極保護管１０は、細長い構造を有する電極１１を第１バッファ室６の雰囲気と隔離した状態で、第１バッファ室６内へ挿入できる構造となっている。
【００４３】
電極保護管１０は、電極１１が第１バッファ室６内でガスと接触しないようにすることができる形状とする。電極保護管１０は、具体的には例えば、図示するように、電極１１が容易に挿入可能な内径をもつ石英管により形成される。電極保護管１０の下部は閉塞されていると共に、上部は開口され、この開口部近傍の外壁が反応管１の上壁の貫通孔に密閉固定されて、電極１１の差し込み口１４が上部に開口配置された構造になっている。
【００４４】
電極保護管１０の反応管１の上壁への固定は、例えば、反応管１の上壁に電極保護管１０を貫通させる貫通孔を形成し、この貫通孔を介して電極保護管１０を第１バッファ室６内に挿入して位置決めしてから、電極保護管１０の外壁と貫通孔との間を溶着等により閉塞させて電極保護管１０を反応管１の上壁に固定するようにすることができる。
【００４５】
電極保護管１０の厚さは、処理ガスを活性化させるプラズマを生成させる厚さから任意に選択される。
また、電極保護管１０の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管１０に挿入された電極１１は、ヒータ３９の加熱で酸化される。このため電極保護管１０には、その内部に窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージして、酸素濃度を十分低く抑えるための不活性ガスパージ機構を設けることが好ましい。
【００４６】
電極保護管１０が設けられている径方向外方の反応管１の外壁の側面には、電極保護管１０の差し込み口１４から出て前記側面に沿って垂れている折返し延在部を固定する電極固定手段１３がそれぞれ設けられている。電極固定手段１３は、例えば、図示するように、６個のフック１２を所定の間隔を隔てて反応管１の側面に溶着等により固着されている。
【００４７】
ここで、反応管１内におけるウェーハ５へのＡＬＤ法による成膜プロセスについて図１及び図２を参照しながら説明する。
尚、本成膜例においては、処理用のガスとしてＮＨ₃の活性種とＤＣＳ（ジクロルシラン）とを交互に供給し、表面反応によつてＳｉＮｘ膜（窒化シリコン膜）を形成する。
【００４８】
反応管１に例えば１００枚のウェーハ２を装填し、反応管１内部を気密状態として保持する。反応管１内部を排気ポート４を介して図示しないポンプで排気し、反応管１内を所望の圧力に保持すると共に、ヒータ３９の温度調節により、４００〜６００℃の範囲で一定の温度に保持する。
【００４９】
ＮＨ₃をガス導入口８から第１バッファ室６へ供給開始する。その第１バッファ室６内に設けられた２本の電極保護管１０に挿入された棒状の電極１１へ、高周波電源１６からの高周波電力を、ＲＦマッチクグユニット１７を介して印可すると、電極保護管１０の間にプラズマ９が生成される。
そして第１バッファ室６内において、ＮＨ₃をプラズマで活性化してＮＨ₃の活性種が生成される。
【００５０】
プラズマの作用で生成された活性種には寿命があり、プラズマ生成部とウェーハ２との距離が離れていると、ウェーハ２に供給される前に失活し、ウェーハ２上で反応に寄与する活性種の量が著しく減少してしまうため、プラズマ９の生成はウェーハ２の近傍でおこなうのが望ましい。
【００５１】
この構成によれば、多段に積層したウェーハ２の近傍に設けた第１バッファ室６内でＮＨ₃の活性種を生成するので、生成したＮＨ₃の大量の活性種を効率よくウェーハ２へ供給することができる。
【００５２】
また、ウェーハ２の積層方向に沿って延在する一対の電極１１間でＮＨ₃の活性種を生成するため、各ウェーハ２には均一な密度のＮＨ₃の活性種を供給することができ、複数枚のウェーハ２に均一に吸着させることができる。
【００５３】
さらに、第１バッファ室６内部に生成されたプラズマ９が拡散して第１バッファ室６の室外に漏れることのないよう、電極保護管１０とバッファ室孔３との距離は適切な間隔に調整してある。
この結果、バッファ室孔３からウェーハ２に供給されるのは電気的に中性なＮＨ₃の活性種のみとなり、ウェーハ２のチャージアップによるダメージを回避できる。
【００５４】
上述したように第１バッファ室６に設けられたバッファ室孔３は、噴出するガス流量が同量となるように、ガス流の上流側より下流側に向かって開口面積が徐々に大きくなるように形成されているため、ウェーハ２ヘ供給されるＮＨ₃の活性種は、均一な流量で供給されるので、各ウェーハ２に対して均一な吸着が行われる。ＮＨ₃の活性種を反応管１内に流すときは、例えば、反応管１内の圧力を４０〜６０Ｐａとすると共に、ＮＨ₃の供給流量は、例えば、３．０〜４．５ｓｌｍとする。
さらに、バッファ室孔３は、多段に載置されたウェーハ２の間隔の中間に位置するよう設けてあるので、活性種は、積載された各ウェーハ２へ十分に供給される。
【００５５】
尚、異なる種類の処理用ガスを交互に供給して極薄膜を１層ずつ形成するＡＬＤ法においては、反応管１内部の圧力や温度を適宜に設定することで、このＮＨ₃の活性種の供給によるＮ原子を含んだ原料が１原子層分吸着されるとリミットがかかり、それ以上、吸着されない。
【００５６】
ウェーハ２の全面にＮ原子を含んだ原料が吸着されたら、電極１１に印加していたＲＦ電力を切り、ＮＨ₃の供給も停止する。
【００５７】
次に、Ｎ₂やＡｒなどの不活性ガスにより反応管１内部に残留したＮＨ₃をパージしながら、これらを排気ポート４より排気する。そして、反応管１内における残留ＮＨ₃の排除が終わった時点で、前記不活性ガスの供給を停止し、反応ガス導入口４７から第２バッファ室４５へＤＣＳを導入する。
【００５８】
第２バッファ室４５には、反応ガス導入口４７の上流より下流に向かって開口面積が徐々に大きくなる反応ガスバッファ室孔４６が反応管１の中心に向けて設けられている。この結果、反応ガスバッファ室孔４６よりウェーハ２に供給されるＤＣＳは、流量は同一の流れとなって、反応管１内へ噴出する。ＤＣＳの活性種を反応管１内に流すときは、例えば、反応管１内の圧力を２６６〜９３１Ｐａとすると共に、ＤＣＳの供給流量は、例えば、０．５ｓｌｍとする。
【００５９】
ウェーハ２表面に既に吸着しているＮ原子を含んだ原料とＤＣＳのＳｉ成分が反応して１原子層分の成膜が終わったら、ＤＣＳの供給を停止する。そして、Ｎ₂やＡｒなどの不活性ガスで反応管１内部をパージした後、これらのガスを排気ポート４より排気し、反応管１内の残留ＤＣＳの排除を終わったら、不活性ガスの供給を停止する。
【００６０】
この一連のプロセスにより、約１ÅのＳｉＮｘ膜が形成できる。そこで例えば、ウェーハ２上に５００ÅのＳｉＮｘ膜を形成する場合は、上記プロセスを約５００回繰り返す。
【００６１】
尚、ウェーハ２を載置したボートを、一定速度で回転させることで、ウェーハ２の一方の横部よりガスを供給しても、ウェーハ２の全面にわたって、より均一な成膜処理が実現される。本実施の形態例において、この回転速度は１〜１０ｒｐｍあれば十分である。
因みに、ボートを回転させない場合、ウェーハ２の膜厚の均一性は±５％程度であるが、ボートを回転した場合は＜±１％となった。
【００６２】
ＡＬＤ法を用いて成膜を行うことで、成膜に寄与する２種のガスが同時に気相中に存在しないため、ガスは下地表面に吸着し、下地膜と反応する。このため下地膜との密着性が良い膜が得られ、２種のガスを同時に流すＣＶＤ法で成膜するよりも界面の欠陥が減少する。また、複数種類のガスのうちプラズマ励起の必要なＮＨ₃をプラズマ励起することにより活性種として流すようにしたので、プラズマ励起の必要のないＤＣＳによる反応温度で成膜できるので、４００〜６００℃という低温で成膜できる。
このように、ウェーハ２を処理するのにプラズマ９を利用するため、プロセスの低温化が実現することができる。
【００６３】
また、プラズマ９を生成する電極１１が反応管１の上壁を貫通して第１バッファ室６に重力方向に沿って上方から下方へと挿入されるので、簡単な構造で電極１１の挿入を行えると共に、プラズマ９の生成に対する影響を小さくすることができる。
【００６４】
すなわち、第１バッファ室６内でガスと接触しないように電極１１を保護する電極保護管１０は、石英により一方が閉塞された管状に形成されている。この電極保護管１０を、例えば閉塞された端部から反応管１の上壁の貫通孔（電極保護管を貫通させる貫通孔）を介して第１バッファ室６内へと挿入し、第１バッファ室６内で重力方向に沿うように位置決めする。位置決め後、電極保護管１０の外壁と貫通孔との間を溶着等により閉塞させて電極保護管１０を反応管１の上壁に固定した状態に電極保護管１０が配設されている。
【００６５】
このように、電極保護管１０は、反応管１の上壁に密閉固定された吊り下げ構造となり、電極１１の差し込み口（挿入口）１４が上部に開口配置されて、その差し込み口１４から重力方向下方に向けて電極１１を挿入するような構造になっていることにより、電極保護管１０を密閉固定する箇所は反応管１の壁部であるため、電極保護管１０の密閉固定を容易に行え、簡単な構造で電極１１の挿入を行えることになる。
【００６６】
また、差し込み口１４から挿入された電極１１は、垂直に設けた電極保護管１０内を重力方向に沿って挿入されるので、電極１１を挿入するとき、重力方向に逆らって挿入する場合に比べて、電極１１が挿入しやすい。また、電極１１を挿入する際、電極１１が傾いたり撓んだりすることが少ない。このため、プラズマ９を良好に生成することができ、プラズマの生成に対する影響を小さくすることができる。
【００６７】
さらに、電極保護管１０を直管状に形成すると、電極１１の挿入方向は重力歩行と一致するため、電極１１の挿入をより容易に行える。また、電極１１の材質や形状の制約が少なくなる。つまり、電極保護管１０が曲って例えば屈曲したりしている場合であって、重力に逆らって挿入するときは、電極１１として屈曲性のある電極を使用しなければならず、電極１１の材質や形状に制約があるが、電極１１の挿入が直線状であると、電極１１の材質や形状に制約が少なくてすむ。なお、電極保護管１０の挿入部が仮に傾斜していても、電極１１は重力方向に沿って垂下していくので、重力に逆らって傾斜部に挿入するときよりも、挿入は容易になる。
【００６８】
また、電極保護管１０が石英により形成されていると、電極を貫通させる周囲に金属部材が存在しないので、金属部材との放電を起こす心配も要らない。このため、金属汚染の心配もなく、簡単な構造となり、反応管のウェット洗浄のとき、取り扱いが簡単である。
【００６９】
図５は、本発明の第２の実施の形態例に係る縦型の基板処理装置の反応炉の横断面図である。
図５に示す反応管１は、図１に示す反応管１と基本的な構成はほぼ同じに形成されているが、図１においては、第１バッファ室６を反応管１の円筒形の側壁の内壁に沿って配設したのに対し、図５においては、円弧状の第１バッファ室６を反応管１の側壁の外壁に沿って配設している点で異なる。
【００７０】
すなわち、反応管１の側壁の外壁の一部に、その径方向外方に円弧状に突出し、この突出部が第１バッファ室６として形成されるものである。この第１バッファ室６の両側面に、電極固定手段１３であるフック１２が配設されている。その他の構造や動作は図１を用いて説明したものとおなじである。つまり、電極保護管１０は、断面円径の細長い構造を有する電極１１を第１バッファ室６の雰囲気と隔離した状態で、反応管１の開放端とは逆側の上部側から第１バッファ室６内へ重力方向に沿って挿入できる構造となっている。
【００７１】
図６は、本発明の第３の実施の形態例に係る縦型の基板処理装置の反応炉の横断面図である。
図６に示す反応管１は、図１に示す反応管１と基本的な構成はほぼ同じに形成されているが、図１においては、第１バッファ室６内に一対の電極１１（電極保護管１０）を配設したのに対し、図６においては、一対の電極を第１バッファ室６内とバッファ室外である反応管１の外壁の壁面とにそれぞれ分離配設して第１バッファ室６内でプラズマ９を生成するようにしたのである。
【００７２】
すなわち、図６に示すように、第１バッファ室６内に配設される電極１１は、第１バッファ室６内の内側の内壁２５の中央部に重力方向に沿って配設された電極保護管１０内に挿入される。つまり、この電極保護管１０は、図１に示す電極保護管１０と同じように、断面円径の細長い構造を有する電極１１を第１バッファ室６の雰囲気と隔離した状態で、反応管１の上部から第１バッファ室６内へ挿入できる構造となっている。
【００７３】
残りの電極１５は、扁平状に形成され、第１バッファ室６の外壁の中央部に位置する反応管１の外壁の壁面に、その高さ方向（重力方向）に沿って配設されている。
この電極１５を覆うように電極固定手段１３としての電極支持部５２が配設され、この電極支持部５２によって扁平の電極１５、及び第１バッファ室６内に吊り下げ固定された電極保護管１０に挿入された電極１１の折返し延在部１８を固定するようになっている。
【００７４】
この電極支持部５２は断面コ字状をしており、断面コ字状の内側に、電極保護管１０に挿入された電極１１及び反応管１の外壁面に設けた扁平の電極１５の各折返し延在部１８をそれぞれ固定している。つまり、断面コ字状の電極支持部５２は、電極１１と電極１５とを二重に支持している。
【００７５】
このように、一対の電極１１、１５を第１バッファ室６の内外に配設した場合、第１バッファ室６内に導入されたガスがプラズマ９により確実に励起されるように、バッファ室孔３を、第１バッファ室６の一方の側壁２６の近傍に配設すると共に、ガス導入口８を、バッファ室孔３の近傍の側壁２６と反対側の側壁２７の下方には、ガス導入口８が設けられている。その他の構造や動作は図１を用いて説明したものとおなじである。
【００７６】
尚、上述した実施の形態では、ＡＬＤ法を実施する基板処理装置について説明したが、本発明はＣＶＤ法を実施する基板処理装置についても同様に適用することが可能である。すなわち、ＡＬＤ法のように複数の処理ガスを交互に供給するのではなく、複数の処理ガスを混合して同時に基板上に供給するＣＶＤ装置にも適応できる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ生成用の電極はプラズマ室において重力方向に沿って挿入されるので、電極の挿入を簡単に行えると共に、電極を挿入する際に、電極が自重により極端に傾いたり、撓んだりしないので、プラズマの生成に対する影響を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる基板処理装置の反応管の一例を示す模式的な横断面図である。
【図２】本発明にかかる基板処理装置の反応管の一例を示す模式的な縦断面図である。
【図３】本発明にかかるバッファ室のガス供給口の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明かかる縦型の基板処理装置の一例を示す機構概要図である。
【図５】本発明にかかる基板処理装置の反応管の他の例を示す模式的な横断面図である。
【図６】本発明にかかる基板処理装置の反応管の他の例を示す模式的な横断面図である。
【図７】先に提案されている基板処理装置の反応管を示す模式的な縦断面図である。
【図８】先に提案されている基板処理装置の反応管を示す模式的な縦断面図である。
【図９】先に提案されている電極保護管内に電極を挿入した状態を示す断面図である。
【図１０】先に提案されている電極保護管内に電極を挿入した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１反応管（反応室）
２ウェーハ（基板）
６バッファ室（プラズマ室）
９プラズマ
１０電極保護管
１１電極
１４差し込み口

Claims

複数の基板を多段に重ねて反応管の開放端から反応室に挿入し、減圧状態でプラズマにより活性化した処理ガスを反応室に供給して前記複数の基板を一括して処理する基板処理装置において、
前記反応管の側部にプラズマ生成室を設け、
前記プラズマ生成室に、プラズマ生成用の電極を前記反応管の開放端と逆側から重力方向に沿って挿入したことを特徴とする基板処理装置。