JP4086612B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェハなどの被処理基板の表面をエッチングしたり、薄膜を形成したりする処理装置、特にバッファ室内にプラズマ発生源を有し、プラズマにより活性種を生成して処理空間の被処理基板に供給する基板処理装置のプラズマ発生源の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術について図４にて説明する。
【０００３】
図４は従来の基板処理装置の処理室構造である。
【０００４】
従来の反応室（反応管）１は、逆Ｕ字形の石英アウターチューブ２と石英インナーチューブ３で二重に構成され、下部に処理ガス導入ポート６、７及び処理ガス排気ポート８が溶接された金属インレット９を具備している。この反応室１の下方の開放口を、エレベータ機構により昇降可能なシールフランジ１ａで封止し得るようになっている。
【０００５】
被処理基板４は処理基板保持ボート５に載せられ、シールフランジ１ａの昇降動作により反応室１内に挿入される。第一の処理ガスＡ及び第二の処理ガスＢが、金属インレット９を介し、処理ガス導入ポート６、７より反応室１に下方より導入される。導入されたガスは反応室１下方から上部へ供給される。基板保持ボート５に配列された被処理基板４を通過した混合ガスは、石英アウターチューブ２と石英インナーチューブ３の間を通り、金属インレット９に設けた排気ポート８より図示しないポンプによって排気される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記反応室構造において、被処理基板を装填する反応室中に形成したバッファ室内にプラズマ発生源を設け、該バッファ室で発生させたプラズマによって導入ガスを励起して電気的に中性の活性種を生成し、これを処理空間に送り込み被処理基板を処理する基板処理装置構成をする場合、次のような課題がある。
【０００７】
プラズマによって励起させた活性種を従来の反応室構造にて被処理基板４へ均等にガスを供給するには、処理基板保持ボート５に一定の間隔で平行に配列させた被処理基板４に水平な位置からのガス供給が必要となる。また、被処理基板４までのガス供給ルートにおいて接ガス部分に腐蝕処理を施さない金属材料があると、接金属ダメージを受けてプラズマ励起活性種のライフタイムが大幅に低減してしまうことの他に、被処理基板へ金属汚染物質を誘導してしまう。さらに処理後のガス排気ルートにおいては副生成物の付着や逆拡散によるパーティクル発生要因等が挙げられる。そこで、従来の反応室構造における上記諸問題を解決し、プラズマ励起活性種を効率良く被処理基板に均等に供給できる反応室構造の提供が望まれ、既に幾つかの提案がなされている。
【０００８】
また上記とは別の課題として、被処理基板を装填する反応室中に形成したバッファ室内にプラズマ発生源として、例えば２つの電極を設けた場合、電極が酸化して寿命を縮める、という問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、バッファ室内にプラズマ発生源として電極を配置する基板処理装置において、その電極の酸化を防止し、長寿命にすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理基板を装填する反応室中に形成したバッファ室内にプラズマ発生源を設け、該バッファ室で発生させたプラズマによって導入ガスを励起して電気的に中性の活性種を生成し、これを処理空間に送り込み被処理基板を処理する基板処理装置において、前記プラズマ発生源として、２つの電極を誘電体管の中に配置し、該電極間に高周波電力を印加して、電極に挟まれた空間にプラズマを生成する構造とし、かつ前記電極を入れた誘電体管の内部を不活性ガスにて充填する構造とした電極管ユニットを設けことを特徴とする基板処理装置である。
【００１１】
電極は、その鞘としての誘電体管の内部に充填した不活性ガスにより覆われるため、酸化が防止され長寿命となる。充填した不活性ガスの充填は、誘電体管の内部を流下する形で環流させることが好ましいが、流下しない形で封止してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００１３】
図２に本発明の基板処理装置の処理室構造を示す。
【００１４】
この基板処理装置は、基板処理に必要なガス種供給口ポートと該反応処理されたガスの排気口ポートを同一反応管に配列させた構造となっている。すなわち、反応室たる石英反応管１０は逆Ｕ字形に形成され、その下部に処理ガス導入ポートであるガス供給ノズル１１、１４及び処理ガス排気ポート１８が溶接により設けられている。この反応室１の下方の開放口を、図示しないエレベータ機構で昇降可能な金属シールキャップ１９で封止し得るようになっている。石英反応管１０の外周囲には加熱手段たるヒータが配設される。
【００１５】
なお、処理ガス導入部から処理室、排気口までの経路は、全て石英あるいは耐腐蝕処理を施した金属部品によって構成する。
【００１６】
図２（ａ）から判るように、石英反応管１０内には、その一部に、処理ガスを導入するためのバッファ室１２とバッファ室１５が形成され、後者のバッファ室１５により、反応室の中にプラズマを発生させる空間が区画されている。すなわち、このバッファ室１５内には、プラズマ発生源として、２つの電極を誘電体管（電極ノズル１６）内に不活性ガスで封止した電極管ユニット２２が設けられている。この電極管ユニット２２の電極２１（図１参照）は、図示してない整合器を介して高周波電源と接続されており、その高周波電力を受けてプラズマを発生するようになっている。
【００１７】
被処理基板４は処理基板保持ボート５に載せられ、金属シールキャップ１９の上昇動作により反応室たる石英反応管１０内に挿入される。第一の処理ガスＡは、石英反応管１０に設けられた供給ノズル１１より導入され、バッファ室１２を経由して、同バッファ室１２内側に設けられたバッファスリット１３より被処理基板４に水平に供給される。また第二の処理ガスＢは、石英反応管１０に設けられたガス供給ノズル１４より導入され、バッファ室１５内に配置された２本の電極ノズル１６間で発生させるプラズマ領域を経由し、同バッファ室１５内側に設けられたバッファスリット１７より被処理基板４に水平に供給される。被処理基板４までのガスＡ、ガスＢの供給経路には金属接触面が無いことが特徴である。
【００１８】
バッファ室１５の中にはプラズマ８を生成するための一対の電極が電極ユニット２２の形で設けてあり、ガス導入口たるガス供給ノズル１４から導入した第二の処理ガスＢをバッファ室１５内でプラズマ化し、バッファ室１５の小孔つまりバッファスリット１７から被処理基板４に向けて活性な粒子を吹き出す構造となっている。第二の処理ガスＢにおいては、被処理基板４に近い位置でのプラズマ放電によって励起させており、このためダメージを受けない活性種が効率よく被処理基板４へ供給される。
【００１９】
処理後の混合ガスは石英反応管１０に設けられた排気ポート１８より図示しないポンプによって排気される。その際、処理室下部のシール部材には、腐蝕処理を施した金属シールキャップ１９（耐腐蝕性の高い金属材料の場合もある）を採用している。さらに同金属シールキャップ１９自体の内部には加熱ヒータ２０を備えており、ガスＡとガスＢによる副生成物の付着を抑制する加熱機構を構成している。
【００２０】
図１に上記プラズマ発生源として働く電極管ユニット２２の詳細を示す。電極管ユニット２２は、誘電体管たる電極ノズル１６と、その内部に挿入し配設した導電性の２つの電極２１と、この電極ノズル１６内に充填される不活性ガス２３と、この電極ノズル１６内に不活性ガス２３を封止しつつ、電極ノズル１６から電極２１を引き出すための密封ターミナルブロック２４とから構成されている。
【００２１】
誘電体管たる電極ノズル１６は、Ｌ字状のノズル部分１６ａとその左右を逆にした横Ｌ字状のノズル部分１６ｂとを、上端のブリッジ部１６ｃで連結した形状を有し、そのＬ字状ノズル部分１６ａと横Ｌ字状ノズル部分１６ｂに、それぞれ円形断面の棒状体から成る電極２１が挿入されている。
【００２２】
左右一対の電極２１は、上記Ｌ字状ノズル部分１６ａと横Ｌ字状ノズル部分１６ｂに倣ってＬ字状及び横Ｌ字状に湾曲しており、電極の後端は密封ターミナルブロック２４を貫通して外部に引き出されている。
【００２３】
密封ターミナルブロック２４は、テフロン（登録商標）製の円筒ブロックから成り、通しの抜き穴（通し穴）が形成されている。上記電極２１の後端は、この通し穴を介して密封ターミナルブロック２４を貫通し外部に引き出される。その際、密封ターミナルブロック２４の通し穴の前縁に設けたＯリングにより、電極ノズル１６の支持及び通し穴との気密性が確保される。
【００２４】
一方、上記電極２１の気密性を確保するため、密封ターミナルブロック２４にテフロン（登録商標）熱収縮チューブ２５を被せ、熱を加えて収縮固着することにより、上記通し穴の後縁において、密封ターミナルブロック２４より突出する電極２１を支持し且つ電極２１の通し穴に対する気密性保持部を形成している。
【００２５】
上記のようにして、電極ノズル１６及びこれに連通された２つの電極２１が密封ターミナルブロック２４より気密に支持されるが、密封ターミナルブロック２４の構成としては、電極ノズル１６内に電極２１を無接触で保持することまでは必要でない。後述するように、電極２１が存在していても、電極ノズル１６の一端から他端へと不活性ガスを流すことができる連通した空間が、電極ノズル１６内に確保されていれば十分である。
【００２６】
上記密封ターミナルブロック２４の一方には不活性ガス導入口２６が、また他方には不活性ガス排出口２７が形成されている。一方の不活性ガス導入口２５には、図示してない不活性ガス源から、レギュレータ２８、圧力スイッチＰＳ、フローメータＦＬ、フィルタＦを介して不活性ガス、ここではＮ₂ガスが、例えば２００ｃｃ〜５００ｃｃ導入される。導入されたＮ₂ガスは、電極ノズル１６内を通過し、電極周囲を被って酸化防止作用と熱の汲み上げ作用を営んだ後、他方の不活性ガス導入口２６から排出される。この不活性ガスの循環により電極２１の冷却と酸化防止が行われる。すなわち、この構成によれば、プラズマ放電を行うための電極２１が不活性ガスで被われるため、電極２１がプラズマ放電によって酸化してしまう不都合が防止され、電極２１が高寿命となり生産性が高まる。
【００２７】
上記構成の電極管ユニット２２は、図２以外の他の基板処理装置にも適用し得るものである。
【００２８】
図３に他の基板処理装置に適用した実施形態を示す。これは、プラズマで励起させた活性種を処理空間に配列された被処理基板へ均等に送り込む為に、被処理基板と横長平行に加工されたバッファスリットより供給する構造としたものである。
【００２９】
図３の基板処理装置は、基板処理に必要な各ガス種を別々のバッファ空間より処理空間へ供給する構造とした点は同じであるが、バッファ室１２、１５の内壁に施されたバッファスリット１３、１７の形状が横長形状となっている点で、図２の形態と異なっている。本スリットのガス噴出しの開口面積は、反応管１０内部に均等な間隔に水平に配列された被処理基板に関し、下部の被処理基板と上部の被処理基板に一定の流量比を確保して供給するようにするために、下部はスリット幅が小さく、上部はスリット幅が大きくなっている。
【００３０】
このバッファスリット１３、１７の形状を丸穴形状にした場合、上部に行くに従って穴径が大きくなることから、被処理基板の間隔はおのずと広くなってしまい、被処理基板の間隔に制限が生ずる。縦型バッチ処理装置においてこの被処理基板間隔を狭くすることは、一度の成膜で数多くの被処理基板を処理できることからメリットがある。
【００３１】
上記した実施形態によれば、 導電性電極の酸化を防止することができる。さらに次のような利点も得られる。(1) 被処理基板の処理枚数を大幅に向上することができる。(2) 処理ガスの水平導入により被処理基板上、さらには被処理基板間の膜厚均一性が図れる。(3) 被処理基板までの金属汚染源を抑えることができる。(4) 副生成物の付着とパーティクルの抑制が可能となる。(5) プラズマ活性状態のガスが活性状態を維持したまま被処理基板に供給できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、プラズマ発生源として、２つの電極を誘電体管の中に配置し、かつその誘電体管の内部を不活性ガスにて充填する構造とした電極管ユニットを設けたので、電極が不活性ガスにより覆われることから、電極の酸化が防止され長寿命となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の石英反応管の電極酸化防止構造を説明する概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板処理装置（反応室構造）を示したもので、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は概略縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る基板処理装置（石英反応管）を示したもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）はスリット１３の部分の拡大詳細図、（ｄ）はスリット１７の部分の拡大詳細図である。
【図４】従来の基板処理装置を示したもので、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は概略縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 石英反応管
１１ ガス供給ノズル
１２ バッファ室
１４ ガス供給ノズル
１５ バッファ室
１６ 電極ノズル（誘電体管）
１８ 排気ポート２１ 電極
２２ 電極管ユニット
２３ 不活性ガス
２４ 密封ターミナルブロック
２５ テフロン（登録商標）熱収縮チューブ
２６ 不活性ガス導入口
２７ 不活性ガス排出口

Claims (1)

1. 被処理基板を装填する反応管内にプラズマ発生源を設け、該プラズマ発生源にて発生させたプラズマによって導入ガスを励起して電気的に中性の活性種を生成し、被処理基板を処理する基板処理装置であって、
   前記プラズマ発生源として、２つの電極を２つの誘電体管の中にそれぞれ配置し、前記それぞれの誘電体管は上端側でそれぞれの内部が連結され、該電極間に高周波電力を印加して、電極に挟まれた空間にプラズマを生成する構造とし、かつ前記電極の酸化を防止するため前記電極を入れた誘電体管の内部を不活性ガスにて充填し、前記不活性ガスが一方の誘電体管から他方の誘電体管へ流通する構造とした電極管ユニットを設けたことを特徴とする基板処理装置。

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