JP6248707B2

JP6248707B2 - 半導体製造装置、成膜処理方法及び記憶媒体

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Publication number: JP6248707B2
Application number: JP2014040628A
Authority: JP
Inventors: 豊本山; 晋吾菱屋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: JP2015167157A

Description

本発明は、縦型の反応管内にて、基板保持具に棚状に保持された基板に対して成膜処理を行う半導体製造装置、成膜処理方法及びこの成膜処理方法が記録された記憶媒体に関する。

例えば窒化シリコン（Ｓｉ−Ｎ）膜などの薄膜を成膜する装置として、半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）などの基板を棚状に積載したウエハボート（基板保持具）を縦型の反応管内に下方側から気密に搬入して成膜処理を行う成膜装置が知られている。反応管内には、シリコン系の原料ガス（例えばジクロロシラン（ＤＣＳ）ガス）と窒素系の反応ガス（例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガス）とを各ウエハに夫々供給するためのガスインジェクタが設けられている。また、アンモニアガスのガスインジェクタの近傍位置（詳しくは反応管の外部にて当該ガスインジェクタに近接する位置）には、アンモニアガスをプラズマ化するための一対の平行電極が設けられている。

このような成膜装置において既述の窒化シリコン膜を成膜する時には、原料ガスと反応ガスのプラズマとを交互に各ウエハに供給する手法である、いわゆるＡＬＤ法が用いられる。そして、これら原料ガスと反応ガスのプラズマとを切り替える時には、反応管内の真空排気や不活性ガスのパージにより当該反応管内の雰囲気が置換される。従って、前記雰囲気中では、ジクロルシランガスとアンモニアガスのプラズマとが互いに混合することが抑制されている。

ところで、薄膜の成膜中に反応管内でパーティクルが発生すると、このパーティクルがウエハに付着した場合には歩留まりの低下に繋がってしまう。そして、反応管内の長さ方向における一方側（例えば下方側）に当該反応管内を排気する排気ポートを設けているので、反応管内の他方側（上方側）にてパーティクルが発生すると、排気ポートに向かうガス流れを反応管内に形成するだけでは当該パーティクルを除去し難い。特許文献１には、枚葉式のエッチング装置や薄膜形成装置において、排気用配管の内部にメッシュ状電極板を配置して、このメッシュ状電極板によりパーティクルを集塵する技術について記載されている。しかしながら、特許文献１には、具体的な薄膜形成装置や、多数枚のウエハに対して一括して成膜を行う成膜装置において発生するパーティクルついては検討されていない。

特開平１１−１２１４３７

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、縦型の反応管内にて棚状に積載された基板に対して成膜処理を行うにあたって、基板へのパーティクルの付着を抑制できる技術を提供することにある。

本発明に係る各発明は、複数の基板を棚状に保持した基板保持具を縦型の石英からなる反応管内に搬入して成膜処理を行う半導体製造装置において、以下に列挙される構成要件を備えことを特徴とする。
前記基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
この処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化するために高周波電力が供給されるプラズマ用の導電部材と、
誘電部材を介して前記反応管内の空間を臨むように設けられ、当該反応管内のパーティクルをクーロン力により前記誘電部材側に引き込むために電圧が印加される電極と、
前記反応管内を真空排気する排気口と、を備え、
前記反応管は、内管及び外管からなり、前記内管及び前記外管の間の隙間を介して処理ガスが排気される二重管構造として構成され、
前記電極は、前記誘電部材をなす石英部材により覆われると共に、前記隙間に設けられていることを特徴とする。
前記基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
この処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化するために高周波電力が供給されるプラズマ用の導電部材と、
前記反応管を介して当該反応管内の空間を臨むように設けられ、当該反応管内のパーティクルをクーロン力により前記誘電部材側に引き込むために電圧が印加される電極と、
前記反応管内を真空排気する排気口と、を備え、
前記反応管の側周壁には、外方に向けて膨らむ凸部が上下方向に沿って設けられ、
前記プラズマ用の導電部材は、前記反応管の外側にて前記凸部に臨むように配置され、
前記処理ガス供給部は、平面で見て前記プラズマ用の導電部材よりも前記反応管の径方向外側に位置し、
前記電極は、平面で見て前記処理ガス供給部よりも前記反応管の径方向内側にて前記凸部に臨むように当該反応管の外側に配置されていることを特徴とする。
前記基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
この処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化するために高周波電力が供給されるプラズマ用の導電部材と、
誘電部材を介して前記反応管内の空間を臨むように設けられ、当該反応管内のパーティクルをクーロン力により前記誘電部材側に引き込むために電圧が印加される電極と、
前記反応管内を真空排気する排気口と、
前記基板に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記基板に雰囲気置換用の置換ガスを供給するガス供給部と、
前記基板に原料ガスとプラズマ化された処理ガスとを、置換ガスによる前記反応管内の雰囲気の置換ステップを介して交互に複数回供給するステップと、少なくとも前記置換ステップを行う時に前記電極に電圧を印加するステップとを実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。
前記基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
この処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化するために高周波電力が供給されるプラズマ用の導電部材と、
誘電部材を介して前記反応管内の空間を臨むように設けられ、当該反応管内のパーティクルをクーロン力により前記誘電部材側に引き込むために電圧が印加される電極と、
前記反応管内を真空排気する排気口と、を備え、
前記プラズマ用の導電部材は、前記電極を兼用し、
前記処理ガスをプラズマ化する時には前記プラズマ用の導電部材に高周波電圧を供給し、処理ガスをプラズマ化しない時には前記電極に電圧を印加するために給電路の切り替えを行うためのスイッチが設けられていることを特徴とする。

また他の発明は、複数の基板を棚状に保持した基板保持具を縦型の石英からなる反応管内に搬入して成膜処理を行う成膜処理方法において、
前記基板に処理ガス供給部から処理ガスを供給する工程と、
プラズマ用の導電部材に高周波電力を供給して、前記処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化する工程と、
誘電部材を介して前記反応管内の空間を臨むように設けられた電極に電圧を印加して、クーロン力により前記誘電部材側に前記反応管内のパーティクルを引き込む工程と、
前記反応管内を真空排気する工程と、
前記基板を加熱する工程と、を含み、
前記処理ガスをプラズマ化する工程の前に、前記基板に原料ガスを供給する工程を行い、
前記処理ガスをプラズマ化する工程と前記原料ガスを供給する工程とは、置換ガスによって前記反応管内の雰囲気を置換する工程を介して交互に複数回行われ、
前記パーティクルを引き込む工程は、少なくとも前記置換する工程を行う時に実行されることを特徴とする。
更に他の発明は、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、本発明の成膜処理方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。

本発明は、反応管内にて棚状に積載された基板に対して成膜処理を行うにあたり、誘電部材を介して当該反応管内の空間を臨むように電極を設けて、この電極に対してクーロン力によりパーティクルを引き込むための電圧を印加している。そのため、反応管内にパーティクルが浮遊していると、プラズマの発生に伴って当該パーティクルが帯電するので、これらパーティクルと電極との間の電位差に基づいて誘電部材にパーティクルを引き込むことができる。

本発明の半導体製造装置の一例を示す縦断面図である。前記半導体製造装置を示す横断平面図である。前記半導体製造装置における成膜処理にて行われるシーケンスの一例を示す模式図である。前記成膜処理において発生する浮遊粒子の挙動を示す模式図である。前記浮遊粒子の挙動を示す模式図である。前記半導体製造装置の他の例を示す横断平面図である。前記半導体製造装置の更に他の例を示す横断平面図である。前記半導体製造装置の別の例を示す横断平面図である。前記半導体製造装置の更に別の例を示す横断平面図である。前記半導体製造装置の他の例を示す横断平面図である。前記半導体製造装置の他の例を示す横断平面図である。前記半導体製造装置の他の例を示す縦断面図である。前記半導体製造装置の他の例を示す横断平面図である。前記半導体製造装置の他の例の一部を拡大して示す縦断面図である。前記半導体製造装置の他の例を示す縦断面図である。前記半導体装置にて捕集される浮遊粒子の挙動の一例を示す模式図である。

本発明に係る半導体製造装置の実施の形態の一例について、図１及び図２を参照して説明する。この半導体製造装置は、互いに反応する原料ガスと反応ガスとをウエハＷに対して交互に供給して反応生成物を積層するＡＬＤ法により薄膜を成膜するように構成されており、複数枚のウエハＷに対して一括して成膜処理を行うバッチ式の半導体製造装置となっている。

この半導体製造装置は、図１及び図２に示すように、多数枚例えば１５０枚のウエハＷを棚状に積載するウエハボート１１と、このウエハボート１１を気密に収納してこれらウエハＷに対して一括して成膜処理を行う反応管１２とを備えている。ウエハボート１１及び反応管１２は、誘電部材この例では石英により構成されている。反応管１２の外側には、下面側が開口する概略円筒型の加熱炉本体１４が設けられており、加熱炉本体１４の内壁面には、周方向に亘って加熱機構であるヒータ１３が配置されている。ウエハボート１１は、反応管１２（詳しくは後述のマニホールド１８）の下方側開口端を気密に開閉する蓋体２５と共に、図示しないボートエレベータにより昇降自在に構成されている。図１中１６はベースプレート、２６は断熱体、２７は回転軸、２８はモータなどの駆動部である。尚、図１では加熱炉本体１４、ヒータ１３及びベースプレート６を一部切り欠いて描画している。

図１及び図２に示すように、反応管１２は、外管１２ａと当該外管１２ａの内部に収納された内管１２ｂとの二重管構造となっており、上下面が開口する概略円筒形状の金属により構成されたマニホールド１８によって下方側から気密に支持されている。図２にも示すように、平面で見た時における内管１２ｂの一端側（手前側）の部位は、当該内管１２ｂの長さ方向に亘って外側に向かって膨らんでプラズマ発生領域１２ｃをなしており、このプラズマ発生領域１２ｃにおける外周側の部位は、外管１２ａよりも外側に飛び出している。言い換えると、このプラズマ発生領域１２ｃは、外管１２ａ及び内管１２ｂにおける壁面の一部を上下方向に亘ってスリット状に開口させ、ウエハボート１１側が開口する概略箱型の石英部材の開口端及び外壁面を内管１２ｂ及び外管１２ａの側面側の開口部に夫々溶接することにより構成されている。

前記プラズマ発生領域１２ｃには、ウエハボート１１の長さ方向に沿って伸びる処理ガス供給部（ガスインジェクタ）であるアンモニアガスノズル５１ａが収納されている。このアンモニアガスノズル５１ａの下端部は、当該プラズマ発生領域１２ｃを構成する反応管１２の内壁面を気密に貫通して、アンモニアガスの供給源５５ａに接続されている。このアンモニアガスノズル５１ａにおける前記供給源５５ａ側の端部は、図１に示すように、途中部位にて分岐して、窒素（Ｎ_２）ガスなどのパージガスの供給源５５ｃに接続されている。

プラズマ発生領域１２ｃの外側（反応管１２の外側）には、図２に示すように、アンモニアガスノズル５１ａから供給されるアンモニアガスをプラズマ化するために、当該プラズマ発生領域１２ｃを左右から挟むように、例えばインコネル（ニッケル（Ｎｉ）合金）などの導電部材からなる一対のプラズマ発生用電極６１、６１が設けられている。プラズマ発生用電極６１、６１の各々は、ウエハボート１１の長さ方向に亘って伸びるように形成されると共に、プラズマ発生領域１２ｃに近接する位置に配置されている。プラズマ発生用電極６１、６１は、平面で見てアンモニアガスノズル５１ａよりも反応管１２の径方向内側に位置している。また、プラズマ発生用電極６１には、スイッチ部６２及び整合器６３を介して、周波数及び出力電力が夫々例えば１３．５６ＭＨｚ及び１ｋＷの高周波電源６４が接続されている。即ち、一対のプラズマ発生用電極６１、６１のうち一方のプラズマ発生用電極６１には高周波電源６４が接続され、他方のプラズマ発生用電極６１はアースされている。プラズマ発生用電極６１、６１は、プラズマ用の導電部材をなしている。

また、ウエハボート１１から見てプラズマ発生用電極６１、６１の背面側には、プラズマ発生領域１２ｃを左右両側から挟むように、導電部材（この例では既述のニッケル合金などの金属）により各々構成された一対の粒子捕集用電極７１、７１が配置されている。従って、これら粒子捕集用電極７１、７１は、平面で見てアンモニアガスノズル５１ａよりも反応管１２の径方向外側に位置している。粒子捕集用電極７１、７１は、プラズマ発生領域１２ｃにて発生する浮遊粒子（パーティクル）を捕集するためのものであり、ウエハボート１１の長さ方向に沿って亘って伸びるように形成されると共に、プラズマ発生領域１２ｃに近接するように配置されている。従って、粒子捕集用電極７１、７１は、誘電部材（反応管１２を構成する石英部材）を介して、アンモニアガスが供給される処理領域を臨むように配置されている。

粒子捕集用電極７１、７１には、スイッチ部７２を介して直流電源７３のプラス（正）側の端子が各々接続されている。この例では、直流電源７３は、０Ｖ〜１０００Ｖのプラスの電圧を各粒子捕集用電極７１、７１に印加できるように構成されている。

そして、図２に示すように、ウエハボート１１に近接する位置におけるプラズマ発生領域１２ｃから見て左右両側には、シリコンを含む原料ガスこの例ではジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスを供給するための原料ガスノズル５１ｂ、５１ｂが配置されている。これら原料ガスノズル５１ｂ、５１ｂは、ウエハボート１１の長さ方向に亘って伸びると共に、下端位置にて互いに合流して、反応管１２の内壁面を気密に貫通して、原料ガスの供給源５５ｂに接続されている。図１中５２はガス吐出口であり、各ウエハＷの載置位置毎に形成されている。

また、反応管１２の内壁面におけるこれらガスノズル５１ａ、５１ｂの貫通位置の近傍位置には、図１に示すように、フッ化水素（ＨＦ）ガスやフッ素（Ｆ_２）ガスなどのクリーニングガスの供給源５５ｄから伸びるクリーニングガスノズル５１ｃが気密に挿入されている。このクリーニングガスノズル５１ｃの先端部は、ウエハボート１１の下方位置にて開口している。図１中５３はバルブ、５４は流量調整部である。尚、図２ではクリーニングガスノズル５１ｃの記載を省略している。

内管１２ｂにおいてプラズマ発生領域１２ｃに対向する部位には、図１及び図２にも示すように、概略円形状の排気口１７が形成されており、この排気口１７は、上下方向に亘って複数箇所に例えば等間隔に並んでいる。また、外管１２ａにおいてプラズマ発生領域１２ｃから見て側方側に離間した位置には、図２に示すように、先端部がフランジ状に伸び出すと共に石英により構成された排気ポート２１が形成されており、従って排気ポート２１は、反応管１２の一部をなしていると言える。この排気ポート２１には、例えばステンレスなどからなるフランジ部２１ａが例えば図示しないボルトなどにより気密に固定されている。フランジ部２１ａから伸びる排気路２２には、バラフライバルブなどの圧力調整部２３を介して真空排気機構である真空ポンプ２４が接続されている。尚、図１では、図示の便宜上、排気ポート２１やフランジ部２１ａをプラズマ発生領域１２ｃに対向する位置に描画している。

この半導体製造装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には後述の成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部１０１から制御部１００内にインストールされる。

次に、上述実施の形態の作用について説明する。ここで、反応管１２内では、複数枚のウエハＷに対するバッチ式の成膜処理が既に複数回行われており、従って反応管１２（詳しくは内管１２ｂ）の内壁面やウエハボート１１の表面には、反応生成物である窒化シリコン膜が付着物として付着している。反応管１２内は、ウエハＷの成膜処理を行う成膜温度（例えば５００℃）よりも低温例えば３００℃に設定されている。そのため、前記付着物は、反応管１２内の昇降温に伴って、反応管１２やウエハボート１１との熱膨張収縮率の差によって、当該反応管１２の内壁面やウエハボート１１の表面から脱離しやすくなっている。

このような状況下において、未処理のウエハＷを積載したウエハボート１１を反応管１２内に気密に搬入すると共に、図３（ｃ）に示すように、当該反応管１２の真空引きを行う（ｔ０）。また、反応管１２内が成膜温度となるようにヒータ１３に通電する。次いで、反応管１２内が成膜処理を行う時の処理圧力となるように圧力調整部２３（バタフライバルブの開度）を設定すると共に、図３（ａ）に示すように、当該反応管１２内にジクロルシランガスを供給する（ｔ１）。このジクロルシランガスが各ウエハＷの表面に接触すると、ジクロルシランガスの成分がウエハＷの表面に吸着して吸着層が形成される。この吸着層は、ウエハＷの表面だけでなく、反応管１２の内壁面やウエハボート１１の表面にも形成される。尚、図３は、各ガスやプラズマの供給、反応管１２内の雰囲気の置換及びパーティクルの捕集の各工程についてのタイムチャートを示しており、各チャートでは各々の工程を行っているか否か（オン／オフ）を表していて、ガスの流量や排気量などの推移については省略している。

続いて、ジクロルシランガスの供給を停止した後、図３（ｃ）に示すように、反応管１２内の雰囲気の置換を行う（ｔ２）。具体的には、反応管１２を真空引きした後、パージガスを反応管１２内に供給する。次いで、パージガスの供給を停止して、反応管１２内を処理圧力に設定する。そして、プラズマ発生用電極６１に高周波電力を供給すると共に、図３（ｂ）に示すように、アンモニアガスノズル５１ａからプラズマ発生領域１２ｃにアンモニアガスを供給する（ｔ３）。

アンモニアガスは、プラズマ発生用電極６１、６１間の領域に到達すると、あるいは当該領域の近傍位置に到達すると、これらプラズマ発生用電極６１、６１間に供給される高周波電力によってプラズマ化されて、イオンやラジカルなどの活性種となる。この活性種がウエハＷの表面における既述の吸着層に接触すると、当該吸着層が窒化されて、窒化シリコンからなる反応層が形成される。従って、反応管１２の内壁面やウエハボート１１の表面に形成された吸着層についても窒化されて反応層が形成される。

ここで、アンモニアガスから発生する活性種が反応管１２の内壁面に接触すると、この内壁面に付着した付着物が当該内壁面から脱離して、浮遊粒子（パーティクル）１となる。あるいは、イオンによって反応管１２を構成する石英部材そのものがいわばエッチングされて、浮遊粒子１として反応管１２から脱離する場合もある。

そして、アンモニアガスのプラズマ中（プラズマ発生領域１２ｃ）には、図４に示すように、電気的に中性なラジカルなどの中性粒子の他に、プラスイオン及び電子が発生している。この電子は、マイナスに帯電しており、しかもプラスイオンよりも重量が軽くて小さい（衝突断面積が小さい）。従って、プラズマ発生用電極６１、６１間の電界中では電子は高速で移動する一方、プラスイオンはそれ程移動しない。即ち、電子は、プラスイオンよりも平均自由行程が長い。そのため、プラズマ発生領域１２ｃに浮遊している浮遊粒子１には、プラスイオンよりも電子が多く衝突するので、当該浮遊粒子１はマイナスに帯電する。

しかる後、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、プラズマ発生用電極６１、６１への給電及びアンモニアガスの供給を停止すると共に、反応管１２内の真空排気とパージガスの供給とをこの順番で行って、反応管１２内の雰囲気を置換する。また、反応管１２内の雰囲気を置換する工程と並行して、当該反応管１２内に浮遊する浮遊粒子１の集塵（除去）を行う。具体的には、図３（ｄ）に示すように、粒子捕集用電極７１、７１に対して０Ｖ〜１０００Ｖのプラスの直流電圧を印加する（ｔ４）。

既述のように、浮遊粒子１がマイナスに帯電しているので、図５に示すように、この浮遊粒子１は、クーロン力によりプラスの電荷（プラスの静電界）に引き寄せられて、直流電源７３が接続された粒子捕集用電極７１に向かってプラズマ発生領域１２ｃを通流する。そして、前記粒子捕集用電極７１とプラズマ発生領域１２ｃとの間に介在している反応管１２（内管１２ｂ）の内壁面に衝突して、この内壁面に付着する。即ち、粒子捕集用電極７１にプラスの直流電圧を印加すると、反応管１２が誘電部材により構成されているので、当該粒子捕集用電極７１に近接する反応管１２の内壁面では、粒子捕集用電極７１側の部位が誘電分極によりマイナスに帯電し、一方浮遊粒子１側（反応管１２の内部側）の部位がプラスに帯電する。そのため、反応管１２内の浮遊粒子１は、静電気力により反応管１２の内壁面に引き寄せられて、この内壁面に付着（吸着）する。このように浮遊粒子１が反応管１２の内壁面に電気的に吸着することから、その後の工程において粒子捕集用電極７１への給電を停止しても、当該浮遊粒子１は反応管１２の内壁面に吸着し続ける。尚、図５では、図示の都合上、粒子捕集用電極７１と共にプラズマ発生用電極６１についても描画している。

しかる後、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、粒子捕集用電極７１への給電を停止すると共に、パージガスの供給を停止する（ｔ５）。こうして以上説明したジクロルシランガスの供給工程と、反応管１２内の雰囲気の置換工程と、アンモニアガスのプラズマの供給工程と、反応管１２内の雰囲気の置換工程及び浮遊粒子１の集塵工程とからなる成膜サイクルを多数回に亘って繰り返す。これら成膜サイクルによって、既述の反応層が多層に亘って積層されて、窒化シリコンからなる薄膜が形成される。

その後、ウエハボート１１を反応管１２から下方側に取り出した後、後続の未処理のウエハＷに対する成膜処理を開始する前、あるいは各ウエハＷへのバッチ処理を複数回行った後、反応管１２内のクリーニングを行う。具体的には、空の（ウエハＷを積載していない）ウエハボート１１を反応管１２内に気密に搬入して、反応管１２内を成膜温度よりも低い温度（例えば３５０℃）に設定すると共に、当該反応管１２内にクリーニングガスを供給する。反応管１２内では、成膜処理によって反応管１２の内壁面に形成された反応生成物と共に、粒子捕集用電極７１への給電により反応管１２の内壁面に付着した浮遊粒子１についてもエッチングされて、排気ポート２１に向かって排気される。

上述の実施の形態によれば、ウエハＷに対してプラズマを用いて成膜処理を行うにあたり、反応管１２を介して処理領域を臨む位置に粒子捕集用電極７１を設けて、この粒子捕集用電極７１にプラスの直流電圧を印加している。そのため、プラズマ中の浮遊粒子１がマイナスに帯電することを利用して、当該浮遊粒子１を反応管１２の内壁面に捕集できる。従って、ウエハＷへの浮遊粒子１の付着を抑制できるので、歩留まりの低下を抑えることができる。

ここで、排気ポート２１が反応管１２の下方側の領域に設けられているので、反応管１２の内部における上方側の領域ではガス流が滞留しやすく、このため前記上方側の領域では、ウエハＷに浮遊粒子１が付着しやすい。一方、粒子捕集用電極７１について、反応管１２の長さ方向に亘って設けているので、当該反応管１２の長さ方向に亘って浮遊粒子１を捕集できる。

そして、浮遊粒子１を捕集する工程について、ＡＬＤ法における成膜サイクルの一部（反応管１２内の雰囲気の置換工程）と並行して行っているので、浮遊粒子１を捕集するために前記成膜サイクルとは別の工程を新たに設ける場合と比べて、スループットの低下を抑えることができる。また、この浮遊粒子１を捕集する工程は、ジクロルシランガスやアンモニアガスの供給工程とは時間を隔てているので、成膜処理に悪影響を及ぼさずに済む。

更に、本発明では、浮遊粒子１がプラズマ発生直後に多く発生すること、及びプラズマ発生用電極６１に供給する高周波電力を増やすにつれて浮遊粒子１の発生量が多くなることを見いだした上で、プラズマの発生直後に浮遊粒子１を捕集している。そのため、浮遊粒子１が飛散してしまう前に当該浮遊粒子１を捕集できる。従って、本発明は、互いに反応するジクロルシランガス及びアンモニアガスのプラズマを交互に供給して成膜処理を行うＡＬＤ法と極めて親和性が高い手法であると言える。
また、浮遊粒子１について、反応管１２の内壁面に捕集しており、従って当該内壁面をクリーニングする通常の工程で浮遊粒子１を除去できるので、捕集済みの浮遊粒子１を取り除く別の工程を設けずに済む。

続いて、本発明の他の実施の形態について説明する。図６は、粒子捕集用電極７１について、ウエハボート１１から見てプラズマ発生用電極６１、６１の背面側に設けることに代えて、プラズマ発生用電極６１、６１に対してウエハボート１１を介して対向する位置に配置した例を示している。即ち、粒子捕集用電極７１は、内管１２ｂにおける排気口１７に近接する位置にて、外管１２ａの外側に設けられている。この例においても、既述の例と同じシーケンスにより成膜処理及び浮遊粒子１の除去が行われる。

図７は、粒子捕集用電極７１について、内管１２ｂと外管１２ａとの間における当該内管１２ｂの排気口１７に近接（対向）する位置に配置した例を示している。粒子捕集用電極７１は、クリーニングガスによる劣化（酸化）を防止するために石英などの誘電部材からなる保護管８１によって長さ方向に亘って覆われており、外管１２ａの内壁面を介して反応管１２内に気密に挿入されている。従って、この例においても、粒子捕集用電極７１は、誘電部材（保護管８１や内管１２ｂ）を介して処理領域を臨むように配置されており、既述の各例と同様の作用及び効果が得られる。

図８は、保護管８１により被覆した粒子捕集用電極７１について、内管１２ｂと外管１２ａとの間において排気ポート２１に近接する位置に配置した例を示している。具体的には、一対の粒子捕集用電極７１、７１のうち一方の粒子捕集用電極７１は、排気ポート２１からウエハボート１１側を見た時に、当該排気ポート２１よりも左側に配置され、他方の粒子捕集用電極７１は排気ポート２１よりも右側に配置されている。

更に、図９は、内管１２ｂと外管１２ａとの間の領域に、複数の粒子捕集用電極７１を周方向に並べた例を示している。即ち、前記領域には、粒子捕集用電極７１が複数本この例では７本互いに等間隔となるように配置されており、これら７本の粒子捕集用電極７１には夫々直流電源７３がスイッチ部７２を介して接続されている。こうして各々の粒子捕集用電極７１から当該粒子捕集用電極７１の外側に向かう電界が形成される。図９では、外管１２ａの外側に粒子捕集用電極７１を配置しても良い。

以上説明した各例において、粒子捕集用電極７１にプラスの直流電圧を印加するタイミングとしては、アンモニアガスのプラズマを発生させた後に続く反応管１２内の置換工程と重なる時間帯に設定したが、成膜サイクルを行っている間に亘って粒子捕集用電極７１に給電しても良い。即ち、未処理のウエハＷを積載したウエハボート１１を反応管１２内に搬入した後、成膜処理が終了するまでに亘って、粒子捕集用電極７１にプラスの直流電圧を印加しても良い。この場合には、浮遊粒子１が発生すると速やかに当該浮遊粒子１が捕集されるので、更に歩留まりの低下を抑制できる。このようにアンモニアガスのプラズマを発生させている時も浮遊粒子１の捕集を行うにあたって、既述の図２の構成では、当該プラズマに対してプラスの直流電圧が印加される領域がウエハボート１１とは反対側に位置しているので、当該領域がプラズマに悪影響を及ぼすことを抑制できる。

図１０は、プラズマ発生用電極６１を粒子捕集用電極７１と兼用した例を示している。即ち、一対のプラズマ発生用電極６１、６１のうち一方のプラズマ発生用電極６１には、整合器６３及び高周波電源６４と、直流電源７３とが接続されている。そして、前記一方のプラズマ発生用電極６１と整合器６３及び直流電源７３との間には、当該一方のプラズマ発生用電極６１を整合器６３側と直流電源７３側との間で切り替え自在に構成されたスイッチ部８２が設けられている。一対のプラズマ発生用電極６１、６１の他方はアースされている。

この例では、アンモニアガスのプラズマを発生させる時はスイッチ部８２を高周波電源６４（整合器６３）側に切り替えて、一方浮遊粒子１の捕集を行う時はスイッチ部８２が直流電源７３側に切り替えられる。従って、プラズマの発生に伴ってマイナスに帯電した浮遊粒子１が滞留する領域と、プラスの直流電圧が印加される領域とが互いに重なり合うので、良好に浮遊粒子１を捕集できる。また、粒子捕集用電極７１、７１を設けずに済むことから、スペース的にも有利である。

更に、図１１は、一対のプラズマ発生用電極６１、６１のうち一方のプラズマ発生用電極６１には、整合器６３を介して高周波電源６４を接続し、他方のプラズマ発生用電極６１については、スイッチ部７２により直流電源７３とアースとの間で切り替え自在に構成した例を示している。従って、この例では、アンモニアガスをプラズマ化する時には、スイッチ部６２をオンにすると共にスイッチ部７２をアース側に切り替える。一方、浮遊粒子１の捕集を行う時には、スイッチ部６２をオフにすると共に、スイッチ部７２を直流電源７３側に切り替える。このような構成であっても既述の例と同様の効果が得られる。

続いて、図１２及び図１３は、反応管１２を単管タイプに構成した例を示している。具体的には、下面側が開口する概略円筒形状の反応管１２は、誘電部材例えば石英からなるマニホールド１８により気密に支持されている。各ガスノズル５１ａ〜５１ｃは、このマニホールド１８を介して反応管１２内に気密に収納されている。排気ポート２１についても、このマニホールド１８に形成されており、当該マニホールド１８と同様に石英により構成されている。尚、図１２及び図１３では、既述の図１及び図２と同じ構成の部材については同じ符号を付して説明を省略している。また、図１２では加熱炉本体１４などの描画を省略している。

また、この例では、粒子捕集用電極７１、７１は、既述の図１及び図２に対応するように、ウエハボート１１から見てプラズマ発生用電極６１、６１の背面側に配置されている。図１２中９１は、反応管１２の天井面とウエハボート１１との間に設けられた石英からなる概略円板状の天板であり、この天板９１は、外周面が反応管１２の内壁に対して周方向に亘って溶接されている。このように反応管１２を単管タイプに構成した場合であっても、既述の各例と同様の効果が得られる。
この単管タイプの反応管１２を用いた場合についても、既述の図６、図８〜図１１のように粒子捕集用電極７１を配置しても良い。

図１４は、排気ポート２１を挟むように粒子捕集用電極７１、７１を配置した例を示している。即ち、図１２及び図１３に示したように、排気ポート２１は反応管１２と同じ材質（石英）により構成されている。そのため、排気ポート２１を挟むように配置した粒子捕集用電極７１、７１から見ると、ウエハボート１１側にはいずれも石英により構成されたマニホールド１８や反応管１２を介して、ウエハＷが置かれる処理領域が対向している。このように粒子捕集用電極７１、７１を設けることにより、排気ポート２１に向かって通流する浮遊粒子１を捕集できる。
反応管１２を二重管として構成した既述の図１や図２の構成においても、排気ポート２１を挟むように粒子捕集用電極７１、７１を配置しても良い。

また、図１５は、例えば概略板状に構成した粒子捕集用電極７１を天板９１の上に配置した例を示している。即ち、既に説明したように、反応管１２の内部における上方側の領域では、下方側の領域よりも浮遊粒子１が滞留しやすい。そこで、この例では前記上方側の領域にて滞留する浮遊粒子１を捕集するために、天板９１の上に粒子捕集用電極７１を配置している。従って、浮遊粒子１は、石英からなる天板９１の下面に吸着して、既述の各例と同様の効果が得られる。このようにウエハボート１１の上方側に粒子捕集用電極７１を配置するにあたって、反応管１２に対して上方側に離間した位置に配置しても良い。

また、粒子捕集用電極７１を天板９１の上に配置する代わりに、即ちウエハボート１１の上方側に設ける代わりに、蓋体２５の上に粒子捕集用電極７１を配置して、ウエハボート１１側から落下する浮遊粒子１を捕集しても良い。この場合には、粒子捕集用電極７１を覆うように石英からなる保護管８１が設けられる。また、図１や図２のように反応管１２を二重管として構成した場合についても、反応管１２内の上方側や下方側に粒子捕集用電極７１を配置しても良い。
粒子捕集用電極７１については、保護管８１内に収納する場合には、例えばメッシュ状に形成しても良い。

更に、浮遊粒子１を捕集するにあたって、ＡＬＤ法における成膜サイクルのうち少なくとも一部の工程と並行して行うようにしたが、当該成膜サイクルを一旦停止して浮遊粒子１を捕集しても良い。具体的には、既に詳述した通りにアンモニアガスのプラズマを供給する工程までを行った後、アンモニアガスの供給及び高周波電源６４への給電を停止すると共に、反応管１２内の排気やパージガスの供給を行わずに、粒子捕集用電極７１への給電を行う。その後、粒子捕集用電極７１への給電を停止した後、反応管１２内の排気及びパージガスの供給、更には後続の成膜サイクルを行う。

更にまた、以上述べた各例では、原料ガスと反応ガスのプラズマとを交互にウエハＷに供給するＡＬＤ法について説明したが、これら原料ガスとプラズマとを同時にウエハＷに供給するＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により薄膜を形成しても良い。この場合には、粒子捕集用電極７１には成膜処理を行っている間に亘ってプラスの直流電圧が印加される。

既述のプラズマ処理としては、シリコン系の原料ガスと酸素ガスのプラズマとを用いて酸化シリコン（Ｓｉ−Ｏ）膜を成膜するプロセスであっても良い。また、アンモニアガスをプラズマ化するにあたっては、一対のプラズマ発生用電極６１、６１間に電界を形成するＣＣＰ（容量結合）プラズマに代えて、プラズマ発生用電極６１をコイル状に巻回して、ＩＣＰ（誘導結合）プラズマを発生させても良い。

また、粒子捕集用電極７１に印加する直流電圧としては、マイナスの直流電圧であっても良く、この場合にはプラスに帯電した浮遊粒子１が捕集される。即ち、例えば反応管１２の内壁面から離間した位置であって且つ当該内壁面の影響を受けない位置のプラズマを「バルクプラズマ」と呼ぶと、このバルクプラズマ中では、既述のように浮遊粒子１はマイナスに帯電する。一方、前記内壁面の近傍では、図１６に示すようにシース領域１２０が形成されており、このシース領域１２０では、同図下段に示すように、前記バルクプラズマに対して反対の電位となっている。従って、バルクプラズマ中において発生した浮遊粒子１は速やかに反応管１２の内壁面に吸着されるため、前記シース領域１２０を通過して当該内壁面に到達するものの、一方シース領域１２０にて発生した浮遊粒子１についてはこのシース領域１２０にて滞留するプラスのイオンに衝突されてプラスに帯電する。従って、このようにプラスに帯電してシース領域１２０に浮遊している浮遊粒子１については、粒子捕集用電極７１に印加されるマイナスの直流電圧によって捕集される。

更に、粒子捕集用電極７１に対して交流電圧（高周波電圧）を印加しても良い。即ち、既述のように、マイナスあるいはプラスに帯電した浮遊粒子１が例えば反応管１２の内壁に一度捕集されると、この浮遊粒子１はその後直流電源７３への給電を停止しても、当該内壁から脱離しにくくなる。従って、マイナスの電位とプラスの電位とを交互に粒子捕集用電極７１に給電すると、マイナスに帯電した浮遊粒子１とプラスに帯電した浮遊粒子１とが交互に捕集される。このような交流電圧を印加するにあたり、プラスの電圧値よりもマイナスの電圧値が小さくなるようにしても良く、この場合にはマイナスに帯電した浮遊粒子１がより多く捕集される。本発明の成膜方法としては、ウエハＷを加熱せずに常温で成膜を行っても良い。

Ｗウエハ
１１ウエハボート
１２反応管
６１プラズマ発生用電極
７１粒子捕集用電極
２１排気ポート

Claims

複数の基板を棚状に保持した基板保持具を縦型の石英からなる反応管内に搬入して成膜処理を行う半導体製造装置において、
前記基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
この処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化するために高周波電力が供給されるプラズマ用の導電部材と、
誘電部材を介して前記反応管内の空間を臨むように設けられ、当該反応管内のパーティクルをクーロン力により前記誘電部材側に引き込むために電圧が印加される電極と、
前記反応管内を真空排気する排気口と、を備え、
前記反応管は、内管及び外管からなり、前記内管及び前記外管の間の隙間を介して処理ガスが排気される二重管構造として構成され、
前記電極は、前記誘電部材をなす石英部材により覆われると共に、前記隙間に設けられていることを特徴とする半導体製造装置。
複数の基板を棚状に保持した基板保持具を縦型の石英からなる反応管内に搬入して成膜処理を行う半導体製造装置において、
前記基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
この処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化するために高周波電力が供給されるプラズマ用の導電部材と、
前記反応管を介して当該反応管内の空間を臨むように設けられ、当該反応管内のパーティクルをクーロン力により当該反応管側に引き込むために電圧が印加される電極と、
前記反応管内を真空排気する排気口と、を備え、
前記反応管の側周壁には、外方に向けて膨らむ凸部が上下方向に沿って設けられ、
前記プラズマ用の導電部材は、前記反応管の外側にて前記凸部に臨むように配置され、
前記処理ガス供給部は、平面で見て前記プラズマ用の導電部材よりも前記反応管の径方向外側に位置し、
前記電極は、平面で見て前記処理ガス供給部よりも前記反応管の径方向内側にて前記凸部に臨むように当該反応管の外側に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
複数の基板を棚状に保持した基板保持具を縦型の石英からなる反応管内に搬入して成膜処理を行う半導体製造装置において、
前記基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
この処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化するために高周波電力が供給されるプラズマ用の導電部材と、
誘電部材を介して前記反応管内の空間を臨むように設けられ、当該反応管内のパーティクルをクーロン力により前記誘電部材側に引き込むために電圧が印加される電極と、
前記反応管内を真空排気する排気口と、
前記基板に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記基板に雰囲気置換用の置換ガスを供給するガス供給部と、
前記基板に原料ガスとプラズマ化された処理ガスとを、置換ガスによる前記反応管内の雰囲気の置換ステップを介して交互に複数回供給するステップと、少なくとも前記置換ステップを行う時に前記電極に電圧を印加するステップとを実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
複数の基板を棚状に保持した基板保持具を縦型の石英からなる反応管内に搬入して成膜処理を行う半導体製造装置において、
前記基板に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
この処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化するために高周波電力が供給されるプラズマ用の導電部材と、
誘電部材を介して前記反応管内の空間を臨むように設けられ、当該反応管内のパーティクルをクーロン力により前記誘電部材側に引き込むために電圧が印加される電極と、
前記反応管内を真空排気する排気口と、を備え、
前記プラズマ用の導電部材は、前記電極を兼用し、
前記処理ガスをプラズマ化する時には前記プラズマ用の導電部材に高周波電圧を供給し、処理ガスをプラズマ化しない時には前記電極に電圧を印加するために給電路の切り替えを行うためのスイッチが設けられていることを特徴とする半導体製造装置。
前記反応管内にクリーニングガスを供給する供給部を備え、
前記制御部は、前記電圧を印加するステップに続いて、前記反応管内を排気すると共に当該反応管内にクリーニングガスを供給して、前記パーティクルを前記反応管内から排出するように制御信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
前記誘電部材は、前記反応管であり、
前記電極は、前記反応管の外側に配置されていることを特徴とする請求項３、４または５に記載の半導体製造装置。
前記誘電部材は、前記電極を覆う石英部材であり、
前記電極は、前記反応管の内部に設けられていることを特徴とする請求項３、４または５に記載の半導体製造装置。
前記電極は、前記基板保持具の天板と対向して配置されていることを特徴とする請求項３、４または５に記載の半導体製造装置。
前記電極は、前記基板保持具の長さ方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の半導体製造装置。
複数の基板を棚状に保持した基板保持具を縦型の石英からなる反応管内に搬入して成膜処理を行う成膜処理方法において、
前記基板に処理ガス供給部から処理ガスを供給する工程と、
プラズマ用の導電部材に高周波電力を供給して、前記処理ガス供給部から供給される処理ガスをプラズマ化する工程と、
誘電部材を介して前記反応管内の空間を臨むように設けられた電極に電圧を印加して、クーロン力により前記誘電部材側に前記反応管内のパーティクルを引き込む工程と、
前記反応管内を真空排気する工程と、
前記基板を加熱する工程と、を含み、
前記処理ガスをプラズマ化する工程の前に、前記基板に原料ガスを供給する工程を行い、
前記処理ガスをプラズマ化する工程と前記原料ガスを供給する工程とは、置換ガスによって前記反応管内の雰囲気を置換する工程を介して交互に複数回行われ、
前記パーティクルを引き込む工程は、少なくとも前記置換する工程を行う時に実行されることを特徴とする成膜処理方法。
前記パーティクルを引き込む工程の後、前記反応管内を排気すると共に当該反応管内にクリーニングガスを供給して、前記パーティクルを前記反応管内から排出する工程を行うことを特徴とする請求項１０に記載の成膜処理方法。
コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１０または１１に記載の成膜処理方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。