JPH06204147A

JPH06204147A - 処理装置

Info

Publication number: JPH06204147A
Application number: JP5235357A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Imahashi; 一成今橋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1992-08-29
Filing date: 1993-08-28
Publication date: 1994-07-22
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JP3144664B2

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の処理工程間の処理ガスが互いに干渉す
ることがなく、成膜に際しては極めて薄い膜を短時間で
複数層を積層して膜質に優れた薄膜を形成することがで
き、また、エッチングに際してはエッチングによって生
成した不要ガスを効率的に排出して精度の高いエッチン
グを行なうことができる処理装置を提供することができ
る。【構成】本処理装置は、真空状態を形成し得る円筒状
の反応容器１内の上部空間がその中心軸部から放射状に
延設された隔壁２によって分割形成された複数の処理室
３と、これらの各処理室３を形成する上記各隔壁２の下
端に対して細隙δを介して回転可能に配設され且つ半導
体ウエハＷを５枚載置する円形状の載置台４とを備え、
上記複数の処理室３の２室を構成する、第１プロセス室
３１及び第２プロセス室３２に所定のガスを導入し、こ
のガスで上記半導体ウエハＷを成膜処理するように構成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体を製造するプロセスでは、エッチ
ング装置あるいはＣＶＤ装置が広く用いられている。近
年の半導体の微細化に伴ってエッチング精度あるいは膜
質の向上が益々重要になってきており、所望のエッチン
グや成膜を行なうために複数の反応性ガスを利用する場
合が増大している。

【０００３】プラズマを利用したエッチング装置は、減
圧下において反応性ガスを反応容器内に導入し、プラズ
マ状態の反応性ガスの物理化学的反応によって被処理体
としての半導体ウエハに所定のエッチングを施すように
構成されている。そして、微細な加工穴が存在する半導
体ウエハをエッチングする場合には、その加工穴内にエ
ッチングガスを効率良く導入し、且つエッチング後の使
用されたガスを効率良く除去することが重要になる。

【０００４】また、減圧ＣＶＤ装置は、減圧下において
複数の反応性ガスを反応容器内に導入して、複数の反応
性ガスを気相反応または半導体ウエハの表面で反応させ
て半導体ウエハに所定の薄膜を形成するように構成され
ている。そして、成膜技術では、膜質を向上させる上
で、極めて薄い膜（例えば、５オングストローム程度）
を数１００層に亘って積層させることが実験レベルで知
られている。また、反応性の高い２つのガスの反応生成
物を半導体ウエハ上に膜として形成する場合、あるいは
ガリウム（Ｇａ）及び砒素（Ａｓ）の薄膜を交互に重ね
てＧａＡｓ層を形成する場合などのプロセスに対応する
ため、２つの異なるガスをパルス状に交互に反応容器内
に供給する、いわゆるパルスＣＶＤ法が提案されてい
る。この方法によれば、膜厚の制御が確実になると共
に、半導体ウエハ表面に吸着したガス成分のみを成膜に
利用することができるため、膜質の向上を図ることがで
きる。

【０００５】また、特開平３−７２０７７号公報には回
転式の基板ホルダーを利用してパルスＣＶＤと類似にプ
ロセスによりシリコン酸化膜を形成するための装置が開
示されている。この公報の図１及び図２で図示された装
置においては、真空室１の内部且つ上部に基板ホルダー
２が配設されている。この基板ホルダー２は４枚の基板
４を保持し、且つ６０ｒｐｍ程度の高速で回転可能に構
成されている。また、真空室１は仕切壁３１によって２
つの区画室に分割されている。そして、一方の区画室内
にはガス導入口１５からテトラエトキシオルソシリケー
ト（ＴＥＯＳ）とオゾンとの混合ガスが供給され、この
混合ガスにより基板４が処理されるように構成されてい
る。また、他方の区画室にはガス導入口１８から酸素が
供給され、この酸素はこの導入口１８に設けられた他方
の区画室内でプラズマ２０にされ、このプラズマ２０に
より上記基板４がプラズマ処理されるように構成されて
いる。また、これらの両区画室の側部にはそれぞれ排気
口２９、３０が排気専用に取り付けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エッチング装置では、半導体ウエハの微細な加工穴に加
工用のガスを導入すると共に、加工後に発生する不要な
生成ガスを効率良く迅速に系外へ排出することが難し
く、このように生成ガスの除去が良好でないと、この不
要なガスが加工用ガスに作用してエッチング精度を低下
させるという課題があった。

【０００７】また、従来の減圧ＣＶＤ装置の場合には、
例えば５オングストローム程度の薄膜を数１００層に亘
って積層させて実用に耐える積層膜を形成することは困
難であり、更には、例えば原料ガスである反応性ガスと
酸化あるいは還元用ガスを供給して半導体ウエハに吸着
した反応性ガスを酸化あるいは還元させる場合、酸化あ
るいは還元用ガスが吸着反応性ガスとのみ反応すればよ
いが、複数のガスを同時に供給すれば、反応性ガスと酸
化用ガスあるいは還元用ガスとの気相反応も起こり、こ
の生成ガスが半導体ウエハに吸着して不純物が混入し、
所望の成膜を施すことができないという課題があった。

【０００８】また、特開平３−７２０７７号公報に開示
された装置では、基板ホルダー２の回転作用及び仕切壁
３１の上部の隙間の存在のため、両区画室内に互いに処
理ガスが侵入し、半導体ウエハ上ではなく、空中で処理
ガスが反応し、生成物が生成される。空中で生成した生
成物は半導体ウエハ上で形成されるべき膜の材料とはな
らず、半導体ウエハ上に落下してコンタミネーションの
原因である汚染物になる。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
たもので、複数の処理工程間の処理ガスが互いに干渉す
ることがなく、成膜に際しては極めて薄い膜を短時間で
複数層を積層して膜質に優れた薄膜を被処理体に形成す
ることができ、また、エッチングに際しては被処理体の
エッチングによって生成した不要ガスを効率的に排出し
て精度の高いエッチングを行なうことができる処理装置
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の処理装置は、真空状態を形成し得る円筒状の反応容器
内がその中心軸の周囲で隔壁によって分割形成された複
数の処理室と、これらの各処理室を形成する上記各隔壁
の下端に対して細隙を介して回転可能に配設され且つ被
処理体を複数載置する円形状の載置台とを備え、上記複
数の処理室の少なくとも一つの処理室に所定のガスを導
入し、このガスで上記被処理体を処理するように構成さ
れたものである。

【００１１】また、本発明の請求項２に記載の処理装置
は、請求項１に記載の発明において、上記隔壁を上記反
応容器の中心から放射状に延設したものである。

【００１２】また、本発明の請求項３に記載の処理装置
は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上
記載置台を、その中央部から外方に向かって上方へ傾斜
させて形成して構成されたものである。

【００１３】また、本発明の請求項４に記載の処理装置
は、請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の発明に
おいて、上記載置台を昇降させて上記細隙を調整する昇
降装置を備えて構成されたものである。

【００１４】また、本発明の請求項５に記載の処理装置
は、請求項１〜請求項４のいずれか一つの発明におい
て、上記各隔壁に隣合う処理室間を連通可能にする圧力
調整手段を設けて構成されたものである。

【００１５】

【作用】本発明の請求項１及び請求項２に記載の発明に
よれば、反応容器内の処理室に位置する載置台に被処理
体を順次供給した後、少なくとも一つの処理室に所定の
ガスを導入しながら載置台を回転させると、この回転に
より被処理体は反応容器の中心軸の周囲に形成された処
理室を通過する間に導入ガスによって所定の処理が施さ
れ、更に載置台が回転を継続する間に処理室で被処理体
に同様の処理を繰り返し行なうことができる。

【００１６】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、請求項１または請求項２に記載の発明において、
載置台が回転すればその遠心力で被処理体が載置台の傾
斜面に押し付けられて被処理体を確実に載置台上に保持
することができる。

【００１７】また、本発明の請求項４に記載の発明によ
れば、請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の発明
において、昇降装置によって載置台と隔壁との細隙を調
整して各処理室内の処理圧力を適宜調整することができ
る。

【００１８】また、本発明の請求項５に記載の発明によ
れば、請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の発明
において、導入ガスの流量に応じて隔壁の圧力調整手段
によって各処理室内の処理圧力を適宜調整することがで
きる。

【００１９】

【実施例】以下、図１〜図７示す実施例に基づいて本発
明を説明する。本実施例の処理装置は、図１〜図３に示
すように、真空状態を形成し得る円筒状の反応容器１内
の上部空間がその中心軸部から放射状に延設された隔壁
２によって分割形成された６室の処理室３と、これらの
各処理室３を形成する上記各隔壁２の下端に対して細隙
δを介して回転可能に配設され且つ被処理体としての半
導体ウエハＷを５枚載置する円形状且つ導電性の載置台
として形成された回転テーブル４とを備え、上記６室の
処理室３の少なくとも一つ（本実施例では、後述の２
室）の処理室３に所定のガスを導入し、このガスで上記
半導体ウエハＷを処理するように構成されている。

【００２０】また、上記処理装置は、図１に示すよう
に、上記反応容器１の内部を真空引きする真空ポンプ５
と、この真空ポンプ５によって真空状態になった上記各
処理室３で半導体ウエハＷに所定の処理を施すように上
記回転テーブル４を回転駆動させる回転駆動装置として
のモータ６と、このモータ６を介して上記回転テーブル
４を昇降させるボール螺子等を有する昇降装置７と、こ
の昇降装置７によって昇降する上記回転テーブル４の上
面に半導体ウエハＷを搬入、搬出する真空予備室８とを
備えて構成されている。また、上記真空ポンプ５は、例
えば、ターボ分子ポンプ及びメカニカルポンプ等から構
成され、１０^-7Torrの真空度まで引くことができるよう
に構成されている。

【００２１】更に、上記反応容器１の内部にはその天板
１Ｂの中心部から下方の中程まで垂下するスリーブ９が
形成され、このスリーブ９から上記各隔壁２が径方向へ
放射状に延設され、各隔壁２はそれぞれの延設端が上記
反応容器１の周壁１Ａに連結されて一体化して上述のよ
うに上記反応容器１の上部空間を６室の処理室３に分割
している。また、各隔壁２は内端がスリーブ９とほぼ同
一寸法に形成され、外端が周壁１Ａの上端から略１／３
の長さに形成されている。そして、このスリーブ９の軸
芯及び上記反応容器１の天板１Ｂの中心孔を上記回転テ
ーブル４の中心部４Ａから上方へ延びる回転軸４１が回
転可能に貫通し、この回転軸４１は上記天板１Ｂに配設
された上記モータ６に連結されている。そして、このモ
ータ６によって上記回転テーブル４を例えば１０回転／
秒（ｒｐｓ）の速度で回転させるようにしている。

【００２２】また、上記回転軸４１が貫通する上記中心
孔の周壁には、その全周に亘って図示しない溝が複数段
（例えば３段）形成され、更に、これらの各溝から図示
しない排気管及び真空ポンプに連通する通路が上記反応
容器１の上面の厚肉内に沿って形成されている。そし
て、上記処理装置が駆動している間、真空ポンプが駆動
して上記回転軸４１と中心孔とで形成された細隙から反
応容器１の内部へ流入しようとする外気を３段の溝及び
それぞれの通路を介して排気することによって上記細隙
を排気シールするよう構成されている。

【００２３】次に、図２に示す反応容器１の各処理室３
のそれぞれの処理機能について更に説明すると、６室の
処理室３は、例えば半導体ウエハＷにＣＶＤ法で薄膜を
形成する第１プロセス室３１及びこの処理に続いて半導
体ウエハＷに形成された薄膜を酸化して酸化膜を形成す
る第２プロセス室３２と、各プロセス室３１、３２をそ
れぞれの両側から挟む位置に配置され、各プロセス室３
１、３２内で上述の処理が行なわれた後、処理後のガス
を排出する３室のガス排気室３３、３３、３３と、これ
らのうちの２室のガス排気室３３、３３間に配置され、
半導体ウエハＷを搬入、搬出するように１室のウエハ交
換室３４として形成されている。つまり、上記各ガス排
気室３３は、それぞれ第１プロセス室３１、第２プロセ
ス室３２及び上記ウエハ交換室３４の間にそれぞれ介在
するように構成されている。そして、上記ウエハ交換室
３４は、上記真空予備室８に連設され、この真空予備室
８内の搬送アームにより半導体ウエハを搬入、搬出でき
るスペースを確保するために上記プロセス室３１、３２
及びガス排気室３３よりもやや大きく形成されている。

【００２４】また、上記第１プロセス室３１は、上述の
ように本実施例では半導体ウエハＷにＣＶＤによる薄膜
を形成するために使用される。この第１プロセス室３１
には、図１、図３に示すように、原料ガス導入管１０が
連結され、この原料ガス導入管１０に接続された、例え
ばトリエチルシラン（以下、「ＴＥＳ」と称す。）ガス
供給源及び水素ガス供給源から原料ガスとしてのＴＥＳ
ガス及び水素ガスの混合ガスを上記第１プロセス室３１
内に導入し、上記第１プロセス室３１内で上記混合ガス
を反応させて半導体ウエハＷにシリコン膜を形成するよ
うに構成されている。この際導入される混合ガスのＴＥ
Ｓガスと水素ガスとの混合比は必要に応じて適宜調整す
ることができる。

【００２５】また、上記第２プロセス室３２は、上述の
ように本実施例では第１プロセス室３１で半導体ウエハ
Ｗに形成された薄膜を酸化あるいは窒化するために使用
される。この第２プロセス室３２には、同図に示すよう
に、マイクロ波放電部１１が配設されたガス導入管１２
が連結され、このガス導入管１２に接続された酸素ガス
供給源、アンモニアガス供給源及びアルゴンガス供給源
から酸素ガス、アンモニアガス及びアルゴンガスのいず
れかを必要に応じて適宜導入するように構成されてい
る。また、このガス導入管１２には水素ガス、あるいは
アルゴンガス以外の不活性ガス等のガス源を接続して使
用することもできる。

【００２６】これらの原料ガスの１つは、マイクロ波放
電部１１によってプラズマ化されるが、イオン種がない
状態、即ち活性種あるいはラジカルとして第２プロセス
室３２内に供給されるようになっている。なぜなら、こ
のイオン種が供給された状態では、半導体ウエハＷが非
電離状態の雰囲気から電離状態の雰囲気中を通過するこ
とになり、半導体ウエハＷが局部的に高電位に帯電し、
この帯電により半導体ウエハＷが損傷を受ける虞があ
り、特に半導体ウエハＷに半導体デバイス素子が形成さ
れている場合にはこれらの素子が破壊される虞もあるか
らである。そのため、マイクロ波放電部１１に位置は、
原料ガスプラズマ中のイオン種が第２プロセス室３２に
到達しないように設定する。プラズマ中のイオン種は活
性種に比べて寿命が短いため、イオン種はマイクロ波放
電部１１を出た直後に電子と結合して電気的に中性な活
性状態になる。

【００２７】第２プロセス室３２の天板１Ｂには、図４
に示すように、絶縁性管３２Ａを介して上記導電性の回
転テーブル４に対向する対向電極３２Ｂを取り付けるこ
とができる。この対向電極３２Ｂには例えば高周波電源
３２Ｃが接続され、この高周波電源３２Ｃにより１３.
５６ＭＨzの高周波電圧を対向電極３２Ｂに印加するよ
うに構成されている。一方、この対向電極３２Ｂに対向
する回転テーブル４は接地されており、第２プロセス室
３２内に原料ガスが導入された状態で対向電極３２Ｂに
高周波電圧を印加することにより両者４、３２Ｂ間にプ
ラズマを発生するように構成されている。例えば、半導
体ウエハＷの表面に自然酸化膜が形成されている時、薄
膜を形成する前処理として、第２プロセス室３２内でア
ルゴンガスをプラズマ化し、このプラズマにより半導体
ウエハＷの自然酸化膜をエッチングにより除去するよう
にすることができる。この場合、回転テーブル４を停止
させた状態で処理することが好ましい。

【００２８】更に、上記各ガス排気室３３及び上記ウエ
ハ交換室３４内には、図２、図３に示すように、それぞ
れの周壁１Ａの内周面と上記回転テーブル４の外周との
間に通路３３Ａ及び３４Ａがそれぞれ形成され、反応容
器１の底板１Ｃの中央に形成された開口１Ｄに取り付け
られた真空ポンプ５で真空引きする際に、上記細隙δを
介して隣の各プロセス室３１、３２から各ガス排気室３
３へ流入するガスを各通路３３Ａから図３で矢印で示す
ように下部空間を経由して排気させるように構成されて
いる。一方、上記各プロセス室３１、３２では、図２、
図４に示すように、それぞれの周壁１Ａがこれら以外の
処理室３の周壁１Ａより厚肉の厚肉部１Ｅが形成され、
図４で示すように回転テーブル４の外周部が厚肉部の下
に入り込むように形成され、この部分からは殆ど排気で
きないように構成されている。また、この厚肉部１Ｅの
内周面と回転テーブル４の外周面との間には殆どクリア
ランスがないように設定されている。従って、第１、第
２プロセス室３１、３２内のガスは、厚肉部１Ｅと回転
テーブル４との間からは殆ど排気されず、隔壁２と回転
テーブル４との隙間δを通り、一旦隣接する排気室３３
内に至り、更に通路を通って排気されるようになってい
る。

【００２９】また、上記各処理室３を形成する隔壁２に
は、図３に示すように、バルブ１３がそれぞれ配設さ
れ、各バルブ１３によって上記第１プロセス室３１及び
第２プロセス室３２における処理ガスを各ガス排気室３
３へガス排気する際にそのガス排気速度を適宜調整し、
各バルブ１３が閉止している際には上記細隙δのみを介
してガス排気するように構成されている。この細隙δ
は、通常、１〜２ｍｍに設定されているが、必要に応じ
て上記昇降装置７によって上記回転テーブル４を昇降さ
せて各プロセス室３１、３２の真空度を適宜調整できる
ように構成されている。

【００３０】そして、上記各処理室３の下端で回転する
上記回転テーブル４は、図３の（ａ）に示すように、そ
の中心部４Ａが水平に形成され、その中心部４Ａから外
方に向かって上方へ傾斜する傾斜面４Ｂとして形成され
ている。この傾斜面４Ｂには図３の（ｂ）に示すように
半導体ウエハＷの外径に略等しく且つ半導体ウエハＷの
肉厚にほぼ等しい扁平な凹部４Ｃが周方向５箇所に形成
されている。そして、各凹部４Ｃ内に半導体ウエハＷを
収納した状態で載置するように構成されている。また、
同図の（ｂ）に示すように上記回転テーブル４の内部に
は各凹部４Ｃにそれぞれ位置させたヒータ４２が内蔵さ
れ、各ヒータ４２は発熱抵抗体からなり、その供給電圧
を調整することにより設定温度を適宜変更できるように
構成されている。また、各ヒータ４２はそれぞれ独立に
温度制御できるように構成されている。そして、この回
転テーブル４は、ウエハ交換室３４においてその凹部４
Ｃに収納された半導体ウエハＷが水平になるように処理
装置全体が真空予備室８に対してやや傾斜して配設さて
いる。

【００３１】更に、上記凹部４Ｃには図５に示すように
それぞれを垂直に貫通する３つの孔４３が形成されてい
る。そして、各孔４３は、同図に示すように、上記ウエ
ハ交換室３４の下方に配設されたウエハ昇降部材４５の
３つの昇降ピン（同図では２つの昇降ピンのみを示し
た）４６に対応して上記凹部４Ｃに形成されている。こ
れらの昇降ピン４６はそれぞれの孔４３から突出して凹
部４Ｃ内の半導体ウエハＷを昇降させることにより後述
の真空予備室８内の搬送装置により各凹部４Ｃに対する
半導体ウエハＷのロード及びアンロード操作を行なうこ
とができるようになっている。また、各昇降ピン４６は
それぞれ独立のアクチュエータ４７により駆動され、そ
れぞれ個別に突出高さを調整できるように構成されてい
る。これらのアクチュエータ４７は反応容器１の底板１
Ｃに配設された支持枠４８に取り付けられている。この
支持枠４８は反応容器１の底板１Ｃに形成された開口部
に気密を保持してウエハ交換室３４側に向けて突出する
ように取り付けられている。尚、３つの昇降ピン４６は
１つの支持板上で一体的に駆動するようにすることもで
きる。

【００３２】また、上記真空予備室８は、図２に示すよ
うに、半導体ウエハＷが収納された２個のウエハカセッ
トＣを収容するカセット収容室８１と、このカセット収
容室８１の各ウエハカセットＣから半導体ウエハＷを１
枚ずつ取り出して上記ウエハ交換室３４に位置する回転
テーブル４へ半導体ウエハＷを搬入、載置し、逆に処理
後の半導体ウエハＷを回転テーブル４から搬出して上記
ウエハカセットＣへ収納する搬送装置８２が配設された
ハンドリング室８３とを備え、これら両者８１、８３は
ゲートバルブ８４Ａ、８４Ａによって区画されている。
そして、この真空予備室８はゲートバルブ８４Ｂを介し
てウエハ交換室３４に接続されている。これらのカセッ
ト収容室８１及びハンドリング室８３はそれぞれ個別に
圧力調整可能に構成されている。そして、このように個
別に各室８１、８３の２段階で圧力を調整できるように
することにより、反応容器１内を常に所定の真空状態に
維持できることができる。即ち、これら各室８１、８３
には、それぞれ専用の排気ラインと、窒素などのパージ
ガスを供給する供給ラインが接続されている。また、ハ
ンドリング室８１内の搬送装置８２は、リンク結合した
複数のアームを有し、しかも回転可能なベース８５上に
支持されている。従って、この搬送装置８２はアームを
水平面内で伸縮し且つ回転することによりカセット収容
室８１とウエハ交換室３４との間で半導体ウエハＷを受
け渡しをするように構成されている。尚、８６はウエハ
カセットＣを出し入れする際に開閉するゲートバルブで
ある。

【００３３】そして、上記処理装置に用いられる原料ガ
スとしては、上述したＴＥＳガスの他、例えばモノエチ
ルシラン、ジエチルシラン、トリメチルシラン、モノメ
チルシラン、ジメチルシラン等の有機シランガス等を挙
げることができる。また、プラズマ処理に用いられるガ
スとしては、上述した酸素ガス、アンモニアガス及びア
ルゴンガスの他、水素ガス、アルゴンガス以外の不活性
ガス等を挙げることができる。

【００３４】次に、上記処理装置を用いて半導体ウエハ
Ｗに薄膜を形成する場合の動作について具体的に説明す
る。まず、真空予備室８のカセット収容室８１のゲート
バルブ８６を開放してその内部にウエハカセットＣを収
納した後、このカセット収納室８１内を真空引きしてハ
ンドリング室８３と同程度の真空度にする。次いで、ゲ
ートバルブ８４Ａ、８４Ａ、８４Ｂをそれぞれ開放して
カセット収納室８１と反応容器１のウエハ交換室３４と
を連通状態にした後、搬送装置８２を駆動させてウエハ
カセットＣから半導体ウエハＷを１枚取り出し、この半
導体ウエハＷをウエハ交換室３４に位置する回転テーブ
ル４の凹部４Ｃに載置する。この時、この凹部４Ｃの孔
４３から昇降ピン４６が上昇しており、これらの昇降ピ
ン４６上に半導体ウエハＷを載せると、引き続き昇降ピ
ン４６が下降して凹部４Ｃ内に半導体ウエハＷが水平に
載置された状態になる。然る後、モータ６を駆動させて
回転テーブル４を図２の矢印方向へ１／５回転させて次
の凹部４Ｃをウエハ交換室３４内に位置させた後、上述
した場合と同様にして次の半導体ウエハＷを回転テーブ
ル４の凹部４Ｃに載置し、以後同様にして全ての凹部４
Ｃ内に半導体ウエハＷを載置した後、ゲートバルブ８４
Ａ、８４Ａ、８４Ｂを閉止する。

【００３５】その後、半導体ウエハＷの自然酸化膜を除
去する前処理を行なうには、プラズマを利用するため、
回転テーブル４を止め、１つの半導体ウエハＷを第２プ
ロセス室３２内に位置させる。そして、第２プロセス室
３２内に位置する半導体ウエハＷのみをヒータ４２によ
って２５０℃程度まで加熱する。また、これと共にアル
ゴンガスをガス導入管１２から第２プロセス室３２内に
導入すると共に対向電極３２Ｂに例えば３００Ｗの高周
波電力を印加してアルゴンガスのプラズマを生成させ、
このプラズマによって半導体ウエハＷの自然酸化膜をエ
ッチングし、自然酸化膜を除去する。自然酸化膜の除去
は半導体ウエハＷを１枚ずつ、第２プロセス室３２内に
滞在させ、回転テーブル４を停止した状態でその処理を
行なう。この前処理後、上記半導体ウエハＷに対して以
下の成膜処理を行なう。

【００３６】上記成膜処理を行なうには、モータ６を徐
々に加速させて回転テーブル４の回転数を増しいき、こ
の時に遠心力によって半導体ウエハＷを凹部４Ｃの底面
に強く押し付ると共にヒータ４２で半導体ウエハＷを加
熱する。半導体ウエハＷは遠心力の反径方向の分力の影
響を受けるが、半導体ウエハＷの周縁部が凹部４Ｃの側
壁に当接するため、半導体ウエハＷは凹部４Ｃ内に確実
に保持される。そして、回転テーブル４の回転数が例え
ば所定回転数の１０ｒｐｓに達し、半導体ウエハＷの温
度が例えば所定温度の２５０℃に達した状態下で、原料
ガスとしてのＴＥＳガスと水素ガスの混合ガス（例え
ば、ＴＥＳ／水素＝４／６）を原料ガス導入管１０から
第１プロセス室３１内に導入して原料ガスの圧力を例え
ば１Torrに設定すると共に、酸素ガスをガス導入管１２
からマイクロ波（２.４５ＧＨz）放電部１１によってプ
ラズマ化した酸素ガスをガス導入管１２から第２プロセ
ス室３２内に導入して酸素ガスの圧力を例えば１Torrに
設定する。

【００３７】各プロセス室３１、３２にそれぞれのガス
が導入されると、第１プロセス室３１内では原料ガスの
反応によって生成したシリコンが回転テーブル４を介し
て移動する半導体ウエハＷに吸着してその表面にシリコ
ン膜を形成し、成膜時の不要な生成ガスは真空ポンプ５
によって両隣のガス排気室３３、３３の通路３３Ａ、３
３Ａから図３に矢印で示すように速やかに排出されて数
１００ｍTorrのガス圧に設定される。この成膜と共に半
導体ウエハＷは、隣のガス排気室３３へ移動し、不要生
成ガスなどが殆ど吸着されることなく次の処理室３であ
る第２プロセス室３２まで移動する。第２プロセス室３
２内ではプラズマ化した酸素ガス中の酸素ラジカルによ
ってシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成され
る。この第２プロセス室３２内の圧力も例えば数１００
ｍTorrに設定される。更に回転テーブル４が回転するこ
とにより上述の場合と同様にしてガス排気室３３、ウエ
ハ交換室３４で不要なガス及び生成物等の浮遊物が除去
され、再び上述の成膜が連続的に繰り返される。

【００３８】上記成膜に際して、回転テーブル４は１０
ｒｐｓの回転速度で回転しているため、上記各プロセス
室３１、３２における半導体ウエハＷの成膜処理は１５
ｍ秒程度の短時間であるが、成膜用の処理ガスが吸着す
るには十分な時間であり、このような短時間内に５オン
グストローム程度の分子層膜を形成することができる。
そして、回転テーブル４の回転によって上述の成膜を５
分間繰り返して行なうと、３０００回の成膜処理を行な
うことになり、この間に絶縁膜として十分な１.５μｍ
厚の酸化膜を半導体ウエハＷに形成することになる。こ
のようにして形成された積層膜は、ピンホール等の欠陥
がない優れた膜質を有することになる。

【００３９】そして、上記成膜が終了すると、モータ６
の駆動が停止して回転テーブル４が停止すると共に、ゲ
ートバルブ８４Ａ、８４Ａ、８４Ｂを開放してウエハ交
換室３４を真空予備室８のハンドリング室８３及びカセ
ット収容室８１に連通させた後、搬送アーム装置８２を
駆動させると共に、ウエハ交換室３４に位置する回転テ
ーブル４の凹部４Ｃの昇降ピン４６を上昇させ、半導体
ウエハＷを搬送装置８２によって取り出してウエハカセ
ットＣの空いた部分にその半導体ウエハＷを収納すると
共に、この搬送アーム装置８２でウエハカセットＣから
未処理の半導体ウエハＷを取り出して上述の空いた凹部
４Ｃに未処理の半導体ウエハＷを載置することによって
半導体ウエハＷの交換を行なう。他の凹部４Ｃに載置さ
れた成膜後の半導体ウエハＷも同様にして未処理のもの
と交換し、上述の真空処理を繰り返して行なう。尚、上
記成膜処理において、原料ガス及び酸素ガスの供給速度
は、必要に応じて隔壁２のバルブ１３によって適宜調整
することができる。

【００４０】以上説明したように本実施例によれば、半
導体ウエハＷを回転テーブル４で回転させながらＣＶＤ
法を用いて第１プロセス室３１及び第２プロセス室３２
において極めて短い時間のシリコン膜の成膜処理及びシ
リコン膜の酸化処理を順次繰り返して行なうようにした
ため、５オングストローム程度の極めて薄い酸化膜が３
０００回に亘って繰り返し積層されるため、ピンホール
等を形成することなく膜質に優れたシリコン酸化膜を半
導体ウエハＷに均一に形成して信頼性の高い半導体を得
ることができる。

【００４１】次に、上記処理装置を用いた他の使用態様
として、半導体ウエハＷにシリコン酸化膜とシリコン窒
化膜とを交互に積層する場合について説明する。半導体
ウエハＷにシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を交互に積
層する場合には、例えば、上記実施例で説明した方法で
半導体ウエハＷに１００オングストロームのシリコン酸
化膜を形成し、その後、ガス導入管１２から導入するガ
スのみを酸素ガスからアンモニアガスに切り替えて窒素
ラジカルを第２プロセス室３２内に供給してシリコン酸
化膜の形成と同様の動作に従って処理すれば、１００オ
ングストロームのシリコン窒化膜を形成することができ
る。つまり、シリコン窒化膜を形成する時にも、第１プ
ロセス室３１にはＴＥＳガスと水素ガスの混合ガスをシ
リコン酸化膜を形成した場合と同様に供給してシリコン
膜を形成するようにしている。そして、シリコン酸化膜
とシリコン窒化膜の各成膜動作を所望の回数だけ交互に
繰り返すことによって半導体ウエハＷに１００オングス
トロームのシリコン酸化膜と１００オングストロームの
シリコン窒化膜を交互に積層することができる。

【００４２】従って、本実施例によれば、原料ガス導入
管１０及びガス導入管１２それぞれに供給するガスの種
類を適宜切り替えることによって膜種を異にする複数種
の薄膜を交互に積層して種々の機能を付与した薄膜を均
一に形成して信頼性の高い半導体を得ることができる。

【００４３】また、上記処理装置は、Ｔａ₂Ｏ₅の積層型
高誘電体膜を半導体ウエハ上に形成する場合にも適用す
ることができる。この場合には、ガス導入管１０からＴ
ａ（Ｎ（ＣＨ₃）₂）₅と水素との混合ガスを第１プロセ
ス室３１内に導入してタンタル膜を半導体ウエハＷ上に
形成し、ガス導入管１２から酸素ラジカルを第２プロセ
ス室３２内に導入してタンタル膜を酸化する。このよう
にして所定時間回転テーブル４を回転操作することによ
り、所定の厚さのＴａ₂Ｏ₅膜を得ることができる。

【００４４】また、上記処理装置は、Ｇａ及びＡｓの薄
膜を交互に重ねてＧａＡｓ層を形成する場合に適用する
こともできる。この場合には、ガス導入管１０から第１
プロセス室３１にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を導入
し、またガス導入管１２から第２プロセス室３２にアル
シン（ＡｓＨ₃）を導入する。ここでマイクロ波放電部
１１は作動させず、アルシンをガス状態で第２プロセス
室３２内に導入する。ここでヒータ４２を作動させて半
導体ウエハＷの温度を所定の温度に設定することによ
り、ＴＭＧ及びアルシンは半導体ウエハＷ上で熱分解す
る。これにより、第１プロセス室３１ではＧａ膜が形成
され、第２プロセス室３２ではＡｓ膜が形成される。こ
のようにして所定時間回転テーブル４を回転操作するこ
とにより、Ｇａ及びＡｓの薄膜を交互に重ねた所定の厚
さのＧａＡｓ膜を得ることができる。

【００４５】更にまた、上記処理装置は特開平３−７２
０７７号公報で開示されたシリコン酸化膜を形成する場
合にも適用することができる。この場合には、ガス導入
管１０から第１プロセス室３１にＴＥＯＳとオゾンとの
混合ガスを導入し、またガス導入管１２から第２プロセ
ス室３２に酸素ラジカルを導入する。この際、回転テー
ブル４が回転する状態で第２プロセス室３２内で半導体
ウエハＷが帯電しないようにするために、第２プロセス
室３２では酸素をプラズマ化しないことが好ましい。こ
の操作において両プロセス室３１、３２に隣接するガス
排気室３３では室内を浮遊するガス成分が真空排気によ
り除去され、半導体ウエハＷの表面に吸着したガス成分
同士のみの反応が行なわれる。

【００４６】上述のように上記処理装置を用いることに
より、異なった原料ガスを各処理室に別に導入して半導
体ウエハＷ表面に吸着したガス成分同士のにを反応させ
ることができ、種々の積層膜を形成することができる。
換言すれば、この処理装置では従来分子線エピタキシ法
に相当する成膜プロセスを実施することができる。これ
は、反応性の高い２つのガスの反応生成物を常温でＣＶ
Ｄ成膜できる可能性を示唆している。即ち、成膜のエネ
ルギーとして従来必要であった熱エネルギーあるいはプ
ラズマエネルギーに代えて２種の原料ガスの反応で生じ
る反応エネルギーをエネルギー源とすることができる。

【００４７】また、図６、図７はそれぞれ本発明の処理
装置の他の実施例の平面図を示し、各図において上記実
施例と同一部分または相当部分には同一符号を付してこ
れらの実施例について説明する。図６に示す処理装置
は、第１プロセス室３１と第２プロセス室３２との間に
第３プロセス室３５が設けられ、更にこの第３プロセス
室３５と第１プロセス室３１及び第２プロセス室３２と
の間にガス排気室３３、３３が介在し、この第３プロセ
ス室３５内に水素ラジカルを導入するように構成されて
いる。この第３プロセス室３５内では、この内部に導入
された水素ラジカルにより第１プロセス室３１内の処理
で生じた有機物を半導体ウエハＷの表面で還元処理して
メタンガス等として除去することができる。例えばこの
処理装置を最初の成膜処理、つまりＴＥＳによる成膜処
理に適用することにより、ＴＥＳガスに起因する有機物
を除去してこの有機物を不純物としてシリコン膜内に巻
き込む虞がなくなり、一層高品質のシリコン膜を得るこ
とができる。

【００４８】また、上記実施例では各隔壁２が反応容器
１のスリーブ９を中心に放射状に形成されたものについ
て説明したが、本発明の処理装置は各隔壁が必ずしも放
射状に形成されたものでなくても良く、要は複数の隔壁
が反応容器内をその中心軸の周囲で複数の処理室に分割
するように形成されたものであれば良い。例えば図７に
示す処理装置は、４つの隔壁２を有し、２つの隔壁２、
２は真空予備室８の長手方向に沿って互いに平行に形成
され、他の２つの隔壁２、２は前者の隔壁２、２に対し
て直交する方向で同一平面を形成するように形成されて
いる。そして、前者の隔壁２、２と後者の隔壁２、２間
には第１プロセス室３１及び第２プロセス室３２が形成
され、前者の隔壁２、２間にはガス排気室３３が形成さ
れ、同一平面をなす後者の隔壁２、２と反応容器１の周
壁間にウエハ交換室３４が形成されている。そして、こ
のウエハ交換室３４はガス排気室としての機能をも果た
すように構成されている。このように構成された処理装
置においても上述した場合に準じた成膜処理を施すこと
ができる。

【００４９】更に、複数の処理室の内の一つをエッチン
グ処理室として用いることができる。この場合において
も前述のように回転テーブル４の回転中にプラズマを使
用することは好ましくない。従って、ガス導入管１２の
マイクロ波放電部１１のような装置あるいは別のプラズ
マ生成室を使用し、プラズマ中のイオン種がエッチング
室に到達しないようにし、プラズマ中の活性種の内、ラ
ジカルによりエッチングを施すようにする。そして、エ
ッチング処理室の後にガス排気室を設け、このガス排気
室において不要な残留エッチングガス、エッチングによ
る生成物を速やかに排気して次に処理に悪影響を及ぼさ
ないようにする。

【００５０】尚、本発明は、上記各実施例に何等制限さ
れるものではなく、被処理体に形成する薄膜の種類ある
いはエッチングの処理内容に応じて処理室の数を適宜設
定することができる。要するに、真空状態を形成し得る
円筒状の反応容器内をその中心軸の周囲で複数の隔壁に
よって分割して形成された複数の処理室と、これらの各
処理室を形成する上記各隔壁の下端に対して細隙を介し
て回転可能に配設され且つ被処理体を複数載置する円形
状の載置台とを備え、上記複数の処理室の少なくとも一
つの処理室に所定のガスを導入し、このガスで上記被処
理体を処理するように構成された処理装置であれば、全
て本発明に包含されることになる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１及
び請求項２に記載の発明によれば、複数の処理工程間の
処理ガスが互いに干渉することがなく、成膜に際しては
極めて薄い膜を短時間で複数層を積層して膜質に優れた
薄膜を形成することができ、また、エッチングに際して
はエッチングによって生成した不要ガスを効率的に排出
して精度の高いエッチングを行なうことができる処理装
置を提供することができる。

【００５２】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、請求項１または請求項２に記載の発明において、
載置台が回転すればその遠心力で被処理体が載置台の傾
斜面に押し付けられて被処理体を確実に載置台上に保持
して安定した処理を行なうことができる。

【００５３】また、本発明の請求項４及び請求項５に記
載の発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれか一つ
に記載の発明において、昇降装置によって載置台と各処
理室の隔壁との細隙を調整して各処理室の処理圧力を適
宜調整して所定の処理に適した真空度に調整することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理装置の一実施例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１に示す処理装置の反応容器の水平方向の断
面を示す断面図である。

【図３】図２に示す処理装置の部分断面図であり、同図
（ａ）は反応容器のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面を示す
断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の丸く囲んだ部分を示
す拡大図である。

【図４】図１に示す反応容器内の第２プロセス室の要部
を拡大して示す部分断面図である。

【図５】図１に示す回転テーブルと半導体ウエハを昇降
する昇降装置との関係を示す拡大断面図である。

【図６】本発明の処理装置の他の実施例の反応容器の水
平方向の断面を示す断面図である。

【図７】本発明の処理装置の更に他の実施例の反応容器
の水平方向の断面を示す断面図である。

【符号の説明】

１反応容器２隔壁３処理室４回転テーブル５真空ポンプ６モータ７昇降装置１０原料ガス導入管１３バルブ（圧力調整手段）３１第１プロセス室（処理室）３２第２プロセス室（処理室）３３ガス排気室（処理室）３５第３プロセス室（処理室）Ｗ半導体ウエハ（被処理体） δ 細隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空状態を形成し得る円筒状の反応容器
内をその中心軸の周囲で複数の隔壁によって分割して形
成された複数の処理室と、これらの各処理室を形成する
上記各隔壁の下端に対して細隙を介して回転可能に配設
され且つ被処理体を複数載置する円形状の載置台とを備
え、上記複数の処理室の少なくとも一つの処理室に所定
のガスを導入し、このガスで上記被処理体を処理するこ
とを特徴とする処理装置。
【請求項２】上記隔壁を上記反応容器の中心から放射
状に延設したことを特徴とする請求項１に記載の処理装
置。
【請求項３】上記載置台を、その中央部から外方に向
かって上方へ傾斜させて形成したことを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の処理装置。
【請求項４】上記載置台を昇降させて上記細隙を調整
する昇降装置を備えたことを特徴とする請求項１〜請求
項３のいずれか一つに記載の処理装置。
【請求項５】上記各隔壁に隣合う処理室間を連通可能
にする圧力調整手段を設けたことを特徴とする請求項１
〜請求項４のいずれか一つに記載の処理装置。