(57)【要約】【課題】反応副生成物の反応室壁面への付着を抑制する基板処理装置を提供する。【解決手段】反応室１２のゲート弁４４側の反応室壁１４面付近から不活性ガス５６を流せるように、反応室１２内部に不活性ガス第１導入ノズル５８が設けてある。この不活性ガス第１導入ノズル５８と対向する側の反応室１２の壁面には排気口６０が設けてあり、プロセス実行中は不活性ガス５６をサセプタ１８の側面方向から供給し、層流状態にして、反応副生成物が反応室１２内の部材の各部に付着するのを防ぎながら排気口６０側へ流すことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内で基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部の基板支持面に対向して設けられ、前記処理室内に反応ガスを供給するための反応ガス供給系と、
前記反応ガスと異なる方向から不活性ガスが供給されるように前記処理室内壁付近に複数の不活性ガス供給ノズルが設けられる不活性ガス供給系と、
前記処理室内のガスを排気するガス排気系と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記不活性ガス供給ノズルの開口部をウエハとは逆の方向に向けて、前記不活性ガスが前記処理室内の内壁に衝突されてから基板の方向に供給される、
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記不活性ガス供給ノズルは、基板に対して不活性ガスが平行に供給されるように設けられる、
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記基板支持部と前記反応ガス供給系の間に遮蔽板を設ける、
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
対向する一対の平板電極間に前記反応ガスを供給し、前記一対の平板電極の少なくとも一方の平板電極に高周波電力を印加して前記処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置を有する、
請求項１に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板表面への薄膜形成及び薄膜の改質を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の平行平板型基板処理装置１０の断面図を示す。
反応室１２は反応室壁１４で気密に構成され、該反応室１２内部には上電極１６とサセプタ１８が対向して設けられている。上電極１６の上部には反応ガス導入部２０が設けてあり矢印で示すように第１の反応ガス２２及び第２の反応ガス２４（以下、反応ガス２２、２４と称す）を、ガスシャワー板２６から反応室１２に供給できるようになっている。
【０００３】
また、上電極１６は絶縁ブロック２８で反応室壁１４と絶縁され、発振器３０が出力する高周波電力を整合器３２を介して供給し、減圧下で反応ガス導入部２０から導入した反応ガス２２、２４を用いて、プラズマ３４を生成する構造となっている。
【０００４】
サセプタ１８はサセプタ加熱ヒータ３６で加熱され、サセプタ１８上の被処理基板３８を加熱する構造となっている。
【０００５】
反応室壁１４面には、反応室１２を排気する為の排気管４０が設けてあり、排気ゲート弁４２を介して、図示しないポンプに接続され、反応室１２を排気する構造となっている。
【０００６】
また、反応室壁１４の一部に設けたスリット部にゲート弁４４が設けてあり、ベローズ４６で気密且つ上下動可能に設けたウエハピン４８と図示しない搬送ロボットとの共働により、被処理基板３８の搬入・搬出ができるようになっている。
【０００７】
次に、この従来の平行平板型基板処理装置１０の動作について説明する。
図示しない排気ポンプによって、排気管４０により反応室１２内部を排気した後、ゲート弁４４を開いて、ウエハピン４８と図示しない搬送ロボットとの共働により、被処理基板３８をサセプタ１８上に搬送した後、反応ガス導入部２０から一定流量の反応ガス２２、２４を導入し、反応室１２内の圧力を所定の値に安定保持する。
【０００８】
上電極１６に発振器３０の出力する高周波電力を整合器３２を介して供給すると、反応室１２内にプラズマ３４が生成され、サセプタ１８に載置された被処理基板３８が処理される。
【０００９】
例えば、シリコンウエハの表面に窒化珪素（ＳｉＮ）膜を形成する場合に、例えば以下の処理条件とする。モノシラン（ＳｉＨ４）：５００ｓｃｃｍ、アンモニア（ＮＨ３）：２０００ｓｃｃｍ、窒素（Ｎ２）：１０００ｓｃｃｍ、圧力：３９９Ｐａ、ＲＦ電力：１２００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）、電極間隔：２０ｍｍ、シリコンウエハ温度：３５０℃。この処理条件で成膜を行うと、５０００Å／ｍｉｎ程度の成膜速度が得られる。
【００１０】
しかし、上述した従来の平行平板型基板処理装置１０で窒化珪素の成膜を行うと、反応室１２の反応室壁１４の内側表面に反応副生成物が付着する。
これらの反応副生成物は、反応ガスが反応室１２各部に対流する間に、気相反応及び反応室壁１４内面における表面反応で堆積するものであり、反応室壁１４近傍のガスの状態、反応室壁１４の温度、滞留時間及び圧力等によって、堆積速度も異なる。
【００１１】
この反応副生成物の堆積物は次第に厚くなり、やがて剥がれてプロセス中に浮遊する細かな異物となり、被処理基板であるウエハ表面に付着する。
ウエハに付着した異物は、半導体製造プロセスにおけるデバイス生産の歩留まりを低下させる原因となるため、異物が発生する前に除去する必要がある。
【００１２】
反応副生成物の除去の方法は、プロセスの合間に活性なクリーニングガスを導入してエッチングする方法と、反応室を開いて反応副生成物が付着した部品を洗浄したり、削り取ったりする方法が用いられている。
しかし、いずれの方法も時間を要するため、当該装置の生産性を低下させる原因となっている。
しは、反応室の側壁面側からだけではなく、反応室壁１４面の上下も
【００１３】
これらの問題に対し、従来の技術として、例えば特許文献１では、光励起ＣＶＤ装置において光化学反応に関係しないガスによって、光入射窓を覆うことで、反応生成物の付着を防止することが開示されている。特許文献２では、上下の不活性ガス層により中央の反応性ガス層を挟むことにより、試料保持台及び試料室への反応生成物の付着を抑えることが開示されている。特許文献３では、レーザＣＶＤ装置において反応ガスを供給したまま不活性ガスを基板表面に平行に僅かに離して噴射することで、気中で粒子が形成されても不活性ガスに遮られて基板表面に到達することなく排出されることが開示されている。特許文献４では、ステージの外周に浮遊する反応副生成物を噴出する不活性ガスで阻むことで、ステージの下面と半導体基板との間への侵入を防ぐことが開示されている。また、特許文献５では、第１のガスと組成の異なる第２のガスを、電極とシールド電極との間隙に供給することによって、排気口側端部の近傍における副生成物自体の生成及び副生成物の堆積を抑制することが開示されている。
【００１４】
【特許文献１】特開平２−７９４２９号公報
【特許文献２】特開平５−３３９７３４号公報
【特許文献３】特開平１−２５１６０７号公報
【特許文献４】特開平６−３３３８３３号公報
【特許文献５】特開２００５−３５３９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、処理室内にガスが淀む部分が生じ、副生成物の付着防止が十分でなく、副生成物が付着した部品を頻繁にクリーニングする必要がある。
【００１６】
本発明は、反応室のクリーニング頻度を低減する為に、反応副生成物の反応室壁面への付着を抑制する基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明に係る基板処理装置は、基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の基板支持面に対向して設けられ、前記処理室内に反応ガスを供給するための反応ガス供給系と、前記反応ガスと異なる方向から不活性ガスが供給されるように前記処理室内壁付近に複数の不活性ガス供給ノズルが設けられる不活性ガス供給系と、前記処理室内のガスを排気するガス排気系と、を有する基板処理装置である。これにより、基板付近に残留する副生成物を除去し、且つ処理室内に淀みが生じないため、処理室内の副生成物を残らず除去することができる。
【００１８】
好適には、前記基板処理装置は、前記不活性ガス供給ノズルの開口部をウエハとは逆の方向に向けて不活性ガスを前記処理室内の内壁に衝突させる。これにより処理室内壁への衝撃により、ウエハの方向へ流れる不活性ガスの圧力を低減し、基板が多量の不活性ガスに曝されることを防止できる。
【００１９】
好適には、前記不活性ガス供給ノズルは、基板に対して不活性ガスが平行に供給されるように設けられる。
【００２０】
好適には、前記基板処理装置は、前記基板支持部と前記反応ガス供給系の間に遮蔽板を設ける。これにより不活性ガスが基板上に流れ込むことを防止できる。
【００２１】
好適には、対向する一対の平板電極間に前記反応ガスを供給し、前記一対の平板電極の少なくとも一方の平板電極に高周波電力を印加して前記処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置を設ける。
【００２２】
好適には、前記処理室の内壁は角がなく丸形状で形成されている。
【００２３】
好適には、前記基板支持部の下部に不活性ガスを流す。
【００２４】
好適には、前記基板支持部の下部に遮蔽板を設ける。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、被処理基板のプラズマ処理中、反応副生成物が反応室（処理室）内の壁面や、処理室内の各種部材に接触するのを抑制することができるので、反応室内の壁面や処理室内の各種部材に反応副生成物が付着するのを抑制することができる。
【００２６】
また、インサイチュークリーニング及び反応室の開放メンテナンスの頻度が５分の１から１０分の１に減り、装置のスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図２及び図３は、本発明の一実施形態としての基板処理装置５０を示す。図３は、上下動可能に設けられたサセプタ１８が下降している状態を示す。反応室１２は反応室壁１４で気密に構成され、該反応室１２内部には上電極１６とサセプタ１８が対向して設けられている。上電極１６の上部には反応ガス導入部２０が設けてあり、矢印で示すように反応ガス２２、２４を、ガスシャワー板２６から反応室１２に供給できるようになっている。
【００２８】
また、上電極１６は絶縁ブロック２８で反応室壁１４と絶縁され、同様に絶縁されたサセプタ軸５２に回転導入端子５４を経由して、発振器３０が出力する高周波電力を整合器３２を介して供給し、減圧下で反応ガス導入部２０から導入した反応ガス２２、２４を用いて、プラズマ３４を生成する構造となっている。
【００２９】
サセプタ１８はサセプタ加熱ヒータ３６で加熱され、サセプタ１８上の被処理基板３８を加熱するとともに、このサセプタ１８は回転可能となっている。サセプタ１８が回転できることにより、被処理基板３８への処理を均一に行うことができる。
【００３０】
反応室壁１４面には、反応室１２を排気する為の排気管４０が設けてあり、排気ゲート弁４２を介して、図示しないポンプに接続され、反応室１２を排気する構造となっている。なお、排気管４０の内壁には角のない丸みを帯びた形状の方が、内壁に副生成物が堆積しづらく好ましい。
【００３１】
反応室壁１４の一部に設けたスリット部にゲート弁４４が設けてあり、図３に示すように、サセプタ１８が下降してウエハピン４８上に被処理基板３８が載った状態で、図示しない搬送ロボットが被処理基板３８の搬入・搬出を行う構造となっている。
【００３２】
また、反応室１２のゲート弁４４側の反応室壁１４面付近から不活性ガス５６を流せるように、反応室１２内部に不活性ガス第１導入ノズル５８が設けてある。つまり、反応ガス導入口２０とは異なる部位にあり、反応ガスとは異なる方向に不活性ガスを流すことができる。この不活性ガス第１導入ノズル５８と対向する側の反応室１２の壁面には排気口６０が設けてあり、プロセス実行中は不活性ガス５６をサセプタ１８の側面方向から供給し、基板３８に対して平行な流れとなるように層流状態にして排気口６０側へ流すことができる。
排気口６０の設置場所は上記構成に限られず、不活性ガス第１導入ノズル５８と水平な位置に設置されることが最も好ましいが、必ずしも水平な位置でなくてもよく、反応副生成物が反応室内の壁面や処理室内の各種部材に付着するのを抑制できればどのような位置でもよい。
【００３３】
また、不活性ガス５６の供給は反応室壁１４の一面に限られず、反応副生成物が反応室壁１４に付着しないような流れになるように適宜選択する。不活性ガス５６の吹出しは、反応室の側壁面側からだけではなく、反応室壁１４面の上下も対象としてもよい。
【００３４】
反応室１２内を気密に保持したまま、サセプタ１８を上下するために設けられたベローズ４６の袋構造部に、不活性ガス第２導入ノズル６２から不活性ガス５６が導入され、ベローズ４６の袋構造内部に反応副生成物が侵入して堆積するのを防止する。
不活性ガス５６は、反応副生成物が凝集し反応室壁１４に付着しない程度の温度に加熱された状態で、反応室１２に導入されるような構成としてもよい。
【００３５】
次に、本基板処理装置５０の動作について説明する。
図示しない排気ポンプによって、排気管４０により反応室１２内部を排気した後、ゲート弁４４を開いてウエハピン４８と図示しない搬送ロボットとの共働により、被処理基板３８をサセプタ１８上に搬送した後、反応ガス導入部２０から一定流量の反応ガス２２、２４を導入し、また同時に、不活性ガス第１導入ノズル５８及び不活性ガス第２導入ノズル６２から、不活性ガス５６を反応室１２内部に導入し、図示しない排気コンダクタンス調節弁により、反応室１２内の圧力を所定の値に保持する。
【００３６】
上電極１６とサセプタ軸５２に、発振器３０の出力する高周波電力を整合器３２を介して供給すると、反応室１２内にプラズマ３４が生成され、サセプタ１８に載置された被処理基板３８が処理される。
【００３７】
このとき、サセプタ１８とガスシャワー板２６の間に生成されたプラズマ３４領域で生成された反応副生成物が反応室１２内の部材の各部に付着するのを、反応室１２内を被処理基板３８に対して平行に層流状に流れる不活性ガス５６により防ぎながら、これらのガスは排気される。不活性ガス５６は、サセプタ１８の下部と反応室壁１４の間も流れるような構成となっている。また、反応室１２全体の形状は上記構成に限られず、反応室１２の内壁は角をなくした丸形状としてもよい（図５参照）。  
【００３８】
成膜を行うに際して、反応ガスと異なる方向から不活性ガス５６を導入すると、不活性ガス５６が成膜を阻害するおそれがある。具体的には、不活性ガス５６の上流側の被処理基板３８直上部ほど不活性ガス５６濃度が低く、下流となる程、不活性ガス導入部からの距離に比例して不活性ガスが貯まるため不活性ガス濃度が高くなる。その対策として、不活性ガス５６を遮蔽する遮蔽板等をガスシャワー板２６に設け、被処理基板３８の上部に不活性ガス５６が流れにくくするようにしてもよい。
また、上電極１６とサセプタ１８の間の距離を狭めることで、被処理基板３８上に不活性ガス５６が流れにくくするようにしてもよい。さらに、不活性ガス５６の流れを調整するために、サセプタ１８周辺に風よけ板を設けてもよい。
【００３９】
不活性ガス第１導入ノズル５８から基板に対して平行に供給される不活性ガス５６のガス種は、一般的にＮ２、Ａｒ及びＨｅ等である。この平行に供給される不活性ガス５６は、成膜に悪影響を与えないものであって、反応ガスと共に供給される不活性なキャリアガスと同一のガスを用いることが好ましい。
平行に供給される不活性ガス５６の導入されるタイミングは、反応ガスを節約でき、ＲＦ放電の前であることが条件のため、反応ガス２２、２４を供給する直前又は同時であることが好ましい。
また、平行に供給される不活性ガス５６は、反応ガス２２、２４全流量の２０倍程度の流量で導入されるのが好ましい。
【００４０】
処理条件を、例えば、反応ガス（ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２等）の全流量を０．５ｓｌｍ、不活性ガス（Ｎ２）の流量を１〜１００ｓｌｍ、サセプタの温度を３５０℃、反応室内の圧力を１０〜９３１Ｐａとし、被処理基板３８に処理が行われる。
このとき、圧力が高すぎるとガスに淀みが生じる。低圧力であるほど、ガスは層流状態となり易く淀みが生じにくい。特に１０〜９３１Ｐａでは良好に成膜され、好ましい。
また、不活性ガス濃度１０〜１００ｓｌｍでは反応ガスと不活性ガスがうまく分離して副生成物の付着が少なく良好に成膜され、好ましい。
被処理基板３８として例えば３００ｍｍウエハが用いられる場合、反応室１２の長手方向の長さは５００ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４１】
図４は他の実施形態を示す。上述した基板処理装置５０の上電極１６の形状を変更したものである。上電極１６全体を、きのこを逆さまにしたような形状とし、この茎に相当する部分に、反応ガス２２、２４の導入及び発振器３０の出力する高周波電力を整合器３２を介して供給する構造となっている。
【００４２】
また、反応室１２内に導入された不活性ガス５６が、上電極１６の上部と反応室壁１４の間も流れるような構成となっており、上電極１６の上部を通過した不活性ガス５６は、反応室１２内上方から排気口６０へ流れる。
【００４３】
図５に示される他の実施形態では、不活性ガス第１導入ノズル５８は、吹出しがサセプタ１８（被処理基板３８）に対して反対の方向に向けて設けられており、不活性ガス５６を反応室１２内壁に衝突させるように構成されている。反応室１２内壁へ衝突させることにより、被処理基板３８へ流れる不活性ガス５６の圧力が低減され、被処理基板３８が過剰の不活性ガス５６に晒されることを防止できる。
【００４４】
本発明は平行平板を用いる装置に特に有効であり、一対の平板電極の間に基板を設けて基板を処理する際に、処理室内に副生成物が付着しないように不活性ガスとは異なる方向から不活性ガスを供給するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の基板処理装置を示す側面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用される基板処理装置を示す側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用される基板処理装置を示す側面断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態が適用される基板処理装置を示す側面断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態が適用される基板処理装置を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０    平行平板型基板処理装置
１２    反応室
１４    反応室壁
１６    上電極
１８    サセプタ
３０    発振器
３２    整合器
３４    プラズマ
３８    被処理基板
４８    ウエハピン
５０    基板処理装置
５２    サセプタ軸
５４    回転導入端子
５６    不活性ガス
５８    不活性ガス第１導入ノズル
６０    排気口
６２    不活性ガス第２導入ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010147201.tif 000005
【図４】
2010147201.tif 000006
【図５】
2010147201.tif 000007