(57)【要約】【課題】反応室内のプラズマ密度を均一にすることができる半導体製造装置を提供する【解決手段】基板が処理される処理室５２と、この処理室５２内に設けられ、プラズマを生成するプラズマ室７６と、処理室５２の外側に設けられた複数の高周波アンテナ８４と、プラズマ室７６と複数の高周波アンテナ８４に挟まれる位置に、所定の間隔を隔てて配置され、高周波アンテナ８４により発生する電場を遮断するシールド９０と、を有し、複数の高周波アンテナ８４の接近部（位置Ｐ）に向けて、シールド９０の間隔が狭くなっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が処理される処理室と、
前記処理室の外側に設けられた複数のプラズマ発生用の電極と、
前記処理室と前記複数の電極に挟まれる位置に配置され、前記処理室内におけるプラズマ発生密度を調整する調整手段と、
を有する半導体製造装置。
【請求項２】
前記調整手段は遮蔽部を有し、
前記遮蔽部の配置又は形状により、プラズマ発生密度を調整する、
請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記複数の電極の形状により、プラズマ発生密度を調整する、
請求項１記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）のプラズマ密度は〜１０１０ｃｍ−３といわれており、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）のプラズマ密度である〜１０１２ｃｍ−３よりも低い。また、容量結合型プラズマは、基板上下間のプラズマ密度均一性の調整が出来ないため、ガス流量や温度等を調整することで、基板に生成する膜厚の均一化を図っている。このため、生成された膜の性能にばらつきが生じ、歩留まりを低下させる要因の一つとなる。
【０００３】
縦型半導体製造装置において、容量結合型プラズマによってプラズマを励起する方法はプラズマ密度が他方式と比較して低く、さらなる歩留まりの向上は困難である。容量結合型プラズマでは、プラズマ中のイオン温度が高く、高エネルギーをもったイオンが反応室石英壁に衝突し、石英内壁や石英内壁の膜を、スパッタしてしまうおそれがある。高密度のプラズマを発生させるために、高周波出力を上げると、反応室石英壁近傍のプラズマ密度（イオン密度）が高くなり、石英内壁をスパッタする確率が高まる。
【０００４】
また、成膜温度帯まで耐熱性のある永久磁石は存在せず、縦型ヒータの内部に磁石を設置することは出来ない。このため、磁石を使用する電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ等を、縦型半導体製造装置に使用することは出来ない。
【０００５】
以上のことから、縦型半導体製造装置には、密度が高く構造が簡単な誘導結合型プラズマを設置しやすい。しかしながら、誘導結合型プラズマは、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）アンテナが長くなるほど、ＲＦアンテナの終端間の電圧差が大きくなる。ＲＦアンテナに高電圧がかかると、アンテナ同士、もしくは、高電圧のアンテナとアース部位（縦型装置の下部金属部分）間において、容量性結合型プラズマが発生する。容量性結合型プラズマが発生すると、ＲＦパワーロスが生じる。
これらの問題を克服するために、ＲＦアンテナを複数設置する構成がとられている。
【０００６】
特許文献１では、複数本の高周波アンテナを設置し、各ブスバー区間部分のインピーダンス及び各電力供給線のインピーダンスを各アンテナに印加される電圧のそれぞれが同一となるように調整することで、各アンテナに供給される高周波電力を均一化して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２２０５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の技術においては、反応室内に生成するプラズマ密度を均一にすることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、反応室内のプラズマ密度を均一にすることができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴とするところは、基板が処理される処理室と、前記処理室の外側に設けられた複数のプラズマ発生用の電極と、前記処理室と前記複数の電極に挟まれる位置に配置され、前記処理室内におけるプラズマ発生密度を調整する調整手段と、を有する半導体製造装置にある。
【００１１】
本発明の第２の特徴とするところは、前記調整手段は遮蔽部を有し、前記遮蔽部の配置又は形状により、プラズマ発生密度を調整する、請求項１記載の半導体製造装置にある。
【００１２】
本発明の第３の特徴とするところは、前記複数の電極の形状により、プラズマ発生密度を調整する、請求項１記載の半導体製造装置にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反応室内のプラズマ密度を均一にすることができる半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態が適用される半導体製造装置を示す斜透視図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用される半導体製造装置に用いられる処理炉の概略構成図を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用される半導体製造装置に用いられる処理炉の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態が適用される半導体製造装置に用いられる高周波アンテナの周辺構造を示し、図４（ａ）は、高周波アンテナの正面側の概略を示し、図４（ｂ）は、高周波アンテナの側面側の周辺構造を示す。
【図５】本発明の他の実施形態が適用される半導体製造装置に用いられる高周波アンテナの周辺構造を示し、図５（ａ）は、高周波アンテナの正面側の概略を示し、図５（ｂ）は、高周波アンテナの側面側の周辺構造を示す。
【図６】本発明の他の実施形態が適用される半導体製造装置に用いられる高周波アンテナの周辺構造を示し、図６（ａ）は、高周波アンテナの正面側の概略を示し、図６（ｂ）は、高周波アンテナの側面側の周辺構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[第１実施形態]
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての半導体製造装置１０の斜透視図を示す。この半導体製造装置１０は、バッチ式縦型半導体製造装置であり、主要部が配置される筺体１２を有する。筺体１２の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で、基板収納容器としてのカセット１４の授受を行う、保持具授受部材としてのカセットステージ１６が設けられ、このカセットステージ１６の後側には、昇降手段としてのカセットエレベータ１８が設けられ、このカセットエレベータ１８には搬送手段としてのカセット移載機２０が取り付けられている。また、カセットエレベータ１８の後側には、カセット１４の載置手段としてのカセット棚２２が設けられている。カセット棚２２には、後述するウエハ移載機４４の搬送対象となるカセット１４が収納される移載棚２４が設けられている。カセットステージ１６の上方には、予備カセット棚２６が設けられており、この予備カセット棚２６の上方には、クリーンユニット２８が設けられ、クリーンエアを筺体１２の内部に流通させるように構成されている。
【００１６】
筺体１２の後部上方には、処理炉３０が設けられている。処理炉３０の下方には、基板としてのウエハ３２を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート３４、このボート３４を処理炉３０に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ３６が設けられている。ボートエレベータ３６に取り付けられた昇降部材３８の先端部には、蓋体としてのシールキャップ４０が取り付けらており、ボート３４を垂直に支持している。ボートエレベータ３６とカセット棚２２の間には、昇降手段としての移載エレベータ４２が設けられ、この移載エレベータ４２には基板搬送手段としてのウエハ移載機４４が取り付けられている。ウエハ移載機４４には、例えば５枚のウエハ３２を取出すことができるアーム（ツイーザ）４６が備えられている。ボートエレベータ３６の近傍には、開閉機構をもち処理炉の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ４８が設けられている。
【００１７】
次に、処理炉３０について、図２及び３に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施形態として用いられる縦型の処理炉３０の概略構成図を示し、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図を示す。処理炉３０は石英ガラス等の耐熱性の高い材料が用いられていて一端開口で他端閉塞の円筒形状に形成されたプロセスチューブ５０を備えており、このプロセスチューブ５０は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。プロセスチューブ５０の筒中空部は複数枚のウエハ３２を保持するボート３４が収容される処理室５２を形成しており、プロセスチューブ５０の下端開口はボート３４を出し入れするための炉口５４を形成している。プロセスチューブ５０の内径は、取り扱うウエハ３２の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
【００１８】
プロセスチューブ５０の外部には、処理室５２を全体にわたって均一に加熱するためのヒータ５６が、プロセスチューブ５０の周囲を包囲するように同心円に設けられており、このヒータ５６は垂直に据え付けられた状態となっている。
【００１９】
プロセスチューブ５０の下端面には、マニホールド５８が当接されており、このマニホールド５８には金属が用いられ、上下両端部に径方向外向きに突出したフランジを有する円筒形状に形成されている。マニホールド５８は、プロセスチューブ５０の保守点検作業や清掃作業のために、プロセスチューブ５０に対し着脱自在に取り付けられている。
【００２０】
マニホールド５８の側壁の一部には、排気管６０の一端が接続されており、この排気管６０は他端が排気装置（非図示）に接続されており、処理室５２を排気できるように構成されている。マニホールド５８の下端面には、下端開口を閉塞するシールキャップ４０が、垂直方向下側からシールリング６２を挟んで当接されるようになっている。シールキャップ４０は、マニホールド５８の外径と略等しい円板形状に形成されており、ボートエレベータ３６（図１参照）によって垂直方向に昇降される。シールキャップ４０の中心線上には回転軸６４が挿通されており、この回転軸６４はシールキャップ４０と共に昇降し、かつ、回転駆動装置（非図示）によって回転駆動可能に構成されている。回転軸６４の上端には、ボート３４が垂直に立脚されて支持されるようになっている。
【００２１】
ボート３４は上下で一対の端板６６、６８と、両端板６６、６８間に架設されて垂直に配設された、例えば３本の保持部材７０とを備えている。各保持部材７０には、多数の保持溝７２が、保持部材７０の長手方向に等間隔に配され、互いに対向して開口するように設けられている。ウエハ３２の外周縁辺が各保持部材７０の保持溝７２間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ３２が、ボート３４に水平に、かつ、互いに中心を揃えられ、整列されて保持される。ボート３４の下側端板６６の下面には、断熱キャップ部７４が形成されており、この断熱キャップ部７４の下端面が、回転軸６４に支持されている。
【００２２】
プロセスチューブ５０の内周には、プラズマ室７６を形成する樋形状の隔壁７８が配置されており、この隔壁７８には複数個の吹出口８０が、ウエハ３２に対向するように配列されている。ガス供給管８２が、プロセスチューブ５０の側面下部であって、プラズマ室７６にガスを供給可能な位置に設けられている。
【００２３】
プロセスチューブ５０とヒータ５６に挟まれ、プラズマ室７６と対向する位置には、高周波アンテナ８４が縦方向に２段設けられている。各高周波アンテナ８４には高周波回路整合ユニット８６が設けられており、各高周波アンテナ８４は個別に整合できるように構成されている。高周波電源８８を各高周波アンテナ８４に印加することによりプラズマが発生する。
なお、本実施形態では、高周波アンテナ８４が２段設置されている場合について説明するが、本発明はこれに限られず、上下方向に複数設置して細かく制御することで、プラズマ密度の上下方向の均一性を、より細かく制御することができる。
【００２４】
高周波アンテナ８４とプラズマ室７６の間であって、プロセスチューブ５０の外側には、シールド９０が設けられている。高周波アンテナ８４にかかる高電圧によって加速された電子により、プロセスチューブ５０の内壁が負に帯電し、この静電場によりイオンが引き込まれ、プロセスチューブ５０の内壁がスパッタされる。内壁がスパッタされると、酸素などの不純物が生じる原因となりうる。これを防止するために、高周波アンテナ８４の電界の影響がプラズマに及ばないようにすべく、シールド９０を設置して電場を遮断する。
これにより、プロセスチューブ５０の内壁のスパッタが抑制される。
【００２５】
図４は、高周波アンテナ８４及びシールド９０の周辺構造を示す。図４（ａ）は、高周波アンテナ８４の正面側の概略を示し、図４（ｂ）は、高周波アンテナ８４の側面側の周辺構造を示す。この実施形態においては、櫛型のシールド９０を用いており、２つの高周波アンテナ８４の接近部（位置Ｐ）では、他の部分と比較してシールド間隔が狭まり密となっている。
【００２６】
次に、半導体製造装置１０の動作について説明する。
ウエハ３２が装填されたカセット１４は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ１６にウエハ３２が上向きの姿勢で搬入され、ウエハ３２が水平姿勢となるようにカセットステージ１６へ搬送される。カセット１４は、カセットエレベータ１８の昇降動作、横行動作及びカセット移載機２０の進退動作、回転動作の協働により、カセットステージ１６からカセット棚２２又は予備カセット棚２６に搬送される。
【００２７】
処理炉３０へ移載されるウエハ３２が収納されたカセット１４は、カセットエレベータ１８及びカセット移載機２０により、移載棚２４に搬送され収納される。カセット１４が移載棚２４に搬送されると、ウエハ移載機４４の進退動作、回転動作及び移載エレベータ４２の昇降動作の協働により、ウエハ３２は移載棚２４から降下状態にあるボート３４へ搬送される。
【００２８】
ボート３４に所定枚数のウエハ３２が搬送されると、ボートエレベータ３６によりボート３４が処理炉３０へ挿入され、シールキャップ４０が閉じられ、処理炉３０が機密に閉塞される。
【００２９】
ボート３４が処理炉３０の処理室５２に搬入されると、この処理室５２は排気管６０に接続された排気装置によって所定の圧力以下に排気され、ヒータ５６への供給電力が上昇されることにより、処理室５２が所定温度となる。ヒータ５６がホットウォール形の構成されているため、処理室５２内の温度は均一に維持された状態となる。このため、ボート３４に保持された複数のウエハ３２の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ３２の面内の温度分布も均一となる。
【００３０】
処理室５２の温度が予め設定された値に達して安定した後、ガス供給管８２から処理ガスが供給される。圧力が予め設定された値に達すると、ボート３４が回転軸６４によって回転され、高周波アンテナ８６には、高周波回路整合ユニット８６を介して高周波電源８８が印加される。これにより、プラズマ室７６内にプラズマが発生し、処理ガスは反応活性な状態となる。
【００３１】
複数の高周波アンテナ８４が接近する接近部（位置Ｐ）では電界が強くなるが、この位置では、シールド９０の間隔が狭く密となっているため、プラズマを発生させる力が調整される。これにより、接近部（位置Ｐ）近傍で発生するプラズマ密度が高くなるのを防止し、プラズマ室７６内に生成するプラズマ密度を均一にする。
【００３２】
活性化した処理ガスの活性種は、隔壁７８の吹出口８０から、処理室５２に吹き出す。これにより、それぞれが対向するウエハ３２に流れ込み、各ウエハ３２と接触するため、ボート３４に保持された複数のウエハ３２に対する活性種の接触分布は全長にわたって均一になる。また、ボート３４は回転軸６４によって回転されているため、各ウエハ３２の面内に対する活性種の接触分布は均一となる。
このようにして、各ウエハ３２には均一な処理が行われる。
【００３３】
予め設定された処理時間が経過し、ウエハ３２の処理が完了すると、処理ガスの供給、回転軸６４の回転、高周波電弁８８による印加、ヒータ５６の加熱及び排気装置による排気、が停止される。その後、ウエハ３２は、上述した動作と逆の手順により、ボート３４から移載棚２４のカセット１４に搬送される。カセット１４はカセット移載機２０により移載棚２４からカセットステージ１６に搬送され、図示しない外部搬送装置により筺体１２の外部に搬出される。
なお、炉口シャッタ４８は、ボート３４が降下状態にある際、処理炉３０の下面を塞ぎ、外気が処理炉３０内に侵入するのを防止する。
【００３４】
[第２実施形態]
図５は、他の実施形態に用いられる、高周波アンテナ８４の周辺構造を示す。図５（ａ）は、高周波アンテナ８４の正面側の概略を示し、図５（ｂ）は、高周波アンテナ８４の側面側の周辺構造を示す。なお、図５においては、シールド９０の図示を省略する。この実施形態においては、２つの高周波アンテナ８４の接近部（位置Ｐ）では、高周波アンテナ８４がプラズマ室７６から遠ざかる方向に湾曲するように構成されている。
上記構成とすることで、接近部（位置Ｐ）において高周波アンテナ８４がプラズマ室７６から遠ざかり、プラズマを発生させる力が調整される。これにより、接近部（位置Ｐ）近傍で発生するプラズマ密度が高くなるのを防止し、プラズマ室７６内に生成するプラズマ密度を均一にすることができる。
【００３５】
[第３実施形態]
図６は、他の実施形態に用いられる、高周波アンテナ８４の周辺構造を示す。図６（ａ）は、高周波アンテナ８４の正面側の概略を示し、図６（ｂ）は、高周波アンテナ８４の側面側の周辺構造を示す。なお、図６においては、シールド９０の図示を省略する。この実施形態においては、２つの高周波アンテナ８４の接近部（位置Ｐ）では、高周波アンテナ８４にアンテナシールド９２が取り付けられている。アンテナシールド９２は、例えば高周波アンテナ８４に絶縁物を介して、筒または螺旋状の導電体を単独に接地するようにして構成される。また、シールド９０に接地するようにしてもよい。
上記構成とすることで、接近部（位置Ｐ）においてシールド力が高まり、プラズマを発生させる力が調整される。これにより、接近部（位置Ｐ）近傍で発生するプラズマ密度が高くなるのを防止し、プラズマ室７６内に生成するプラズマ密度を均一にすることができる。
【００３６】
本発明によれば、高密度の誘導結合プラズマを上下間に均一に発生させる事が可能であり、低電圧アンテナによってプラズマを発生し、さらに電圧をカットするシールドを設置するので、石英等がスパッタされる懸念が少ない。
【００３７】
本発明は、単独で、高密度、スパッタレスプラズマ源として使用可能である他、電子ビーム励起プラズマ（ＥＢＥＰ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）の高密度電子源として使用することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    半導体製造装置
３０    処理炉
３２    ウエハ
３４    ボート
５０ プロセスチューブ
５２ 処理室
７６    プラズマ室
８２    ガス供給管
８４    高周波アンテナ
９０    シールド
【図１】
2010212321.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010212321.tif 000007
【図６】
2010212321.tif 000008