(57)【要約】  【課題】  基板へのプラズマダメージや金属汚染の防止を図って製品歩留りの高い半導体基板を製造することのできる基板処理装置を提供する。  【解決手段】  発振器８からの高周波電圧によって、バッファ室６内に設置された２本の放電電極５ａ，５ｂがプラズマ放電を起こしてバッファ室６内に導入された反応性ガスを励起し、反応管１内の基板２を処理する。モニタ電極２２が２本の放電電極５ａ，５ｂで生成されたプラズマの電位変化を測定する。モニタ電極２２で測定されたプラズマの電位変化は、高周波トランス１６によって電位の極性が反転されて２本の放電電極５ａ，５ｂに印加される。これにより、２本の放電電極５ａ，５ｂで生成されたプラズマの電位変動は見掛け上抑制される。よって、２本の放電電極５ａ，５ｂと金属製のシールキャップ３との間のプラズマ放電が弱まり、バッファ室の外部には寄生プラズマは発生しない。【選択図】    図１
2006287153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に反応性ガスを供給するガス供給手段と、
高周波電圧が印加されることによりプラズマを発生させ、そのプラズマによって前記ガス供給手段により供給された反応性ガスを励起させる一対の放電電極と、
前記一対の放電電極で発生したプラズマの電位を測定するモニタ電極と、
前記モニタ電極によって測定されたプラズマの電位とは逆極性の電位を前記一対の放電電極へ印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン化された反応性ガスを用いてシリコンウェーハなどの基板の表面をエッチングしたり薄膜を形成したりする基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラズマ放電によって反応性ガスをイオン化して半導体基板（以下、単に基板という）に成膜処理などを施す基板処理装置が広く知られている。このような基板処理装置は、バッファ室内の複数の放電電極間に高周波電圧を印加してプラズマを生成し、そのバッファ室内に供給された反応性ガスをプラズマ励起してイオン化させる。そして、イオン化された反応性ガスを処理室に送り込んで、基板の表面に薄膜を形成したりエッチングしたりするなどの基板処理を行う。このような基板処理装置としては、基板に対してアニール処理、酸化膜形成処理、拡散処理、あるいは成膜処理などを行うＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）装置などが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２９７８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、基板処理装置は反応管の底部が金属製のシールキャップで覆われているため、プラズマ放電はバッファ室内において一対の放電電極の間で発生するだけではなく、一対の放電電極とシールキャップの間の空間においても発生することがある。このようなバッファ室外で発生するプラズマは一般的に寄生プラズマとよばれている。このようにバッファ室外で寄生プラズマが発生すると、処理室内の基板にプラズマダメージを与えたり、寄生プラスマのスパッタリング効果によって金属汚染などが発生し、結果的に、基板処理装置で製造される基板の製品歩留りを低下させてしまう。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、基板へのプラズマダメージや金属汚染の防止を図って製品歩留りの高い半導体基板を製造することのできる基板処理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】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明に係る基板処理装置は、半導体基板のような基板を処理する処理室と、処理室内に反応性ガスを供給するガス供給手段と、高周波電圧が印加されることによりプラズマを発生させ、そのプラズマによってガス供給手段により供給された反応性ガスを励起させる一対の放電電極と、一対の放電電極で発生したプラズマの電位を測定するモニタ電極と、モニタ電極によって測定されたプラズマの電位とは逆極性の電位を一対の放電電極へ印加する電圧印加手段とを備えた構成を採っている。
【０００６】
このような構成によれば、モニタ電極が一対の放電電極で生成されたプラズマの電位変化を測定すると、プラズマの電位変化は電圧印加手段によって電位の極性が反転されて一対の放電電極に印加される。これにより、一対の放電電極で生成されたプラズマの電位変動は見掛け上抑制される。よって、一対の放電電極と処理室の底部を覆う金属製のシールキャップとの間のプラズマ放電が弱まり、寄生プラズマが発生しなくなる。その結果、処理室内の基板にプラズマダメージを与えるおそれはなくなり、製品歩留りが向上する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の基板処理装置によれば、プラズマ放電によって反応性ガスを励起するバッファ室の外部での寄生プラズマの発生が抑制されるので、処理室内にある基板へのプラズマダメージを防止することができる。また、バッファ室外での寄生プラズマの発生が抑制されることによって、処理室周辺部の金属部材からの金属汚染を防止することができる。これによって、基板の製品歩留りの高い基板処理装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
《発明の概要》
本発明の基板処理装置は、バッファ室内に設置された一対（２本）の放電電極がプラズマ放電を起こすと、バッファ室内に導入された反応性ガスがイオン化されて反応管内に導入され、反応管内の基板としての半導体基板を処理する。このとき、バッファ室内に設置されたモニタ電極によって一対の放電電極で生成されたプラズマの電位変化が測定される。さらに、モニタ電極によって測定されたプラズマの電位変化は高周波トランスによって逆相電圧に変換されて（つまり、電位極性が反転されて）一対の放電電極へ印加される。これによって、一対の放電電極によって生成されたプラズマの電位変化を見掛け上抑制されるので、一対の放電電極と金属製のシールキャップとの間のプラズマ放電が弱まり、バッファ室の外部に寄生プラズマが発生するのを防止することができる。その結果、基板の製品歩留りを向上させることができる。
【０００９】
《実施の形態１》
以下、本発明の基板処理装置の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に係る基板処理炉の構造図であり、（ａ）は上部断面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ断面図である。つまり、（ｂ）は基板処理炉の側部断面図である。
【００１０】
図１に示すように、反応管１の内部の壁面近くには垂直方向に細長いバッファ室６が設けられ、バッファ室６の内部には誘電体管１４で覆われて２本の放電電極５ａ，５ｂと１本のモニタ電極２２が鉛直方向に配置されている。さらに、図示されていないが、このバッファ室６にはガスノズル（ガス供給手段）が設置されている。
【００１１】
また、２本の放電電極５ａ，５ｂのうち１本の放電電極端部４ａには、発振器８で発生された高周波電圧が整合器９と高周波トランス（電圧印加手段）１６を介して印加されるように配線されている。なお、整合器９は発振器８と２本の放電電極５ａ，５ｂとをインピーダンスマッチングさせるためのものである。さらに、２本の放電電極５ａ，５ｂのうち他の１本の放電電極端部４ｂは高周波トランス１６を介してグランドに設置されている。
【００１２】
このような構成によって、発振器８から２本の放電電極５ａ，５ｂに高周波電圧を印加すると、バッファ室６内の放電電極５ａ，５ｂ間にプラズマ１１が発生し、図示されていないガスノズルから供給された反応性ガスをプラズマ励起してイオン化させる。そして、イオン化された反応性ガスは、バッファ室６の壁に空いた小穴１０より反応室１の内部へ供給される。これによって、反応室１の内部でボート１２に載置された基板２の表面にイオン化された反応性ガスが供給され、基板２の表面をエッチングしたり薄膜形成したりすることができる。
【００１３】
このとき、発振器８に接続されている２本の放電電極５ａ，５ｂと金属体のシールキャップ３の間にもプラズマ放電が起こり、バッファ室６の外部で寄生プラズマ２０が発生するおそれがある。このような寄生プラズマ２０はボート１２に載置された基板２にプラズマダメージを与えたり、寄生プラスマ２０のスパッタリング効果によって金属汚染などが発生して基板２の製品歩留りを低下させるおそれがある。
【００１４】
そこで、本発明では、図１（ａ）の上部断面図に示すように、２本の放電電極５ａ，５ｂで発生したプラズマの電位変化を測定するためのモニタ電極２２が設けられているので、このモニタ電極２２を利用して２本の放電電極５ａ，５ｂとシールキャップ３との間の見かけ上の電位変化を抑制することにより、バッファ室６の外部に寄生プラズマ２０が発生するのを防止している。
【００１５】
すなわち、２本の放電電極５ａ，５ｂおよび１本のモニタ電極２２は、いずれも反応管１の下部で高周波トランス１６に接続されている。このとき、２本の放電電極５ａ，５ｂに接続されている高周波トランス１６の巻線１７ａ，１７ｂは共に同相巻きにしてあるが、モニタ電極２２に接続されている高周波トランス１６の巻線１７ｃは逆相巻きになっている。つまり、高周波トランス１６のそれぞれの巻線１７ａ，１７ｂ，１７ｃに表示した黒丸を巻線の巻き始めとすると、２本の放電電極５ａ，５ｂの各放電電極端部４ａ，４ｂは高周波トランス１６の各巻線１７ａ，１７ｂの巻き終り（黒丸のない側）に接続されているが、モニタ電極２２の放電電極端部４ｃは高周波トランス１６の巻線１７ｃの巻き始め（黒丸のある側）に接続されている。
【００１６】
高周波トランス１６の各巻線１７ａ，１７ｂ，１７ｃの極性を図１（ａ）のようにして２本の放電電極５ａ，５ｂとモニタ電極２２に接続すると、例えば、２本の放電電極５ａ，５ｂで発生したプラズマ電位が＋側に変化した場合を考えると、プラズマ電位の変化はモニタ電極２２によって測定される。そして、モニタ電極２２の放電電極端部４ｃには＋電圧が誘起される。すなわち、モニタ電極２２に接続された高周波トランス１６の巻線１７ｃの巻き始め（黒丸）が＋電位となる。
【００１７】
このとき、高周波トランス１６のモニタ電極２２側の巻線１７ｃと２本の放電電極５ａ，５ｂの巻線１７ａ，１７ｂは逆極性となっているため、巻線１７ａ，１７ｂの巻き終わり（黒丸のない側）には−電位が誘起されることになる。つまり、各巻線の巻線比が同じであれば、２本の放電電極５ａ，５ｂの各放電電極端部４ａ，４ｂにはモニタ電極２２の放電電極端部４ｃの＋電位と同等の−電位が誘起される。この結果、２本の放電電極５ａ，５ｂの＋電位の変化を抑制するように作用する。これにより、２本の放電電極５ａ，５ｂの＋電位の変動は抑制され、２本の放電電極５ａ，５ｂとシールキャップ３の間でプラズマ電位の変化によって誘起されるバッファ室外の寄生プラズマ２０の発生を防止することができる。
【００１８】
すなわち、高周波トランス（電圧印加手段）１６が、モニタ電極２２によって測定されたプラズマの電位とは逆極性の電位を２本の放電電極５ａ，５ｂに印加することにより、２本の放電電極５ａ，５ｂとシールキャップ３との間で発生する寄生プラズマ２０を抑制して、ボート１２に載置された基板２へのプラズマダメージや寄生プラスマ２０のスパッタリングによる金属汚染を防ぐことができる。
【００１９】
なお、高周波トランス１６における各巻線１７ａ，１７ｂ，１７ｃの巻線比を同じにすれば、２本の放電電極５ａ，５ｂの電位変化をゼロにするようにキャンセルできるので最も好ましい。しかし、２本の放電電極５ａ，５ｂ側の各巻線１７ａ，１７ｂとモニタ電極２２側の巻線１７ｃの巻線比は必ずしも同じにする必要はない。つまり、巻線比が異なればその巻線比に応じた誘起電圧によって２本の放電電極５ａ，５ｂの電位変化を相殺するので、その電位相殺分だけ２本の放電電極５ａ，５ｂとシールキャップ３との間で発生する寄生プラズマ２０を抑制することができる。
【００２０】
以上を要約すると、発振器８からの高周波電圧によってバッファ室６内に設置された２本の放電電極５ａ，５ｂがプラズマ放電を起こしてバッファ室６内に導入された反応性ガスをイオン化し、反応管１内の基板２を処理する。このとき、モニタ電極２２が２本の放電電極５ａ，５ｂで生成されたプラズマの電位変化を測定する。そして、モニタ電極２２で測定されたプラズマの電位変化は、高周波トランス１６によって電位の極性が反転されて２本の放電電極５ａ，５ｂに印加される。これにより、２本の放電電極５ａ，５ｂで生成されたプラズマの電位変動は見掛け上抑制される。よって、２本の放電電極５ａ，５ｂと金属製のシールキャップ３との間のプラズマ放電が弱まり、バッファ室の外部には寄生プラズマは発生しない。
【００２１】
《実施の形態２》
次に、実施の形態１の基板処理炉を用いた基板処理装置について説明する。図２は本発明の基板処理炉を用いた基板処理装置の斜視図であり、図３は図２に示す基板処理装置の断面図である。したがって、図２および図３を参照しながら本発明の基板処理炉が適用される基板処理装置について説明する。
【００２２】
筐体１０１内部の前面側には、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１００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１０５が設けられ、そのカセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、さらに、そのカセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。また、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共に、カセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。さらに、予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられ、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。
【００２３】
筐体１０１の後部上方には処理炉２０２が設けられ、その処理炉２０２の下方には基板としてのウェハ２００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２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられている。また、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられ、ボート２１７を垂直に支持している。さらに、ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、その移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェハ移載機１１２が取りつけられている。また、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。
【００２４】
また、ウェハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウェハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウェハ２００が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。さらに、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９又は予備カセット棚１１０に搬送される。
【００２５】
また、カセット棚１０９にはウェハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウェハ２００の移載に供されるカセット１００は、カセットエレベータ１１５およびカセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
【００２６】
そして、カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウェハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により、移載棚１２３から降下状態のボート２１７にウェハ２００が移載される。
【００２７】
さらに、ボート２１７に所定枚数のウェハ２００が移載されると、ボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウェハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウェハ２００に所定の処理が施される。
【００２８】
ウェハ２００に対する所定の処理が完了すると、そのウェハ２００は、上述した作動の逆の手順によりボート２１７から移載棚１２３のカセット１００へ移載される。さらに、そのカセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。なお、カセット移載機１１４などの搬送動作は搬送制御手段１２４によって制御される。
【００２９】
《実施の形態３》
次に、実施の形態１の基板処理炉を更に具体化した縦型反応炉について説明する。まず、本発明の実施の形態３の縦型反応炉で行った、ウェハ等の基板へのプロセス処理例としてＣＶＤ法の中の１つであるＡＬＤ法を用いた成膜処理について簡単に説明する。
【００３０】
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上へ供給して１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
【００３１】
すなわち、利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ2Ｃｌ2、ジクロルシラン）とＮＨ3（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜ができる。また、ガス供給は複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。さらに、膜厚制御は反応性ガスの供給サイクル数によって制御する。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合は処理を２０サイクル行う。
【００３２】
次に、本発明の縦型反応炉の実施の形態を説明する。図４は、本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であって処理炉部分を縦断面で示した構成図である。また、図５は、図４に示す処理炉部分を横断面で示した構成図である。したがって、図４および図５を参照しながら本発明の基板処理炉が適用される縦型反応炉について説明する。
尚、図４および図５においても、図１にて示した本発明に係るモニタ電極２２および高周波トランス１６を備えているが、説明の都合上、省略して説明する。
【００３３】
加熱手段であるヒータ２０７の内側に、基板であるウェハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞される。少なくとも、これらのヒータ２０７、反応管２０３、及びシールキャップ２１９によって処理炉２０２を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、石英キャップ２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理炉２０２に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウェハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。ヒータ２０７は処理炉２０２に挿入されたウェハ２００を所定の温度に加熱する。
【００３４】
そして、処理炉２０２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここでは第１のガス供給管２３２ａからは流量制御手段である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、さらに後述する処理炉２０２内に形成されたバッファ室２３７を介して処理炉２０２に反応ガスが供給され、第２のガス供給管２３２ｂからは流量制御手段である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃを介し、後述するガス供給部２４９を介して処理炉２０２に反応ガスが供給されている。
【００３５】
処理炉２０２はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して排気手段である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。尚、この第４のバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理炉２０２の真空排気・真空排気停止ができ、さらに弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
【００３６】
処理炉２０２を構成している反応管２０３の内壁とウェハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウェハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウェハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。この第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、さらに同じ開口ピッチで設けられている。
【００３７】
そしてバッファ室２３７の第１のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウェハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくするとよい。
【００３８】
本発明において、第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、第２の各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各第２のガス供給孔２４８ｂから噴出するガスをバッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、ガスの流速差の均一化を行うこととした。
【００３９】
すなわち、バッファ室２３７において、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスはバッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、第１のガス供給孔２４８ａより処理炉２０２に噴出する。この間に、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各第１のガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができた。
【００４０】
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。
【００４１】
この電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。
【００４２】
さらに、第１のガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁にガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜において、ウェハ２００へ複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。
【００４３】
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウェハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第３のガス供給孔２４８ｃを有し、下部では第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００４４】
第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積はバッファ室２３７と処理炉２０２の差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくするとよい。
【００４５】
反応管２０３内の中央部には複数枚のウェハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００４６】
制御手段であるコントローラ３２１は、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、第１〜第４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２に接続されており、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、第１〜第３のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、第４のバルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御などが行われる。
【００４７】
次に、ＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ3ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。まず、成膜しようとするウェハ２００をボート２１７に装填して処理炉２０２に搬入する。搬入後は、次の３つのステップを順次実行する。
【００４８】
［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ3ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを併行して流す。まず、第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ3ガスをノズル２３３の第２のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ3をプラズマ励起し、活性種として処理炉２０２に供給しつつガス排気管２３１から排気する。
【００４９】
ＮＨ3ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調整して処理炉２０２内圧力を１０〜１００Ｐａとする。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ3の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ3をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウェハが３００〜６００℃になるよう設定してある。ＮＨ3は反応温度が高いため、上記ウェハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウェハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
【００５０】
このＮＨ3をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側の第２のバルブ２４３ｂを開け、下流側の第３のバルブ２４３ｃを閉めてＤＣＳも流すようにする。これにより、第２、第３のバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理炉２０２内に流しているガスはＮＨ3をプラズマ励起することにより得られた活性種でありＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ3は気相反応を起こすことなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ3はウェハ２００上の下地膜と表面反応する。
【００５１】
［ステップ２］
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ3の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側の第２のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理炉２０２を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ3を処理炉２０２から排除する。また、この時にはＮ2等の不活性ガスを処理炉２０２に供給すると、さらに残留ＮＨ3を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。
【００５２】
また、ガス溜め２４７と処理炉２０２との間のコンダクタンスが１．５×１０-3ｍ3／ｓ以上になるように装置を構成する。このとき、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積１００リットルの場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
【００５３】
［ステップ３］
ステップ３では、処理炉２０２の排気が終わったらガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側の第３のバルブ２４３ｃを開く。これにより、ガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理炉２０２に一気に供給される。このとき、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理炉２０２内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧する。このとき、ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。なお、このときのウェハ温度はＮＨ3の供給時と同じく、３００〜６００℃である。
【００５４】
ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ3とＤＣＳとが表面反応して、ウェハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、第３のバルブ２４３ｃを閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理炉２０２を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ2等の不活性ガスを処理炉２０２に供給すると、さらに残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理炉２０２から排除する効果が高まる。また、第２のバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
【００５５】
上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウェハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜が成膜される。
【００５６】
なお、ＡＬＤ装置ではガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、第４のバルブ２４３ｄを閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理炉２０２内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００５７】
また、本実施の形態では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ3ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理炉２０２の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理炉２０２内を排気してＮＨ3ガスを除去しているからＤＣＳを流すので、両者はウェハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウェハ２００に吸着しているＮＨ3とのみ有効に反応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る基板処理炉の構造図であり、（ａ）は上部断面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ断面図である。つまり、（ｂ）は側部断面図である。
【図２】本発明の基板処理炉を用いた基板処理装置の斜視図である。
【図３】図２に示す基板処理装置の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる縦型の基板処理炉の概略構成図であって処理炉部分を縦断面で示した構成図である。
【図５】図４に示す処理炉部分を横断面で示した構成図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  反応管、２  基板、３  シールキャップ、４，４ａ，４ｂ，４ｃ  放電電極端部、５ａ，５ｂ  放電電極、６  バッファ室、８  発振器、９  整合器、１０  小穴、１１  プラズマ、１２  ボート、１４  誘電体管、１６  高周波トランス、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  巻線、２０  寄生プラズマ、２２  モニタ電極、１００  カセット、１０１  筐体、１０５  カセットステージ、１０９  カセット棚、１１０  予備カセット棚、１１２  ウェハ移載機、１１３  移載エレベータ、１１４  カセット移載機、１１５  カセットエレベータ、１１６  炉口シャッタ、１１８  クリーンユニット、１２１  ボートエレベータ、１２２  昇降部材、１２３  移載棚、１２４  搬送制御手段、２００  ウェハ、２０２  処理炉、２０３  反応管、２０７  ヒータ、２１７  ボート、２１８  石英キャップ、２１９  シールキャップ、２２０  Ｏリング、２２４  プラズマ生成領域、２３１  ガス排気管、２３２ａ  第１のガス供給管、２３２ｂ  第２のガス供給管、２３３  ノズル、２３７  バッファ室、２４１ａ  第１のマスフローコントローラ、２４１ｂ  第２のマスフローコントローラ、２４３ａ  第１のバルブ、２４３ｂ  第２のバルブ、２４３ｃ  第３のバルブ、２４３ｄ  第４のバルブ、２４６  真空ポンプ、２４７  ガス溜め、２４８ａ  第１のガス供給孔、２４８ｂ  第２のガス供給孔、２４８ｃ  第３のガス供給孔、２４９  ガス供給部、２６７  ボート回転機構、２６９  第１の棒状電極、２７０  第２の棒状電極、２７１  アース、２７２  整合器、２７３  高周波電源、２７５  電極保護管、３２１  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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