(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ処理の基板面内均一性を向上させることができ、基板のプラズマ処理レートも向上せることができる基板処理装置を提供する。【解決手段】ウエハを収容する処理管３と、処理管３の外部であって、処理管を囲うように配置されたヒータと、処理管３とヒータとの間に配置された石英管４１と、処理管３内に所望の処理ガスを供給するガス導入管と、高周波電力が印可される印加側電極４５とアース接地されるアース側電極４６とから構成される薄板状の高周波電力印加電極４８と、を備え、薄板状の高周波電力印加電極４８は、石英管４１の内壁に固定具６１により装着されている。【選択図】図２
2006332498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理管と、
前記処理管の外部であって、前記処理管を囲うように配置された加熱手段と、
前記処理管と前記加熱手段との間に配置された石英管と、
前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
少なくとも一対の高周波電力が印可される第１の電極とアース接地される第２の電極とから構成される薄板状の電極と、を備え、
前記薄板状の電極は、前記石英管の内壁に固定具により装着されてい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、基板処理装置に関し、特に、半導体ウエハをプラズマを利用して処理するプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用する目的として、ガスのイオン化やラジカル反応促進により、低温下でのウエハの処理を可能にして、温度によるウエハのダメージを防ぐことがあげられる。このプラズマを利用した装置として、縦型バッチ式プラズマ処理装置があるが、従来は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置で見られるように、減圧下で処理する処理管内に２本の細い棒状の電極を配置して、電極間に高周波電力を印加して電極間を通るガスをプラズマ化してウエハ処理していた（国際公開公報  ＷＯ２００４／０７９８１３参照）。
【特許文献１】国際公開公報  ＷＯ２００４／０７９８１３
【０００３】
図１１、図１２を参照して、この従来の基板処理装置の処理炉を説明する。
処理室１は石英製の処理管３及びシールフランジ１２で気密に構成され、処理管３の内壁側部には石英製のバッファ室２が設けられている。また、バッファ室２の中には放電によりプラズマ８を生成するための一対の電極４が設けられ、高周波電源１４が供給する高周波電力を整合器１５を介して電極４に供給し、電極４間で放電するようになっている。また、処理管３の外側にはヒータ１８が設けられ、処理管３内のウエハ９、及び処理室１内の雰囲気を所望の温度に加熱することができる。
【０００４】
処理管３の下部には、バッファ室２内に所望のガスを導入するガス導入口１１と、処理室１内部を排気するための排気口１６が設けられており、ガス導入口１１から導入された処理ガスは、減圧状態のバッファ室２内で電極４間の放電によりプラズマ化される。プラズマ化された処理ガスは、バッファ室２の小孔１７より処理室１内に供給され、処理室１内のウエハに所望の処理が行われる。また、バッファ室２で処理ガスのプラズマ８を生成している間、電極４が発する高周波電力が基板処理装置外に漏洩するのを防止するため、処理管３の外側にはアース５に接続された導電性を有するカバー１０が設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、プラズマ化したガスの噴出し口（小孔１７）が１方向のため、プラズマ処理のウエハ面内均一性がよくない、またプラズマ密度も小さいためウエハの処理レートも低い、という問題があった。
【０００６】
従って、本発明の主な目的は、プラズマ処理の基板面内均一性を向上させることができ、基板のプラズマ処理レートも向上させることができ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】
【０００７】
本発明によれば、
基板を収容する処理管と、
前記処理管の外部であって、前記処理管を囲うように配置された加熱手段と、
前記処理管と前記加熱手段との間に配置された石英管と、
前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、
少なくとも一対の高周波電力が印可される第１の電極とアース接地される第２の電極とから構成される薄板状の電極と、を備え、
前記薄板状の電極は、前記石英管の内壁に固定具により装着されていることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プラズマ処理の基板面内均一性を向上させることができ、基板のプラズマ処理レートも向上させることができる基板処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１、図２は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図であり、図３は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図であり、図４は、図３のＡ部の部分拡大図である。図５は、本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉における高周波印加電極の取り付け構造を説明するための概略斜視図である。
【００１１】
本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉は、基板としての半導体ウエハ９を収容する処理管３と、処理管３の外部であって、処理管を囲うように配置された加熱手段としてのヒータ１８と、処理管３とヒータ１８との間に配置された電極管４０と、処理管３内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段であるガス導入管２０と、処理管３内部を排気するための排気口（図示せず）と、電極管４０とヒータ１８との間に設けられた均熱管３０と、を備えている。
【００１２】
処理管３０は石英製である。処理管３０内には、ボート２６が設けられている。複数枚の半導体ウエハ９が水平姿勢でボート２６に載置されている。半導体ウエハ９は、垂直方向に互いに所定の間隔をもって離間してボート２６に載置されている。ボートは処理管３の蓋体としてのシールキャップ２１９上に載置されている。シールキャップ２１９は昇降部材１２２に取り付けられている。昇降部材１２２は後述するボートエレベータ１２２（図６、７参照）によって昇降し、それによってボート２６も昇降する。ボート２６が上昇してシールキャップ２１９によって処理管３の開口を塞ぎ、処理管３およびシールキャップ２１９によって処理室１を形成する。
【００１３】
ガス導入口２０から処理管３内に処理ガスが供給され、処理管３に連通する排気口（図示せず）から排気される。排気口の下流には真空ポンプ（図示せず）が設けられており、処理管３内を減圧状態にして半導体ウエハ９をバッチ処理することができる。
【００１４】
ヒータ１８は、ヒータ素線（図示せず）と断熱部材（図示せず）とを備えている。均熱管３０はＳｉＣ製である。均熱管３０は、ヒータ１８からの熱を均熱管３０内部に均一に伝えるために使用されている。均熱管３０は均熱管固定フランジ３２上に固定されている。
【００１５】
電極管４０は、石英管４１と高周波印加用電極４８とを備えている。電極管４０は、電極管固定フランジ４２上に取り付けられている。電極管固定フランジ４２をＥ軸（後述するボートエレベータ１２２（図６、７参照））によって昇降することにより、電極管４０は脱着をすることができる。そのために、処理管３の洗浄等定期メンテナンスにおいての取外しが容易であり、処理装置のメンテナンスも容易である。
【００１６】
石英管４１は薄肉である。石英管４１は円筒状となっている。その内壁には、高周波印加用電極４８が後述する固定具６１により装着されている。固定具６１はスペーサ５６とスナップピン６０とを備えている。高周波印加用電極４８は高周波電力が印加される印加側電極４５とアース接地されるアース側電極４６とを備えている。
【００１７】
印加側電極４５は複数のストライプ部４９と、一つの帯部５１とを備えている。ストライプ部４９および帯部５１は共に薄板状である。複数のストライプ部４９のそれぞれの一端は帯部５１に共通に接続されている。複数のストライプ部４９のそれぞれの他端は解放されている。帯部５１は石英管４１の上部に水平方向に延在して取り付けられている。複数のストライプ部４９は垂直方向に互いに平行に配置されている。複数のストライプ部４９の他端のうちの一つが石英管の最下端まで延在し、その後、電極管固定フランジ４２に取り付けられた電流導入端子４３を介し、さらに整合器１５を介して高周波電源１４に接続されている。
【００１８】
アース側電極４６は複数のストライプ部５０と、一つの帯部５２とを備えている。ストライプ部５０および帯部５２は共に薄板状である。複数のストライプ部５０のそれぞれの一端は帯部５２に共通に接続されている。複数のストライプ部５０のそれぞれの他端は解放されている。帯部５２は石英管４１の下部に水平方向に延在して取り付けられている。複数のストライプ部５０は垂直方向に互いに平行に配置されている。複数のストライプ部５０の一端のうちの一つが石英管の最下端まで延在し、その後、電極管固定フランジ４２に取り付けられた電流導入端子４４を介してアース接地されている。
【００１９】
印加側電極４５は複数のストライプ部４９とアース側電極４６は複数のストライプ部５０とは、石英管４１の内側全周にわたって交互に配置されている。このように、内側全周にわたって配置されているので、プラズマ処理のウエハ面内均一性を向上させることができ、ウエハのプラズマ処理レートも向上させることができる。
【００２０】
石英管４１には複数の固定用の穴５５が設けられている。これらの穴５５に対応して、印加側電極４５およびアース側電極４６にも複数の固定用の穴５４が設けられている。これらの穴５４、５５にスペーサ５６の軸部５８を挿入し、軸部５８に設けた穴５９にスナップピン６０を挿入して石英管４１と印加側電極４５およびアース側電極４６とを固定する。スペーサ５６は頭部５７と軸部５８とを有している。スペーサ５６は、耐熱及び絶縁性のあるセラミックス（例えばアルミナ）から成っている。このように、スナップピン６０とスペーサ５６によって固定するので、印加側電極４５およびアース側電極４６の脱着は容易である。
【００２１】
石英管４１に設けられている複数の固定用の穴５５の縦断面の形状は円形である。アース側電極４６および印加側電極４５に設けられている固定用の穴５４の縦断面の形状は、下部では円形であるが、上側にいくに従って垂直方向に伸びた長穴となっている。上側にいくに従って長穴の長さを長くしており、アース側電極４６および印加側電極４５の熱膨張による伸びを効果的に吸収できる構造となっている。このように伸びを吸収して、アース側電極４６および印加側電極４５が処理管３に接触しないようにしている。
【００２２】
印加側電極４５およびアース側電極４６は石英管４１の内側に取り付けられているので、印加側電極４５およびアース側電極４６は石英管４１の外側に設けられた均熱管と接触することはなく、導電性のあるＳｉＣ製の均熱管３０に対してＲＦリークを防ぐことができる。
【００２３】
印加側電極４５およびアース側電極４６間に高周波電力を印加して発生するプラズマは、処理管３内であるので、印加側電極４５およびアース側電極４６を石英管４１の外側に取り付けていると、プラズマが発生する処理管３内部までは、石英管４１および処理管３が存在することになりプラズマが発生しづらくなるが、本実施例では、印加側電極４５およびアース側電極４６は石英管４１の内側に取り付けられているので、プラズマが発生する処理管３内部までは、処理管３が存在することになりプラズマが発生しやすくなる。
【００２４】
印加側電極４５は、複数のストライプ部４９が帯部５１に共通に接続されており、複数のストライプ部４９および帯部５１が石英管４１のほぼ全周にわたって配置され、アース側電極４６も、複数のストライプ部５０が帯部５２に共通に接続されており、複数のストライプ部５０および帯部５２が石英管４１のほぼ全周にわたって配置される構造となっている。そして、印加側電極４５およびアース側電極４６は石英管４１の内壁側に取り付けられることになるので、取り付け時には、印加側電極４５およびアース側電極４６の断面が円形に近い形に丸められて石英管４１内部に挿入され、印加側電極４５およびアース側電極４６は円の外側に向かって拡がって、石英管４１内壁に押しつけられる形になるので、取り付けが容易となる。これに対して、石英管４１の外側に取り付ける構造だと、印加側電極４５およびアース側電極４６が円の外側に向かって拡がると、石英管４１から離れる方向に移動しようとするので、取り付けは困難となってしまう。
【００２５】
また、印加側電極４５およびアース側電極４６の熱膨張係数は石英管４１の熱膨張係数よりも大きいので、印加側電極４５およびアース側電極４６は石英管４１の内壁側に取り付けることにより、加熱時にも、印加側電極４５およびアース側電極４６は石英管４１に押しつけられることになり、剥がれにくくなる。これに対して、石英管４１の外側に取り付ける構造だと、剥がれやすくなってしまう。
【００２６】
本実施例では、ガス導入管２０より処理ガスを処理管３内に供給し、印加側電極４５に高周波電源１４から高周波電力を印加して、処理ガスをプラズマ励起して、ウエハ９に対してプラズマ処理を行う。その処理の一例として、例えば、処理ガスとして、Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２を使用して処理管３内を圧力を約３０Ｐａとして、温度約９００℃で、プラズマを用いてウエハ表面に絶縁性酸化膜を形成することが挙げられる。
【００２７】
以上のように、本実施例では、石英管４１の内側に印加側電極４５およびアース側電極４６を配置することにより、一体化した形状が可能となり、均熱管３０や処理管３と非接触構造とすることができ、金属汚染やＲＦリークのリスクを低減できる。
【００２８】
また、円筒の石英管４１を設け、これに印加側電極４５およびアース側電極４６を取り付けることにより、後述する比較例のパイプ固定に対して容易に且つ安全に電極を組立てできる。
【００２９】
ボート昇降軸（Ｅ軸）を利用して、石英管４１ならびに印加側電極４５およびアース側電極４６を有する電極管４０を基板処理装置に取付けることができるため、安全に且つ精度よく装置に取付けることが可能となる。また、電極管４０は処理管３とは別ユニットとなるため、洗浄等のメンテナンス時に電極管４０を取外す必要性はなく、メンテナンスに対する工数をかなり低減できるようになる。
【００３０】
次に、図６、図７を参照して、本発明の好ましい実施例の基板処理装置についてその概略を説明する。
【００３１】
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、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、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。又、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。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。
【００３２】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２４が設けられ、処理炉２４の下方には基板としてのウエハ９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２６を処理炉２４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、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２６を垂直に支持している。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、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウエハ移載機１１２が取りつけられている。又、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２４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。
【００３３】
ウエハ９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にウエハ９が上向き姿勢で搬入され、ウエハ９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。更に、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。
【００３４】
カセット棚１０９にはウエハ移載機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、ウエハ９が移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。
【００３５】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機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２６にウエハ９を移載する。
【００３６】
ボート２６に所定枚数のウエハ９が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２６が処理炉２４に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２４が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２４内ではウエハ９が加熱されると共に処理ガスが処理炉２４内に供給され、ウエハ９に処理がなされる。
【００３７】
ウエハ９への処理が完了すると、ウエハ９は上記した作動の逆の手順により、ボート２６から移載棚１２３のカセット１００に移載され、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２６が降下状態の際に処理炉２４の下面を塞ぎ、外気が処理炉２４内に巻き込まれるのを防止している。
【００３８】
カセット移載機１１４等の搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。
（比較例）
図８、図９は、比較のための基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図でり、図１０は概略横断面図である。
【００３９】
この比較例では、処理管３の全周にストライプ状の印加側電極７４およびアース側電極７５を交互に配置している。これらの電極間に高周波電力を印加することにより、ウエハ９の全面にプラズマを供給可能になり、プラズマ処理のウエハ基板面内均一性が向上し、ウエハ９のプラズマ処理レートも向上する。
【００４０】
印加側電極７４およびアース側電極７５の固定方法として、石英フランジ７１、７２を上下に配置して、これらの間に石英パイプ７３を１６本均等配置し、石英パイプ７３に印加側電極７４およびアース側電極７５を固定している。しかしながら、ヒータ１８からの熱により印加側電極７４およびアース側電極７５は熱膨張して印加側電極７４およびアース側電極７５の内外にある処理炉内の管と接触する可能性がある。これにより接触した管を通じて印加側電極７４およびアース側電極７５からの金属汚染或いはＲＦリークが発生する。また、この比較例の固定方法では、石英パイプ７３と印加側電極７４およびアース側電極７５が一体化しにくく、組立てる際も工数がかかり、生産性の向上も困難である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。
【図４】図３のＡ部の部分拡大図である。
【図５】本発明の好ましい実施例の基板処理装置の処理炉における高周波印加電極の取り付け構造を説明するための概略斜視図である。
【図６】本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略斜視図である。
【図７】本発明の好ましい実施例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
【図８】比較のための基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図９】比較のための基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【図１０】比較のための基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。
【図１１】従来の基板処理装置の処理炉を説明するための概略横断面図である。
【図１２】従来の基板処理装置の処理炉を説明するための概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…処理室
２…バッファ室
３…処理管
４…電極
５…アース
６…電極保護管
８…プラズマ
９…ウエハ
１０…カバー
１１…ガス導入口
１２…シールフランジ
１４…高周波電源
１５…整合器
１６…排気口
１７…小孔
１８…ヒータ
１９…バルブ
２０…ガス導入管
２１…ガス供給源
２２…制御部
２４…処理炉
２６…ボート
３０…均熱管
３２…均熱管固定フランジ
４０…電極管
４１…石英管
４２…電極管固定フランジ
４３、４４…電流導入端子
４５…印加側電極
４６…アース側電極
４８…高周波電力印加電極
４９、５０…ストライプ部
５１、５２…帯部
５４、５５…穴
５６…スペーサ
５７…頭部
５８…軸部
５９…穴
６０…スナップピン
６１…固定具
７１、７２…石英フランジ
７３…石英パイプ
７４…印加側電極
７５…アース側電極
７７…電極クランプ
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…ウエハ移載機
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
【図１】
2006332498.tif 000003
【図２】
2006332498.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006332498.tif 000008
【図７】
2006332498.tif 000009
【図８】
2006332498.tif 000010
【図９】
2006332498.tif 000011
【図１０】
2006332498.tif 000012
【図１１】
2006332498.tif 000013
【図１２】
2006332498.tif 000014