(57)【要約】      （修正有）【課題】リモートプラズマを発生させる機構備える基板処理装置で、基板を支持する支持板を均一にガスクリーニングできる基板処理装置を提供する。【解決手段】基板１を処理する処理室５０と、処理室内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッド１５と、シャワーヘッド内に処理ガスを供給する処理ガス供給口６と、処理室の外部に設けられ少なくともクリーニングガスをプラズマで活性化するプラズマ発生器１１と、プラズマ発生器によりプラズマで活性化したガスをシャワーヘッド内に供給する活性化ガス供給口１２と、処理室内で基板を支持する支持板２と、支持板の下方に設けられ支持板により支持した基板を加熱するヒータ３と、処理室内を排気する排気口７と、を有し、活性化ガス供給口は、活性化ガス供給口を支持板に対して垂直な方向に投影した場合に基板が載置される領域１６とは重ならない位置に配置される。【選択図】図３
2008218877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッド内に処理ガスを供給する処理ガス供給口と、
前記処理室の外部に設けられ少なくともクリーニングガスをプラズマで活性化するプラズマ発生器と、
前記プラズマ発生器によりプラズマで活性化したガスを前記シャワーヘッド内に供給する活性化ガス供給口と、
前記処理室内で基板を支持する支持板と、
前記支持板の下方に設けられ前記支持板により支持した基板を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気口と、を有し、
前記活性化ガス供給口は、前記活性化ガス供給口を前記支持板に対して垂直な方向に投影した場合に基板が載置される領域とは重ならない位置に配置されることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で基板を支持板により支持する工程と、
前記処理室内にシャワーヘッドを介して処理ガスをシャワー状に供給して基板を処理する工程と、
処理後の基板を前記処理室内から搬出する工程と、
前記処理室内にシャワーヘッドを介してプラズマで活性化したクリーニングガスをシャワー状に供給して前記処理室内をクリーニングする工程と、を有し、
前記処理室内をクリーニングする工程では、前記支持板に対して垂直な方向に投影した場合に基板が載置される領域とは重ならない位置より、前記プラズマで活性化したクリーニングガスを、前記シャワーヘッド内に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、基板への薄膜形成、不純物ドーピング、表面処理を行う半導体製造装置、その中でも特に、基板の支持と均熱を目的とする基板支持具に基板を載置して加熱するタイプのヒータユニットを有し、上部のガス供給口より導入され、ガス分散板で処理面に均等になるように拡散されたガスにより加熱された基板を処理する熱ＣＶＤ薄膜形成装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱ＣＶＤ薄膜形成装置として、薄膜形成、不純物ドーピング、表面処理、エッチング、装置のガスクリーニングにリモートプラズマを用い、リモートプラズマを発生させる為の機構を設置した装置が用いられている（特開２００４−２９６８８７号公報参照）。
【特許文献１】特開２００４−２９６８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このリモートプラズマを発生させる機構を備える装置を、リモートプラズマを用いてクリーニングガスによるガスクリーニングを行うと、特に、基板を支持する支持板を均一にガスクリーニングできないという問題があった。
【０００４】
従って、本発明の主な目的は、リモートプラズマを発生させる機構を備える基板処理装置で、基板を支持する支持板を均一にガスクリーニングできる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にガスをシャワー状に供給するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッド内に処理ガスを供給する処理ガス供給口と、
前記処理室の外部に設けられ少なくともクリーニングガスをプラズマで活性化するプラズマ発生器と、
前記プラズマ発生器によりプラズマで活性化したガスを前記シャワーヘッド内に供給する活性化ガス供給口と、
前記処理室内で基板を支持する支持板と、
前記支持板の下方に設けられ前記支持板により支持した基板を加熱するヒータと、
前記処理室内を排気する排気口と、を有し、
前記活性化ガス供給口は、前記活性化ガス供給口を前記支持板に対して垂直な方向に投影した場合に基板が載置される領域とは重ならない位置に配置されることを特徴とする基板処理装置が提供される。
【０００６】
好ましくは、前記処理ガス供給口は、前記処理ガス供給口を前記支持板に対して垂直な方向に投影した場合に基板が載置される領域と重なる位置に配置される。
【０００７】
また、好ましくは、前記支持板は回転可能に構成される。
【０００８】
また、好ましくは、少なくとも前記処理室内をクリーニングする工程では、前記支持板を回転させる。
【０００９】
また、本発明によれば、
基板を処理室内に搬入する工程と、
前記処理室内で基板を支持板により支持する工程と、
前記処理室内にシャワーヘッドを介して処理ガスをシャワー状に供給して基板を処理する工程と、
処理後の基板を前記処理室内から搬出する工程と、
前記処理室内にシャワーヘッドを介してプラズマで活性化したクリーニングガスをシャワー状に供給して前記処理室内をクリーニングする工程と、を有し、
前記処理室内をクリーニングする工程では、前記支持板に対して垂直な方向に投影した場合に基板が載置される領域とは重ならない位置より、前記プラズマで活性化したクリーニングガスを、前記シャワーヘッド内に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
好ましくは、前記基板を処理する工程では、前記支持板に対して垂直な方向に投影した場合に基板が載置される領域と重なる位置より処理ガスを前記シャワーヘッド内に供給する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リモートプラズマを発生させる機構を備える基板処理装置で、基板を支持する支持板を均一にガスクリーニングできる基板処理装置およびそれを使用した半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の好ましい実施例を説明する。
【００１３】
本発明の好ましい実施例では、処理ガスおよびクリーニングガスの供給にシャワーヘッドを用い、そのシャワーヘッドの基板保持板とは重ならない位置に、リモートプラズマ発生器により活性化したクリーニングガスを供給するリモートプラズマ供給口を有し、基板保持板を回転可能としている。このようにすれば、リモートプラズマ発生器によりラジカル化されたクリーニングガスのリモートプラズマ供給口からの距離に依存した濃度分布と回転機構を利用して、基板保持板に堆積した膜を均一に高効率でガスクリーニング可能となる。
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１〜３は、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り、図１は、基板搬入時の状態を示し、図２は基板処理時の状態を示し、図３は基板処理装置のガスクリーニング時の状態を示している。
【００１６】
基板処理装置３０は、処理室５０内で基板１を一枚毎に処理を行う枚葉式の処理装置である。基板処理装置３０の好適は例としては、基板１として半導体シリコンウエハを使用する半導体ウエハ処理装置が挙げられる。
【００１７】
基板１を処理室５０に搬入するための基板挿入口８とこれを封止するための開閉弁９を処理室５０の側面１９に備えている。
【００１８】
搬入された基板１を一旦支持するための基板支持ピン４（石英ピン）を備えている。
【００１９】
未反応及び反応過程で生成したガスを排気するための排気口７が側面２２に設けられている。
【００２０】
基板１を所望の温度に加熱可能な抵抗加熱ヒータ３と処理状態の基板１を保持及び、抵抗加熱ヒータ３からの熱を均一化するための基板保持板２（以降サセプタという）を含むヒータユニット２０を備えている。ヒータユニット２０は回転機構も兼ねており、ヒーターユニット２０を回転することにより、サセプタ２およびその上に搭載されている基板１を回転することができる。サセプタ２は上側からみると円形であり、基板１はサセプタ２と同心円状に搭載される。
【００２１】
ヒータユニット２０を、基板搬送時の位置、基板処理時の位置等の異なる位置に多段階調整可能な昇降機構１０が設けられている。
【００２２】
処理室５０の天井板１８の中央にシャワーヘッド１５が設けられている。シャワーヘッド１５の上部には上板１７が設けられ、下部にはガス分散板５が設けられている。上板１７とガス分散板５とは上側からみると円形である。上板１７とガス分散板５とサセプタ２は同心円状に設けられている。上板１７とガス分散板５との間には上板１７とガス分散板５と天井板１８とにより空間１９が形成されている。ガス分散板５は、基板処理面へのガスの供給量の偏りを抑えるために使用されている。
【００２３】
シャワーヘッド１５の上板１７には処理ガスを供給する処理ガス供給口６が設けられている。処理ガス供給口６は、上側からみると、基板１の中央部と外周部の間であって、外周部よりの位置に配置されている。処理ガス供給口６には処理ガス供給ライン１３が接続されている。処理ガス供給ライン１３によって所望のガス種の処理ガスが所望のガス流量、ガス比率で、処理ガス供給口６を介してシャワーヘッド１５内の空間１９に供給され、その後、処理ガスはガス分散板５を介して分散されて基板１に供給される。
【００２４】
処理室５０に所望のガスのリモートプラズマを導入するために、ガスをリモートプラズマ化するためのリモートプラズマ発生器１１（以降ＲＰＵ（Remote Plasma Unit）と略す）が設置されている。リモートプラズマ発生器１１の上部には、リモートプラズマ用ガス供給ライン１４が接続されている。
【００２５】
シャワーヘッド１５の上板１７には処理ガスを供給するリモートプラズマ供給口１２が設けられている。リモートプラズマ発生器１１はリモートプラズマ供給配管２５によってリモートプラズマ供給口１２に接続されている。リモートプラズマ用ガス供給ライン１４によって所望のガス種のガスが所望のガス流量、ガス比率で、リモートプラズマ発生器１１に供給され、リモートプラズマ発生器１１によって励起され、リモートプラズマ化されたガスは、リモートプラズマ供給口１２を介してシャワーヘッド１５内の空間１９に供給され、その後、リモートプラズマ化されたガスは、ガス分散板５を介して分散されて基板１やサセプタ２に供給される。サセプタ２に基板１が載置されていない場合には、リモートプラズマ化されたガスはサセプタ２に供給される。
【００２６】
リモートプラズマ供給口１２は、上側からみると、すなわち、リモートプラズマ供給口は、リモートプラズマ供給口をサセプタに対して垂直な方向に投影した場合に、基板１が載置される領域１６とは重ならない位置に配置されている。
【００２７】
上記本発明の好ましい実施例の基板処理装置のガスクリーニングを行う場合には、リモートプラズマ供給口１２の設置位置として、基板１が載置される領域１６より外側に選ばれている。例えば、基板１として、直径３００ｍｍのＳｉウエハを使用する場合には、シャワーヘッド１５の中央部より１５０ｍｍ以上離れた位置にリモートプラズマ供給口１２を設ける。
【００２８】
本実施例では、サセプタ２上に基板１を載置し、サセプタ２の下の抵抗加熱ヒータ３によりサセプタ２を加熱することにより基板１を加熱し、サセプタ２を回転しながら、処理ガス供給口６より成膜用のガスを供給して、基板１に成膜を行う。
【００２９】
この成膜の際には、処理室５０内の高温となる部分に膜が堆積することとなるが、中でもサセプタ２は他の部分に比べ高温となり、特にサセプタ２の基板１が載置される領域１６よりも外側の部分において膜の堆積量が最も多くなる。なお、サセプタ２の基板１が載置される領域１６は、成膜の際、基板１により覆われるので堆積量はごく僅かである。このように、主なクリーニング箇所は、基板１が載置される領域よりも外側の部分となる。
【００３０】
一方、リモートプラズマ供給口１２から距離が離れると、後述するように、リモートプラズマ発生器１１によってプラズマ化された励起ガスの濃度が急激に減少する。
【００３１】
よって、処理室５０内のガスクリーニングを行う場合、基板１が載置される領域１６よりも外側の部分においてラジカル濃度が高くなるようにリモートプラズマ供給口１２を配置するのがよい。すなわち、リモートプラズマ供給口１２は、リモートプラズマ供給口１２をサセプタ２に対して垂直な方向に投影した場合に基板１が載置される領域１６とは重ならない位置に配置するのがよい（図４参照）。
【００３２】
このように、リモートプラズマを用いたガスクリーニングにおいて、ラジカルの濃度が最も高い領域を堆積膜の除去に使用することによりエッチングレートが向上し、ダウンタイムの短縮、エッチングガスの消費量削減を図ることができる。
【００３３】
上記の構造を持つ基板処理装置を用いて半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として行う、基板１への成膜処理工程および基板処理装置のガスクリーニング工程は次のようにして行われる。
【００３４】
基板１は、基板処理室５０と基板挿入口８を通じて接続された図示しない基板搬送室４０に設けられた搬送機構（図示せず）により基板処理室５０に搬送され、サセプタ２と空間を隔てて平行になるように石英ピン４上に置かれる（図１参照）
【００３５】
開閉弁９は基板搬送室４０と基板処理室５０を基板処理中に隔離するため、基板１の挿入後に閉じられる。
【００３６】
ヒータユニット２０は昇降機構１０により搬送位置から基板処理位置まで上昇する（図２参照）。
ヒータユニット２０の上昇の際、石英ピン４上の基板１とサセプタ２の間隔は徐々に狭くなり、基板処理位置に到達する前に基板１はサセプタ２上に載置される。その後、基板１がサセプタ２上に載置された状態で、基板処理位置に到達するまで上昇する。
【００３７】
基板１がサセプタ２上に載置されることにより抵抗加熱ヒータ３によってサセプタ２を介して基板１が加熱される。また、基板１の均熱、基板１に対するガス濃度分布の均等化のために、基板１を載せたサセプタ２は基板処理位置にてヒータユニット２０の回転機構により任意の速度で回転する。
【００３８】
加熱された基板１は、処理ガス供給口６より導入され、ガス分散板５で処理面に均等になるように拡散されたガスにより処理される。
【００３９】
基板１処理後、回転機構は停止し、ヒータユニット２０は搬送位置まで降下する（図１参照）。降下の際、石英ピン４は再び基板１を突き上げ、サセプタ２との間に搬送の為の空間を作る。その後、基板１は図示しない基板搬送室４０に設けられた搬送機構（図示せず）により基板処理室５０から搬出される。
【００４０】
ガスクリーニングは、基板１をセプタ２上に載置しない状態、もしくはダミー基板をサセプタ上に載置した状態で行う（図３参照）。
【００４１】
サセプタ２は、基板処理位置に位置した状態で、抵抗加熱ヒータ３によって加熱されると共に、ヒータユニット２０の回転機構により任意の速度で回転する。
【００４２】
この状態で、ＲＰＵ１１によってラジカル化されたエッチングガスがリモートプラズマ供給口１２から導入され、成膜処理によってサセプタ２や基板処理室５０に堆積した膜を除去して、ガスクリーニングを行う。ガスクリーニングを行う際には、例えば、ＲＰＵ１１によってＮＦ3ガスからフッ素ラジカルを生成して行う。
【００４３】
次に、比較例および他の好ましい実施例を説明する。
図５は比較例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図であり、基板処理時の状態を示した図である。図８は本発明の好ましい他の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り、基板処理時の状態を示した図である。
【００４４】
比較例の基板処理装置は、上側からみた場合に、リモートプラズマ供給口１２が基板１、サセプタ２およびシャワーヘッド１５の中央に配置されている点が上記実施例と異なるが他の構成は同じである。
【００４５】
本発明の好ましい他の実施例の基板処理装置は、上側からみた場合に、リモートプラズマ供給口１２が、基板１の中央部と外周部の間の所定の位置に配置されている点が上記実施例と異なるが他の構成は同じである。
【００４６】
これら、比較例および他の好ましい実施例においては、加熱された基板１は、回転された状態で、処理ガス供給口６より導入され、ガス分散板５で処理面に均等になるように拡散された処理ガスにより、ＲＰＵ１１によってラジカル化され、リモートプラズマ供給口１２から導入されたガスにより、あるいは、処理ガス供給口６より導入され、ガス分散板５で処理面に均等になるように拡散された処理ガスとＲＰＵ１１によってラジカル化され、リモートプラズマ供給口１２から導入されたガスとにより、処理（薄膜形成、不純物ドーピング、表面処理）される。
【００４７】
比較例の基板処理装置で、ＲＰＵ１１によってＮＦ3ガスからラジカルなフッ素を発生させてエッチングを行った場合の基板１内のエッチングレート分布を図６、図７に示す。本比較例では、基板１として直径３００ｍｍのＳiウエハ１上に１００ｎｍのＳiＯ2膜を熱拡散により生成し、その上に１μｍのＰｏｌｙ−Ｓｉを堆積したものを用いた。エッチングレートがリモートプラズマ供給口１２から同心円上に広がり、リモートプラズマ供給口１２から距離が離れると急激にエッチングレートが減衰していることがわかる。これは、ラジカル発生源からの距離によりフッ素ラジカルの濃度が急激に低くなるためと考えられる。ラジカルの濃度がラジカル発生源からの距離に大きく依存することは、基板１中央部のＰｏｌｙ−Ｓｉが全てエッチング（エッチング時間３ｍｉｎ以降）されても、外周部のエッチングレートが大きく変化しないことからもわかる。
【００４８】
このように、比較例の基板処理装置では、処理室５０の中央に接続されたＲＰＵ１１によりラジカル化されたガスを用いて基板１を処理しようとした場合や、ラジカル化されたエッチングガスにより基板処理装置のガスクリーニングを行う際に、ＲＰＵ１１からの距離に依存したラジカル化されたガスの急激な減衰により、基板１外周部での基板処理能力の低下、サセプタ外周部へ堆積した膜に対するガスクリーニング時のエッチング能力の低下が発生する。
【００４９】
そこで、他の実施例のように、ＲＰＵ１１とリモートプラズマ供給口１２の設置場所を基板１の外周部、もしくは基板１の中央部と外周部の間の任意の位置に設置した。そして、基板１を載置するサセプタ２の回転機構を用いることにより、ラジカル化されたガスを効率的に使用し、基板１の面内に渡って均等な処理を行うことを可能とした。ＲＰＵ１１とリモートプラズマ供給口１２の設置位置は処理条件によるラジカル化されたガスの濃度分布により基板１の中央部と外周部の間の任意の位置が選ばれる。
【００５０】
この他の実施例は、フッ素ラジカルによるエッチングの分布改善だけではなく、リモートプラズマを用いた薄膜形成、不純物ドーピング、表面処理においても適応される。
【００５１】
このように、他の実施例においては、リモートプラズマ発生器が設置されたシャワーヘッド型ガス供給で起こるラジカル化したガスの基板上の濃度不均一分布を、リモートプラズマ発生器の設置位置と基板保持板の回転機構で改善することができ、結果として基板の均一な処理が可能となる。よって、基板面内の均一性が向上し、歩留まりの向上が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】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り、基板搬入時の状態を示した図である。
【図２】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り、基板処理時の状態を示した図である。
【図３】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り、基板処理装置のガスクリーニング時の状態を示した図である。
【図４】図３のＡＡ線横断面図である。
【図５】比較例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図であり、基板処理時の状態を示した図である。
【図６】比較例の基板処理装置で、ＲＰＵ１１によってＮＦ3ガスからラジカルなフッ素を発生させてエッチングを行った場合の基板１内のエッチングレート分布を示す図である。
【図７】比較例の基板処理装置で、ＲＰＵ１１によってＮＦ3ガスからラジカルなフッ素を発生させてエッチングを行った場合の基板１内のエッチングレート分布を示す図である。
【図８】本発明の好ましい他の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り、基板処理時の状態を示した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…基板
２…基板保持板（サセプタ）
３…抵抗加熱ヒータ
４…基板支持ピン
５…ガス分散板
６…処理ガス供給口
７…排気口
８…基板挿入口
９…開閉弁
１０…昇降機構
１１…リモートプラズマ発生器（ＲＰＵ）
１２…リモートプラズマ供給口
１３…処理ガス供給ライン
１４…リモートプラズマ用ガス供給ライン
１５…シャワーヘッド
１６…基板が載置される領域
１７…上板
１８…天井板
１９…空間
２０…ヒータユニット兼回転機構
２１…側面
２２…側面
２５…リモートプラズマ供給配管
３０…基板処理装置
４０…基板搬送室
５０…処理室
【図１】
2008218877.tif 000003
【図２】
2008218877.tif 000004
【図３】
2008218877.tif 000005
【図４】
2008218877.tif 000006
【図５】
2008218877.tif 000007
【図６】
2008218877.tif 000008
【図７】
2008218877.tif 000009
【図８】
2008218877.tif 000010