(57)【要約】【課題】処理効率の低下および処理速度の低下を防止する基板処理装置および半導体デバイスの製造方法を提供することにある。【解決手段】反応ガスを密度の高いプラズマ１５で活性化させ、活性種を失活させずに被処理基板５へ導入し被処理基板５を処理するため、基板の処理空間を形成する反応管２と、反応管２の壁の一部とともに反応ガスのバッファ空間７を形成する小穴１２が設けられた壁２６と、バッファ室７に連通するガスノズル２５と、バッファ室７内に配置された反応ガスの活性化領域を形成する電極１１とを設け、電極１１を覆う電極保護管１０を少なくとも壁２６に近接させ、ガスノズル２５から導入されたガスが、バッファ室７内で活性化され、小穴１２を通って反応室６に導入させる構成の基板処理装置にて基板に処理を行う。【選択図】　　　　図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の処理空間を形成する反応管と、
前記反応管の壁の一部とともに反応ガスのバッファ空間を形成する小穴が設けられた壁部材と、
前記バッファ空間に連通するガス導入手段と、
前記バッファ空間内に配置され、反応ガスの活性化領域を形成する、少なくとも２つの電極部材とを有し、
前記ガス導入手段から導入されたガスが、前記バッファ空間内で活性化され、前記小穴を通って、前記反応空間に導入し、基板を処理する基板処理装置であって、
前記電極部材を少なくとも前記壁部材に近接して設けたことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程の一工程で用いられる反応管内で複数の基板を処理するバッチ式の基板処理装置に係り、特に複数の基板にガスを供給するガス供給構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術について、図１乃至図８を用いて説明する。
図１、図２、図３は、反応管内部に電極を設けた従来のリモートプラズマ方式の基板処理装置の構成例、図４、図５、６は同リモートプラズマ処理装置のその他の反応室の構成例、図７、図８は、反応管及び電極の構成例を、上方からの横断面で示してある。
【０００３】
図１乃至図３によれば、外部を断熱材で囲続された筒状の加熱源１の内部に、反応管２、その下部にインレットフランジ２１がそれぞれ同心に立設され、該インレットフランジ２１の下部には保持手段載せ台４を載置したまま上下動が可能なシールフランジ２０が設けられている。保持手段載せ台４上には被処理基板５（例えば、シリコンウエ−ハ）を多段に保持する保持手段３が載置される。
【０００４】
シールフランジ２０は、昇降機構２４により上下動し、所定の位置まで上昇した際には、該反応管２とインレットフランジ２１で囲まれた処理を行う反応室６を形成する構成となっている。この時、反応室６が気密に閉塞されるように、反応管２とインレットフランジ２１、及びインレットフランジ２１とシールフランジ２０の間には図示しないシール材を設けてある。
【０００５】
反応管２には反応室６へのガス供給のためのバッファ室７（反応管２の壁と壁２６とにより形成された空間）が設置された構造となっており、バッファ室７を構成する壁２６に施された小穴１２を介してバッファ室７と反応室６は連通している。またバッファ室７はリモートプラズマの放電室も兼ねる。
【０００６】
バッファ室７には、電極保護管１０と電極１１から構成される電極部材が少なくとも２本設けられている。電極保護管１０は、片側が開放されたパイプ形状をしており、開放端は反応管側面に、他端はバッファ室７を長手方向に貫くようにバッファ室７内に配置されている。前述の開放端から電極１１を挿入することにより、バッファ室７の内部に電極１１が配置される一方で、電極１１は反応ガスと直接接触しない構造となっている。
【０００７】
電極１１は電極保護管１０の曲がりを考慮した屈曲性のある部材を使用する。
また、整合器１７を介して高周波電源１６の出力する高周波電力で電極１１を印加できるようになっている。
【０００８】
インレットフランジ２１には、排気ポート８が設けてあり、反応管２内部のガスを排気できる構造となっている。
【０００９】
図４では、反応管２下部に排気ポート８を設け、インレットフランジ２１を設けない場合の他の装置例を示している。
【００１０】
図５、図６では、電極保護管１０を反応管２と独立した部品とし、シールフランジ２０を貫通させてバッファ室７内へ挿入する構造となっている。貫通部には図示しないシール材が設けてある。
【００１１】
図７、図８は、バッファ室構成の拡大断面図である。
図７に示すように、反応室側面にはガス導入口９が設けてあり、導入口９から導入された反応ガスはガスノズル２５を通りバッファ室７に流れた後、経路Ａ、経路Ｂ、経路ａ、経路ｂ、を経て、バッファ室７の反応室６中心軸側に設けられた多数の小穴１２から、反応管２内の保持手段３に多段に等間隔で載置された複数の被処理基板５に供給される構造となっている。
【００１２】
バッファ室７内の圧力、あるいは小穴１２から反応室６への反応ガス速度を均等にするために、バッファ室７内に、ガス導入口９と一体形成された縦方向に多数の孔を有する縦長のガスノズルを配置し、前記ガスノズルの孔を介しバッファ室７内へ反応ガスを供給する場合もある。ガス導入口９と多孔を有するガスノズルは溶着で形成されていてもかまわない。
この時、反応ガスは、放電を兼ねたバッファ室７内に生成されたプラズマ１５によって活性化されている。
【００１３】
図８は、小穴１２の電極１１に対する相対位置が異なる例であるが、この場合、経路ｃは袋小路部を通ることとなり、小穴１２までのガス流れ距離が長くなるだけでなく経路ｄのように、吹き溜まりが生じることとなる。
【００１４】
次に本処理装置の動作を説明する。
加熱源１にて反応管２内を所定の温度まで上昇させておく。
図示しないロボットにより、保持手段３に複数の被処理基板５を移載した後、昇降機構２４によりシールフランジ２０を上昇させる。該シールフランジ２０は所定の位置まで上昇し、反応管２、インレットフランジ２１、及び図示しないシール材にて気密に閉塞した反応室６を構成するとともに、保持手段載せ台４、保持手段３、及び被処理基板５を反応管２内に装填する。
この後、図示しない圧力制御系でモニタしながら、図示しないコンダクタンスバルブを駆動して所定の圧力になるよう自動制御する。
【００１５】
反応ガスは、ガス供給ユニット２３からガス導入口９を経てバッファ室７内へ導入され、電極１１により生じたプラズマ１５により活性化した状態で、小穴１２から反応室６へ導入し、被処理基板５を処理し、所望の膜を形成する。余剰の反応ガスは排気ポート８より排気される。
熱処理が完了した後は、逆の手順で被処理基板５を回収する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
反応ガスの活性種の密度が小さいと、処理効率及び処理速度が低下する。
また、活性種は壁面への衝突より失活するため処理に寄与するまでの距離（即ち、プラズマ１５の活性化領域から被処理基板までの距離）が長いほど、その密度は低下する。従って、
▲１▼密度の高いプラズマで、活性化する。（励起する時点での活性種の密度を大きくする）
▲２▼活性種を失活させずに被処理基板まで運ぶ。
ことが、重要となる。
【００１７】
（問題点１）
バッファ室７内の反応ガス流れ経路としてはプラズマ密度の高い電極１１間を通すことが望ましいが、図７に示す通り、従来技術の構造では経路ａ、経路ｂを通過した反応ガスについては活性種の密度が小さくなってしまう。
【００１８】
（問題点２）
反応ガスは、バッファ室７内で活性種となった直後に小穴１２を通過することが好ましいが、図７、図８に示す通り、従来技術では、プラズマ１５と小穴１２が直近にないため、活性種が小穴１２を通過するまでの間に密度が小さくなってしまう。
【００１９】
（問題点３）
バッファ室７における電極保護管１０、電極１１、小穴１２の設置位置が最適化されていないため、図８に示す通り、経路ｃのような袋小路で活性種の失活が助長される。特に経路ｄのように吹き溜まりとなった場合は更なる密度の低下をまねくこととなる。
【００２０】
よって、本発明の目的は、従来技術の問題点を解決し、供給ガスの活性化密度を大きくさせることにより、処理速度（スループット）、処理効率の高い処理装置および半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、
基板の処理空間を形成する反応管と、
前記反応管の壁の一部とともに反応ガスのバッファ空間を形成する小穴が設けられた壁部材と、
前記バッファ空間に連通するガス導入手段と、
前記バッファ空間内に配置され、反応ガスの活性化領域を形成する、少なくとも２つの電極部材とを有し、
前記ガス導入手段から導入されたガスが、前記バッファ空間内で活性化され、前記小穴を通って、前記反応空間に導入し、基板を処理する基板処理装置であって、
前記電極部材を少なくとも前記壁部材に近接して設けたことを特徴とする基板処理装置である。
【００２２】
また、第２の発明は、前記電極部材を少なくとも前記壁部材に０〜５ｍｍの範囲内で近接した基板処理装置である。
【００２３】
また、第３の発明は、前記電極部材を少なくとも前記壁部材に密着させた基板処理装置である。
【００２４】
また、第４の発明は、前記電極部材の間に前記小穴が配置されるように前記電極部材を配置した基板処理装置である。
【００２５】
また、第５の発明は、前記反応管と、前記壁部材と、前記電極部材とを溶着し、一体構造とした基板処理装置。
【００２６】
また、第６の発明は、
基板を反応管内の反応空間に載置する工程と、
前記反応管の壁の一部と、小穴が設けられた壁部材とで形成された反応ガスのバッファ空間に反応ガスを導入する工程と、
バッファ空間内に導入されたガスを、バッファ空間内に設けられ、少なくとも前記壁部材に近接した少なくとも２つの電極部材にて活性化する工程と、
前記活性化されたガスを、前記小穴を通し前記処理空間内に導入し、前記基板を処理する工程と、
を含む半導体デバイスの製造方法である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明は、反応ガスの活性種の密度を大きくすることを目的に、バッファ室７における電極保護管１０及び電極１１から構成される電極部材、小穴１２の相対位置の最適化に関するものである。
【００２８】
図９、図１０、図１１を用いて本発明の実施例について説明する。
なお、従来で説明した処理装置とは、図９、図１０、図１１で示された構成が異なるのみで、他は従来技術で説明した処理装置と同じであるので、詳細説明は省略し、従来の技術の説明で用いた部材と同じものは、同じ符号を用いている。
【００２９】
図９では、二本の電極保護管１０はバッファ室７を構成する小穴１２側の壁２６の近傍に位置しており（好ましくは、電極保護管１０とバッファ室７を形成する部材（壁面）２６との間が０〜５ｍｍであれば良い。尚、０ｍｍとは電極保護管１０が壁面に密着している場合である。）、且つ小穴１２をまたぐように配置されている（即ち、２本の電極保護管１０の間に小穴が位置する）。これによりプラズマ１５と小穴１２の距離が最短となる構造となっている。
【００３０】
二本の電極保護管１０をバッファ室７を構成する部材に近づけることで、主たるガス流れ経路を限定することが可能となる。また、限定された主たるガス流れ経路が二本の電極保護管１０の間を通るような位置に小穴１２を設けることで、反応ガスを効率よくプラズマ密度の高い領域１５を通過させることとなり、活性種の密度を大きくすることが可能となる。
【００３１】
図９の場合では、バッファ室７内の反応ガス経路は、経路Ｄ、経路Ｅ、経路ｅ、経路ｆに大別される。経路Ｄ、経路Ｅが主たるガス流れ経路となり、反応ガスの大半が二本の電極保護管１０の間、つまりプラズマ１５の密度の大きい領域を通過することになる。
【００３２】
また、プラズマ１５と小穴１２が直近に位置し、且つ不必要な吹き溜まり部も最小限となるので、経路Ｄ、経路Ｅで生じた活性種の失活を最低限に抑えることが可能となる。また、小穴１２に入る前段階で失活したとしても、プラズマ１５により再度活性化されうる。
【００３３】
一方で二本の電極保護管１０の間を通過しない経路ｅ、経路ｆについても、小穴１２の直前においてプラズマ１５の近傍を通過することになるため活性種の密度は大きくなり、また、経路Ｃ、経路Ｄと同様に反応室６へ導入されるまでの失活も少ない。
【００３４】
つまり、本発明により、以下のことが可能となる。
▲１▼密度の高いプラズマで、活性化することができる。（励起する時点での活性種の密度を大きくする）
▲２▼活性種を失活させずに被処理基板まで運ぶことができる。
【００３５】
経路Ｄ、経路Ｅで活性種の密度に違いがないように、活性種となる以前のガス流れ経路については、制御の必要がないことも、本発明の特長である。
【００３６】
ここで、電極保護管１０と、バッファ室７とを密着させれば、経路ｅ、経路ｆは寸断されるため、ガス経路を経路Ｄ、経路Ｅに限定できるので、密度の高い活性種を被処理基板に供給する点では有効であり、更には、経路ｅ、ｆが通る隙間が無くなるので、装置間の反応ガス活性化密度のバラツキが生じないので更に良い。
【００３７】
図１０は第２の実施形態を示し、ガスノズル２５から供給されたガスが直線的にプラズマ１５、小穴１２を通るように、ガスノズル２５と小穴１２を二本の電極保護管１０の間に配置したものであり、図９と同様に、活性種の密度を大きくできる他の構成例である。
【００３８】
図１１も同様に、本発明の他の構成例を示す第３の実施形態である。
二本の電極保護管１０の一方をバッファ室７を構成する内側の部材（壁２６）に、他方を外側の部材（即ち、反応管２の内壁）にそれぞれ近づけて主たるガス流れ経路を限定している。主たるガス流れ経路Ｉが二本の電極保護管１０の間を通る位置に小穴１２が設けられている。
図９、図１０の実施例と比較すると、プラズマ１５と小穴１２の距離が長くなり、それに伴い吹き溜まり部が生じるが、バッファ室７を構成する部材（壁面）に電極保護管１０近づけることで失活を低減することが可能となる。
【００３９】
よって、バッファ室７、電極保護管１０、及び小穴１２の配置を最適化することで、反応ガスの活性種の密度を大きくすることができる。
【００４０】
尚、前述した構成は図５、図６の処理装置の形態に適用した例であるが、図１乃至図４のいずれの例でも適用可能であるのは言うまでもない。
【００４１】
反応ガスの活性種の密度が、バッファ室７、電極保護管１０、小穴１２の相対位置の最適化により向上できることは、上述の通りであるが、一方で、処理装置間の処理均一性、信頼性、再現性を考えた時に、上記の相対位置にばらつきが無いことが好ましい。
【００４２】
上述した例では、電極保護管１０がとバッファ室７及び小穴１２と独立しているため、組立誤差が生じることとなるため、反応ガス活性化濃度に装置間のバラつきが生じることが考えられる。
従って、反応管２、バッファ室７構成壁、小穴１２、電極保護管１０が、一体型となった反応管を適用することで、ばらつきを抑えることが可能となる。それぞれの材質は石英を用い、溶着で一体構成することで問題ない。
【００４３】
また、上述した基板処理装置を用いれば、品質の高い半導体デバイスの生産が可能となるものである。
即ち、基板を反応管内の反応空間に載置する工程と、
前記反応管の壁の一部と、小穴が設けられた壁部材とで形成された反応ガスのバッファ空間に反応ガスを導入する工程と、
バッファ空間内に導入されたガスを、バッファ空間内に設けられ、少なくとも前記壁部材に近接した少なくとも２つの電極部材にて活性化する工程と、
前記活性化されたガスを、前記小穴を通し前記処理空間内に導入し、前記基板を処理する工程と、
を含む半導体デバイスの製造方法にて、半導体デバイスを製造すれば、より品質の良い半導体デバイスを得ることができるものである。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数枚の基板を一括に処理するリモートプラズマ方式の処理装置において、
▲１▼反応ガスの活性化密度を大きくすることで、処理速度（スループット）をあげることができる。
▲２▼反応ガスを効率よく活性化できるので、反応ガスの浪費が少ない。（ランニングコスト低下）
▲３▼装置間のバラツキが少ない、再現性、信頼性の高い装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の処理装置を示す縦断面図
【図２】従来の反応室を示す縦断面図
【図３】図２のＸ−Ｘ’断面図
【図４】従来の反応室を示す縦断面図
【図５】従来の処理装置を示す縦断面図
【図６】図５のＹ−Ｙ’断面図
【図７】従来のバッファ室内を示す拡大断面図
【図８】従来のバッファ室内を示す拡大断面図
【図９】本発明によるバッファ室内を示す拡大断面図
【図１０】本発明によるバッファ室内を示す拡大断面図
【図１１】本発明によるバッファ室内を示す拡大断面図
【符号の説明】
１　　加熱源
２　　反応管
３　　保持手段
４　　保持手段載せ台
５　　被処理基板
６　　反応室
７　　バッファ室
８　　排気ポート
９　　ガス導入口
１０　　電極保護管
１１　　電極
１２　　小穴
１５　　プラズマ
１６　　高周波電源
１７　　整合器
２０　　シールフランジ
２１　　インレットフランジ
２２　　回転機構
２３　　ガス供給ユニット
２４　　昇降機構
２５　　ガスノズル
２６　　壁
Ａ〜Ｉ　　バッファ室内ガス経路（高密度）
ａ〜ｊ　　バッファ室内ガス経路（低密度）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004047745.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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