(57)【要約】【課題】プラズマ源から発生する異物を回収して、歩留まりを向上することができるようにする。【解決手段】基板処理装置は、基板６を処理する処理室１と、処理室１外部に設けられプラズマを発生させるガス活性化部１１とを有する。ガス活性化部１１の上流側にＮ２とＮＦ３の混合ガスを供給する混合ガス配管１５を接続する。ガス活性化部１１の下流側に活性化ガス供給管としてのガス導入配管２を接続して、その途中にＮＨ３ガスを供給するＮＨ３配管１２を接続する。ガス導入配管２を処理室１に接続して、ガス活性化部１１で発生させたプラズマにより活性化したガスにＮＨ３ガスを晒して活性化し、これらの活性化された活性種を処理室１へ供給するように構成する。ガス活性化部１１と処理室１とを接続するガス導入配管２に、ガス活性化部１１で電離したＮＦ３ガス等による内壁衝撃で発生した異物を回収する異物回収ユニット２２を着脱自在に設ける。【選択図】      図１
2004296467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
処理室外部に設けられプラズマを発生させるプラズマ源と、
プラズマ源で発生させたプラズマにより活性化したガスを処理室へ供給する活性化ガス供給管と、
プラズマ源と処理室との間に設けられプラズマ源で発生した異物を回収する異物回収手段と、
を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リモートプラズマを用いて基板を処理する基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路その他の半導体装置の製造においては、ウェハに対して成膜及びパターンエッチング等の処理を繰り返し行って、これに所望の素子を多数形成するわけであるが、このように各種の処理を行う過程でウェハを処理装置間で移送する必要がある。そのため、移送のときにウェハが大気にさらされることは不可避であり、ウェハ面の大気にさらされた部分には、大気中の酸素や水分等に起因して自然酸化膜が発生するのが実情である。
自然酸化膜は、半導体装置の電気的特性を劣化させる等の原因となる。すなわち、例えばシリコンの酸化膜は絶縁体であり、シリコンウェハ内の導電領域に電極を接続しようとする場合、その表面にシリコン酸化膜が残存していると接触抵抗を増大させてしまう。また、シリコンの自然酸化膜は、不完全な結晶を有しており、熱酸化によって意図的に形成したシリコン酸化膜と比べると膜質が劣るため、これがゲート絶縁部に形成されてしまうとリーク電流が大きくなる。
【０００３】
そこで、例えば成膜工程の前処理として、自然酸化膜をウェハの被処理面から除去する表面処理を行う場合がある。従来、酸化膜の除去に当っては、酸化膜の形成されたウェハをフッ酸等の薬液中に浸漬して、該薬液により酸化膜を除去する所謂ウェット洗浄が一般的に行われていた。
【０００４】
ところが、半導体集積回路の高集積化及び高微細化が推進されるに伴ってパターンの線幅やコンタクトホール径等も小さくなり、例えばコンタクトホールの径は０．２〜０．３μｍ程度或いはそれ以下になっている。そのため、ウェット洗浄では微細なトレンチの洗浄が困難となっている。具体的には、薬液がホール内に充分染み込まなかったり、或いは逆に染み込んだ薬液が表面張力のためにホール内から排出できない場合等が生じ、ホール底部の酸化膜を充分に除去できない問題が生じていた。
また、基板上に複数層の積層構造を形成する場合には、当該各層毎にエッチングレートが異なるので、ホール壁面に凸凹が発生する場合がある。さらに、各層の境界面部分には薬液が浸透し易いために、浸透した薬液によって境界面が過度に削られてしまう問題があった。
さらに、ウェット洗浄は大気中で行うから、酸化膜を除去した後に１〜２原子層分の新たな自然酸化膜が成長するのが実情である。このような時間と共に成長する自然酸化膜を極力抑えるためには、ウェット洗浄後、一定の時間以内に成膜を行う必要がある。従って、ウェット洗浄では、次工程までの時間的な制約が発生することになり、結果的に工程の自由度が小さくなってしまう問題が発生する。
【０００５】
そこで、上記の問題を解決するものとして、プラズマ処理技術を用いて酸化膜の除去その他の前処理を行うことが提案されている。これは、薬液によるウェット洗浄に代えて、所定の処理ガス（エッチングガス）を用いて酸化膜を除去する所謂ドライクリーニング法である。このドライクリーニング法を実施する装置として、リモートプラズマユニットを用いた基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
リモートプラズマユニットを用いた基板処理装置は、処理室外部にプラズマを発生させるプラズマ源を設けることにより、処理室とプラズマ源とを分離して、荷電粒子を取り除いた活性化したガスによって基板処理を行うものである。
ガスを活性化する場合、処理室に供給する基板処理用の主ガスは、直接プラズマ源で活性化するよりも、プラズマ源で発生させたプラズマにより活性化した励起用ガスに晒して間接的に活性化させる方が、荷電粒子を取り除いた活性化したガスのみによって基板を処理できるので、基板にプラズマダメージを与えないということがことが分っている。
【０００７】
提案されているこのようなダウンフロー型の基板処理装置、例えば酸化膜除去装置では、ガス種としてＮ２、ＮＨ３及びＮＦ３などを使用し、このうちのいずれかを励起用ガスに、残りを被励起用ガス（主ガス）として使用している。励起用ガスをプラズマ源に導入し活性化させてプラズマを発生し、さらにそのプラズマによって励起用ガスを活性化する。このプラズマにより活性化した励起用ガスに、被励起用ガスを添加して活性化することが行なわれている。
【０００８】
従来、励起用ガスとしてＮ２とＮＨ３が、被励起用ガスとしてＮＦ３が使われている。ここでＮ２はＮＨ３を希釈するガスである。プラズマ源の上流側から導入してプラズマ源でプラズマを発生させる励起用ガスには、解離したときに反応性の高いガスを使用した方が、被励起用ガスを効率良く活性化できる。解離時のＮＦ３とＮＨ３との反応性を比べると、ＮＦ３は高くＮＨ３は低い。したがって、本来であれば、励起用ガスにはＮＨ３よりもＮＦ３ガスを用いるのが好ましい。
【０００９】
しかし、前述したように、提案されている装置では、プラズマ源に導入する励起用ガスに反応性の高いＮＦ３ガスを使用していない。プラズマ源に導入する励起用ガスに反応性の高いＮＦ３ガスを用いると、ＮＨ３ガスの活性化を効率的に行わせることができるようになるものの、ＮＦ３ガスを活性化させてプラズマを発生させると、このプラズマによりプラズマ源内壁が激しい衝撃にさらされることになる。そのため、プラズマ源内壁の剥離に起因する異物が発生し、その異物が活性化したガスとともに処理室へ供給され、基板表面や処理室内壁に付着し、基板の歩留まりを悪化させるという現象がある。そのような現象を避けるために、励起用ガスにＮ２と解離時に反応性の低いＮＨ３とを使用し、被励起用ガスに解離時に反応性の高いＮＦ３を使っているのが現状である。
【００１０】
なお、プラズマ源で異物が発生する現象は、解離時に反応性が高いＮＦ３等を用いたときに特に顕著に見られるが、何もＮＦ３等に限られるわけではなく、解離時に反応性が低いＮＨ３等を用いたときにも見られ、それはプラズマ源に加える印加電力が大きいほど顕著になる。
また、プラズマ源で異物が発生する現象は、酸化膜の除去プロセスに限られるわけではなく、リモートプラズマを使用する基板処理装置を用いて実施する半導体装置の製造プロセスのすべてに共通する。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−３３４８７０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、処理室外部にプラズマ源が設けられ、プラズマ源で発生させたプラズマにより活性化したガスを処理室へ供給するる基板処理装置では、プラズマ源で発生するプラズマの衝撃にプラズマ源の内壁がさらされることになり、プラズマ源内壁の剥離に起因する異物が発生する。発生した異物は活性化したガスとともに流下して基板表面に付着し、歩留まりを悪化させるという問題があっった。
【００１３】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、プラズマ源から発生する異物を回収して、歩留まりを向上することが可能な基板処理装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、基板を処理する処理室と、処理室外部に設けられプラズマを発生させるプラズマ源と、プラズマ源で発生させたプラズマにより活性化したガスを処理室へ供給する活性化ガス供給管と、プラズマ源と処理室との間に設けられプラズマ源で発生した異物を回収する異物回収手段と、を有することを特徴とする基板処理装置である。
【００１５】
プラズマ源でプラズマを発生させる際に発生す異物はプラズマ源と処理室との間に設けられた異物回収手段で回収される。したがって、活性化ガス供給管から処理室へ供給される活性化したガスには異物が含まれないので、基板処理の歩留まりを向上することができる。
【００１６】
この場合において、プラズマ源と処理室との間にプラズマ源で発生した異物を回収する異物回収手段は、プラズマ源に設けるようにしても、又は活性化ガス供給管に設けるようにしてもよい。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、異物回収手段は、異物を回収するための一つまたは複数の電極と、回収した異物を排気する排気配管とを有することを特徴とする基板処理装置である。
【００１８】
プラズマにより活性化したガスは電荷をもたないため、プラズマ源で発生する異物が帯電していれば、異物と逆極性にした一つまたは複数の電極により、異物のみを回収して排気配管から排気できる。したがって、異物のみが除去されて活性化したガスはそのまま処理室へ供給されるから、処理性能を落とすことなく、基板を処理することができる。
【００１９】
第３の発明は、第２の発明において、前記電極と排気配管とは一体であることを特徴とする基板処理装置である。
【００２０】
電極と排気配管とが一体であると、電極で回収した異物をそのまま排気配管から排気できるので、異物の除去効率を高めることできる。したがって、基板処理の歩留まりを一層向上することができる。
【００２１】
第４の発明は、第１の発明において、プラズマ源の上流側にプラズマ源で活性化するガスを供給する第１のガス供給管が設けられ、前記活性化ガス供給管の異物回収手段の上流側には、プラズマ源で発生させたプラズマで活性化したガスに晒すガスを供給する第２のガス供給管が設けられることを特徴とする基板処理装置である。
【００２２】
第１のガス供給管からプラズマ源の上流側に供給するガスに、プラズマ源に異物の発生をもたらす反応性の高いガスを使用しても、異物回収手段によってプラズマ源で発生した異物を回収するので、基板処理の歩留まりを向上することができる。また、第１のガス供給管から供給してプラズマ源で発生させたプラズマにより活性化した反応性の高いガスに、第２のガス供給管から供給するガスを晒して活性化するので、第２のガス供給管から供給するガスを十分に活性化することができ、基板処理効率を向上できる。
【００２３】
第５の発明は、第１の発明において、前記異物回収手段は、活性化ガス供給管に設けられることを特徴とする基板処理装置である。
【００２４】
プラズマ源から処理室へ通じる活性化ガス供給管に設けた異物回収手段により異物を回収するので、基板に異物が到達する前に異物を除去することができ、基板処理の歩留まりを向上することができる。
【００２５】
ここで実施例に沿った具体的な基板処理装置を説明すれば、それは、Ｎ２ガスとＮＦ３ガスとを供給する混合ガス配管と、混合ガス配管から供給される混合ガスからマイクロ波にてプラズマを形成してＮ２、ＮＦ３の活性ガス種を生成するガス活性化部と、ガス活性化部から供給される活性ガス種を流す活性化ガス供給管としてのガス導入配管と、ガス導入配管内を流れる活性ガス種にＮＨ３ガスを添加するＮＨ３配管と、Ｎ２、ＮＦ３の活性種によって活性化したＮＨ３ガスが供給されて基板を処理する処理室と、ガス活性化部と処理室とを接続するガス導入配管に設けられガス活性化部で発生してガス導入配管内を流れる異物を除去する異物回収ユニットとを備え、異物回収ユニットは異物の電気的特性を利用して異物を回収する電極が設けられているものである。
【００２６】
処理室内壁や基板への異物の付着原因が、プラズマの衝撃によるガス活性化部内壁の剥離によって発生する異物がダウンフローするガスにともなって処理室に供給されることが主原因であるから、ガス活性化部と処理室との間のガス導入配管に異物回収ユニットを設けると、ガス活性化部から処理室へとダウンフローするガス流の中で異物を回収できるから、もっとも効率よく異物を回収することができる。
また、マイクロ波プラズマにかかわらずガス活性化部で発生した異物は負に帯電するため、異物回収ユニットに異物の電気的特性を利用して異物の回収を行う電極が設けられていると、電気的に中正なＮ２、ＮＦ３の活性ガス種や、この活性ガス種によって活性化されたＮＨ３ガス自体にはほぼ影響を与えずに、異物のみを電極によって回収できる。なお、異物回収ユニットの下流側（終端部）に、特に浮遊電位のグリッドを設けるようにすれば、グリッドは負に帯電して流下する異物を反発するので、処理室への異物の流下を防ぎ、より効率よく異物を回収することができる。
【００２７】
第６の発明は、基板を処理室内に搬入する工程と、プラズマにより活性化したガスを異物回収手段を経て処理室内へ供給して基板を処理する工程と、基板を処理室内から搬出する工程と、を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００２８】
プラズマにより活性化したガスを異物回収手段を経て処理室内へ供給するので、異物の含まれない特性の優れた半導体デバイスを得ることができる。
【００２９】
第７の発明は、第６の発明において、前記処理工程は、プラズマにより活性化したガスを基板上に供給してこれを基板上の酸化膜と反応させて基板上に副生成物を生じさせる工程と、その後基板を所定の温度に加熱することにより副生成物を昇華させる工程と、を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００３０】
処理工程が、基板上に副生成物を生じさせる工程と、この副生成物を昇華させる工程とを有するので、基板上の酸化膜、特に自然酸化膜を有効に除去できることになり、特性の優れた半導体デバイスを得ることができる。
【００３１】
第８の発明は、第６の発明において、異物回収手段では、プラズマにより活性化したガスに含まれる負に帯電した異物を電気的特性を利用して回収し、異物回収手段から異物を除去された活性化ガスを処理室内へ供給するようにしたことを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００３２】
プラズマにより活性化したガスに含まれる帯電した異物を電気的特性を利用して回収するようにし、その異物の回収が電気的に中正な活性化ガスに影響を与えないので、特性の優れた半導体デバイスを得ることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の基板処理装置を、半導体製造の一工程に用いるドライクリーニング装置に適用した実施の形態を説明する。
【００３４】
図１は、実施の形態による酸化膜を除去するドライクリーニング装置を示す。このドライクリーニング装置は、基板６を処理する処理室１と、基板６を処理する為に用いる処理ガスをプラズマにより活性化させるリモートプラズマユニット（プラズマ源）４１と、処理室１内の基板６を加熱するランプ（加熱手段）７とを備えており、プラズマ源４１で活性化された処理ガスの活性種を処理室１内の基板６へ供給し、これを基板６表面の酸化膜と反応させることで基板６上に副生成物を生じさせ、次いで当該基板６をランプ７により加熱することで副生成物を昇華させて除去するように構成されている。
【００３５】
そして、このドライクリーニング装置は、プラズマ源４１で発生した異物を回収する異物回収ユニット２２を備えた点を最大の特徴としている。
以下、各部について詳細に説明する。
【００３６】
処理室１は、例えばアルミニウムで多角形に形成されており、その内壁には基板６の汚染等を防止するためにアルマイト処理が施されている。
この処理室１には、その一側に処理ガスの活性種を導入するための予備室２０ａが設けられている。また、この処理室１内の処理済みガス等を排気するための排気口３が活性種導入側とは反対側に設けられている。排気口３には、図示せぬ真空ポンプ等に通じる排気ラインが継手構造により接続されている。
【００３７】
また処理室１内には、複数例えば２枚の基板を載置する基板載置台５が配置されている。載置台５は石英により形成され、その表面は、基板６の金属汚染を防ぐために、石英、窒化アルミ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、又はセラミック等の材質でカバー（被覆）されている。載置台５は、図示せぬ磁気シール構造を介して処理室１の外に配置された回転機構１９に繋がれている。
【００３８】
また処理室１内において、載置台５の上方には、ランプ７から載置台５上の基板６を臨む窓４が設けられている。窓４は、石英ガラスのように赤外線を透過する素材を用いて円形または多角形形状に構成されており、Ｏリング等を用いて処理室１に気密に設置されている。なお、窓の大きさは基板６に対応した大きさが望ましいが、それよりも大きくてもよい。
【００３９】
ランプ７は、基板６の被処理面（酸化物が形成されていた面）に赤外線を照射できるように載置台５の上方に配置されており、窓４を通して処理室１内の基板６に赤外線を照射し、これを例えば１００℃以上の所定温度に加熱する。このランプ７は、具体的にはハロゲンランプなどから構成されており、窓４と略同じサイズを有している。
【００４０】
また、ランプ７を取り囲むようにしてランプカバー８が設置されている。ランプカバー８の内壁は反射手段としての鏡面が形成されており、ランプ７から発生した赤外線を効率よく基板６に照射できるようになっている。
【００４１】
一方、プラズマ源４１は、サファイアガラス等で形成された混合ガスを活性化するためのガス活性化部１１と、プラズマ発生のためのエネルギー源としてのマイクロ（μ）波を発生するμ波電源９と、このμ波電源９にて発生したμ波をガス活性化部１１へ効率よく伝える導波管１０とから構成されている。なお、μ波電源９は、例えば２．４５ギガヘルツのμ波を発生する。
【００４２】
ガス活性化部１１の上流側には、Ｎ２とＮＦ３の混合ガスを供給する混合ガス配管１５が接続されている。混合ガス配管１５はＮ２ガス源１８及びＮＦ３ガス源１７に通じている。詳細には、混合ガス配管１５は各ガス源１８，１７に向かって途中で二股に分岐しており、分岐した一方の配管（Ｎ２配管）１４がＮ２ガス源１８に接続され、他方の配管（ＮＦ３配管）１３がＮＦ３ガス源１７に接続されている。さらに当該各配管１４，１３の途中には、それぞれＮ２ガス及びＮＦ３ガスの流量を制御するＭＦＣ（マスフローコントローラ）２０がそれぞれ設けられている。
【００４３】
また、ガス活性化部１１の下流側には、混合ガス配管１５から導出された混合ガスを活性化することにより生成した活性種を処理室１側に送出する為のアルミニウム等で形成された活性化ガス供給管（ガス導入配管２）も接続されている。このガス導入配管２は、一端がガス活性化部１１に接続され、他端が異物回収ユニット２２を介して予備室２０ａに接続されている。異物回収ユニット２２は、ガス導入配管２と予備室２０ａとの間に継手により設けられる。この異物回収ユニット２２は、後ほど説明するが、電源および排気ユニットが接続されており、プラズマ源で発生した異物を回収する機能を持っている。
【００４４】
ガス導入配管２の途中の異物回収ユニット２２の上流側には、ＮＨ３配管１２が接続されている。ＮＨ３配管１２は、一端がガス導入配管２の途中に接続され、他端がＮＨ３の流量を制御するＭＦＣ２０を介してＮＨ３ガス源１６に接続されている。
【００４５】
またガス導入配管２は、水平方向（基板６の平坦面と平行な方向）に延在していて、このガス導入配管２から異物回収ユニット２２を介して導出された活性種は、予備室２０ａから処理室１内にサイドフローで基板６に供給されるようになっている。予備室２０ａと処理室１の境界には複数のスリット２１が形成されており、活性種はスリット２１を通過することにより、拡散して処理室１内の基板６に供給されるようになっている。スリット２１は、ガス活性化部１１から予備室２０ａを経て処理室１へ入る光を遮断して、その光によって基板６が加熱されるのを防止している。
【００４６】
図２は、前述した異物回収ユニット２２の拡大した縦断面図である。異物回収ユニット２２は、活性種を導入するユニット配管２４と、放射状配列された複数の電極２３と、異物を排気する排気ライン２７とから主に構成される。この異物回収ユニット２２には、後ほど説明するが、電源および排気ラインが接続されている。
【００４７】
ユニット配管２４は、ガス導入配管２と同径のアルミニウム等で形成された配管で構成され、両端には継手（図示せず）が形成されている。ユニット配管２４は、ガス導入配管２と予備室２０ａとの間に継手により着脱自在に取り付けられて、ガス導入配管２から導出される活性種を予備室２０ａに導くように構成されている。
【００４８】
放射状配列された複数の電極２３（図示例では８個）は、棒状をなしてユニット配管２４内に挿入され、ユニット配管２４内を流れる異物を電気的に回収するように構成される。電極２３は、ストッパ３５付きのパイプ３６を予めユニット配管２４内に挿通しておき、そのパイプ３６内に電極２３を絶縁して挿入することによって、ユニット配管２４内に挿入されるようになっている。パイプ３６は電極２３をユニット配管２４内に挿入するための挿入孔を構成する。
【００４９】
複数の電極２３をユニット配管２４の外周からユニット配管２４内に径方向内方に挿入して放射状配列とするために、複数のパイプ３６をユニット配管２４の外周からユニット配管２４内に径方向内方に放射状配列となるように挿入してある。複数の電極２３の放射状配列挿入位置は、ユニット配管２４の軸方向の１箇所であっても複数箇所であってもよい。異物の回収率を上げるために、電極２３間の配列は、ユニット配管２４内を軸方向に覗いたとき、ユニット配管２４内に挿入された電極２３の挿入部分２３ａが、重なることなく、ユニット配管２４内の内周に沿って等間隔になっていることが好ましい。また、電極２３の本数は、ユニット配管２４の径に応じて最適な数に設定するようにする。
【００５０】
複数の電極２３は、正の直流電圧が印加されて、負に帯電した異物を回収できるようになっている。各電極２３の外側部分２３ｂの排気配管３２に、電気配線２８を接続して直流電源２５の正極につなぐ。直流電源２５の負極はユニット配管２４及びパイプ３６とともに接地する。これにより電極２３の排気配管３２と接地２６間に正の直流電圧が印加されて、排気配管３２によってユニット配管２４内を流れる負に帯電した異物を電気的特性を利用して回収できるようになる。電極２３には、基板処理の状態に応じて適度な電圧を印加する。例えば粒径０．４μｍ以上の異物を回収する場合には、４０Ｖ〜５０Ｖの電圧を電極２３に印加する。４０Ｖより低いと異物回収率が悪く、５０Ｖを越えると異物粒子が逃げてしまう。したがって、電極２３に印加する電圧は、回収率が高く異物粒子が逃げない上記電圧範囲が好ましい。
【００５１】
また、棒状をなした各電極２３は、内部が中空な配管で構成されて、この配管を排気配管３２とした構造となっており、電極２３と排気配管３２とが一体になっている。各電極２３の排気配管３２は、図示せぬ真空ポンプ等に通じる排気ライン２７に並列接続されて、各電極２３で回収した異物を排気ライン２７を介して排気するようになっている。排気ライン２７は独立の排気系統でもよいし、下流でドライクリーニング装置側の排気ラインに合流していてもよいが、異物の管理上独立で保持されるのが望ましい。
【００５２】
ここで、異物の回収、排気を確実にするために、異物回収ユニット２２の下流側（終端部）、具体的にはユニット配管２４の終端部近傍に、ユニット配管２４内のガスフローを濾過するように、浮遊電位のグリッド４２を設けてある。浮遊電位のグリッド４２は、セルフバイアスにより負に帯電して、ユニット配管２４内を流下する負に帯電した異物を反発して、異物の流化を阻止するように構成されている。
【００５３】
図３は上述した電極の具体的な構成、及び電極の取付け構造を示した説明図である。異物を回収するための電極２３は、ユニット配管２４内に挿入固定される例えばステンレス等で形成されたパイプ２９と、パイプ２９に挿入される電極管３３とから構成される。パイプ２９は、その中間部外周にリング状のストッパ３５を有する。
ストッパ３５は、パイプ２９をユニット配管２４内に挿入して溶接部３４で固定する際に、パイプ２９をユニット配管２４内に挿入したとき、ストッパ３５とユニット配管２４との間のパイプ２９の周りに介在する溶接部３４の応力によって、それ以上のパイプ２９の挿入を止めて、パイプ２９の挿入長さを調整するためのものである。これにより、ストッパ３５の挿入長さを調整することによって、ユニット配管２４内に挿入する各電極管３３の挿入位置を均一化することができるようにしている。
【００５４】
パイプ２９に挿入される電極管３３は、内外２層構造をもつ２重管で構成されており、内側に設けられと排気配管（導電性配管）３２と、その外側に設けられた絶縁配管３１とからなる。導電性配管３２は、例えばステンレスや銅等で形成されて、直流電源２５につながれた電気配線２８に接続されて、帯電した異物を誘導して中空内部に回収するように構成されている。また、絶縁配管３１は、例えばアルミナなどの絶縁体または誘電体で形成されて、ユニット配管２４と電極管３３とを絶縁するようになっている。
【００５５】
これら２層の配管３１、３２は、ユニット配管２４に溶接部３４で固定されたパイプ２９からユニット配管２４内に挿入して、挿入端をパイプ２９の先端から突出させてパイプ２９に固定する。この場合、パイプ２９の先端から突出させた挿入端のうち、絶縁配管３１よりも導電性配管３２をより多く突出させて、導電性配管３２の先端（以下、電極開口端という）がガスフローに晒されるようにする。なお、電極開口端の切り口はガスフローと平行になるように向ける。ユニット配管２４および２層の電極管３３の間にはユニット配管２４及び処理室１内の真空を保持するためにＯリング等で真空シール３０が施されており、ユニット配管２４および２層の電極管３３の間は気密に保持されている。
【００５６】
つぎに、上述したような構造の異物回収ユニット２２をガス導入配管２に設けた基板処理装置を用いて、半導体デバイスの製造工程の一つである自然酸化膜除去プロセスを説明する。このプロセスは、基板搬入工程、基板処理工程、基板搬出工程を有する。
【００５７】
基板搬入工程では、図示せぬ搬送装置または人手により処理室１内に基板６を搬入し、基板６を載置台５上に載せる。
【００５８】
基板処理工程は、活性化ガス（活性種）生成工程、異物回収工程、処理工程とから構成される
活性種生成工程では、基板６を載置した後、Ｎ２ガス源からＮ２配管１４に供給されたＮＦ３希釈用のＮ２ガスと、ＮＦ３ガス源１７からＮＦ３配管１３に供給されたＮＦ３ガスとが混合ガス配管１５で合流し、それらの混合ガス（Ｎ２、ＮＦ３系混合ガス）が非アクティブ状態にあるガス活性化部１１を経由してガス導入配管２に送出される。また、送出されたＮ２、ＮＦ３系混合ガスに、ＮＨ３ガス源１６から供給されたＮＨ３ガスが合流し、これらの混合ガスが処理室１内に供給されつつ、排気口３から排気される。これにより、Ｎ２、ＮＦ３系混合ガス、ＮＨ３ガスのフローが始まり、処理室１内はただちに所定の処理圧力に制御される。なお、Ｎ２、ＮＦ３、ＮＨ３ガスの供給量は、それぞれのＭＦＣ２０により独立に制御される。
【００５９】
処理室１内が所定圧力に制御された後、μ波電源９からμ波を発生させる。発生したμ波は、導波管１０を伝わり、ガス活性化部１１に至る。ガス活性化部１１では、μ波電源９から導波したμ波によってアクティブ状態となり、Ｎ２、ＮＦ３系混合ガスが活性化され、Ｎ２、ＮＦ３が解離してプラズマが発生する。このプラズマによってＮ２、ＮＦ３系混合ガスが活性化され、活性ガス種が形成される。この活性ガス種はガス活性化部１１からガス導入配管２に送出される。
ところで、Ｎ２、ＮＦ３が解離してプラズマを発生する際、反応性の高いＮＦ３のプラズマによりガス活性化部１１の内壁は激しい衝撃にさらされることとなり、内壁の剥離に起因する異物が発生する。このガス活性化部１１で発生した異物は負に帯電する。そのためガス活性化部１１からガス導入配管２に排出される活性ガス種に負に帯電した異物が含まれることになる。
【００６０】
活性ガス種が処理室１に向かってガス導入配管２を流れる過程で、当該活性ガス種にＮＨ３ガスが添加されて晒される。これによりＮＨ３ガスも活性化され、その活性種（ＮＨ３）が発生するため、処理室１に向かって流れるガスは、Ｎ２ガス、ＮＦ３ガス、ＮＨ３ガスおよびこれらの各活性種（以下、これらを含めて自然酸化膜除去ガスというが、自然酸化膜除去にもっとも寄与するのは各活性種から生成されるＮＨ４Ｆである）にさらに前述した異物をともなうこととなり、これが下流側にある異物回収ユニット２２に送出される。
【００６１】
異物回収工程では、異物回収ユニット２２がプラズマにより活性化した活性種等に含まれる負に帯電した異物を電気的特性を利用して回収、除去する。この異物の回収、除去はつぎのように行われる。
【００６２】
負に帯電した異物は、活性化したガスとともに異物回収ユニット２２のユニット配管２４内を通過する過程で、ユニット配管２４内に突出している複数の正電極２３から静電吸引力を受ける。電極２３は導電性配管（排気配管）３２が一体構造になっており、電極２３の導電性配管３２内は排気ライン２７に接続されて常に真空排気されているので、負に帯電した異物は電極２３に誘導されて導電性配管３２内に回収され、そのまま排気ライン２７を通って排気される。
【００６３】
また、電極２３で回収されなかった異物は、電荷を持たない活性種とともに電極２３を素通りし、ユニット配管２４の下流側（終端部）にガスフローを塞ぐように設けられた浮遊電位グリッド４２に到達する。浮遊電位グリッド４２はセルフバイアスがかかり異物と同様に負に帯電している。したがって浮遊電位グリッド４２でユニット配管２４内が遮られていると、電荷を持たない活性種は浮遊電位グリッド４２をそのまま通過するが、負に帯電した異物は浮遊電位グリッド４２で反発され、通過を阻止されて逆流する。逆流した異物は電極２３で回収されて、排気ライン２７から排出されることになる。
【００６４】
このようにしてガス活性化部１１で発生した異物は異物回収ユニット２２で回収、排気される。この除去方法は、帯電した異物の性質を利用して異物を除去するため、電荷を持たない活性種自体に原理的には影響を与えない。しかし、異物の回収、排気を確実にするために、ユニット配管２４内にグリッド４２を設ける場合には、ここで活性種の一部が失活するため、後述する処理工程での副生成物の形成速度（エッチングレート）が若干低下することになる。
【００６５】
異物回収ユニット２２で異物の除去された活性種ないし活性化ガスは、予備室２０ａからスリット２１を通して処理室１内に供給される。スリット２１を通過するとき、ガスは拡散して処理室１内の上下の２枚の基板６に均一に供給される。また、予備室２０ａ側から入るガス活性化部１１のプラズマ光がスリット２１により遮断さるため、その光によって基板６が加熱されるのが防止できる。
【００６６】
処理工程は、基板上に副生成物を生成させる工程と、この副生成物を昇華させる工程とから構成される。
【００６７】
副生成物生成工程では、異物の除去された活性種が処理室１内に供給される。このとき、回転機構１９が基板載置台５を回転すると、基板６の平坦面に均等に活性種が供給される。そして、活性種が処理室１内に配置された基板６表面の酸化膜と反応して副生成物が形成される。
【００６８】
副生成物昇華工程では、このようにして、基板６上に副生成物を形成した後、上記各ガスの供給を断つと共にプラズマの形成を停止し、処理室１内の残留ガスを排気口３から排気する。ランプ７から窓４を通して基板６に赤外線を照射することにより、該基板６を１００℃以上に加熱する。このとき基板６は、真空中にてランプ照射されるため、これを迅速に加熱できる。なお、ランプ照射時にも基板６を回転させてもよい。基板を回転させながら行うと基板面内にわたり自然酸化膜を均一に除去できる。
【００６９】
これにより、基板６表面に形成された副生成物が昇華し、昇華した副生成物は排気口３から排気される。結果として、基板６の表面に形成されていた酸化膜が除去されることとなる。
【００７０】
基板搬出工程では、基板処理工程後、処理済み基板６を基板載置台５から持ち上げて処理室１内から搬出する。
【００７１】
なお、本実施例の基板処理装置を用いて酸化膜を除去する条件の一例をあげれば次の通りである。
Ｎ２流量                    ０ｓｃｃｍ  （希釈ガス）
ＮＦ３流量              ５００ｓｃｃｍ
マイクロ波電力          ３５０Ｗ
ＮＨ３流量              ５００ｓｃｃｍ
電極印加電圧            ４０Ｖ
処理圧力                ３０Ｐａ
処理室温度              ２５℃（常温）
ランプ加熱温度        １４０℃
回転速度                  ５ｒｐｍ
【００７２】
上述したように、実施の形態によれば、基板処理装置に異物回収ユニットを設け、プラズマにより活性化したガスに含まれる帯電した異物を電気的特性を利用して回収するので、異物を効率的に除去できる。したがって、基板上の酸化膜、特に自然酸化膜を除去する際の基板の歩留まりを向上できる。また、異物の含まれない特性の優れた半導体デバイスを得ることができる。
【００７３】
また、ガス活性化部１１と処理室１との間に異物回収ユニット２２を設けたので、ガス活性化部１１で発生する異物を効率的に異物を除去できる。また、異物回収ユニット２２は、ガス活性化部で負に帯電するという異物の性質を利用して、これを正電極で回収するようにしたので、電荷を持たない活性種に影響を与えることなく、すなわちプロセス性能を劣化させることなく異物を除去できる。また、電極を配管構造とすることで、電極と排気配管とを一体に設けるようにしたので、電極で回収した異物を排気配管を介して有効に排気することができる。
【００７４】
また、異物回収ユニットは、ユニット化して配管と配管との間、または配管と予備室、ないし予備室がないときは配管と処理室との間にフランジ結合するだけで取り付けることができるので、既存の設備、新設の設備にかかわらず、取り扱いが容易になり、容易に取り付けることができる。
【００７５】
なお、上述した実施の形態では異物回収ユニットの電極を放射状に配列して、その導電性配管３２の電極開口端の切り口をガスフローと平行になるように向けたが、導電性配管３２の先端を管軸方向に沿って折り曲げて、電極開口端の切り口を下流側すなわち活性種の流れに沿う方向（グリッド４２側）に向けるようにしてもよい。これによりグリッド４２で反発される異物を有効に捕捉して効率的に排気ライン２７から排気することができる。または、反対に電極開口端を上流側すなわち活性ガスの流れに逆らう方向に向けるようにしてもよい。これにより流下しようとする異物を積極的に電極２３で回収することができるようになる。なお、電極開口端の切り口の向きは、必ずしも全て同一方向に向ける必要はなく、上述した種々の向き、またはその他の向きを混在させるようにしてもよい。また、実施の形態では、電極を複数で構成したが、一つの電極で構成してもよいことは勿論可能である。また、グリッドを浮遊電位としたがアース（接地）に落としても良い。
【００７６】
また上述した実施の形態では、酸化膜、特に自然酸化膜の除去プロセスに適用した場合について説明したが、本発明は、リモートプラズマ型の基板処理装置であって、プラズマ源から処理室へガスをダウンフローする過程で荷電粒子を取り除いた活性種のみにより処理を行う基板処理装置で行うプロセスであれば、いずれのプロセスにも適用できる。例えば、自然酸化膜プロセスの他に、本発明を適用することが可能なプラズマを使用するプロセスに、ダウンフロー型エッチングプロセスやアッシング（レジスト膜除去）プロセスがある。例えばＳｉＮ膜をエッチングするには、エッチングガスとしてＣＦ４＋Ｏ２＋Ｎ２（希釈ガス）、又はＮＦ３＋Ｃｌ２などを使う。また、アッシングガスとしてＮＦ３＋Ｈ２Ｏなどを使う。また、本発明は、処理室の構造は実施の形態のランプ加熱炉に限定されず、ダウンフロー型を採用するものであれば、いずれの処理室にも適用できる。
【００７７】
また、実施の形態では枚葉（２枚）式のプラズマＣＶＤ装置について説明したが、本発明は多数の基板を同時に処理するバッチ式の縦型プラズマＣＶＤ装置にも適用可能である。また、処理室に予備室やスリットを設けたが、これらは省略することが可能である。また、グリッドについても電極の回収効果が大きければ、これを省略可能である。
【００７８】
また、実施の形態では、ＮＨ３ガス配管を異物回収ユニットの上流側に接続ししているが、ＮＨ３ガス配管を異物回収ユニットの下流側に接続するようにしてもよい。ガス導入配管の途中にＮＨ３ガス配管が接続されている既存の装置をそのまま利用して本発明を適用する場合には、取り付けの便宜上、ガス導入配管と処理室との間に異物回収ユニットを後付けすることとなって、ＮＨ３ガス配管が異物回収ユニットの上流側に接続されることになる。しかし、例えば新規装置などに本発明を適用するような場合には、上述したような制約やメリットも特になく、異物回収ユニットの下流側にＮＨ３ガス配管を接続することも可能である。
【００７９】
また、実施の形態ではプラズマ源としてマイクロ波源を使用したが、この他にＲＦ源を使用する場合にも本発明は適用が可能である。
【００８０】
また、実施の形態では、異物回収ユニットをガス導入配管に設けるようにしたが、ガス導入配管に設ける場合、実施形態のようにガス導入配管の端部に接続する他に、ガス導入配管に分岐路を設けて、その分岐路に設けるようにしてもよい。または、ガス導入配管ではなくガス活性化部に設けるようにしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、異物収集ユニットを設けたので、プラズマ源から発生する異物を回収することができる。また、プラズマ源から発生する異物を回収することにより、異物を含まない活性化したガスを処理室に供給できるので、基板処理の歩留まりを上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による基板処理装置の構成図である。
【図２】実施の形態による異物回収ユニットの断面図である。
【図３】実施の形態による電極の構成図である。
【符号の説明】
１    処理室
２    ガス導入配管（活性化ガス供給管）
６    基板
１１    ガス活性化部
２２    異物回収ユニット
４１    プラズマ源
【図１】
2004296467.tif 000003
【図２】
2004296467.tif 000004
【図３】
2004296467.tif 000005