(57)【要約】【課題】  コンパクトでありながら、処理室内のプラズマ源から発生する高周波ノイズが、処理室外部に設けられた加熱手段に伝わるのを有効に防止する。【解決手段】  基板処理装置は、処理室２０１を内部に形成する反応管２０３を備え、処理室２０１内のプラズマ源２５０で生成したプラズマを利用してウェハ２００を処理する。処理室２０１と処理室２０１の外側に設けたヒータ２０７との間に導電性のシールド部材２０８を設けて、シールド部材２０８で反応管２０３を覆う。このシールド部材２０８を接地Ｅすることにより、処理室２０１内のプラズマ源２５０から発生する高周波ノイズを抑制する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内のプラズマ源で生成したプラズマを利用して被処理基板を処理する基板処理装置において、
前記処理室と該処理室の外側に設けた加熱手段との間に導電性のシールドを設け、
前記シールドを接地することにより、前記処理室内のプラズマ源から発生する高周波ノイズを抑制した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、処理室内のプラズマ源から発生する高周波ノイズを抑制する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置は処理炉を有し、その処理炉においてウェハ等の基板に成膜処理を施すようになっている。その成膜処理の方法には、プラズマを用いたＣＶＤ法又はＡＬＤ法が採用されることがある。ここでは、ＣＶＤ法に比べて成膜温度の低温化が可能なＡＬＤ法を用いた成膜処理法について、簡単に説明する。
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に供給し、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。
【０００３】
このようなＡＬＤ装置は、反応管内にプラズマ源としての放電電極を設置して、プラズマを発生させるようにして、高温で活性化する原料ガスであっても、プラズマにより低温で活性化できような構造としている。
反応管の外側には、反応管を覆うようにヒータが配置される。ヒータにヒータ熱電対を設け、このヒータ熱電対の検出温度に基づいて加熱制御系でヒータを制御することにより反応管内に所望の反応温度が得られるようになっている。
上記ヒータには、ヒータに電力を供給するための電力ライン、ヒータ熱電対の信号を送る信号ラインなどが設けられている。
【０００４】
このようなＡＬＤ装置では、放電電極でプラズマを発生している間、放電電極が発する高周波ノイズが、電力ラインや信号ラインに重畳して、ヒータを制御する加熱制御系に誤動作を発生することがある。
そこで、従来は、放電電極からの高周波ノイズ対策として、電力ラインと、ヒータ熱電対の信号ラインに、それぞれノイズフィルタを挿入している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来、処理室内に設けた放電電極からのノイズ対策として、加熱手段を構成する電力ラインや信号ラインに、それぞれノイズフィルタを取り付けていたが、各ノイズフィルタは非常に大型であり、全体で処理室規模の大きさになってしまうため、ノイズフィルタを設置するためのスペースの確保が難しかった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、コンパクトでありながら、高周波ノイズが加熱手段に伝わるのを有効に防止することが可能な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】
【０００６】
第１の発明は、処理室内のプラズマ源で生成したプラズマを利用して被処理基板を処理する基板処理装置において、前記処理室と該処理室の外側に設けた加熱手段との間に導電性のシールドを設け、前記シールドを接地することにより、前記処理室内のプラズマ源から発生する高周波ノイズを抑制したことを特徴とする基板処理装置である。
【０００７】
接地したシールドでプラズマ源から発生する高周波ノイズを抑制したので、高周波ノイズが加熱手段に伝わるのを有効に防止できる。
第２の発明は、第１の発明において、前記シールドを網状に構成したことを特徴とする基板処理装置である。シールドを網状に構成すると、シート状に構成したものと比べて、被処理基板の温度安定時間を短縮できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高周波ノイズが加熱手段に伝わるのを防止でき、したがって、加熱手段を制御する加熱制御系の高周波ノイズによる誤動作を有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、半導体デバイスの製造工程のうちの一工程で使用する本発明の基板処理装置の実施形態を図面を用いてに説明する。
図１は本発明の基板処理装置の縦型の処理炉２０２の概略断面図である。
処理室２０１は反応管２０３及びシールキャップ２１９で気密に構成され、処理室２０１内の側部には反応管２０３と一体となったバッファ室２３７が設けてある。反応管２０３とバッファ室２３７を構成する壁は石英などの誘電体で構成する。
【００１０】
反応管２０３へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。第１のガス供給管２３２ａからは第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び第１のバルブ２４３ａ、ノズル２３３を介し、更に処理炉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る。第２のガス供給管２３２ｂからは第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、第２のバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び第３のバルブ２４３ｃを介し、更にガス供給部２４９を介して処理室２０１に反応ガスが供給されている。
【００１１】
前述したバッファ室２３７の中にはプラズマを生成するための一対の棒状の放電電極２７０が電極保護管２７５に保護されて設けてあり（図では、一対のうちの一方の放電電極と電極保護管のみが示されてれいる。）、第１のガス供給管２３２ａからノズル２３３を介して導入した反応ガスをバッファ室２３７内でプラズマ化し、バッファ室２３７に設けたガス供給孔２４８ａから被処理基板としてのウェハ２００に向けて活性な粒子を吹き出す構造となっている。一対の放電電極２７０、電極保護管２７５は、処理室２０１内のプラズマ源２５０を構成する。
【００１２】
プラズマを形成するための一対の放電電極２７０は、電極保護管２７５とともに反応管２０３より引き出され、図示されている一方の放電電極２７０は、整合器２７２を介して高周波電源２７３と接続され、図示されいてない他方の放電電極は接地されており、これにより高周波電源２７３が出力する高周波電力を整合器２７２を経由して一対の放電電極２７０に供給できるようになっている。
【００１３】
一方、前述したガス供給部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となる。このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウェハ２００と隣接する位置にガスを供給する第２のガス供給孔２４８ｃを有し、下部では第２のガス供給管２３２ｂと接続されている。
【００１４】
ガス溜め２４７に溜められた第２のガスが処理室２０１内のウェハ２００の表面に一気に供給され、この第２のガスの供給により、ウェハ２００上の第１のガスと第２のガスとが表面反応して、ウェハ２００上に成膜される。
【００１５】
反応管２０３はガスを排気するガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。
【００１６】
処理炉２０２は、加熱手段であるヒータ２０７を備える。ヒータ２０７は円筒形をしており、上部が天井板２０７ａによって閉じられた構成をしている。ヒータ２０７を構成する発熱抵抗体（図示せず）は、この円筒形をしたヒータ２０７の天井板２０７ａを除いた円筒部にのみ設けられる。円筒部の外側面には金属製の冷却配管２０６が巻回されて、この冷却配管２０６に水を流すことにより、発熱抵抗体の対応部分を冷却するようになっている。また、天井板２０７ａの内部には、外気と円筒の内部空間２１０とを連通する外気導入路２０７ｃが形成されている。この外気導入路２０７ｃの外気入口に、ヒータ２０７の温度を急冷する冷却ユニット２０５が接続されている。
【００１７】
処理室２０１内は、反応管２０３の外側に設けたヒータ２０７によって加熱する構造となっている。ヒータ２０７に電力を供給する電力ライン２２５ａの端子は、サイリスタ２２３を介して電源２２４に接続されている。このサイリスタ２２３には、その導通角を位相制御するためのサイリスタ制御部２２２が設けられており、ヒータ２０７に設けたヒータ熱電対２２１の信号ライン２２１ａからの電気信号（検出温度信号）を受けて所定の温度制御をなすように構成されている。このサイリスタ２２３、サイリスタ制御部２２２及びヒータ熱電対２２１は、ヒータ２０７に電力を供給する加熱制御系２３０を構成する。
【００１８】
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が設けられている。このボート２１７は、反応管２０３の下端開口２０４を気密に閉塞するシールキャップ２１９上に、磁気シール２１２でシールされた回転軸２１１、ボート台２１８を介して立設されている。また、ボート２１７はボートエレベータ（図示せず）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為にボート２１７を回転するためのボート回転機構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、回転軸２１１を介してボート台２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００１９】
次に、上述した基板処理装置の処理炉２０２を用いて、ＡＬＤ法による成膜例について説明する。ここでは、ＤＣＳ及びＮＨ3ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する。
【００２０】
まず、図示しないエレベータ機構で、ウェハ２００を装填するためのボート２１７が載ったシールキャップ２１９を下げる。ウェハ２００をボート２１７に載置した後、シールキャップ２１９を上昇させて処理室２０１内部に挿入する。ヒータ２０７に電源２２４を投入し、反応管２０３及び内部のボート２１７、ウェハ２００などを所定の温度に加熱する。同時に処理室２０１内部を排気管２３１からポンプ２４６で排気する。ヒータ２０７の温度がヒータ熱電対２２１で測定され、その検出された温度検出信号を受けて、サイリスタ制御部２２２が、所定の温度になるようにサイリスタ２２３の導通角を位相制御し、ヒータ２０７に供給する電力を調節する。ウェハ２００が所定の温度になった時点で、図示しない圧力調整機構によって処理室２０１内の圧力を所定の値に保持する。そして、処理室２０１内部の圧力が所定の圧力になった時点で、次の３つのステップを順次実行する。
【００２１】
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ3ガスを流す。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２４１ａ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（図示せず）からバッファ室２３７へ噴出する。一対の放電電極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、一対の放電電極２７０間で放電させてＮＨ3をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。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。
【００２２】
ステップ２では、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスの溜めを行う。ステップ１でＮＨ3を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。第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ3の供給を止めた後も、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以下に減圧排気し、残留ＮＨ3を処理室２０１から排除する。
【００２３】
ステップ３では、ＤＣＳガスを供給して成膜を行う。処理室２０１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を開けて、ガス溜め２４７に溜められたＤＣＳを処理室２０１に一気に供給する。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する。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ので、急激な圧力上昇により、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。
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。
【００２４】
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膜を成膜する。
【００２５】
ところで、上述したように処理炉２０２において、ウェハ２００を加熱するヒータ２０７には、ヒータ２０７に電源を供給するための電力ライン２２５ａ、ヒータ熱電対２２１及びヒータ熱電対２２１からの信号を送る信号ライン２２１ａ、ヒータ２０７を冷却するためにヒータ２０７の外周に巻回された冷却配管２０６、及びヒータ２０７の温度を急速に落とすための冷却ユニット２０５などが設けられている。
【００２６】
前述したように冷却配管２０６は金属製であり、この冷却配管２０６がヒータ２０７の外周全面に巻回されている。また、冷却ユニット２０５は、例えば、ラジエータやウォータポンプ、サーモスタット、冷却ファン等で構成される。ウォータポンプによってラジエータに送り込む冷却液の循環量や、ラジエータを冷却する冷却ファンをサーモスタットで制御して、ラジエータで外気を所定温度に冷却する。この外気をヒータ２０７の円筒の内部空間２１０に供給することによって、ヒータ２０７の温度を急速に落とすようになっている。
【００２７】
このようなヒータ２０７に、電力ライン２２５ａ、ヒータ熱電対２２１、信号ライン２２１ａ、冷却配管２０６、及び冷却ユニット２０５を設けたＡＬＤ装置では、一対の放電電極２７０でプラズマを発生している間、放電電極２７０が発する高周波電力の一部がヒータ２０７に重畳し、その高周波電力がサイリスタ２２３やサイリスタ制御部２２２に伝播し、上記温度制御の精度に影響を与える。また、ヒータ熱電対２２１が高周波ノイズによって誤動作して、適正な温度制御ができなくなる。
またヒータ２０７の外周に設けた冷却配管２０６が反応管２０３内のプラズマ源２５０から発生する高周波成分を拾い、冷却配管２０６がアンテナになって高周波ノイズが、ヒータ熱電対２２１に悪影響を与えて、ヒータ熱電対２２１が誤動作するおそれがある。さらに、ヒータ２０７に設けられる冷却ユニット２０５を構成するウォータポンプ、冷却ファン等から発生したノイズが、熱電対２２１や、加熱制御系２３０に誤動作を生じさせるおそれがある。
【００２８】
従来のように、放電電極２７０からの高周波ノイズ対策として、電力ライン２２５ａと、ヒータ熱電対２２１の信号ライン２２１ａに、それぞれノイズフィルタを挿入した場合、前述したノイズのうち、電力ライン２２５ａとヒータ熱電対２２１の信号ライン２２１ａにのったノイズはノイズフィルタによって一応除去できる。しかし、冷却配管２０６にのったノイズや、冷却ユニット２０５から出るノイズは除去するのが困難である。しかも、冷却配管２０６や冷却ユニット２０５は、ヒータ２０７に設けられているために、ヒータ２０７及びヒータ熱電対２２１に与える影響が大きい。
【００２９】
そこで、実施の形態では、反応管２０３とヒータ２０７との間に電界遮蔽用のシールド部材２０８を設けて、ノイズ源となる放電電極２７０を内部に有する反応管２０３をシールド部材２０８ですっぽり覆っている。このシールド部材２０８は導電性の部材でシート状に構成され、接地Ｅに接続されている。導電性の部材は例えばＳＵＳで構成する。
【００３０】
このように反応管２０３の外周をシールド部材２０８で覆うことにより、処理室内のプラズマ源２５０から発生する高周波ノイズを抑制できる。従って、ＡＬＤ装置において、一対の放電電極２７０でプラズマを発生している間であっても、放電電極２７０が発する高周波ノイズが、ヒータ２０７に重畳するのを阻止して、ヒータ２０７を制御する加熱制御系の高周波ノイズによる誤動作が発生するのを有効に防止できる。また、ヒータ熱電対２２１が高周波ノイズによって誤動作することもなく、適正な温度制御ができるようになる。
また、ヒータ２０７の外周に設けた冷却配管２０６が、反応管２０３内のプラズマ源２５０から発生する高周波成分を拾うこともなく、高周波ノイズが、ヒータ２０７内のヒータ熱電対２２１に悪影響を与えることもなく、熱電対２２１が誤動作するおそれがなくなる。
さらに、ヒータ２０７に連結される冷却ユニット２０５を構成するウォータポンプ、冷却ファン等から発生したノイズも、シールド部材２０８で遮蔽されるため、ヒータ熱電対２２１や、加熱制御系２３０に誤動作を生じさせるおそれもなくなる。
【００３１】
しかも、金属で形成されたシールド部材２０８は薄い板で構成できるので、大型のノイズフィルタと異なり、反応管２０３と反応管２０３の外側に設けたヒータ２０７との間に、余計なスペースを取ることなく介在させることができる。従って、処理炉のコンパクト化がはかれる。
また、反応管２０３の外周囲をシールド部材２０８で覆って接地する構成とすることで、外部への電磁放射も阻止することができる。
【００３２】
なお、実施の形態では、シールド部材２０８をシート状に構成したが、網状に構成しても良い。シールド部材を網状に構成すると、シート状に構成したものと比べて、被処理基板の温度安定時間を短縮できる。すなわち、処理室２０１とヒータ２０７の間にシールド部材２０８があるため、処理室２０３に室温で挿入されたウェハ２００を加熱昇温させる際に、シールド部材２０８がヒータ２０７からの熱伝達の抵抗となり、ウェハ２００の温度安定に余分な時間がかかる場合がある。しかし、シールド部材２０８を網状のシールド部材にすると、熱伝達の抵抗が緩和されるため、シート状の場合よりも、被処理基板の温度安定時間を短縮できる。
また、実施の形態によれば、本発明をＡＬＤ装置に適用した場合について説明したが、プラズマ源が処理室内部に設けられている装置であれば、他のプラズマ処理装置にも適用可能である。他のプラズマ処理装置としては、例えばプラズマＣＶＤ装置がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態による基板処理装置を構成する処理炉の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
２１０    処理室
２５０    プラズマ源
２００    被処理基板
２０７    ヒータ（加熱手段）
２０８    シールド部材（導電性のシールド）
２２１    ヒータ熱電対
Ｅ    接地
【図１】
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