(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ラジカルを用いて基板を処理する基板処理装置において、
基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内にＨ2 ガスとＮ2 ガスの混合ガスを供給するノズルを有するノズル部材と、
前記ノズルから放出された前記混合ガスを整流する、ノズル部材の下方に配置されたシャワー部材と、
前記シャワー部材の下方に配置され、底部にガスが通過可能な貫通孔が形成された、あるいは底部がガス通過可能なメッシュ状に形成されると共に、側壁部の内側面が鏡面に形成された触媒収容ケースと、
前記触媒収容ケースに収容され、前記シャワー部材によって整流された混合ガスと接触する触媒と、
前記触媒収容ケースの下方に配置された基板を載置する載置台と、
前記チャンバの上部に配置された石英ガラスからなる窓部と、
前記チャンバの外に配置され、前記窓部を介して前記触媒を加熱するランプと、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記載置台は昇降可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載された基板処理装置。
【請求項３】
前記ランプが、円周上に複数個、配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された基板処理装置。
【請求項４】
前記触媒は、粒状の白金であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された基板処理装置。
【請求項５】
前記触媒収容ケースは、底部と側壁部とを備える円筒部と、チャンバ本体に固定するための鍔部と、前記円筒部と鍔部とを連結する連結部とから構成され、少なくとも前記連結部の肉厚が０．０１乃至５ｍｍに形成されていることを特徴とする請求項１に記載された基板処理装置。
【請求項６】
前記触媒は、粒状の白金を圧接、あるいは拡散接合した一体物であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された基板処理装置。
【請求項７】
前記白金の粒径が０．０１ｍｍ乃至１０ｍｍであることを特徴とする請求項４または請求項６に記載された基板処理装置。
【請求項８】
前記触媒収容ケースに収容された白金粒の間に、ヒータを埋設し、前記白金粒を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載された基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板処理装置に関し、より詳細には、半導体基板、ＥＬ基板等の製造において用いられる、水素ラジラルを基板処理に用いる基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、半導体の製造において、水素ラジカルが広く用いられている。例えば、特開平９−２７０４２７号公報に記載されているように、水素ラジカルを用いて、半導体装置における配線の成膜中又は成膜後に、該配線に水素を含有せしめることが提案されている。
この提案によれば、配線層の少なくとも表面に水素が添加されていると、コンタクトホールやスルーホールの内部に配線材を堆積して埋め込んでも、ボイドの発生を抑制でき、その結果、従来の平坦化に用いられたＣＭＰ処理を行う必要がなくなる。
【０００３】
また、半導体製造工程の最終段階の水素シンタ工程においても、水素ラジカルが用いられている。
この工程にあっては、熱処理炉で半導体基板を窒素、水素の混合ガス雰囲気で熱処理を行い、ゲート絶縁膜及び絶縁膜とシリコン界面に存在する未結合手の水素終端を行っている。しかし、前記絶縁膜には水素分子が透過しにくい窒化膜、酸窒化膜が用いられているため、ゲート絶縁膜および絶縁膜とシリコン界面に存在する未結合手の水素終端の効率が著しく低下する。そのため、前記水素を、窒化膜、酸窒化膜を透過する水素ラジカルにすることによって、未結合手の水素終端効率を向上させている。
【０００４】
次に、基板処理装置の一例を図１１に基づいて説明する。
図１１において、符号１０１はチャンバであり、１０３は処理される半導体基板、１０４は前記半導体基板１０３を保持する載置台であって、その内部に半導体基板を加熱するためのヒータ１０２が配置されている。また１０５は排気・排液口、１０６は水素ラジカルを含む気体を半導体基板１０３の表面に供給するガス供給ノズル、１０７は前記載置台１０４を回転させる回転モータ、１０８は加熱手段１０９を設けた水素ラジカルを発生させるための手段、１１０は水素ラジカルを含む気体の供給制御を行うバルブである。また、１１１はＮ2 ガスとＨ2ガスの混合器、１１２、１１３はそれぞれＮ2 ガス配管、Ｈ2 ガス配管であり、マスフローコントローラと介してＮ2 ガス供給装置、Ｈ2 ガス供給装置（図示せず）と接続されている。
【０００５】
そして、配線の成膜中又は成膜後に、半導体基板１０３を載置台１０４に載置し、半導体基板１０３を回転させながら、水素ラジカルを供給し、該配線に水素を含有せしめることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した水素ラジカルは非常に活性であり、その寿命は短い。そのため、水素ラジカルは処理対象物である基板に近接した領域において発生させることが好ましい。
しかしながら、前記したように従来の基板処理装置にあっては、チャンバに導入される前に水素を活性化させているため、生成された水素ラジカルを有効に利用できず、あまり好ましいものでなかった。
【０００７】
本発明は上記した従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、水素ガスを水素ラジカルの活性種にするに際し、活性化の効率を向上させた基板処理装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる基板処理装置によれば、水素ラジカルを用いて基板を処理する基板処理装置において、基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にＨ2 ガスとＮ2 ガスの混合ガスを供給するノズルを有するノズル部材と、前記ノズルから放出された前記混合ガスを整流する、ノズル部材の下方に配置されたシャワー部材と、前記シャワー部材の下方に配置され、底部にガスが通過可能な貫通孔が形成された、あるいは底部がガス通過可能なメッシュ状に形成されると共に、側壁部の内側面が鏡面に形成された触媒収容ケースと、前記触媒収容ケースに収容され、前記シャワー部材によって整流された混合ガスと接触する触媒と、前記触媒収容ケースの下方に配置された基板を載置する載置台と、前記チャンバの上部に配置された石英ガラスからなる窓部と、前記チャンバの外に配置され、前記窓部を介して前記触媒を加熱するランプと、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
このように、前記チャンバ内にＨ2 ガスとＮ2 ガスの混合ガスを供給するノズル部材の下方にシャワー部材を配置し、かつ前記シャワー部材の下方に触媒を配置し、前記触媒の下方に基板を配置した構成であるため、生成した水素ラジカルを直ちに基板に供給することができ、効率よく基板を処理することができる。
なお、前記載置台は昇降可能に形成され、上昇位置において、前記触媒と近接するように構成するのが好ましい。この近接とは、触媒と基板との間隔が８０ｍｍ以下をいう。
【００１０】
また、前記ランプが、円周上に複数個、配置されていることが好ましい。このようにランプを配置することによって、十分に触媒等を加熱することができる。
【００１１】
また、前記触媒は粒状の白金であって、該粒状の白金は底部にガスが通過可能な貫通孔が形成された、あるいは底部がガス通過可能なメッシュ状に形成された触媒収容ケースに収容されていることが好ましい。
このように触媒として粒状の白金を用いる場合、白金をメッキし、メッキした白金を触媒として用いる場合に比べて、白金メッキの剥離等の心配がなく、剥離した白金メッキがパーティクルとして基板に悪影響を与えることがない。
【００１２】
また、前記触媒収容ケースは、底部と側壁部とを備える円筒部と、チャンバ本体に固定するための鍔部と、前記円筒部と鍔部とを連結する連結部とから構成され、少なくとも前記連結部の肉厚が０．０１乃至５ｍｍに形成されていることが望ましい。
このように連結部の肉厚が０．０１乃至５ｍｍに形成されているため、該連結部における熱の伝達を抑制でき、触媒を効率よく加熱することができる。
【００１３】
また、前記触媒は、粒状の白金を圧接、あるいは拡散接合した一体物としても良い。このように、触媒を一体物として形成した場合には、取り扱い易いという利点を有している。また、一体物の触媒が所定の機械的強度を備えている場合には、触媒収容ケース内に収納することなく、装置内部に直接配置することができる。
【００１４】
更に、前記白金の粒径が０．０１ｍｍ乃至１０ｍｍであることが好ましい。この白金の粒径が０．０１ｍｍ未満である場合、水素ガスの流れの抵抗が大きく、効率的に水素ラジカルを供給することができない。また白金の粒径が１０ｍｍを超える場合、水素ガスと白金との接触時間が短く、あるいはまた白金に接触しないまま水素ガスが流れるため、効率的に水素ラジカルを供給することができない。
【００１５】
更にまた、前記触媒収容ケースに収容された白金粒の間に、ヒータを埋設し、前記白金粒を加熱するように構成されていることが望ましい。このように、白金粒の間にヒータを埋設すると、白金（触媒）を直接加熱することができ、熱の効率上好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる基板処理装置について図１乃至図８を参照して詳細に述べる。
図１は、本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す断面図、図２は一実施形態の平面図、図３、図４はその動作状態を示す断面図、図５はノズル部材を示す斜視図、図６は供給されたガスの流れを整流するシャワー部材を示す斜視図、図７は触媒を収容する触媒収容ケースの一部を示す断面図、図８は、装置内部を加熱するランプの取付け構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は反射板を除いた平面図である。
【００１７】
図１に示すように、この半導体処理装置１は、チャンバ本体２と、前記チャンバ本体２の上面に固定される蓋体３と、昇降可能に構成され、上昇位置において前記チャンバ本体２の下面に密着するチャンバ下部体４と、前記チャンバ本体２とチャンバ下部体４とによって形成されるチャンバＳの内部に収容され、基板Ｗを載置する載置台５とを備えている。
【００１８】
このチャンバ本体２には、Ｎ２ガスとＨ2 ガスの混合ガスを供給するガス供給路２ａが形成されている。このガス供給路２ａに供給されるガスは、Ｎ2 ガス供給装置、Ｈ2 ガス供給装置（図示せず）からのガスを混合し、マスフローコントローラを介して、供給される。
【００１９】
このガス供給路２ａの導出端は、図５に示すリング状のノズル部材６に接続されている。このリング状のノズル部材６は、前記チャンバ本体２の側壁内面に嵌合して、取り付けられている。
このノズル部材６はリング状の外観形状を有する管体であって、図５に示すようにその内周側面にノズル６ａが所定の間隔をもって形成されている。
したがって、ガス供給路２ａから導入されたガスは、リング状のノズル部材６の内部に供給され、前記ノズル６ａからチャンバ内部に放出される。このとき、前記ノズル６ａがノズル部材６の内周側面に設けられているため、混合ガスはチャンバＳの外周部から中心部方向に下降しながら流れる。
【００２０】
また、符号７は、流下するガスの流れを整える石英ガラスからなるシャワー部材であって、図６に示すように円板状に形成され、その軸線に沿って貫通孔７ａが設けられている。
この貫通孔７ａは、所定の間隔をもって多数形成されている。このシャワー部材７に設けられている貫通孔７ａの数、貫通孔７ａの径、貫通孔７ａの間隔は特に限定されるものではなく、適宜設定すれば良い。
【００２１】
前記したシャワー部材６の下方には触媒収容ケース８が設けられている。この触媒収容ケース８は、図７に示すように貫通孔８ｃを有する底部８ｂと側壁部８ｄとを備える円筒部８ａと、この触媒収容ケース８をチャンバ本体２に固定するための鍔部８ｆと、前記円筒部８ａと鍔部８ｆとを連結する連結部８ｅとから構成されている。
【００２２】
この触媒収容ケース８は金属、例えばステンレスによって形成され、側壁部８ｄの内側面は鏡面に形成され、図７に仮想線で示すように反射板として機能するように構成されている。このように、側壁部８ｄの内側面は鏡面に形成され、反射板として機能するため、後述する加熱手段による熱は反射され、触媒収容ケース８に収容された触媒９及び流下するガスを有効に加熱することができる。
【００２３】
また、前記側壁部８ｄ、連結部８ｅの肉厚は、０．０１乃至５ｍｍに設定するのが好ましい。このように、側壁部８ｄ、連結部８ｅの肉厚を０．０１乃至５ｍｍにすることによって、熱のチャンバ本体２への伝熱を抑制することができる。特に、チャンバ本体２と接触している連結部８ｅを、前記肉厚になすことが伝熱を抑制する上で必要となる。このとき、肉厚を薄くするほど伝熱抑制効果を向上させることができるが、機械的強度が弱くなる。そのため、前記したように肉厚は０．０１乃至５ｍｍが好ましい。
【００２４】
また、触媒９としては、０．０１ｍｍ乃至１０ｍｍ径の粒子径を有する白金粒が用いられる。
この白金の粒径が０．０１ｍｍ未満である場合、水素ガスの流れの抵抗が大きく、効率的に水素ラジカルを供給することができないため、好ましくない。一方、白金の粒径が１０ｍｍを超える場合、水素ガスと白金との接触時間が短く、あるいはまた白金に接触しないまま水素ガスが流れるため、効率的に水素ラジカルを供給することができないため、好ましくない。
【００２５】
したがって、０．０１ｍｍ乃至１０ｍｍ径の粒子径を有する白金粒が用いることが望ましく、底部８ｂの貫通孔８ｃの径は、前記白金が脱落しない径であれば良い。また、この貫通孔８ｃは、平面円形の孔のほか、平面長円形の孔、あるいはスリット状の孔であっても良い。
【００２６】
なお、触媒収容ケース８自体に白金メッキを施し、このメッキした白金を触媒とし、白金粒を省略するようにしても良い。
また、前記触媒は、粒状の白金を圧接、あるいは拡散接合した一体物としても良い。このように、白金触媒を一体物として形成した場合には、取り扱い易いという利点を有している。また、前記白金一体物が所定の機械的強度を備えている場合には、触媒収容ケース８内に収納することなく、装置内部に直接配置しても良い。
【００２７】
更に、この底部８ｂの貫通孔８ｃの代わりに、線材を編んでメッシュ形状（いわゆる篩状）としても良い。しかし、線材の交差した部分におけるメッキは剥離し易く、パーティクルの原因となるため、線材を編んだメッシュに白金をメッキして用いるのは、好ましくない。
【００２８】
また、基板Ｗを載置する載置台５の下面は昇降軸１０が取り付けられている。この昇降軸１０はチャンバ下部体４を挿通し、基台１１に取り付けられ、この基台１１が図示しないピストン・シリンダによって、上下動するように構成されている。
また、チャンバ下部体４の下面と基体１１の上面にはベローズ１２の端部が取り付けられ、前記昇降軸１０を覆っている。このように、昇降軸１０がベローズ１２によって覆われているため、排ガスが漏れたり、外部からパーティクルが侵入するのが防止される。
なお、前記載置台５の内部にはヒータ（図示せず）を設けられ、基板Ｗの処理温度に応じて、基板を所定の温度に加熱するようになされている。
【００２９】
また、前記チャンバ下部体４は、基台部４ａと、前記載置台の周囲を囲むように形成された円筒状の側壁部４ｂとからなり、この側壁部４ｂの上端部はチャンバ本体２の下面に密接するように形成されている。前記基台部４ａには、前記したように昇降軸１０が挿通する貫通孔４ｃが設けられ、また図示しない真空ポンプに接続される真空排気口４ｄが形成されている。
【００３０】
また、前記チャンバ下部体４の基台部４ａは、図示しないピストン・シリンダによって、昇降自在に構成されている。
即ち、図１に示すように、基台部４ａが上昇し、この側壁部４ｂの上端部がチャンバ本体２の下面に密接している状態にある場合には、チャンバＳは密閉される。一方、図３に示すように、基台部４ａが下降し、この側壁部４ｂの上端部がチャンバ本体２の下面から離れた状態にある場合には、チャンバＳは開放され、基板Ｗの搬入、搬出を行うことができる。
【００３１】
次に、蓋体３について説明すると、この蓋体３の中心部には貫通孔３ｂが設けられ、この貫通孔３ｂを塞ぐように、蓋体３には石英ガラスからなる窓部３ａが設けられている。
したがって、蓋体３、窓部３ａ、チャンバ本体２、チャンバ下部体４によって、一つの密閉されたチャンバＳが構成される。
【００３２】
また、前記窓部３ａの上方には加熱手段としてのランプ１３が形成されている。このランプ１３は、図２に示すように中心部に１つ配置され、この中心部に配置されたランプの周囲に（円周上に）８個のランプが配置されている。なお、触媒を均一に加熱することができる場合には、中心部に配置されるランプを省略しても良い。
【００３３】
このランプ１３は、図８に示すように傾斜角が調整可能に形成された基台１３ａに取り付けられたソケット１３ｂに取り付けられている。この基台１３ａは、固定ネジ１３ｃと調整ネジ１３ｄによって、蓋体ケース１４に角度調整可能に取り付けられている。
即ち、基台１３ａを固定ネジ１３ｃで固定し、前記調整ネジ１３ｄの高さを可変することによって、基台１３の傾きを調整するように構成されている。なお、蓋体ケース１４はチャンバ本体２の上面にネジ１５によって固定されている。
【００３４】
また、前記ランプ１３を覆うように反射板１６が形成されている。この反射板１６はネジ１７によって蓋体ケース１４に固定されている。
このランプ１３によって触媒（白金粒）９が加熱されるが、加熱温度は１００℃〜８００℃が好ましく、１００℃未満では水素ラジカルの生成量が少なく、８００℃を超えた場合には、基板Ｗが損傷を受け、更に消費電力が大きくなるため、好ましくない。
【００３５】
なお、上記実施形態においては、ランプ１３によって触媒（白金粒）９を加熱するように構成されているが、図９に示すようにヒータ１８を触媒（白金粒）９の中に埋設し、触媒（白金粒）９を加熱するようになしても良い。
また、上記実施形態においては、触媒収容ケース８の底部８ｂ、側壁部８ｄ、連結部８ｅ、鍔部８ｆを一体に形成したものを示したが、図１０に示すように、底部１９をセラミックスで形成し、側壁部８ｄ、連結部８ｅ、鍔部８ｆをステンレスで一体に形成した触媒収容枠体２０に、この底部１９を保持させるようにしても良い。
【００３６】
次に、この基板処理装置の動作について説明する。
まず、図３に示すようにチャンバ下部体４が下方位置にあり、チャンバが開放されている。この状態において、基板Ｗを図示しない搬送手段によって載置台５の上に載置する。載置後、チャンバ下部体４を図示しないピストン・シリンダにより上昇させ、チャンバ本体２の下面に密接させる。これによって、チャンバＳが密閉される。
密閉後、載置台５は図示しないピストン・シリンダによって、図４の仮想線の状態から上昇させ、触媒収容ケース８の直下に位置させる（図４の実線の状態、図１参照）。
このとき、触媒収容ケース８の下面と基板Ｗとの間隔が、８０ｍｍ以下になるように、載置台５の上昇位置は設定されている。なお、図４にあっては加熱手段（ランプ）は省略して図示されている。
【００３７】
一方、載置台５のヒータにより、基板Ｗは加熱される。また、図示しないＨ2ガス供給装置，Ｎ２ガス供給装置から供給されたＨ2 ガス，Ｎ2 ガスの混合ガスは、ガス供給路２ａ、ノズル部材６を介して、ノズル６ａからチャンバＳ内部に放出される。
【００３８】
放出された混合ガスは流下し、シャワー部材７で整流され、その下方に位置する触媒（白金粒）９と接触する。このとき触媒（白金粒）９はランプ１３によって加熱されているため、効率的に水素を活性化されることができ、水素ラジカルを生成することができる。
しかも、生成された水素ラジカルは、その直下に位置する基板Ｗの表面と直ちに接触するため、効率的に処理が施される。そして、処理後のガスは真空排気口４ｄから外部に排出される。
【００３９】
このようにして、基板Ｗの処理が終了すると、ガスの供給等を停止し、載置台５は下降させ、下方に位置させる。この後、チャンバ下部体４を下降させ、チャンバＳを開放し、搬送手段によって基板Ｗを搬出する。
【００４０】
なお、上記実施形態にあっては、チャンバ下部体を上昇させることによって、チャンバを密閉する構成としたが、これと逆にチャンバ本体を移動させることによって、チャンバを密閉する構成としても良い。
また、本発明にかかる基板処理装置は、各種形式のチャンバにも適用することができる。例えば、ゲート弁、ロードロック付きクラスタツールにも適用でき、連続的に枚葉基板処理することができる。
【００４１】
また、本発明にかかる基板処理装置は、半導体の製造工程の場合のみならず、例えば、液晶製造工程においても用いることができる。
更に、上記実施形態にあっては、載置台にヒータを設けた場合について説明したが、基板処理時に基板を加熱する必要がない場合には、省略することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、水素ガスを水素ラジカルの活性種にするに際し、活性化の効率を向上させた基板処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかる基板処理装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図２は、一実施形態の平面図である。
【図３】図３は、一実施形態のチャンバ下部体の動作状態を示す断面図である。
【図４】図４は、一実施形態の加熱手段を省略して示した、載置台の動作状態を示す断面図である。
【図５】図５は、ノズル部材を示す斜視図である。
【図６】図６は、供給されたガスの流れを整流するシャワー部材を示す斜視図である。
【図７】図７は、触媒を収容する触媒収容ケースを示す断面図である。
【図８】図８は、装置内部を加熱するランプの取付け構造を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は反射板を除いた平面図である。
【図９】図９は、触媒にヒータを埋設した他の実施形態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、触媒収容ケースの他の実施形態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、従来の基板処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１      基板処理装置
２      チャンバ本体
３      蓋体
４      チャンバ下部体
５      載置台
６      ノズル部材
７      シャワー部材
８      触媒収容ケース
８ａ    円筒部
８ｂ    底部
８ｄ    側壁部
８ｅ    連結部
８ｆ    鍔部
９      触媒（白金粒）
１３    ランプ
１８    ヒータ
１９    底部
２０    触媒収容枠
Ｓ      チャンバ
Ｗ      基板
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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