(57)【要約】【課題】  基板面内、面間の処理を均一化するとともに、併せてグリッドのスパッタを抑制することを可能にする。【解決手段】  被処理基板を処理する半導体デバイス製造装置において、プラズマを発生するプラズマ発生室１７と、プラズマ発生室で生成されたプラズマから電子を集束させるグリッド１９と、グリッドで集束させた電子を加速させるアノード２０と、アノードで加速させた電子が導入される処理室４６と、グリッド１９と処理室４６との間に設けられ正の電圧を印加される制御電極２９とを備え、処理室４６内に導入される加速電子により処理室４６内のガスをプラズマ化して被処理基板を処理するように構成される。【選択図】  図１
2009033064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を処理する半導体デバイス製造装置において、
プラズマを発生するプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室で生成されたプラズマから電子を集束させるグリッドと、
前記グリッドで集束させた電子を加速させるアノードと、
前記アノードで加速させた電子が導入される処理室と、
前記グリッドと前記処理室との間に設けられ正の電圧を印加される制御電極と
を備え、
前記処理室内に導入される加速電子により該処理室内のガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する半導体デバイス製造装置。
【請求項２】
前記アノードは、前記制御電極と前記処理室との間に設けられ、接地されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス製造装置、特に電子によりガスをプラズマ化して被処理基板を処理する半導体デバイス製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイス製造装置として、被処理基板である複数のウエハを保持したボートを処理室に搬入して、複数のウエハに対して同時にプラズマ処理をするバッチ式プラズマ処理炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来例のバッチ式プラズマ処理炉の構成を図１１及び図１２に示す。
図１１及び図１２に示すように、従来例のバッチ式プラズマ処理炉は、上下方向に所定間隔を開けて多段に積層される複数のウエハ６を収納する縦型のプロセスチューブ７を有する。このプロセスチューブ７内には、その内壁面に沿うように一対の保護管８が垂直に設けられている。一対の保護管８の下部は、プロセスチューブ７の下方から屈曲して取り出されている。取り出された一対の保護管８の下端から一対の保護管８内に棒状の電極９がそれぞれ挿入されている。
また、プロセスチューブ７の内周には、プラズマ発生室１０を形成する樋形状の隔壁１１が一対の保護管８を気密に取り囲むように設置されている。隔壁１１には、上下方向に多段に積層された複数のウエハ６間を臨むように、複数の吹出口１２が縦方向に多段に設けられている。
【０００４】
このような従来の処理炉は、処理ガスをプラズマ発生室１０に供給し、所定の圧力に維持した後に、高周波電源１３によって高周波電力が一対の電極９間に供給される。これにより、プラズマ１４がプラズマ発生室１０に形成され、処理ガスは活性化される。
そして、活性化された処理ガスである電気的に中性の活性種（ラジカル）１５は、隔壁１１に形成された吹出口１２から吹き出て処理室１６に供給されることにより、ボート３に保持された各ウェハ６に接触する。ウェハ６に接触した活性種１５は、ウェハ６の表面に成膜等の処理を行う。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８９１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の処理炉は、ウエハからプラズマの発生位置、つまりプラズマ室までの距離が遠いため、ウエハの表面近傍での活性種密度をウエハ面内、面間で均一にするのが困難である。また、同様の理由により、プラズマの種類によっては、せっかく発生した活性種が供給途中で失活してしまう場合があり、活性種濃度が低下して効率が良好とはいえないといった問題もある。そして、活性種密度の不均一は、特にバッチ処理においては、基板処理の均一性に悪影響を及ぼす。
【０００７】
本発明の目的は、電子ビーム励起プラズマを用いることによって、上述した従来の問題点を解消して、基板面内、面間の処理を均一化するとともに、併せてグリッドのスパッタを抑制することが可能な半導体デバイス製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、被処理基板を処理する半導体デバイス製造装置において、プラズマを発生するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室で生成されたプラズマから電子
を集束させるグリッドと、前記グリッドで集束させた電子を加速させるアノードと、前記アノードで加速させた電子が導入される処理室と、前記グリッドと前記処理室との間に設けられ正の電圧を印加された電極とを備え、前記処理室内に導入される加速電子により該処理室内のガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する半導体デバイス製造装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板面内、面間の処理を均一化することができるとともに、併せてグリッドのスパッタを抑制することできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態において、半導体デバイス製造装置は、一例として、ＩＣの製造方法における処理工程を実施するものとして構成されている。尚、以下の説明では、半導体デバイス製造装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理を行なう縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。
【００１１】
図９は、処理装置の斜透視図として示されている。また、図１０は図９に示す処理装置の側面透視図である。
【００１２】
図９および図１０に示されているように、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したウエハキャリアとしてフープ（基板収容器。以下ポッドという。）１１０が使用されている本発明の処理装置１００は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの正面前方部にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４、１０４がそれぞれ建て付けられている。
筐体１１１の正面壁１１１ａにはポッド搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。    
ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側にはロードポート（基板収容器受渡し台）１１４が設置されており、ロードポート１１４はポッド１１０を載置されて位置合わせするように構成されている。ポッド１１０はロードポート１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ロードポート１１４上から搬出されるようになっている。
【００１３】
筐体１１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、回転式ポッド棚１０５は複数個のポッド１１０を保管するように構成されている。すなわち、回転式ポッド棚１０５は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１１６と、支柱１１６に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板（基板収容器載置台）１１７とを備えており、複数枚の棚板１１７はポッド１１０を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。
筐体１１１内におけるロードポート１１４と回転式ポッド棚１０５との間には、ポッド搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されており、ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのポッド搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、ポッド搬送装置１１８はポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送機構１１８ｂとの連続動作により、ロードポート１１４、回転式ポッド棚１０５、ポッドオープナ（基板収容器蓋体開閉機構）１２１との間で、ポッド１１０を搬送するように構成されている。
【００１４】
筐体１１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａにはウエハ２００をサブ筐体１１９
内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１２０が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口１２０、１２０には一対のポッドオープナ１２１、１２１がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置する載置台１２２、１２２と、ポッド１１０のキャップ（蓋体）を着脱するキャップ着脱機構（蓋体着脱機構）１２３、１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は載置台１２２に載置されたポッド１１０のキャップをキャップ着脱機構１２３によって着脱することにより、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。
【００１５】
サブ筐体１１９はポッド搬送装置１１８や回転式ポッド棚１０５の設置空間から流体的に隔絶された移載室１２４を構成している。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。図９に模式的に示されているようにウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、耐圧筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の移載室１２４前方領域右端部との間に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
【００１６】
移載室１２４の後側領域には、ボート２１７を収容して待機させる待機部１２６が構成されている。待機部１２６の上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。
【００１７】
図９に模式的に示されているように、耐圧筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の待機部１２６右端部との間にはボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ１２９が水平に据え付けられており、シールキャップ１２９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１２５枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
【００１８】
図９に模式的に示されているように移載室１２４のウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ側およびボートエレベータ１１５側と反対側である左側端部には、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア１３３を供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４が設置されており、ウエハ移載装置１２５ａとクリーンユニット１３４との間には、図示はしないが、ウエハの円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置１３５が設置されている。
クリーンユニット１３４から吹き出されたクリーンエア１３３は、ノッチ合わせ装置１３５およびウエハ移載装置１２５ａ、待機部１２６にあるボート２１７に流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気がなされるか、もしくはクリーンユニット１３４の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット１３４によって、移載室１２４内に吹き出されるように構成されている。
【００１９】
次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
図９および図１０に示されているように、ポッド１１０がロードポート１１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、ロードポート１１４の上のポッド１１０はポッド搬送装置１１８によって筐体１１１の内部へポッド搬入搬出口１１２から搬入される。
搬入されたポッド１１０は回転式ポッド棚１０５の指定された棚板１１７へポッド搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、棚板１１７から一方のポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載されるか、もしくは直接ポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載される。この際、ポッドオープナ１２１のウエハ搬入搬出口１２０はキャップ着脱機構１２３によって閉じられており、移載室１２４にはクリーンエア１３３が流通され、充満されている。例えば、移載室１２４にはクリーンエア１３３として窒素ガスが充満することにより、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下と、筐体１１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。
【００２０】
載置台１２２に載置されたポッド１１０はその開口側端面がサブ筐体１１９の正面壁１１９ａにおけるウエハ搬入搬出口１２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、そのキャップがキャップ着脱機構１２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口を開放される。
ポッド１１０がポッドオープナ１２１によって開放されると、ウエハ２００はポッド１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ノッチ合わせ装置１３５にてウエハを整合した後、移載室１２４の後方にある待機部１２６へ搬入され、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはポッド１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２１】
この一方（上段または下段）のポッドオープナ１２１におけるウエハ移載機構１２５によるウエハのボート２１７への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ１２１には回転式ポッド棚１０５から別のポッド１１０がポッド搬送装置１１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ１２１によるポッド１１０の開放作業が同時進行される。
【００２２】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ１２９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。
【００２３】
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００にＣＶＤ処理等の任意の処理が実施される。処理後は、ノッチ合わせ装置１３５でのウエハの整合工程を除き、上述したのと逆の手順で、ウエハ２００およびポッド１１０は筐体１１１の外部へ払出される。
【００２４】
本発明の最良の実施の形態（以下、最良実施形態という）の前提となる実施の形態（以下、前提実施形態という）では、上述した縦型のバッチ式プラズマ処理炉に、基板面内、面間の処理を均一化するために、プラズマ源として電子ビーム励起プラズマ（ＥＢＥＰ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ−Ｅｘｃｉｔｅｄ−Ｐｌａｓｍａ）方式を用いる。ＥＢＥＰは、電子銃によって電子を直接ウエハの間に照射し、プラズマガスをウエハの直近でイオン化する方式である。
【００２５】
このようなバッチ式プラズマ処理炉は図５及び図６に示すように構成されている。
図５は、前提実施形態に係るバッチ式プラズマ処理炉の構成を示す縦断面図であり、図６は、図５におけるＸ−Ｘ断面図である。
【００２６】
図５及び図６に示すように、バッチ式プラズマ処理炉５は、従来のバッチ式プラズマ処理炉と同様に、上部が閉じた円筒状の排気可能な処理容器としてのプロセスチューブ７の内壁面に、上下に延びた隔壁１１が設けられている。この隔壁１１により、プロセスチューブ７内に区画されたプラズマ発生室１７が形成されている。ウエハ６は、ボート３に、上下に表裏面が向くように複数並べて配置されている。より詳しくいうと、プロセスチューブ７の中心軸上に各ウエハ６の中心が並ぶように、ボート３がプロセスチューブ７の中心に配置されている。隔壁１１は、プロセスチューブ７と同心円状で、各ウエハ６の外周に沿った断面円弧状の中心壁１１ａと、この中心壁１１ａをプロセスチューブ７に接続する接続壁１１ｂとから構成されている。
【００２７】
隔壁１１の中心壁１１ａには、電子を吹き出させる複数の吹出口１２が設けられている。吹出口１２は、上下に多段に積層された複数のウエハ６の間に電子ビームを噴出できるように、隣接する各ウエハ６の間の高さの位置に上下に並んで等間隔に設けられている。吹出口１２は、電子ビームがウエハ６の中心を通過するように配置されているが、ウエハ６の中心から多少ずれた向きに電子ビームが通過するように配置されていてもよい。なお、隔壁１１は、プロセスチューブ７内に形成される処理室４６とプラズマ発生室１７とを区画している。
【００２８】
プラズマ発生室１７の中には、上下に延びた平板状のグリッド１９とアノード２０とが設けられている。グリッド１９とアノード２０とは、互いに対面して配置され、また、アノード２０は、隔壁１１のうちバッチ式プラズマ処理炉５の中心側の壁に対面して設けられている。グリッド１９及びアノード２０は、共に吹出口１２に対応して電子通過孔１９ａ，２０ａが縦方向に多段に形成されている。グリッド１９は、直流電源２１の負極側に接続され、アノード２０は、直流電源２１の陽極側に接続されている。従って、グリッド１９とアノード２０との間に直流電源２１で電圧を印加すれば、電子通過孔１９ａから電子通過孔２０ａの間で電子を加速するための電界が発生する。
【００２９】
プロセスチューブ７のプラズマ発生室１７に対応する位置の外側には、例えば金属や炭素の棒等からなる一対の電極２２を備えた誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）源が配置されている。一対の電極２２とプロセスチューブ７との間には、金属製のシールド２３が介設されている。一対の電極２２間には高周波電源１３に接続されている。プラズマはプロセスチューブ７とグリッド１９の間に生成される。これらのプラズマ発生室１７、グリッド１９、アノード２０、直流電源２１、電極２２、高周波電源１３などから、電子供給装置（電子銃）１８が構成される。
【００３０】
プロセスチューブ７には、電子源用のプラズマガス（電子源用プラズマガス）及びウェハの処理反応に寄与するプラズマガス（反応寄与プラズマガス）を供給するためのガス導入ポート３１と、必要に応じて反応プロセスガスを処理室４６に供給するためのガス導入ポート３７と、プロセスチューブ７内を排気するための排気管３２が設けられている。ガス導入ポート３１には、電子源用プラズマガス及び反応寄与プラズマガスを供給するため、ガス供給源、配管及びバルブなどからなるガス供給系３３が接続されている。このガス導入ポート３１、ガス供給系３３からプラズマガス供給装置が構成される。排気管３２には自動圧力制御バルブ、配管を通じてポンプ３４が接続され、プロセスチューブ７を排気可能としている。
【００３１】
ボート３は、ウエハ６の中心を回転中心として回転できるように、軸受３５により支持されている。ボート３は、回転装置としての回転駆動機構３６により回転させられる。
【００３２】
以上のように構成されたバッチ式プラズマ処理炉５の動作について説明する。
前回のバッチ処理が終わった後には、ボート３がバッチ式プラズマ処理炉５から下降し
て、ウエハ移載機構１２５によりボート３に新たに複数のウエハ６が積載される。ウエハ６が積載されたボート３は、バッチ式プラズマ処理炉５内に挿入され、シールキャップ１２９によりバッチ式プラズマ処理炉５が気密に閉塞される。
そして、ガス導入ポート３７から反応プロセスガスが処理室４６に供給される。また、ガス供給系３３に接続されたガス導入ポート３１からは、プラズマ発生室１７内へ電子源用プラズマガス及び反応寄与プラズマガスが供給される。ポンプ３４で排気を行い、プラズマ発生に適したガス、圧力の雰囲気にする。
【００３３】
そして、ヒータ１６によりバッチ式プラズマ処理炉５を加熱しつつ、直流電源２１と高周波電源１３を作動させる。高周波電源１３への電圧印加及び直流電源２１への電圧印加により、電子供給装置により電子ビーム（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ）２４を発生してＥＢＥＰ（励起もしくはイオン化されたプラズマガス２７）を生成する。
高周波電源１３によりＩＣＰ源となる一対の電極２２に電圧が印加されると、図７に示すように、電子源用プラズマガス（Ａ分子もしくは原子）が供給されるプラズマ発生室１７においてプラズマが発生する。プラズマ発生室１７において発生したプラズマ中には、イオン２５（Ａ＋）と電子２６（ｅ）が混在して、全体として中性を保っている。そして、直流電源２１によりグリッド１９とアノード２０の間に電圧が印加されると、プラズマ中の電子２６はグリッド１９に印加された負の電圧で作られた電界により、軌道修正を受けて電子通過孔１９ａに集束する。集束した電子ｅは、アノード２０に印加された正の電圧（加速電圧）により作られた電界により、アノード２０の電子通過孔２０ａに向かって加速される。加速された電子ｅは、電子の束、すなわち電子ビーム２４となって隔壁１１の吹出口１２からウエハ６、６の間の反応寄与プラズマガス２８（Ｂ分子）にウエハ６、６と平行に照射される。電子ビーム２４の照射により、ウエハ６の表面の直ぐ近くにおいて、ある確率で反応寄与プラズマガス２８（Ｂ分子）が励起もしくはイオン化されることにより、電子ビーム励起プラズマが生成される。この生成された電子ビーム励起プラズマがウエハ６の表面に作用して、電子ビーム励起プラズマに含まれる励起もしくはイオン化されたプラズマガス２７（Ｂ＋）がウエハ６の表面を処理する。
【００３４】
この際、回転駆動機構３６によりボート３を回転させることにより、ウエハ６の面内、面間の電子ビームの均一性が一層確保され、ウエハ６の面内、面間が均一な励起もしくはイオン化されたプラズマガス２７と接触し、複数のウエハ６が全体的に均一に処理される。
【００３５】
なお、上述したプロセスチューブ７の外壁とグリッド１９との間のプラズマ発生室１７がプラズマカソード領域、グリッド１９とアノード２０との間の領域が電子加速領域、そして、処理室４６内がＥＢＥＰ（電子ビーム励起プラズマ）領域を構成する。
【００３６】
本前提実施形態によれば、以下の（１）から（５）の一つ又はそれ以上の効果を有する。
【００３７】
（１）電子供給装置１８を用いてウエハ６の直近で電子ビーム励起プラズマを生成して、反応寄与プラズマガスを活性化させるので、寿命が短い活性種であっても、ウエハ６の表面に必要量を供給することが可能である。したがって、ウエハの表面近傍での活性種密度をウエハ面内、面間で均一にするのができる。また、ウエハと接触する前に活性種が失活するのを大幅に低減できるので、活性種濃度が高く効率が良好となる。そして、活性種密度を均一化できるので、特にバッチ処理においては、基板処理の均一性を向上できる。
【００３８】
（２）また、プロセスチューブ内部に電極を設置し、この電極に高周波を印加することにより容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）を発生させて処理室内に活性種を送り込む方法もあるが、本実施の形態のバッチ式プラズマ処理炉では、ＣＣＰで発生させた高エネルギー
プラズマにウエハ６が晒されるわけではないので、ウエハ６自体がプラズマからダメージを受けることがない。
【００３９】
（３）さらに、プラズマ発生室１７では、電子を取り出すためにだけプラズマを発生させればよいので、高出力の高周波を印加する必要がなく、プロセスチューブ７を構成する石英壁などがスパッタされる可能性が低い。また、本実施の形態ではプラズマ発生室にＩＣＰ源を用いており、ＩＣＰ源がプロセスチューブ７の外にあるので、フィラメント（超高温の金属）を使用する場合と比べて、処理の際の汚染源にはならず、非常にクリーンである。
【００４０】
（４）また、本前提実施形態では、特開平１１−２０４２９２号公報に記載されているように、枚葉のウエハ６の正面から電子を照射するのではなく、ウエハ６の表面に沿う方向、例えば表面と平行に電子ビームを照射している。同公報のように枚葉でウエハの真上から電子ビームを当てようとすると、ビーム径を広げる必要があるため、レンズや電極等の部品が必要になり構造が複雑になるばかりか、電子ビームを均一にすることが困難になる。この点で、本前提実施形態では、ウエハ表面と平行に電子ビームを照射しているので、そのような問題がなく、ウエハ６の表面近傍の広い範囲で電子ビーム励起プラズマを発生させることができる。これに加えて、ボート３を回転させることで複数のウエハ６を回転させているので、複数のウエハ６の面内、面間に対し、より均一に電子ビーム励起プラズマを供給することができる。
【００４１】
（５）また、このように電子ビーム励起プラズマが各ウエハ６上に均一に形成されることで、プラズマ処理が成膜処理である場合にあっては、膜質が向上し、また、バッチ式であることで製品のスループットも向上する。
【００４２】
上述したように前提実施形態のバッチ式プラズマ処理炉は、ウエハ表面に活性種を必要量供給することが可能であり、ウエハ自身がプラズマからダメージを受けることがなく、また、ウエハ周辺で高出力の高周波を印加する必要がなく、石英等がスパッタされる懸念が少ないこと等に特徴がある。
【００４３】
しかしながら、前提実施形態は、次のような点についてなお改善の余地がある。
図７の要部を拡大した図８に示すように、照射された電子ビーム２４は負の電荷を帯びた電子２６の集合体であるため、ウエハ６直上の反応寄与プラズマガス２７中の正電荷を帯びたイオン化されたプラズマガスＢ＋は電子ビーム２４に吸い寄せられ、電子ビーム２４と逆方向３０に流れる虞がある。この逆方向３０に流れるイオン化されたプラズマガスＢ＋は、隔壁１１に開設された吹出口１２よりアノード２０、グリッド１９、プラズマ発生室１７の方向で逆流する可能性がある。
【００４４】
これにより、グリッド１９に衝突したイオン化されたプラズマガスＢ＋は、グリッド１９をスパッタ作用１３２し、また、グリッド１９での衝突により飛び出したガスにより、アノード２０にも同様に衝突して、スパッタ作用１３２を惹き起こすことがある。そうなると、グリッド１９やアノード２０の電極表面が汚れ、パーテイクルの原因になるとともに、グリッド１９及びアノード２０に印加される電圧が変動し、プラズマ中の電子の収束作用、加速作用が著しく変動し、電子ビーム２４の照射量、電子エネルギーが減少することになる。
【００４５】
また、グリッド１９からプラズマ発生室１７まで到達したイオン化されたプラズマガスＢ＋は、発生中のプラズマ中の電子２６（ｅ）またはイオン２５（Ａ＋）と衝突１３３し、プラズマ発生室１７内でのプラズマ発生にも悪影響を及ぼす可能性がある。
【００４６】
すなわち、上述した前提実施形態では、電子ビームと逆方向にイオンガスが流れるために、電極がスパッタされてパーティクルの原因になる懸念がある。また、電極に電圧変動が発生し、電子ビームの照射量、電子エネルギーが減少し、励起もしくはイオン化されたプラズマガスのウエハ上での発生率が減少し、また、プラズマ室内でのプラズマ発生を不安定にさせる懸念もある。その結果、電子ビームにより励起もしくはイオン化されたプラズマが不均一になり、またウエハ成膜品質が低下する虞があるため、なお改善の余地がある。
【００４７】
そこで、次に説明する本発明の半導体デバイス製造装置の最良実施形態では、グリッド、アノード以外に第３の電極を設置し、電子ビームと逆方向に流れるイオンガスを抑制するようにして、改善している。
【００４８】
以下に上述したような最良実施形態のバッチ式プラズマ処理炉を説明する。
図１に最良実施形態の処理室縦断面を、図２にその処理室Ａ−Ａ断面をそれぞれ示す。
最良実施形態は、制御電極及び制御電極用の電源を設けた点以外の構成は、図５、図６に示した前提実施形態に係るバッチ式プラズマ処理炉と同様である。
【００４９】
具体的には、最良実施形態では、制御電極としての中間電極２９が設けられ、中間電極２９に電源３９を接続して電圧が印加さるようになっている。中間電極２９は、グリッド１９とアノード２０の中間に設置される。この中間電極２９には、グリッド１９及びアノード２０と同様に、吹出口１２に対応して電子通過孔２９ａが縦方向に多段に形成されている。
【００５０】
より具体的には、プラズマ発生室１７と処理室４６との間、すなわちプラズマ発生室１７の一方の壁を構成するプロセスチューブ７と、プラズマ発生室１７の他方の壁であってプラズマ発生室１７と処理室４６とを区画形成する隔壁１１との間に複数の電極が設けられる。複数の電極は、グリッド１９、制御電極２９、アノード２０から構成され、プラズマ発生室１７から処理室４６に向かって順にグリッド１９、制御電極２９、アノード２０が設けられている。グリッド１９は、プラズマ発生室１７に隣接して設けられ、負にバイアスされている。グリッド１９と処理室４６との間に設けられた制御電極２９には、電源３９が接続されて正の電圧が印加されている。制御電極２９と処理室４６との間にアノード２０が設けられ、ゼロ電位に接地されている。
【００５１】
図３に最良実施形態の電子ビーム励起プラズマの原理図、及び図４に図３の要部拡大図を示す。
プラズマ発生室１７にて発生したプラズマ中の電子は、縦方向に多段に電子通過孔１９ａが形成されたグリッド１９により軌道修正を受けて集束し、さらにグリッド１９と同様に縦方向に多段に電子通過孔２０ａが形成されたアノード２０に向かって加速される。加速された電子は電子ビーム２４となって、隔壁１１に多段に形成された吹出口１２より、ボート３に載置されたウエハ６間に照射される。ボート回転機構（図示せず）によりボート３を回転させながら、所定時間だけ電子ビーム２４を照射し、ウエハ６直上において反応寄与プラズマガスを励起若しくはイオン化させウエハ６の表面を処理するのは、既述した前提実施形態と同様である。
【００５２】
電子ビーム２４と逆方向３０へ流れるイオン化されたプラズマガスＢ＋は、隔壁１１に多段に形成された吹出口１２よりプラズマ発生室１７側へ流れ込む。しかし、正の電圧を印加した中間電極２９をグリッド１９とアノード２０との間に設置すると、正に印加された中間電極２９により作られた電界により、正の電位を持つイオン化されたプラズマガスＢ＋は軌道修正の力を受け、ゼロ電位に接地されたアノード２０へ吸収される。
これにより、逆方向３０へ流れるイオン化されたプラズマガスＢ＋のグリッド１９及び
プラズマ発生室１７への流れ込みを防止し、グリッド１９とアノード２０のスパッタを防ぎ、プラズマ発生室１７でのプラズマを安定させ、電子ビーム照射時のイオン化ロスを低減させることが可能となる。
【００５３】
なお、中間電極２９に印加する電圧は、プラズマ発生室１７内のプラズマ中の電子２６を軌道補正により収束させる電界を発生させ、収束された電子ビーム２４を加速させる電界を発生させるグリッド１９及びアノード２０へ印加する電圧へ意図しない影響を与える場合がある。このため、中間電極２９に印加されている正の電圧を適切な電圧とする必要があるが、これは実験的に求めることが可能である。
【００５４】
本発明の最良実施形態によれば、バッチ式プラズマ装置において、以下の１つ又はそれ以上の効果を有する。
（１）プラズマプロセスにＥＢＥＰを用いる場合に、特に逆流イオンによりグリッドやアノードなどの加速電極がスパッタされるという問題が生じるが、グリッドと処理室との間に正の電圧が印加された制御電極を設けることにより、グリッドがスパッタされるのを抑制することができる。また、グリッドのスパッタが抑制されるので、グリッドがスパッタされることに起因するアノードのスパッタも抑制することができる。これにより、電子ビーム加速電極内のスパッタを抑制し、スパッタ作用による異物の発生を解消することができる。したがって、グリッドやアノードの電極表面が汚れることもなく、パーテイクルの発生原因も解消される。その結果、グリッド及びアノードに印加される電圧が安定し、プラズマ中の電子の収束作用、加速作用が著しく変動するのを防止できるので、電子ビームの照射量、電子エネルギーの減少を有効に防止できる。
（２）また、グリッドとアノードとの間に設置した中間電極に適切な正の電圧を印加することにより、電子ビーム照射時のイオンロスを低減させることができ、電子ビームによる励起プラズマを安定させることができる。
（３）また、イオン化されたプラズマガスＢ＋が、グリッドからプラズマ発生室まで到達したり、発生中のプラズマ中の電子またはイオンと衝突したりすることがなくなるので、プラズマ発生室内でのプラズマ発生に悪影響を及ぼすこともなくなる。
（４）また、グリッドと処理室との間に制御電極を設けると、制御電極がスパッタされるという問題が新たに生じるが、制御電極と処理室の間に接地されたアノードを設けることにより、処理室内のガスをプラズマ化する際に発生するイオンがアノードに吸収されるので、イオンにより制御電極がスパッタされるのを確実に防ぐことができる。
（５）電子ビーム励起プラズマのウエハ面内及びウエハ面間の均一性を向上させることができ、ウエハの膜厚均一性を向上することができる。
（６）半導体デバイスの製造における品質の向上を図ることができる。
【００５５】
以上説明した本発明の最良実施形態では、グリッド電極と処理室との間に制御電極を設け、さらに制御電極と処理室の間に接地されたアノード電極を設けるようにしたが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。
【００５６】
例えば、グリッド電極と処理室との間に制御電極を設ける点は同じでも、制御電極と処理室の間に設けるアノード電極は、ゼロ電位に接地せず正にバイアスするようにしてもよい。これによれば、制御電極がスパッタされるのを確実に防ぐことはできなくなるものの、制御電極のない従来例と異なり、グリッドのスパッタを抑制し、スパッタ作用による異物の発生を解消することができる。
【００５７】
例えば、プラズマ発生室におけるプラズマの発生方法は、一例として高周波を印加することによるＩＣＰを用いているが、これに限定されることなく、電子サイクロトロン共鳴プラズマや、表面波プラズマなど、スパッタ作用を極力抑えたプラズマ発生方式ならば他の方式を適用することもできる。
【００５８】
例えば、半導体デバイス製造装置をウエハを多数枚同時処理するバッチ式プラズマ装置に適用した場合を説明したが、ウエハを１枚ないし数枚ずつ処理する枚葉式プラズマ装置にも適用することができる。
【００５９】
また、プラズマ発生室における電子源用プラズマガスと反応寄与プラズマガスは、同一のものであっても異なるものであってもよい。異なるものである場合は、ガス導入ポート３１とは異なる別なガス導入ポート３７を必要とする場合である。
【００６０】
上述した電子源用プラズマガス及び反応寄与プラズマガスには、反応プロセスに応じて、例えば、Ｈ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２、アンモニアガス（ＮＨ３）などを用いることができる。この場合に、電子源用と反応寄与用のプラズマガスが同一でも、あるいは異なっていてもよく、さらにはプラズマガスの他にこのプラズマガスと異なる種類のガスを供給してウエハ処理するようにしてもよい。例えば、プラズマガスと異なる種類のガスを供給する場合として、励起もしくはイオン化されたプラズマガスとしてＮＨ３を用い、ガス導入ポート３７からシラン系ガス、例えばＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を供給する方法もある。この方法によれば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理によりシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を形成することが可能である。
【００６１】
また、プラズマＣＶＤ処理に限らず、プラズマＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理や、プラズマを利用したＨ２活性種によるウエハ上の自然酸化膜の除去にも利用可能である。例えば、プラズマを利用したＨ２活性種によるウエハ上の自然酸化膜を除去する場合には、ＩＣＰで作ったプラズマから電子を引き出し、ウエハ直上で原子状水素を発生させる。
【００６２】
以下に本発明の好ましい態様を付記する。
【００６３】
第１の態様は、被処理基板を処理する半導体デバイス製造装置において、プラズマを発生するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室で生成されたプラズマから電子を集束させるグリッドと、前記グリッドで集束させた電子を加速させるアノードと、前記アノードで加速させた電子が導入される処理室と、前記グリッドと前記処理室との間に設けられ正の電圧を印加される制御電極とを備え、前記処理室内に導入される加速電子により該処理室内のガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理する半導体デバイス製造装置である。
グリッドにより、プラズマ発生室で発生したプラズマから電子が引き出されて集束される。集束した電子は制御電極を介してアノードで加速される。加速された電子は処理室に導入される。加速された電子が処理室に導入されると、処理室のプラズマガスが励起される。これにより励起もしくはイオン化されたプラズマガスが生成される。この励起もしくはイオン化されたプラズマガスによって被処理基板が処理される。
このようにプラズマプロセスに加速させた電子を用いる場合に、特にグリッドがスパッタされるという問題があるが、グリッドと処理室との間に正の電圧を印加された制御電極を設けたことにより、グリッドがスパッタされるのを確実に防ぐことができる。なお、制御電極はグリッドとアノードとの間に設けるようにしても、アノードと処理室との間に設けるようにしてもよい。
【００６４】
第２の態様は、前記アノードは、前記制御電極と前記処理室との間に設けられ、接地されていることを特徴とする。
このようにプラズマプロセスに加速させた電子を用いる場合に、特に制御電極がスパッタされるという問題があるが、制御電極と処理室の間に接地されたアノードを設けたことにより、処理室内のガスをプラズマ化する際に発生するイオンがアノードに吸収されるので、イオンにより制御電極がスパッタされるのを確実に防ぐことができる。
【００６５】
第３の態様は、電子ビームによる励起プラズマを利用して成膜することを特徴とするバッチ式半導体製造装置である。
【００６６】
第４の態様は、複数の被処理基板をプラズマ処理する半導体デバイス製造装置であって、排気可能に構成された処理容器と、前記処理容器内に挿入される前記複数の被処理基板を多段に保持する基板保持具と、前記処理容器内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給手段と、前記処理容器に連通するプラズマを発生するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室から前記処理容器内の前記基板保持具に保持される被処理基板間に電子を照射するための電子供給装置と、前記処理容器内で前記基板保持具を回転させる回転装置と、を備えた半導体デバイス製造装置であって、前記電子供給装置が、前記プラズマ発生室で生成されたプラズマから電子を集束させるグリッドと、前記グリッドで集束させた電子を加速させるアノードと、前記アノードで加速させた電子が導入される処理室と、前記グリッドと前記処理室との間に設けられ正の電圧を印加される制御電極とを備えた半導体デバイス製造装置である。
処理容器内の基板保持具を回転させ、プラズマ発生室でプラズマを発生させる。電子供給装置によりプラズマ発生室から電子が発射される。発射された電子は、基板保持具に保持される被処理基板間のプラズマガスに当る。これにより電子ビーム励起プラズマが生成される。このプラズマにより複数の被処理基板が同時にプラズマ処理される。このとき、基板保持具が回転装置によって回転しているので、被処理基板間でプラズマがより均等に生成されて、被処理基板は面内及び面間でより均一にプラズマ処理される。また、被処理基板間に電子を照射するので、電子供給装置の構成が簡単になり、装置構造も比較簡単に構成できる。また、制御電極と処理室の間に接地されたアノードを設けたことにより、処理室内のガスをプラズマ化する際に発生するイオンがアノードに吸収されるので、イオンにより制御電極がスパッタされるのを確実に防ぐことができる。
【００６７】
第５の態様は、第４の態様において、前記プラズマ発生室が処理容器内に設けられる半導体デバイス製造装置であり、これにより装置の小型化を図ることができる。
【００６８】
第６の態様は、第４または第５の態様において、前記プラズマ発生室が誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）源を有する半導体デバイス製造装置であり、これにより電子を含むクリーンなプラズマを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の最良実施形態における半導体デバイス製造装置のバッチ式プラズマ処理炉の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本発明の最良実施形態における電子ビーム励起プラズマを説明する図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】本発明の前提実施形態における半導体デバイス製造装置のバッチ式プラズマ処理炉の構成を示す縦断面図である。
【図６】図５におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図７】本発明の前提実施形態における電子ビーム励起プラズマを説明する図である。
【図８】図７の要部拡大図である。
【図９】本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造装置の全体斜透視図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造装置の側面透視図である。
【図１１】従来例の半導体デバイス製造装置におけるバッチ式プラズマ処理炉の縦断面図である。
【図１２】図１１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
３  ボート（基板保持具）
６  ウエハ（被処理基板）
７  プロセスチューブ（処理容器）
１７  プラズマ発生室
１８  電子供給装置
２６  電子
２９  制御電極
３１  ガス導入ポート（プラズマガス供給装置）
３２  排気管
３３  ガス供給系（プラズマガス供給装置）
３６  回転駆動機構（回転装置）
【図１】
2009033064.tif 000003
【図２】
2009033064.tif 000004
【図３】
2009033064.tif 000005
【図４】
2009033064.tif 000006
【図５】
2009033064.tif 000007
【図６】
2009033064.tif 000008
【図７】
2009033064.tif 000009
【図８】
2009033064.tif 000010
【図９】
2009033064.tif 000011
【図１０】
2009033064.tif 000012
【図１２】
2009033064.tif 000013
【図１１】
2009033064.tif 000014