JP2007324477A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理管の内壁全面でプラズマを発生させる様にし、プラズマの均一性、プラズマ密度の向上を図ると共に、内壁全面でプラズマを発生させる様にした場合の不具合を解消し、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板を処理する装置を提供する。
【解決手段】基板を収納する処理管４１と、該処理管を囲む様に設けられた加熱手段４４と、前記処理管と前記加熱手段との間に配置された電極管４２と、前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記電極管内面の所要範囲に亘って取付けられたプラズマ発生用の一対の帯状高周波電極４９，５０と、該帯状高周波電極に高周波電力を印加する高周波電源５１と、前記電極管の前記帯状高周波電極に対向する複数箇所に形成された開口部６４とを具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリコンウェーハ、ガラス基板等の基板を処理する基板処理に関するものである。

半導体装置の製造工程の１つに基板処理工程があり、基板処理はシリコンウェーハ、ガラス基板等の基板に、薄膜の生成、酸化処理、アニール処理、エッチング等の処理を実施する。

基板処理装置としては、基板を１枚ずつ処理する枚葉式基板処理装置と、所要枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置がある。又、処理の方法の１つとしてプラズマを利用してガスをプラズマ化し、低温下でのウェーハの処理を可能にしたＣＶＤ法がある。

又、ＣＶＤ法による従来の縦型バッチ式基板処理装置の一例として特許文献１に示されるものがある。

特許文献１に示される従来の基板処理装置では、２本の細長い棒状の電極を平行に配設して、２本の電極に高周波電力を印加し、電極間を通過するガスをプラズマ化している。

図９、図１０を参照して、この従来の基板処理装置の処理炉を説明する。

処理室１は、石英製の処理管２及びシールフランジ３で気密に構成され、前記処理管２の内壁側部には石英製のバッファ室４が設けられている。又、該バッファ室４の中には一対の電極６が設けられ、高周波電源７が供給する高周波電力を整合器８を介して前記電極６に供給し、該電極６，６間で放電され、放電によりプラズマ５が生成される様になっている。又、前記処理管２の外側にはヒータ９が設けられ、該ヒータ９は加熱制御部１０によって制御され、前記処理管２内に収納されたウェーハ１１、及び前記処理管２内の雰囲気を所望の温度に加熱することができる。

前記処理管２の下部には、前記バッファ室４に所望のガスを導入するガス導入口１２と、前記処理室１内部を排気する為の排気口１３が設けられており、前記ガス導入口１２は流量制御弁１４を介して処理ガス供給源１５に接続されている。前記ガス導入口１２から導入された処理ガスは、減圧状態の前記バッファ室４で前記電極６，６間の放電によりプラズマ化される。

プラズマ化された処理ガスは、前記バッファ室４の小孔１６より前記処理室１に供給され、該処理室１のウェーハ１１に所望の処理が行われる。又、前記バッファ室４で処理ガスのプラズマを生成している間、前記電極６が発する高周波電力が基板処理装置外に漏洩するのを防止する為、前記処理管２の外側には導電性を有するカバー１７が設けられ、該カバー１７はアース１８に接続されている。

上記した従来の縦型バッチ式基板処理装置では、前記処理管２の内壁の一部分でプラズマを発生する構造であるので、該処理管２内部全域ではプラズマの均一性がよくない。又、プラズマ密度が小さいという問題があった。

国際公開第２００４／０７９８１３号パンフレット

本発明は斯かる実情に鑑み、処理管の内壁全面でプラズマを発生させる様にし、プラズマの均一性、プラズマ密度の向上を図ると共に、内壁全面でプラズマを発生させる様にした場合の不具合を解消するものである。

本発明は、基板を収納する処理管と、該処理管を囲む様に設けられた加熱手段と、前記処理管と前記加熱手段との間に配置された電極管と、前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記電極管内面の所要範囲に亘って取付けられたプラズマ発生用の一対の帯状高周波電極と、該帯状高周波電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極管の前記帯状高周波電極に対向する複数箇所に形成された開口部とを具備する基板処理装置に係るものである。

本発明によれば、基板を収納する処理管と、該処理管を囲む様に設けられた加熱手段と、前記処理管と前記加熱手段との間に配置された電極管と、前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記電極管内面の所要範囲に亘って取付けられたプラズマ発生用の一対の帯状高周波電極と、該帯状高周波電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極管の前記帯状高周波電極に対向する複数箇所に形成された開口部とを具備するので、均一で高密度のプラズマの生成が可能であり、又前記開口部が前記帯状高周波電極の湾曲変位を許容するので、熱膨張による該帯状高周波電極支持部の荷重が軽減される等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１、図２は本発明が実施される基板処理装置の概略を示している。

筐体２１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット２２の授受を行う容器授受手段としてのカセットステージ２３が設けられ、該カセットステージ２３の後側にはカセット搬送手段としてのカセット搬送機２４が昇降、横行、進退、回転可能に設けられている。

又、該カセット搬送機２４の後側には、前記カセット２２の格納手段としてのカセット棚２６が設けられると共に前記カセットステージ２３の上方に予備カセット棚２７が設けられている。該予備カセット棚２７の上方にはクリーンユニット２８が設けられ、該クリーンユニット２８は、クリ−ンエアを前記筐体２１の内部に流通させる。

該筐体２１の後部上方には処理炉２９が設けられ、該処理炉２９の下方にはボート昇降手段としてのボートエレベータ３１が設けられ、該ボートエレベータ３１は基板保持手段としてのボート３２を昇降させ前記処理炉２９内に炉口部を通して装入、引出しする。該炉口部は蓋体としてのシールキャップ３３に気密に閉塞可能となっており、該シールキャップ３３に前記ボート３２が垂直に載置され、前記シールキャップ３３は昇降部材３４を介して前記ボートエレベータ３１に昇降可能に支持されている。

前記ボート３２は被処理基板としてのウェーハ３５を水平姿勢で多段に保持し、該ウェーハ３５は前記ボート３２に保持された状態で、前記処理炉２９に収納され、所要の処理がなされる様になっている。

前記ボートエレベータ３１と前記カセット棚２６との間には基板移載手段としての基板移載機３６が昇降、進退、回転可能に設けられている。又、前記処理炉２９の炉口部側方には、開閉機構を有し、炉口部を閉塞する遮蔽部材としての炉口シャッタ３７が設けられている。

ウェーハ３５が装填されたカセット２２は、図示しない外部搬送装置から前記カセットステージ２３にウェーハ３５が垂直姿勢で搬入され、ウェーハ３５が水平姿勢となる様前記カセットステージ２３で９０°回転される。更に、前記カセット２２は、前記カセット搬送機２４の昇降動作、横行動作、進退動作、回転動作の協働により前記カセットステージ２３から前記カセット棚２６又は前記予備カセット棚２７に搬送される。

前記カセット棚２６には前記基板移載機３６の搬送対象となるカセット２２が収納される移載棚３８があり、ウェーハ３５が移載に供されるカセット２２は前記カセット搬送機２４により前記移載棚３８に移載される。

カセット２２が前記移載棚３８に移載されると、前記基板移載機３６の進退動作、回転動作及び昇降動作の協働により前記移載棚３８から降下状態の前記ボート３２にウェーハ３５が移載される。

前記ボート３２に所定枚数のウェーハ３５が移載されると前記ボートエレベータ３１により前記ボート３２が前記処理炉２９に装入され、前記シールキャップ３３により前記処理炉２９が気密に閉塞される。気密に閉塞された該処理炉２９内ではウェーハ３５が加熱されると共に処理ガスが前記処理炉２９内に供給され、ウェーハ３５に所要の処理がなされる。

ウェーハ３５への処理が完了すると、ウェーハ３５は上記した作動の逆の手順で、前記基板移載機３６により前記ボート３２から前記移載棚３８のカセット２２に移戴され、カセット２２は前記カセット搬送機２４により前記移載棚３８から前記カセットステージ２３に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体２１の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ３７は、前記ボート３２が降下状態の際に前記処理炉２９の下面を塞ぎ、外気が該処理炉２９内に巻込まれるのを防止している。

前記カセット搬送機２４、前記ボートエレベータ３１、前記基板移載機３６等の搬送動作は、搬送制御手段３９により制御される。

次に、図３、図４により前記処理炉２９について説明する。

有天筒状の処理管４１の外周囲に電極管４２、均熱管４３、加熱装置４４が同心多重に順次配設される。

前記処理管４１は、例えば石英製で、有天筒形状をしており、内部にウェーハ３５を水平多段に保持した前記ボート３２を収納する様になっている。又、前記処理管４１には処理ガス導入管（図示せず）及び排気管（図示せず）が連通され、前記処理ガス導入管からは、基板処理の原料となる処理ガスが導入され、或はガスパージする為の窒素ガス等の不活性ガスが導入される様になっている。又、前記排気管は排気装置（図示せず）に連通され、前記処理管４１内を所要圧力に維持する様に排気する。

前記加熱装置４４はヒータベース４５上に立設され、前記加熱制御部（図示せず）によって加熱状態が制御される。

前記均熱管４３は、例えばＳｉＣ製で、有天筒形状をしており、前記ヒータベース４５にフランジ４６を介して支持されている。前記均熱管４３は前記加熱装置４４からの熱を蓄熱し、更に放熱することで、均熱化して前記処理管４１内部を均一に加熱する。

前記電極管４２は、フランジ４７を介して前記ヒータベース４５に支持されており、例えば石英製の円筒石英管４８と、一対の高周波電極４９，５０を具備し、該高周波電極４９は前記石英管４８の内面全域に亘り設けられており、前記高周波電極４９，５０に高周波電力を印加することで、前記処理管４１内部にプラズマが発生される。

前記高周波電極４９，５０の内、一方は印加側電極４９であり、他方はアース側電極５０となっており、前記印加側電極４９には電力導入端子５３が接続され、前記アース側電極５０には接地端子５４が接続され、前記電力導入端子５３は整合器５２を介して高周波電源５１に接続され、前記接地端子５４はアースされている。前記印加側電極４９、前記アース側電極５０共に導電性薄板金属によって製作され、全体としては櫛形状をしている。

前記印加側電極４９は、前記石英管４８の母線に沿って帯状に延び所要間隔で形成された複数の印加側対向電極部５５と、該印加側対向電極部５５の一端部を連続し、前記処理管４１の円周方向に延びる印加側電極端連続部５６から構成され、１つの前記印加側対向電極部５５の他端部は、前記石英管４８の下端を超えて延出しており、前記他端部が前記電力導入端子５３に接続されている（図５参照）。

前記アース側電極５０は、前記石英管４８の母線に沿って帯状に延び所要間隔で形成された複数のアース側対向電極部５７と、該アース側対向電極部５７の一端部を連続し、前記処理管４１の円周方向に延びるアース側電極端連続部５８から構成され、１つの前記アース側対向電極部５７の他端部は、前記石英管４８の下端を超えて延出しており、前記他端部が前記接地端子５４に接続されている。

前記印加側電極４９と前記アース側電極５０とは、前記印加側対向電極部５５と前記アース側対向電極部５７とが交互に平行に対向する様配置される。

図４、図７に示される様に、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０は共に着脱可能な固定具５９によって、前記石英管４８の内面に取付けられる。

前記固定具５９としては、例えば図８に示されるものがある。

フランジ付きピン６１を中心側から前記印加側電極４９（前記アース側電極５０）、前記石英管４８に貫通し、前記ピン６１の突出部にスナップピン６２を挿入する。前記印加側電極４９（前記アース側電極５０）及び前記石英管４８の貫通孔は、前記ピン６１の径に対して充分大きくし、又前記スナップピン６２は該スナップピン６２のスプリング力で前記ピン６１に保持されるので、前記スナップピン６２の着脱により前記ピン６１も前記印加側電極４９（前記アース側電極５０）、前記石英管４８に対して容易に着脱が可能である。

尚、前記ピン６１に突出部に溝を刻設し、Ｃ形止輪で固定してもよい。又、前記ピン６１の材質としては、耐熱、絶縁性を有するセラミック（例えばアルミナ）が使用される。

前記印加側電極４９、前記アース側電極５０は金属製の導電材料であり、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０の熱膨張係数は、前記石英管４８の熱膨張係数より大きい。この為、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０と、前記石英管４８との間で熱膨張差が発生する。

以下は、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０と、前記石英管４８との間で発生する熱膨張差に起因する問題を回避する対策について説明する。

先ず、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０と、前記石英管４８との間の熱膨張差が大きく現れる部分は、長さの長い前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７であり、又前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７のそれぞれ１つの下端部は前記電力導入端子５３、前記接地端子５４に固定されている。この為、熱膨張差による相対変位は、上方に向って現れる。

従って、前記ピン６１と前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７及び前記石英管４８の関係は、上方に行く程自由度を大きくしてある。

例えば、前記石英管４８の貫通孔を円形とした場合、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０の貫通孔６３を上下に長い長孔とし、上方に位置する貫通孔６３程長孔の長さを長くする等である。

前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８も同様に、前記固定具５９によって固定される。又、前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８は前記印加側電極４９、前記アース側電極５０の上部に位置し、最も上方への変位が現れ易い部分であり、前記貫通孔６３も上下方向に長い長孔となっている。更に、前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８は前記石英管４８の円周方向に沿って湾曲した状態で設けられているので、前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８自体の熱膨張は円周方向に沿った変位として現れる。

一方で、前記固定具５９による前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８の固定部は、上方への自由度は設けられているが、前記貫通孔６３の形状から、周方向の自由度を設けることは難しい。

本実施の形態では、前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８の熱膨張を、前記固定具５９，５９との間の部位を更に湾曲させる様変位させることで吸収しようとするものである。

図７に示される様に、前記固定具５９，５９間の前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８に対向する前記石英管４８の部位を切除して開口部６４を形成する。該開口部６４を形成することで、前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８の湾曲変位を拘束するものがなくなり、前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８は前記固定具５９，５９間の部位での熱膨張は湾曲することで吸収される。

尚、上下方向の熱膨張変位が少ない、前記石英管４８の下部に位置する前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８に穿設する貫通孔６３は水平方向に長い長孔とし、前記固定具５９部分で水平方向の自由度を与えて、熱膨張変位を吸収する。

更に、前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８が前記固定具５９，５９間で湾曲し易い様に、所要間隔で少なくとも１つの抜き孔６５を穿設する。尚、好ましくは、該抜き孔６５の形状を縦長長孔として複数設ける。該抜き孔６５を穿設することで、前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８の曲げ剛性が低下し、少ない荷重で前記固定具５９，５９間の部位での前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８の変形が起り易くなり、前記石英管４８の前記固定具５９を支持する部分に作用する荷重が低減する。

尚、前記固定具５９，５９間の部位での前記印加側電極端連続部５６、前記アース側電極端連続部５８の湾曲変形が惹起される様に、外周側に突出する折目を形成してもよい。

又、更に、前記固定具５９，５９のピッチを小さくし数多く設けることで、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０の熱膨張による前記固定具５９が受ける荷重を分散し、又前記固定具５９，５９のピッチを小さくし、該固定具５９，５９間の熱膨張変位を小さくしてもよい。

更に、前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７部分での上方への熱膨張変位を少なくする為に、前記電力導入端子５３の近傍に抜き孔６６を少なくとも１つ穿設する。好ましくは、該抜き孔６６の形状は前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７の幅方向に長い長孔として複数設ける。前記抜き孔６６を設けることで、前記電力導入端子５３近傍で変形し易く、又下方への大きな変形量が得られるので、その分前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７部分での上方への変位が少なくなり、前記固定具５９部分に作用する荷重が軽減する。

上述した様に、前記石英管４８の前記固定具５９支持部分に作用する、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０の熱膨張による荷重が減少し、割れの発生が防止できる。

更に、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０は、熱膨張による変形は、外周側に向って起きる様になっており、或は熱膨張による変形が少なくなる様に支持されているので、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０の熱膨張による変形による、前記処理管４１との接触が防止され、該処理管４１の失透が防止される。

尚、前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７に沿って開口６７を前記石英管４８に穿設し、前記固定具５９の着脱作業を容易としてもよい。

前記印加側電極４９、前記アース側電極５０は前記石英管４８に組込まれ、前記電極管４２として構成され、ユニット化されるので、取扱い性、組立て性が向上する。

上記処理炉２９による基板処理の一例として、ウェーハ３５表面に酸化膜を形成する場合を示す。

処理ガスを前記処理管４１内に導入し、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０間に高周波電力を印加する。前記印加側電極４９、前記アース側電極５０間で、例えば対向する前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７間でプラズマが発生される。前記印加側対向電極部５５と前記アース側対向電極部５７は前記処理管４１の処理基板の略全長に亘って設けられ、更に、前記印加側対向電極部５５と前記アース側対向電極部５７とが交互に略全周に亘って設けられているので、前記処理管４１内面全域でプラズマが発生され、均一性の高いプラズマ、高密度のプラズマが得られる。

処理ガスとして、Ｏ2 、Ｈ2 、Ｎ2 を使用し、前記処理管４１内を３０Ｐａとして温度９００℃で処理することで、ウェーハ３５表面に絶縁膜を形成することができる。

尚、上記実施の形態では、前記印加側電極４９、前記アース側電極５０を、前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７が前記石英管４８の母線に沿う様配設したが、前記印加側対向電極部５５、前記アース側対向電極部５７が前記石英管４８の円周方向に沿う様に配設してもよい。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置を示す概略斜視図である。 同前本発明の実施の形態に係る基板処理装置の立断面概略図である。 同前本発明の実施の形態に係る基板処理装置の処理炉の立断面図である。 該処理炉の石英管、電極管、均熱管の平断面図である。 前記電極管の印加側電極と電力導入端子の接続部の拡大図である。 該印加側電極の印加側対向電極部下部の展開図である。 前記処理炉の石英管、電極管、均熱管の一部拡大断面図である。 電極固定部の部分説明図である。 従来の処理炉の概略立断面図である。 従来の処理炉の概略平断面図である。

符号の説明

２１ 筐体
２９ 処理炉
３５ ウェーハ
４１ 処理管
４２ 電極管
４３ 均熱管
４８ 石英管
４９ 印加側電極
５０ アース側電極
５３ 電力導入端子
５４ 接地端子
５５ 印加側対向電極部
５６ 印加側電極端連続部
５７ アース側対向電極部
５８ アース側電極端連続部
５９ 固定具
６３ 貫通孔
６４ 開口部
６５ 抜き孔
６６ 抜き孔
６７ 開口

Claims (1)

1. 基板を収納する処理管と、該処理管を囲む様に設けられた加熱手段と、前記処理管と前記加熱手段との間に配置された電極管と、前記処理管内に所望の処理ガスを供給するガス供給手段と、前記電極管内面の所要範囲に亘って取付けられたプラズマ発生用の一対の帯状高周波電極と、該帯状高周波電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極管の前記帯状高周波電極に対向する複数箇所に形成された開口部とを具備することを特徴とする基板処理装置。

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