JP2010132955A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理や処理室内のクリーニングを行う際の、処理室加熱による電極の破損を抑制することが可能な基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板６を収容するインナーチューブ３１と、プラズマ発生室１７内に設けられるグリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０と、アウターチューブ７の外周側でプラズマ発生室１７に対応する位置にプラズマ生成電極２２とを備え、プラズマ発生室１７内の各電極は熱膨張する材料からなり、電極上端にて支持される基板処理装置。上端から吊り下げられるように一点で支持されるので熱膨張によるストレスが加わり難くなり、破損が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、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。

ＤＲＡＭ等の半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板を収容した処理室内にプラズマにより活性化させたガスを供給して基板を処理する基板処理工程が実施される場合があった。かかる処理工程は、多段に積層された複数の基板を収容する処理室と、処理室内に設けられたプラズマ発生室と、プラズマ発生室内に設けられた加速用電極と、処理室内及びプラズマ発生室内にガスを供給するガス供給ラインと、処理室内を加熱する加熱手段と、を備えた基板処理装置により実施されていた。なお、上述の加速用電極は、導電性、耐プラズマ性、耐熱性を有する材料として例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）やカーボン（Ｃ）等により構成されており、その上端や下端を含む複数箇所が石英やアルミナからなるネジ等によりプラズマ発生室内壁等に固定されることにより、プラズマ発生室内に立設されていた。
特開２００８−５３５０４号公報

しかしながら、基板処理や処理室内のクリーニングを行う為に処理室内を加熱すると、プラズマ発生室内に設けられた加速用電極が破損してしまう場合があった。

そこで本発明は、加速用電極の破損を抑制することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられる電極と、を備え、前記電極は熱膨張する材料からなり、電極上端にて点で支持される基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、多段に積層された複数の基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられたプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室の側壁であって前記積層された基板間に対応する高さ位置にそれぞれ開設された噴出孔と、前記プラズマ発生室内に設けられて前記噴出孔に対応する位置に抽出孔がそれぞれ開設された加速用電極と、前記処理室内及び前記プラズマ発生室内にガスを供給するガス供給ラインと、前記処理室外であって前記プラズマ発生室に対応する位置に設けられたプラズマ生成電極と、前記プラズマ生成電極と前記処理室側壁との間に設けられたシールドと、前記処理室内を加熱する加熱手段と、を備え、前記加速用電極は熱膨張する材料からなり、上端から吊り下げられるよう一点で支持される基板処理装置が提供される。

本発明にかかる基板処理装置によれば、加速用電極の破損を抑制することが可能となる。

（１）基板処理装置の構成
以下に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉の縦断面図である。図２は、図１に示す本発明の一実施形態に係る処理炉のＸ−Ｘ断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る処理炉が備えるシールドの概略構成図である。図４は、本発明の一実施形態に係る処理炉が備えるプラズマ発生電極の概略構成図である。図５は、本発明の一実施形態に係る処理炉が備えるインナチューブ及びプラズマ発生室の概略構成図である。図６は、本発明の一実施形態に係る処理炉が備えるプラズマ着火機構の概略構成図である。図７は、本発明の一実施形態に係る反応寄与プラズマの発生メカニズムを説明する概略図である。図８は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。

図８に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置は、ウエハ（基板）６の搬送容器（キャリア）であるウエハカセットを搭載するカセットストッカ１と、基板保持具としてのボート３と、カセットストッカ１に搭載されたウエハカセットとボート３との間でウエハの移載を行うウエハ移載手段（移載機）２と、ボート３を処理炉５内外に搬送するボート昇降手段（ボートエレベータ）４と、処理炉５とを備えている。

図１及び図２に示すとおり、本実施形態にかかる基板処理装置の処理炉５は、反応管としてのプロセスチューブ（アウタチューブ）７を有している。プロセスチューブ７は、例えば石英（ＳｉＯ_２）等の耐熱材料から構成され、上端部が閉塞し、下端部が開口した円筒形状に構成されている。プロセスチューブ７内には、基板としてのウエハ６を収容する処理室４６が形成されている。処理室４６内には、基板保持具としてのボート３が、ボート昇降手段４により搬入されるように構成されている。ボート３は、複数枚のウエハ６を、それぞれ水平姿勢で、かつ互いに中心を揃えた状態で上下方向に多段に支持するように構成されている。ボート３が処理室４６内に搬入されると、プロセスチューブ７の下端部は気密に封止されるように構成されている。ボート３は、回転機構の回転軸３６により下方から支持されている。回転機構を作動させることにより、基板処理中に処理室４６内でウエハ６を回転させることが可能となるように構成されている。回転機構の回転軸３６は、軸受けにより処理室４６内の気密を保持したまま支持される。プロセスチューブ７の外周を囲うように、処理室４６内のウエハ６表面を加熱する加熱手段としてのヒータ１６が設けられている。

プロセスチューブ７内には、処理室４６内におけるボート３（ウエハ６）の搬入予定領域の一部を囲うように、インナチューブ３１が設けられている。図２及び図５に示すように、インナチューブ３１は、上端部が閉塞し、下端部が開口した円筒形状に構成されており、外側壁に、鉛直方向に延在された４枚の隔壁３２を備えている。インナチューブ３１は、例えば石英（ＳｉＯ_２）等の耐熱材料から構成されている。後述するガス供給ライン及びプラズマ発生装置が設けられる側のプロセスチューブ７の側壁、該プロセスチューブ７の内壁を両側から挟む２枚の隔壁３２、該２枚の隔壁３２に挟まれるインナチューブ３１の側壁１１に囲われる空間内には、プラズマ発生室１７が形成されている。なお、ボート３の搬入予定領域を挟んでプラズマ発生室１７と対向する側（後述する排気ラインが設けられる側）のインナチューブ３１の側壁は切り取られており、インナチューブ３１の水平断面形状は、図２に示すように円弧状に構成されている。

図５に示すように、プラズマ発生室１７を構成するインナチューブ３１の側壁には、処理室４６内にて積層されるウエハ６間に対応する高さ位置に、電子（電子線２４）を吹き出す噴出孔１２がそれぞれ鉛直方向に複数開設されている。処理室４６内とプラズマ発生室１７内とは、噴出孔１２を介して連通している。噴出孔１２は、処理室４６内に搬入されたボート３に支持されるウエハ６の中心方向に向くように、それぞれ配列されている。

処理炉５は、プラズマ発生室１７内に第１の処理ガス（電子源ガスＡとも呼ぶ）を供給
する第１処理ガス供給ラインと、処理室４６内に第２の処理ガス（原料ガスＢとも呼ぶ）を供給する第２処理ガス供給ラインと、を備えている。第１処理ガス供給ラインの下流側端は、プロセスチューブ７の側壁を貫通して処理室４６内に連通するガス導入ポート４１の上流端に接続されている。第２処理ガス供給ラインの下流側端は、プロセスチューブ７の側壁を貫通してプラズマ発生室１７内に連通するガス導入ポート４２の上流端に接続されている。

なお、図示しないが、第１処理ガス供給ラインが接続されるガス導入ポート４１の下流端には、複数のガス供給口を供える第１ガス供給ノズルが接続されていることが好ましい。第１ガス供給ノズルのガス供給口は、プロセスチューブ７の内壁と後述するグリッド電極１９との間の領域に向くように、また、インナチューブ３１の側壁に開設された複数の噴出孔１２の高さ位置にそれぞれ対応するように開設されていることが好ましい。また、第２処理ガス供給ラインが接続されるガス導入ポート４２の下流端には、複数のガス供給口を供える第２ガス供給ノズルが接続されていることが好ましい。第２ガス供給ノズルのガス供給口は、ウエハ６の中心方向に向くように、又、上下に隣接するウエハ６間の領域の高さ位置にそれぞれ対応するように開設されていることが好ましい。

また、図示しないが、プラズマ発生室１７内には、プラズマ発生室１７内にパージガスを供給するパージガス供給ラインが設けられていることが好ましい。かかる場合、パージガス供給ラインの下流側端部は、プロセスチューブ７の側壁を貫通する図示しないガス導入ポートを介して、図示しないパージガス供給ノズルに接続されていることが好ましい。パージガス供給ノズルは、パージガス供給ラインから供給されるパージガスを、処理室４６内ではなくプラズマ発生室１７内に直接供給するように構成されることが好ましい。なお、パージガスは、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガス等の他の不活性ガスを用いることが可能である。また、パージガス供給ラインは、かかる実施形態に限定されず、第１処理ガス供給ラインと一体に設けられていてもよい。すなわち、上述の第１処理ガス供給ラインが、プラズマ発生室１７内にパージガスを供給するパージガス供給ラインとしても機能するように構成されていてもよい。

（プラズマ発生機構）
プロセスチューブ７の外周側であってプラズマ発生室１７に対応する位置には、図４に示すような環状（ループ状）のプラズマ生成電極２２が設けられている。プラズマ生成電極２２は、処理室４６内に収容される複数のウエハ６に対向する主部２２ａと、主部２２ａを下方から支持するくびれ部分２２ｂと、を備えている。主部２２ａの鉛直方向の幅は、処理室４６内に積層されるウエハ６のうち最上部のウエハ６と最下部のウエハ６との距離より広く構成されている。プラズマ生成電極２２は、くびれ部分２２ｂにおいて環状形状が開放されており、くびれ部分２２ｂの開放端には高周波電源１３が接続されている。プラズマ生成電極２２は、金属や炭素等の通電性材料から構成されている。

高周波電源１３からプラズマ生成電極２２に高周波電力を印加することにより、プラズマ発生室１７内に誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）を発生させることが可能なように構成されている。すなわち、高周波電源１３からプラズマ生成電極２２に高周波電力を印加することにより、プラズマ発生室１７内に供給された電子源ガスＡに高電圧を印加してプラズマを発生（着火）させることが可能なように構成されている。さらには、プラズマ生成電極２２内に流れる電流２２ｃによりプラズマ発生室１７内に変動磁場２２ｄが生成され、係る変動磁場２２ｄによりプラズマ発生室１７内に生成されたプラズマ中に渦電流を発生させ、係る渦電流に起因するジュール熱によりプラズマ発生室１７内のプラズマを高温化させることが可能なように構成されている。なお、プラズマ生成電極２２を単純なＵ字形状とせず、主部２２ａの下方にくびれ部分２２ｂを設けることにより、プラズマ発生室１７内に生成されたプラズマ中に
渦電流を発生させ易くなり、プラズマ発生室１７内のプラズマを効率よく加熱させることが可能となる。

プラズマ生成電極２２と処理室４６側壁（プロセスチューブ７側壁）との間には、一対のシールド２３が設けられている。各シールド２３は、金属や炭素等の通電性材料から構成されている。仮にシールド２３を設けないこととすると、プラズマ生成電極２２からの高電圧の影響により誘導結合プラズマ中の電子が加速されてプロセスチューブ７内壁に衝突し、プロセスチューブ７内壁が負に帯電してしまう場合がある。そして、プラズマ発生室１７内に静電場が発生し、誘導結合プラズマ中のイオンがプロセスチューブ７内壁に引き込まれて衝突し、プロセスチューブ７内壁をスパッタリングしてしまう場合がある。石英等からなるプロセスチューブ７内壁がスパッタリングされると、処理室４６内に酸素などの不純物が発生してしまい、基板処理の品質を低下させたり、歩留りを悪化させたりしてしまう要因となる。本実施形態では、プラズマ生成電極２２と処理室４６側壁（プロセスチューブ７側壁）との間の電場をシールド２３により遮断することにより、プロセスチューブ７内壁が負に帯電してしまうことを抑制でき、プロセスチューブ７内壁のスパッタリングを抑制することが可能なように構成されている。

シールド２３は、複数の櫛歯部分２３ａを備えた櫛形状にそれぞれ構成されている。プラズマ生成電極２２に高周波電力を印加すると、プラズマ生成電極２２内に流れる電流２２ｃにより変動磁場２２ｄが生成されるため、シールド２３内には変動磁場２２ｄを打ち消すように電流（電磁誘導による電流）が流れることとなるが、この電流がループ状につながって大きな渦電流となると、プラズマ発生室１７内に供給される電力の損失が大きくなり、誘導結合プラズマの生成効率が低下してしまう場合がある。本実施形態では、シールド２３が複数の櫛歯部分２３ａを備えた櫛形状に構成されている。そして、プラズマ生成電極２２の一部の延在方向（本実施形態では水平方向）と、シールド２３の櫛歯部分２３ａの延在方向とが平行になるように構成されている。そのため、シールド２３内には大きな渦電流が発生し難くなり、プラズマ発生室１７内に供給される電力の損失が抑制され、誘導結合プラズマの生成効率の低下を抑制することが可能となる。

シールド２３の基幹部分２３ｂ（複数の櫛歯部分２３ａを連結する基幹部分２３ｂ）は、鉛直方向に延在しており、下端が接地されている。その結果、シールド２３の各櫛歯部分２３ａ内で発生した電流は、他の櫛歯部分２３ａを経由することなく、基幹部分２３ｂを経由してアースまで直接流れることになる。すなわち、シールド２３の各櫛歯部分２３ａを発生した電流は、ほぼ最短経路でアースまで流れることになる。そのため、ジュール熱によるシールド２３の温度上昇を抑制することが可能となる。また、本実施形態にかかるシールド２３は、櫛歯部分２３ａが互い違いにかみ合うように配置された２つのシールド（一対のシールド２３）として構成されている。そのため、アースへの電流の経路は２本に分散されており、ジュール熱によるシールド２３の温度上昇は更に抑制される。

プラズマ発生室１７内には、放電することでプラズマ発生室１７内に自由電子を供給する一対の導電線３４ａを備えたプラズマ着火機構３４が設けられている。一対の導電線３４ａは互いに接触することなく所定の間隔を開けた状態で石英管３４ｂ内に挿入されており、一方の端部（プラズマ発生室１７内側の端部）が互いに近接するように構成されている。また、他方の端部（プラズマ発生室１７外側の端部）には高圧電源３４ｃが接続されている。高圧電源３４ｃから一対の導電線３４ａに例えば数万ボルトの電力を供給することにより、一対の導電線３４ａ間に放電を発生させ、放電により発生した電子（自由電子）をプラズマ発生室１７内へ供給することが可能なように構成されている。上述したように、プラズマ生成電極２２と処理室４６側壁（プロセスチューブ７側壁）との間にシールド２３を設けると、プラズマ発生室１７内にてプラズマを発生（着火）させるきっかけとなる自由電子が発生し難くなる場合がある。本実施形態では、プラズマ着火機構３４によ
りプラズマ発生室１７内に自由電子を補足的に供給することにより、プラズマ発生室１７内におけるプラズマの発生（着火）を容易に行うことが可能となる。

主に、プラズマ生成電極２２、高周波電源１３、シールド２３、プラズマ着火機構３４、高圧電源３４ｃにより、プラズマ発生室１７内に誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生装置が構成される。

（電子源供給装置）
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電極（バイアス電極）１９と、同様に上下に延びた平板状のアノード電極（加速電極）２０とが設けられている。グリッド電極１９とアノード電極２０とは互いの主面が平行に対向するように設けられている。グリッド電極１９はプラズマ発生室１７を構成するプロセスチューブ７の内壁に対向するように設けられ、アノード電極２０はプラズマ発生室１７を構成するインナチューブ３１の側壁１１と対向するようにそれぞれ設けられている。また、グリッド電極１９とアノード電極２０との間に、同様に上下に延びた平板状の中間電極（制御電極）３０が設けられている。主に、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０により、本実施形態に係る加速用電極が構成される。

グリッド電極１９は導電線３８を介して直流電源２１の陰極側に接続されている。アノード電極２０は導電線３８を介して接地されている。中間電極３０は導電線３８を介して直流電源２９の陽極側に接続されている。直流電源２１の陽極側及び直流電源２９の陰極側はそれぞれ接地されている。すなわち、グリッド電極１９はマイナス電位、中間電極３０はプラス電位、アノード電極２０はゼロ電位となるように構成されている。

グリッド電極１９、中間電極３０、及びアノード電極２０には、図７に示すように、噴出孔１２に対応する位置であって互いに同心円状になるように、電子通過孔１９ａ，３０ａ，２０ａが鉛直方向にそれぞれ複数開設されている。

グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０は、熱膨張する材料からなる。具体的には、炭化珪素（ＳｉＣ）、カーボン（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）等の耐熱材料から構成される。なお、材料としてＳｉを用いる場合には、Ｓｉの酸化による不純物の発生を抑制するため、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０近傍をＮ_２ガス等でパージすることが必要となる。また、基板処理の内容が成膜（例えば金属膜の成膜）である場合である場合、成膜材料と同じ材料を用いることも可能である。材料として炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた場合には、加工が容易となる。

グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０は、上端から吊り下げられるよう一点で支持されるように構成されている。具体的には、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０の上下端部は、電極固定部材３７にそれぞれ固定されるように構成されている。そして、上側の電極固定部材３７がインナチューブ３１上端部や隔壁３２上端部に係止された状態で、インナチューブ３１がプロセスチューブ７内に挿入されており、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０が、プラズマ発生室１７内で上端から吊り下げられるよう支持されるように構成されている。なお、下側の電極固定部材３７は、インナチューブ３１の側壁やプロセスチューブ７の内壁には固定されず、吊り下げられるように構成されている。その結果、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０が加熱された場合であっても、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０には熱膨張によるストレスが加わり難くなるように構成されている。なお、電極固定部材３７は、例えば石英（ＳｉＯ_２）等の耐プラズマ性、耐熱性を有する絶縁性材料から構成される。

主にグリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０、電極固定部材３７、直流電源２１、直流電源２９により、プラズマ発生室１７内にて発生させた誘導結合プラズマ中から電子を集束させつつ抽出し、電子線２４を処理室４６内のウエハ６間の領域に照射する電子源供給装置が構成される。

（排気ライン）
プロセスチューブ７の側壁であってプラズマ発生室１７が設けられている側と反対側には、処理室４６内の雰囲気を排気する排気管４３が接続されている。排気管４３には、図示しない圧力調整機構（ＡＰＣバルブ）と真空ポンプとが上流側から順に設けられている。主に、排気管４３、ＡＰＣバルブ、真空ポンプにより処理室４６内を排気する排気ラインが構成されている。

（２）基板処理装置の動作
続いて、例えばウエハ６表面をプラズマにより処理する際の本実施形態にかかる基板処理装置の動作について説明する。

処理対象のウエハ６を収容したウエハカセットを、カセットストッカ１に格納する。そして、ウエハ移載手段２により、カセットストッカ１に搭載されたウエハカセットからボート３へと処理対象のウエハ６を移載する。そして、処理対象のウエハ６を支持するボート３をボート昇降手段４により処理炉５内に搬入し、処理室４６内を気密に封止する（ローディング工程）。

上述の排気ラインにより処理室４６内を排気して、処理室４６内を所定の圧力まで減圧する。そして、回転機構により回転軸３６を作動（回転）させてウエハ６を回転させつつ、ヒータ１６により処理室４６内のウエハ６の表面を加熱する（減圧及び昇温工程）。

ヒータ１６により処理室４６内を加熱すると、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０、インナチューブ３１はそれぞれ熱膨張するが、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０は、上端から一点のみで吊り下げられるよう支持されているため、熱膨張によるストレスは加わり難く、破損が抑制される。

第２処理ガス供給ラインより、ウエハ６を収容した処理室４６内に第１の処理ガスとしての原料ガスＢを供給する。その結果、処理室４６内のウエハ６間の領域に原料ガスＢが供給された状態となる。この際、図示しないパージガス供給ライン或いは第１ガス供給ラインから、プラズマ発生室１７内にＮ_２ガス等のパージガスを供給することが好ましい。これにより、第２処理ガス供給ラインより処理室４６内に供給した原料ガスＢがプラズマ発生室１７内に進入してしまうことが抑制できる。

第１処理ガス供給ラインより、プラズマ発生室１７内に電子源ガスＡ（例えばＨｅガス）を供給する。そして、高周波電源１３によりプラズマ生成電極２２へ高周波電力を印加して、プラズマ発生室１７内に誘導結合プラズマを発生させる。図７に示すように、プラズマ発生室１７内に発生した誘導結合プラズマ中には、電子源ガスＡ（Ｈｅガス）のガス分子の正イオン（図中Ａ^＋と表す）２５と電子（図中ｅと表す）２６とが混在しており、全体として中性を保っている。

直流電源２１、直流電源２９を作動させて、グリッド電極１９、中間電極３０、アノード電極２０間にそれぞれ所定の電界を発生させる。その結果、誘導結合プラズマ中の電子２６は、縦方向に多段に電子通過孔１９ａが形成されたグリッド電極１９によって軌道修正を受けて集束され、さらに、グリッド電極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電極２０に向かって加速されて抽出される。抽出された電子２６
は、電子線（電子ビーム）２４となって噴出孔１２より射出され、ウエハ６間の領域に供給されている原料ガスＢのガス分子（図中Ｂと表す）２８に照射される。その結果、ウエハ６間の領域に反応寄与プラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｐｌａｓｍａ；ＥＢＥＰ）が発生し、原料ガスＢのガス分子２８が励起されて活性種が生成されたり、イオン（図中Ｂ^＋と表す）２７が生成されたりする。そして、生成された活性種やイオン２７がウエハ６表面と反応して、ウエハ６表面が処理される。

なお、直流電源２１、直流電源２９から供給する電圧を、電子線２４がウエハ６の支持領域内で消滅するように調整する。すなわち、グリッド電極１９、中間電極３０、アノード電極２０間に発生させる電界を、電子線２４がウエハ６の支持領域を通過してプラズマ発生室１７と対向するプロセスチューブ７の内側壁等に到達してしまうことがないように調整する。仮に、電子線２４がウエハ６の支持領域を通過して、プラズマ発生室１７と対向するプロセスチューブ７の内側壁に到達してしまうと、プロセスチューブ７の内側壁近傍でも反応寄与プラズマが発生し、プロセスチューブ７の内側に例えば薄膜が形成され、処理室４６内に異物（パーティクル）を発生させて、基板処理の品質を低下させてしまう場合がある。また、処理室４６内のクリーニング頻度が増加して、基板処理の生産性を低下させてしまう場合がある。

所定の時間が経過後、第１処理ガス供給ラインからの電子源ガスＡの供給を停止すると共に、高周波電源１３、直流電源２１、直流電源２９による電力供給を停止し、本実施形態にかかる基板処理工程を完了する。そして、上述の排気ラインにより処理室４６内を排気して、処理室４６内を所定の圧力まで減圧する（排気工程）。この際、プラズマ発生室１７内や処理室４６内へＮ_２ガス等のパージガスを供給するようにすれば、プラズマ発生室１７内及び処理室４６内を排気する速度が更に高まる。その後、処理済みのウエハ６を支持するボート３を処理室４６内から搬出し、上述の手順とは逆の手順により、処理済みのウエハ６をボート３からカセットストッカ１内に移載して、次の処理工程へ搬送する。

（３）本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下（ａ）〜（ｊ）に示す１つまたはそれ以上の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０は、上端から吊り下げられるよう一点で支持されるように構成されている。具体的には、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０の上下端部は、電極固定部材３７にそれぞれ固定されるように構成されている。そして、上側の電極固定部材３７がインナチューブ３１上端部や隔壁３２上端部に係止された状態で、インナチューブ３１がプロセスチューブ７内に挿入されており、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０が、プラズマ発生室１７内で上端から吊り下げられるよう支持されるように構成されている。そのため、ヒータ１６により処理室４６内を加熱してグリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０が加熱された場合であっても、グリッド電極１９、アノード電極２０、中間電極３０には熱膨張によるストレスが加わり難くなり、破損が抑制される。

（ｂ）本実施形態では、プラズマ生成電極２２と処理室４６側壁（プロセスチューブ７側壁）との間に電場を遮断する一対のシールド２３を設けている。そのため、プロセスチューブ７内壁が負に帯電してしまうことを抑制でき、プロセスチューブ７内壁のスパッタリングを抑制することが可能なように構成されている。なお、上述したように、仮にシールド２３を設けないこととすると、プラズマ生成電極２２からの高電圧の影響により誘導結合プラズマ中の電子が加速されてプロセスチューブ７内壁に衝突し、プロセスチューブ７内壁が負に帯電してしまう場合がある。そして、プラズマ発生室１７内に静電場が発生し、誘導結合プラズマ中のイオンがプロセスチューブ７内壁に引き込まれて衝突し、プロセスチューブ７内壁をスパッタリングしてしまう場合がある。石英等からなるプロセスチュ
ーブ７内壁がスパッタリングされると、処理室４６内に酸素などの不純物が発生してしまい、基板処理の品質を低下させたり、歩留りを悪化させたりしてしまう要因となる。

（ｃ）本実施形態に係るシールド２３は、複数の櫛歯部分２３ａを備えた櫛形状にそれぞれ構成されている。プラズマ生成電極２２に高周波電力を印加すると、プラズマ生成電極２２内に流れる電流２２ｃにより変動磁場２２ｄが生成されるため、シールド２３内には変動磁場２２ｄを打ち消すように電流（電磁誘導による電流）が流れることとなるが、この電流がループ状につながって大きな渦電流となると、プラズマ発生室１７内に供給される電力の損失が大きくなり、誘導結合プラズマの生成効率が低下してしまう場合がある。本実施形態では、シールド２３が複数の櫛歯部分２３ａを備えた櫛形状に構成されている。そして、プラズマ生成電極２２の一部の延在方向（本実施形態では水平方向）と、シールド２３の櫛歯部分２３ａの延在方向とが平行になるように構成されている。そのため、シールド２３内には大きな渦電流が発生し難くなり、プラズマ発生室１７内に供給される電力の損失が抑制され、誘導結合プラズマの生成効率の低下を抑制することが可能となる。

（ｄ）本実施形態に係るシールド２３の基幹部分２３ｂ（複数の櫛歯部分２３ａを連結する基幹部分２３ｂ）は、鉛直方向に延在しており、下端が接地されている。その結果、シールド２３の各櫛歯部分２３ａ内で発生した電流は、他の櫛歯部分２３ａを経由することなく、基幹部分２３ｂを経由してアースまで直接流れることになる。すなわち、シールド２３の各櫛歯部分２３ａを発生した電流は、ほぼ最短経路でアースまで流れることになる。そのため、ジュール熱によるシールド２３の温度上昇を抑制することが可能となる。また、本実施形態にかかるシールド２３は、櫛歯部分２３ａが互い違いにかみ合うように配置された２つのシールド（一対のシールド２３）として構成されている。そのため、アースへの電流の経路は２本に分散されており、ジュール熱によるシールド２３の温度上昇を更に抑制することが可能となる。

（ｅ）本実施形態に係るプラズマ発生室１７内には、放電することでプラズマ発生室１７内に自由電子を供給する一対の導電線３４ａを備えたプラズマ着火機構３４が設けられている。上述したように、プラズマ生成電極２２と処理室４６側壁（プロセスチューブ７側壁）との間にシールド２３を設けると、プラズマ発生室１７内にてプラズマを発生（着火）させるきっかけとなる自由電子が発生し難くなる場合がある。本実施形態では、プラズマ着火機構３４によりプラズマ発生室１７内に自由電子を補足的に供給することにより、プラズマ発生室１７内におけるプラズマの発生（着火）を容易に行うことが可能となる。

（ｆ）本実施形態に係るプラズマ生成電極２２は、単純なＵ字形状とせず、主部２２ａの下方にくびれ部分２２ｂを設けている。その為、プラズマ発生室１７内に生成されたプラズマ中に渦電流を発生させ易くなり、プラズマ発生室１７内のプラズマを効率よく加熱させることが可能となる。

（ｇ）本実施形態に係るプラズマ生成電極２２の主部２２ａの鉛直方向の幅は、処理室４６内に積層されるウエハ６のうち最上部のウエハ６と最下部のウエハ６との距離より広く構成されている。その結果、プラズマ発生室１７内にて電子を均一に生成することが可能となる。なお、仮に主部２２ａが上述のように構成されておらず、主部２２ａが設けられていない領域（くびれ部分２２ｂに対応する領域等）にウエハ６が存在する場合には、主部２２ａが設けられていない領域において電子の供給量が減少し、プラズマ密度が低下してしまい、基板処理の均一性が低下してしまう場合がある。

（ｈ）本実施形態に係るプラズマ発生室１７は、プロセスチューブ７の側壁、該プロセスチューブ７の内壁を両側から挟む２枚の隔壁３２、該２枚の隔壁３２に挟まれるインナチ
ューブ３１の側壁１１により、処理室４６内から区画されている。そして、プラズマ発生室１７内と処理室４６内とは、概ね噴出孔１２のみにより連通している。その為、プラズマ発生室１７に電子源ガスＡを供給した際に、プラズマ発生室１７内を処理室４６内よりも高圧とすることが可能となり、プラズマ発生室１７内におけるプラズマの発生（着火）を促すことが可能となる。

（ｉ）本実施形態では、プラズマ発生室１７内に発生した誘導結合プラズマ中の電子２６は、縦方向に多段に電子通過孔１９ａが形成されたグリッド電極１９によって軌道修正を受けて集束され、さらに、グリッド電極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電極２０に向かって加速されて抽出される。抽出された電子２６は、電子線（電子ビーム）２４となって側壁１１に多段に形成された噴出孔１２より射出され、ボート３に支持されるウエハ６の間の領域に供給されている原料ガスＢのガス分子（図中Ｂと表す）２８に照射される。その結果、ボート３に支持されるウエハ６の間の領域に反応寄与プラズマ（ＥＢＥＰ）が発生し、原料ガスＢのガス分子２８が励起されて活性種が生成されたり、イオン（図中Ｂ^＋と表す）２７が生成されたりする。そして、生成された活性種やイオン２７がウエハ６表面と反応して、ウエハ６表面が処理される。すなわち、活性種やイオンはウエハ６の極近傍で生成されるため、ウエハ６の表面に供給されるまでに失活してしまうことを抑制できる。

参考までに、従来の基板処理装置が備える処理炉の構成について、図９、図１０を用いて説明する。図９は、従来の基板処理装置が備える処理炉の縦断面図である。図１０は、図９に示す従来の処理炉のＸ−Ｘ断面図である。

図９及び図１０に示すように、従来の処理炉は、反応管としてのプロセスチューブ７’と、プロセスチューブ７’の内壁面に沿うように垂直に設けられた一対の保護管８’とを有している。プロセスチューブ７’内には、基板としてのウエハ６’を水平姿勢で多段に支持する基板支持具としてのボート３’が収納されている。保護管８’の下方端部は、プロセスチューブ７’の外側に向けてプロセスチューブ７’の側壁を貫通している。一対の保護管８’内には、高周波電源１３’に接続された一対の電極９’が保護管８’の下方端部からそれぞれ挿入されている。プロセスチューブ７’の内壁には、プラズマ発生室１０’を形成する桶型状の隔壁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、プロセスチューブ７’内に収容されたウエハ６間の領域に向くように、複数の噴出口１２’が配列されている。

そして、プラズマ発生室１０’内に処理ガスが供給されるとともに、一対の電力９’に対して高周波電力が供給されると、プラズマ発生室１０’内にプラズマが形成され、プラズマ発生室１０’内に供給された処理ガスが活性化されて電気的に中性な活性種（ラジカル）やイオンが生成される。そして、生成された活性種やイオンが噴出口１２’から吹き出し、プロセスチューブ７’内に収容されたウエハ６間の領域に供給され、ウエハ６’の表面を処理するように構成されている。

しかしながら、上述した従来の基板処理装置では、プラズマ発生室１０’（プラズマ発生位置）とウエハ６’（基板）との距離が離れている。そのため、ウエハ６’表面に供給される活性種やイオンの密度をウエハ６’面内で均一にすることが困難であり、基板処理の均一性が低下してしまう場合があった。また、プラズマ発生室１０’にて発生させた活性種やイオンが、基板に到達する前に失活したり電気的に中性化したりしてしまう場合があり、ウエハ６’表面に供給される活性種やイオンの密度が低下し、基板処理速度が低下してしまう場合があった。

（ｊ）本実施形態によれば、直流電源２１、直流電源２９から供給する電圧を、電子線２
４がウエハ６の支持領域内で消滅するように調整している。すなわち、グリッド電極１９、中間電極３０、アノード電極２０間に発生させる電界を、電子線２４がウエハ６の支持領域を通過してプラズマ発生室１７と対向するプロセスチューブ７の内側壁等に到達してしまうことがないように調整する。仮に、電子線２４がウエハ６の支持領域を通過して、プラズマ発生室１７と対向するプロセスチューブ７の内側壁に到達してしまうと、プロセスチューブ７の内側壁近傍でも反応寄与プラズマが発生し、プロセスチューブ７の内側壁に例えば薄膜が形成され、処理室４６内に異物（パーティクル）を発生させて、基板処理の品質を低下させてしまう場合がある。また、処理室４６内のクリーニング頻度が増加して、基板処理の生産性を低下させてしまう場合がある。本実施形態によれば、電子線２４がウエハ６の支持領域内で消滅するため、プロセスチューブ７の内側壁近傍で反応寄与プラズマが発生せず、プロセスチューブ７の内側壁に例えば薄膜が形成されてしまうことを抑制できる。

＜本発明の他の実施形態＞

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した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。

例えば、プラズマ発生室１７におけるプラズマの発生方法は、前記実施形態においては一例として高周波を印加することによるＩＣＰプラズマ源を用いているが、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。

本発明に係る半導体製造装置は、膜種に介在した異物（その膜種以外の分子や原子等）を除去する場合、ウエハ６にＣＶＤ膜を形成する場合、拡散する場合、熱処理する場合等に適用することができる。この場合、プラズマ発生室１７内に供給する電子源ガスＡと、処理室４６内に直接供給する原料ガスＢとは、同一のガスであっても異なるガスであってもよい。なお、電子源ガスＡとしては、例えば、水素（Ｈ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、一酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）などを適用することができる。

例えば、ＤＲＡＭのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理においては、処理室４６内を室温〜７５０℃に加熱し、窒素（Ｎ_２）ガスまたはアンモニア（ＮＨ_３）または一酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）をプラズマ発生室１７内に供給し、処理室４６のウエハ６間に窒素プラズマを生成することによって、酸化膜の表面を窒化することができる。また、水素（Ｈ_２）ガスをプラズマ発生室１７内に供給して、処理室４６のウエハ６間に水素プラズマを生成することにより、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜が形成される前のシリコンウエハの表面から自然酸化膜を除去して、所望のＳｉＧｅ膜を形成することができる。また、低温での窒素膜の形成においては、ＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスとＮＨ_３（アンモニア）ガスとを交互に供給してＳｉ（シリコン）とＮ（窒素）とを一層ずつ形成するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ 原子層成膜）を行う場合、ＮＨ_３の供給時に、ウエハ６間にＮＨ_３を供給してアンモニアプラズマを生成することにより、高品質の窒化膜を得ることができる。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に本発明の好ましい態様を付記する。

本発明の一態様は、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられる電極と、を備え、
前記電極は熱膨張する材料からなり、電極上端にて点で支持される
基板処理装置である。

本発明の他の態様は、
多段に積層された複数の基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられたプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室の側壁であって前記積層された基板間に対応する高さ位置にそれぞれ開設された噴出孔と、
前記プラズマ発生室内に設けられて前記噴出孔に対応する位置に抽出孔がそれぞれ開設された加速用電極と、
前記処理室内及び前記プラズマ発生室内にガスを供給するガス供給ラインと、
前記処理室外であって前記プラズマ発生室に対応する位置に設けられたプラズマ生成電極と、
前記プラズマ生成電極と前記処理室側壁との間に設けられたシールドと、
前記処理室内を加熱する加熱手段と、を備え、
前記加速用電極は熱膨張する材料からなり、上端から吊り下げられるよう一点で支持される
基板処理装置である。

好ましくは、前記シールドは、複数の櫛歯部分を備えた櫛形状に構成されている。

好ましくは、前記シールドは、（前記シールド内における渦電流の発生が抑制されるように）複数の櫛歯部分を備えた櫛形状に構成されている。

好ましくは、前記プラズマ生成電極の一部の延在方向と、前記シールドの前記櫛歯部分の延在方向とが平行である。

好ましくは、前記プラズマ発生室内には、放電することで前記プラズマ発生室内に自由電子を供給する一対の導電線を備えたプラズマ着火機構が設けられている。

好ましくは、
前記プラズマ生成電極は、前記処理室内に収容される複数の前記基板に対向する主部と、前記主部を下方から支持するくびれ部分とを備えており、
前記主部の鉛直方向の幅は、前記処理室内に積層される前記基板のうち最上部の基板と最下部の基板との距離より広い。

好ましくは、前記プラズマ発生室の側壁及び加速用電極は、熱膨張率が同じ材料により構成される。

好ましくは、前記プラズマ発生室の側壁及び前記加速用電極は、石英（ＳｉＯ_２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、カーボン（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）により構成される。

好ましくは、前記処理室内と前記プラズマ発生室内とは前記噴出孔を介してのみ連通しており、前記プラズマ発生室内にガスを供給することにより、前記プラズマ発生室内が前記処理室内よりも高圧となる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉の縦断面図である。 図１に示す本発明の一実施形態に係る処理炉のＸ−Ｘ断面図である。 本発明の一実施形態に係る処理炉が備えるシールドの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る処理炉が備えるプラズマ発生電極の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る処理炉が備えるインナチューブ及びプラズマ発生室の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る処理炉が備えるプラズマ着火機構の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る反応寄与プラズマの発生メカニズムを説明する概略図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。 従来の基板処理装置が備える処理炉の縦断面図である。 図９に示す従来の処理炉のＸ−Ｘ断面図である。

符号の説明

６ ウエハ（基板）
１２ 噴出孔
１６ ヒータ（加熱手段）
１７ プラズマ発生室
１９ グリッド電極（加速用電極）
２０ アノード電極
２２ プラズマ生成電極
２３ シールド
３０ 中間電極
３１ インナチューブ
４６ 処理室

Claims (2)

1. 基板を収容する処理室と、
   前記処理室内に設けられる電極と、を備え、
   前記電極は熱膨張する材料からなり、電極上端にて点で支持される
   ことを特徴とする基板処理装置。
2. 多段に積層された複数の基板を収容する処理室と、
   前記処理室内に設けられたプラズマ発生室と、
   前記プラズマ発生室の側壁であって前記積層された基板間に対応する高さ位置にそれぞれ開設された噴出孔と、
   前記プラズマ発生室内に設けられて前記噴出孔に対応する位置に抽出孔がそれぞれ開設された加速用電極と、
   前記処理室内及び前記プラズマ発生室内にガスを供給するガス供給ラインと、
   前記処理室外であって前記プラズマ発生室に対応する位置に設けられたプラズマ生成電極と、
   前記プラズマ生成電極と前記処理室側壁との間に設けられたシールドと、
   前記処理室内を加熱する加熱手段と、を備え、
   前記加速用電極は熱膨張する材料からなり、上端から吊り下げられるよう一点で支持される
   ことを特徴とする基板処理装置。

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