JP5725911B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理装置等の基板処理装置や、該基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法に係り、特に、プラズマを用いて半導体ウェハ（以下、ウェハという。）等の基板を処理する処理室内において、プラズマ密度を向上させて、例えばウェハ表面に形成する膜の厚膜化を可能にするようにした基板処理装置や半導体装置の製造方法に関する。

ウェハなどの表面を処理する方法として、プラズマ処理が行われ、このようなプラズマ処理の為の装置として、例えば図１に示すようなプラズマ処理装置がある。
このような従来のプラズマ処理装置は、気密性を確保した処理室２０１内にウェハ２００を設置し、ウェハ処理ガスを、処理室２０１上部のガス噴出孔２３９より処理室２０１に導入し、処理室２０１内をある一定の圧力に保ち、放電用電極（ＲＦ電極）２１５に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。このマグネトロン放電により、高密度プラズマを生成できる。生成したプラズマにより成膜用ガスを励起分解させて化学的反応を起こし、ウェハ２００表面に薄膜を形成するものである。

従来のプラズマ処理装置には、サセプタ２１７周囲の端部に石英で形成されたカバー（不図示）が設置されており、カバーの最外周には排気用の穴が開けられている。

例えば、特許文献１には、処理室内に設けたサセプタ上にウェハを装填し、処理室内をバッフルプレートにより、反応ガス導入側と反応ガス排出側に仕切り、バッフルプレートに排気コンダクタンス調整孔を設け、該排気コンダクタンス調整孔の流路断面積をバッフルプレートの周方向に沿った位置により変化させ、反応ガスの導入位置、或は排出位置が処理室の中心に無く偏在していても、ウェハに沿って流れる反応ガスをバッフルプレートにより整流し、ウェハ全面に亘って均一化する枚葉式の平行平板型のプラズマ処理装置が開示されている。

特開平８−８２３９号公報

以上説明した従来のプラズマ処理装置では、例えば、処理ガスの流量や処理室内の温度、高周波電力等のプロセス条件を大きく変更することなく、ウェハ表面に形成する膜の厚さを厚くしようとしても困難であった。
本発明の目的は、現状のプロセス条件を大きく変更しなくても、成膜に寄与するガスを効率よく使用することができ、例えばウェハ表面に形成する膜の厚さを厚くすることが可能な基板処理技術を提供することにある。

本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
基板を支持する基板支持部が設けられた処理室と、
前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起するプラズマ生成部と、
前記基板支持部の下方に設けられ前記処理室内のガスを排気するガス排気部と、
前記基板支持部の端部に設けられ、前記基板支持部の上方で生成される励起された処理ガスの前記基板支持部の下方への流れを抑制し、前記基板支持部の下方へ流れる処理ガスを失活させるガス流抑制流路と、
少なくとも前記基板支持部の基板載置面より下方であって前記処理室の内壁に設けられた保護部材と、
を有する基板処理装置。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
処理室の内壁であって少なくとも基板支持部の基板載置面よりも下方の内壁に保護部材が設けられた処理室内に基板を搬入する工程と、
端部にガス流を抑制するガス流抑制流路が設けられた基板支持部が、前記基板を支持する工程と、
ガス供給部が、前記処理室内に処理ガスを供給する工程と、
プラズマ生成部が、前記処理室内に供給された処理ガスを励起する工程と、
前記基板支持部の下方から前記処理室内のガスを排気する工程と、
前記基板を前記処理室から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

上述のように基板処理装置や半導体装置の製造方法を構成すると、基板支持部上方で形成されるプラズマ(処理ガスの活性種)の排気速度が遅くなり、成膜に寄与するガスを効率良く生成し維持することができ、処理速度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る枚葉式処理装置の垂直断面図である。 本発明の第１実施形態に係るガス流抑制流路の構造や配置を示す垂直断面図である。 本発明の第１実施形態に係るガス流抑制流路の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る枚葉式処理装置を用いて成膜した膜厚データを示す図である。 本発明の第２実施形態に係るガス流抑制流路の斜視図である。 本発明の実施形態に係るガス流抑制流路の変形例を示す垂直断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を説明する。
第１実施形態のプラズマ処理炉は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウェハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワーヘッドを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界を形成し、マグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。

図１に、このようなＭＭＴ装置の概略構成図を示す。図１は、本発明の第１実施形態に係る枚葉式処理装置であるＭＭＴ装置を模式的に示す垂直断面図である。ＭＭＴ装置は、処理容器２０３を有し、この処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と第２の容器である碗型の下側容器２１１により形成され、上側容器２１０は下側容器２１１の上に被せられている。上側容器２１０は酸化アルミニウム（アルミナ）又は石英等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成され、内壁表面に、酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成された内壁側面保護部材１５１、ウェハ搬送口保護部材１５２ａ、ウェハ搬送口側面保護部材１５２ｂ、内壁下面保護部材１５３（図２参照）が取り付けられている。また、後述する基板支持部（基板保持手段）であるサセプタ２１７を、窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英等の非金属材料で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。サセプタ２１７は、第１の加熱部であるヒータ２１７ｂを搭載するヒータ一体型のサセプタである。

処理容器２０３の上部には、光透過性窓部２７８が配設され、この光透過性窓部２７８に対応する反応容器２０３外側に、第２の加熱部であるランプ加熱ユニット（光源）２８０が設けられている。光透過性窓部２７８は、光を透過する例えば石英で構成される。
シャワーヘッド２３６は、処理室２０１の上部に設けられ、リング状の枠体２３３と、光透過性窓部２７８と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス噴出孔２３９とを備えている。遮蔽プレート２４０は、光を透過する例えば石英で構成される。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入されたガスを分散するための分散空間として設けられる。

ガス導入口２３４には、ガスを供給するガス供給管２３２が接続されており、ガス供給管２３２は、開閉弁であるバルブ２４３ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように、下側容器２１１の側壁にガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５にはガスを排気するガス排気管２３１が接続されており、ガス排気管２３１は、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。ガス供給管２３２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１等からガス供給部が構成され、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６等からガス排気部が構成される。

供給される反応ガス２３０を励起させる放電機構（放電手段）として、筒状、例えば円筒状に形成された第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理容器２０３（上側容器２１０）の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介してＲＦパワー（高周波電力）を印加する高周波電源２７３が接続されている。主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３からプラズマ生成部が構成される。

また、筒状、例えば円筒状に形成された磁界形成機構（磁界形成手段）である筒状磁石２１６は筒状の永久磁石となっている。筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の上下端近傍に配置される。上下の筒状磁石２１６、２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石２１６、２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。

処理室２０１の底側中央には、基板であるウェハ２００を保持するための基板支持部（基板保持手段）としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英等の非金属材料で形成され、内部に第１の加熱部（加熱手段）としてのヒータ２１７ｂ、及び温度検出器（不図示）が一体的に埋め込まれており、ウェハ２００を加熱できるようになっている。ヒータ２１７ｂは電力が印加されてウェハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、シャフト２６８により支持されており、温度検出器２５からの信号線は、シャフト２６８内を通って制御部１２１に接続されている。

サセプタ２１７周辺の構造について、図２と図３を用いて説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係るガス流抑制流路１４４の構造や配置を模式的に示す垂直断面図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るガス流抑制流路１４４の一部を形成するカバー１４０を模式的に示す斜視図である。
図２に示すように、ガス流抑制流路１４４が、後述するカバー１４０の垂直部１４０ｂと内壁側面保護部材１５１とで形成されている。なお、ガス流抑制流路１４４は、後述するカバー１４０の垂直部１４０ｂとウェハ搬送口側面保護部材１５２ｂとで構成しても良い。
サセプタ２１７には、サセプタ２１７の端部から水平方向外側に突き出して、ガス流抑制流路１４４の一部を形成するカバー１４０が設置されている。カバー１４０は、例えば石英で形成される。図３に示すように、カバー１４０の水平部１４０ａは、穴の無い水平方向に延びるリング状板であり、サセプタ２１７のウェハ２００保持面の周端を取り囲んでいる。このように構成することで、ウェハ２００の保持位置の最外周からサセプタ２１７の最外周までの距離を伸ばす事ができ、処理ガスやプラズマの流れが均一な部位が広がることによって、ウェハ２００への処理均一性を向上させることができる。水平部１４０ａの最外周には、水平部１４０ａから９０度屈曲して、垂直下方向に延びるスカート状の垂直部１４０ｂが設けられている。垂直部１４０ｂの一部は切り欠かれて、切り欠き部１４０ｃを形成し、基板処理時においてガス排気口２３５を塞がないようになっており、この切り欠き部１４０ｃは、ガス排気口２３５の位置に対応して設けられている。また、垂直部１４０ｂは、基板処理時においてウェハ搬送口１６０を塞ぐようになっている。

カバー１４０は、下側容器２１１の側壁との距離が、例えば１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下となるように設けられている。詳しくは、垂直部１４０ｂの外面と下側容器２１１の側壁の内面に設けられた後述する内壁側面保護部材１５１の内面との隙間が、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下となるように設けられている。製作精度の観点から、隙間の間隔を１ｍｍより小さくするのは困難である。また、サセプタ２１７の直径はサセプタ２１７に載置する基板の大きさ以上の大きさになるように構成し、例えば約３４０ｍｍ、カバー１４０の水平部１４０ａの幅は約６０ｍｍである。処理室２０１内に供給されたガスは、このカバー１４０と下側容器２１１の側壁との隙間を通過して、ガス排気口２３５から排気される。

このように、狭い隙間という排気されにくい部分より排気されることとなるため、プラズマそのものも下側容器２１１側に漏れにくくなる。また電離したガスもカバー１４０上部に維持されるため、例えば成膜に寄与するガスを効率よく生成維持できる。このとき、サセプタ２１７の下側の空間のコンダクタンスは、サセプタ２１７の基板載置面よりも上側の空間のコンダクタンスよりも大きくなっているので、サセプタ２１７の基板載置面より上方の処理室２０１内の圧力は、サセプタ２１７より下方の処理容器２０３内の圧力よりも高くなる。つまり、カバー１４０により、サセプタ２１７上方の圧力をサセプタ２１７下方の圧力よりも高くすることができ、サセプタ２１７上方のプラズマ密度を高くすることができる。

また、カバー１４０の全周から排気されるので、サセプタ２１７の周囲から処理容器２０３の底部方向へ均一に処理後のガスが流れるようになり、サセプタ２１７上を流れるガスの流量を、サセプタ２１７の円周方向において均一化することができ、例えば膜の均一性を確保することが可能となる。

また、カバー１４０の垂直部１４０ｂの側面と処理室２０１の内壁との距離が、例えば１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下と狭いので、サセプタ２１７の基板載置面からサセプタ２１７下側までの空間のコンダクタンスは、サセプタ２１７上側のコンダクタンスよりも小さくなっている。よってサセプタ２１７上側で生成されるプラズマを構成する活性化されたガスは、サセプタ２１７の基板載置面上側からゲートバルブ２４４の辺りに到達するまでに時間を要し、失活するようになっている。したがって、活性種やプラズマがゲートバルブ２４４をアタックすることを抑制でき、汚染の原因となる不純物が発生することを抑制できる。

また、カバー１４０が処理室２０１内壁まで延出しウェハ搬送口１６０に接近していることによって、プラズマ生成領域２２４からアース電位にあるゲートバルブ２４４を見通せなくなっているので、プラズマがゲートバルブ２４４の方に引き寄せられることが抑制され、処理の均一性を向上することができ、また、活性種やプラズマがゲートバルブ２４４をアタックすることを抑制できる。

また、サセプタ２１７の高さ位置を変化させることにより、処理の均一性向上や、汚染物質の発生を抑制しながら処理室２０１内の容積を変化することや、プラズマ生成領域２２４とウェハ２００の位置関係を調整することができる。このように、成膜等の処理を行う際の、プロセスウィンドウ（プロセス条件）の幅を広げることができる。

また、カバー１４０がガス排気口２３５を塞がないように構成することで、サセプタ２１７の下側の空間において、ガス排気口２３５と同等のコンダクタンスを保ちつつ、サセプタ２１７の基板載置面上側の排気コンダクタンスを制御する事が可能になり、サセプタ２１７下側で汚染物質が発生したとしても、サセプタ２１７上側への流入を防ぐことができる。

なお、本実施形態では、カバー１４０の水平部１４０ａの内周部とサセプタ２１７の上面外周端部が重なっており、カバー１４０は、サセプタ２１７の上面周端部と側面の両方を覆うように設けられているが、サセプタ２１７の上面端部と側面のいずれかを覆うように設けてもよい。カバー１４０が、サセプタ２１７の側面のみを覆う場合は、サセプタ２１７の外周部が下側容器２１１の側壁に接近するように構成する。又は、図６の変形例に示すように、サセプタ２１７の側面に下側容器２１１の側壁に接近するようなサセプタ側面カバー１４３を取り付けるようにしてもよい。

また、図２に示すように、下側容器２１１の内側には、下側容器２１１の側壁に接するように、酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成された内壁側面保護部材１５１などの絶縁物が設置され、保護部材１５１とカバー１４０との間にガス流抑制流路１４４が設けられている。このように構成することで、サセプタ２１７の基板載置面からサセプタ２１７の下側までの空間のコンダクタンスは、サセプタ２１７上側空間のコンダクタンスよりも小さくなり、サセプタ２１７上側で生成されるプラズマを構成する活性なガスは、サセプタ上側からゲートバルブ２４４付近に到達するまでに時間がかかり、失活するようになっている。
また、ウェハ搬送口１６０の内側には、ウェハ搬送口１６０の内壁に接するように、酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成されたウェハ搬送口保護部材１５２などの絶縁物が設置されている。このように構成することで、金属で形成した下側容器２１１が、カバー１４０の垂直部１４０ｂと内壁側面保護部材１５１との間の通路において失活仕切れなかったプラズマに晒されることを防ぐ。その結果、ゲートバルブ２４４付近におけるプラズマの放電をより抑制することができる。
更には、下側容器２１１の底壁に内壁下面保護部材１５３を設置している。このような構成とすることで、下側容器２１１が、カバー１４０の垂直部１４０ｂと内壁側面保護部材１５１との間の通路において失活仕切れなかったプラズマに晒されることを防ぐ。その結果、下側容器２１１がプラズマに晒されることによる金属汚染を、より確実に防ぐことができる。

また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを変化させるための電極である第２の電極２１７ｃも装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ２１７を介してウェハ２００の電位を制御できるようになっている。

ウェハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも処理室２０１、処理容器２０３、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウェハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。

筒状電極２１５及び筒状磁石２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁石２１６で形成される電界や磁界が、外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。

サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構（昇降手段）でもあるシャフト２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、下側容器２１１底面にはウェハ２００を突上げるためのウェハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウェハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウェハ突上げピン２６６が配置される。

また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送機構（搬送手段）により処理室２０１に対してウェハ２００を搬入、または搬出することができ、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができる。

また、制御部（制御手段）としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータ２１７ｂやインピーダンス可変機構２７４を、信号線Ｆを通じてランプ加熱ユニット２８０をそれぞれ制御するよう構成されている。このように、コントローラ１２１は、ＭＭＴ装置の各構成部の制御を行うものである。

次に上記のような構成の処理炉を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウェハ２００表面に対し、又はウェハ２００上に形成された下地膜の表面に対し所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は制御部１２１により制御される。

ウェハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウェハを搬送する図中省略の搬送機構によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は次の通りである。サセプタ２１７が基板搬送位置まで下降し、ウェハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過する。このときサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き上げピン２６６が突き出された状態となる。次に、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開かれ、図中省略の搬送機構によってウェハ２００をウェハ突上げピン２６６の先端に載置する。搬送機構が処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉じられる。サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウェハ２００を載置することができ、更にウェハ２００を載置したサセプタ２１７を、ウェハ２００を処理する位置まで上昇する。

次に、真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を１〜２６０Ｐａの範囲の内、所定の圧力に維持する。また、サセプタ２１７に埋め込まれたヒータ２１７ｂとランプ加熱ユニット２８０により、搬入されたウェハ２００を１５０〜９５０℃の範囲の内、所定のウェハ処理温度に昇温するよう加熱する。

ウェハ２００の温度が目標の処理温度に達し、安定化したら、ガス導入口２３４から遮蔽プレート２４０のガス噴出孔２３９を介して、反応ガスである酸素ガス及び水素ガス２３０を処理室２０１に配置されているウェハ２００の上面（処理面）に向けて、所定の流量（例えば１００〜１０００ｓｃｃｍ）で導入する。同時に、筒状電極２１５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する。印加する電力は、１５０〜３０００Ｗの範囲の内、所定の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値となるように制御しておく。

筒状磁石２１６、２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウェハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウェハ２００の表面にプラズマ処理が施される。プラズマ処理が終わると、筒状電極への電力供給を停止し、酸素ガス及び水素ガスを処理室２０１から排気する。排気した後、ウェハ２００は、図示略の搬送機構を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。

図４に、本発明の第１実施形態に係る枚葉式処理装置を用いて成膜した酸化膜の膜厚データと比較用データを示す。図４のデータは、ヒータ設定温度を９００℃、酸素ガスの流量を４７６ｓｃｃｍ、水素ガスの流量を２５ｓｃｃｍ、高周波電源２７３のパワーを２ｋＷ、高周波印加時間を２４０秒としたときのデータであり、横軸はインピーダンス可変機構２７４を用いてサセプタ２１７の電圧をコントロールした電圧（Ｖ）、縦軸は膜厚（Å）である。４１〜４３は、第１実施形態に係る枚葉式処理装置を用いて成膜した膜厚データであり、カバー１４０と下側容器２１１の側壁との距離を、２．５ｍｍとし、４１は処理室２０１内の圧力が１８０Ｐａ、４２は処理室２０１内の圧力が２２０Ｐａ、４３は処理室２０１内の圧力が２６０Ｐａのときのデータである。

５１〜５３は、比較用のデータであり、カバー１４０と下側容器２１１の側壁との距離を、２．５ｍｍ程度とし、カバー１４０外周部に直径６ｍｍ程度の穴を多数配置した従来の枚葉式処理装置を用いて成膜した酸化膜の膜厚データであって、５１は処理室２０１内の圧力が１８０Ｐａ、５２は処理室２０１内の圧力が２２０Ｐａ、５３は処理室２０１内の圧力が２６０Ｐａのときのデータである。
図４から、本発明の第１実施形態の枚葉式処理装置では、従来の枚葉式処理装置に比べ、同一処理時間における厚膜化が可能、すなわち処理速度の向上が可能となることが分かる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態のプラズマ処理炉は、第１実施形態のプラズマ処理炉２０２のカバー１４０が、カバー１４２に変更されたものである。他は第１実施形態のプラズマ処理炉２０２と同様なので、説明を省略する。
図５に示すように、カバー１４２の水平部１４２ａの最外周に、排気用の穴１４２ｄが開けられている。図５は、本発明の第２実施形態に係るガス流抑制流路を形成するカバー１４２の斜視図である。穴１４２ｄは、直径が１ｍｍ以上で６ｍｍより小さい孔であり、カバーの最外周全周に亘って複数存在する。従来装置のカバーの穴より、穴１４２ｄの直径が小さくなっている。また、カバーと容器側壁の内側との隙間は、従来装置と同様、２．５ｍｍより大きくなっており、供給されたガスは、この隙間と穴１４２ｄから排気され、サセプタ２１７の周囲から処理容器２０３の底部方向へ均一に処理後のガスが流れ、下側容器２１１に配置されている排気口２３５より排気される。なお、カバーと容器側壁の内側との隙間は、第１実施形態と同様、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とすることもできる。また、穴１４２ｄの直径を小さくする代わりに、カバーを厚くすることによって穴１４２ｄの長さを長くし、コンダクタンス(気体の流れやすさ)を小さくするようにしてもよい。また、穴１４２ｄの数を減らしてコンダクタンスを小さくしてもよい。

第２実施形態のカバー１４２によっても、第１実施形態のカバー１４０と同様に、狭い隙間と小さい孔１４２ｄから排気されることとなるため、プラズマや電離したガスがカバー１４２上部に維持され、下側容器２１１側に漏れにくくなるため、例えば成膜に寄与するガスを効率よく生成維持できる。つまり、カバー１４２により、サセプタ２１７上方の圧力をサセプタ２１７下方の圧力よりも高くすることができ、サセプタ２１７上方のプラズマ密度を高くすることができる。
また、カバー１４２の全周から排気されるので、サセプタ２１７の周囲から処理容器２０３の底部方向へ均一に処理後のガスが流れるようになり、サセプタ２１７上を流れるガスの流量を、サセプタ２１７の円周方向において均一化することができ、膜の均一性を確保することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
また、上述の実施形態では、ウェハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
また、上述の実施形態では、反応ガスとして酸素ガスと水素ガスを用いたが、処理内容に応じて、反応ガスとして窒素ガス、アンモニアガス等を用いることができる。

本明細書には、少なくとも次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
基板を支持する基板支持部が設けられた処理室と、
前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起するプラズマ生成部と、
前記基板支持部の下方に設けられ前記処理室内のガスを排気するガス排気部と、
前記基板支持部の端部に設けられ、前記基板支持部の上方で生成される励起された処理ガスの前記基板支持部の下方への流れを抑制し、前記基板支持部の下方へ流れる処理ガスを失活させるガス流抑制流路と、
少なくとも前記基板支持部の基板載置面より下方であって前記処理室の内壁に設けられた保護部材と、
を有する基板処理装置。
このようにガス流抑制流路を設けると、基板支持部上方で形成されるプラズマ(処理ガスの活性種)の排気速度が遅くなり、成膜に寄与するガスを効率良く生成し維持することができ、処理速度を向上させることができる。

第２の発明は、
基板を支持する基板支持部が設けられた処理室と、
前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起するプラズマ生成部と、
前記基板支持部の下方に設けられ前記処理室内のガスを排気するガス排気部と、
前記基板支持部の端部に設けられ、前記処理室の内壁との距離が、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下となるように形成されたガス流抑制流路と、
を有する基板処理装置。
このように、カバーの最外周と処理室内壁との距離を１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下にすると、基板支持部上方で形成されるプラズマ(処理ガスの活性種)の排気速度が遅くなり、成膜に寄与するガスを効率良く生成し維持することができ、処理速度を向上させることができる。

第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明の基板処理装置であって、
前記ガス流抑制流路は、前記基板支持部の上面端部と側面のいずれか、若しくは両方を覆うように設けられたカバーと前記処理室の内壁に設けられた保護部材の間の流路である基板処理装置。
基板支持部の上面端部をカバーで覆うと、基板支持部上に載置された基板表面を流れる処理ガスの流れが乱されることが抑制され、基板内で均一な処理を行うことが容易となる。基板支持部の側面をカバーで覆うと、ガス排気口に向かう安定したガス流路が形成されるので、基板支持部上に載置された基板表面を流れる処理ガスの流れが乱されることが、さらに抑制される。

第４の発明は、
基板を支持する基板支持部が設けられた処理室と、
前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起するプラズマ生成部と、
前記基板支持部の下方に設けられ前記処理室内のガスを排気するガス排気部と、
前記基板支持部の上面端部を覆うカバーであって、該カバー水平面の外側全周に亘って、直径が１ｍｍ以上で６ｍｍより小さい孔が形成されたカバーと、
を有する基板処理装置。
このように、カバー水平面の外側全周に亘って、直径が１ｍｍ以上で６ｍｍより小さい孔を形成すると、基板支持部上方で形成されるプラズマ(処理ガスの活性種)の排気速度が遅くなり、成膜に寄与するガスを効率良く生成し維持することができ、処理速度を向上させることができる。また、基板支持部上に載置された基板表面を流れる処理ガスの流れが乱されることが抑制され、基板内で均一な処理を行うことが容易となる。

第５の発明は、前記第４の発明の基板処理装置であって、
前記カバーが、前記基板支持部の上面端部と側面の両方を覆うように設けられたカバーである基板処理装置。
基板支持部の側面をカバーで覆うと、基板を搬入搬出する搬送口等の金属をプラズマがアタックすることが抑制され、汚染の原因となる不純物が発生することが抑制される。

第６の発明は、
処理室の内壁であって少なくとも基板支持部の基板載置面よりも下方の内壁に保護部材が設けられた処理室内に基板を搬入する工程と、
端部にガス流を抑制するガス流抑制流路が設けられた基板支持部が、前記基板を支持する工程と、
ガス供給部が、前記処理室内に処理ガスを供給する工程と、
プラズマ生成部が、前記処理室内に供給された処理ガスを励起する工程と、
前記基板支持部の下方から前記処理室内のガスを排気する工程と、
前記基板を前記処理室から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このようにガス流抑制流路を設けると、基板支持部上方で形成されるプラズマ(処理ガスの活性種)の排気速度が遅くなり、成膜に寄与するガスを効率良く生成し維持することができ、処理速度を向上させることができる。

第７の発明は、
基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室内に設けられた基板支持部であって、該基板支持部の端部に設けられ、前記処理室の内壁との距離が、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下となるように形成されたガス流抑制流路を有する基板支持部により、前記処理室に搬入した基板を支持する工程と、
前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する工程と、
前記基板支持部の下方から前記処理室内のガスを排気する工程と、
前記基板を前記処理室から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このように、カバーの最外周と処理室内壁との距離を１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下にすると、基板支持部上方で形成されるプラズマ(処理ガスの活性種)の排気速度が遅くなり、成膜に寄与するガスを効率良く生成し維持することができ、処理速度を向上させることができる。

第８の発明は、
基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室内に設けられた基板支持部の上面端部を覆うカバーであって、該カバー水平面の外側全周に亘って、直径が１ｍｍ以上で６ｍｍより小さい孔が形成されたカバーを有する基板支持部により、前記処理室に搬入した基板を支持する工程と、
前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する工程と、
前記基板支持部の下方から前記処理室内のガスを排気する工程と、
前記基板を前記処理室から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このように、カバー水平面の外側全周に亘って、直径が１ｍｍ以上で６ｍｍより小さい孔を形成すると、基板支持部上方で形成されるプラズマ(処理ガスの活性種)の排気速度が遅くなり、成膜に寄与するガスを効率良く生成し維持することができ、処理速度を向上させることができる。また、基板支持部上に載置された基板表面を流れる処理ガスの流れが乱されることが抑制され、基板内で均一な処理を行うことが容易となる。

第９の発明は、
基板を処理室に搬入し、該処理室内の基板支持部で支持する工程と、
前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する工程と、
前記基板支持部と前記処理室の内壁との間の距離が１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるガス流抑制流路から、前記基板支持部の上方のガスを前記基板支持部の下方へ流す工程と、
前記基板支持部の下方から前記処理室内のガスを排気する工程と、
前記基板を前記処理室から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このように、カバーの最外周と処理室内壁との距離を１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下にすると、基板支持部上方で形成されるプラズマ(処理ガスの活性種)の排気速度が遅くなり、成膜に寄与するガスを効率良く生成し維持することができ、処理速度を向上させることができる。

第１０の発明は、
基板を処理室に搬入し、該処理室内の基板支持部で支持する工程と、
前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する工程と、
前記基板支持部の上面端部を覆うカバーの、水平面の外側全周に亘って形成された直径が１ｍｍ以上で６ｍｍより小さい孔から、前記基板支持部の上方のガスを前記基板支持部の下方へ流す工程と、
前記基板支持部の下方から前記処理室内のガスを排気する工程と、
前記基板を前記処理室から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
このように、カバー水平面の外側全周に亘って、直径が１ｍｍ以上で６ｍｍより小さい孔を形成すると、基板支持部上方で形成されるプラズマ(処理ガスの活性種)の排気速度が遅くなり、成膜に寄与するガスを効率良く生成し維持することができ、処理速度を向上させることができる。また、基板支持部上に載置された基板表面を流れる処理ガスの流れが乱されることが抑制され、基板内で均一な処理を行うことが容易となる。

１２１…コントローラ、１４０…カバー、１４０ａ…水平部、１４０ｂ…垂直部、１４０ｃ…切り欠き部、１４２…カバー、１４２ａ…水平部、１４２ｂ…垂直部、１４２ｃ…切り欠き部、１４２ｄ…穴、１４３…サセプタ側面カバー、１４４…ガス流抑制流路、１５１…内壁側面保護部材、１５２ａ…ウェハ搬送口保護部材、１５２ｂ…ウェハ搬送口側面保護部材、１５３…内壁下面保護部材、１６０…ウェハ搬送口、２００…ウェハ、２０１…処理室、２０２…処理炉、２０３…処理容器、２１０…上側容器、２１１…下側容器、２１５…筒状電極、２１６…筒状磁石、２１７…サセプタ、２１７ａ…貫通孔、２１７ｂ…ヒータ、２２３…遮蔽板、２２４…プラズマ生成領域、２３０…反応ガス、２３１…ガス排気管、２３２…ガス供給管、２３３…キャップ状の蓋体、２３４…ガス導入口、２３５…ガス排気口、２３６…シャワーヘッド、２３７…バッファ室、２３８…開口、２３９…ガス噴出孔、２４０…遮蔽板、２４１…マスフローコントローラ、２４２…ＡＰＣ、２４３ａ…バルブ、２４３ｂ…バルブ、２４４…ゲートバルブ、２４６…真空ポンプ、２６６…ウェハ突き上げピン、２６８…シャフト、２７２…整合器、２７３…高周波電源、２７４…インピーダンス可変機構、２７８…光透過窓、２８０…ランプ加熱ユニット。

Claims (5)

1. 基板を支持する基板支持部が設けられた処理室と、
   前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、
   前記処理室内に供給された処理ガスを励起するプラズマ生成部と、
   前記基板の処理時における前記基板支持部の下方に設けられる、前記処理室内のガスを排気するガス排気部と、
   基板支持部の上面周端部から水平方向外側に延びる穴の無いリング状板で構成される水平部、及び前記水平部の最外周から垂直下方向に延びるスカート状の垂直部を有するカバー部と、
   前記基板の処理時における前記基板支持部の基板載置面より下方であって前記処理室の内壁に設けられた保護部材と、
   前記カバー部の垂直部と前記保護部材との間に、それらの隙間が１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下となるように形成され、前記基板支持部の上方で生成される励起された処理ガスの前記基板支持部の下方への流れを抑制し、前記基板支持部の下方へ流れる処理ガスを失活させるガス流抑制流路と、
   前記基板の処理時における前記ガス流抑制路の上端の位置より下方に設けられる、前記基板の搬入口の仕切弁と、
   を有する基板処理装置。
2. 前記基板支持部を昇降させる基板支持部昇降機構を有する請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記基板支持部昇降機構を制御して、前記基板の搬入前に前記基板支持部の基板載置面を前記搬入口の高さまで下降させ、前記基板の搬入後に前記基板支持部の基板載置面を、前記搬入口より上方の位置であって、前記プラズマ生成部により前記処理ガスがプラズマ励起される空間から前記搬入口の仕切弁が見通せなくなる位置であり、かつ前記カバー部の垂直部が前記搬入口を塞ぐ位置まで上昇させる制御部を有する請求項２記載の基板処理装置。
4. 前記基板支持部に設けられた貫通孔と、
   前記基板の搬入前に前記基板支持部が前記搬入口の高さまで下降した時に前記貫通孔を突き抜けるように設けられた基板突上げピンを有し、
   前記基板の搬入時には前記基板が前記基板突上げピンの先端に載置される請求項３記載の基板処理装置。
5. 処理室の内壁であって少なくとも基板処理時に基板支持部が上昇したときの前記基板支持部の基板載置面よりも下方の内壁に保護部材が設けられた処理室内において、前記処理室の側壁に設けられた搬入口の高さまで、前記基板支持部の基板載置面を下降させる工程と、
   前記搬入口の仕切弁を開けて前記処理室内に基板を搬入する工程と、
   前記搬入口の上方の位置まで前記基板支持部の基板載置面を上昇させる工程と、
   前記基板支持部が、前記基板を支持する工程と、
   ガス供給部が、前記基板処理時において前記基板支持部の上方から前記処理室内に処理ガスを供給する工程と、
   プラズマ生成部が、前記処理室内に供給された処理ガスを、前記基板支持部の上方で励起する工程と、
   前記基板載置面の上面周端部から水平方向外側に延びる穴の無いリング状板で構成される水平部の最外周から垂直下方向に延びるスカート状の垂直部と、前記保護部材との間に、それらの隙間が１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下となるように形成され、前記励起された処理ガスの前記基板支持部の下方への流れを抑制し、前記基板支持部の下方へ流れる処理ガスを失活させるガス流抑制流路であって、その上端が前記基板処理時に前記搬入口より上方に位置するガス流抑制流路から、前記基板支持部の上方のガスを、前記基板支持部の下方へ流して、前記処理室内のガスを排気する工程と、
   を有する半導体装置の製造方法。

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