JP2008300444A

JP2008300444A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP2008300444A
Application number: JP2007142437A
Authority: JP
Inventors: Tenwa Yamaguchi; 天和山口; Masasue Murobayashi; 正季室林; Daisuke Hara; 大介原; Hiroo Hiramatsu; 宏朗平松
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】複数の処理基板をプラズマ処理する半導体製造装置を提供する。
【解決手段】処理容器内に複数の基板を多段に保持する基板保持具と、処理ガス供給装置と、前記処理容器に複数の吹出口１２を通じて連通するプラズマ発生室１０と、プラズマ生成ガス供給装置と、プラズマ発生室１０外部に設けられた一対の電極２２，２２に高周波電流を供給するプラズマ発生装置と、前記基板保持具を回転させる回転装置と、前記処理容器内及び前記プラズマ発生室内の減圧排気装置とを備え、前記基板保持具を回転させながら前記プラズマ発生室１０にプラズマを発生させてこれを前記複数の吹出口１２からそれぞれ各基板間に導入しプラズマ処理を施す半導体製造装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体製造装置、特に複数の処理基板を同時にプラズマ処理する半導体製造装置に関するものである。

近年、半導体デバイスの高集積化や、高性能化のため、微細化プロセスへの要求はますます厳しくなってきており、デバイス特性の向上の観点から半導体デバイスの製造工程における熱履歴も低減することが望まれている。
これらを実現するための重要な技術の一つに、電子密度１０^１１〜１０^１３ｃｍ^３程度の高密度プラズマ源を用いたプロセスがある。
従来のバッチ式のプラズマ装置としては、複数のウェハを保持したボートを処理室に搬入して、複数のウェ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装置が知られており、反応管内部に電極を設置して電極に高周波を印加することにより、いわゆる容量性結合型プラズマ（ＣＣＰ）を発生させて反応室内に活性種を送り込む装置がある（例えば、特許文献１参照）。

図６は従来の半導体製造装置としてのバッチ式縦型プラズマ処理装置を示す。図７はバッチ式縦型プラズマ処理装置全体の構成を示す解説図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。

図６に示すように、処理炉３０２の炉口下方には、ボート３を昇降させるためのボートエレベータ３１５が設置されており、ボートエレベータ３１５の昇降台に連結されたアーム３２８に蓋体としてのシールキャップ３１９が水平に据え付けられている。
シールキャップ３１９はボート３を垂直に支持し、処理炉３０２の炉口を閉塞可能なように構成されている。
ボートエレベータ３１５によってアーム３２８を上昇させ、シールキャップ３１９により炉口３０４を閉鎖すると、ボート３が処理室３０１内に挿入され、ボート３に支持されたウェハ２００がボート３毎、処理室３０１に搬入される。

処理室３０１はプロセスチューブ３０７で形成されており、図７及び図８を参照すると、プラズマを発生させるためのプラズマ発生室３１０がプロセスチューブ３０７内に区画されている。プロセスチューブ３０７は石英で形成されている。
プラズマ発生室３１０は、プロセスチューブ３０７の内面と、これに密着された桶形状の隔壁３１１とによって形成されており、隔壁３１１にはボート３との対峙部に上下方向に間隔を隔てて複数の吹出口３１２が設けられている。
そして、プラズマ発生室３１０にはプラズマ生成ガスを導入するための図示しないプラズマガス導入ノズルと、一対の保護管３０８，３０８とが挿入されている。
保護管３０８，３０８は、それぞれプロセスチューブ３０７の内壁面に沿ってプラズマ発生室３１０内の底部側から天井側付近に及んでおり、プラズマ発生室１０内の底部付近で外向きに屈曲してプロセスチューブ３０７を貫通している。
プラズマを発生させるための電極３０９，３０９のプラズマ発生室内部分は各保護管３０８に挿入され、電極３０９，３０９のプロセスチューブ外部分には高周波電源１３が接続される。

ウェハ２００を処理する際は、図８に示すように、まず、複数のウェハ２００がボート３にチャージされ、前記シールキャップ３１９の上昇によってボート３がプロセスチューブ３０７に挿入される。ウェハ２００はボート３の挿入により処理室３０１内に搬入され
る。次に、図７及び図８に示すように、ガス導入ノズルからプラズマ発生室３１０に原料ガスが導入される。その後、原料ガスの導入によりプラズマ発生室３１０の圧力が所定圧力に到達すると、一対の電極３０９，３０９に高周波電流が供給される。これにより、プラズマ発生室３１０内にプラズマが発生し、処理ガスが活性化され、電気的に中性の活性種（ラジカル）は隔壁１１の各吹出口３１２からそれぞれボート３上の各ウェハ２００、ボート３の天板６間に向かって吹き出す。ウェハ２００の表面はこの活性種によって処理される。なお、図７、図８中、３１６は、処理室３０１内及びウェハ２００を所定の処理温度に加熱できるようにするためのヒータを示している。
特開２００４−２８９１６６号公報

このように、従来のバッチ式縦型プラズマ処理装置においては、隔壁３１１によりプラズマ発生室３１０が区画され、隔壁３１１に設けられた複数の吹出口３１２からウェハ２００、ボート３の天板６間に活性種を導入することによってウェハ２００を処理している。
しかし、プラズマ発生室３１０からウェハ２００までの距離が遠いため、ウェハ２００の表面近傍での活性種密度をウェハ２００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、プロセスガスの種類によっては、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。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してしまう。また、プラズマ中の高エネルギのイオンにより、電極３０９を保護するための保護管３０８の表面がスパッタされてパーティクル発生の原因となってしまう不具合もある。さらに、処理室３０１の圧力が高くプラズマ発生室３１０の圧力が低い場合には、プラズマ処理の際の活性種がプラズマ発生室３１０に押し戻されてしまい、せっかく生成したプラズマが処理に寄与できないという問題がある。
なお、従来のバッチ式縦型プラズマ処理装置が特許文献１に記載されている。

そこで、本発明は、比較的簡単な構造でありながら、基板面内、面間の処理を均一化することを目的とする。

本発明は、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基板を多段に保持する基板保持具と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、前記処理容器に複数の吹出口を通じて連通するプラズマ発生室と、前記処理容器内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給装置と、前記プラズマ発生室に近接させてプラズマ発生室外部に設けられた一対の電極に高周波電流を供給することにより前記プラズマ生成ガスをプラズマ化するプラズマ発生装置と、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、前記処理容器内及び前記プラズマ発生室内の雰囲気を排気により減圧する減圧排気装置と、を備え、前記回転装置により前記基板保持具を回転させながら前記プラズマ発生室にプラズマを発生させてこれを前記複数の吹出口からそれぞれ各基板間に導入することより各基板にプラズマ処理を施す半導体製造装置であって、前記減圧排気装置が、プラズマ処理の際に前記処理容器を０．１〜１０Ｐａに減圧するように構成され、前記プラズマ生成ガス供給装置が、プラズマ処理の際の減圧後、前記プラズマ発生室に処理容器内よりの高い圧力のプラズマ生成ガスを導入してプラズマ発生室の圧力を処理容器の圧力よりも高圧にするように構成され、さらに、前記プラズマ発生装置が、前記プラズマ生成ガス導入後にプラズマ発生室にプラズマを発生させるように構成される。

本発明によれば、プラズマ処理の際に、真空度の高い処理容器に対してプラズマ発生室が高圧になり、プラズマ発生室で生成されたプラズマが処理容器に対してプラズマ発生室に圧力差に対応したジェットとして複数の吹出口から処理容器に吹出す。そして、プラズマ中の活性種は失活することなく、対面するウェハ間に導入されてウェハの処理面を処理する。このため、比較的簡単な構造でありながら、基板面内、面間の処理が均一化され、ウェハの被処理面が面内面均一に処理される。

本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。なお、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行う縦型の基板処理装置に適用した場合について述べる。
図１は本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。また、図２は図１に示す処理装置の側面透視図である。

本実施の形態では、シリコン等からなるウェハ（基板）２００はウェ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が使用される。図１及び図２に示されるように、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置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が設置されている。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。

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。

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にはウェハ２００をサブ筐体１１９内に対して搬入搬出するためのウェハ搬入搬出口（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、上下段のウェハ搬入搬出口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のウェハ出し入れ口を開閉するように構成されている。

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の前側領域にはウェハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウェハ移載機構１２５は、ウェハ２００を水平方向に回転乃至直動可能なウェハ移載装置（基板移載装置）１２５ａ及びウェハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウェ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１に模式的に示されるようにウェ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、ウェハ移載装置エレベータ１２５ｂ及びウェハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウェハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウェハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウェハ２００を装填（チャージング）及び脱装（ディスチャージング）するように構成されている。

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。

図１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）のウェハ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。

図１に模式的に示されているように移載室１２４のウェハ移載装置エレベータ１２５ｂ側及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及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、ウェハ移載装置１２５ａとクリーンユニット１３４との間には、図示はしないが、ウェハ２００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及びウェハ移載装置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。

次に、本発明に係る基板処理装置の動作について説明する。
図１及び図２に示されるように、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のウェハ搬入搬出口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。

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におけるウェハ搬入搬出口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、ウェ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、ウェハ２００はポッド１１０からウェハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウェ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にて位置を整合された後、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にウェハ２００を受け渡したウェハ移載装置１２５ａはポッド１１０に戻り、次のウェハ２００をボート２１７に装填する。

この一方（上段または下段）のポッドオープナ１２１におけるウェハ移載機構１２５によるウェハ２００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。

予め指定された枚数のウェハ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、ウェハ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）されていく。

ローディング後は、処理炉２０２にてウェハ２００に任意の処理が実施される。処理後は、ノッチ合わせ装置１３５でのウェハ２００の整合工程を除き、概上述の逆の手順で、ウェハ２００およびポッド１１０は筐体１１１の外部へ払い出される。

次に図３及び図４を参照して本発明に係る処理炉について説明する。

図３は前記基板処理装置の処理炉の構成を示す縦断面図であり、図４は図２におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。
＜処理炉の構成＞
図３及び図４に示すように、処理炉２０２は、従来の半導体製造装置と同様に構成され、上部が閉じた円筒状の排気可能な処理容器であるプロセスチューブ７と、プロセスチューブ７を開閉するシールキャップ１２９によって処理室２０１が区画される。
前記プロセスチューブ７の下部開口は、ボート２１７の挿抜によりウェハ２００を搬入又は搬出する炉口４となっている。

＜回転装置＞
ボート２１７を回転する回転装置は、ボートエレベータ１１５によって昇降されるシールキャップ１２９を回転支持する軸受３６と、ボート２１７の下面軸芯部から下方に突出
され、シールキャップ１２９の軸芯を下方に貫通する回転軸３ａと、回転軸３ａに連結され回転駆動力を伝達することで回転させる回転駆動機構（図示せず）と、回転駆動軸３ａに回転駆動力伝達するモータとを主要部として構成されている。モータには駆動制御部２３７が電気的に接続され、駆動制御部２３７の制御により、ボート２１７の回転、停止、回転速度が調節される。

＜減圧排気装置の構成＞
プロセスチューブ７には処理室内雰囲気を排気するためのガス排気管３２が接続されており、ガス排気管３２の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び圧力調整器としてのＡＰＣバルブ２４２を介して減圧排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。圧力センサ及び自動圧力制御弁としてのＡＰＣバルブ２４２には、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は、圧力センサにより検出された圧力とコントローラ（後述する）の制御値に基づいてＡＰＣバルブ２４２の開度を調節し、排気流量を調節することにより、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となるように制御する。

＜加熱手段の構成＞
ヒータ１６は、プロセスチューブ７の外側にプロセスチューブ７と同心円に配置され、処理室２０１内の温度を検出する温度検出体としての温度センサ（図示せず）が処理室２０１に設けられる。ヒータ１６及び温度センサには、電気的に温度制御部２３８が接続されており、温度センサにより検出された温度情報とコントローラの制御値に基づきヒータ１６への通電具合を調節することにより処理室２０１内の温度が所定の温度分布となるよう所定タイミングにて制御するように構成されている。

＜処理ガス供給装置の構成＞
処理ガス供給装置は、プロセスチューブ７の内周面に沿ってプロセスチューブ７の底部から天井部又は天井部から底部に挿入された処理ガス導入ノズル２４と、配管、バルブ、流量制御弁などからなる複数の処理ガス供給系（いずれも図示せず）とで構成される。この流量制御弁は、流量計の流量とコントローラの制御値に基づいて制御され、バルブはコントローラの指示に基づいて開閉される。
処理ガス導入ノズル２４は、バルブの切り替えにより、複数の処理ガス供給源に選択的に接続される。
また、前記処理ガス導入ノズル２４には、直管状又はテーパ状に形成され、軸方向に適宜間隔を隔てて複数のガス吹出口２４ａが設けられる。処理ガス導入ノズル２４は、複数のガス吹出口２４ａのピッチ、口径、及び形状は、少なくとも各ウェハ２００、ボート２１７の天板６間に短時間で均質な処理ガスを充満させるため、プロセスチューブ７内のガスの流れと処理ガス導入ノズル２４の管路抵抗とに基づいて決定される。

＜プラズマ発生室の構成＞
プラズマ発生室１０はプロセスチューブ７内に隔壁１１によって区画形成されている。
本実施の形態では、隔壁１１は、プロセスチューブ７の内面から半径方向内側に離間する断面円弧状の中心壁１１ａと、この中心壁１１ａの両側部をプロセスチューブ７との内面とを気密に接続する一対の側壁部１１ｂ，１１ｂと、中心壁１１ａの上下方向の両端部とプロセスチューブ７の内面とを気密に接続する上壁部１１ｃ及び下壁部１１ｄと、プロセスチューブ７によって構成されており、中心壁１１ａにはプラズマを吹き出させるための複数の吹出口１２が設けられている。
中心壁１１ａ及び側壁部１１ｂ，１１ｂは、プロセスチューブ７内の天井部付近から前記底部付近に及んでいる。
また、前記中心壁１１ａは、ボート２１７上のウェハ２００との距離を一定とするために、横断面円弧状に形成され、プロセスチューブ７の内面と同心円に設置されている。
前記複数の吹出口１２は、ボート２１７のウェハ２００の支持ピッチと同じピッチに形成されていて、ボート２１７の挿入を終了した段階で一つずつウェハ２００，２００間に対峙するように配列されている。
この場合、各吹出口１２の向きは、それぞれボート２１７に保持されているウェハ２００の中心軸と直交する方向に定められる。
なお、複数の吹出口１２は、図３及び図４に示す例では上下方向に沿った直線状に配置されているが、斜め方向に配列してもよいし、ジクザグ上に配置してもよい。

＜プラズマ生成ガス供給装置の構成＞
プラズマ生成ガス供給装置は、プロセスチューブ７の内周面に沿ってプラズマ発生室１０に挿入されたプラズマ生成用ガス導入ノズル１７と、配管、バルブ、流量制御弁などからなるプラズマ生成ガス供給系（いずれも図示せず）とで構成される。流量制御弁は、流量計の流量とコントローラの制御値に基づいて制御され、バルブはコントローラの指示に基づいて開閉される。
プラズマ生成用ガス導入ノズル１７は、図３及び図４に示すように、長さの異なる複数のノズルで構成してもよいし、単一のノズルで構成してもよい。

プラズマ生成用ガス導入ノズル１７を複数のノズルで構成する場合、例えば、図３、図４に示すように、挿入長さがプラズマ発生室１０の底部から上部に及ぶプラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａと、挿入長さがプラズマ発生室１０の底部から底部付近に及ぶプラズマ生成用ガス導入ノズル１７ｄと、それらの間を分割する長さの複数のプラズマ生成用ガス導入ノズル１７ｂ、１７ｃとが用いられる。
複数のプラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄを用いてプラズマ発生室１０にプラズマ生成ガスを導入すると、プラズマ発生室１０内の雰囲気を素早くプラズマ生成ガス雰囲気に置換することができる。
また、プラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄに代えて、単一のノズルを用いる場合は前記プラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａと同じ長さのテーパ状ノズル（図示せず）に複数の吹出口１７ｐを設けたプラズマ生成用ガス導入ノズルを用いる。

この場合、プラズマ生成用ガス導入ノズル１７の吹出口１７ｐのピッチ、吹出口の口径及びノズルの吹出口の形状は、前記した複数のプラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄと同様に、プラズマ発生室１０のガス流れ、管路抵抗に基づいて決定される。
プラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａは、バルブの開閉により、プラズマ生成用ガスの供給源と接続され、流量制御弁により、流量が制御される。

＜プラズマ発生装置（プラズマ発生手段）の構成＞
プラズマ発生装置は、金属や炭素等から棒状に形成された一対の電極（誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）源）２２，２２と、プロセスチューブ７をプラズマによるスパッタから保護するための金属製のシールド１８と、一対の電極２２，２２に高周波電流を供給するための高周波電源１３と、整合器１９とで構成される。
一対の電極２２，２２はプロセスチューブ７の外側面とヒータ１６の内側面とに囲まれた筒状に空間部に設置されており、プラズマ発生室１０内全体に均一なプラズマを生成するため、プロセスチューブ７の上端部付近から下端部付近に及んでおり、整合器１９を介して高周波電源１３に接続されている。
また電極２２，２２はプロセスチューブ７の軸芯線と並行に設けられ、相互の電気的な接触を防止するための間隔が設けられている。
そして、前記シールド１８はプロセスチューブ７の外周面と一対の電極２２，２２との間に設置されている。

このようにプラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄによりプラズマ発生室１０に
プラズマ生成ガスを導入し、一対の電極２２，２２に高周波電流を流すことでプラズマを生成する誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）方式では、コイルに高周波電流を流すことでコイルの周りに磁場を作り、その磁場を時間的に変化させることで磁場を打ち消すように電界を発生させ、この電界により、プラズマ発生室１０にプラズマを発生させる。
発生したプラズマは各吹出口１２からそれぞれ対峙するウェハ２００，２００間に向かって直線的に吹き出し、ウェハ２００の上面と並行にウェハ２００上を横断する。以下、各吹出口１２から各ウェハ２００，２００間に導入されるプラズマをプラズマジェット１４と呼称する。
この際、一対の電極２２，２２とプラズマ発生室１０との間には前記したようにシールド１８が配置されているのでプロセスチューブ７がプラズマによるスパッタから保護される。

＜プラズマジェット＞
プラズマジェット１４中には、化学的に活性な活性種（ラジカル）が一様な密度で分散している。この活性種は様々な化学反応を発生させる。
プラズマジェット１４は勢いがあるので、ボート２１７を回転させながら、ウェハ２００，２００間にプラズマジェット１４を導入すると、寿命の短い活性種でもウェハ２００の表面全面に必要量、分布させることが可能となり、ウェハ２００のプラズマジェット１４側の表面を面内均一に処理することができる。なお、プラズマジェット１４は、前記誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）方式により発生させた高エネルギのプラズマにウェハ２００が直接晒されることがないので、ウェハ２００自身がプラズマによってダメージを受けることもない。

＜プラズマジェットの導入方法＞
半導体装置としての基板を処理する場合、プラズマ発生室１０の圧力が処理室２０１の圧力よりも低いと、プラズマ発生室１０から各ウェハ２００，２００間に導入するプラズマジェット１４が処理室２０１の圧力によってプラズマ発生室１０に押し戻され、プラズマジェット１４による効果が低下してしまうことがある。そこで、本発明に係る実施の形態では、プラズマ処理の際にプラズマ発生室１０の圧力と処理室２０１の圧力との関係が次の関係に定められる。
プラズマ発生室１０の圧力＞処理室２０１の圧力

このように処理室２０１とプラズマ発生室１０との差圧を発生させる一例としては、次の方法がある。なお、この方法は、コントローラ２４０、前記温度制御部２３８、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７の連携により実現される。

ウェハ２００の処理方法は、次の（１）〜（１２）の工程によって構成される。
（１）まず、ウェハ２００をチャージした前記ボート２１７を前記ボートエレベータ１１５の上昇により処理室２０１に搬入する。
（２）コントローラ２４０により前記ＡＰＣバルブ２４２に対する圧力制御部２３６の設定圧をウェハ２００の処理圧力に調節して真空ポンプ２４６の排気によって処理室２０１内の圧力を調節すると共に、温度制御部２３８のヒータ１６の温度制御により処理室２０１内をウェハ２００の処理温度に加熱する。
（３）次に、コントローラ２４０からの指示により、駆動制御部２３７が回転機構を所定回転速度で回転させ、ボート２１７を回転させる。
（４）続いて、処理室２０１内及び各ウェハ２００の温度、処理室２０１の圧力がそれぞれ処理温度、処理圧力に安定したことを温度センサ、圧力センサの情報によって温度制御部２３８、圧力制御部２３６に判断させる。そして、処理温度、処理圧力に安定したときに、コントローラ２４０からの指示によって、処理ガス供給装置のバルブを開、処理ガス導入ノズル２４と処理ガス供給源とを接続して処理室２０１に処理ガスを導入させる。
処理時間が終了するとウェハ２００の表面に原料ガスによる処理膜が形成される。ここで、処理膜とは、成膜又は還元により処理された膜を意味する。
（５）コントローラ２４０の制御によって、前記処理ガス供給装置のバルブが閉とし、処理ガス導入ノズル２４が処理ガス供給源から切り離し、処理室２０１への処理ガスの供給を停止する。
（６）そして、コントローラ２４０からの指示により圧力制御部２３６によりＡＰＣバルブ２４２の設定圧を０．１〜１０Ｐａに変更し、真空ポンプ２４６により、処理室及びプラズマ発生室１０の雰囲気を排気するとともに、プラズマ生成用ガス供給装置のバルブの切り替えによって、プラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄを不活性ガス供給源に接続することにより、不活性ガス供給源からプラズマ発生室１０に不活性ガスを導入し、不活性ガスの押し出しと、真空ポンプ２４６の排気によって、処理室２０１及びプラズマ発生室１０の雰囲気を排気する。
（７）必要に応じて又は一定のクリーニング周期毎にプラズマ発生室１０にエッチングガス（クリーニングガス）を流し、プラズマ発生室１０の内面をクリーニングする。制御はコントローラ２４０が実行する。
（８）コントローラ２４０の制御によりプラズマ生成用ガス供給装置のバルブが切り替えられ、プラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄをプラズマ生成用ガス供給源に接続し、プラズマ生成用ガス（原料ガス又は還元ガス）をプラズマ発生室１０に導入する。
このとき、プラズマ生成用ガス供給源からプラズマに導入される圧力は、処理室２０１の圧力によりも高く、且つ、プラズマ発生室１０の圧力が短時間で処理室２０１の圧力を超えるように設定するとよい。
例えば、処理室２０１の圧力を０．１〜１０Ｐａに設定するときは、それ以上の圧力、例えば、１００Ｐａに設定する。
（９）圧力センサの情報によりプラズマ発生室１０の圧力が所定圧に到達したことを圧力制御部が判断すると、コントローラ２４０によって一対の電極２２，２２に高周波電源１３が電気的に接続される。これにより、一対の電極２２，２２に高周波電流が流れ、プラズマ発生室１０にプラズマが発生する。
なお、このときも真空ポンプ２４６の排気は継続され、処理室１０の圧力は０．１〜１０Ｐａに保持される。これにより、プラズマジェット１４は、高圧側であるプラズマ発生室１０から低圧側である処理室２０１にスムーズに吹出し、ウェハ２００，２００間に導入される。ウェハ２００はプラズマ中の活性種により処理される。
（１０）ウェハ２００の処理終了時間に到達すると、コントローラ２４０が駆動制御部２３７に停止指示を出力して前記回転機構を停止し、且つ、プラズマ生成ガス供給装置のバルブを閉としてプラズマ処理ガスの導入を停止する。そして、一対の電極２２，２２に対する高周波電流の供給を停止する。
（１１）次に、コントローラ２４０の制御によりプラズマ生成用ガス供給装置のバルブの切り替え、プラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄを不活性ガス供給源に接続し、不活性ガスをプラズマ発生室１０に導入する。プラズマ発生室１０の残留ガスは処理室２０１に押し出され、真空ポンプ２４６により排気される。
（１２）続いて、処理室２０１からボート２１７を搬出し、ボート２１７から処理済のウェハ２００を払い出す。
次のロットを処理する場合は、（１）〜（１２）を繰り返す。

このように、プラズマ発生室１０の圧力が処理室２０１の圧力よりも高く保持されると、発生したプラズマはプラズマジェット１４となって各吹出口１２から各ウェハ２００、ボート２１７の天板６間に導入される。これにより、プラズマ発生室１０の内面に処理ガスが付着して成膜されることも防止され、また、プラズマ発生室１０を区画しているプロセスチューブ７の区画部分のスパッタの虞が減少する。この結果、プラズマ発生室１０でのプラズマの生成が安定する。生成されたプラズマジェット１４はウェハ２００の中心上を通過してウェハ２００を横断する勢いを持っており、プラズマジェット１４中の活性種
の密度も均一であるので、各ウェハ２００の表面は、面内活性種密度が均一な活性種によって面内均一に処理される。

なお、プラズマ生成ガスには、二種のガスの反応により成膜をする場合は、原料ガスを含むガスが用いられ、還元の場合には、還元ガスが用いられる。

図５は本発明の半導体装置の製造方法に係る成膜時のＡＬＤ（ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）シーケンスを示す。このＡＬＤシーケンスでは、次の（Ｉ）〜（ＩＶ）の工程を１サイクルとして繰り返し、所定膜厚の成膜を形成する。なお、このシーケンスでは、プラズマ生成ガスとして還元ガスを用いる。

（Ｉ）原料ガス暴露工程
この工程では、処理ガス導入ノズル２４から原料ガスを導入する前に、プラズマ生成ガスを導入するためのプラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄからプラズマ発生室１０に不活性ガスを導入して、処理室２０１からプラズマ発生室１０への原料ガスの侵入を防止する。これにより、原料ガスがプラズマ発生室１０に侵入し、プラズマ発生室１０の内面に成膜させることが防止する。前記回転機構によりボート２１７を回転させ、そして、ヒータ１６の加熱と前記真空ポンプ２４６の排気により、処理室２０１内を成膜に適した温度、圧力に保持しながら、処理ガス導入ノズル２４を原料ガス供給系に接続し、原料ガスを処理室２０１に導入する。このとき、処理ガス導入ノズル２４には、前記プラズマ発生室１０に設けたプラズマ生成用ガス導入ノズル１７と同様に、処理室２０１の上下間で圧力差をなくすようなノズルを用いることが好ましい。

このようにすると、一対の電極２２，２２による放電に悪影響を及ぼし、安定的な放電が妨げられてしまう導電性の膜がプロセスチューブ７の内面に形成されることがないので、一対の電極２２，２２の安定的な放電がなされ、プラズマが安定的に生成される。
原料ガスの導入後、所定時間に到達すると、処理室２０１に原料ガスが充満し、ウェハ２００の成膜面に原料ガスが定着する。
この段階で原料ガス暴露工程を終了し、次の排気工程に移る。

（ＩＩ）排気工程
排気工程では、処理室２０１に残る不要なガスを排気するため、不活性ガスを導入する。不活性ガスの押し出しと、真空ポンプ２４６による吸出しによって、不要な原料ガスがパージされる。不活性ガスは、図示しない不活性ガス導入配管又は処理ガス導入ノズル２４と、プラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄを不活性ガス供給源とに接続することによって導入する。そして、圧力が０．１〜１０Ｐａに保持されると次のプラズマ処理工程に移る。
（ＩＩＩ）プラズマ処理工程
プラズマ生成工程では、ヒータ１６の加熱によって成膜温度を保持し、真空ポンプ２４６の排気によってプラズマ発生室及び処理室２０１の圧力を０．１〜１０Ｐａに保持しながら、成膜プラズマ生成ガス用のノズル１７ａ〜１７ｄをプラズマ生成用ガス供給源に接続する。プラズマ生成用ガスは、処理室２０１よりも高い圧力を持っており、また、プラズマ処理ガスは、プラズマ発生室１０内で膨張するので、処理室２０１の原料ガスは、中心壁１１ａの吹出口１２からプラズマ発生室１０に逆流することはない。

（ＩＩＩ）プラズマ処理工程
圧力センサによってプラズマ発生室１０の圧力を検出し、プラズマ発生室１０の圧力がプラズマ生成用ガスの圧力によって所定圧力に到達するまでプラズマ生成用ガスの導入を継続する。このとき、ボート２１７は前記回転機構により回転させておき、ボート２１７に支持されたウェハ２００を回転させておく。
プラズマ発生室１０の圧力が所定圧力に安定すると、直ぐに、整合器１９を介して高周波電源１３を一対の電極２２，２２に接続しプラズマを発生させる。プラズマ発生室１０にプラズマが発生すると、各吹出口１２から各ウェハ２００，２００間にプラズマジェット１４が導入される。

プラズマジェット１４中の活性種の密度は均一であり、ウェハ２００はボート２１７と一緒に回転しているので、プラズマジェット１４中の活性種がウェハ２００の表面を面内均一に処理する。
一例として、原料ガス暴露工程において、原料ガスとして四塩化チタンを導入し、各ウェハ２００の成膜面に四塩化チタンを成膜した後、このプラズマ生成工程でプラズマ生成ガスとしてＨ_２ガスを導入した場合は、活性化したＨにより、四塩化チタンが還元され、ウェハ２００の表面にチタン膜が形成される。

（ＩＶ）排気工程
この工程では、一定時間、プラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄからプラズマ生成用ガスをプラズマ発生室１０に導入する。続いて、プラズマ生成用ガス導入ノズル１７ａ〜１７ｄを不活性ガス供給源に接続してプラズマ発生室１０に不活性ガスを導入し、不活性ガスの押し出しと、真空ポンプ２４６の吸い込みによってプラズマ発生室１０内及び処理室２０１内内の雰囲気をパージする。

（Ｉ）〜（ＩＶ）の工程を１サイクルとして繰り返し、所定膜厚の成膜を形成すると、ＡＬＤシーケンスが終了する。
反応プロセスとしては、例えば、前記したように、四塩化チタンと水素ガスのプロセスが挙げられるが、本発明はこのようなプラズマＡＬＤに限らず、プラズマを利用した水素活性種によるウェハ２００上の自然酸化膜の除去等にも適用できる。

本発明の一実施の形態に係り、半導体製造として用いられる装置の斜透視図である。本発明の一実施の形態に係り、半導体製造として用いられる装置の側面透視図である。本発明の一実施の形態に係り、半導体製造として用いられる装置の処理炉の構成を示す縦断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。本発明の半導体製造装置に係る成膜時のＡＬＤシーケンス図である。従来の半導体製造装置としてのバッチ式縦型プラズマ処理装置を示す解説図である。バッチ式縦型プラズマ処理装置の縦断面図である。図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。

符号の説明

３ａ回転軸
７プロセスチューブ
８保護管
１０プラズマ発生室
１１隔壁
１２吹出口
１３高周波電源
１４プラズマジェット
１７プラズマ生成用ガス導入ノズル
１７ａプラズマ生成用ガス導入ノズル
１７ａノズル
１７ｂプラズマ生成用ガス導入ノズル
１７ｄプラズマ生成用ガス導入ノズル
１７ｐ吹出口
１８シールド
２２電極
２４プラズマ生成用ガス導入ノズル
２４処理ガス導入ノズル
３２ガス排気管
１２９シールキャップ
２０１処理室
２０２処理炉
２１７ボート（基板保持具）
２３６圧力制御部
２３７駆動制御部
２３８温度制御部
２４０コントローラ
２４２ＡＰＣバルブ
２４６真空ポンプ

Claims

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基板を多段に保持する基板保持具と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給装置と、
前記処理容器に複数の吹出口を通じて連通するプラズマ発生室と、
前記処理容器内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給装置と、
前記プラズマ発生室に近接させてプラズマ発生室外部に設けられた一対の電極に高周波電流を供給することにより前記プラズマ生成ガスをプラズマ化するプラズマ発生装置と、
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、
前記処理容器内及び前記プラズマ発生室内の雰囲気を排気により減圧する減圧排気装置と、を備え、
前記回転装置により前記基板保持具を回転させながら前記プラズマ発生室にプラズマを発生させてこれを前記複数の吹出口からそれぞれ各基板間に導入することより各基板にプラズマ処理を施す半導体製造装置であって、
前記減圧排気装置が、プラズマ処理の際に前記処理容器を０．１〜１０Ｐａに減圧するように構成され、
前記プラズマ生成ガス供給装置が、プラズマ処理の際の減圧後、前記プラズマ発生室に処理容器内よりの高い圧力のプラズマ生成ガスを導入してプラズマ発生室の圧力を処理容器の圧力よりも高圧にするように構成され、
さらに、前記プラズマ発生装置が、前記プラズマ生成ガス導入後にプラズマ発生室にプラズマを発生させるように構成された、
半導体製造装置。