JP2009099919A - 処理装置及びその使用方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】パーティクルの発生を抑制しつつクリーニングの頻度を小さくしてスループットを向上させることが可能な処理装置を提供する。
【解決手段】真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器４と、被処理体Ｗを複数段に保持して処理容器内に挿脱される保持手段１２と、処理容器の外周に設けられる加熱手段９６と、処理容器内へガスを供給するガス供給手段２８，３０，３６と、処理容器内の長手方向に沿って設けられて対向する電極を有するプラズマボックス６６と、プラズマ発生用の高周波電力を発生する高周波電源７６と、対向する電極と高周波電源とを接続すると共にいずれか一方が接地された対の給電導体と７８，８０を備え、被処理体に所定の処理を施すようにした処理装置において、対の給電導体の途中に、対向する電極のグランド側とホット側とを切り替えるための切替手段８４を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に薄膜等を形成するための処理装置及びその使用方法に関する。
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を特許文献１等に開示されている縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。
ここで上記半導体集積回路の特性を向上させる要因の１つとして、集積回路中の絶縁膜の特性を向上させることは重要である。上記集積回路中の絶縁膜としては、一般的にはＳｉＯ２ 、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、Ｐ（プラズマ）−ＳｉＯ、Ｐ（プラズマ）−ＳｉＮ、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）、Ｓｉ３ Ｎ４ （シリコン窒化膜）等が用いられる。そして、特にシリコン窒化膜は、絶縁特性がシリコン酸化膜より比較的良好なこと、及びエッチングストッパ膜や層間絶縁膜としても十分に機能することから多用される傾向にある。また同様な理由でボロン窒化膜も用いられる傾向にある。
半導体ウエハの表面に上述したようなシリコン窒化膜を形成するには、成膜ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４ ）やジクロルシラン（ＳｉＨ２ Ｃｌ２ ）やヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２ Ｃｌ６ ）、ビス ターシャル ブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）や（ｔ−Ｃ４ Ｈ９ ＮＨ）２ ＳｉＨ２ 等のシラン系ガスを用いて熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。そして、上記絶縁膜の誘電率を小さくするためにシリコン窒化膜に不純物として例えばボロン（Ｂ）を添加して絶縁膜を形成するようにした提案もなされている（特許文献２）。
ところで、最近にあっては半導体集積回路の更なる高集積化及び高微細化の要求が強くなされており、回路素子の特性の向上を目的として半導体集積回路の製造工程における熱履歴も低減化することが望まれている。このような状況下において、縦型の、いわゆるバッチ式の縦型の処理装置においても、ウエハをそれ程の高温に晒さなくても目的とする処理が可能なことから、原料ガス等を間欠的に供給しながら原子レベルで１層〜数層ずつ、或いは分子レベルで１層〜数層ずつ繰り返し成膜する方法が知られている（特許文献３〜５等）。このような成膜方法は一般的にはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と称されている。
そして、上記成膜方法を実施するための成膜装置として例えば特許文献５に示すように、プラズマを用いた縦型の成膜装置が提案されている。この特許文献５に示す成膜装置では、縦型の処理容器の側部に沿って縦長のプラズマボックスを形成し、このプラズマボックスの外側に高周波電力を印加するための一対の電極を配置すると共に、上記プラズマボックス内には活性化するガスとして例えばＮＨ３ ガスを供給する分散ノズルを設けるようになっている。
ここで従来の成膜方法としては、シラン系ガスであるジクロロシラン（以下、「ＤＣＳ」とも称す）と活性化する窒化ガスであるＮＨ３ ガスとを用いてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成している。具体的には、処理容器内に、ＤＣＳとＮＨ３ ガスとを交互に間欠的に供給し、ＮＨ３ ガスを供給する時に上記一対の電極にＲＦ（高周波）を印加してプラズマボックス内にプラズマを立ててＮＨ３ を活性化し、これを処理容器中に導入して、窒化反応を促進するようにしている。この場合、ＤＣＳを処理容器内へ供給することにより、ウエハ表面上にＤＣＳが分子レベルで一層、或いは複数層吸着し、そして余分なＤＣＳを不活性ガスパージ、或いは真空引きで排除した後、ＮＨ３ を供給してプラズマを立てることによって低温での窒化を促進して窒化膜を形成し、この一連の工程を繰り返し行っている。
特開平１１−１７２４３９号公報 特開平２−９３０７１号公報 特開平６−４５２５６号公報 特開平１１−８７３４１号公報 特開２００６−２８７１９４号公報
ところで、上記プラズマボックスは例えば石英（ＳｉＯ２ ）製の区画壁で区画されているが、このプラズマボックス内では上述のようにプラズマが発生することから、上記ＳｉＯ２ 製の区画壁の内面がプラズマにより活性化されたイオンによりスパッタされて削られたり、或いは削られたＳｉＯ２ 粒子が内部に再付着したり、更にはこの再付着したＳｉＯ２ 粒子が活性化されたＮＨ３ により窒化されたりなどして各種物質、例えばＳｉＯ２ やＳｉＯＮ等よりなる付着物がプラズマボックスの内壁面に付着し、パーティクルの発生原因となることは避けられなかった。
この場合、パーティクルの発生する前に上記不要な付着物を除去するクリーニング処理が、所定の積算膜厚だけ成膜する毎、或いは定期的、不定期的に行われるが、このクリーニング処理の頻度がかなり多くなり、スループットの低下を余儀なくされる、といった問題があった。
本発明は、上記問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、パーティクルの発生を抑制しつつクリーニングの頻度を小さくしてスループットを向上させることが可能な処理装置及びその使用方法を提供することにある。
本発明者等は、プラズマボックス内におけるパーティクルの発生のメカニズムについて鋭意研究した結果、プラズマボックスに設けた電極のホット側とグランド側とを適宜切り替えて高周波電力を印加することにより、パーティクルの発生を抑制することができる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。
請求項１に係る発明は、真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、被処理体を複数段に保持して前記処理容器内に挿脱される保持手段と、前記処理容器の外周に設けられる加熱手段と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の長手方向に沿って設けられて対向する電極を有するプラズマボックスと、プラズマ発生用の高周波電力を発生する高周波電源と、前記対向する電極と前記高周波電源とを接続すると共にいずれか一方が接地された対の給電導体とを備え、前記被処理体に所定の処理を施すようにした処理装置において、前記対の給電導体の途中に、前記対向する電極のグランド側とホット側とを切り替えるための切替手段を設けるように構成したことを特徴とする処理装置である。
このように、プラズマボックスに対向配置させて設けた電極に接続された対の給電導体の途中に、対向する電極のグランド側とホット側とを切り替えるための切替手段を設けるようにして、ホット側とグランド側とを適宜切り替えて高周波電力を印加するようにしたので、パーティクルの発生を抑制することができ、その結果、クリーニングの頻度を小さくしてスループットを向上させることができる。
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記プラズマボックスは、プラズマ発生空間を区画する石英製の区画壁を有しており、該区画壁の外周面側に前記対向する電極が設けられている。
また例えば請求項３に記載したように、前記切替手段は、電子的又は機械的に形成されており、必要に応じて前記切替手段を制御する切替制御部を有している。
また例えば請求項４に記載したように、前記切替制御部は、所定の数のバッチ処理を行った時に切り替えるように制御する。
また例えば請求項５に記載したように、前記切替制御部は、１バッチ処理を行っている間に１回又は複数回切り替えるように制御する。
また例えば請求項６に記載したように、前記所定の処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理である。
請求項７に係る発明は、真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、被処理体を複数段に保持して前記処理容器内に挿脱される保持手段と、前記処理容器の外周に設けられる加熱手段と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、前記処理容器内の長手方向に沿って設けられて対向する電極を有するプラズマボックスと、プラズマ発生用の高周波電力を発生する高周波電源と、前記対向する電極と前記高周波電源とを接続すると共にいずれか一方が接地された対の給電導体とを備え、前記被処理体に所定の処理を施すようにした処理装置の使用方法において、前記対向する電極のホット側とグランド側とを切り替える切り替え操作を行うようにしたことを特徴とする処理装置の使用方法である。
この場合、例えば請求項８に記載したように、前記切り替え操作は、所定の数のバッチ処理を行った時に実行する。
また例えば請求項９に記載したように、前記切り替え操作は、１バッチ処理を行っている間に１回又は複数回実行する。
また例えば請求項１０に記載したように、前記所定の処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理である。
請求項１１に係る発明は、請求項１に記載の処理装置を用いて被処理体に所定の処理を施すに際して、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の使用方法を実行するようなコンピュータ読み書き可能なプログラムを記憶する記憶媒体である。
本発明に係る処理装置及びその使用方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
プラズマボックスに対向配置させて設けた電極に接続された対の給電導体の途中に、対向する電極のグランド側とホット側とを切り替えるための切替手段を設けるようにして、ホット側とグランド側とを適宜切り替えて高周波電力を印加するようにしたので、パーティクルの発生を抑制することができ、その結果、クリーニングの頻度を小さくしてスループットを向上させることができる。
以下に、本発明に係る処理装置及びその使用方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の係る処理装置の一例を示す縦断面構成図、図２は処理装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図、図３は電極に高周波電力を供給する高周波回路の一例を示す回路図である。尚、ここではシラン系ガスとしてジクロロシラン（ＤＣＳ）を用い、窒化ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ３ ）を用い、上記ＮＨ３ ガスをプラズマにより活性化して窒化膜としてＳｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明する。
図示するように、プラズマを形成することができるこの処理装置２は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器４を有している。この処理容器４の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器４内の天井には、石英製の天井板６が設けられて封止されている。また、この処理容器４の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド８がＯリング等のシール部材１０を介して連結されている。尚、ステンレス製のマニホールド８を設けないで、全体を円筒体状の石英製の処理容器で構成した装置もある。
上記処理容器４の下端は、上記マニホールド８によって支持されており、このマニホールド８の下方より複数枚の被処理体としての半導体ウエハＷを複数段に載置した保持手段としての石英製のウエハボート１２が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合において、このウエハボート１２の支柱１２Ａには、例えば５０〜１００枚程度の直径が３００ｍｍのウエハＷを略等ピッチで多段に支持できるようになっている。
このウエハボート１２は、石英製の保温筒１４を介してテーブル１６上に載置されており、このテーブル１６は、マニホールド８の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部１８を貫通する回転軸２０上に支持される。
そして、この回転軸２０の貫通部には、例えば磁性流体シール２２が介設され、この回転軸２０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部１８の周辺部とマニホールド８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材２４が介設されており、処理容器４内のシール性を保持している。
上記した回転軸２０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム２６の先端に取り付けられており、ウエハボート１２及び蓋部１８等を一体的に昇降して処理容器４内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル１６を上記蓋部１８側へ固定して設け、ウエハボート１２を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
このマニホールド８には、処理容器４内の方へプラズマ化される窒化ガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ３ ）ガスを供給する第１のガス供給手段２８と、成膜ガスであるシラン系ガスとして例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスを供給する第２のガス供給手段３０と、パージガスとして不活性ガス、例えばＮ２ ガスを供給する第３のガス供給手段３６とが設けられる。具体的には、上記第１のガス供給手段２８は、上記マニホールド８の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなるガス分散ノズル３８を有している。このガス分散ノズル３８には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔３８Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔３８Ａから水平方向に向けて略均一にアンモニアガスを噴射できるようになっている。
また同様に上記第２のガス供給手段３０も、上記マニホールド８の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなるガス分散ノズル４０を有している。このガス分散ノズル４０には、その長さ方向に沿って複数（多数）のガス噴射孔４０Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４０Ａから水平方向に向けて略均一にシラン系ガスであるＤＣＳガスを噴射できるようになっている。
また同様に上記第３のガス供給手段３６は、上記マニホールド８の側壁を貫通して設けたガスノズル４６を有している。上記各ノズル３８、４０、４６には、それぞれのガス通路４８、５０、５６が接続されている。そして、各ガス通路４８、５０、５６には、それぞれ開閉弁４８Ａ、５０Ａ、５６Ａ及びマスフローコントローラのような流量制御器４８Ｂ、５０Ｂ、５６Ｂが介設されており、ＮＨ３ ガス、ＤＣＳガス及びＮ２ ガスをそれぞれ流量制御しつつ供給できるようになっている。これらの各ガスの供給、供給停止、ガス流量の制御及び後述する高周波のオン・オフ制御等は例えばコンピュータ等よりなる制御手段６０により行われる。またこの制御手段６０は、上記制御に加え、この装置全体の動作も制御する。そして、この制御手段６０は、上記制御を行うためのプログラムが記憶されているフロッピディスクやフラッシュメモリやハードディスク等よりなる記憶媒体６２を有している。
一方、上記処理容器４の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってプラズマを発生させて活性化対象ガス、ここでは窒化ガスを活性化させるプラズマボックス６６が形成されると共に、このプラズマボックス６６に対向する処理容器４の反対側には、この内部雰囲気を真空排気するために処理容器４の側壁を、例えば上下方向へ削りとることによって形成した細長い排気口６８が設けられている。
具体的には、上記プラズマボックス６６は、上記処理容器４の側壁を上下方向に沿って所定の幅で削りとることによって上下に細長い開口を形成し、この開口をその外側より覆うようにして断面凹部状になされた上下に細長い例えば石英製の区画壁７２を容器外壁に気密に溶接接合することにより形成されている。そして、この区画壁７２内がプラズマ発生空間となっている。そして、上記開口には、縦方向に延びる長孔、すなわちスリット７０が形成された例えば石英製のスリット板７１が接合されている。これにより、上記スリット７０を介してプラズマボックス６６内と処理容器４内とが連通されている。
このようにして、この処理容器４の側壁の一部を凹部状に外側へ窪ませることにより一側が処理容器４内へスリット７０を介して連通されたプラズマボックス６６が一体的に形成されることになる。上記スリット７０は、ウエハボート１２に保持されている全てのウエハＷを高さ方向においてカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。
そして、上記区画壁７２の両側壁の外側面には、その長さ方向（上下方向）に沿って互いに対向するようにして細長い一対の電極７４、７５が設けられており、この電極７４、７５には、図２及び図３に示すような高周波回路７３に接続されている。尚、この電極７４、７５は一対に限らず、複数対設けるようにしてもよい。具体的には、この高周波回路７３の一部を形成する上記電極７４、７５にはプラズマ発生用の高周波電源７６が対の給電導体７８、８０を介してそれぞれ接続されており、上記電極７４、７５に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになっている。尚、この高周波電圧の周波数は１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば４００ｋＨｚ等を用いてもよい。
そして、上記高周波電源７６の直ぐ下流側において、上記対の給電導体７８、８０の内のいずれか一方、ここでは給電導体７８が接地されている。そして、この上記対の給電導体７８、８０の途中には、マッチング回路８２と、本発明の特徴とする切替手段８４とがそれぞれ上流側より下流側に向けて順次介設されている。上記マッチング回路８２は、内部に図示しないコイルや可変コンデンサ等を有しており、この高周波回路７８のインピーダンス整合を図るものである。
また、上記切替手段８４は、各給電導体７８、８０の途中に介設した互いに連動する切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂを有している。そして、一方の切替スイッチ８６Ａは、他方の給電導体８０の下流側から延びる分岐給電導体８０Ａと給電導体７８の下流側との間で切り替え可能になされ、他方の切替スイッチ８６Ｂは、他方の給電導体７８の下流側から延びる分岐給電導体７８Ａと給電導体８０の下流側との間で切り替え可能になされている。
そして、上記切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂを連動させて切り替えることにより、上記電極７４、７５をグランド側とホット側とにそれぞれ切り替えることができるようになっている。ここでグランド側とは電極が電気的に接地された状態になる側を指し、ホット側とは接地されないで高周波電源７６に直接的に接続された状態になっている側を指し、図３に示す状態の切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂでは、電極７４がグランド側となり、電極７５がホット側となっている。
そして、この切替手段８４の切り替えは、切替制御部８８によって制御されるようになっている。この切替制御部８８は、前述した制御手段６０（図１参照）の支配下で動作している。この切替手段８４としては、例えば電磁リレー等を用いた機械的な構成でもよいし、トランジスタ等のスイッチング素子を用いた電子的な構成でもよく、いずれにしても電極のグランド側とホット側とを切り替えることができるならば、どのような構成でもよい。
図１に戻って、上記処理容器４内を上方向に延びていく窒化ガス用のガス分散ノズル３８は途中で処理容器４の半径方向外方へ屈曲されて、上記区画壁７２内の一番奥（処理容器４の中心より一番離れた部分）に位置され、この一番奥の部分に沿って上方に向けて起立させて設けられている。従って、高周波電源７６がオンされている時に上記ガス分散ノズル３８のガス噴射孔３８Ａから噴射されたアンモニアガスはここで活性化されて処理容器４の中心に向けて拡散しつつ流れるようになっている。
そして上記区画壁７２の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー９０が取り付けられている。また、この絶縁保護カバー９０の内側部分には、図示しない冷媒通路が設けられており、冷却された窒素ガスや冷却水を流すことにより上記電極７４、７５を冷却し得るようになっている。
そして上記区画壁７２のスリット板７１の外側近傍、すなわち処理容器４内には、上記シラン系ガス用のガス分散ノズル４０が起立させて設けられており、このノズル４０に設けた各ガス噴射孔４０Ａより処理容器４の中心方向に向けてシラン系ガスを噴射し得るようになっている。
一方、上記スリット板７１に対向させて設けた排気口６８には、これを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に成形された排気口カバー部材９２が溶接により取り付けられている。この排気口カバー部材９２は、上記処理容器４の側壁に沿って上方に延びており、処理容器４の上方のガス出口９４より図示しない真空ポンプや圧力調整弁等を介設した真空排気系により真空引きされる。そして、この処理容器４の外周を囲むようにしてこの処理容器４及びこの内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱手段９６が設けられている。
次に、以上のように構成された処理装置２の使用方法を、プラズマを用いた成膜方法（いわゆるＡＬＤ成膜）を例にとって説明する。
まず、シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、上記窒化ガス供給工程ではプラズマを立てるようにしてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）よりなる薄膜を形成する。
図４は上述したようなプラズマを用いた成膜時における各種ガスの供給のタイミングとＲＦ（高周波）の印加タイミングの一例を示すタイミングチャートである。まず、常温の多数枚、例えば５０〜１００枚の３００ｍｍサイズの製品用のウエハＷが載置された状態のウエハボート１２を予め所定の温度になされた処理容器４内にその下方より上昇させてロードし、蓋部１８でマニホールド８の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。
そして処理容器４内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段９６への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持する。上記ＤＣＳガスを第２のガス供給手段３０から供給し、そして、ＮＨ３ ガスを第１のガス供給手段２８から供給する。具体的には、図４に示すように、上記シラン系ガスを供給するシラン系ガス供給工程と上記窒化ガスを供給する窒化ガス供給工程とを交互に繰り返し行うと共に、上記窒化ガス供給工程ではプラズマを立てるようにする。
上記プラズマを立てるには、高周波電源７６より給電導体７８、８０を介して対向する電極７４、７５間に高周波電力を印加し、これによりプラズマボックス６６内にてＮＨ３ ガスが活性化されて分解し、プラズマが立つことになる。そして、上記シラン系ガス供給工程と窒化ガス供給工程との間には、パージを行う間欠期間を設けるようにするのがよい。尚、この間欠期間を設けなくてもよい。また隣り合うシラン系ガス供給工程同士間が１サイクルとなる。これにより、回転しているウエハボート１２に支持されているウエハＷの表面にＳｉＮ薄膜を形成する。
具体的には、ＮＨ３ ガスはガス分散ノズル３８の各ガス噴射孔３８Ａから水平方向へ噴射され、また、ＤＣＳガスはガス分散ノズル４０の各ガス噴射孔４０Ａから水平方向へ噴射され、各ガスが反応してＳｉＮ薄膜が形成される。この場合、上記各ガスは、連続的に供給されるのではなく、図４に示すようにＤＣＳガスは間欠的に、パルス状に供給される（シラン系ガス供給工程）。上記工程によりガスがウエハ表面に吸着されることになる。ＮＨ３ ガスは上記シラン系ガス供給工程からタイミングをずらして同じくパルス状に供給される（窒化ガス供給工程）。
そして、上記窒化ガス供給工程の前後にはパージを行う間欠期間を挟み込んでおり、ＳｉＮ膜を一層ずつ繰り返し積層する。また間欠期間においては真空引きが継続されて容器内に残留するガスを排除している。そして、ＮＨ３ ガスを単独で流す時には、上述したように、高周波電源７６をパルス状にオンしてプラズマを立てるようにし、これによりＮＨ３ ガスが活性化されて活性種等が作られて反応が促進された状態で成膜がなされる。
この場合、プラズマを立てる時にはＮＨ３ ガスの供給期間の全期間に亘って高周波電源７６をオンしてもよいし、ＮＨ３ ガスの供給開始から所定の時間が経過した後に、高周波電源７６をオンするようにしてもよい。
この場合、シラン系ガスの供給期間（シラン系ガス供給工程）Ｔ１は２〜１０秒程度、窒化ガス供給期間（窒化ガス供給工程）Ｔ２は１０〜２０秒程度、前半の間欠期間Ｔ３は５〜１５秒程度、後半の間欠期間Ｔ４は５〜１５秒程度であるが、これらの各時間は単に一例を示したに過ぎず、この数値に限定されない。通常、１サイクルによって形成される膜厚は、プラズマを立てる場合と立てない場合とを平均すると、１．１〜１．３Å／サイクル程度であるので、目標膜厚が例えば５００Åであるならば、４５０サイクル程度繰り返し行うことになる。このようにして１バッチ処理が行われることになる。尚、１バッチ処理とは、上述のように複数枚のウエハに対して同時に１つの処理を行うことを指す。
ここで、上記１バッチ処理を行っている間に、上記切替制御部８８の制御により上記切替手段８４の切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂを１回又は複数回切り替えるようにする。或いは、所定の数のバッチ処理を行う毎に上記切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂを連動させて切り替えるようにする。この切り替え操作により、両電極７４、７５のホット側とグランド側とを切り替えるようにする。例えば図３に示すような切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂの場合には（１側へ接続）、電極７４がグランド側となり、電極７５はホット側となっている。また切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂを切り替えた場合には（２側へ接続）、今度は電極７４がホット側となり、電極７５がグランド側となる。
このような切り替え操作は、図４中において、１サイクル毎、或いは数サイクル毎に行ってもよい。更には１バッチ処理、或いは複数バッチ処理毎に行うようにしてもよく、その態様はどのように行ってもよい。
従来の処理装置では、対向配置した電極のグランド側とホット側とは常時固定であったので、ホット側のみの区画壁の石英がスパッタされて、その周辺に多量の付着物が堆積する傾向にあったのでクリーニング頻度が多くなったが、上述した本発明の使用方法のように、プラズマボックス６６に対向配置させて設けた電極７４、７５に接続された対の給電導体７８、８０の途中に、対向する電極７４、７５のグランド側とホット側とを切り替えるための切替手段８４を設けるようにして、ホット側とグランド側とを適宜切り替えて高周波電力を印加するようにしたので、パーティクルの発生を抑制することができ、その結果、クリーニングの頻度を小さくしてスループットを向上させることができる。
この理由は、以下の通りである。すなわち、対向する電極７４、７５の内、グランド側の電極の電位は原理上はフラットなグランド電位となり、これに対してホット側の電極の電位は、高周波電力の大きさに対応した振幅で大きく振れることになる。この場合、ホット側の電極に対応する石英製の区画壁７２の内面にはプラズマにより発生したイオンが激しく衝突を繰り返すことになり、上記区画壁７２が削られ、これと同時に削り取られたＳｉＯ２ 粒子或いはＳｉＯ２ 分子の再付着及びその窒化が生じ、この結果、ホット側の電極の区画壁７２の内面側には、不要な付着物が多く形成される傾向となる。これに対して、グランド側の電極の区画壁７２の内面側には、上述したような作用が生じ難いので、不要な付着物は形成され難い傾向となる。
このような不要な付着物は、ある程度以上の膜厚になると剥がれ落ちてパーティクルとなるので、全体としての膜厚の成長速度を抑制することにより、すなわち電極に関してホット側とグランド側とを切り替えて用いることにより、クリーニング期間を延ばしてクリーニング頻度を小さくすることができるようになる。
＜ホット側とグランド側の切り替えの評価＞
ここで、実際に先に説明した処理装置を用いてＳｉＮ膜の成膜処理を複数のバッチ処理に亘って行った時のパーティクルの発生の有無について実験を行ったので、その評価結果について説明する。
図５は電極に関してホット側とグランド側の切り替えを行わない従来の使用方法の場合の処理バッチ数とパーティクル数及び累積膜厚との関係を示すグラフ、図６は電極に関してホット側とグランド側の切り替えを行った本発明の使用方法の場合の処理バッチ数とパーティクル数及び累積膜厚との関係を示すグラフである。
ここで１バッチ処理では、１００枚のウエハに対して６３０℃の温度で５０ｎｍの膜厚を形成する処理を行った。またパーティクル数については８０ｎｍ以上の大きさのパーティクル数を総計した。
図５及び図６において、左側縦軸はパーティクル数を示し、右側縦軸は累積膜厚を示す。またグラフ中において、棒グラフはパーティクル数を示し、折れ線グラフは累積膜厚を示す。また各バッチ処理において、ウエハボートのトップ”Ｔ”、センタ”Ｃ”、ボトム”Ｂ”の各位置におけるパーティクルを測定している。
図５に示す従来の使用方法では、全体で２０バッチ処理行っており、略１０番目のバッチ処理数の時に累積膜厚が１．０μｍの値においてパーティクル数が１００を超えると、それ以降のほとんど全てのバッチ処理はパーティクル数が１００以上となっており、特に、１２、１３、１４及び１７番目のバッチ処理ではそれぞれ飛び抜けて多数のパーティクルが検出され、早期にクリーニング処理が必要であることが判る。
これに対して、図６に示す本発明の使用方法では、全体で２９バッチ処理を行っており、累積膜厚が略０．８μｍになった１７番目のバッチ処理を行った後に切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂの切り替えを行ってホット側電極とグランド側電極とを入れ替えている。これによれば、ホット側とグランド側の切り替え後の１８〜２９番目のバッチ処理においてそれぞれパーティクルの発生が抑制されて全てにおいてパーティクル数は１００以下になっており、良好な結果を示していることを確認することができた。
また、上記実施例ではプラズマ用ガスとしてＮＨ３ ガスを用いた場合を例にとって説明したが、ＮＨ３ ガスも含めて他のガスについても区画壁にエッチングが生ずるか否かについて検討したので、その評価結果について説明する。
図７は電極の区画壁のエッチング量のガス依存性を示すグラフである。ここではプロセス圧力を０．２１Ｔｏｒｒ、プロセス温度を４５０℃、高周波電力を５００ワットにそれぞれ設定し、プラズマボックスにＨ２ 、Ｎ２ 、ＮＨ３ 、Ａｒ（２種類の時間）をそれぞれ導入した時の区画壁に対するエッチング量（デポジション量）を測定している。尚、各ガスにおいてそれぞれ処理時間が異なっている点に注意されたい。
このグラフによれば、ガス種によらずグランド側の区画壁は僅かにエッチングされるか、或いは僅かにデポジションが生じている。これに対して、ホット側の区画壁はガス種によってエッチング量に大小の差はあるが、全体的に大幅にエッチングを受けていることを理解することができる。
尚、ここでは処理容器４の外側へ突出させてプラズマボックスを設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、処理容器内の側部に沿ってプラズマボックスを設けるようにした構造の処理容器にも本発明を適用することができる。
また、ここでは切替手段８４の切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂが自動的に切り替わるように設定したが、これを手動で行ってもよく、また、切替手段８４として単に下流側の給電導体７８、８０の接続状態を手動で交差接続と平行接続とを切り替えることができる切替スイッチを設けるようにしてもよい。
更には、ここではＳｉＮ膜の成膜処理を例にとって説明したが、このＳｉＮ膜に炭素やボロン等の不純物をドープするようにしてもよいし、更には、ＳｉＮ膜に限定されず、プラズマを用いて成膜する全ての膜種、例えばＳｉＮ２ やＳｉＯ２ 等の成膜用の処理装置に本発明を適用することができる。
また、成膜方法についても、いわゆるプラズマを用いたＡＬＤ成膜に限定されず、各ガスを連続的に供給して成膜するプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理についても本発明を適用することができる。この場合にも、プラズマＣＶＤ処理の１バッチ処理中に１回或いは複数回、切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂを切り替えるようにしてもよいし、１バッチ処理毎、或いは複数バッチ処理毎に切替スイッチ８６Ａ、８６Ｂを切り替えてもよい。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
本発明の係る処理装置の一例を示す縦断面構成図である。 処理装置（加熱手段は省略）を示す横断面構成図である。 電極に高周波電力を供給する高周波回路の一例を示す回路図である。 プラズマを用いた成膜時における各種ガスの供給のタイミングとＲＦ（高周波）の印加タイミングの一例を示すタイミングチャートである。 電極に関してホット側とグランド側の切り替えを行わない従来の使用方法の場合の処理バッチ数とパーティクル数及び累積膜厚との関係を示すグラフである。 電極に関してホット側とグランド側の切り替えを行った本発明の使用方法の場合の処理バッチ数とパーティクル数及び累積膜厚との関係を示すグラフである。 電極の区画壁のエッチング量のガス依存性を示すグラフである。
符号の説明
２ 処理装置
４ 処理容器
１２ ウエハボート（供給手段）
２８，３０，３６ 第１、第２及び第３のガス供給手段
６０ 制御手段
６２ 記憶媒体
６６ プラズマボックス
７３ 高周波回路
７４，７５ 電極
７６ 高周波電源
７８，８０ 給電導体
８２ マッチング回路
８４ 切替手段
８６Ａ，８６Ｂ 切替スイッチ
８８ 切替制御部
９６ 加熱手段
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (11)

  1. 真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、
    被処理体を複数段に保持して前記処理容器内に挿脱される保持手段と、
    前記処理容器の外周に設けられる加熱手段と、
    前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
    前記処理容器内の長手方向に沿って設けられて対向する電極を有するプラズマボックスと、
    プラズマ発生用の高周波電力を発生する高周波電源と、
    前記対向する電極と前記高周波電源とを接続すると共にいずれか一方が接地された対の給電導体とを備え、前記被処理体に所定の処理を施すようにした処理装置において、
    前記対の給電導体の途中に、前記対向する電極のグランド側とホット側とを切り替えるための切替手段を設けるように構成したことを特徴とする処理装置。
  2. 前記プラズマボックスは、プラズマ発生空間を区画する石英製の区画壁を有しており、該区画壁の外周面側に前記対向する電極が設けられていることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
  3. 前記切替手段は、電子的又は機械的に形成されており、必要に応じて前記切替手段を制御する切替制御部を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の処理装置。
  4. 前記切替制御部は、所定の数のバッチ処理を行った時に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の処理装置。
  5. 前記切替制御部は、１バッチ処理を行っている間に１回又は複数回切り替えるように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の処理装置。
  6. 前記所定の処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の処理装置。
  7. 真空引き可能になされた縦型の筒体状の処理容器と、
    被処理体を複数段に保持して前記処理容器内に挿脱される保持手段と、
    前記処理容器の外周に設けられる加熱手段と、
    前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
    前記処理容器内の長手方向に沿って設けられて対向する電極を有するプラズマボックスと、
    プラズマ発生用の高周波電力を発生する高周波電源と、
    前記対向する電極と前記高周波電源とを接続すると共にいずれか一方が接地された対の給電導体とを備え、前記被処理体に所定の処理を施すようにした処理装置の使用方法において、
    前記対向する電極のホット側とグランド側とを切り替える切り替え操作を行うようにしたことを特徴とする処理装置の使用方法。
  8. 前記切り替え操作は、所定の数のバッチ処理を行った時に実行するようにしたことを特徴とする請求項７記載の処理装置の使用方法。
  9. 前記切り替え操作は、１バッチ処理を行っている間に１回又は複数回実行するようにしたことを特徴とする請求項７記載の処理装置の使用方法。
  10. 前記所定の処理は、前記被処理体の表面に薄膜を形成する成膜処理であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の処理装置。
  11. 請求項１に記載の処理装置を用いて被処理体に所定の処理を施すに際して、
    請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の使用方法を実行するようなコンピュータ読み書き可能なプログラムを記憶する記憶媒体。
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