JP2011187536A

JP2011187536A - 基板処理装置

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Publication number: JP2011187536A
Application number: JP2010048971A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yamamoto; 哲夫山本
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-22

Abstract

【課題】少なくとも一対の電極とを有する基板処理装置において、該電極間を通過する処理ガスのプラズマ励起効率を向上させ、成膜速度を向上させることのできる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置を次のように構成する。すなわち、複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室２０３と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理室内に設けられ、電力が印加されることにより前記処理ガス供給部から供給される処理ガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極２６９，２７０とを有し、前記一対の電極は、それぞれ基板の中心位置から異なる距離に配置されることを特徴とする基板処理装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板処理技術に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）
の製造装置である基板処理装置やＩＣの製造方法において、半導体集積回路が作り込まれる半導体基板（例えば、半導体ウェハ）を複数、同時にプラズマ処理するうえで有効な基板処理技術に関する。

近年、ＩＣの高集積化や、高性能化のため、微細化プロセスの要求やＩＣ製造工程における熱履歴低減の要求が強まっており、そのための重要な技術の一つとして、縦型バッチ式プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理プロセスがある。
縦型バッチ式プラズマ処理装置においては、反応室内部にプラズマ発生室を設けておき、複数のウェハを保持したボートを反応室に搬入して、複数のウェハに対して同時にプラズマ処理をする際に、前記プラズマ発生室内にプラズマを発生させて、プラズマ発生室から反応室内に活性種を送り込むようにしているものがある。反応室内部にプラズマ発生室を設け、該プラズマ発生室内に２本（一対）の電極を設け、該２本の電極間に処理用ガスを送り込んでプラズマを発生させ、プラズマ発生室から反応室内に活性種を送り込むことが、特許文献１の図８等に開示されている。

特開２００８−３００４４４号公報

しかしながら、従来のバッチ式縦型プラズマ処理装置においては、処理用ガスの一部が、プラズマ発生室内に設けられた２本の電極間を通過せず、２本の電極間以外の部分、例えば、プラズマ発生室の側壁と電極の間を通過して、反応室内に送り込まれるような構造となっていた。２本の電極間以外の部分を通過した処理用ガスは、プラズマ化されず、反応に寄与しない。その結果、プラズマ発生室内で生成される活性種が少なくなり、成膜速度を向上させることが困難であった。処理用ガスのプラズマ励起効率を向上させるには、電極に供給される高周波電源の電力供給を増加させること等が考えられるが、エネルギの損失が増えるというデメリットがある。
本発明の目的は、処理用ガスのプラズマ励起効率を向上させ、成膜速度を向上させることのできる基板処理装置を提供することにある。

上記の課題を解決するための、本発明の代表的な構成は、次のとおりである。すなわち、
複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室内に設けられ、電力が印加されることにより前記処理ガス供給部から供給される処理ガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極とを有し、
前記一対の電極は、それぞれ基板の中心位置から異なる距離に配置されることを特徴とする基板処理装置。

上記の構成によれば、処理ガス供給部から供給される処理ガスの多くが、一対の電極の間を通過するようになるため、プラズマ化されず反応に寄与しない処理ガスを少なくでき、処理ガスのプラズマ励起効率を向上させ、成膜速度を向上することができる。

本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉の垂直断面図である。本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉の水平断面図である。図３のａ-ｂ´断面図である。図３のｂ-ｂ´断面図である。

本実施の形態において、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。以下、本発明の１実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の１実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置を示す斜視図である。図２は、本発明の１実施形態に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉の垂直断面図である。図３は、本発明の実施例に係るバッチ式縦型成膜装置の処理炉の水平断面図である。

［基板処理装置の概略］
まず、図１、図２を参照して、本実施形態に係る基板処理装置１０を概略的に説明する。図１に示すように、基板処理装置１０の筐体１０１内部の前面側には、カセットステージ１０５が設けられている。カセットステージ１０５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１００の授受を行う。カセットステージ１０５の後方には、カセット搬送機１１５が設けられている。カセット搬送機１１５の後方には、カセット１００を保管するためのカセット棚１０９が設けられる。また、カセットステージ１０５の上方には、カセット１００を保管するための予備カセット棚１１０が設けられている。予備カセット棚１１０の上方には、クリーンユニット１１８が設けられている。クリーンユニット１１８は、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させる。

筐体１０１の後部上方には、処理炉（処理炉）２０２が設けられている。処理炉２０２の下方には、ボートエレベータ１２１が設けられている。ボートエレベータ１２１は、ウエハ２００を搭載したボート２１７を、処理炉２０２の内と外の間で昇降させる。ボート２１７は、ウエハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持具である。ボートエレベータ１２１には、処理炉２０２の下端を塞ぐための蓋体としてのシールキャップ２１９が取り付けられている。シールキャップ２１９は、ボート２１７を垂直に支持する。
ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には、ウエハ２００を搬送するウエハ移載機１１２が設けられている。ボートエレベータ１２１の横には、処理炉２０２の下端を気密に閉塞するための炉口シャッタ１１６が設けられている。炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が処理炉２０２の外にあるときに、処理炉２０２の下端を閉塞することができる。

ウエハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５に搬入される。さらに、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、カセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。カセット棚１０９には、ウエハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３がある。ボート２１７に対してウエハ２００が移載されるカセット１００は、カセット搬送機１１５により移載棚１２３に移載される。カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ移載機１１２により、移載棚１２３から降下状態のボート２１７に、ウエハ２００を移載する。

ボート２１７に所定枚数のウエハ２００が移載されると、ボートエレベータ１２１により、ボート２１７が処理炉２０２内に挿入され、シールキャップ２１９により、処理炉２０２が気密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内では、ウエハ２００が加熱されると共に、処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウエハ２００に加熱等の処理がなされる。
ウエハ２００の処理が完了すると、上記した動作の逆の手順により、ウエハ２００は、ウエハ移載機１１２により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００は、カセット搬送機１１５により、移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により、筐体１０１の外部に搬出される。
ボート２１７が降下状態において、炉口シャッタ１１６は、処理炉２０２の下端を気密に閉塞し、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。

［処理炉］
図１、図２に示されているように、本実施形態に係る基板処理装置１０は、処理炉２０２を備えており、処理炉２０２は、石英製の反応管２０３を備えている。反応管２０３は、基板（本例ではウエハ２００）を収容し、加熱処理する反応容器である。反応管２０３は、加熱部（本例では抵抗ヒータ２０７）の内側に設けられている。反応管２０３は、その下端開口をシールキャップ２１９により、気密部材（本例ではＯリング２２０）を介して気密に閉塞される。
ヒータ２０７、反応管２０３およびシールキャップ２１９により、処理炉２０２が形成されている。また、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により、基板処理室２０１が形成されている。シールキャップ２１９の上には、基板保持部材（ボート２１７）が、石英キャップ２１８を介して立設されている。石英キャップ２１８は、ボート２１７を保持する保持体である。ボート２１７は、処理炉２０２内に、処理炉２０２の下端開口から挿入される。ボート２１７には、バッチ処理される複数のウエハ２００が、それぞれ水平姿勢で管軸方向（垂直方向）に多段に積載される。ヒータ２０７は、処理炉２０２に挿入されたウエハ２００を、所定の温度に加熱する。

［ガス供給系］
図２に示すように、本実施例においては、処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類の処理ガスが供給される。第１の処理ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、第１の処理ガス供給源２４０ａと、流量制御装置として用いられるマスフローコントローラ２４１ａと、開閉装置として用いられるバルブ２４３ａとが設けられている。第１の処理ガス供給源２４０ａからの原料ガスとしての第１の処理ガスが、マスフローコントローラ２４１ａ、及びバルブ２４３ａ、ノズル２３３ａを介し、後述するバッファ室２３７を通って処理室２０１内に供給される。

第２の処理ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、第２の処理ガス供給源２４０ｂと、マスフローコントローラ２４１ｂと、バルブ２４３ｂと、ガス溜め２４７と、バルブ２４３ｃとが設けられている。第２の処理ガス供給源２４０ｂからの原料ガスとしての第２の処理ガスが、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、バルブ２４３ｃ、ノズル２３３ｂを介し、後述するガス供給室２４９を通って処理室２０１内に供給される。

［バッファ室］
図２や図３に示すように、処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウエハ２００と隣接する内側壁２３７ｂにはガスを供給する供給孔であるガス供給孔２３７ａが設けられている。バッファ室２３７は、図３に示すように、反応管２０３の側壁の一部である外側壁２３７ｃと、前記内側壁２３７ｂと、外側壁２３７ｃと内側壁２３７ｂとを接続する接続壁２３７ｄ、２３７ｅとを備えており、上端及び下端は閉塞されている。
ガス供給孔２３７ａは、反応管２０３の中心へ向けて開口している。このガス供給孔２３７ａは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。各ガス供給孔２３７ａ間のピッチ（間隔）は、各ウエハ２００間のピッチ（間隔）と同一としている。

そしてバッファ室２３７の下方の端部には、前述したノズル２３３ａが設けられている。バッファ室２３７内において、ノズル２３３ａのガス供給孔より噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、ガス供給孔２３７ａより処理室２０１に噴出されている。よって、ノズル２３３ａのガス供給孔より噴出したガスは、バッファ室２３７の各ガス供給孔２３７ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
第１の処理ガス供給源２４０ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２３３ａ、バッファ室２３７、ガス供給孔２３７ａ等から、第１の処理ガス供給部が構成される。

ガス供給孔２３７ａの位置より、反応管２０３の内周を９０°程度回った内壁に、ガス供給室２４９が設けられている。このガス供給室２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給室である。
このガス供給室２４９もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔であるガス供給孔２４９ａを有し、ガス供給室２４９の下部には、ノズル２３３ｂを介し、第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。
ガス供給孔２４９ａの開口面積は、ガス供給室２４９内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。本実施の形態においては、ガス供給孔２４９ａの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。
第２の処理ガス供給源２４０ｂ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、バルブ２４３ｃ、ノズル２３３ｂ、ガス供給室２４９、ガス供給孔２４９ａ等から、第２の処理ガス供給部が構成される。該第２の処理ガス供給部と前述した第１の処理ガス供給部とを総称して、処理ガス供給部と称する。

［プラズマ生成用電極］
プラズマ生成用電極やプラズマ生成領域について、図３ないし図５を用いて説明する。図４は、図３のａ-ｂ´断面図である。図５は、図３のｂ-ｂ´断面図である。図３に示すように、バッファ室２３７内に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が、上部より下部にわたって、電極を保護する保護管である電極保護管２７５内に保護されて配設されている（図４参照）。この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は、整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。プラズマ生成領域２２４は、図５に示すように、最上部のガス供給孔２３７ａよりも上部まで形成され、最下部のガス供給孔２３７ａよりも下部まで形成される。第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０の長さは、プラズマ生成領域２２４の長さとほぼ等しい。
図３に示すように、電極２６９は基板の中心位置から距離Ａに配置され、電極２７０は基板の中心位置から距離Ｂに配置されている。つまり、一対の電極２６９，２７０は、それぞれ基板の中心位置から異なる距離に配置されている。このように配置されることにより、一対の電極２６９，２７０が基板の中心位置から等しい距離に配置される場合に比べ、プラズマ生成領域２２４をガス供給孔２３７ａの近傍に設定することができ、プラズマ化されず反応に寄与しない処理ガスを少なくでき、処理ガスのプラズマ励起効率を向上させ、成膜速度を向上することができる。
詳しく説明すると、第１の棒状電極２６９を収容した電極保護管２７５は、バッファ室２３７の外側壁２３７ｃであって、ガス供給孔２３７ａを挟み接続壁２３７ｅに近い外側壁２３７ｃに接触するよう設けられている。また、第２の棒状電極２７０を収容した電極保護管２７５は、バッファ室２３７の内側壁２３７ｂであって、ガス供給孔２３７ａを挟み接続壁２３７ｄに近い内側壁２３７ｂに接触するよう設けられている。つまり、第１の棒状電極２６９と第２の棒状電極２７０は、その間にガス供給孔２３７ａを挟むように設けられており、第１の棒状電極２６９を収容した電極保護管２７５は、バッファ室２３７の内側壁２３７ｂよりも外側壁２３７ｃに近くなるよう設けられ、第２の棒状電極２７０を収容した電極保護管２７５は、バッファ室２３７の外側壁２３７ｃよりも内側壁２３７ｂに近くなるよう設けられている。したがって、プラズマ生成領域２２４をガス供給孔２３７ａの近傍に設定することができる。また、第２の棒状電極２７０を収容した電極保護管２７５を、バッファ室２３７の内側壁２３７ｂに接触するよう設けているので、処理ガスが、第２の棒状電極２７０を収容した電極保護管２７５と、バッファ室２３７の内側壁２３７ｂとの間を通過することを防止でき、プラズマ化されず反応に寄与しない処理ガスを少なくすることができる。

なお、図３に示す例では、第１の棒状電極２６９を収容した電極保護管２７５を、バッファ室２３７の外側壁２３７ｃに接触するよう設けているが、バッファ室２３７の内側壁２３７ｂに接触するよう設けてもよい。このようにすると、ガス供給孔２３７ａから処理室２０１内へ供給される処理ガスは、プラズマ生成領域２２４を通過するので、より確実に、プラズマ化されず反応に寄与しない処理ガスを少なくでき、処理ガスのプラズマ励起効率を向上させ、成膜速度を向上することができる。
また、図３に示す例とは逆に、第１の棒状電極２６９を収容した電極保護管２７５を、バッファ室２３７の内側壁２３７ｂに接触するように設け、第２の棒状電極２７０を収容した電極保護管２７５を、バッファ室２３７の外側壁２３７ｃに接触するように設けることもできる。このようにしても、プラズマ生成領域２２４をガス供給孔２３７ａの近傍に設定することができる。
さらに、変形例として、第１の棒状電極２６９を収容した電極保護管２７５と第２の棒状電極２７０を収容した電極保護管２７５のいずれか一方を、バッファ室２３７の内側壁２３７ｂに接触するように設け、他方を、バッファ室２３７の外側壁２３７ｃに接触するように設け、第１の棒状電極２６９と第２の棒状電極２７０を結ぶ直線を境界線にしたときに、該境界線の片側にガス供給孔２３７ａを設け、他の側にガスノズル２３３ａの供給孔を設けることもできる。このようにすると、ガスノズル２３３ａから供給された処理ガスは、必ず第１の棒状電極２６９と第２の棒状電極２７０との間を通過して、ガス供給孔２３７ａから処理室２０１内へ供給される。したがって、処理ガスを確実にプラズマ化することができる。

電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれを、バッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態で、バッファ室２３７内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部が外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。また、電極２６９、２７０を電極保護管２７５内に収容しているので、ウエハ８等への金属汚染を防止することができる。

［ボート］
反応管２０３内の中央部には、複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７はボートエレベータ１２１（図１参照）により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転装置（回転手段）であるボート回転機構２６７が設けてあり、このボート回転機構２６７によって石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。

［排気部］
基板処理室２０１には、基板処理室２０１内のガスを排気するガス排気管２３１の一端が接続されている。ガス排気管２３１の他端は、真空ポンプ２４６（排気装置）にＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ２５５を介して接続されている。基板処理室２０１内は、真空ポンプ２４６によって排気される。
なお、ＡＰＣバルブ２５５は、弁の開閉により基板処理室２０１の排気および排気停止を行なうことができる開閉弁であり、かつまた、弁開度の調節により圧力を調整することができる圧力調整弁である。

［制御部］
コントローラ２８０（制御部）は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、ＡＰＣバルブ２５５、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１２１、高周波電源２７３、整合器２７２等、基板処理装置１０の各構成部に電気的に接続されている。
コントローラ２８０は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、バルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、ＡＰＣバルブ２５５の開閉および圧力調整動作、ヒータ２０７の温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボートエレベータ１２１の昇降動作制御、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御等、基板処理装置１０の各構成部の制御を行う。

以上のように構成された基板処理装置１０において、ボート２１７に積載したウエハ２００の表面上つまり基板表面上に、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＡＬＤ法による成膜がなされる。

［成膜処理］
次にＡＬＤ法による成膜例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＤＣＳ及びＮＨ_３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法の中の１つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合、ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ジクロルシラン）とＮＨ_３（アンモニア）を用いて、３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）

まず成膜しようとするウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
（ステップ１）
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ_３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを並行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けたバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けたＡＰＣバルブ２５５を共に開けて、第１のガス供給管２３２ａからマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ_３ガスを、ノズル２３３からバッファ室２３７へ供給し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に、高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ_３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、ＡＰＣバルブ２５５を適正に調整して、処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａの範囲であって、例えば５５Ｐａに維持する。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ_３の供給流量は、１〜１０ｓｌｍの範囲であって、例えば７ｓｌｍで供給される。ＮＨ_３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度は、ウエハが３００〜６００℃の範囲であって、例えば５５０℃になるよう設定してある。ＮＨ_３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。

このＮＨ_３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側のバルブ２４３ｂを開け、下流側のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これによりバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ_３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ_３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ_３は、ウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。

（ステップ２）
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ_３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら、上流側のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２５５は開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ_３を処理室２０１から排除する。また、このときにはＮ_２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ_３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０^−３ｍ^３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３の容積が１００Ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は反応室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。

（ステップ３）
ステップ３では、処理室２０１内のＮＨ_３の排気が終わったら、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２５５を閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２５５が閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とする。このときのウエハ温度はＮＨ_３の供給時と同じく、３００〜６００℃の範囲内の所望の温度で維持される。ＤＣＳの供給により、ウエハ２００の表面に化学吸着したＮＨ_３とＤＣＳとが表面反応（化学吸着）して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、バルブ２４３ｃを閉じ、ＡＰＣバルブ２５５を開けて処理室２０１を真空排気し、成膜に寄与した後の残留するＤＣＳのガスを排除する。また、このときにはＮ_２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に、成膜に寄与した後の残留するＤＣＳのガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。またバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。

上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
ＡＬＤ装置では、処理ガスはウエハ２００の表面部分に化学吸着する。この処理ガスの吸着量は、処理ガスの圧力、及び処理ガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量の処理ガスを、短時間で吸着させるためには、処理ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、ＡＰＣバルブ２５５を閉めたうえで、ガス溜め２４７内に溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、処理室２０１内のＤＣＳの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量の処理ガスを瞬間的に吸着させることができる。

また、本実施の形態では、ガス溜め２４７にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ_３ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び処理室２０１の排気をしているので、ＤＣＳを溜めるための特別なステップを必要としない。また、処理室２０１内を排気してＮＨ_３ガスを除去してからＤＣＳを流すので、両者はウエハ２００に向かう途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウエハ２００に吸着しているＮＨ_３とのみ有効に反応させることができる。

なお、本発明は、前記実施例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。
例えば、上記実施例においてはＤＣＳガスとＮＨ_３ガスを用いてＳｉＮ膜を形成したが、ＳｉＮ膜以外の膜種や他のガス種であっても適用可能である。
また、前記実施例においては、バッチ式縦型成膜装置を用いて説明したが、本発明は、枚葉装置や横型装置にも適用することができる。
また、前記実施例においては、ウエ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。

本明細書には、次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室内に設けられ、電力が印加されることにより前記処理ガス供給部から供給される処理ガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極とを有し、
前記一対の電極は、それぞれ基板の中心位置から異なる距離に配置されることを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、処理ガス供給部から供給される処理ガスの多くが、一対の電極の間を通過するようになるため、プラズマ化されず反応に寄与しない処理ガスを少なくでき、処理ガスのプラズマ励起効率を向上させ、成膜速度を向上することができる。

第２の発明は、
複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室に隣接して設けられ、ガス供給孔から処理ガスを処理室内に供給するバッファ室と、
前記バッファ室内に処理ガスを供給するよう設けられた処理ガス供給ノズルと、
前記バッファ室内に設けられ、電力が印加されることにより前記処理ガス供給ノズルから供給される処理ガスを励起するプラズマを生成する一対の電極とを有し、
前記一対の電極は、電極保護管内に収容されるとともに前記ガス供給孔を挟むように配置され、一方の電極の電極保護管が前記バッファ室の内側壁に接触し、他方の電極の電極保護管が前記バッファ室の外側壁に接触するよう配置されることを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、処理ガスが、電極保護管とバッファ室の内側壁や外側壁との間を通過することを防止でき、プラズマ化されず反応に寄与しない処理ガスを少なくすることができる。

第３の発明は、
複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室に隣接して設けられ、ガス供給孔から処理ガスを処理室内に供給するバッファ室と、
前記バッファ室内に処理ガスを供給するよう設けられた処理ガス供給ノズルと、
前記バッファ室内に設けられ、電力が印加されることにより前記処理ガス供給ノズルから供給される処理ガスを励起するプラズマを生成する一対の電極とを有し、
前記一対の電極を結ぶ直線を挟んで、一方の側に前記バッファ室の処理ガス供給ノズルが配置され、他方の側に前記バッファ室のガス供給孔が配置されることを特徴とする基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、処理ガスをより確実にプラズマ化することができる。

１０…基板処理装置、２００…ウエハ、２０１…基板処理室、２０２…処理炉、２０３…反応管、２０７…ヒータ、２１７…ボート、２１８…石英キャップ、２１９…シールキャップ、２２０…Ｏリング、２３１…ガス排気管、２３２ａ…第１の処理ガス供給管、２３２ｂ…第２の処理ガス供給管、２３３ａ…ノズル、２３３ｂ…ノズル、２４０ａ…第１の処理ガス供給源、２４０ｂ…第２の処理ガス供給源、２４１ａ…マスフローコントローラ、２４１ｂ…マスフローコントローラ、２４３ａ…開閉バルブ、２４３ｂ…開閉バルブ、２４３ｃ…開閉バルブ、２４６…真空ポンプ、２５５…ＡＰＣバルブ、２６７…ボート回転機構、２６９…棒状電極、２７０…棒状電極、２７２…整合器、２７３…高周波電源、２７５…電極保護管、２８０…コントローラ。

Claims

複数の基板を積層して収容し、前記複数の基板に対し処理を行う処理室と、
前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理室内に設けられ、電力が印加されることにより前記処理ガス供給部から供給される処理ガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極とを有し、
前記一対の電極は、それぞれ基板の中心位置から異なる距離に配置されることを特徴とする基板処理装置。