JP2021052086A - 基板処理装置、及び半導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマを利用して基板を処理する際に反応管や基板に与えるダメージを小さくでき、安定なプラズマ生成が可能な基板処理装置を提供する。【解決手段】基板処理装置は、基板に供給される前のガスを流通させるバッファ室と、バッファ室内を略平行に伸びる１対の放電電極３０と、１対の放電電極がガスに曝露しないように少なくとも１対の放電電極にそれぞれ被せられる絶縁体製の１対の鞘管と、を備える。１対の放電電極の少なくとも一方には、給電される端とは別の端において、放電電極と略等しい外径を有し、先端部分が丸く形成された、金属製のキャップ３３を設ける。【選択図】図１Ｂ

Description

本開示は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、プラズマを利用して基板を処理する基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置製造工程の１つに、プラズマを利用したＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて基板上に所定の薄膜を堆積する成膜工程がある（特許文献１参照）。ＣＶＤ法とは、ガス状原料の気相および表面での反応を利用して、原料ガス分子に含まれる元素を構成要素とする薄膜を被処理基板上へ堆積する方法である。ＣＶＤ法では、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類の原料ガス等を同時に被処理基板上に供給して成膜する。ＡＬＤ法の場合、形成する膜を構成する複数の元素を含む複数種類の原料ガス等を交互に被処理基板上に供給して成膜する。ＡＬＤ法では、薄膜堆積が原子層レベルで制御される。そして、プラズマは、ＣＶＤ法で堆積する薄膜の化学反応を促進したり、薄膜から不純物を除去したり、あるいは、ＡＬＤ法では吸着した成膜原料の化学反応を補助したりするためになど用いられる。特許文献２には、上記の技術を用いたＳｉ_３Ｎ₄成膜についての開示がなされている。

特開２０１２−９４６５２号公報 特開２０１０−６２２３０号公報

半導体装置製造における段階的な微細化に伴い、より低い基板温度で成膜することが求められる。その際、プラズマを形成するための高周波電力は成膜条件を最適にするように調整されうるが、高周波電力が大きいと、反応管や電極に与えるダメージが大きくなったり、安定なプラズマ生成が妨げられたりする場合がある。
本開示の主な目的は、プラズマを利用して基板を処理する際に反応管や電極に与えるダメージを小さくでき、安定なプラズマ生成が可能な技術を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本開示においては、基板に供給される前のガスを流通させるバッファ室と、バッファ室内を略平行に伸びる少なくとも１対の放電電極と、１対の放電電極がガスに曝露しないように１対の放電電極にそれぞれ被せられる絶縁体製の1対の鞘管と、を備え、1対の放電電極の少なくとも一方には、給電される端とは別の端において、放電電極と略等しい外径を有し、先端部分が丸く形成された金属製のキャップを設置した構成を有する技術を提供する。

本開示によれば、反応管や電極に与えるダメージが小さく、安定なプラズマ生成が可能な基板処理装置と、それを用いた半導体装置の製造方法を提供できる。

実施例１に係る基板処理装置の要部の構成の断面図である。 実施例１に係る基板処理装置の放電電極の先端のキャップの構成を示す図である。 実施例１に係るリモートプラズマ処理装置の構成を説明するための概略斜透視図である。 実施例１に係る、リモートプラズマ処理装置に用いられる処理炉部分を概略縦断面で示す図である。 実施例１に係る、図３に示す処理炉のＡ−Ａ線概略横断面図である。 実施例１に係る、リモートプラズマ処理装置に用いられるコントローラを説明するためのブロック図である。 実施例１に係る、窒化シリコン膜の製造プロセスを説明するためのフローチャートを示す図である。 従来の基板処理装置の要部の構成の断面図である。 従来の基板処理装置の放電電極の先端部分の構成を示す図である。

以下、本開示を実施するための形態を順次説明するが、本開示のより良い理解のため、従来の構成における問題点を図７Ａ、図７Ｂを使って説明する。図７Ａの(a)、(b)は従来の基板処理装置の反応室部分を上から見た断面図と、そのa-a’の断面図を示したものである。図７Ｂはa-a’の断面図の放電電極の先端部分を拡大して示したものである。

図７Ａに示すように、反応管１内部の壁面近くには垂直方向に細長いバッファ室６を設け、その内部に２本の誘電体からなる鞘管１４で覆った放電電極５と、バッファ室内に均等なガス流を得るためのガスノズル１５が設置されている。放電電極端部４に発振器８で発生する高周波電力を印加し、バッファ室６内の一対の放電電極５間にプラズマ１１を生成し、ガスノズル１５から供給された反応性ガスをプラズマ１１で励起し、バッファ室６の壁に空いたノズル１０より、反応室内の図示されていない被処理基板に供給する構造となっている。

なお、放電電極５の構造としては、図７Ｂに示すように、中心に密巻きのコイル状の構造体１７を、外側に高融点金属の線材を編組１８としたものを被せた構造となっている。この際、図７Ｂに示すように、放電電極５の内側のコイル状の構造体１７と外側の編組１８は電極の両端で固定する必要があり、筒状のスリーブ１６を被せた上で、カシメる構造となっている。その後、スリーブ１６の不要部分を切断して成形するが、切断面が鋭利となる為、放電時に高周波電圧が放電電極５のスリーブ１６の切断面に集中して、誘電体管である鞘管１４へのダメージが大きく、微小な貫通孔が生じるなどして反応管１の寿命が短くなる要因となっていた。

以下、上記の従来構造の基板処理装置の課題を解決することが可能な本開示の実施の形態を図面に従い順次説明する。

実施例１は、基板に供給される前のガスを流通させる箱状のバッファ室と、バッファ室内を略平行に伸びる１対の棒状の放電電極と、１対の放電電極がガスに曝露しないように１対の棒状電極にそれぞれ被せられる絶縁体製の1対の鞘管と、を備え、1対の放電電極の少なくとも一方は、給電される端とは別の端において、放電電極と略等しい外径を有し先端部分が丸く形成された金属製のキャップが設けられた構成の基板処理装置、並びにそれを用いた半導体装置の製造方法の実施例である。

図１Ａ，図１Ｂを用いて実施例１の基板処理装置について説明する。図１Ａの(a)、(b)、(c)はそれぞれ、実施例１の基板処理装置要部の構成、特にその反応室部分を上から見た上断面と、上断面図中のＡ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面を示したものである。

図１Ａに示すように、反応管１内部には複数枚の被処理基板２を多段に同一間隔で載置できるボート１２が設けられている。ボート１２は、図示を省略したエレベータ機構により反応管１内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図示を省略したボート１２の回転機構を設けてある。

反応管１内部の壁面近くには垂直方向に細長いバッファ室６を設け、その内部に一対である２本の誘電体管である鞘管１４で覆った放電電極５と、バッファ室６内に均等なガス流を得るためのガスノズル１５を設置する。すなわち、反応管１内に、被処理基板２の配列方向と平行に設けられるガスノズル１５を備え、このガスノズルからの第1のガスの供給を行う。

図１Ａの(b)に示すように、ガス導入口１３から導入されたガスがガスノズル１５からバッファ室６に導入される。放電電極５を誘電体管である鞘管１４で覆うことにより、放電電極５の表面にプラズマ１１が接触することを防止し、プラズマにより放電電極５の表面がスパッタされ、金属汚染が被処理基板２に及ぶのを防げる。図１Ａの(a)、(c)に示すように、放電電極５への給電のため、放電電極端部４が誘電体管である鞘管１４の外部に延伸されている。鞘管１４は、図１Ａの(c)に示すように、放電電極５を外部に導くために、その一部が屈曲している。

放電電極５としては、タングステン、モリブデン、タンタル、ニッケル等の高融点金属を使用する事により、被処理基板２と同じ温度に加熱される保護管である誘電体からなる鞘管１４の内部においても変質することなく放電電極として使用できる。図１Ａの(a)に示すように、放電電極端部４に発振器８で発生する高周波電力が整合器９を介して印加される構造となっている。

図１Ｂに示すように、1対の放電電極５それぞれを構成する本実施例の放電電極３０は、コイル状の構造体である芯材３１と、芯材３１の外側に設けられる高融点金属製の編組３２とで構成されて可撓性を有し、その他方の端部に、放電電極３０と略等しい外径を有し、先端部分が丸く形成された金属製のキャップ３３が設けられている。金属製のキャップ３３は、高融点金属製であり、芯材３１と編組３２とを圧接する。芯材３１は金属線をコイル状に形成してなり、キャップ３３は、高融点金属であるタングステン、モリブデン、タンタル、又はニッケル製である。編組３２は、自由状態では鞘管１４の内径と略等しいかより大きな外径を呈し、所定の張力を付加された状態でその両端が芯材３１に固定されうる。そして鞘管１４に挿入されたときに、鞘管１４内面にフィットするように構成することができる。これにより、放電電極５と鞘管１４とが密着し、或いはその隙間が一定となり、長手方向に均一なプラズマが形成されやすくなる。芯材３１は、コイル状の金属線に加え、長さを正確に揃えるための直線状の金属線をその中心を貫くように備えてもよい。

図１Ｂに示すように、放電電極３０の先端に被せられた、放電電極の外径と同じ寸法のキャップ３３は、その先端部が曲面加工されている。コイル状の構造体である芯材３１と、その外側の編組３２は、先端部が曲面加工されたキャップ３３内に挿入され、キャップ３３側面にあけたタップ穴３４に入れるイモネジにより固定され、キャップ３３自体も放電電極３０の先端位置に固定される。

このように、本実施例の基板処理装置の放電電極３０は、電極先端部分に被せられたキャップ３３により放電電極３０の突起部が覆われることで高周波電圧の集中を防止でき、誘電体で構成された鞘管１４へのダメージも軽減でき、安定なプラズマ生成を行うことが可能な基板処理装置を提供することができる。

なお、図１Ａ、図１Ｂにその要部を示した本実施例の基板処理装置においては、図示しないエレベータ機構でボートを下げて被処理基板２をボート１２に載置した後、ボート１２を上昇させて反応管１内部に挿入する。次に、図示していないヒ−タに電源を投入し、反応管１及び内部のボート１２、被処理基板２などを所定の温度に加熱する。同時に反応管１内部を図示していないポンプで排気する。反応管１内部の各部の温度が所定の値になったらボートを回転させながら被処理基板の処理に用いるガスをガス導入口１３に導入する。反応管１内部の圧力は図示しない圧力調整機構で調節し、所定の値になったら発振器８の出力する高周波電力を整合器９を介して放電電極端部４に供給する。これによってバッファ管６内部にプラズマ１１が発生し、導入したガス及び活性化した粒子がバッファ管６に多数設けた小穴１０から回転している被処理基板２に供給され処理を行う。

次に実施例１の基板処理装置の一具体例として、リモートプラズマ処理装置の構成とその動作を図２〜図６を用いて説明する。すなわち、反応室内に載置した複数の被処理基板を一括して処理するリモートプラズマ処理装置であって、被処理基板を装填する反応炉の中に、プラズマを発生させる空間を設け、当該空間で発生させたプラズマによって生成した電気的に中性の活性種を利用して、複数の被処理基板を一括処理すると共に、被処理基板の処理温度において変質しにくい高融点金属製で、その先端部分に電界集中を起こしにくい構造を有するプラズマ発生用の放電電極を用いるリモートプラズマ処理装置を説明する。

図２において、基板処理装置１０１では、基板の一例となるウエハ２００を収納したカセット１１０が使用されており、ウエハ２００は半導体シリコン等の材料から構成されている。基板処理装置１０１は筐体１１１を備えており、その内部にはカセットステージ１１４が設置されている。カセット１１０はカセットステージ１１４上に図示を省略した工程内搬送装置によって搬入されたり、カセットステージ１１４上から搬出されたりする。

カセットステージ１１４上にはカセット１１０が、工程内搬送装置によって、カセット１１０内のウエハ２００が垂直姿勢を保持しかつカセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１１４は、カセット１１０を筐体１１１の後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように動作可能となるよう構成されている。

筐体１１１内の前後方向の略中央部にはカセット棚１０５が設置されており、カセット棚１０５は複数段複数列にて複数個のカセット１１０を保管するように構成されている。カセット棚１０５にはウエハ移載機構１２５の搬送対象となるカセット１１０が収納される移載棚１２３が設けられている。

カセットステージ１１４の上方には予備カセット棚１０７が設けられ、予備的にカセット１１０を保管するように構成されている。カセットステージ１１４とカセット棚１０５との間には、カセット搬送装置１１８が設置されている。カセット搬送装置１１８は、カセット１１０を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ１１８ａと、搬送機構としてのカセット搬送機構１１８ｂとを備えている。カセット搬送装置１１８はカセットエレベータ１１８ａとカセット搬送機構１１８ｂとの連動動作により、カセットステージ１１４とカセット棚１０５と予備カセット棚１０７との間で、カセット１１０を搬送するように構成されている。

カセット棚１０５の後方には、ウエハ移載機構１２５が設置されている。ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置１２５ａと、ウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとを備えている。ウエハ移載装置１２５ａにはウエハ２００をピックアップするためのツイーザ１２５ｃが設けられている。ウエハ移載装置１２５はウエハ移載装置１２５ａとウエハ移載装置エレベータ１２５ｂとの連動動作により、ツイーザ１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ウエハ２００をボート２１７に対して装填（チャージング）したり、ボート２１７から脱装（ディスチャージング）したりするように構成されている。

筐体１１１の後部上方には、ウエハ２００を熱処理する処理炉２０２が設けられており、処理炉２０２の下端部が炉口シャッタ１４７により開閉されるように構成されている。処理炉２０２の下方には処理炉２０２に対しボート２１７を昇降させるボートエレベータ１１５が設けられている。ボートエレベータ１１５の昇降台にはアーム１２８が連結されており、アーム１２８にはシールキャップ２１９が水平に据え付けられている。シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持するとともに、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。

カセット棚１０５の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ａが設置されている。クリーンユニット１３４ａは図示を省略した供給ファン及び防塵フィルタを備えており、クリーンエアを筐体１１１の内部に流通させるように構成されている。筐体１１１の左側端部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット１３４ｂが設置されている。クリーンユニット１３４ｂも図示を省略した供給ファン及び防塵フィルタを備えており、クリーンエアをウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通させるように構成されている。当該クリーンエアは、ウエハ移載装置１２５ａやボート２１７等の近傍を流通した後に、筐体１１１の外部に排気されるようになっている。

続いて、図２の基板処理装置１０１の主な動作について説明する。図示を省略した工程内搬送装置によってカセット１１０がカセットステージ１１４上に搬入されると、カセット１１０は、ウエハ２００がカセットステージ１１４の上で垂直姿勢を保持し、カセット１１０のウエハ出し入れ口が上方向を向くようにカセットステージ１１４上に載置される。その後、カセット１１０は、カセットステージ１１４によって、カセット１１０内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１１０のウエハ出し入れ口が筐体１１１の後方を向くように、筐体１１１の後方に右周り縦方向９０°回転させられる。

その後、カセット１１０は、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７の指定された棚位置へカセット搬送装置１１８によって自動的に搬送され受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０５ないし予備カセット棚１０７からカセット搬送装置１１８によって移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。

カセット１１０が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってカセット１１０のウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはカセット１１０に戻り、後続のウエハ２００をボート２１７に装填する。

予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、処理炉２０２の下端部を閉じていた炉口シャッタ１４７が開き、処理炉２０２の下端部が開放される。その後、ウエハ２００群を保持したボート２１７がボートエレベータ１１５の上昇動作により処理炉２０２内に搬入（ローディング）され、処理炉２０２の下部がシールキャップ２１９により閉塞される。ローディング後は、ウエハ２００に対し任意の処理が実施される。

次に図３、図４を参照して前述した基板処理装置１０１に使用される処理炉２０２について説明する。図３および図４に示すように、処理炉２０２にはウエハ２００を加熱するための加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７が設けられている。ヒータ２０７は上方が閉塞された円筒形状の断熱部材と複数本のヒータ素線とを備えており、断熱部材に対しヒータ素線が設けられたユニット構成を有している。ヒータ２０７の内側には、ウエハ２００を処理するための石英製の反応管２０３がヒータ２０７と同心円状に設けられている。この反応管２０３が図１Ａの反応管１に相当している。

反応管２０３の下方には、反応管２０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は反応管２０３の下端に垂直方向下側から当接されるようになっている。シールキャップ２１９は例えばステンレス等の金属で構成され、円盤状に形成されている。反応管２０３の下部開口端部に設けられた環状のフランジとシールキャップ２１９の上面との間には気密部材（以下Ｏリング）２２０が配置され、両者の間は気密にシールされている。少なくとも、反応管２０３およびシールキャップ２１９により処理室２０１が形成されている。

シールキャップ２１９上にはボート２１７を支持するボート支持台２１８が設けられている。ボート支持台２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成され断熱部として機能すると共にボートを支持する支持体となっている。ボート２１７は、ボート支持台２１８上に立設されている。ボート２１７は例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料で構成されている。ボート２１７はボート支持台２１８に固定された底板２１０とその上方に配置された天板２１１とを有しており、底板２１０と天板２１１との間に複数本の支柱２１２が架設された構成を有している(図３参照）。ボート２１７には複数枚のウエハ２００が保持されている。複数枚のウエハ２００は、互いに一定の間隔をあけながら水平姿勢を保持しかつ互いに中心を揃えた状態で反応管２０３の管軸方向に多段に積載されボート２１７の支柱２１２に支持されている。

シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側にはボートを回転させるボート回転機構２６７が設けられている。ボート回転機構２６７の回転軸２６５はシールキャップを貫通してボート支持台２１８に接続されており、回転機構２６７によって、ボート支持台２１８を介してボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させる。

シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に設けられた昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降され、これによりボート２１７を処理室２０１内に対し搬入搬出することが可能となっている。

以上の処理炉２０２では、バッチ処理される複数枚のウエハ２００がボート２１７に対し多段に積層された状態において、ボート２１７がボート支持台２１８で支持されながら処理室２０１に挿入され、ヒータ２０７が処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱するようになっている。

図３および図４に示すように、原料ガスを供給するための３本のガス供給管３１０、３２０、３３０が接続されている。処理室２０１内には、ノズル４１０、４２０、４３０が設けられている。ノズル４１０、４２０、４３０は、反応管２０３の下部を貫通して設けられている。ノズル４１０にはガス供給管３１０が接続され、ノズル４２０にはガス供給管３２０が接続され、ノズル４３０にはガス供給管３３０が接続されている。

ガス供給管３１０には、上流側から順に、開閉弁であるバルブ３１４、液体原料の流量制御装置である液体マスフローコントローラ３１２、気化ユニット（気化装置）である気化器３１５および開閉弁であるバルブ３１３が設けられている。

ガス供給管３１０の下流側の端部は、ノズル４１０の端部に接続されている。ノズル４１０は、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で、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿ってウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４１０はＬ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル４１０の側面には原料ガスを供給する多数のガス供給孔４１１が設けられている。ガス供給孔４１１は反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４１１は、下部から上部にわたって同一または、大きさに傾斜をつけた開口面積を有し、同じピッチで設けられている。

さらに、ガス供給管３１０には、バルブ３１３および気化器３１５との間に、後述の排気管２３２に接続されたベントライン６１０およびバルブ６１２が設けられている。

主に、ガス供給管３１０、バルブ３１４、液体マスフローコントローラ３１２、気化器３１５、バルブ３１３、ノズル４１０、ベントライン６１０、バルブ６１２によりガス供給系３０１が構成されている。

また、ガス供給管３１０にはキャリアガス（不活性ガス）を供給するためのキャリアガス供給管５１０が、バルブ３１３の下流側で接続されている。キャリアガス供給管５１０にはマスフローコントローラ５１２およびバルブ５１３が設けられている。主に、キャリアガス供給管５１０、マスフローコントローラ５１２、バルブ５１３によりキャリアガス供給系（不活性ガス供給系）５０１が構成されている。

ガス供給管３１０では、液体原料が液体マスフローコントローラ３１２で流量調整されて気化器３１５に供給され、気化されて原料ガスとなって供給される。原料ガスを処理室２０１に供給していない間は、バルブ３１３を閉じ、バルブ６１２を開けて、バルブ６１２を介して原料ガスをベントライン６１０に流しておく。

そして、原料ガスを処理室２０１に供給する際には、バルブ６１２を閉じ、バルブ３１３を開けて、原料ガスをバルブ３１３の下流のガス供給管３１０に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ５１２で流量調整されてバルブ５１３を介してキャリアガス供給管５１０から供給され、原料ガスはバルブ３１３の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル４１０を介して処理室２０１に供給される。ガス供給管３２０には、上流側から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ３２２および開閉弁であるバルブ３２３が設けられている。

ガス供給管３２０の下流側の端部は、ノズル４２０の端部に接続されている。ノズル４２０は、ガス分散空間(放電室、放電空間)であるバッファ室４２３内に設けられている。バッファ室４２３内には、さらに後述する電極保護管４５１、４５２が設けられている。ノズル４２０、電極保護管４５１、電極保護管４５２がバッファ室４２３内にこの順序で配置されている。

バッファ室４２３は、反応管２０３の内壁とバッファ室壁４２４とにより形成されている。バッファ室壁４２４は、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、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。バッファ室壁４２４のウエハ２００と隣接する壁にはガスを供給するガス供給孔４２５が設けられている。ガス供給孔４２５は、電極保護管４５１と電極保護管４５２との間に設けられている。ガス供給孔４２５は反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４２５は、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、さらに同じピッチで設けられている。

ノズル４２０は、バッファ室４２３の一端側に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４２０は、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル４２０の側面にはガスを供給するガス供給孔４２１が設けられている。ガス供給孔４２１はバッファ室４２３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４２１は、バッファ室４２３のガス供給孔４２５と同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。複数のガス供給孔４２１のそれぞれの開口面積は、バッファ室４２３内とノズル４２０内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、同一の開口面積で同一のピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、順次開口面積を大きくするか、ピッチを小さくするとよい。

本構成の基板処理装置においては、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔４２１のそれぞれから、流速の差はあるもの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてガス供給孔４２１のそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室４２３内に導入し、バッファ室４２３内においてガスの流速差の均一化を行っている。

すなわち、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれよりバッファ室４２３内に噴出したガスはバッファ室４２３内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室４２３のガス供給孔４２５より処理室２０１内に噴出する。これにより、ノズル４２０のガス供給孔４２１のそれぞれよりバッファ室４２３内に噴出したガスは、バッファ室４２３のガス供給孔４２５のそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。

さらに、ガス供給管３２０には、バルブ３２３およびマスフローコントローラ３２２との間に、後述の排気管２３２に接続されたベントライン６２０およびバルブ６２２が設けられている。主に、ガス供給管３２０、マスフローコントローラ３２２、バルブ３２３、ノズル４２０、バッファ室４２３、ベントライン６２０、バルブ６２２によりガス供給系３０２が構成されている。

また、ガス供給管３２０にはキャリアガス（不活性ガス）を供給するためのキャリアガス供給管５２０が、バルブ３２３の下流側で接続されている。キャリアガス供給管５２０にはマスフローコントローラ５２２およびバルブ５２３が設けられている。主に、キャリアガス供給管５２０、マスフローコントローラ５２２、バルブ５２３によりキャリアガス供給系（不活性ガス供給系）５０２が構成されている。ガス供給管３２０では、気体原料ガスがマスフローコントローラ３２２で流量調整されて供給される。

原料ガスを処理室２０１に供給していない間は、バルブ３２３を閉じ、バルブ６２２を開けて、バルブ６２２を介して原料ガスをベントライン６２０に流しておく。そして、原料ガスを処理室２０１に供給する際には、バルブ６２２を閉じ、バルブ３２３を開けて、原料ガスをバルブ３２３の下流のガス供給管３２０に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ５２２で流量調整されてバルブ５２３を介してキャリアガス供給管５２０から供給され、原料ガスはバルブ３２３の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル４２０、バッファ室４２３を介して処理室２０１に供給される。

ガス供給管３３０には、上流側から順に、流量制御装置であるマスフローコントローラ３３２および開閉弁であるバルブ３３３が設けられている。ガス供給管３３０の下流側の端部は、ノズル４３０の端部に接続されている。ノズル４３０は、ガス分散空間(放電室、放電空間)であるバッファ室４３３内に設けられている。バッファ室４３３内には、さらに後述する電極保護管４６１、４６２が設けられている。ノズル４３０、電極保護管４６１、電極保護管４６２がバッファ室４３３内にこの順序で配置されている。

バッファ室４３３は、反応管２０３の内壁とバッファ室壁４３４とにより形成されている。バッファ室壁４３４は、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、反応管２０３内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。バッファ室壁４３４のウエハ２００と隣接する壁にはガスを供給するガス供給孔４３５が設けられている。ガス供給孔４３５は、電極保護管４６１と電極保護管４６２との間に設けられている。ガス供給孔４３５は反応管２０３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４３５は、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、さらに同じピッチで設けられている。

ノズル４３０は、バッファ室４３３の一端側に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル４３０は、Ｌ字型のロングのノズルとして構成されている。ノズル４３０の側面にはガスを供給するガス供給孔４３１が設けられている。ガス供給孔４３１はバッファ室４３３の中心を向くように開口している。ガス供給孔４３１は、バッファ室４３３のガス供給孔４３５と同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。複数のガス供給孔４３１のそれぞれの開口面積は、バッファ室４３３内とノズル４３０内の差圧が小さい場合には、上流側（下部）から下流側（上部）まで、同一の開口面積で同一のピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって、順次開口面積を大きくするか、ピッチを小さくするとよい。

本構成の基板処理装置においては、ノズル４３０のガス供給孔４３１のそれぞれの開口面積や開口ピッチを、上流側から下流側にかけて上述のように調節することで、まず、ガス供給孔４３１のそれぞれから、流速の差はあるもの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてガス供給孔４３１のそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室４３３内に導入し、バッファ室４３３内においてガスの流速差の均一化を行っている。

すなわち、ノズル４３０のガス供給孔４３１のそれぞれよりバッファ室４３３内に噴出したガスはバッファ室４３３内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室４３３のガス供給孔４３５より処理室２０１内に噴出する。これにより、ノズル４３０のガス供給孔４３１のそれぞれよりバッファ室４３３内に噴出したガスは、バッファ室４３３のガス供給孔４３５のそれぞれより処理室２０１内に噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとなる。

さらに、ガス供給管３３０には、バルブ３３３およびマスフローコントローラ３３２との間に、後述の排気管２３２に接続されたベントライン６３０およびバルブ６３２が設けられている。主に、ガス供給管３３０、マスフローコントローラ３３２、バルブ３３３、ノズル４３０、バッファ室４３３、ベントライン６３０、バルブ６３２によりガス供給系３０３が構成されている。

また、ガス供給管３３０にはキャリアガス（不活性ガス）を供給するためのキャリアガス供給管５３０が、バルブ３３３の下流側で接続されている。キャリアガス供給管５３０にはマスフローコントローラ５３２およびバルブ５３３が設けられている。主に、キャリアガス供給管５３０、マスフローコントローラ５３２、バルブ５３３によりキャリアガス供給系（不活性ガス供給系）５０３が構成されている。ガス供給管３３０では、気体原料ガスがマスフローコントローラ３３２で流量調整されて供給される。

原料ガスを処理室２０１に供給していない間は、バルブ３３３を閉じ、バルブ６３２を開けて、バルブ６３２を介して原料ガスをベントライン６３０に流しておく。そして、原料ガスを処理室２０１に供給する際には、バルブ６３２を閉じ、バルブ３３３を開けて、原料ガスをバルブ３３３の下流のガス供給管３３０に供給する。一方、キャリアガスがマスフローコントローラ５３２で流量調整されてバルブ５３３を介してキャリアガス供給管５３０から供給され、原料ガスはバルブ３３３の下流側でこのキャリアガスと合流し、ノズル４３０、バッファ室４３３を介して処理室２０１に供給される。

バッファ室４２３内には、図１Ａ、図１Ｂに示したキャップ３３を備えた、一対の放電電極５に相当する、細長い構造を有する棒状電極４７１および棒状電極４７２が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。棒状電極４７１および棒状電極４７２は、それぞれ、ノズル４２０と平行に設けられ、その先端は放電電極３０と同様に半球状に形成されている。棒状電極４７１および棒状電極４７２は、それぞれ、図１Ａに示した鞘管１４に相当する、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４５１、４５２により覆われることで保護されている。バッファ室４３３の高さは例えば５００〜１５００ｍｍであり、棒状電極４８１および棒状電極４８２の長さも同程度であり、波長の１／４よりも短い。棒状電極４７１は、整合器２７１を介して高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源２７０に接続され、棒状電極４７２は基準電位であるアース２７２に接続されている。この結果、棒状電極４７１および棒状電極４７２間のプラズマ生成領域にプラズマが生成される。主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２、バッファ室４２３およびガス供給孔４２５により第１のプラズマ発生構造４２９が構成される。主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２、整合器２７１、高周波電源２７０によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としての第１のプラズマ源が構成される。第１のプラズマ源は、ガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。バッファ室４２３はプラズマ発生室として機能する。

バッファ室４３３内には、細長い構造を有する棒状電極４８１および棒状電極４８２が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積層方向に沿って配設されている。棒状電極４８１および棒状電極４８２は、それぞれ、ノズル４３０と平行に設けられている。棒状電極４８１および棒状電極４８２は、それぞれ、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４６１、４６２により覆われることで保護されている。棒状電極４８１は、整合器２７１を介して高周波電源２７０に接続され、棒状電極４８２は基準電位であるアース２７２に接続されている。主に、棒状電極４８１、棒状電極４８２、電極保護管４６１、電極保護管４６２、バッファ室４３３およびガス供給孔４３５により第２のプラズマ発生構造４３９が構成される。主に、棒状電極４８１、棒状電極４８２、電極保護管４６１、電極保護管４６２、整合器２７１、高周波電源２７０によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としての第２のプラズマ源が構成される。第２のプラズマ源は、ガスをプラズマで活性化させる活性化機構として機能する。バッファ室４３３はプラズマ発生室として機能する。

なお、本構成の基板処理装置により発生したプラズマをリモートプラズマと呼ぶ。リモートプラズマとは電極間で生成したプラズマをガスの流れ等により被処理物表面に輸送してプラズマ処理を行うものである。本実施例では、バッファ室４２３内に２本の棒状電極４７１および４７２が収容され、バッファ室４３３内に２本の棒状電極４８１および４８２が収容されているため、ウエハ２００にダメージを与えるイオンがバッファ室４２３、４３３の外の処理室２０１内に漏れにくい構造となっている。また、２本の棒状電極４７１および４７２を取り囲むように（つまり、２本の棒状電極４７１および４７２がそれぞれ収容される電極保護管４５１および４５２を取り囲むように）電場が発生し、プラズマが生成され、２本の棒状電極４８１および４８２を取り囲むように（つまり、２本の棒状電極４８１および４８２がそれぞれ収容される電極保護管４６１および４６２を取り囲むように）電場が発生し、プラズマが生成される。プラズマに含まれる活性種は、バッファ室４２３のガス供給孔４２５およびバッファ室４３３のガス供給孔４３５を介してウエハ２００の外周からウエハ２００の中心方向に供給される。また、本実施形態のようにウエハ２００を複数枚、主面を水平面に平行にしてスタック状に積み上げる縦型のバッチ装置であれば、反応管２０３の内壁面、つまり処理すべきウエハ２００に近い位置にバッファ室４２３、４３３が配置されている結果、発生した活性種が失活せずにウエハ２００の表面に到達しやすいという効果がある。

図３、４に示したように、反応管の下部に排気口２３０が設けられている。排気口２３０は排気管２３１に接続されている。ノズル４１０のガス供給孔４１１と排気口２３０は、ウエハ２００を挟んで対向する位置（１８０度反対側）に設けられている。このようにすれば、ガス供給孔４１１より供給される原料ガスが、ウエハ２００の主面上を排気管２３１の方向に向かって横切るように流れ、ウエハ２００の全面により均一に原料ガスが供給されやすくなり、ウエハ２００上により均一な膜を形成することができる。

本構成の基板処理装置によれば、主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２、整合器２７１、高周波電源２７０により構成される第１のプラズマ源と、主に、棒状電極４８１、棒状電極４８２、電極保護管４６１、電極保護管４６２、整合器２７１、高周波電源２７０により構成される第２のプラズマ源とを備えている。プラズマを使用して、ウエハ２００の処理温度を下げるためには、プラズマを形成する際の高周波電力を大きくする必要があるが、高周波電力を大きくすると、ウエハ２００や形成する膜に与えるダメージが大きくなってしまう。これに対して、本実施例の基板処理装置では、第１のプラズマ源および第２のプラズマ源という２つのプラズマ源を設けているので、プラズマ源が１つの場合に比べて、各プラズマ源に供給する高周波電力が小さくても、充分な量のプラズマを発生させることができる。従って、プラズマを利用してウエハ２００を処理する際にウエハ２００や形成する膜に与えるダメージを小さくでき、しかもウエハ２００の処理温度を低くできる。

また、主に、棒状電極４７１、棒状電極４７２、電極保護管４５１、電極保護管４５２、バッファ室４２３およびガス供給孔４２５により構成される第１のプラズマ発生構造４２９と、主に、棒状電極４８１、棒状電極４８２、電極保護管４６１、電極保護管４６２、バッファ室４３３およびガス供給孔４３５により構成される第２のプラズマ発生構造４３９は、ウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）を通る線に対して線対称に設けられているので、両プラズマ発生構造からウエハ２００の全面により均一にプラズマが供給されやすくなり、ウエハ２００上により均一な膜を形成することができる。

更に、図１Ａ、図１Ｂに示したように、棒状電極４７１、４７２、４８１、４８２は、電界集中を起こしにくい様に曲面加工された構造であるキャップ３３を有する電極であるため、反応管や基板に与えるダメージを小さくでき、安定なプラズマ生成が可能となる。

また更に、排気口２３０もこのウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）を通る線上に設けられているので、ウエハ２００の全面により均一にプラズマが供給されやすくなり、ウエハ２００上により均一な膜を形成することができる。また、さらに、ノズル４１０のガス供給孔４１１もこのウエハ２００の中心（反応管２０３の中心）を通る線上に設けられているので、ウエハ２００の全面により均一に原料ガスが供給されやすくなり、ウエハ２００上により均一な膜を形成することができる。

更にまた、ノズル４１０のガス供給孔４１１と、バッファ室４２３のガス供給孔４２５との距離と、ノズル４１０のガス供給孔４１１と、バッファ室４３３のガス供給孔４３５との距離とが等しくなるようにガス供給孔４１１、ガス供給孔４２５、ガス供給孔４３５が配置されているので、ウエハ２００上により均一な膜を形成することができる。

再び、図３、４を参照すれば、反応管の下部の排気口２３０には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が接続されている。排気管２３１には処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３を介して真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。真空ポンプ２４６の下流側の排気管２３２は図示を省略した廃ガス処理装置等に接続されている。なお、ＡＰＣバルブ２４３は、弁を開閉して処理室２０１内の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節してコンダクタンスを調整して処理室２０１内の圧力調整をできるようになっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、圧力センサ２４５により排気系が構成される。

反応管２０３内には温度検出器としての温度センサ２６３が設置されており、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への供給電力を調整することで、処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるように構成されている。温度センサ２６３は、Ｌ字型に構成されており、マニホールド２０９を貫通して導入され、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

反応管２０３内の中央部にはボート２１７が設けられている。ボート２１７は、ボートエレベータ１１５により反応管２０３に対し昇降（出入り）することができるようになっている。ボート２１７が反応管２０３内に導入されると、反応管２０３の下端部がＯリング２２０を介してシールキャップ２１９で気密にシールされる。ボート２１７はボート支持台２１８に支持されている。処理の均一性を向上するために、ボート回転機構２６７を駆動し、ボート支持台２１８に支持されたボート２１７を回転させる。

図５を参照すれば、コントローラ２８０は、操作メニュー等を表示するディスプレイ２８８と、複数のキーを含んで構成され、各種の情報や操作指示が入力される操作入力部２９０と、を備えている。また、コントローラ２８０は、基板処理装置１０１全体の動作を司るＣＰＵ２８１と、制御プログラムを含む各種プログラム等が予め記憶されたＲＯＭ２８２と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ２８３と、各種データを記憶して保持するＨＤＤ２８４と、ディスプレイ２８８への各種情報の表示を制御すると共にディスプレイ２８８からの操作情報を受け付けるディスプレイドライバ２８７と、操作入力部２９０に対する操作状態を検出する操作入力検出部２８９と、後述する温度制御部２９１、後述する圧力制御部２９４、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、マスフローコントローラ３１２、３２２、３３２、５１２、５２２、５３２、後述するバルブ制御部２９９等の各部材と各種情報の送受信を行う通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部２８５と、を備えている。

ＣＰＵ２８１、ＲＯＭ２８２、ＲＡＭ２８３、ＨＤＤ２８４、ディスプレイドライバ２８７、操作入力検出部２８９および通信Ｉ／Ｆ部２８５は、システムバスＢＵＳ２８６を介して相互に接続されている。従って、ＣＰＵ２８１は、ＲＯＭ２８２、ＲＡＭ２８３、ＨＤＤ２８４へのアクセスを行うことができると共に、ディスプレイドライバ２８７を介したディスプレイ２８８への各種情報の表示の制御およびディスプレイ２８８からの操作情報の把握、通信Ｉ／Ｆ部２８５を介した各部材との各種情報の送受信の制御を行うことができる。また、ＣＰＵ２８１は、操作入力検出部２８９を介して操作入力部２９０に対するユーザの操作状態を把握することができる。

温度制御部２９１は、ヒータ２０７と、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２５０と、温度センサ２６３と、コントローラ２８０との間で設定温度情報等の各種情報を送受信する通信Ｉ／Ｆ部２９３と、受信した設定温度情報と温度センサ２６３からの温度情報等に基づいて加熱用電源２５０からヒータ２０７への供給電力を制御するヒータ制御部２９２とを備えている。ヒータ制御部２９２もコンピュータによって実現されている。温度制御部２９１の通信Ｉ／Ｆ部２９３とコントローラ２８０の通信Ｉ／Ｆ部２８５はケーブル７５１で接続されている。

圧力制御部２９４は、ＡＰＣバルブ２４３と、圧力センサ２４５と、コントローラ２８０との間で設定圧力情報、ＡＰＣバルブ２４３の開閉情報等の各種情報を送受信する通信Ｉ／Ｆ部２９６と、受信した設定圧力情報、ＡＰＣバルブ２４３の開閉情報等と圧力センサ２４５からの圧力情報等に基づいてＡＰＣバルブ２４３の開閉や開度を制御するＡＰＣバルブ制御部２９５とを備えている。ＡＰＣバルブ制御部２９５もコンピュータによって実現されている。圧力制御部２９４の通信Ｉ／Ｆ部２９６とコントローラ２８０の通信Ｉ／Ｆ部２８５はケーブル７５２で接続されている。

真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、液体マスフローコントローラ３１２、マスフローコントローラ３２２、３３２、５１２、５２２、５３２、高周波電源２７０とコントローラ２８０の通信Ｉ／Ｆ部２８５は、それぞれケーブル７５３、７５４、７５５、７５６、７５７、７５８、７５９、７６０、７６１、７６２で接続されている。

バルブ制御部２９９は、バルブ３１３、３１４、３２３、３３３、５１３、５２３、５３３、６１２、６２２、６３２と、エアバルブであるバルブ３１３、３１４、３２３、３３３、５１３、５２３、５３３、６１２、６２２、６３２へのエアの供給を制御する電磁バルブ群２９８とを備えている。電磁バルブ群２９８は、バルブ３１３、３１４、３２３、３３３、５１３、５２３、５３３、６１２、６２２、６３２にそれぞれ対応する電磁バルブ２９７を備えている。電磁バルブ群２９８とコントローラ２８０の通信Ｉ／Ｆ部２８５はケーブル７６３で接続されている。

以上のようにして、液体マスフローコントローラ３１２、マスフローコントローラ３２２、３３２、５１２、５２２、５３２、バルブ３１３、３１４、３２３、３３３、５１３、５２３、５３３、６１２、６２２、６３２、ＡＰＣバルブ２４３、加熱用電源２５０、温度センサ２６３、圧力センサ２４５、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、高周波電源２７０等の各部材はコントローラ２８０に接続されている。コントローラ２８０は、液体マスフローコントローラ３１２、マスフローコントローラ３２２、３３２、５１２、５２２、５３２の流量制御、バルブ３１３、３１４、３２３、３３３、５１３、５２３、５３３、６１２、６２２、６３２の開閉動作制御、ＡＰＣバルブ２４３の開閉制御および圧力センサ２４５からの圧力情報に基づく開度調整動作を介した圧力制御、温度センサ２６３からの温度情報に基づく加熱用電源２５０からヒータ２０７への電力供給量調整動作を介した温度制御、高周波電源２７０から供給される高周波電力の制御、真空ポンプ２４６の起動・停止制御、ボート回転機構２６７の回転速度調節制御、ボートエレベータ１１５の昇降動作制御等をそれぞれ行うようになっている。

次に、上述の基板処理装置を用いて大規模集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を製造する半導体装置（デバイス）の製造工程の一例について説明する。尚、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コントローラ２８０により制御される。

従来のＣＶＤ法やＡＬＤ法では、例えば、ＣＶＤ法の場合、形成する膜を構成する複数
の元素を含む複数種類のガス等を同時に供給し、また、ＡＬＤ法の場合、形成する膜を構
成する複数の元素を含む複数種類のガス等を交互に供給する。そして、供給時の供給流量
、供給時間、プラズマパワーなどの処理条件を制御することにより酸化シリコン膜（Ｓｉ
Ｏ膜）や特許文献２に開示されている窒化シリコン膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）を形成する。それらの技術では、例えばＳｉＯ膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるＯ／Ｓｉ≒２となるように、また例えばＳｉ_３Ｎ_４膜を形成する場合、膜の組成比が化学量論組成であるＮ／Ｓｉ≒１．３３となるようにすることを目的として、供給条件を制御する。

一方、形成する膜の組成比が化学量論組成とは異なる所定の組成比となるようにするこ
とを目的として、供給条件を制御することも可能である。すなわち、形成する膜を構成す
る複数の元素のうち少なくとも一つの元素が他の元素よりも化学量論組成に対し過剰とな
るようにすることを目的として、供給条件を制御する。このように形成する膜を構成する
複数の元素の比率、すなわち、膜の組成比を制御しつつ成膜を行うことも可能である。

以下では、異なる種類の元素を含む複数種類のガスを交互に供給して化学量論組成を有する窒化シリコン膜を形成するシーケンス例について説明する。

ここでは第１の元素をシリコン（Ｓｉ）、第２の元素を窒素（Ｎ）とし、第１の元素を含む原料としてシリコン含有原料であって液体原料のＢＴＢＡＳ（ＳｉＨ２（ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）２、ビスターシャルブチルアミノシラン）を気化したＢＴＢＡＳガスを、第２の元素を含む反応ガスとして窒素含有ガスであるＮＨ３ガスを用い、配線工程（ＢＥＯＬ）において基板上に絶縁膜としての窒化シリコン膜を形成する例について図６を参照して説明する。

図６は、窒化シリコン膜の製造プロセスを説明するためのフローチャートである。まず、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２５０を制御して処理室２０１内を、２００℃以下、より好ましくは１００℃以下の温度であって例えば１００℃となるような温度に保持しておく。

その後、ウエハチャージ後、真空ポンプ２４６を起動する。また、炉口シャッタ１４７（図２参照）を開ける。複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内に搬入（ボートロード）される（ステップＳ２０２）。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０を介して反応管２０３の下端をシールした状態となる。その後、ボート２１７をボート駆動機構２６７により回転させ、ウエハ２００を回転させる。

その後、ＡＰＣバルブ２４３を開いて真空ポンプ２４６により処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空引きし、ウエハ２００の温度が１００℃に達して温度等が安定したら（ステップＳ２０３）、処理室２０１内の温度を１００℃に保持した状態で次のステップを順次実行する。

この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣバルブ２４３の開度がフィードバック制御される（圧力調整）。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づき加熱用電源２５０からヒータ２０７への電力供給具合がフィードバック制御される（温度調整）。

次に、ＢＴＢＡＳガスとＮＨ３ガス（ラジカル）を処理室２０1内に供給することにより窒化シリコン膜を成膜する窒化シリコン膜形成工程を行う。窒化シリコン膜形成工程では次の４つのステップ（Ｓ２０４〜Ｓ２０７）を順次繰り返して実行する。

＜ＢＴＢＡＳ供給：ステップＳ２０４＞
ステップＳ２０４では、ガス供給系３０１のガス供給管３１０、ノズル４１０よりＢＴＢＡＳを処理室２０１内に供給する。バルブ３１３を閉じておき、バルブ３１４、６１２を開ける。ＢＴＢＡＳは常温で液体であり、液体のＢＴＢＡＳが液体マスフローコントローラ３１２で流量調整されて気化器３１５に供給され気化器３１５で気化される。ＢＴＢＡＳを処理室２０１に供給する前は、バルブ３１３を閉じ、バルブ６１２を開けて、バルブ６１２を介してＢＴＢＡＳをベントライン６１０に流しておく。

そして、ＢＴＢＡＳを処理室２０１に供給する際には、バルブ６１２を閉じ、バルブ３１３を開けて、ＢＴＢＡＳをバルブ３１３の下流のガス供給管３１０に供給すると共に、バルブ５１３を開けて、キャリアガス（Ｎ２）をキャリアガス供給管５１０から供給する。キャリアガス（Ｎ２）の流量はマスフローコントローラ５１２で調整する。ＢＴＢＡＳはキャリアガス（Ｎ２）とバルブ３１３の下流側で合流し混合され、ノズル４１０のガス供給孔４１１を介して処理室２０１に供給されつつ排気管２３１から排気される。この時、ＡＰＣバルブ２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を５０〜９００Ｐａの範囲であって、例えば３００Ｐａに維持する。液体マスフローコントローラ３１２で制御するＢＴＢＡＳの供給量は０．０５〜３．００ｇ／ｍｉｎの範囲であって、例えば１．００ｇ／ｍｉｎにする。ＢＴＢＡＳにウエハ２００を晒す時間は２〜６秒間で範囲であって、例えば３秒間である。また、ヒータ２０７に電力を供給する加熱用電源２５０を制御して処理室２０１内を、２００℃以下、より好ましくは１００℃以下の温度であって例えば１００℃となるような温度に保持しておく。

このとき、処理室２０１内に流しているガスは、ＢＴＢＡＳと不活性ガスであるＮ２のみであり、ＮＨ３ラジカルは存在しない。したがって、ＢＴＢＡＳは気相反応を起こすことはなく、ウエハ２００の表面や下地膜と表面反応（化学吸着）し、第１の層として原料（ＢＴＢＡＳ）の吸着層またはＳｉ含有層を形成する。Ｓｉ含有層とは、解離したＢＴＢＡＳ分子の一部からなる分子の層であって、Ｓｉのみからなる薄膜をも含む。なお、この処理の初期においてウエハ２００の表面は、Ｓｉを含まない素材、例えば炭素薄膜で覆われている場合もある。

同時に、ガス供給管３２０の途中につながっているキャリアガス供給管５２０から、バルブ５２３を開けて少量のＮ２（不活性ガス）を流すと、ＮＨ３側のノズル４２０、バッファ室４２３やガス供給管３２０にＢＴＢＡＳが回り込むことを防ぐことができる。

＜残留ガス除去：ステップＳ２０５＞
ステップＳ２０５では、残留ＢＴＢＡＳ等の残留ガスを処理室２０１内から除去する。ガス供給管３１０のバルブ３１３を閉めて処理室２０１へのＢＴＢＡＳの供給を停止し、バルブ６１２を開けてベントライン６１０へＢＴＢＡＳを流す。このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を全開として、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、処理室２０１内に残留する残留ＢＴＢＡＳ等の残留ガスを処理室２０１内から排除する。このときＮ２等の不活性ガスを、ＢＴＢＡＳ供給ラインであるガス供給管３１０から、さらには、ガス供給管３２０、３３０から、処理室２０１内へ供給すると、さらに残留ＢＴＢＡＳ等の残留ガスを排除する効果が高まる。

＜活性化したＮＨ３供給：ステップＳ２０６＞
ステップＳ２０６では、ＮＨ３をガス供給系３０２のガス供給管３２０よりノズル４２０のガス供給孔４２１を介してバッファ室４２３内に供給し、ＮＨ３をガス供給系３０３のガス供給管３３０よりノズル４３０のガス供給孔４３１を介してバッファ室４３３内に供給する。このとき、棒状電極４７１および棒状電極４７２間に高周波電源２７０から整合器２７１を介して高周波電力を印加することで、バッファ室４２３内に供給されたＮＨ３ガスはプラズマ励起され、活性種としてガス供給孔４２５から処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。バッファ室４３３についても同様である。

ＮＨ３はマスフローコントローラ３２２で流量調整されてガス供給管３２０よりバッファ室４２３内に供給され、マスフローコントローラ３３２で流量調整されてガス供給管３３０よりバッファ室４３３内に供給される。ＮＨ３をバッファ室４２３に供給する際には、バルブ６２２を閉じ、バルブ３２３を開けて、ＮＨ３をバルブ３２３の下流のガス供給管３２０に供給すると共に、必要であればバルブ５２３を開けて、キャリアガス（Ｎ２）をキャリアガス供給管５２０から供給する。ＮＨ３、ノズル４２０を介してバッファ室４２３供給される。また、ＮＨ３をバッファ室４３３に供給する際には、バルブ６３２を閉じ、バルブ３３３を開けて、ＮＨ３をバルブ３３３の下流のガス供給管３３０に供給する。ＮＨ３は、ノズル４３０を介してバッファ室４３３へ供給される。

ＮＨ３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２４３を適正に調整して処理室２０１内の圧力を、例えば５０〜９００Ｐａの範囲内の圧力であって、例えば５００Ｐａとする。マスフローコントローラ３２２及びマスフローコントローラ３３２で制御するＮＨ３ガスの供給流量は、例えば２０００〜９０００ｓｃｃｍの範囲内の流量である。ＮＨ３ガス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、すなわちガス供給時間は、例えば３〜２０秒間の範囲内の時間であって、例えば９秒とする。なお、高周波電源２７０から棒状電極４７１および棒状電極４７２間に印加する高周波電力は、例えば１３．５６ＭＨｚ或いは２７．１２ＭＨｚの周波数で、２０〜６００Ｗの範囲内の電力であって、例えば２００Ｗとなるよう設定する。高周波電源２７０から棒状電極４８１および棒状電極４８２間に印加する高周波電力も同様とする。ＮＨ３ガスはそのままでは反応温度が高く、上記のようなウエハ温度、処理室内圧力では反応しづらいので、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２００の温度は上述のように設定した低い温度範囲とすることが可能となる。

このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種（ＮＨ３^*）を所定の割合で含み、処理室２０１内にはＢＴＢＡＳガスは流していない。したがって、ＮＨ３ガスは気相反応を起こすことはなく、活性種となった、もしくは活性化されたＮＨ３ガスは、ステップＳ２０４でウエハ２００上に形成された第１の層と反応する。これにより第１の層は窒化されて、シリコン（第１の元素）及び窒素（第２の元素）を含む第２の層、すなわち、窒化シリコン層（Ｓｉ３Ｎ４層）へと改質される。

同時に、ガス供給管３１０の途中につながっているキャリアガス供給管５１０から、バルブ５１３を開けてＮ２（不活性ガス）を流すと、ＢＴＢＡＳ側のノズル４１０やガス供給管３１０にＮＨ３が回り込むことを防ぐことができる。

＜残留ガス除去：ステップＳ２０７＞
ステップＳ２０７では、未反応もしくは窒化に寄与した後の残留ＮＨ３等の残留ガスを処理室２０１内から除去する。ガス供給管３２０のバルブ３２３及びガス供給管３３０のバルブ３３３を閉めて処理室２０１へのＮＨ３の供給を停止する。このとき排気管２３１のＡＰＣバルブ２４３を全開として、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を２０Ｐａ以下となるまで排気し、処理室２０１内に残留する残留ＮＨ３等の残留ガスを処理室２０１内から排除する。

上記ステップＳ２０４〜Ｓ２０７を１サイクルとし、少なくとも１回以上行なう（ステップＳ２０８）ことによりウエハ２００上に所定膜厚の窒化シリコン膜を成膜する。

所定膜厚の窒化シリコン膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ２等の不活性ガスを処理室２０１内へ供給しつつ排気することで処理室２０１内を不活性ガスでパージする（ガスパージ：ステップＳ２１０）。なお、ガスパージは、残留ガスを除去したのち、ＡＰＣバルブ２４３を閉じ、バルブ５１３、５２３、５３３を開いて行うＮ２等の不活性ガスの処理室２０１内への供給と、その後、バルブ５１３、５２３、５３３を閉じてＮ２等の不活性ガスの処理室２０１内への供給を停止すると共に、ＡＰＣバルブ２４３を開いて行う処理室２０１内の真空引きとを繰り返して行うことが好ましい。

その後、ボート回転機構２６７を止め、ボート２１７の回転を止める。その後、バルブ５１３、５２３、５３３を開いて処理室２０１内の雰囲気をＮ２等の不活性ガスで置換し（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力を常圧に復帰する（大気圧復帰：ステップＳ２１２）。その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を下降して、反応管２０３の下端を開口するとともに、処理済ウエハ２００がボート２１７に支持された状態で反応管２０３の下端から処理室２０１の外部に搬出（ボートアンロード：ステップＳ２１４）する。その後、反応管２０３の下端を炉口シャッタ１４７で閉じる。その後、真空ポンプ２４６を止める。その後、処理済ウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ：ステップＳ２１６）。これにより１回の成膜処理（バッチ処理）が終了する。

本開示は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本開示のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、放電電極は２本が対になって設けられるものに限らず、３本以上が略平行に設けられるものも含まれる。３本並んだ放電電極は、中心の１つが接地され、両側の２つが共通に給電されうる。

更に、上述した各構成、機能、コントローラ、ＣＰＵ等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を中心に説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、処理部の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。

１、２０３ 反応管
２ 被処理基板
４ 放電電極端部
５、３０ 放電電極
６ バッファ室
８ 発振器
９ 整合器
１０ 小穴
１１ プラズマ
１２ ボート
１３ ガス導入口
１４ 鞘管
１５ ガスノズル
１６ スリーブ
１７、３１ コイル状の構造体
１８、３２ 外側の編組
３３ キャップ
１０１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０２ 処理炉
２８０ コントローラ
２８１ ＣＰＵ
４７１、４７２、４８１、４８２ 棒状電極

Claims (5)

1. 基板を処理する処理室と、
   前記基板に供給される前のガスを流通させるバッファ室と、
   前記バッファ室内を略平行に伸びる少なくとも１対の放電電極と、
   前記１対の放電電極が前記ガスに曝露しないように前記１対の放電電極にそれぞれ被せられる絶縁体製の1対の鞘管と、を備え、
   前記1対の放電電極の少なくとも一方には、給電される端とは別の端において、前記放電電極と略等しい外径を有し、先端部分が丸く形成された金属製のキャップが設けられる基板処理装置。
2. 前記1対の放電電極のそれぞれは、芯材と、前記芯材の外側に設けられる高融点金属製の編組とで構成され、前記キャップは、高融点金属製であり、前記芯材と前記編組とを圧接するよう構成する請求項１記載の基板処理装置。
3. 内部に複数の基板を配列させて収容する反応管を更に備え、
   前記バッファ室は、前記反応管の内部と隣接する面を有するように前記反応管と一体に設けられ、前記隣接する面に前記基板が配列される領域に亘って設けられる１乃至複数の貫通孔と、前記バッファ室の内部と連通するガス導入部と、を有し、
   前記放電電極は、前記基板の配列方向にそって配置され、
   前記鞘管は、一部が屈曲して構成される請求項１又は２に記載の基板処理装置。
4. 前記反応管内に、前記基板の配列方向と平行に設けられるガスノズルを更に備え、
   前記ガスノズルからの第1のガスの供給と、前記バッファ室からの電気的に中性な活性種を含むガスと、を交互に前記反応管内に供給して、前記複数の基板に所定の膜を形成する、請求項３に記載の基板処理装置。
5. 内部を略平行に伸びる１対の放電電極を有するバッファ室に、基板に供給される前のガスを流通させる工程と、
   前記１対の放電電極に供給された高周波電力が、前記１対の放電電極が前記ガスに曝露しないように前記１対の放電電極にそれぞれ被せられる絶縁体製の1対の鞘管を介在させて、前記バッファ室内の前記ガスを励起し、少なくとも一部をプラズマ化若しくは活性化する工程と、 プラズマ化若しくは活性化された前記ガスで前記基板を処理する工程と、を有し、
   前記活性化する工程では、前記1対の放電電極の少なくとも一方は、給電される端とは別の端において、前記放電電極と略等しい外径を有し、先端部分が丸く形成された金属製のキャップが設けられた状態で給電される半導体装置の製造方法。

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