WO2017014179A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム Download PDF

Info

Publication number
WO2017014179A1
WO2017014179A1 PCT/JP2016/070979 JP2016070979W WO2017014179A1 WO 2017014179 A1 WO2017014179 A1 WO 2017014179A1 JP 2016070979 W JP2016070979 W JP 2016070979W WO 2017014179 A1 WO2017014179 A1 WO 2017014179A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plasma generation
processing region
substrate
processing
plasma
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/070979
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
潤一 田邊
堀井　貞義
秀治 板谷
唯史 高崎
Original Assignee
株式会社日立国際電気
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立国際電気 filed Critical 株式会社日立国際電気
Publication of WO2017014179A1 publication Critical patent/WO2017014179A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, a semiconductor device manufacturing method, and a program.
  • a simultaneous supply method and an alternate supply method are known as one of thin film formation methods used for semiconductor devices such as flash memory and DRAM (Dynamic Random Access Memory).
  • a rotary apparatus in which a plurality of substrates are arranged in the circumferential direction and the substrates are rotated to sequentially supply a source gas and a reaction gas is known.
  • a source gas and a reaction gas is known.
  • the rotary type device there is an advantage that a film having higher quality than that of the vertical type device can be formed and the throughput is higher than that of the single wafer device.
  • the gas is activated by plasma instead of heat and processed at a low temperature.
  • the generated plasma needs to reach the substrate surface uniformly, but in the rotary apparatus, the rotation speed is between the center and the outer periphery of the substrate mounting table. Therefore, it was difficult to supply plasma uniformly within the substrate surface. Also, the distribution of the plasma density supplied to the substrate surface may be biased depending on factors such as the shape and position of the electrode for generating plasma and the supply port for supplying plasma.
  • This invention solves the said subject, and aims at providing the technique which can supply a plasma uniformly with respect to a board
  • a processing chamber for processing a substrate and a substrate mounting that is rotatably provided in the processing chamber and on which a plurality of substrates are mounted along the rotation direction.
  • a substrate mounting table having a surface; a rotating mechanism that rotates the substrate mounting table; and a first substrate that is provided in order in the processing chamber along the rotation direction of the substrate mounting table.
  • a processing region, a second processing region, and a third processing region, a first gas supply unit that supplies a first element-containing gas to the first processing region, and an upper portion of the second processing region The first plasma generation space, a second gas supply unit that supplies the second element-containing gas to the first plasma generation space, and the first processing region.
  • Plasma excitation of the second element-containing gas supplied to the plasma generation space A first plasma generation section having a first electrode, a second plasma generation space provided above the third processing region, and the second plasma generation space containing the second element
  • a technique capable of supplying plasma uniformly to a substrate in a rotary apparatus is provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a process chamber according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of the process chamber according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of the process chamber shown in FIG. 1.
  • 1 is a schematic top view of a process chamber according to a first embodiment of the present invention. Explanatory drawing explaining the coil with which the substrate processing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention is provided.
  • the schematic block diagram of the controller used suitably for the substrate processing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • the flowchart which shows the substrate processing process which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a first explanatory view illustrating the relationship between a substrate and plasma in a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 2nd explanatory drawing explaining the relationship between the board
  • the upper surface schematic of the process chamber which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • the upper surface schematic of the process chamber which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
  • a configuration of a process chamber as a processing furnace provided in the substrate processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • a line AA ′ shown in FIG. 1 is a line from A to A ′ through the center of the reaction vessel 203.
  • the process chamber 202 includes a reaction vessel 203 that is a cylindrical airtight vessel.
  • a processing chamber 201 for processing the wafer 200 is formed in the reaction vessel 203.
  • the processing chamber 201 is divided into a plurality of regions, for example, a first processing region 206a, a first purge region 207a, a second processing region 206b, a second purge region 207b, a third processing region 206c, and a third purge region. 207c.
  • the purge region is also referred to as a separation region.
  • the six partition plates 205 are provided on the upper side in the reaction vessel 203.
  • the six partition plates 205 are configured to partition the processing chamber 201 into processing regions and purge regions in a state where the wafer 200 can pass through rotation of a susceptor 217 described later.
  • the processing chamber 201 has a gap through which the wafer 200 can pass under the plurality of partition plates 205, and the plurality of partition plates 205 are directly above the susceptor 217 from the ceiling in the processing chamber 201. It is provided to block the space up to.
  • a susceptor 217 As a substrate mounting table having a rotation shaft at the center of the reaction vessel 203 and configured to be rotatable is provided.
  • the susceptor 217 is configured to support a plurality of wafers 200 side by side in the reaction vessel 203 on the same plane and on the same circle along the rotation direction.
  • a wafer mounting portion 217 b is provided at the support position of the wafer 200 on the surface of the susceptor 217.
  • the same number of wafer placement portions 217b as the number of wafers 200 to be processed are arranged at equal intervals from the center of the susceptor 217 on the same circle.
  • Each wafer mounting portion 217b has, for example, a circular shape when viewed from the top surface of the susceptor 217 and a concave shape when viewed from the side surface.
  • the wafer 200 is placed in the wafer placement portion 217b.
  • the susceptor 217 is provided with a lifting mechanism 268 that lifts and lowers the susceptor 217.
  • a plurality of through holes 217a are provided at the position of each wafer mounting portion 217b of the susceptor 217.
  • a plurality of wafer push-up pins 266 that push up the wafer 200 and support the back surface of the wafer 200 when the wafer 200 is carried into and out of the reaction vessel 203 are provided on the bottom surface of the reaction vessel 203 described above.
  • the through-hole 217a and the wafer push-up pin 266 are arranged so that the wafer push-up pin 266 penetrates the through-hole 217a when the wafer push-up pin 266 is raised or when the susceptor 217 is lowered by the lifting mechanism 268. Has been.
  • the elevating mechanism 268 is provided with a rotation mechanism 267 that rotates the susceptor 217 so that the plurality of wafers 200 sequentially pass through each processing region and each purge region.
  • a heater 218 as a heating unit is integrally embedded in the susceptor 217 so that the wafer 200 can be heated.
  • the heater 218 is configured to be able to heat the surface of the wafer 200 to a predetermined temperature (eg, room temperature to about 1000 ° C.).
  • the susceptor 217 is provided with a temperature sensor.
  • a power regulator, a heater power supply, and a temperature regulator are electrically connected to the heater 218 and the temperature sensor via a power supply line.
  • a first element-containing gas supply unit (a source gas supply unit or a first gas supply unit or a first element-containing gas supply unit) supplies a source gas, that is, a first element-containing gas containing a first element, to the first processing region.
  • a first gas supply unit 281 is also provided. The downstream end of the first gas supply pipe 231a is connected to the upper end of the first gas supply unit 281.
  • a first gas ejection port 251 On the side wall of the first gas supply unit 281 on the first processing region 206a side, a first gas ejection port 251 that opens to the first processing region 206a is provided.
  • the first gas supply pipe 231a is provided with a source gas supply source 231b, a mass flow controller (MFC) 231c that is a flow rate controller (flow rate control unit), and a valve 231d that is an on-off valve.
  • MFC mass flow controller
  • the downstream end of the inert gas supply pipe 234a is connected to the downstream side of the valve 231d of the first gas supply pipe 231a.
  • the inert gas supply pipe 234a is provided with an inert gas supply source 234b, an MFC 234c, and a valve 234d.
  • the inert gas is supplied from the inert gas supply pipe 234a through the first gas supply pipe 231a, the first gas introduction portion 281 and the first gas outlet 251 as the carrier gas or dilution gas of the source gas in the first processing region. It is supplied into 206a.
  • a source gas supply system (which may be referred to as a first gas supply system) is mainly configured by the first gas supply pipe 231a, the MFC 231c, the valve 231d, the first gas introduction part 281 and the first gas injection port 251.
  • the “source gas” here is one of the processing gases, and is a gas that becomes a source material when forming a thin film.
  • the source gas contains, for example, Ti, Ta, Si, Hf, Zr, Ru, Ni, and W as elements constituting the thin film.
  • the source gas is, for example, dichlorosilane (Si 2 H 2 Cl 2 ) (hereinafter referred to as DCS) gas.
  • An inert gas introduction part 282 for introducing an inert gas as a purge gas is provided at the center of the ceiling part of the reaction vessel 203.
  • a first inert gas jet port 256 that opens to the first purge region 207a, respectively.
  • a second inert gas outlet 257 that opens to the second purge region 207b and a third inert gas outlet 258 that opens to the third purge region 207c are provided.
  • the downstream end of the second gas supply pipe 232a is connected to the upper end of the inert gas introduction part 282.
  • the second gas supply pipe 232a is provided with an inert gas supply source 232b, an MFC 232c, and a valve 232d. From the second gas supply pipe 232a, the inert gas is passed through the inert gas inlet 282, the first inert gas outlet 256, the second inert gas outlet 257, and the third inert gas outlet 258. The gas is supplied into the first purge region 207a, the second purge region 207b, and the third purge region 207c.
  • the “inert gas” is, for example, at least one of rare gases such as nitrogen (N 2 ) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, and argon (Ar) gas.
  • the inert gas is, for example, N 2 gas.
  • a communication port 203a is provided on the ceiling of the reaction vessel 203 and above the second processing region 206b.
  • a plasma generation chamber 290 as a first plasma generation space is connected to the communication port 203a.
  • a reaction gas introduction hole 292a is provided in the ceiling 292 of the plasma generation chamber 290, and a reaction gas containing the second element (second element-containing gas) is supplied to the first plasma generation chamber 290 through the reaction gas introduction hole 292a.
  • a first reaction gas supply system also referred to as a first second element-containing gas supply unit, a first reaction gas supply unit, or a second gas supply unit
  • 233 is connected.
  • the downstream end of the third gas supply pipe 233a is connected to the reaction gas introduction hole 292a.
  • the third gas supply pipe 233a is provided with a reaction gas supply source 233b, an MFC 233c, and a valve 233d that is an on-off valve.
  • the reactive gas is supplied from the reactive gas supply source 233b into the second processing region 206b through the third gas supply pipe 233a.
  • the downstream end of the inert gas supply pipe 235a is connected to the downstream side of the valve 233d of the third gas supply pipe 233a.
  • the inert gas supply pipe 235a is provided with an inert gas supply source 235b, an MFC 235c, and a valve 235d.
  • the inert gas is supplied into the second processing region 206b as a carrier gas or a dilution gas via the third gas supply pipe 233a, the plasma generation chamber 290, and the communication port 203a.
  • a first reaction gas supply system (first second element-containing gas supply unit) is mainly configured by the third gas supply pipe 233a, the MFC 233c, the valve 233d, and the reaction gas introduction hole 292a.
  • the “reactive gas” here is one of the processing gases, and as will be described later, active species and reactive species generated in a plasma state react with the first layer formed on the wafer 200 by the source gas. Gas.
  • the reaction gas is, for example, at least one of ammonia (NH 3 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, hydrogen (H 2 ) gas, and oxygen (O 2 ) gas. Note that a material having a lower adhesion (viscosity) than the source gas is used as the reaction gas.
  • the reaction gas is, for example, NH 3 gas.
  • a communication port 203b is provided on the ceiling of the reaction vessel 203 and above the third processing region 206c.
  • a plasma generation chamber 280 as a second plasma generation space is connected to the communication port 203b.
  • a reaction gas introduction hole 272a is provided in the ceiling 272 of the plasma generation chamber 280, and a reaction gas containing a second element (second element-containing gas) is supplied to the second plasma generation chamber 280 through the reaction gas introduction hole 272a.
  • a second reaction gas supply system also referred to as a second second element-containing gas supply unit, a second reaction gas supply unit, or a third gas supply unit
  • the reaction gas supplied from the first reaction gas supply system and the reaction gas supplied from the second reaction gas supply system are the same.
  • the downstream end of the fourth gas supply pipe 243a is connected to the reaction gas introduction hole 272a.
  • the fourth gas supply pipe 243a is provided with a reaction gas supply source 243b, an MFC 243c, and a valve 243d which is an on-off valve.
  • a reactive gas is supplied from the reactive gas supply source 243b into the third processing region 206c via the fourth gas supply pipe 243a.
  • the downstream end of the inert gas supply pipe 245a is connected to the downstream side of the valve 243d of the fourth gas supply pipe 243a.
  • the inert gas supply pipe 245a is provided with an inert gas supply source 245b, an MFC 245c, and a valve 245d.
  • the inert gas From the inert gas supply pipe 235a, the inert gas enters the third processing region 206c as a carrier gas or a dilution gas via the MFC 235c, the valve 235d, the fourth gas supply pipe 243a, the plasma generation chamber 280, and the communication port 203b. Supplied.
  • a second reaction gas supply system (second second element-containing gas supply unit) is mainly configured by the fourth gas supply pipe 243a, the MFC 243c, the valve 243d, and the reaction gas introduction hole 242a.
  • an exhaust port 240 for exhausting the inside of the reaction vessel 203 is provided at the bottom of the reaction vessel 203.
  • a plurality of exhaust ports 240 are provided, and are provided at the bottom of each processing region and each purge region.
  • the space in each region is exhausted from each exhaust port 240 via the outer periphery of the susceptor 217.
  • the upstream end of the exhaust pipe 241 is connected to each exhaust port 240.
  • a vacuum pump as a vacuum exhaust device is connected to the downstream side of the exhaust pipe 241 via a pressure sensor, an APC (Auto Pressure Controller) valve as a pressure regulator, and a valve as an on-off valve.
  • the exhaust system is configured so that the pressure in 201 can be evacuated to a predetermined pressure.
  • a communication port 203 a having a diameter larger than or substantially the same as that of the substrate 200 is provided in the ceiling portion of the second treatment region 206 b of the reaction vessel 203.
  • a plasma generation chamber 290 is connected to the communication port 203a.
  • the plasma generation chamber 290 has a side wall 291 and a ceiling 292, and is connected to the first reaction gas supply system via a reaction gas introduction hole 292a provided in the ceiling 292.
  • the side wall 291 has a cylindrical structure and can be said to be partitioned by a cylindrical container.
  • a coil 293 as a first electrode is provided on the outer periphery of the side wall so as to wind at least one turn.
  • the side wall 291 is made of quartz, for example, and has the same diameter as the communication port 203a.
  • the reactive gas introduction hole 292a is disposed immediately above the center of the communication port 203a.
  • the plasma generation chamber 290 communicates with the second processing region 206b through a communication hole 203a that is an opening having the same shape as the inner periphery of the cylindrical side wall 291.
  • a gas dispersion structure 294 is provided between the reaction gas introduction hole 292 a provided in the ceiling 292 and the upper end of the coil 293.
  • the gas dispersion structure 294 includes a gas dispersion plate 294a and a fixing structure 294b that fixes the gas dispersion plate 294a to the ceiling.
  • the gas dispersion plate 294a is a disc without holes, and is formed in a shape such that the outer edge of the disc is along the side wall 291 so as to guide the gas supplied from the reaction gas introduction hole 292a to the vicinity of the coil 293.
  • the upper end of the coil 293 is positioned below the gas dispersion plate 294a.
  • the coil 293 is surrounded by a shielding plate 295.
  • the communication hole 203a, the plasma generation chamber 290, and the coil 293 constitute a first plasma generation unit.
  • the plasma generation chamber 290, the first reaction gas supply system, and the coil 293 as the first electrode may be collectively referred to as a first plasma generation unit or a first plasma generation system.
  • a communication port 203b having a diameter larger than the substrate 200 or substantially the same diameter is provided in the ceiling portion of the third treatment region 206c of the reaction vessel 203.
  • a plasma generation chamber 280 is connected to the communication port 203b.
  • the plasma generation chamber 280 has a side wall 271 and a ceiling 272, and is connected to a second reaction gas supply system via a reaction gas introduction hole 272a provided in the ceiling 272.
  • a coil 283 as a second electrode is provided on the outer periphery of the side wall so as to be wound at least once.
  • the coil 283 is surrounded by a shielding plate 275.
  • the side wall 271 has the same diameter as the communication port 203b.
  • the reactive gas introduction hole 272a is disposed immediately above the center of the communication port 203a.
  • the plasma generation chamber 280 communicates with the third processing region 206c through a communication hole 203b that is an opening having the same shape as the inner periphery of the cylindrical side wall 271.
  • the cylindrical side walls 291 and 271 have a circular horizontal cross-sectional shape, but may have an elliptical cross-section.
  • the communication hole 203b, the plasma generation chamber 280, and the coil 283 constitute a second plasma generation unit.
  • the plasma generation chamber 280, the second reaction gas supply system, and the coil 283 as the second electrode may be collectively referred to as a second plasma generation unit or a second plasma generation system.
  • the center position of the first plasma generation unit is shifted to the inner side in the radial direction of the susceptor 217 from the center position of the substrate 200 passing immediately below. Further, the center position of the second plasma generation unit is shifted to the outside in the radial direction of the susceptor 217 from the center position of the substrate 200 that passes directly below. That is, the center positions of the first plasma generation unit, the second plasma generation unit, and the substrate 200 are configured to be shifted from each other in the radial direction of the susceptor 217.
  • the coil 293 (283) has a shape in which the curvature of a part constituting the circumference, that is, a part adjacent to the side wall 291 (271) is constant.
  • the curvature constant By making the curvature constant, the magnetic field generated when a current is passed through the coil becomes uniform along the inner periphery of the side wall 291 (271), thereby making the density in the circumferential direction of the plasma 290a generated thereby uniform. It becomes possible.
  • a waveform adjustment circuit 296 (286), an RF sensor 297 (287), a high frequency power source 298 (288), and a frequency matching unit 299 (289) are connected to the coil 293 (283).
  • the high frequency power supply 298 (288) supplies high frequency power to the coil 293 (283).
  • the RF sensor 297 (287) monitors information on high-frequency traveling waves and reflected waves that are supplied.
  • the frequency matching unit 299 (289) controls the high frequency power supply 298 (288) so that the reflected wave is minimized based on the reflected wave information monitored by the RF sensor 297 (287).
  • the waveform adjustment circuit 296 (286) is inserted into one end (or the other end or both ends) of the coil 293 (283) so that the phase and antiphase currents flow symmetrically with respect to the electrical midpoint of the coil 293 (283). .
  • the coil 293 (283) forms a standing wave of a predetermined wavelength, the winding diameter, the winding pitch, and the number of turns are set so as to resonate in the full wavelength mode. That is, the combined electrical length of the coil 293 (283) and the frequency matching circuit 296 (286) is an integral multiple (1 times, 2 times) of one wavelength at a predetermined frequency of power supplied from the high frequency power supply 298 (288). 7) is set.
  • the coil 293 (283) is wound about 1 to 60 times around the outer periphery of the room in which the side wall 291 is formed.
  • the induction plasma excited in the plasma generation chamber 290 (280) at the above-described electrical midpoint has almost no capacitive coupling with the processing chamber wall and the substrate mounting table, and has a ring shape with a very low electrical potential.
  • the plasma has a uniform density in the circumferential direction.
  • the controller 300 which is a control unit (control means), includes a CPU (Central Processing Unit) 301a, a RAM (Random Access Memory) 301b, a storage device 301c, and an I / O port 301d. It is configured as a computer.
  • the RAM 301b, the storage device 301c, and the I / O port 301d are configured to exchange data with the CPU 301a via the internal bus 301e.
  • an input / output device 302 configured as a touch panel or the like is connected to the controller 300.
  • the storage device 301c includes, for example, a flash memory, a HDD (Hard Disk Drive), and the like.
  • a control program for controlling the operation of the substrate processing apparatus 10 and a process recipe in which a procedure and conditions for substrate processing such as film formation processing described later are described in a readable manner.
  • the process recipe is a combination of functions so that a predetermined result can be obtained by causing the controller 300 to execute each procedure in a substrate processing step to be described later, and functions as a program.
  • the process recipe, the control program, and the like are collectively referred to as simply a program.
  • the RAM 301b is configured as a memory area (work area) in which a program or data read by the CPU 301a is temporarily stored.
  • the I / O port 301d is connected to the MFCs 231c to 235c, the valves 231d to 235d, the heater 218, the frequency matching units 289 and 299, the high frequency power supplies 288 and 298, the rotating mechanism 267, the lifting mechanism 268, and the like.
  • the I / O port 301d is also connected to a power regulator, heater power supply, temperature regulator, pressure sensor, APC valve, vacuum pump, and temperature sensor not shown.
  • the CPU 301a is configured to read and execute a control program from the storage device 301c, and to read a process recipe from the storage device 301c in response to an operation command input from the input / output device 302 or the like. Then, the CPU 301a adjusts the flow rate of various gases by the MFCs 231c to 235c, the opening / closing operation of the valves 231d to 235d, the opening / closing operation of the APC valve, and the pressure adjustment by the APC valve based on the pressure sensor, in accordance with the contents of the read process recipe.
  • the controller 300 is stored in an external storage device 303 (for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk such as a CD or DVD, a magneto-optical disk such as an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory or a memory card).
  • the above-described program can be installed in a computer.
  • the storage device 301c and the external storage device 303 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium.
  • recording medium When the term “recording medium” is used in this specification, it may include only the storage device 301c alone, may include only the external storage device 303 alone, or may include both.
  • the program may be provided to the computer using communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 303.
  • a predetermined number (five in this embodiment) of wafers 200 are loaded into the processing chamber 201 using a wafer transfer machine.
  • the wafer 200 is placed on the wafer push-up pins 266 that protrude from the surface of the susceptor 217 by a predetermined height along the rotation direction of the susceptor 217.
  • the predetermined gate valve is closed to seal the inside of the reaction vessel 203, and the susceptor 217 is raised to place the wafer 200 on each wafer placement portion 217b provided on the susceptor 217.
  • electric power is supplied to the heater 218 so that the surface of the wafer 200 is controlled to a predetermined temperature.
  • the temperature of the wafer 200 is, for example, room temperature or more and 650 ° C. or less, preferably, room temperature or more and 400 ° C. or less.
  • the rotation mechanism 267 starts to rotate the susceptor 217 in the R direction.
  • the rotational speed of the susceptor 217 is, for example, not less than 1 revolution / minute and not more than 100 revolutions / minute. Specifically, the rotation speed is, for example, 60 rotations / minute.
  • the wafer 200 sequentially passes through each processing region and each purge region.
  • Gas supply start step S130 When the wafer 200 is heated to reach a desired temperature and the susceptor 217 reaches a desired rotation speed, the valve 231d is opened and the supply of DCS gas into the first processing region 206a is started. At the same time, the valves 233d and 243d are opened to supply NH 3 gas into the second processing region 206b and the third processing region 206c, respectively. At this time, the MFC 231c is adjusted so that the flow rate of the DCS gas becomes a predetermined flow rate.
  • the supply flow rate of DCS gas is, for example, 50 sccm or more and 500 sccm or less.
  • valve 234d may be opened, and N 2 gas may flow from the inert gas supply pipe 234a together with the DCS gas.
  • the MFC 233c and the MFC 243c are adjusted so that the flow rate of the NH 3 gas becomes a predetermined flow rate.
  • the supply flow rate of NH 3 gas is the same for both the first reaction gas supply system and the second reaction gas supply system, and is, for example, 100 sccm or more and 5000 sccm or less.
  • the NH 3 gas supply flow rate may be varied in each reaction gas supply system.
  • the valves 235d and 245d may be opened to allow the N 2 gas to flow from the inert gas supply pipe 235a and the inert gas supply pipe 245a.
  • the inside of the processing chamber 201 is continuously exhausted by the exhaust system, and from the inert gas supply system to the first purge region 207a, the second purge region 207b, and the third N 2 gas is supplied into the purge region 207c. Further, the pressure in the processing chamber 201 is set to a predetermined pressure by appropriately adjusting the opening degree of the APC valve constituting the exhaust system.
  • the film forming step S140 first, high frequency power is supplied to the coils 293 and 283.
  • the NH 3 gas supplied to the plasma generation spaces in the plasma generation chambers 290 and 280 is excited into a plasma state in the plasma generation spaces.
  • a silicon-containing layer is formed on the surface.
  • the seed reacts to form a SiN film on the surface of the wafer 200.
  • the susceptor 217 is rotated a predetermined number of times so that the SiN film formed on the surface of the wafer 200 has a desired thickness, and the SiN in the first processing region 206a, the second processing region 206b, and the third processing region 206c. Repeat film formation.
  • Substrate unloading step S170 Next, the susceptor 217 is lowered and the wafer 200 is supported on the wafer push-up pins 266 protruding from the surface of the susceptor 217. Thereafter, a predetermined gate valve is opened, and the wafer 200 is unloaded from the reaction vessel 203 using a wafer transfer machine.
  • NH 3 gas is supplied from the third gas supply pipe 233a to the plasma generation chamber 290.
  • plasma excitation of NH 3 gas is started in the plasma generation chamber 290.
  • the pressure in the processing chamber 201 is stabilized, application of high-frequency power from the high-frequency power source 298 to the coil 293 is started.
  • NH 3 gas is supplied to the plasma generation chamber 280 from the fourth gas supply pipe 243a.
  • plasma excitation of NH 3 gas is started in the plasma generation chamber 280.
  • a high-frequency magnetic field is formed in the plasma generation chambers 290 and 280, and ring-shaped induction plasma is excited at a height corresponding to the electrical midpoint of the coils 293 and 283 in the plasma generation chambers 290 and 280.
  • the plasma NH 3 gas is dissociated to generate reactive species such as nitrogen active species including nitrogen (N) and ions.
  • First processing area passage S210 When the wafer 200 passes through the first processing region 206a, DCS gas is supplied to the wafer 200. At this time, since there is no reactive gas in the first processing region 206a, the molecules of the DCS gas directly contact the surface of the wafer 200 without reacting with the reactive gas. As a result, a first layer is formed on the surface of the wafer 200.
  • the “first layer” refers to any of silicon atoms and DCS gas molecules adhering to the wafer 200 after the DCS gas is decomposed, and DCS gas molecules adhering to the wafer 200 without being decomposed. Or a layer containing these binding molecules.
  • the first layer for example, according to the pressure in the processing chamber 201, the flow rate of DCS gas, the temperature of the susceptor 217, the time taken to pass through the first processing region 206a (processing time in the first processing region 206a), etc. It is formed with a predetermined thickness and a predetermined distribution.
  • First purge region passage S220 Next, the wafer 200 moves to the first purge region 207a after passing through the first processing region 206a.
  • the DCS gas molecules or a part of the DCS gas molecules that could not form a strong bond on the wafer 200 in the first processing region 206a are inert gas. Is removed (purged) from the wafer 200 by N 2 gas.
  • the wafer 200 moves to the second processing region 206b after passing through the first purge region 207a.
  • active species and reactive species including nitrogen generated by plasma excitation of NH 3 gas as a reactive gas are the first layer. React with.
  • nitrogen atoms are bonded to silicon atoms in the first layer
  • hydrogen atoms are chlorine (Cl) atoms in the first layer ( It reacts with (chloro group) to become HCl and is detached from the first layer.
  • a second layer containing at least silicon atoms and nitrogen atoms is formed on the wafer 200.
  • the “second layer” as used herein refers to, for example, a continuous or discontinuous arrangement on the first layer formed continuously or discontinuously in combination with silicon atoms or the like in the first layer.
  • a layer containing nitrogen atoms, nitrogen molecules or NH 3 molecules, or in a first layer formed continuously or discontinuously, nitrogen atoms, nitrogen molecules or the like bonded to silicon atoms or the like in the first layer It is a layer containing NH 3 molecules.
  • the second layer has, for example, a predetermined thickness, a predetermined distribution, and a first layer depending on the pressure in the reaction vessel 203, the flow rate of NH 3 gas, the temperature of the susceptor 217, the power supply to the coil 293, and the like.
  • a ring-shaped plasma 290a is formed, and the wafer 200 passes below.
  • the density of the ring-shaped plasma 290a is uniform in the circumferential direction of the ring.
  • the concentration of active species and reactive species due to the plasma of the reactive gas increases immediately below the ring-shaped plasma 290a, and the concentration decreases as the distance from the ring-shaped plasma 290a increases inward or outward.
  • the outer end portion 200f of the susceptor 217 in the rotation radial direction within the plane of the wafer 200 The time required to pass below the ring-shaped plasma 290a is shorter than the inner end portion 200e. This is because the moving speed is larger on the outer side in the radial direction than on the inner side. Therefore, in this case, the reaction time of the first layer by the plasma of the reaction gas easily proceeds on the inner side in the direction of the rotation diameter, which is relatively long to pass below the ring-shaped plasma 290a, and the time to pass below the ring-shaped plasma 290a.
  • the wafer 200 is configured to pass under a position that is shifted from the center of the plasma generation chamber 290 in the horizontal direction to the outside in the rotational radial direction of the susceptor 217. Yes.
  • the ring-shaped plasma is formed by shifting the inner end portion 200e in the rotational radial direction of the susceptor 217 in the plane of the wafer 200 in the outer (peripheral side) direction in the rotational radial direction.
  • the time required to pass below 290a is shortened to suppress the progress of the first layer reaction by the plasma of the reactive gas at the inner end 200e.
  • the outer end portion 200f of the wafer 200 is displaced in the outer (outer peripheral) direction with respect to the position immediately below the ring-shaped plasma 290a.
  • the reaction of the first layer by the plasma of this will not proceed easily. Therefore, in this embodiment, it is configured to compensate for a reaction bias at the outer end portion 200f in the third processing region passage step S250 described later.
  • the wafer 200 moves to the second purge region 207b after passing through the second processing region 206b.
  • the wafer 200 passes through the second purge region 207b, HCl desorbed from the second layer on the wafer 200 in the second processing region 206b, excess hydrogen gas (H 2 gas), or the like is inactive. It is removed from the wafer 200 by N 2 gas as gas.
  • H 2 gas hydrogen gas
  • other silicon-based source gas containing chlorine element for example, monochlorosilane (MCS), trichlorosilane (TCS), tetrachlorosilane, hexachlorodisilane (HCDS), or other chlorosilane is used.
  • Remaining chlorine atoms in the formed SiN film causes the wet etch rate (WER) of the SiN film to deteriorate (decrease wet etch resistance). Therefore, in the present embodiment, by removing a by-product such as HCl with an inert gas and performing plasma processing in the next third processing region passing step S250, a SiN film with good WER can be formed. I can expect. Further, it is expected that the quality of the SiN film can be improved by removing the reaction gas-containing material remaining on the wafer 200 without reacting with the surface of the wafer 200 in the second processing region passing step S230.
  • the wafer 200 moves to the third processing region 206c after passing through the second purge region 207b.
  • the first layer that has not been transformed into the second layer in the second processing region passing step S230 is The second layer is formed by reacting with active species and reactive species generated by plasma of NH 3 gas as a reactive gas.
  • the wafer 200 is configured to pass below a position that is displaced in the horizontal direction from the center of the plasma generation chamber 280 toward the inner peripheral side in the rotational radial direction of the susceptor 217. ing.
  • the outer end portion 200f of the susceptor 217 in the plane of the wafer 200 in the rotational radial direction is shifted inward (inner circumferential side) in the rotational radial direction, thereby
  • the reaction of the first layer by the plasma of the reactive gas at the end portion 200f is promoted. That is, by shifting the outer end portion 200f inward in the rotational radial direction, the time required to pass under the ring-shaped plasma 290a is lengthened, and the amount of exposure of the first layer at the outer end portion 200f to the plasma is increased. To do. Accordingly, the reaction of the first layer is promoted even at the outer end portion 200f where the reaction of the first layer has not sufficiently progressed in the second processing region passage step S230, and the second layer is formed with a desired film thickness. Can do.
  • the plasma generation chamber 280 is arranged so that the wafer 200 passes below a position shifted in the inner peripheral side direction of the rotation diameter direction of the susceptor 217 with respect to the center of the plasma generation chamber 280 in the horizontal direction.
  • the inner end portion 200e of the wafer 200 is shifted in the inner (inner peripheral side) direction with respect to the position immediately below the ring-shaped plasma 290a. Therefore, there is a possibility that the reaction of the first layer by the plasma of the reaction gas does not proceed easily at the inner end portion 200e.
  • the first layer is more deteriorated (formation of the second layer) than in the outer end portion 200f in the second processing region passage step S230.
  • the inner end portion 200e results in alteration of the first layer (formation of the second layer) to the same extent as the outer end portion 200f. )It can be performed. Therefore, as shown in FIG. 3, the wafer 200 is configured to pass below the positions shifted from the centers of the plasma generation chambers 290 and 280 in the horizontal direction, so that the inner end portion 200 e and the outer edge portion 200 e Since the reaction of the first layer can proceed to the same extent at both the end portions 200f of the wafer 200, the second layer can be formed with good uniformity over the entire surface of the wafer 200. That is, the second layer can be formed to have a uniform film thickness over the entire wafer 200.
  • the wafer 200 moves to the third purge region 207c after passing through the third processing region 206c.
  • HCl desorbed from the second layer on the wafer 200 in the third processing region 206c, excess H 2 gas, or the like is N as an inert gas. It is removed from the wafer 200 by two gases.
  • first processing region passage S210, first purge region passage S220, second processing region passage S230, second purge region passage S240, third processing region passage S250, and third purge region passage S260 are defined as one cycle.
  • the controller 300 determines whether or not the one cycle has been performed a predetermined number of times (k times: k is an integer equal to or greater than 1). Specifically, the controller 300 counts the rotation speed of the susceptor 217. When the one cycle is not performed k times (in the case of No in S270), the susceptor 217 is further rotated and the one cycle is repeated. Thereby, a thin film is formed by laminating the second layer. When the one cycle is performed k times (Yes in S270), the film forming step S140 is terminated. In this way, by performing the above-mentioned one cycle k times, a thin film having a predetermined film thickness on which the second layer is laminated is formed.
  • the plasma generation chamber 290 in the second processing region 206b located on the downstream side in the rotation direction of the susceptor 217 when viewed from the first processing region 206a is the third processing region 206c located further downstream. It is arranged on the inner side in the rotational radial direction than the inner plasma generation chamber 280. That is, of the two plasma sources, the plasma generation chambers 290 and 280, the plasma generation chamber 290 that performs the plasma treatment on the substrate on which the first layer is formed is provided near the inner periphery of the susceptor 217, and the plasma is later generated.
  • a plasma generation chamber 280 for processing is provided closer to the outer periphery than the plasma generation chamber 290. Thereby, the by-product produced
  • the present invention is not limited to the position of the plasma generation chamber, and attention can be paid to the positional relationship of regions where plasma is actually generated. That is, regardless of the shape and position of the plasma generation chamber, the electrode, etc., the positional relationship between the two plasma generation regions formed by these plasma generation units is the same as that of the plasma generation chambers 290 and 280 in the above-described embodiment.
  • the ring-shaped plasma 290a having substantially the same shape as the side walls 291 (271) in the horizontal direction is formed on the inner periphery of the plasma generation chambers 290 and 280.
  • the position can be regarded as substantially the same as the position of the plasma generation region generated in them. The same applies to the second to fourth embodiments described later.
  • the positional relationship between the two regions where the plasma is generated is determined according to the plasma generation chamber 290 in the above-described embodiment.
  • the susceptor 217 by shifting the susceptor 217 with respect to the rotational radial direction, it can be expected to obtain the same effect as that of the above-described embodiment.
  • the position of the electrode for exciting the plasma and the position of the region where the plasma is generated are substantially the same, the positional relationship between the two electrodes is the same as that of the plasma generation chambers 290 and 280 in the above-described embodiment.
  • the side wall 291 of the plasma generation chamber in the above-described embodiment has a circular horizontal cross-sectional shape, but when this is configured in an elliptical shape, the generated plasma is not in a uniform ring shape, but along the side wall. An elliptical plasma is generated.
  • the in-plane uniformity of the film formed on the wafer 200 can be improved by disposing the positions of the two elliptical plasma generation regions so as to be shifted in the rotational diameter direction of the susceptor 217. Further, for example, when a planar comb-shaped plasma electrode is provided on the ceiling portions of the second processing region and the third processing region, a region where plasma is generated in a planar shape is formed below the plasma electrode. . Accordingly, by arranging the positions of the two comb-shaped electrodes so as to be shifted in the rotational diameter direction of the susceptor 217, the in-plane uniformity of the film formed on the wafer 200 can be improved.
  • the magnitude of the high frequency power applied to the electrodes of the two plasma generation units is the same.
  • the shape of the plasma generation chamber, the shape of the electrodes, and the magnitude of the high-frequency power applied to each electrode are set for each plasma generation unit. You may set so that it may mutually differ.
  • the flow rate of the reaction gas supplied from the first reaction gas supply system to the plasma generation chamber 290 and the flow rate of the gas supplied from the second reaction gas supply system to the plasma generation chamber 280 may be made different from each other. In this case, for example, by controlling each of the MFC 233c and MFC 243c and adjusting the flow rate of each reaction gas, the in-plane uniformity in the film forming process can be further improved.
  • the first processing region 206a, the first purge region 207a, the second processing region 206b, the second purge region 207b, the third processing region 206c, and the third purge region 207c may be partitioned in an airtight manner.
  • region may mutually differ.
  • DCS gas is used as a source gas
  • NH 3 gas is used as a reaction gas
  • a SiN film is formed as a nitride film on the wafer 200.
  • source gases SiH 4
  • Other gases such as Si 2 H 6 , Si 3 H 8 , aminosilane, TSA gas may be used.
  • An oxide film may be formed using O 2 gas as a reaction gas.
  • Other nitride films such as TaN and TiN, oxide films such as HfO, ZrO, and SiO, and metal films such as Ru, Ni, and W may be formed on the wafer 200.
  • TiCl 4 tetrachlorotitanium
  • the installation location of the purge region can be arbitrarily changed.
  • at least one of the first purge region, the second purge region, and the third purge region may not be provided.
  • two processing regions for modifying the first layer (forming the second layer) by reactive gas plasma are provided.
  • three or more processing regions may be provided. In that case, it is desirable that the positions of the plasma generation chambers constituting the plasma generation unit provided in each processing region are shifted from each other in the rotational diameter direction of the susceptor 217.
  • the first gas supply unit 281 that is a source gas supply unit (first element-containing gas supply unit) is provided in the central portion of the reaction vessel 203.
  • a source gas supply port 320 is provided on a concentric circle 310c between the circle 310a passing through the reaction gas introduction hole 272a. Since other basic configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the source gas supplied from the source gas supply port 320 into the first processing region 206a contacts the surface of the wafer 200 while diffusing in the region. At this time, it is desirable that the silicon atoms contained in the source gas adhere uniformly to the entire surface of the wafer 200. However, in practice, since the concentration of the source gas is increased below the source gas supply port 320, silicon atoms contained in a large amount of source gas adhere to the surface portion of the wafer 200 that passes under the source gas supply port 320. It becomes a trend.
  • the source gas supply port 320 in the first processing region 206a is configured as described above.
  • a first layer formed by adhering silicon atoms contained in a larger amount of source gas at a lower position is treated with plasma generated in two plasma generation chambers so that the second layer becomes uniform. Can do. Therefore, the second layer can be formed while ensuring in-plane uniformity with respect to the amount of the source gas supplied from the source gas supply port 320.
  • the source gas supply unit (first element-containing gas supply unit) is provided as the source gas supply port 320 on the first processing region 206a.
  • the plasma generation chambers 290 and 280 are provided in each of the second processing region 206b and the third processing region 206c.
  • the plasma processing chambers 290 and 280 are provided in a single processing region. A plurality of plasma generation chambers are provided. More specifically, in the third embodiment, the third processing region 206c and the third purge region 207c are not provided. Further, both the plasma generation chamber 290 and the plasma generation chamber 280 are provided in the second processing region 206b.
  • the positional relationship among the plasma generation chamber 290, the plasma generation chamber 280, and the source gas supply port 32 is the same as in the second embodiment. That is, with the rotation center of the susceptor 217 as the center, the reaction gas introduction hole 292a that is the center of the plasma generation chamber 290 and the reaction gas introduction hole 272a that is the center of the plasma generation chamber 280 are provided on different concentric circles 310b and 310a, respectively. Furthermore, the source gas supply port 320 is provided on a concentric circle 310c located between the concentric circles 310a and 310b. Note that the shapes and sizes of the plurality of plasma generation chambers provided in the same processing region may be different from each other.
  • the first layer is altered by the reactive gas plasma (formation of the second layer)
  • a reaction occurs in the process of forming the second layer
  • an intermediate product is generated on the wafer surface.
  • the second purge region 207b is provided between the second processing region 206b and the third processing region 206c that perform processing using the plasma of the reactive gas
  • the second processing region 206b The generated intermediate product is removed from the wafer surface in the purge region, and the formation of the second layer in the subsequent third processing region 206c is hindered.
  • the purge layer is not provided between the two plasma generation units, and the second layer is efficiently formed on the wafer surface by providing two or more plasma generation units in the same region, and It can be formed while ensuring in-plane uniformity.
  • the third embodiment by providing two or more plasma generation units, it is possible to expand a region where plasma is generated in the same region. Therefore, even if there is only one processing region, it is possible to increase the processing time by the reactive gas plasma for each wafer, and an improvement in film quality in the formation of the second layer can be expected.
  • the first processing region 206a, the first purge region 207a, the second processing region 206b, the second purge region 207b, the third processing region 206c, the third purge region 207c, and the fourth processing region A region is provided in the processing chamber 201 in the order of 206d and the fourth purge region 207d, and a source gas supply unit (first element-containing gas supply unit) is provided on the top (ceiling) of the first processing region 206a and the third processing region 206c, respectively. Is provided.
  • the source gas supply port 320 is provided in a concentric circle 310b in the first processing region 206a and passing through the reaction gas introduction hole 292a that is the center of the plasma generation chamber 290.
  • a second source gas supply port 330 as a second source gas supply unit is provided on a concentric circle 310a passing through the reaction gas introduction hole 272a which is the center of the plasma generation chamber 280. It has been. That is, the center of the source gas supply port 320 and the plasma generation chamber 290 are provided at substantially the same position in the rotational diameter direction of the susceptor 217, and the center of the second source gas supply port 330 and the plasma generation chamber 280 is the susceptor 217.
  • the positions of the center of the source gas supply port 320 and the plasma generation chamber 290 in the rotation radius direction of the susceptor 217 are the positions of the centers of the second source gas supply port 330 and the plasma generation chamber 280 in the rotation radius direction of the susceptor 217. Configured differently.
  • the second layer formed by the pair of source gas supply units and the plasma generation chamber is configured by aligning the positions of the source gas supply unit and the plasma generation chamber in the rotational diameter direction of the susceptor 217.
  • the second layer film can be positively formed on the thin portion by another set of gas supply unit and plasma generation chamber.
  • the outer side of the susceptor 217 in the radial direction tends to have a thin film thickness. Therefore, a set for forming a film on the outer side can be provided so as to compensate for this.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

回転型装置において基板面上へ均一にプラズマを供給可能とする技術を提供する。 処理室内に回転自在に設けられ、回転方向に沿って複数の基板が載置される基板載置台と、処理室内に設けられた第１の処理領域、第２の処理領域、及び第３の処理領域と、第１の処理領域に第１元素含有ガスを供給するガス供給部と、第２の処理領域に設けられ、第２元素含有ガスをプラズマ励起する第１の電極を有する第１のプラズマ生成部と、第３の処理領域に設けられ、第２元素含有ガスをプラズマ励起する第２の電極を有する第２のプラズマ生成部と、を備え、第１の電極と第２の電極は、基板載置台の半径方向において互いに異なる位置に設けられる。

Description

基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム
　本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
　例えばフラッシュメモリやＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体装置に用いられる薄膜の形成方法の一つとして、同時供給法や交互供給法が知られている。
　交互供給法を実現する装置形態として、例えば、複数の基板を周方向に配置し、その基板を回転させて原料ガスと反応ガスを順番に供給する回転型装置（特許文献１参照）が知られている。回転型装置の場合、縦型装置よりも高品質な膜を形成することができ、且つ枚葉装置よりもスループットが高い、という利点がある。また、近年の薄膜形成工程では、基板に形成される配線等の存在から、高温で処理できない場合がある。これに対応するために、熱に替わってプラズマでガスを活性化させ、低温で処理することが考えられる。
特開２０１３－８４８９８
ここで、基板面内に所望の膜厚を形成するためには生成されるプラズマが基板面内に均一に到達する必要があるが、回転型装置では基板載置台の中央と外周とで回転速度が異なるため、基板面内に均一にプラズマを供給することが困難だった。また、プラズマを生成する電極やプラズマを供給する供給口の形状、位置等の要因によっても、基板面内に対して供給されるプラズマ密度の分布に偏りが生じる場合があった。
　本発明は、上記課題を解決するものであり、回転型装置において基板に対して均一にプラズマを供給可能な技術を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内に回転自在に設けられ、回転方向に沿って複数の基板が載置される基板載置面を備えた基板載置台と、前記基板載置台を回転させる回転機構と、前記処理室内に、前記基板載置台の回転方向に沿って順番に設けられた、前記基板が処理される第１の処理領域、第２の処理領域、及び第３の処理領域と、前記第１の処理領域に第１元素含有ガスを供給する第１のガス供給部と、前記第２の処理領域の上方に設けられた第１のプラズマ生成空間と、前記第１のプラズマ生成空間に第２元素含有ガスを供給する第２のガス供給部と、前記第２の処理領域の上方に設けられ、前記第１のプラズマ生成空間に供給された前記第２元素含有ガスをプラズマ励起する第１の電極と、を有する第１のプラズマ生成部と、前記第３の処理領域の上方に設けられた第２のプラズマ生成空間と、前記第２のプラズマ生成空間に前記第２元素含有ガスを供給する第３のガス供給部と、前記第３の処理領域の上方に設けられ、前記第２のプラズマ生成空間に供給された前記第２元素含有ガスをプラズマ励起する第２の電極と、を有する第２のプラズマ生成部と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は、前記基板載置台の径方向において互いに異なる位置に設けられる、基板処理装置を提供する。
　本発明によれば、回転型装置において基板に対して均一にプラズマを供給可能な技術が提供される。
本発明の第１実施形態に係るプロセスチャンバの横断面概略図。 本発明の第１実施形態に係るプロセスチャンバの縦断面概略図であり、図１に示すプロセスチャンバのＡ－Ａ’線断面図。 本発明の第１実施形態に係るプロセスチャンバの上面概略図。 本発明の第１実施形態に係る基板処理装置が備えるコイルを説明する説明図。 本発明の第１実施形態に係る基板処理装置に好適に用いられるコントローラの概略構成図。 本発明の第１実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図。 本発明の第１実施形態に係る成膜工程を示すフロー図。 本発明の第１実施形態に係る基板処理装置における基板とプラズマとの関係を説明する第1説明図。 本発明の第１実施形態に係る基板処理装置における基板とプラズマとの関係を説明する第２説明図。 本発明の第２実施形態に係るプロセスチャンバの上面概略図。 本発明の第３実施形態に係るプロセスチャンバの上面概略図。 本発明の第４実施形態に係るプロセスチャンバの上面概略図。
＜本発明の第１実施形態＞
 　以下に、本発明の第１実施形態について説明する。
（１）プロセスチャンバの構成
 　本実施形態に係る基板処理装置が備える処理炉としてのプロセスチャンバの構成について、図１～図５を用いて説明する。なお、図１に示すＡ－Ａ’線は、Ａから反応容器２０３の中心を通ってＡ’に向かう線である。
（処理室）
 　図１および図２に示されているように、プロセスチャンバ２０２は、円筒状の気密容器である反応容器２０３を備えている。反応容器２０３内には、ウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数の領域に分割されており、例えば、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃおよび第３パージ領域２０７ｃを有する。パージ領域は分離領域とも称する。
　また、例えば反応容器２０３内の上側には、中心部から放射状に延びる６枚の仕切板２０５が設けられている。６枚の仕切板２０５は、後述するサセプタ２１７の回転によってウエハ２００が通過可能な状態で、処理室２０１を各処理領域と各パージ領域に仕切るよう構成される。具体的には、処理室２０１は、複数の仕切板２０５の下にウエハ２００が通過可能な隙間を有しており、複数の仕切板２０５は、処理室２０１内の天井部からサセプタ２１７の直上までの空間を遮るように設けられる。
（サセプタ）
 　反応容器２０３内の底側中央には、例えば反応容器２０３の中心に回転軸を有し、回転自在に構成される基板載置台としてのサセプタ２１７が設けられている。サセプタ２１７は、反応容器２０３内に、複数枚のウエハ２００を同一面上に、且つ回転方向に沿って同一円上に並べて支持するよう構成される。サセプタ２１７表面におけるウエハ２００の支持位置には、ウエハ載置部２１７ｂが設けられている。処理するウエハ２００の枚数と同数のウエハ載置部２１７ｂがサセプタ２１７の中心から同一円上の位置に互いに等間隔で配置されている。それぞれのウエハ載置部２１７ｂは、例えばサセプタ２１７の上面から見て円形状であり、側面から見て凹形状である。このウエハ載置部２１７ｂ内にウエハ２００が載置される。
　サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させる昇降機構２６８が設けられている。サセプタ２１７の各ウエハ載置部２１７ｂの位置には、貫通孔２１７ａが複数設けられている。上述の反応容器２０３の底面には、反応容器２０３内へのウエハ２００の搬入・搬出時に、ウエハ２００を突き上げて、ウエハ２００の裏面を支持するウエハ突き上げピン２６６が複数設けられている。貫通孔２１７ａ及びウエハ突き上げピン２６６は、ウエハ突き上げピン２６６が上昇させられた時、又は昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時に、ウエハ突き上げピン２６６が貫通孔２１７ａを突き抜けるように、互いに配置されている。
　昇降機構２６８には、複数のウエハ２００が、順次、各処理領域及び各パージ領域を通過するようにサセプタ２１７を回転させる回転機構２６７が設けられている。
（加熱部）
 　サセプタ２１７の内部には、加熱部としてのヒータ２１８が一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるように構成されている。ヒータ２１８は、ウエハ２００の表面を所定温度（例えば室温～１０００℃程度）まで加熱可能に構成されている。サセプタ２１７には温度センサが設けられている。ヒータ２１８および温度センサには、電力供給線を介して、電力調整器、ヒータ電源、及び温度調整器が電気的に接続されている。
（原料ガス供給系）
　反応容器２０３の天井部の中央部には、第１の処理領域に原料ガス、即ち第１元素を含有する第１元素含有ガスを供給する第１元素含有ガス供給部（原料ガス供給部又は第１のガス供給部とも称する）としての第１ガス供給部２８１が設けられている。第１ガス供給部２８１の上端には、第１ガス供給管２３１ａの下流端が接続されている。第１ガス供給部２８１の第１処理領域２０６ａ側の側壁には、第１処理領域２０６ａに開口する第１ガス噴出口２５１が設けられている。
第１ガス供給管２３１ａには、原料ガス供給源２３１ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２３１ｄが設けられている。第１ガス供給管２３１ａから、第１ガス導入部２８１および第１ガス噴出口２５１を介して、原料ガスが第１処理領域２０６ａ内に供給される。また、第１ガス供給管２３１ａのバルブ２３１ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２３４ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３４ａには、不活性ガス供給源２３４ｂ、ＭＦＣ２３４ｃ、及びバルブ２３４ｄが設けられている。不活性ガス供給管２３４ａからは、第１ガス供給管２３１ａ、第１ガス導入部２８１及び第１ガス噴出口２５１を介して、不活性ガスが原料ガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして第１処理領域２０６ａ内に供給される。
主に、第１ガス供給管２３１ａ、ＭＦＣ２３１ｃ、バルブ２３１ｄ、第１ガス導入部２８１及び第１ガス噴出口２５１により、原料ガス供給系（第１ガス供給系と呼んでもよい。）が構成される。ここでいう「原料ガス」とは、処理ガスの一つであり、薄膜形成の際の原料になるガスである。原料ガスは、薄膜を構成する元素として、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、およびＷなどを含む。具体的には、本実施形態では、原料ガスは、例えば、ジクロロシラン（Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ２）（以下、ＤＣＳと呼ぶ）ガスである。
（不活性ガス供給系）
　反応容器２０３の天井部の中央部には、パージガスとしての不活性ガスを導入する、不活性ガス導入部２８２が設けられている。不活性ガス導入部２８２の第１パージ領域２０７ａ側、第２パージ領域２０７ｂ側および第３パージ領域２０７ｃ側における側壁には、それぞれ第１パージ領域２０７ａに開口する第１不活性ガス噴出口２５６、第２パージ領域２０７ｂに開口する第２不活性ガス噴出口２５７、第３パージ領域２０７ｃに開口する第３不活性ガス噴出口２５８が設けられている。不活性ガス導入部２８２の上端には、第２ガス供給管２３２ａの下流端が接続されている。第２ガス供給管２３２ａには、不活性ガス供給源２３２ｂ、ＭＦＣ２３２ｃ、及びバルブ２３２ｄが設けられている。第２ガス供給管２３２ａからは、不活性ガス導入部２８２、第１不活性ガス噴出口２５６、第２不活性ガス噴出口２５７及び第３不活性ガス噴出口２５８を介して、不活性ガスが第１パージ領域２０７ａ内、第２パージ領域２０７ｂ内及び第３パージ領域２０７ｃ内にそれぞれ供給される。
　主に、第２ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２３２ｃ、バルブ２３２ｄ、不活性ガス導入部２８２、第１不活性ガス噴出口２５６、第２不活性ガス噴出口２５７、第３不活性ガス噴出口２５８により、不活性ガス供給系が構成される。ここで「不活性ガス」は、例えば、窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスの少なくともいずれか一つである。ここでは、不活性ガスは、例えばＮ２ガスである。
（第１の反応ガス供給系）
　反応容器２０３の天井部であって、第２処理領域２０６ｂの上方には、連通口２０３ａが設けられている。連通口２０３ａには第１のプラズマ生成空間としてのプラズマ生成室２９０が接続される。プラズマ生成室２９０の天井２９２に反応ガス導入孔２９２ａが設けられ、反応ガス導入孔２９２ａには第１のプラズマ生成室２９０に第２元素を含有する反応ガス（第２元素含有ガス）を供給する、第１の反応ガス供給系（第１の第２元素含有ガス供給部、第１の反応ガス供給部、又は第２のガス供給部とも呼ぶ）２３３が接続されている。
反応ガス導入孔２９２ａには、第３ガス供給管２３３ａの下流端が接続されている。第３ガス供給管２３３ａには、反応ガス供給源２３３ｂ、ＭＦＣ２３３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２３３ｄが設けられている。反応ガス供給源２３３ｂから、第３ガス供給管２３３ａを介して、反応ガスが第２処理領域２０６ｂ内に供給される。また、第３ガス供給管２３３ａのバルブ２３３ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２３５ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３５ａには、不活性ガス供給源２３５ｂ、ＭＦＣ２３５ｃ、及びバルブ２３５ｄが設けられている。不活性ガス供給管２３５ａからは、第３ガス供給管２３３ａ、プラズマ生成室２９０、連通口２０３ａを介して、不活性ガスがキャリアガス或いは希釈ガスとして第２処理領域２０６ｂ内に供給される。
　主に、第３ガス供給管２３３ａ、ＭＦＣ２３３ｃ、バルブ２３３ｄ、反応ガス導入孔２９２ａにより第１の反応ガス供給系（第１の第２元素含有ガス供給部）が構成される。ここでいう「反応ガス」とは、処理ガスの一つであり、後述するようにプラズマ状態となって生じる活性種や反応種が、ウエハ２００上に原料ガスによって形成された第１層と反応するガスである。反応ガスは、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、水素（Ｈ２）ガス、および酸素（Ｏ２）ガスの少なくともいずれか一つである。なお、反応ガスは、原料ガスより粘着度（粘度）の低い材料が用いられる。ここでは、反応ガスは、例えばＮＨ３ガスである。
（第２の反応ガス供給系）
　反応容器２０３の天井部であって、第３処理領域２０６ｃの上方には、連通口２０３ｂが設けられている。連通口２０３ｂには第２のプラズマ生成空間としてのプラズマ生成室２８０が接続される。プラズマ生成室２８０の天井２７２に反応ガス導入孔２７２ａが設けられ、反応ガス導入孔２７２ａには第２のプラズマ生成室２８０に第２元素を含有する反応ガス（第２元素含有ガス）を供給する第２の反応ガス供給系（第２の第２元素含有ガス供給部、第２の反応ガス供給部、又は第３のガス供給部とも呼ぶ）２４３が接続されている。本実施形態において、第１の反応ガス供給系から供給される反応ガスと第２の反応ガス供給系から供給される反応ガスは同一である。
反応ガス導入孔２７２ａには、第４ガス供給管２４３ａの下流端が接続されている。第４ガス供給管２４３ａには、反応ガス供給源２４３ｂ、ＭＦＣ２４３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。反応ガス供給源２４３ｂから、第４ガス供給管２４３ａを介して、反応ガスが第３処理領域２０６ｃ内に供給される。また、第４ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２４５ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２４５ａには、不活性ガス供給源２４５ｂ、ＭＦＣ２４５ｃ、及びバルブ２４５ｄが設けられている。不活性ガス供給管２３５ａからは、ＭＦＣ２３５ｃ、バルブ２３５ｄ、第４ガス供給管２４３ａ、プラズマ生成室２８０、連通口２０３ｂを介して、不活性ガスがキャリアガス或いは希釈ガスとして第３処理領域２０６ｃ内に供給される。
　主に、第４ガス供給管２４３ａ、ＭＦＣ２４３ｃ、バルブ２４３ｄ、反応ガス導入孔２４２ａにより第２の反応ガス供給系（第２の第２元素含有ガス供給部）が構成される。
（排気系）
　図２に示されているように、反応容器２０３の底部には、反応容器２０３内を排気する排気口２４０が設けられている。例えば排気口２４０は複数設けられ、各処理領域及び各パージ領域のそれぞれの底部に設けられている。本実施形態において、各領域内の空間は、サセプタ２１７の外周を経由して各排気口２４０から排気される。各々の排気口２４０には、排気管２４１の上流端が接続されている。排気管２４１の下流側には、圧力センサ、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ、および開閉弁としてのバルブを介して、真空排気装置としての真空ポンプが接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力となるよう真空排気し得るように排気系が構成されている。
（プラズマ生成部）
　反応容器２０３の第２処理領域２０６ｂにおける天井部には、基板２００より大きい径又は略同一の径を有する連通口２０３ａが設けられている。連通口２０３ａにはプラズマ生成室２９０が接続されている。プラズマ生成室２９０は側壁２９１及び天井２９２を有し、天井２９２に設けられた反応ガス導入孔２９２ａを介して第１の反応ガス供給系に接続される。側壁２９１は筒状構造であり、筒状の容器により区画されていると言える。側壁の外周に第１の電極としてのコイル２９３が少なくとも１周以上巻きつくように設けられている。側壁２９１は例えば石英で構成され、連通口２０３ａと同じ径を有する。反応ガス導入孔２９２ａは、連通口２０３ａの中心の直上に配置される。プラズマ生成室２９０は、筒状である側壁２９１の内周と同一形状の開口部である連通孔２０３ａを介して第２処理領域２０６ｂと連通している。
天井２９２に設けられた反応ガス導入孔２９２ａとコイル２９３の上端の間には、ガス分散構造２９４が設けられている。ガス分散構造２９４はガス分散板２９４ａと、それを天井に固定する固定構造２９４ｂを有する。ガス分散板２９４ａは孔の無い円板であり、反応ガス導入孔２９２ａから供給されるガスをコイル２９３近傍に導くよう、円板の外縁が側壁２９１に沿うような形状に形成されている。重力方向において、コイル２９３の上端はガス分散板２９４ａよりも下方に位置される。コイル２９３は遮蔽板２９５に囲まれている。
　連通孔２０３ａ、プラズマ生成室２９０及びコイル２９３は、第１のプラズマ生成部を構成する。プラズマ生成室２９０と、第１の反応ガス供給系と、第１の電極としてのコイル２９３と、を合わせて第１のプラズマ生成部、又は第１のプラズマ生成系と呼んでもよい。
　同様に、反応容器２０３の第３処理領域２０６ｃにおける天井部には、基板２００より大きい径又は略同一の径を有する連通口２０３ｂが設けられている。連通口２０３ｂにはプラズマ生成室２８０が接続されている。プラズマ生成室２８０は側壁２７１及び天井２７２を有し、天井２７２に設けられた反応ガス導入孔２７２ａを介して第２の反応ガス供給系に接続される。側壁の外周には第２の電極としてのコイル２８３が少なくとも１周以上巻きつくように設けられている。コイル２８３は遮蔽板２７５に囲まれている。側壁２７１は連通口２０３ｂと同じ径を有する。反応ガス導入孔２７２ａは、連通口２０３ａの中心の直上に配置される。プラズマ生成室２８０は、筒状である側壁２７１の内周と同一形状の開口部である連通孔２０３ｂを介して第３処理領域２０６ｃと連通している。なお、筒状である側壁２９１や２７１は、円形の水平断面形状を有しているが、楕円形状断面を有していても良い。
　連通孔２０３ｂ、プラズマ生成室２８０及びコイル２８３は、第２のプラズマ生成部を構成する。プラズマ生成室２８０と、第２の反応ガス供給系と、第２の電極としてのコイル２８３と、を合わせて第２のプラズマ生成部、又は第２のプラズマ生成系と呼んでもよい。
　ここで、本実施形態では、第１のプラズマ生成部の中心位置は、直下を通過する基板２００の中心位置よりサセプタ２１７の径方向の内側にずれた位置になっている。また、第２のプラズマ生成部の中心位置は、直下を通過する基板２００の中心位置よりサセプタ２１７の径方向の外側にずれた位置になっている。すなわち、第１のプラズマ生成部、第２のプラズマ生成部、及び基板２００のそれぞれの中心位置は、互いにサセプタ２１７の径方向においてずれるように構成されている。
　図４に記載のように、コイル２９３（２８３）は円周を構成する部分、すなわち側壁２９１（２７１）に隣接する部分の曲率が一定の形状を有する。曲率を一定とすることで、コイルに電流を流した際に発生する磁場が側壁２９１（２７１）の内周に沿って均一となり、それによって生成されるプラズマ２９０ａの周方向の密度を均一にすることが可能となる。
コイル２９３（２８３）には、波形調整回路２９６（２８６）、ＲＦセンサ２９７（２８７）、高周波電源２９８（２８８）と周波数整合器２９９（２８９）が接続される。高周波電源２９８（２８８）はコイル２９３（２８３）に高周波電力を供給するものである。ＲＦセンサ２９７（２８７）は、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタするものである。周波数整合器２９９（２８９）は、ＲＦセンサ２９７（２８７）でモニタされた反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源２９８（２８８）を制御する。波形調整回路２９６（２８６）は、位相及び逆位相電流がコイル２９３（２８３）の電気的中点に関して対称に流れる様に、コイル２９３（２８３）の一端（若しくは他端または両端）に挿入される。
コイル２９３（２８３）は、所定の波長の定在波を形成するため、全波長モードで共振する様に巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、コイル２９３（２８３）と周波数整合回路２９６（２８６）を合わせた電気的長さは、高周波電源２９８（２８８）から与えられる電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍，２倍，…）に設定される。コイル２９３（２８３）は、例えば、側壁２９１を形成する部屋の外周側に１回～６０回程度巻回される。
上記構成によれば、コイル２９３（２８３）において、プラズマを含む当該共振器の実際の共振周波数の送電により、位相電圧と逆位相電圧が常に相殺される状態の定在波が形成され、コイルの電気的中点（電圧がゼロのノード）に最も高い位相電流が生起される。従って、上記の電気的中点においてプラズマ生成室２９０（２８０）中に励起された誘導プラズマは、処理室壁や基板載置台との容量結合が殆どなく、電気的ポテンシャルの極めて低いリング状の、周方向に均一な密度を有するプラズマとなる。
（制御部）
 　図５に示されているように、制御部（制御手段）であるコントローラ３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）３０１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）３０１ｂ、記憶装置３０１ｃ、Ｉ／Ｏポート３０１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ３０１ｂ、記憶装置３０１ｃ、Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、内部バス３０１ｅを介して、ＣＰＵ３０１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ３００には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置３０２が接続されている。
　記憶装置３０１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置３０１ｃ内には、基板処理装置１０の動作を制御する制御プログラムや、後述する成膜処理等の基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピが、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ３００に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ３０１ｂは、ＣＰＵ３０１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
　Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、ＭＦＣ２３１ｃ～２３５ｃ，バルブ２３１ｄ～２３５ｄ、ヒータ２１８、周波数整合器２８９，２９９、高周波電源２８８，２９８、回転機構２６７、昇降機構２６８等に接続されている。なお、Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、図示されていない電力調整器、ヒータ電源、温度調整器、圧力センサ、ＡＰＣバルブ、真空ポンプ及び温度センサにも接続されている。
　ＣＰＵ３０１ａは、記憶装置３０１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置３０２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置３０１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ３０１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２３１ｃ～２３５ｃによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２３１ｄ～２３５ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブの開閉動作及び圧力センサに基づくＡＰＣバルブによる圧力調整動作、温度センサに基づくヒータ２１８の温度調整動作、真空ポンプの起動および停止、回転機構２６７によるサセプタ２１７の回転および回転速度調節動作、昇降機構２６８によるサセプタ２１７の昇降動作、高周波電源２９８，２８８による電力供給および停止等を制御するように構成されている。
　コントローラ３００は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）３０３に格納された上述のプログラムをコンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置３０１ｃや外部記憶装置３０３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置３０１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置３０３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置３０３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）基板処理工程
　次に、図６および図７を用い、第１実施形態に係る基板処理工程について説明する。ここでは、原料ガスとしてＤＣＳガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスを用い、ウエハ２００上に薄膜としてシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を形成する例について説明する。以下の説明において、基板処理装置のプロセスチャンバ２０２の構成各部の動作は、コントローラ３００により制御される。
（基板搬入・載置工程Ｓ１１０）
　まず、ウエハ移載機を用いて、処理室２０１内に所定枚数（本実施形態では５枚）のウエハ２００を搬入する。ウエハ２００は、サセプタ２１７の回転方向に沿って、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となっているウエハ突き上げピン２６６上に載置される。その後、所定のゲートバルブを閉じて反応容器２０３内を密閉し、サセプタ２１７を上昇させることにより、サセプタ２１７に設けられた各ウエハ載置部２１７ｂ上にウエハ２００を載置する。ウエハ２００をサセプタ２１７の上に載置する際は、ヒータ２１８に電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるよう制御される。ウエハ２００の温度は、例えば室温以上６５０℃以下であり、好ましくは、室温以上であって４００℃以下である。
（サセプタ回転開始工程Ｓ１２０）
　まず、ウエハ２００が各ウエハ載置部２１７ｂに載置されたら、回転機構２６７によってＲ方向にサセプタ２１７の回転を開始する。サセプタ２１７の回転速度は例えば１回転／分以上１００回転／分以下である。具体的には、回転速度は、例えば６０回転／分である。サセプタ２１７を回転させることにより、ウエハ２００は、各処理領域内及び各パージ領域内を順に通過する。
（ガス供給開始工程Ｓ１３０）
　ウエハ２００を加熱して所望とする温度に達し、サセプタ２１７が所望とする回転速度に到達したら、バルブ２３１ｄを開けて第１処理領域２０６ａ内にＤＣＳガスの供給を開始する。それと併行して、バルブ２３３ｄおよびバルブ２４３ｄを開けて第２処理領域２０６ｂ内及び第３処理領域２０６ｃ内にそれぞれＮＨ３ガスを供給する。このとき、ＤＣＳガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２３１ｃを調整する。ＤＣＳガスの供給流量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下である。また、バルブ２３４ｄを開けて、ＤＣＳガスとともに、不活性ガス供給管２３４ａからＮ２ガスを流してもよい。また、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２３３ｃおよびＭＦＣ２４３ｃを調整する。なお、ＮＨ３ガスの供給流量は、第１の反応ガス供給系および第２の反応ガス供給系のいずれも同じであり、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。ただし、成膜時の膜の面内均一性を改善する等の目的のために、それぞれの反応ガス供給系でＮＨ３ガスの供給流量を異ならせてもよい。また、ＮＨ３ガスとともに、バルブ２３５ｄおよび２４５ｄを開けて、不活性ガス供給管２３５ａおよび不活性ガス供給管２４５ａからＮ２ガスを流してもよい。
　なお、基板搬入・載置工程Ｓ１１０後、継続して排気系により処理室２０１内が排気されるとともに、不活性ガス供給系から第１パージ領域２０７ａ内、第２パージ領域２０７ｂ内、および第３パージ領域２０７ｃ内にＮ２ガスが供給されている。また、排気系を構成するＡＰＣバルブの弁開度を適正に調整することにより、処理室２０１内の圧力を、所定の圧力とする。
（成膜工程Ｓ１４０）
　次に、成膜工程Ｓ１４０を説明する。ここでは成膜工程Ｓ１４０の基本的な流れについて説明し、詳細は後述する。
　成膜工程Ｓ１４０では、まずコイル２９３、２８３に高周波電力を供給する。各プラズマ生成室２９０、２８０内のプラズマ生成空間に供給されたＮＨ３ガスは、プラズマ生成空間においてプラズマ状態に励起される。各ウエハ２００は、第１処理領域２０６ａ内を通過する過程において、面上にシリコン含有層が形成される。更に第２処理領域２０６ｂ及び第３処理領域２０６ｃ内を通過する過程において、第１処理領域２０６ａにおいて形成されたシリコン含有層と、ＮＨ３ガスのプラズマ励起により発生した窒素を含有する活性種や反応種が反応し、ウエハ２００の面上にＳｉＮ膜が形成される。さらに、ウエハ２００の面上に形成されるＳｉＮ膜が所望の膜厚となるよう、サセプタ２１７を所定回数回転させて、第１処理領域２０６ａ、第２処理領域２０６ｂ及び第３処理領域２０６ｃにおけるＳｉＮ膜の形成を繰り返す。
（ガス供給停止工程Ｓ１５０）
　所定回数回転させた後、バルブ２３１ｄ，２３３ｄ，２４３ｄを閉じ、第１処理領域２０６ａへのＤＣＳガスの供給、第２処理領域２０６ｂ及び第３処理領域２０６ｃへのＮＨ３ガスの供給を停止する。
（サセプタ回転停止工程Ｓ１６０）
　ガス供給停止Ｓ１５０の後、サセプタ２１７の回転を停止する。
（基板搬出工程Ｓ１７０）
　次に、サセプタ２１７を下降させ、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突き上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。その後、所定のゲートバルブを開き、ウエハ移載機を用いてウエハ２００を反応容器２０３の外へ搬出する。
　続いて、成膜工程Ｓ１４０の詳細を、図７を用いて説明する。尚、第１処理領域通過工程Ｓ２１０から第３パージ領域通過工程Ｓ２６０までは、ウエハ載置部２１７ｂ上に載置された複数の基板の内、１枚の基板を主として説明する。
　まず、第３ガス供給管２３３ａからプラズマ生成室２９０にＮＨ３ガスを供給する。供給されるＮＨ３ガスの流量が安定したら、プラズマ生成室２９０において、ＮＨ３ガスのプラズマ励起を開始する。具体的には、処理室２０１内の圧力が安定したら、コイル２９３に対して高周波電源２９８による高周波電力の印加を開始する。同様に、第４ガス供給管２４３ａからプラズマ生成室２８０にＮＨ３ガスを供給する。供給されるＮＨ３ガスの流量が安定したら、プラズマ生成室２８０において、ＮＨ３ガスのプラズマ励起を開始する。これにより、プラズマ生成室２９０、２８０内に高周波の磁界が形成され、プラズマ生成室２９０、２８０内のコイル２９３、２８３の電気的中点に相当する高さ位置にリング状の誘導プラズマが励起される。プラズマ状のＮＨ３ガスは解離し、窒素（Ｎ）を含む窒素活性種、イオン等の反応種を生成する。
（第１処理領域通過Ｓ２１０）
　ウエハ２００が第１処理領域２０６ａを通過する際に、ＤＣＳガスがウエハ２００に供給される。このとき、第１処理領域２０６ａ内には反応ガスが無いため、ＤＣＳガスの分子は反応ガスと反応することなく、直接ウエハ２００の表面に接触する。これにより、ウエハ２００の表面には、第１層が形成される。ここでいう「第１層」とは、ＤＣＳガスが分解されてウエハ２００に付着したシリコン原子並びにＤＣＳガスの分子の一部、および分解されることなくウエハ２００に付着したＤＣＳガスの分子のいずれか、またはこれらの結合分子を含む層である。第１層は、例えば、処理室２０１内の圧力、ＤＣＳガスの流量、サセプタ２１７の温度、第１処理領域２０６ａの通過にかかる時間（第１処理領域２０６ａでの処理時間）等に応じて、所定の厚さ及び所定の分布で形成される。
（第１パージ領域通過Ｓ２２０）
　次に、ウエハ２００は、第１処理領域２０６ａを通過した後に、第１パージ領域２０７ａに移動する。ウエハ２００が第１パージ領域２０７ａを通過するときに、第１処理領域２０６ａにおいてウエハ２００上で強固な結合を形成できなかったＤＣＳガスの分子またはＤＣＳガスの分子の一部等が、不活性ガスとしてのＮ２ガスによってウエハ２００上から除去（パージ）される。
（第２処理領域通過Ｓ２３０）
　次に、ウエハ２００は、第１パージ領域２０７ａを通過した後に第２処理領域２０６ｂに移動する。ウエハ２００が第２処理領域２０６ｂを通過するときに、第２処理領域２０６ｂでは、反応ガスとしてのＮＨ３ガスがプラズマ励起されることにより生成された窒素を含む活性種や反応種が第１層と反応する。具体的には、ＮＨ３ガスの活性種のうち、窒素原子は第１層中のシリコン原子と結合し、ＮＨ３ガスの活性種のうち水素原子は第１層中の塩素（Ｃｌ）原子（クロロ基）と反応してＨＣｌとなって第１層から脱離する。これにより、ウエハ２００の上には、少なくともシリコン原子および窒素原子を含む第２層が形成される。
　ここでいう「第２層」とは、例えば、連続的又は不連続的に形成された第１層の上に、第１層中のシリコン原子等と結合して連続的又は不連続的に並んだ窒素原子、窒素分子又はＮＨ３分子を含有する層や、連続的又は不連続的に形成された第１層の中に、第１層中のシリコン原子等と結合した窒素原子、窒素分子又はＮＨ３分子を含有する層等のことである。第２層は、例えば、反応容器２０３内の圧力、ＮＨ３ガスの流量、サセプタ２１７の温度、コイル２９３への電力供給具合等に応じて、所定の厚さ、所定の分布、第１層に対する所定の窒素原子等の侵入深さで形成される。従って、本実施形態では、第２処理領域通過工程Ｓ２３０においてウエハ２００上の第１層の全てが上述の反応により第２層へと変質されるのではなく、第２層が形成されない領域（面方向及び深さ方向における領域を含む）が残存している。
　プラズマ生成室２９０ではリング状のプラズマ２９０ａが形成され、ウエハ２００はその下方を通過する。リング状プラズマ２９０ａの密度は、当該リングの周方向において均一である。一般に、リング状プラズマ２９０ａの直下において、反応ガスのプラズマによる活性種や反応種の濃度が高くなり、リング状プラズマ２９０ａから内側又は外側に離れていくほど濃度は低くなる。
ここで、ウエハ２００の中心とプラズマ生成室２９０の中心が水平方向において一致するように配置した場合、ウエハ２００の面内におけるサセプタ２１７の回転径方向の外側の端部２００ｆは、回転径方向の内側の端部２００ｅよりもリング状プラズマ２９０ａの下方を通過する時間が短くなる。これは、回転径方向の外側の方が内側よりも移動速度が大きいからである。従ってこの場合、リング状プラズマ２９０ａの下方を通過する時間が相対的に長い回転径方向の内側において、反応ガスのプラズマによる第１層の反応が進み易く、リング状プラズマ２９０ａの下方を通過する時間が相対的に短い回転径方向の外側において、反応ガスのプラズマによる第１層の反応が進みにくい傾向となる。そこで本実施形態では、図３に記載のように、ウエハ２００は水平方向においてプラズマ生成室２９０の中心よりサセプタ２１７の回転径方向の外側方向にずれた位置の下方を通過するように構成している。
　図８に示すように、本実施形態では、ウエハ２００の面内におけるサセプタ２１７の回転径方向の内側の端部２００ｅを、回転径方向の外側（外周側）方向にずらすことにより、リング状プラズマ２９０ａの下方を通過する時間を短縮して、内側の端部２００ｅにおける反応ガスのプラズマによる第１層の反応の進み方を抑制する。このようにウエハ２００とリング状プラズマ２９０ａの配置を設定することにより、内側の端部２００ｅにおける第１層の反応が、ウエハ２００の面内全体に対して過度に偏りをもって進むことを抑制することができる。但し、図８のように配置することにより、ウエハ２００の外側の端部２００ｆが、リング状プラズマ２９０ａの直下に対して外側（外周側）方向にずれるため、外側の端部２００ｆにおいて、反応ガスのプラズマによる第１層の反応が進みにくくなる可能性がある。従って、本実施形態では、後述する第３処理領域通過工程Ｓ２５０において、外側の端部２００ｆにおける反応の偏りを補償するよう構成する。
（第２パージ領域通過Ｓ２４０）
　次に、ウエハ２００は、第２処理領域２０６ｂを通過した後に、第２パージ領域２０７ｂに移動する。ウエハ２００が第２パージ領域２０７ｂを通過するときに、第２処理領域２０６ｂにおいてウエハ２００上の第２層から脱離したＨＣｌや、余剰となった水素ガス（Ｈ２ガス）等が、不活性ガスとしてのＮ２ガスによってウエハ２００上から除去される。原料ガスとしてＤＣＳの他、塩素元素を含む他のシリコン系原料ガス、例えば、モノクロロシラン（ＭＣＳ）、トリクロロシラン（ＴＣＳ）、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ）等のクロロシランなどを使用する場合、形成されたＳｉＮ膜中に塩素原子が残留することは、ＳｉＮ膜のウェットエッチレート（ＷＥＲ）を悪化（ウェットエッチ耐性を低下）させる原因となる。そこで本実施形態では、不活性ガスによってＨＣｌ等の副生成物を除去したうえで、次の第３処理領域通過工程Ｓ２５０におけるプラズマ処理を行うことにより、ＷＥＲが良好なＳｉＮ膜を形成することが期待できる。また、第２処理領域通過工程Ｓ２３０においてウエハ２００の表面と反応せずにウエハ２００上に残留した反応ガス含有物を除去することで、ＳｉＮ膜の質を向上させることも期待できる。
（第３処理領域通過Ｓ２５０）
 次に、ウエハ２００は、第２パージ領域２０７ｂを通過した後に第３処理領域２０６ｃに移動する。ウエハ２００が第３処理領域２０６ｃを通過するときに、第３処理領域２０６ｃでは、ウエハ２００の面上において、第２処理領域通過工程Ｓ２３０において第２層へと変質されなかった第１層が、反応ガスとしてのＮＨ３ガスのプラズマにより生成された活性種や反応種と反応し、第２層を形成する。本実施形態では、図３に記載のように、ウエハ２００は水平方向においてプラズマ生成室２８０の中心よりサセプタ２１７の回転径方向の内周側方向にずれた位置の下方を通過するように構成している。
　図９に示すように、本実施形態では、ウエハ２００の面内におけるサセプタ２１７の回転径方向の外側の端部２００ｆを、回転径方向の内側（内周側）方向にずらすことにより、外側の端部２００ｆにおける反応ガスのプラズマによる第１層の反応を促進する。すなわち、外側の端部２００ｆを回転径方向の内側にずらすことによって、リング状プラズマ２９０ａの下方を通過する時間を長くし、外側の端部２００ｆにおける第１層がプラズマに曝される量を大きくする。これにより、第２処理領域通過工程Ｓ２３０において第１層の反応が十分に進まなかった外側の端部２００ｆにおいても第１層の反応を促進し、所望の膜厚で第２層を形成することができる。
一方、水平方向においてプラズマ生成室２８０の中心に対して、サセプタ２１７の回転径方向の内周側方向にずれた位置の下方をウエハ２００が通過するように、プラズマ生成室２８０を配置とすることにより、ウエハ２００の内側の端部２００ｅが、リング状プラズマ２９０ａの直下に対して内側（内周側）方向にずれる。そのため、内側の端部２００ｅにおいて反応ガスのプラズマによる第１層の反応が進みにくくなる可能性がある。しかし、内側の端部２００ｅは、第２処理領域通過工程Ｓ２３０において、外側の端部２００ｆに比べて第１層の変質（第２層の形成）が進んでいる。第２処理領域通過工程Ｓ２３０と第３処理領域通過工程Ｓ２５０の両方を通して検討すると、内側の端部２００ｅについて、結果として外側の端部２００ｆと同程度に第１層の変質（第２層の形成）を行うことができる。従って、図３に記載のように、ウエハ２００が、水平方向においてプラズマ生成室２９０及び２８０のそれぞれの中心からずれた位置の下方を通過するように構成することによって、内側の端部２００ｅと外側の端部２００ｆの両方において同程度に第１層の反応を進めることができるので、ウエハ２００の面内全体として、均一性良く第２層を形成することができる。すなわち、第２層をウエハ２００全体で均一な膜厚となるように形成することができる。
（第３パージ領域通過Ｓ２６０）
　次に、ウエハ２００は、第３処理領域２０６ｃを通過した後に、第３パージ領域２０７ｃに移動する。ウエハ２００が第３パージ領域２０７ｃを通過するときに、第３処理領域２０６ｃにおいてウエハ２００上の第２層から脱離したＨＣｌや、余剰となったＨ２ガス等が、不活性ガスとしてのＮ２ガスによってウエハ２００上から除去される。
　以上の第１処理領域通過Ｓ２１０、第１パージ領域通過Ｓ２２０、第２処理領域通過Ｓ２３０、第２パージ領域通過Ｓ２４０、第３処理領域通過Ｓ２５０、および第３パージ領域通過Ｓ２６０を１サイクルとする。
（判定Ｓ２７０）
　この間、コントローラ３００は、上記１サイクルを所定回数（ｋ回：ｋは１以上の整数）実施したか否かを判定する。具体的には、コントローラ３００は、サセプタ２１７の回転数をカウントする。上記１サイクルをｋ回実施していないとき（Ｓ２７０でＮｏの場合）、さらにサセプタ２１７の回転を継続させて、上記１サイクルを繰り返す。これにより、第２層を積層することにより薄膜を形成する。上記１サイクルをｋ回実施したとき（Ｓ２７０でＹｅｓの場合）、成膜工程Ｓ１４０を終了する。このように、上記１サイクルをｋ回実施することにより、第２層を積層した所定膜厚の薄膜が形成される。
　なお、本実施形態における排気構造のように、サセプタ２１７の外周を経由して排気が行われる場合、外周寄りに配置されたプラズマ源により基板のプラズマ処理が行われると、プラズマ処理による反応で生じた副生成物が内周側に拡散（排気方向とは逆）し易く、外周へ向かう排気の流れにより副生成物を基板上から除去することが難しい。副生成物が基板上に残留したまま更にもう一方のプラズマ源によりプラズマ処理が行われると、プラズマ処理により形成される膜の質が低下してしまう。
　従って、本実施形態では、第１処理領域２０６ａから見てサセプタ２１７の回転方向の下流側に位置する第２処理領域２０６ｂ内のプラズマ生成室２９０が、更に下流側に位置する第３処理領域２０６ｃ内のプラズマ生成室２８０よりも回転径方向の内側に配置されている。すなわち、２つのプラズマ源であるプラズマ生成室２９０及び２８０のうち、第１層が形成された基板に対して先にプラズマ処理を行うプラズマ生成室２９０をサセプタ２１７の内周寄りに設け、後にプラズマ処理を行うプラズマ生成室２８０をプラズマ生成室２９０よりも外周寄りに設ける。これにより、第２処理領域２０６ｂにおけるプラズマ処理によって生成された副生成物を効率的に基板上から除去して、膜質を向上させることができる。
＜第１実施形態に基づく他の実施形態＞
　以上、本発明の第１実施形態を具体的に説明したが、第１実施形態に基づく他の実施形態として、例えば以下の実施形態が考えられる。
　第１実施形態では、プラズマ生成室２９０と２８０の内周に均一なリング状プラズマ２９０ａが形成されるため、プラズマ生成室２９０と２８０の水平方向の位置に着目して、サセプタ２１７の回転径方向における両者の相対的な位置関係を規定した。しかしながら、本発明はプラズマ生成室の位置に限らず、実際にプラズマが生成される領域の位置関係に着目することができる。すなわちプラズマ生成室や電極等の形状や位置にかかわらず、これらのプラズマ生成部により形成される２つのプラズマ生成領域の位置関係を、上述の実施形態におけるプラズマ生成室２９０と２８０と同様に、サセプタ２１７の回転径方向に対してずらすことにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることが期待できる。上述の実施形態ではプラズマ生成室２９０と２８０の内周に、これらの側壁２９１（２７１）と水平方向において略同一な形状を有するリング状プラズマ２９０ａが形成されるため、プラズマ生成室２９０及び２８０の位置は、それらにおいて生成されるプラズマ生成領域の位置と略同一とみなすことができる。後述する第２～第４実施形態においても同様である。
また、リング状プラズマが生成されない、例えば、くし形や棒状の電極によりプラズマが形成される場合には、当該プラズマが生成される２つの領域の位置関係を、上述の実施形態におけるプラズマ生成室２９０と２８０と同様に、サセプタ２１７の回転径方向に対してずらすことにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることが期待できる。
さらに、プラズマを励起するための電極の位置と、当該プラズマが生成される領域の位置が略同一であれば、２つの電極の位置関係を、上述の実施形態におけるプラズマ生成室２９０と２８０と同様にサセプタ２１７の回転径方向に対してずらすことにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることが期待できる。例えば、上述の実施形態におけるプラズマ生成室の側壁２９１は円形の水平断面形状を有しているが、これを楕円形状に構成した場合、生成されるプラズマは均一なリング状ではなく、側壁に沿った楕円状のプラズマが生成される。従って、２つの楕円状のプラズマ生成領域の位置を、サセプタ２１７の回転径方向においてずらすように配置することにより、ウエハ２００上に形成される膜の面内均一性を向上させることができる。また、例えば、第２処理領域と第３処理領域の天井部分にそれぞれ平面状の櫛形プラズマ電極を設ける構成とした場合、当該プラズマ電極の下部に面状にプラズマが生成される領域が形成される。従って、２つの櫛形電極の位置を、サセプタ２１７の回転径方向においてずらすように配置することにより、ウエハ２００上に形成される膜の面内均一性を向上させることができる。
　また、第１実施形態では、２つのプラズマ生成部の電極へ印加する高周波電力の大きさを同一とする構成とした。しかし、膜の面内均一性をさらに向上させるように、各プラズマ生成部を構成するプラズマ生成室の形状、電極の形状、各電極に印加する高周波電力の大きさを、プラズマ生成部ごとにそれぞれ互いに異ならせるように設定してもよい。また、第１の反応ガス供給系からプラズマ生成室２９０へ供給する反応ガスの流量と、第２の反応ガス供給系からプラズマ生成室２８０へ供給するガスの流量をそれぞれ異ならせてもよい。この場合、例えばＭＦＣ２３３ｃやＭＦＣ２４３ｃをそれぞれ制御して、それぞれの反応ガスの流量を調整することにより、成膜処理における面内均一性を更に向上させることができる。
　また、第１実施形態では、仕切板２０５の水平方向の端部と反応容器２０３の側壁との間に隙間が設けられており、処理室２０１内の圧力がそれぞれの領域において等しい場合について説明したが、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃがそれぞれ気密に区分されていてもよい。また、それぞれの領域内の圧力が互いに異なっていてもよい。
　また、第１実施形態では、原料ガスとしてＤＣＳガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスを用い、ウエハ２００上に窒化膜としてＳｉＮ膜を形成する場合について説明したが、原料ガスとして、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、アミノシラン、ＴＳＡガス等の他のガスを用いてもよい。反応ガスとしてＯ２ガスを用い、酸化膜を形成してもよい。ＴａＮ、ＴｉＮなどのその他の窒化膜、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＳｉＯなどの酸化膜、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗなどのメタル膜をウエハ２００上に形成してもよい。なお、ＴｉＮ膜またはＴｉＯ膜を形成する場合、原料ガスとしては、例えばテトラクロロチタン（ＴｉＣｌ４）等を用いることができる。
　また、第１実施形態では、第１処理領域２０６ａおよび第２処理領域２０６ｂの間に第１パージ領域２０７ａが設けられる場合について説明したが、パージ領域の設置場所は、任意に変更することができる。例えば第１パージ領域、第２パージ領域および第３パージ領域の少なくともいずれか一つは設けられていなくても良い。
また、第１実施形態では、反応ガスのプラズマにより第１層の変質（第２層の形成）を行う処理領域を２つ設ける構成としているが、これを３つ以上設ける構成としてもよい。その場合、各処理領域に設けられたプラズマ生成部を構成するプラズマ生成室の位置は、サセプタ２１７の回転径方向において互いにずらすように配置されることが望ましい。
　＜第２実施形態＞
　図１０に示す第２実施形態では、原料ガス供給部（第１元素含有ガス供給部）である第１ガス供給部２８１が反応容器２０３の中央部に設けられていたが、第２実施形態においては、第１処理領域２０６ａの上（天井部）に原料ガス供給部である原料ガス供給口３２０を設けている。また、図１０に示すように、サセプタ２１７の回転中心を中心とする同心円であって、プラズマ生成室２９０の中心である反応ガス導入孔２９２ａを通る円３１０ｂと、プラズマ生成室２８０の中心である反応ガス導入孔２７２ａを通る円３１０ａとの間の同心円３１０ｃ上に、原料ガス供給口３２０が設けられている。他の基本的な構成は第１の実施形態と同じであるため、説明は省略する。
原料ガス供給口３２０から第１処理領域２０６ａ内に供給された原料ガスは、当該領域内で拡散しながらウエハ２００の表面に接触する。この際、原料ガスに含まれるシリコン原子は均一にウエハ２００の表面全体に付着することが望ましい。しかし実際には、原料ガス供給口３２０の下方において原料ガスの濃度が高くなるため、原料ガス供給口３２０の下方を通過するウエハ２００の表面部分に多くの原料ガスに含まれるシリコン原子が付着する傾向となる。
第２実施形態では、サセプタ２１７の回転径方向における原料ガス供給口３２０、プラズマ生成室２９０及び２８０の位置関係を上述のように構成することにより、第１処理領域２０６ａにおいて原料ガス供給口３２０の下方の位置でより多くの原料ガスに含まれるシリコン原子が付着して形成された第１層を、２つのプラズマ生成室で生成されたプラズマにより、第２層が均一となるように処理することができる。従って、原料ガス供給口３２０から供給される原料ガスの量に対して、効率良く、且つ面内均一性を確保して第２層を形成することができる。
　＜第３実施形態＞
　図１１に示す第３実施形態では、第２実施形態と同様に、原料ガス供給部（第１元素含有ガス供給部）を、第１処理領域２０６ａ上に原料ガス供給口３２０として設けた。第１及び第２実施形態では、第２処理領域２０６ｂと第３処理領域２０６ｃの各領域にプラズマ生成室２９０、２８０を設ける構成としたが、第３実施形態では、単一の処理領域内に複数のプラズマ生成室を設ける構成とした。より具体的には、第３実施形態では、第３処理領域２０６ｃ及び第３パージ領域２０７ｃを設けない。更に、第２処理領域２０６ｂ内に、プラズマ生成室２９０とプラズマ生成室２８０の両方を設ける。
プラズマ生成室２９０とプラズマ生成室２８０、及び原料ガス供給口３２の位置関係は第２実施形態と同様である。すなわち、サセプタ２１７の回転中心を中心として、プラズマ生成室２９０の中心である反応ガス導入孔２９２ａとプラズマ生成室２８０の中心である反応ガス導入孔２７２ａは、それぞれ異なる同心円３１０ｂと３１０ａの上に設けられ、さらに原料ガス供給口３２０は、同心円３１０ａと３１０ｂの間に位置する同心円３１０ｃ上に設けられている。なお、同一の処理領域内に設ける複数のプラズマ生成室の形状やサイズは互いに異なっていてもよい。
反応ガスのプラズマにより第１層を変質させる（第２層を形成する）際に、第２層を形成する過程で中間生成物が生成される反応が起こる場合、ウエハ面上の中間生成物は第２層の形成に必要となる。第１及び第２実施形態においては、反応ガスのプラズマにより処理を行う第２処理領域２０６ｂと第３処理領域２０６ｃの間に第２パージ領域２０７ｂが設けられているため、第２処理領域２０６ｂにおいて生成された中間生成物が、当該パージ領域においてウエハ面上から除去されてしまい、続く第３処理領域２０６ｃにおける第２層の形成が阻害される。従って第３実施形態においては、２つのプラズマ生成部の間にパージ領域を設けず、同一領域内に２つ以上のプラズマ生成部を設ける構成により、ウエハ面上に第２層を効率良く、且つ面内均一性を確保しながら形成することができる。また、第３実施形態においては、２つ以上のプラズマ生成部を設けることにより、同一領域内においてプラズマが生成される領域を広げることができる。従って、一つの処理領域のみであっても、それぞれのウエハに対して反応ガスのプラズマによる処理時間を長くとることができ、第２層の形成における膜質向上が期待できる。
　＜第４実施形態＞
　図１２に示す第４実施形態では、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃ、第４処理領域２０６ｄ、第４パージ領域２０７ｄの順に処理室２０１内に領域を設け、第１処理領域２０６ａと第３処理領域２０６ｃの上部（天井）に、それぞれ原料ガス供給部（第１元素含有ガス供給部）を設けている。より具体的には、原料ガス供給口３２０が、第１処理領域２０６ａ内であって、プラズマ生成室２９０の中心である反応ガス導入孔２９２ａを通る同心円３１０ｂ上に設けられている。更に、第３処理領域２０６ｃ内には、第２の原料ガス供給部である第２の原料ガス供給口３３０が、プラズマ生成室２８０の中心である反応ガス導入孔２７２ａを通る同心円３１０ａ上に設けられている。すなわち、原料ガス供給口３２０とプラズマ生成室２９０の中心はサセプタ２１７の回転径方向において略同一となる位置に設けられ、第２の原料ガス供給口３３０とプラズマ生成室２８０の中心は、サセプタ２１７の回転径方向において略同一となる位置に設けられている。更に、サセプタ２１７の回転径方向における原料ガス供給口３２０とプラズマ生成室２９０の中心の位置は、サセプタ２１７の回転半径方向における第２の原料ガス供給口３３０とプラズマ生成室２８０の中心の位置と異なるように構成されている。
第４実施形態においては、サセプタ２１７の回転径方向における原料ガス供給部とプラズマ生成室の位置を合わせる構成とすることにより、一組の原料ガス供給部とプラズマ生成室によって形成された第２層の膜についてウエハ面内に薄い部分が生じる場合に、もう一組のガス供給部とプラズマ生成室によって、積極的にその薄い部分に第２層の膜の形成が行われるようにできる。特にサセプタ２１７の回転径方向の外側は膜厚が薄くなる傾向にあるので、それを補償するように外側を重点的に成膜する組を設けることができる。
また原料ガスに含まれるシリコン原子がウエハ表面に付着しにくい場合、１つの処理領域内でウエハ全面に均等に原料ガスに含まれるシリコン原子を付着させることは難しい。処理領域を広くとったり、処理領域内の圧力を上げたりする対応も考えらえるが、装置構造が複雑になる等の問題があり現実的ではない。そこで、複数の処理領域それぞれにおいて複数回に分けて原料ガスを供給することで、原料ガスに含まれるシリコン原子を吸着し易くして、効率的に成膜を行うことができる。　
２００・・・ウエハ（基板）　２０１・・・処理室　２１７・・・サセプタ（基板載置台）　２８０・・・プラズマ生成室　２９０・・・プラズマ生成室   

Claims (10)

  1. 基板を処理する処理室と、
    前記処理室内に回転自在に設けられ、回転方向に沿って複数の基板が載置される基板載置面を備えた基板載置台と、
    前記基板載置台を回転させる回転機構と、
    前記処理室内に、前記基板載置台の回転方向に沿って順番に設けられた、前記基板が処理される第１の処理領域、第２の処理領域、及び第３の処理領域と、
    前記第１の処理領域に第１元素含有ガスを供給する第１のガス供給部と、
    前記第２の処理領域の上方に設けられた第１のプラズマ生成空間と、前記第１のプラズマ生成空間に第２元素含有ガスを供給する第２のガス供給部と、前記第２の処理領域の上方に設けられ、前記第１のプラズマ生成空間に供給された前記第２元素含有ガスをプラズマ励起する第１の電極と、を有する第１のプラズマ生成部と、
    前記第３の処理領域の上方に設けられた第２のプラズマ生成空間と、前記第２のプラズマ生成空間に前記第２元素含有ガスを供給する第３のガス供給部と、前記第３の処理領域の上方に設けられ、前記第２のプラズマ生成空間に供給された前記第２元素含有ガスをプラズマ励起する第２の電極と、を有する第２のプラズマ生成部と、を備え、
    前記第１の電極と前記第２の電極は前記基板載置台の径方向において互いに異なる位置に設けられる、
    基板処理装置。
  2. 前記第１のプラズマ生成空間を区画する筒状の容器が前記第２の処理領域の天井部に接続されており、
    前記第１のプラズマ生成空間は当該筒状容器の内周と同一形状の開口部を介して前記第２の処理領域と連通し、前記第１の電極は前記第１のプラズマ生成空間の外周に沿って少なくとも１周以上巻き付くように設けられ、
    前記第２のプラズマ生成空間を区画する筒状の容器が前記第３の処理領域の天井部に接続されており、
    前記第２のプラズマ生成空間は当該筒状容器の内周と同一形状の開口部を介して前記第３の処理領域と連通し、前記第２の電極は前記第２のプラズマ生成空間の外周に沿って少なくとも１周以上巻き付くように設けられる、
    請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第１及び第２のプラズマ生成空間を区画する筒状の容器は、それぞれ円形の断面を有する形状である、
    請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記第１及び第２のプラズマ生成空間を区画する筒状の容器は、それぞれ楕円形の断面を有する形状である、
    請求項２に記載の基板処理装置。
  5. 前記第１のプラズマ生成空間を区画する筒状の容器の一端は、前記第１のプラズマ生成空間が前記第２の処理領域に連通するように前記第２の処理領域の天井部に接続し、他端は前記第２のガス供給部に接続し、
    前記第２のプラズマ生成空間を区画する筒状の容器の一端は、前記第２のプラズマ生成空間が前記第３の処理領域に連通するように前記第３の処理領域の天井部に接続し、他端は前記第３のガス供給部に接続する、
    請求項２に記載の基板処理装置。
  6. 前記第２の処理領域及び第３の処理領域の間に、前記第２の処理領域において前記基板上に生じた副生成物を前記基板上から前記処理室外へ排出する第１の分離領域を備え、
    前記基板載置台の外周部を経由して前記第２の処理領域、前記第３の処理領域、及び前記第１の分離領域のそれぞれの内部の雰囲気を排気する排気部を備え、
    前記第１の電極は、前記第２の電極よりも前記基板載置台の中心に近い位置に設けられる、
    請求項１記載の基板処理装置。
  7. 前記第１元素含有ガス供給部は、前記第１の処理領域の上方に設けられたガス供給口を介して、前記第１の処理領域に前記第１元素含有ガスを供給するよう構成される、
    請求項１記載の基板処理装置。
  8. 前記第１の電極は、前記第１処理領域の上方に設けられたガス供給口よりも前記基板載置台の中心に近い位置に設けられ、
    前記第２の電極は、前記第１処理領域の上方に設けられたガス供給口よりも前記基板載置台の外周に近い位置に設けられる、
    請求項７記載の基板処理装置。
  9. 基板を処理する処理室と、前記処理室内に回転自在に設けられ、回転方向に沿って複数の基板が載置される基板載置面を備えた基板載置台と、前記基板載置台を回転させる回転機構と、前記処理室内に、前記基板載置台の回転方向に沿って順番に設けられた、前記基板が処理される第１の処理領域、第２の処理領域、及び第３の処理領域と、前記第２の処理領域の上方に設けられた第１のプラズマ生成空間と、前記第２の処理領域の上方に設けられ、前記第１のプラズマ生成空間に供給されたガスをプラズマ励起する第１の電極と、を有する第１のプラズマ生成部と、前記第３の処理領域の上方に設けられた第２のプラズマ生成空間と、前記第３の処理領域の上方に設けられ、前記第２のプラズマ生成空間に供給されたガスをプラズマ励起する第２の電極と、を有する第２のプラズマ生成部と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は前記基板載置台の径方向において互いに異なる位置に設けられる基板処理装置を提供する工程と、
    前記第１の処理領域において、前記基板載置面に載置されて前記基板載置台の回転方向に沿って移動する前記基板に第１元素含有ガスを供給する工程と、
    前記第２の処理領域において、前記第１のプラズマ生成空間に第２元素含有ガスを供給すると共に前記第１の電極に高周波電力を印加することにより前記第２元素含有ガスをプラズマ励起させて前記基板に供給する工程と、
    前記第３の処理領域において、前記第２のプラズマ生成空間に前記第２元素含有ガスを供給すると共に前記第２の電極に高周波電力を印加して前記第２元素含有ガスをプラズマ励起させて前記基板に供給する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  10. 基板処理装置に所定の手順を実行させるプログラムであって、
    前記基板処理装置は、
    基板を処理する処理室と、前記処理室内に回転自在に設けられ、回転方向に沿って複数の基板が載置される基板載置面を備えた基板載置台と、前記基板載置台を回転させる回転機構と、前記処理室内に、前記基板載置台の回転方向に沿って順番に設けられた、前記基板が処理される第１の処理領域、第２の処理領域、及び第３の処理領域と、前記第２の処理領域の上方に設けられた第１のプラズマ生成空間と、前記第２の処理領域の上方に設けられ、前記第１のプラズマ生成空間に供給されたガスをプラズマ励起する第１の電極と、を有する第１のプラズマ生成部と、前記第３の処理領域の上方に設けられた第２のプラズマ生成空間と、前記第３の処理領域の上方に設けられ、前記第２のプラズマ生成空間に供給されたガスをプラズマ励起する第２の電極と、を有する第２のプラズマ生成部と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は前記基板載置台の径方向において互いに異なる位置に設けられ、
    前記所定の手順は、
    前記第１の処理領域において、前記基板載置面に載置されて前記基板載置台の回転方向に沿って移動する前記基板に第１元素含有ガスを供給する手順と、
    前記第２の処理領域において、前記第１のプラズマ生成空間に第２元素含有ガスを供給すると共に前記第１の電極に高周波電力を印加することにより前記第２元素含有ガスをプラズマ励起させて前記基板に供給する手順と、
    前記第３の処理領域において、前記第２のプラズマ生成空間に前記第２元素含有ガスを供給すると共に前記第２の電極に高周波電力を印加して前記第２元素含有ガスをプラズマ励起させて前記基板に供給する手順と、を有する。
PCT/JP2016/070979 2015-07-17 2016-07-15 基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム WO2017014179A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015142901 2015-07-17
JP2015-142901 2015-07-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017014179A1 true WO2017014179A1 (ja) 2017-01-26

Family

ID=57834909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/070979 WO2017014179A1 (ja) 2015-07-17 2016-07-15 基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017014179A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019192763A (ja) * 2018-04-24 2019-10-31 東京エレクトロン株式会社 成膜装置及び成膜方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01310533A (ja) * 1988-06-09 1989-12-14 Fujitsu Ltd 有機金属気相成長装置
JP2011151343A (ja) * 2009-12-25 2011-08-04 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
WO2011125471A1 (ja) * 2010-03-31 2011-10-13 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2013055243A (ja) * 2011-09-05 2013-03-21 Tokyo Electron Ltd 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体
JP2013161874A (ja) * 2012-02-02 2013-08-19 Tokyo Electron Ltd 成膜装置及び成膜方法
WO2013129037A1 (ja) * 2012-02-27 2013-09-06 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波加熱処理装置および処理方法
JP2014093226A (ja) * 2012-11-05 2014-05-19 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ発生装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01310533A (ja) * 1988-06-09 1989-12-14 Fujitsu Ltd 有機金属気相成長装置
JP2011151343A (ja) * 2009-12-25 2011-08-04 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
WO2011125471A1 (ja) * 2010-03-31 2011-10-13 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2013055243A (ja) * 2011-09-05 2013-03-21 Tokyo Electron Ltd 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体
JP2013161874A (ja) * 2012-02-02 2013-08-19 Tokyo Electron Ltd 成膜装置及び成膜方法
WO2013129037A1 (ja) * 2012-02-27 2013-09-06 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波加熱処理装置および処理方法
JP2014093226A (ja) * 2012-11-05 2014-05-19 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ発生装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019192763A (ja) * 2018-04-24 2019-10-31 東京エレクトロン株式会社 成膜装置及び成膜方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101146397B1 (ko) 반도체 처리용 성막 방법 및 장치와, 컴퓨터로 판독 가능한매체
KR101885411B1 (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
KR101122964B1 (ko) 반도체 처리용 종형 플라즈마 처리 장치 및 처리 방법과 반도체 처리용 종형 플라즈마 성막 장치
US20150325434A1 (en) Substrate Processing Apparatus, Method of Manufacturing Semiconductor Device and Non-Transitory Computer-Readable Recording Medium
JP6146160B2 (ja) 成膜方法、記憶媒体及び成膜装置
JP2015181149A (ja) 基板処理装置及び半導体装置の製造方法並びに記録媒体
JP2019033228A (ja) シリコン窒化膜の成膜方法及び成膜装置
US10774421B2 (en) Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus and recording medium
JP2009209447A (ja) 基板処理装置
JP7002970B2 (ja) 成膜方法及び成膜装置
US10151029B2 (en) Silicon nitride film forming method and silicon nitride film forming apparatus
JP5750190B2 (ja) 成膜装置及び成膜方法
TWI702304B (zh) 矽氮化膜之成膜方法及成膜裝置
WO2017014179A1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム
JP6616520B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6987021B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US11970768B2 (en) Film forming method and film forming apparatus
JP6452199B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
JP6453727B2 (ja) 基板処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法
US11952661B2 (en) Deposition method
KR102099323B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 장치 및 프로그램
WO2018163399A1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
WO2022054855A1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
WO2021181450A1 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム
WO2023047497A1 (ja) 基板処理装置、プラズマ生成装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16827739

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16827739

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1