JP2011151081A

JP2011151081A - 基板処理装置

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Publication number: JP2011151081A
Application number: JP2010009367A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Konya; 忠司紺谷; Nobuo Ishimaru; 信雄石丸
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2011-08-04

Abstract

【課題】高周波ノイズによる影響を防止することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】ヒータ２０７に電力を供給するヒータ用電源線２０８に高周波ノイズを除去するノイズ除去フィルタ２１２を接続し、ヒータ用電源線２０８の導電性配線２０９を被覆した絶縁性の配線被覆部材２１０の内部には、高周波ノイズをシールドするシールド部材２１１をヒータ２０７とノイズ除去フィルタ２１２との間に組み込む。熱電対２６３の補償導線２６４に高周波ノイズを除去するノイズ除去フィルタ２６２を接続し、補償導線２６４の導電性配線２６５を被覆した絶縁性の配線被覆部材２６６の内部には、高周波ノイズをシールドするシールド部材２６８を熱電対２６３とノイズ除去フィルタ２６２との間に組み込む。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板処理装置に関し、例えば、半導体素子を含む半導体集積回路装置（以下、ＩＣという）の製造方法において、ＩＣを作り込む半導体ウエハ（以下、ウエハという）にプラズマ処理を施すのに利用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法において、ウエハにプラズマ処理を施す基板処理装置として、複数枚のウエハが搬入される処理室を形成するプロセスチューブと、処理室内にガスを供給するガス供給管と、処理室におけるウエハ群搬入領域から離れた位置に互いに近接して配置された細長い一対の電極と、一対の電極間に高周波電力を印加する電源と、を備えており、一対の電極間の空間に処理ガスが供給されるように構成されているバッチ式プラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このバッチ式プラズマ処理装置においては、一対の電極の全長にわたってプラズマを生成することができるので、ウエハ群の全長にわたってプラズマ処理を均一に施すことができる。

特開２００４−２８９１６６号公報

バッチ式プラズマ処理装置においては、プラズマ生成によって発生する高周波ノイズが電装機器の誤動作を引き起こすことがある。高周波ノイズは電磁波として周囲に漏洩したり、板金や導線を伝わって漏洩したりする。ヒータによって加熱された処理室内でプラズマが生成された場合には、ヒータ線や制御用温度センサの配線を伝わって高周波ノイズが漏洩することがある。
高周波ノイズ対策としては、次のようなものが考えられる。
（１）板金や金網によって高周波ノイズを遮蔽する。
（２）電装機器の信号線が高周波ノイズの影響を受けないようにシールド線を使用する。（３）ケーブルにシールド材を巻き付ける。
（４）シールドをアースに落とす。
（５）回路中にノイズフィルタを設け、高周波ノイズを除去する。

しかしながら、板金等によって遮蔽した場合には、パネルの隙間（スリット）から高周波ノイズが漏洩するために、高い密閉性が要求される。その結果、多量のねじ類を使用して隙間なく固定したり、または、導電性パッキンを使用したりする必要が生じてしまう。
シールド材で覆ったり巻き付けたりする対策においても、端部に隙間が発生したり、嵩張ったりする。
配線を伝わる高周波ノイズはノイズフィルタによって除去することができるが、ヒータ線や制御用温度センサの配線については、耐熱の観点からノイズフィルタをヒータに隣接して設置することができないので、この部分、すなわちヒータとノイズフィルタとの間の部分からの高周波ノイズの漏洩は防止することができない。

本発明の目的は、高周波ノイズによる影響を防止することができる基板処理装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、次の基板処理装置が提供される。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系より供給されるガスをプラズマで活性化させるプラズマ源と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の温度を測定する温度センサと、
前記ヒータに接続されたヒータ用電源線と、
前記温度センサに接続された温度センサ用補償導線と、を有し、
前記ヒータ用電源線および前記温度センサ用補償導線は、導電性の配線を絶縁性の配線被覆部材で被覆した構成を有しており、前記ヒータ用電源線および／または前記温度センサ用補償導線の前記配線被覆部材には、前記プラズマによって発生する高周波ノイズをシールドするシールド部材が組み込まれていることを特徴とする基板処理装置。

この基板処理装置によれば、高周波ノイズによる影響を防止することができる。

本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す図である。本実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。本実施形態の処理シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミングを示す図である。本実施形態のヒータおよび温度センサの電気回路を示す模式図である。（ａ）および（ｂ）はヒータ用電源線を示す斜視図および縦断面図であり、（ｃ）は補償導線を示す縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示されているように、処理炉２０２は加熱手段（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。なお、ヒータ２０７は、後述するようにガスを熱で活性化させる活性化機構としても機能する。

ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応容器（処理容器）を構成する反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ₂）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の筒中空部には処理室２０１が形成されており、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。

処理室２０１内における反応管２０３の下部には、第１ノズル２４９ａ、第２ノズル２４９ｄが反応管２０３を貫通するように設けられている。第１ノズル２４９ａ、第２ノズル２４９ｄには、第１ガス供給管２３２ａ、第２ガス供給管２３２ｄがそれぞれ接続されている。このように、反応管２０３には２本のノズル２４９ａ、２４９ｄと、２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｄが設けられており、処理室２０１内へ複数種類、ここでは２種類のガスを供給することができるように構成されている。

第１ガス供給管２３２ａには上流方向から順に流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ、及び開閉弁であるバルブ２４３ａが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａよりも下流側には、第１不活性ガス供給管２３２ｅが接続されている。この第１不活性ガス供給管２３２ｅには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ２４１ｅ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｅが設けられている。また、第１ガス供給管２３２ａの先端部には、上述の第１ノズル２４９ａが接続されている。第１ノズル２４９ａ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。第１ノズル２４９ａはＬ字型のロングノズルとして構成されている。第１ノズル２４９ａの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ａが設けられている。ガス供給孔２５０ａは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ａ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、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第１ガス供給管２３２ａ、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、第１ノズル２４９ａにより第１ガス供給系が構成される。また、主に、第１不活性ガス供給管２３２ｅ、マスフローコントローラ２４１ｅ、バルブ２４３ｅにより、第１不活性ガス供給系が構成される。

第２ガス供給管２３２ｄには上流方向から順に流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ｄ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第２不活性ガス供給管２３２ｈが接続されている。この第２不活性ガス供給管２３２ｈには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ２４１ｈ、及び開閉弁であるバルブ２４３ｈが設けられている。また、第２ガス供給管２３２ｄの先端部には、上述の第２ノズル２４９ｄが接続されている。第２ノズル２４９ｄは、ガス分散空間であるバッファ室２３７内に設けられている。

バッファ室２３７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２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給するガス供給孔２５０ｅが設けられている。ガス供給孔２５０ｅは反応管２０３の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ｅ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、更に同じ開口ピッチで設けられている。

第２ノズル２４９ｄは、バッファ室２３７のガス供給孔２５０ｅが設けられた端部と反対側の端部に、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。第２ノズル２４９ｄはＬ字型のロングノズルとして構成されている。第２ノズル２４９ｄの側面にはガスを供給するガス供給孔２５０ｄが設けられている。ガス供給孔２５０ｄはバッファ室２３７の中心を向くように開口している。このガス供給孔２５０ｄは、バッファ室２３７のガス供給孔２５０ｅ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。この複数のガス供給孔２５０ｄのそれぞれの開口面積は、バッファ室２３７内と処理室２０１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、それぞれ同一の開口面積で同一の開口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、それぞれ開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。

本実施形態においては、第２ノズル２４９ｄのガス供給孔２５０ｄ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２５０ｄのそれぞれから、流速の差はあるものの、流量がほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこのガス供給孔２５０ｄのそれぞれから噴出するガスを、一旦、バッファ室２３７内に導入し、バッファ室２３７内においてガスの流速差の均一化を行うこととした。

すなわち、第２ノズル２４９ｄのガス供給孔２５０ｄのそれぞれよりバッファ室２３７内に噴出したガスはバッファ室２３７内で各ガスの粒子速度が緩和された後、バッファ室２３７のガス供給孔２５０ｅより処理室２０１内に噴出する。これにより、第２ノズル２４９ｄのガス供給孔２５０ｄのそれぞれよりバッファ室２３７内に噴出したガスは、バッファ室２３７のガス供給孔２５０ｅ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。

主に、第２ガス供給管２３２ｄ、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、第２ノズル２４９ｄ、バッファ室２３７により第２ガス供給系が構成される。また、主に、第２不活性ガス供給管２３２ｈ、マスフローコントローラ２４１ｈ、バルブ２４３ｈにより第２不活性ガス供給系が構成される。

第１ガス供給管２３２ａからは、例えば、シリコン原料ガス、すなわちシリコン（Ｓｉ）を含むガス（シリコン含有ガス）が、マスフローコントローラ２４１ａ、バルブ２４３ａ、第１ノズル２４９ａを介して処理室２０１内に供給される。シリコン含有ガスとしては、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、略称：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。

第２ガス供給管２３２ｄからは、例えば窒素（Ｎ）を含むガス（窒素含有ガス）が、マスフローコントローラ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、第２ノズル２４９ｄ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内に供給される。窒素含有ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ₃）ガスを用いることができる。

不活性ガス供給管２３２ｅ、２３２ｈからは、例えば窒素（Ｎ₂）ガスが、それぞれマスフローコントローラ２４１ｅ、２４１ｈ、バルブ２４３ｅ、２４３ｈ、ガス供給管２３２ａ、２３２ｄ、ガスノズル２４９ａ、２４９ｄ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内に供給される。

なお、例えば各ガス供給管から上述のようなガスをそれぞれ流す場合、第１ガス供給系により原料ガス供給系、すなわちシリコン含有ガス供給系（シラン系ガス供給系）が構成される。また、第２ガス供給系により窒素含有ガス供給系が構成される。

バッファ室２３７内には、図２に示すように、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が、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。第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれは、第２ノズル２４９ｄと平行に設けられている。第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれは、上部より下部にわたって各電極を保護する保護管である電極保護管２７５により覆われることで保護されている。この第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。主に、第１の棒状電極２６９、第２の棒状電極２７０、電極保護管２７５、整合器２７２、高周波電源２７３によりプラズマ発生器（プラズマ発生部）としてのプラズマ源が構成される。なお、プラズマ源は、後述するように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。

電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７内に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部には窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられている。

反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。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２４４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。なお、ＡＰＣバルブ２４４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圧力調整可能となっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、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からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には反応管２０３の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。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回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５はシールキャップ２１９を貫通して、後述するボート２１７に接続されており、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は反応管２０３の外部に垂直に設置さ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るように構成されており、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。

基板支持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に支持するように構成されている。なおボート２１７の下部には、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる断熱部材２１８が設けられており、ヒータ２０７からの熱がシールキャップ２１９側に伝わりにくくなるよう構成されている。なお、断熱部材２１８は、石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる複数枚の断熱板と、これらを水平姿勢で多段に支持する断熱板ホルダとにより構成してもよい。

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への通電具合を調整することで、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、ノズル２４９ａ、２４９ｄと同様にＬ字型に構成されており、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。

制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｈ、バルブ２４３ａ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｈ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、高周波電源２７３、整合器２７２等に接続されている。コントローラ１２１により、マスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｄ、２４１ｅ、２４１ｈによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ、２４３ｄ、２４３ｅ、２４３ｈの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉及び圧力センサ２４５に基づく圧力調整動作、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５の昇降動作等の制御や、高周波電源２７３の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。

次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜を成膜する処理シーケンス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１２１により制御される。

図３は、本実施形態の処理シーケンスにおけるガス供給およびプラズマパワー供給のタイミング図である。

本実施形態の処理シーケンスでは、ウエハ２００を収容した処理容器内に第１元素を含むガス（第１元素含有ガス）を供給することで、ウエハ２００上に第１元素を含む第１の層を形成する工程と、
処理容器内に第２元素を含むガス（第２元素含有ガス）を供給することで、第１の層を改質して第１元素および第２元素を含む第２の層を形成する工程と、
を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うことで、所定膜厚の第１元素および第２元素を含む薄膜を形成する。

第１の層を形成する工程は、ＣＶＤ反応が生じる条件下で行う。このときウエハ２００上に１原子層未満から数原子層程度の第１元素を含む第１の層として第１元素層を形成する。第１の層は第１元素含有ガスの吸着層であってもよい。なお、第１元素としては、それ単独で固体となる元素を用いるのがよい。ここで、第１元素層とは、第１元素により構成される連続的な層の他、不連続な層や、これらが重なってできる薄膜をも含む総称である。なお、第１元素により構成される連続的な層を薄膜という場合もある。また、第１元素含有ガスの吸着層とは第１元素含有ガスのガス分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。なお、１原子層未満の層とは不連続に形成される原子層のことを意味している。第１元素含有ガスが自己分解する条件下ではウエハ２００上に第１元素が堆積することで第１元素層が形成される。第１元素含有ガスが自己分解しない条件下では、ウエハ２００上に第１元素含有ガスが吸着することで第１元素含有ガスの吸着層が形成される。なお、ウエハ２００上に第１元素含有ガスの吸着層を形成するよりも、ウエハ２００上に第１元素層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ好ましい。

第２の層を形成する工程では、第２元素含有ガスをプラズマまたは熱で活性化させて供給することで、第１の層の一部と第２元素含有ガスとを反応させて、第１の層を改質して第１元素および第２元素を含む第２の層を形成する。例えば第１の層を形成する工程で数原子層の第１元素を含む第１の層を形成した場合は、その表面層の一部と第２元素含有ガスとを反応させてもよいし、その表面層全体と第２元素含有ガスとを反応させてもよい。また、数原子層の第１元素を含む第１の層の表面層から下の数層と第２元素含有ガスとを反応させてもよい。なお、第２元素としては、それ単独では固体とはならない元素を用いるのがよい。第２元素含有ガスはプラズマで活性化させて供給してもよいし、熱で活性化させて供給してもよい。図３は第２元素含有ガスをプラズマで活性化させて供給する例を示している。なお、第２元素含有ガスは熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、改質をソフトに行うことができる。

以下、本実施形態の処理シーケンスを具体的に説明する。なお、ここでは、第１元素をシリコン（Ｓｉ）、第２元素を窒素（Ｎ）とし、第１元素含有ガスとしてシリコン含有ガスであるＤＣＳガスを、第２元素含有ガスとして窒素含有ガスであるＮＨ₃ガスを用い、図３のシーケンスにより、基板上に絶縁膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する例について説明する。なお、この例では、第１ガス供給系によりシリコン含有ガス供給系（第１元素含有ガス供給系）が構成され、第２ガス供給系により窒素含有ガス供給系（第２元素含有ガス供給系）が構成される。

複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されているように、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。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。

処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ２４６によって真空排気される。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２４４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内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。続いて、回転機構２６７により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される（ウエハ回転）。その後、後述する２つのステップを順次実行する。

［ステップ１］
第１ガス供給管２３２ａのバルブ２４３ａ開き、第１ガス供給管２３２ａ内にＤＣＳガスを流す。第１ガス供給管２３２ａ内を流れたＤＣＳガスは、マスフローコントローラ２４１ａにより流量調整される。流量調整されたＤＣＳガスは第１ノズル２４９ａのガス供給孔２５０ａ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。このとき、同時にバルブ２４３ｅを開き、不活性ガス供給管２３２ｅ内にＮ₂ガス等の不活性ガスを流す。不活性ガス供給管２３２ｅ内を流れたＮ₂ガスは、マスフローコントローラ２４１ｅにより流量調整される。流量調整されたＮ₂ガスはＤＣＳガスと一緒に処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。

このとき、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜１０００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２４１ａで制御するＤＣＳガスの供給流量は、例えば１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。ＤＣＳガスをウエハ２００に晒す時間、すなわちガス供給時間（照射時間）は、例えば２〜１２０秒間の範囲内の時間とする。このときヒータ２０７の温度は、処理室２０１内でＣＶＤ反応が生じる程度の温度、すなわちウエハ２００の温度が、例えば３００〜６５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。なお、ウエハ２００の温度が３００℃未満となるとウエハ２００上にＤＣＳが吸着しにくくなる。また、ウエハ２００の温度が６５０℃を超えるとＣＶＤ反応が強くなり、均一性が悪化しやすくなる。よって、ウエハ２００の温度は３００〜６５０℃の範囲内の温度とするのが好ましい。

ＤＣＳガスの供給により、ウエハ２００表面の下地膜上に、第１元素としてのシリコンを含む第１の層が形成される。すなわち、ウエハ２００上（下地膜上）に１原子層未満から数原子層のシリコン含有層としてのシリコン層（Ｓｉ層）が形成される。シリコン含有層はＤＣＳの化学吸着層であってもよい。なお、シリコンは、それ単独で固体となる元素である。ここでシリコン層とはシリコンにより構成される連続的な層の他、不連続な層やこれらが重なってできる薄膜をも含む。なお、シリコンにより構成される連続的な層を薄膜という場合もある。また、ＤＣＳの化学吸着層とはＤＣＳ分子の連続的な化学吸着層の他、不連続な化学吸着層をも含む。なお、ウエハ２００上に形成されるシリコン含有層の厚さが数原子層を超えると、後述するステップ２での窒化の作用がシリコン含有層の全体に届かなくなる。また、ウエハ２００上に形成可能なシリコン含有層の最小値は１原子層未満である。よって、シリコン含有層の厚さは１原子層未満から数原子層とするのが好ましい。なお、ＤＣＳガスが自己分解する条件下では、ウエハ２００上にシリコンが堆積することでシリコン層が形成され、ＤＣＳガスが自己分解しない条件下では、ウエハ２００上にＤＣＳが化学吸着することでＤＣＳの化学吸着層が形成される。なお、ウエハ２００上にＤＣＳの化学吸着層を形成するよりも、ウエハ２００上にシリコン層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ好ましい。

シリコン含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、ＤＣＳガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する。なお、この時バルブ２４３ｅは開いたままとして、Ｎ₂ガスの処理室２０１内への供給を維持する。これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくはシリコン含有層形成に寄与した後のＤＣＳガスを処理室２０１内から排除する効果を高める。

シリコン含有ガスとしては、ＤＣＳガスの他、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ₄、略称：ＴＣＳ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ₂Ｃｌ₆、略称：ＨＣＤ）ガス、モノシラン（ＳｉＨ₄）ガス等の無機原料だけでなく、アミノシラン系のテトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ₃）₂) ₄、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ₃）₂）₃Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ（Ｎ（Ｃ₂Ｈ₅）₂）₂Ｈ₂、略称：２ＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ₂（ＮＨ（Ｃ₄Ｈ₉））₂、略称：ＢＴＢＡＳ）ガスなどの有機原料を用いてもよい。不活性ガスとしては、Ｎ₂ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いてもよい。

［ステップ２]
処理室２０１内の残留ガスを除去した後、第２ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄを開き、第２ガス供給管２３２ｄ内にＮＨ₃ガスを流す。第２ガス供給管２３２ｄ内を流れたＮＨ₃ガスは、マスフローコントローラ２４１ｄにより流量調整される。流量調整されたＮＨ₃ガスは第２ノズル２４９ｄのガス供給孔２５０ｄからバッファ室２３７内に供給される。このとき、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加することで、バッファ室２３７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２５０ｅ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。この時同時にバルブ２４３ｈを開き、不活性ガス供給管２３２ｈ内にＮ₂ガスを流す。Ｎ₂ガスはＮＨ₃ガスと一緒に処理室２０１内に供給されつつガス排気管２３１から排気される。

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２４４を適正に調整して処理室２０１内の圧力を、例えば１０〜１００Ｐａの範囲内の圧力とする。マスフローコントローラ２４１ｄで制御するＮＨ₃ガスの供給流量は、例えば１００〜１００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。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（照射時間）は、例えば２〜１２０秒間の範囲内の時間とする。このときのヒータ２０７の温度は、ステップ１と同様、ウエハ２００の温度が３００〜６５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。なお、高周波電源２７３から第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に印加する高周波電力は、例えば５０〜１０００Ｗの範囲内の電力となるように設定する。ＮＨ₃ガスは反応温度が高く、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のままでよい。また、ＮＨ₃ガスを供給する際にプラズマ励起せず、ＡＰＣバルブ２４４を適正に調整して処理室２０１内の圧力を例えば５０〜３０００Ｐａの範囲内の圧力とすることで、ＮＨ₃ガスをノンプラズマで熱的に活性化することも可能である。なお、ＮＨ₃ガスは熱で活性化させて供給した方が、ソフトな反応を生じさせることができ、後述する窒化をソフトに行うことができる。

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、もしくは処理室２０１内圧力を高くすることで熱的に活性化されたＮＨ₃ガスであり、処理室２０１内にはＤＣＳ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１でウエハ２００上に形成された第１の層としてのシリコン含有層と反応する。これによりシリコン含有層は窒化されて、シリコン（第１元素）および窒素（第２元素）を含む第２の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと改質される。

その後、第２ガス供給管２３２ｄのバルブ２４３ｄを閉じて、ＮＨ₃ガスの供給を停止する。このとき、ガス排気管２３１のＡＰＣバルブ２４４は開いたままとして、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のＮＨ₃ガスを処理室２０１内から排除する。なお、この時バルブ２４３ｈは開いたままとして、Ｎ₂ガスの処理室２０１内への供給を維持する。これにより、処理室２０１内に残留する未反応もしくは窒化に寄与した後のＮＨ₃ガスを処理室２０１内から排除する効果を高める。

窒素含有ガスとしては、ＮＨ₃ガスをプラズマや熱で励起したガス以外に、Ｎ₂ガス、ＮＦ₃ガス、Ｎ₃Ｈ₈ガス等をプラズマや熱で励起したガスを用いてもよく、これらのガスをＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスで希釈したガスをプラズマや熱で励起して用いてもよい。

上述したステップ１〜２を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のシリコン（第１元素）および窒素（第２元素）を含む薄膜、すなわち、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましい。

所定膜厚のシリコン窒化膜を形成する成膜処理がなされると、Ｎ₂等の不活性ガスが処理室２０１内へ供給されつつ排気されることで処理室２０１内が不活性ガスでパージされる（ガスパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。

その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、反応管２０３の下端が開口されるとともに、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の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される。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）。

なお、ここでは本実施形態の処理シーケンスの具体例として、第１元素含有ガス、第２元素含有ガスとしてシリコン含有ガス、窒素含有ガスをそれぞれ用い、ＳｉＮ膜を形成する例について説明したが、本発明は上述の具体例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、第１元素含有ガス、第２元素含有ガスとしてアルミニウム含有ガス、窒素含有ガスをそれぞれ用い、アルミニウム窒化膜（ＡｌＮ膜）を形成する場合や、第１元素含有ガス、第２元素含有ガスとしてチタン含有ガス、窒素含有ガスをそれぞれ用い、チタン窒化膜（ＴｉＮ膜）を形成する場合や、第１元素含有ガス、第２元素含有ガスとしてボロン含有ガス、窒素含有ガスをそれぞれ用い、ボロン窒化膜（ＢＮ膜）を形成する場合等にも適用することができる。また、例えば、第１元素含有ガス、第２元素含有ガスとしてシリコン含有ガス、酸素含有ガスをそれぞれ用い、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を形成する場合や、第１元素含有ガス、第２元素含有ガスとしてアルミニウム含有ガス、酸素含有ガスをそれぞれ用い、アルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）を形成する場合や、第１元素含有ガス、第２元素含有ガスとしてチタン含有ガス、酸素含有ガスをそれぞれ用い、チタン酸化膜（ＴｉＯ膜）を形成する場合等にも適用することができる。また、例えば、第１元素含有ガス、第２元素含有ガスとしてシリコン含有ガス、炭素含有ガスをそれぞれ用い、シリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）を形成する場合等にも適用することができる。

なお、アルミニウム含有ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃）₃、略称：ＴＭＡ）ガスを用いることができる。チタン含有ガスとしては、例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスやテトラキスジメチルアミノチタン（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ₃）₂］₄、略称：ＴＤＭＡＴ）ガスを用いることができる。硼素含有ガスとしては、例えば三塩化硼素（ＢＣｌ₃）ガスやジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを用いることができる。炭素含有ガスとしては、例えばプロピレン（Ｃ₃Ｈ₆）ガスやエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）ガスを用いることができる。酸素含有ガスとしては、例えば酸素（Ｏ₂）ガス、オゾン（Ｏ₃）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）ガス、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）を用いることができる。

以上のように、本実施形態の処理シーケンスでは、第１元素としては、例えばシリコン（Ｓｉ）や硼素（Ｂ）等の半導体元素や、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の金属元素を用いることができ、第２元素としては、窒素（Ｎ）や炭素（Ｃ）や酸素（Ｏ）等の元素を用いることができる。

ところで、以上の縦型処理炉においては、プラズマ生成によって高周波ノイズが発生し、発生した高周波ノイズが電装機器の誤動作を引き起こすことがある。
そこで、本実施形態においては、高周波ノイズがヒータや温度センサの配線を伝わって漏洩するのを、図４および図５に示された構成によって防止する。

図４に示されているように、ヒータ２０７には電力を供給するヒータ用電源線２０８が接続されている。ヒータ用電源線２０８にはプラズマによって発生する高周波ノイズ２１３を除去するノイズ除去フィルタ２１２が接続されている。なお、ノイズ除去フィルタ２１２は耐熱性の制限により、ヒータ２０７から離れた位置に設置されている。
図５（ａ）（ｂ）に示されているように、ヒータ用電源線２０８は導電性配線２０９を絶縁性の配線被覆部材２１０で被覆した構成を有しており、配線被覆部材２１０にはプラズマによって発生する高周波ノイズをシールドするシールド部材２１１が組み込まれている。シールド部材２１１は導電性配線２０９を全体的に覆うように設けられているとともに、配線被覆部材２１０の内部に設けられている。シールド部材２１１はヒータ２０７とノイズ除去フィルタ２１２との間に設けられた配線被覆部材２１０に組み込まれている。シールド部材２１１にはアース線２１４が接続されている。

図４に示されているように、温度センサとして熱電対２６３が使用されており、熱電対２６３には補償導線２６４が接続されており、補償導線２６４にはプラズマによって発生する高周波ノイズ２１３を除去するノイズ除去フィルタ２６２が接続されている。なお、ノイズ除去フィルタ２６２は耐熱性の制限により、ヒータ２０７から離れた位置に設置されている。
図５（ｃ）に示されているように、補償導線２６４は導電性配線２６５を絶縁性の配線被覆部材２６６で被覆した構成を有しており、配線被覆部材２６６にはプラズマによって発生する高周波ノイズをシールドするシールド部材２６８が組み込まれている。シールド部材２６８は導電性配線２６５を全体的に覆うように設けられているとともに、配線被覆部材２６６の内部に設けられている。シールド部材２６８は熱電対２６３とノイズ除去フィルタ２６２との間の配線被覆部材２６６に組み込まれている。シールド部材２６８にはアース線２６１が接続されている。

本実施形態によれば、次の作用および効果が奏される。

（１）ヒータ用電源線の配線被覆部材にシールド部材を組み込むことにより、高周波ノイズがヒータ用電源線から電磁波として周囲に漏洩するのを防止することができるので、電装機器等の誤動作を防止することができる。

（２）シールド部材をヒータ用電源線の内部に組み込むことにより、シールド材を覆ったり巻き付けたりする場合のように、端部に隙間が発生したり嵩張ったりすることがない。

（３）ヒータ用電源線にノイズ除去フィルタを接続することにより、プラズマ生成によって発生した高周波ノイズがヒータ用電源線に接続された電装機器に伝わるのを防止することができるので、電装機器の誤動作を防止することができる。

（４）ノイズ除去フィルタは耐熱性の制約によりヒータから離れた位置に設置する必要があり、ヒータ用電源線のヒータとノイズ除去フィルタとの間の区間から高周波ノイズが漏洩することがあったが、本実施形態においては、ヒータとノイズ除去フィルタとの間に設けられたヒータ用電源線の配線被覆部材の内部にシールド部材を組み込むことにより、その区間から高周波ノイズが漏洩するのを防止することができる。

（５）補償導線の配線被覆部材にシールド部材を組み込むことにより、高周波ノイズが補償導線から電磁波として周囲に漏洩するのを防止することができるので、電装機器等の誤動作を防止することができる。

（６）シールド部材を補償導線の内部に組み込むことにより、シールド材を覆ったり巻き付けたりする場合のように、端部に隙間が発生したり嵩張ったりすることがない。

（７）補償導線にノイズ除去フィルタを接続することにより、プラズマ生成によって発生した高周波ノイズが補償導線に接続された電装機器に伝わるのを防止することができるので、電装機器の誤動作を防止することができる。

（８）シールド部材をヒータとノイズ除去フィルタとの間に設けられた補償導線の配線被覆部材の内部に組み込むことにより、補償導線のヒータとノイズ除去フィルタとの間の区間から高周波ノイズが漏洩するのを防止することができる。

（９）板金や金網によって高周波ノイズを遮蔽したり、配線にシールド材を巻き付けたりせずに済むので、高い密閉性を確保するための多量のねじ類や導電性パッキンの使用等を省略することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、温度センサとしては熱電対を使用するに限らない。

温度センサ補償導線のシールド部材は省略してもよいし、ヒータ用電源線のシールド部材は省略してもよい。

温度センサ補償導線のノイズ除去フィルタは省略してもよいし、ヒータ用電源線のノイズ除去フィルタは省略してもよい。

前記実施形態ではバッチ式縦形ホットウオール形プラズマ装置について説明したが、本発明は、電子ビーム励起プラズマを用いたプラズマ処理装置等にも適用することができるし、枚葉式プラズマ処理装置にも適用することができる。

前記実施形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
本発明の一態様によれば、次の基板処理装置が提供される。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系より供給されるガスをプラズマで活性化させるプラズマ源と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の温度を測定する温度センサと、
前記ヒータに接続されたヒータ用電源線と、
前記温度センサに接続された温度センサ用補償導線と、を有し、
前記ヒータ用電源線および前記温度センサ用補償導線は、導電性の配線を絶縁性の配線被覆部材で被覆した構成を有しており、前記ヒータ用電源線および／または前記温度センサ用補償導線の前記配線被覆部材には、前記プラズマによって発生する高周波ノイズをシールドするシールド部材が組み込まれていることを特徴とする基板処理装置。
好ましくは、前記シールド部材は、前記配線を全体的に覆うように設けられている。
また好ましくは、前記シールド部材は、前記配線を全体的に覆うように前記配線被覆部材の内部に設けられている。
また好ましくは、前記ヒータ用電源線には、前記プラズマによって発生する高周波ノイズを除去するノイズ除去フィルタが接続されており、前記シールド部材は、前記ヒータと前記ノイズ除去フィルタとの間に設けられた前記ヒータ用電源線の前記配線被覆部材に組み込まれている。
また好ましくは、前記温度センサ用補償導線には、前記プラズマによって発生する高周波ノイズを除去するノイズ除去フィルタが接続されており、前記シールド部材は、前記温度センサと前記ノイズ除去フィルタとの間に設けられた前記温度センサ用補償導線の前記配線被覆部材に組み込まれている。

２０１…処理室、
２３２ａ…第１ガス供給管、２４１ａ…マスフローコントローラ、２４３ａ…バルブ、２４９ａ…第１ノズル（第１ガス供給系）、２３２ｅ…第１不活性ガス供給管、２４１ｅ…マスフローコントローラ、２４３ｅ…バルブ（第１不活性ガス供給系）、
２３２ｄ…第２ガス供給管、２４１ｄ…マスフローコントローラ、２４３ｄ…バルブ、２４９ｄ…第２ノズル、２３７…バッファ室（第２ガス供給系）、２３２ｈ…第２不活性ガス供給管、２４１ｈ…マスフローコントローラ、２４３ｈ…バルブ（第２不活性ガス供給系）、
２６９…第１の棒状電極、２７０…第２の棒状電極、２７５…電極保護管、２７２…整合器、２７３…高周波電源（プラズマ源）、
２０７…ヒータ、２０８…ヒータ用電源線、２０９…導電性配線、２１０…配線被覆部材、２１１…シールド部材、２１２…ノイズ除去フィルタ、２１３…高周波ノイズ、２１４…アース線、
２６１…アース線、２６２…ノイズ除去フィルタ、２６３…熱電対（温度センサ）、２６４…温度センサ用補償導線、２６５…導電性配線、２６６…配線被覆部材、２６８…シールド部材。

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給系と、
前記ガス供給系より供給されるガスをプラズマで活性化させるプラズマ源と、
前記処理室内の基板を加熱するヒータと、
前記処理室内の温度を測定する温度センサと、
前記ヒータに接続されたヒータ用電源線と、
前記温度センサに接続された温度センサ用補償導線と、を有し、
前記ヒータ用電源線および前記温度センサ用補償導線は、導電性配線を絶縁性の配線被覆部材で被覆した構成を有しており、前記ヒータ用電源線および／または前記温度センサ用補償導線の前記配線被覆部材には、前記プラズマによって発生する高周波ノイズをシールドするシールド部材が組み込まれていることを特徴とする基板処理装置。