JP6126475B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置に関する。

半導体装置の製造においては、被処理体である半導体ウエハ（以下、ウエハと呼ぶ）に対して、成膜処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸化膜の除去処理等の各種処理が施される。これらの処理は、通常、複数枚のウエハをバッチ式で処理可能な、縦型基板処理装置で実施される。

近年、プロセス処理時における低温化が求められており、プロセス時のウエハ温度が低い場合であっても各種処理を進行させることができる、プラズマ処理装置が提案されている。例えば、特許文献１には、誘導結合プラズマ方式を利用して、複数枚のウエハをバッチ式でプラズマ処理可能な、基板処理装置が開示されている。

特許文献１に記載の基板処理装置では、成膜等の反応をプラズマのアシストにより促進させることができるので、ウエハ温度が比較的低くても所望するプラズマ処理を行うことができる。

特開２０１０−２２６０８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の基板処理装置では、高周波でプラズマを生成する際に、プラズマ生成用の電極が高電圧となる。そのため、電極とウエハとの間に電位差が大きい電界が生じる。この電界によってもプラズマが生成され、ウエハの特にエッジ部にダメージを与え、パーティクルを発生させるという問題があった。

上記課題に対して、ウエハ近傍でのプラズマの生成を抑制する基板処理装置を提供する。

一の様態では、
真空引き可能になされた処理容器と、
複数の基板を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、
前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器の外側へ突出された状態で前記処理容器の高さ方向に沿って設けられたプラズマ区画壁により区画形成されたプラズマ形成ボックスと、
前記プラズマ形成ボックスの外部側壁に、高さ方向に沿って設けられた誘導結合型の電極と、
前記誘導結合型の電極に給電ラインを介して接続された高周波電源と、
前記プラズマ形成ボックスの外部であって、前記処理容器と前記誘導結合型の電極との間に設けられ、前記プラズマ形成ボックスの外部側壁の近傍に或いは該外部側壁に少なくとも一部が接触して配置されると共に、前記プラズマ形成ボックスの外側に向けて延在する地絡電極と、
を有し、
前記地絡電極における、前記プラズマ形成ボックスの高さ方向の長さは、前記誘導結合型の電極における、前記プラズマ形成ボックスの高さ方向の長さと同じ長さ或いはより長い長さである、基板処理装置が提供される。

ウエハ近傍でのプラズマの生成を抑制する基板処理装置を提供できる。

本実施形態に係る基板処理装置の一例の縦断面概略構成図である。 図１の基板処理装置の処理容器近傍の横断面概略構成図である。 図１の基板処理装置の地絡電極近傍の概略斜視図である。 本実施形態に係る基板処理装置の電極の形状例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る基板処理装置の他の例の概略斜視図である。 本実施形態に係る基板処理装置の効果の一例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る基板処理装置の効果の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る基板処理装置の効果の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る基板処理装置の効果の他の例を説明するための概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。

（基板処理装置）
図１に、本実施形態に係る基板処理装置の一例の縦断面概略構成図を示す。また、図２に、図１の基板処理装置の処理容器近傍の横断面概略構成図を示す。さらに、図３に、図１の基板処理装置の地絡電極近傍の概略斜視図を示す。

図１に示されるように、基板処理装置１２は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１４を有する。この処理容器１４は、例えば石英により形成することができる。

処理容器１４内の天井には、石英製の天井板１６が設けられて封止されている。また、この処理容器１４の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１８が、Ｏリング等のシール部材２０を介して連結されている。なお、このマニホールド１８も石英で構成され、処理容器１４と一体的に形成されていても良い。

処理容器１４の下端は、マニホールド１８によって支持されており、このマニホールド１８の下方より、１枚乃至複数枚の半導体ウエハＷ（以後、ウエハＷ）を多段に載置したウエハボート２２が、挿脱自在に構成される。

ウエハボート２２は、一般的に、石英等で形成され、直径が３００ｍｍのウエハＷを、５０〜１５０枚程度略等ピッチで多段に支持できるよう構成される。

ウエハボート２２は、石英製の保温筒２４を介してテーブル２６上に載置されている。このテーブル２６は、マニホールド１８の下端開口部を開閉する、例えばステンレススチール製の蓋部２８を貫通する回転軸３０上に支持される。そして、この回転軸３０の貫通部には、例えば磁性流体シール３２が介設され、この回転軸３０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部２８の周辺部とマニホールド１８の下端部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３４が介設されており、処理容器１４内のシール性を保持している。

上述した回転軸３０は、図示しない昇降機構に支持されたアーム３６の先端に取り付けられており、ウエハボート２２及び蓋部２８等を一体的に処理容器１４内へ挿脱できるように構成されている。なお、テーブル２６を、蓋部２８側へ固定して設け、ウエハボート２２を回転させることなくウエハＷを処理容器１４内に搬送する構成であっても良い。

マニホールド１８には、プラズマ化する第１の処理ガスを供給する第１のガス供給手段３８と、第２の処理ガスを供給する第２のガス供給手段４０と、不活性ガス等をパージガスとして供給する第３のガス供給手段４２と、が設けられる。

第１のガス供給手段３８は、上記マニホールド１８の側壁を内側へ貫通して上方向へと屈曲されて延びる、例えば石英製の第１のガスノズル４４を有する。この第１のガスノズル４４は、処理容器１４の高さ方向に沿って１乃至複数のガス噴射孔４４Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４４Ａから処理容器１４方向へと向けて、略均一に処理ガスを噴射できるように構成されている。

第２のガス供給手段４０は、第１のガス供給手段３８と同様に、マニホールド１８の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて延びる、例えば石英製の第２のガスノズル４６を有する。この第２のガスノズル４６は、処理容器１４の高さ方向に沿って１乃至複数のガス噴射孔４６Ａが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔４６Ａから処理容器１４方向へと向けて、略均一に処理ガスを噴射できるように構成されている。

第３のガス供給手段４２は、マニホールド１８の側壁を内側へ貫通するストレート形状であり、例えば石英製の第３のガスノズル４８を有する。

第１、第２及び第３のガスノズル４４、４６、４８には、各々、ガス流路５２、５４、５６が接続されている。そして、各ガス通路５２、５４、５６には、各々、開閉弁５２Ａ、５４Ａ、５６Ａ及び流量制御器５２Ｂ、５４Ｂ、５６Ｂが介設されている。

［活性化手段］
次に、本実施形態に係る基板処理装置１２における、プラズマを発生させて、処理ガスを活性化させるための活性化手段６０及びその関連の構成について、詳細に説明する。

上述の処理容器１４の一側には、その高さ方向に沿ってプラズマを発生させて、処理ガスを活性化させる活性化手段６０が形成されている。また、この活性化手段６０に対向する処理容器１４の例えば反対側には、内部雰囲気を真空排気するための排気口６２が形成されている。排気口６２は、処理容器１４の側壁を削り取ることによって形成することができる。

活性化手段６０は、主に、処理容器１４の高さ方向（長手方向）に沿って設けられたプラズマ区画壁７２により区画形成されたプラズマ形成ボックス６４と、このプラズマ区画壁７２に、その高さ方向（長手方向）に沿って設けられて屈曲状態になされた誘導結合型の電極６６と、この誘導結合型の電極６６に接続された高周波電源６８とによって構成されている。

プラズマ形成ボックス６４は、処理容器１４の側壁を、所定の幅を有して、処理容器１４の高さ方向に沿って削り取ることによって、処理容器１４の高さ方向に細長い開口７０を形成し、この開口７０を外側より覆うように形成されたプラズマ区画壁７２を、処理容器１４の外壁に気密に溶接接合することによって形成することができる。

プラズマ区画壁７２は、例えば石英等から形成することができる。また、プラズマ区画壁７２を、処理容器１４の高さ方向から見た場合の断面形状は、特に限定されないが、例えば、断面コ字形状、断面Ｖ字形状、断面曲線状とすることができる。なお、図２及び図３では、プラズマ区画壁７２を高さ方向から見た場合の断面形状は、断面コ字形状のものを示している。

プラズマ区画壁７２の断面形状が断面コ字形状の場合、プラズマ区画壁７２は、対向して配置された一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂと、その側面壁７２Ａ、７２Ｂの一端側であって、処理容器１４の径方向外側に位置する端側を連結する背面壁７３と、から形成されている。なお、この側面壁７２Ａ、７２Ｂの高さ方向の端部も、区画壁によって閉じられている。これにより、プラズマ区画壁７２の内部空間は、処理容器１４と連通された状態とすることができる。

プラズマ区画壁７２の断面形状が断面コ字形状の場合、電極６６は、一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂの内の一方の側面壁側だけに設けられることが好ましい。これにより、プラズマ中のイオンによりスパッタされる領域がその分、少なくなり、エッチングにより発生するパーティクルを大幅に抑制することができる。

プラズマ区画壁７２の断面形状が断面Ｖ字形状の場合、プラズマ区画壁７２は、背面壁７３が設けられず、一対の側面壁７２Ａ、７２Ｂの一側を連結して、断面Ｖ字状に形成することができる。

プラズマ区画壁７２の断面形状が断面曲線形状の場合、その断面形状は、円弧形状、楕円弧形状等のどのような曲線にしても良い。

開口７０は、ウエハボート２２に保持されている全てのウエハＷを高さ方向においてカバーできるように、上下方向に十分に長く形成されている。

プラズマ区画壁７２の厚さは、プラズマ区画壁７２が大気圧を耐え得る強度を有していれば、特に制限されず、例えば４．５〜６．５ｍｍ程度とすることができる。

誘導結合型の電極６６は、ニッケル合金等から形成することができる。

また、電極６６は、プラズマ区画壁７２の外側壁面に接して若しくは所定の距離を離間して設けられると共に、この外側壁面の高さ方向に沿って１本設けられ、プラズマ形成ボックス６４に対して略半ターンのコイルとして形成されている。また、外側壁面の上端でプラズマ区画壁７２から離れるように外側へと折り返されている。

電極６６をプラズマ区画壁７２の外側壁面に対して所定の距離を離間して設ける場合、離間した部分に対応する、プラズマ形成ボックス６４内の容量性の電磁場の強度を低減することができる。プラズマ形成ボックス６４内では、投入される高周波により定在波が生じるが、この定在波が均一でない場合も生じる。この結果、全体的に電磁場の強度が大きくなったり、局所的に電磁場の強度が他の部分よりも大きくなったりして、その部分で加速されたイオンがプラズマ区画壁の内面をスパッタして、パーティクルやプラズマ区画壁の構成物による金属汚染等の原因となる場合がある。そのため、電極６６の少なくとも一部を、プラズマ区画壁７２の外側壁面に対して、所定の距離を離間して配置しても良い。

電極６６と外側壁面７２とを離間させる場合、その離間距離は、０．５ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲内とすることが好ましい。離間距離が０．５ｍｍよりも小さい場合には、プラズマ形成ボックス６４内の電磁場強度の低減効果が十分ではなく、内面壁のスパッタを十分に抑制することができないことがある。一方、離間距離が２０ｍｍよりも大きい場合には、プラズマ形成ボックス６４内の電磁場強度が過度に低下して成膜量と均一性に悪影響を及ぼすことがある。

電極６６は、プラズマ形成ボックス６４の高さ方向において、直線的に伸長していても良いし、屈曲して伸長していても良い。電極６６を屈曲させることにより、プラズマ形成ボックス６４に対する電極設置面積及び電極設置長を大きく又は長くすることができる。これにより、処理ガスが活性化されて発生するラジカルの生成量を増加させることができるため、プラズマ処理効率を上げてスループットを向上させることができる。

電極６６を屈曲させる場合、図４
に示すように、複数の屈曲部７４を交互に左右逆向きに連ねて蛇行状態となるように設定されている。この屈曲部７４は、限定されないが、半円弧状に成形することができ、この半円弧状の屈曲部７４を交互に逆向きに連ねて、Ｓ字状にして、全体として蛇行状態とすることができる。

上述したように、屈曲部７４の形状は、半円形状に限定されない。図４に、本実施形態の電極６６の形状例を説明するための概略図を示す。図４（ａ）に示す例では、電極６６の屈曲部７４は、楕円弧形状に形成されており、これを交互に逆向きに連ねて全体として蛇行状態となっている。図４（ａ）と類似の実施形態では、電極６６の屈曲状態としては、例えばサイクロイド曲線やサイン曲線等を用いて良い。

図４（ｂ）に示す例では、電極６６は、屈曲部７４と、所定の長さの直線部１００とを有し、これらの屈曲部７４と直線部１００とを交互に連結してジグザグ状に、或いはつづら折り状態となっている。この場合、屈曲部７４は、例えば微小な円弧形状に成形されている。

図４（ｃ）に示す例では、図４（ｂ）の実施形態と同様に、屈曲状態の電極６６は、屈曲部７４と所定の長さの直線部１００とを有する。図４（ｃ）に示す例では、これらの屈曲部７４と直線部１００とを交互に連結してクランク状態となっている。また、直線部１００は、長い直線部１００Ａと短い直線部１００Ｂとを交互に用いているが、全て同じ長さの直線部を用いても良い。

図４（ｄ）に示す例では、電極６６は、所定の長さの直線部１００を交互に所定の角度で連結してジグザグ状態、或いはつづら折り状態としている。

図４（ｅ）に示す例では、直線部１００Ａ、１００Ｂを、例えば交互に直角に連結してクランク状態にしている。この場合も、直線部１００Ａ、１００Ｂを同じ長さにしても良いし、異なる長さにしても良い。

電極６６の表面には、安全のために、例えば石英等よりなる絶縁板８２が取り付けられている。また、電極６６の基端部側には、図３に示すように、インピーダンス整合を図るための整合回路７８が途中に介設された給電ライン８０を介して高周波電源６８に接続されている。そして、整合回路７８と高周波電源６８との間では、調整信号（図示せず）が送られてインピーダンスを自動調整するようになっている。

また、誘導結合型の電極６６の一端側、例えば電極６６の下端側は、接地された状態となっている。

高周波電源６８の周波数としては、一般的に、１３．５６ＭＨｚが使用されるが、本発明はこの点において限定されず、４ＭＨｚ〜２７．１２ＭＨｚの範囲内の周波数を用いることができる。

上記のような構成とすることにより、誘導結合型の電極６６に供給される高周波電力によって生じる電磁場に起因して、プラズマ形成ボックス６４内にプラズマが形成される。なお、一例として、プラズマ形成ボックス６４の高さは１ｍ程度であり、処理容器１４からの突出長さは５０〜１２０ｍｍ程度であり、幅は２０〜５０ｍｍ程度である。また、この場合、誘導結合型の電極６６の形成領域の幅は、２〜１０ｍｍ程度である。

また、図１乃至図３に示した例では、基板処理装置１２は、活性化手段６０として、１つのプラズマ形成ボックス６４を有する構成であったが、本発明はこの点において限定されず、複数、例えば２つのプラズマ形成ボックスを有する構成であっても良い。複数のプラズマ形成ボックスを有することにより、ラジカルの発生量を増大することができる。

図５（ａ）に、本実施形態に係る基板処理装置の他の例の概略斜視図を示す。図５（ａ）に示すように、処理容器１４の側壁には、上述したプラズマ形成ボックス６４に並行するようにして、第２のプラズマ形成ボックス６４−１が形成されている。

第２のプラズマ形成ボックス６４−１は、上述したプラズマ形成ボックス６４と同様の構成とすることができる。例えば、第２のプラズマ形成ボックス６４−１は、側面壁７２Ａ−１、７２Ｂ−１及び背面壁８２−１を有する断面コの字形状のプラズマ区画壁７２−１により構成することができる。以後、第２のプラズマ形成ボックス６４−１が、断面コの字形状を有する場合について、説明するが、本発明はこの点において限定されない。

また、第２のプラズマ形成ボックス６４−１内にも、第１のガスノズル４４と同様の構造の第１'のガスノズル４４−１が設けられており、ガス噴射孔４４Ａ−１から同様に、処理ガスを流量制御して噴射可能な構造となっている。なお、第１'のガスノズル４４−１は、第１のガスノズル４４から、例えば分岐させて設けても良いし、別個独立して新たに設けても良い。

図５（ａ）に示す例では、第１のプラズマ形成ボックス６４の一方の側面壁７２Ａと、第２のプラズマ形成ボックス６４−１の一方の側面壁７２Ａ−１とが対向するように設けられている。そして、図５（ｂ）の概略縦断面図に示すように、両プラズマ形成ボックス６４、６４−１の間の処理容器１４内に、第２のガスノズル４６が配置されており、この第２のガスノズル４６に対して容器中心軸の反対側に、排気口６２が設けられる。

また、両プラズマ形成ボックス６４、６４−１に対して、各々、誘導結合型の電極６６、６６−１が設けられている。電極６６及び電極６６−１は、両プラズマ形成ボックス６４、６４−１間に亘って直列に接続（連結）されている。即ち、本実施形態は、図２に示す高周波電源６８の回路の給電ライン８０の途中に、上記新たな電極６６−１を設置した構成となっている。

電極６６−１は、プラズマ形成ボックス６４の一方の側面壁７２Ａと対向する側面壁７２Ａ−１に、その長手方向に沿って設けられている。しかしながら、電極６６−１は、他方の側面壁７２Ｂ−１側に設ける構成であっても良い。

２つのプラズマ形成ボックス６４、６４−１を設ける場合、各々のプラズマ形成ボックスで、処理ガスのラジカル（活性種）が発生することになるため、ラジカルの発生量が多くなる。処理容器１４全体としてラジカルの発生量が増大してラジカル密度が高くなるため、反応が促進され、結果としてスループットを向上させることができる。

なお、ここでは、２つのプラズマ形成ボックス６４、６４−１を設けた場合について説明したが、３つ以上のプラズマ形成ボックスを設ける構成であっても良い。

本実施形態の基板処理装置１２は、屈曲状態になされた誘導結合型の電極６６を使用している。そのため、電極６６による電磁場によって発生するプラズマに関しては、イオンシース電位差が小さくなり、プラズマ中のイオンの加速度が小さくなり、プラズマ区画壁７２の内面がイオンのスパッタによりエッチングされることを防止することができる。このため、半導体デバイスの歩留まりの原因となるパーティクルの発生を抑制することができる。

また、誘導結合型の電極６６を用いることで、高周波電力や周波数を上げることなくラジカル密度を向上させることができるので、プラズマ処理を効率的に行うことが可能となる。すなわち、大電力の投入が可能になるので、パーティクルの発生を抑制しつつ電子密度を高くすることができ、この結果、プラズマ処理効率を向上させることができる。

処理容器１４内を高さ方向に延びて形成される第１のガスノズル４４は、図１に示すように、途中で処理容器１４の径方向外側へと屈曲されて、プラズマ区画壁７２内の、処理容器１４の中心から離れる空間に位置される。そして、高周波電源６８がオンされている時に、第１のガスノズル４４のガス噴射孔４４Ａから噴射された処理ガスは、プラズマ形成ボックス６４内で活性化されてラジカル等の活性種となって、処理容器１４の中心に向けて拡散しつつ流れるようになっている。

プラズマ区画壁７２の外側には、これを覆うようにして例えば石英等から形成される、図示しない絶縁保護カバーを取り付けることが好ましい。また、この絶縁保護カバーの内側部分には、図示しない冷媒通路を設け、冷却された窒素ガスを流すことにより、電極６６を冷却可能とすることが好ましい。

処理容器１４の内側であって、プラズマ区画壁７２の開口７０の近傍には、第２のガスノズル４６が設けられており、第２のガスノズル４６に設けたガス噴射孔４６Ａによって処理容器１４の中心方向に向けて、処理ガスが噴射可能な構成となっている。

処理容器１４の開口７０に対する反対側に設けられた排気口６２には、これを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に成形された排気口カバー部材８４が、溶接によって取り付けられている。この排気口カバー部材８４は、処理容器１４の側壁に沿ってこの高さ方向に延びており、処理容器１４の上方のガス出口８６より、図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気系により真空引きされる。そして、この処理容器１４の外周を囲むようにして、この処理容器１４及びこの内部のウエハＷを加熱する筒体状の加熱手段８８が設けられている。

[地絡電極]
本実施形態に係る地絡電極７５について、詳細に説明する。

本実施形態の基板処理装置１２を使用して、高周波でプラズマを生成する際には、プラズマ生成用の電極６６が高電圧となる。そのため、電極６６とウエハＷとの間に電位差が大きい電界が生じ、この電界によってもプラズマが生成することがある。この場合、生成したプラズマによって、処理容器１４内の処理ガスが活性化され、発生したイオンがウエハのエッジ部等をエッチングし、パーティクルが発生する。

そのため、本実施形態においては、プラズマ形成ボックス６４内での密度の高いプラズマを維持すると共に、ウエハ近傍でのプラズマの生成を抑制するために、地絡した地絡電極７５を配置する。地絡電極７５を配置することにより、電極６６とウエハとの間の強い直接的な電界を緩和することができる。

地絡電極７５は、耐熱性及び耐腐食性が高い材料であれば特に制限はなく、一例として、インコネル（登録商標）等のニッケル合金を使用することができる。

地絡電極７５の配置位置としては、プラズマ形成ボックス６４の外部であって、処理容器１４と、処理容器１４の外部に設けられた電極６６との間の空間に設ける。

また、地絡電極７５は、この空間内の、プラズマ形成ボックス６４の外部側壁の少なくとも一部に接触しながら、プラズマ形成ボックスの外側に向けて延在するように設けられる。

さらに、プラズマ形成ボックス６４の高さ方向における、地絡電極７５の長さは、電極６６の形成領域に対応して若しくは電極６６の形成領域よりも長く、設計される。

地絡電極７５の、プラズマ形成ボックス６４の外部側壁からの延在長さは、電極６６及び給電ライン８０の、プラズマ形成ボックス６４の外部側壁からの延在長さに対応して設計されることが好ましい。例えば、プラズマ形成ボックス６４が断面コの字形状を有し、側面壁７２Ａに電極６６が形成される場合、図２に示すように、地絡電極７５のプラズマ形成ボックス６４の外部側壁からの延在長さＬ１は、電極６６及び給電ライン８０の、プラズマ形成ボックス６４の外部側壁からの延在長さＬ２に対して、Ｌ１≧Ｌ２とすることが好ましい。

また、プラズマ形成ボックス６４を複数配置して、各々のプラズマ形成ボックス６４に電極６６を配置する場合、各々の電極６６を接続する給電ライン８０に対応して、この給電ライン８０と処理容器１４との間の空間に、地絡電極７５を配置することが好ましい。即ち、処理容器１４近傍にある、電極６６及び給電ライン８０に対応して、これらと処理容器１４との間の空間に、地絡電極７５を配置する。

なお、基板処理装置１２の動作全体の制御、例えば各種ガスの供給の開始及び停止、高周波電源６８の電力の設定や、このオン・オフ、プロセス温度やプロセス圧力の設定等は、例えばコンピュータ等より構成される制御部９０により実施される。制御部９０は、基板処理装置１２の動作を制御するための、コンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ又はＤＶＤ等の記憶媒体９２を有している。

（基板処理方法）
上述の基板処理装置１２を使用した、基板処理方法の一例について、説明する。なお、本実施形態においては、基板処理装置１２を用いたプラズマＡＬＤ成膜処理により、ウエハＷの表面にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する場合を例にとって説明する。この場合、プラズマにより活性化する第１の処理ガスとしてアンモニアガスを使用し、第２の処理ガスとしてシラン系ガスを使用する。シラン系ガスとアンモニアガスとを交互に供給すると共に、アンモニアガスをプラズマにより活性化させることで、ウエハＷの表面にＳｉＮ膜を形成する。しかしながら、本実施形態の基板処理装置１２を使用した基板処理方法は、この点において限定されない。成膜する膜種は他の膜種であっても良い。また、プラズマＡＬＤ成膜処理を例にとって説明したが、プラズマＣＶＤ処理、プラズマ改質処理、プラズマ酸化拡散処理、プラズマスパッタ処理、プラズマ窒化処理等のプラズマを用いる他の基板処理に対しても、適用することができる。

先ず、例えば、５０〜１５０枚のウエハＷが載置された状態のウエハボート２２を、予め所定の温度に設定された処理容器１４内に、その下方より上昇させてロードする。そして、蓋部２８でマニホールド１８の下端開口部を閉じることにより、処理容器１４内を密閉する。

次に、処理容器１４内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段８８への供給電力を増大させることにより、ウエハ温度を上昇させてプロセス温度を維持する。そして、シラン系ガスとアンモニアガスとを、各々、第２のガス供給手段４０及び第１のガス供給手段３８から、交互に間欠的に供給する。この際、アンモニアガスを供給する際に、全供給時間の少なくとも一部の供給時間において、高周波電源６８をオンにして、活性化手段６０のプラズマ形成ボックス６４内にプラズマを立てるようにする。これにより、回転しているウエハボート２２に支持されているウエハＷの表面に、ＳｉＮ膜が形成される。

より具体的には、アンモニアガスは、第１のガスノズル４４のガス噴射孔４４Ａから水平方向へと噴射され、シラン系ガスは第２のガスノズル４６のガス噴射孔４６Ａから水平方向へと噴射され、これらのガスがウエハＷの表面上で反応してＳｉＮ膜が形成される。この場合、各々のガスは、連続的に供給されるのではなく、互いにタイミングを同じにして、或いはタイミングをずらして供給する。そして、タイミングをずらしたガス同士は、間に間欠期間（パージ期間）を挟んで交互に間欠的に繰り返し供給され、ＳｉＮ膜の薄膜を一層ずつ繰り返し積層する。そして、アンモニアガスを流す時には、高周波電源６８がオンされてプラズマが立てられて、供給されるアンモニアガスを活性化して活性種等が作られ、反応（分解）が促進される。この時の高周波電源６８の出力は、例えば５０Ｗ〜３ｋＷの範囲内とすることができる。

（第１の実施形態）
本実施形態に係る基板処理装置によって、ウエハ近傍の電界強度を小さくできることを確認した実施形態について、説明する。

図６に、本実施形態に係る基板処理装置の効果の一例を説明するための概略図を示す。図６（ａ）は、図１乃至図３で示した本実施形態に係る基板処理装置において、高周波電源６８に所定の出力を印加した場合の、基板処理装置内の電界強度のシミュレーション結果である。図６（ｂ）は、比較の実施形態としての、地絡電極７５を有さない場合の基板処理装置内の電界強度のシミュレーション結果である。また、図６（ｃ）は、図６（ａ）における、電界ベクトルの向きのシミュレーション結果を示したものであり、図６（ｄ）は、図６（ｂ）における、電界ベクトルの向きを示したものである。なお、図６（ｃ）、図６（ｄ）及び後述する図７においては、参照符号を付していないが、位置関係の参考の為に、図６（ａ）及び図６（ｂ）と同様の位置に、ｘ軸及びｙ軸を付している。

図６（ａ）と図６（ｂ）との比較から明らかであるように、比較の実施形態では、ウエハの周縁部に比較的強い電界が発生している一方で、本実施形態の基板処理装置では、ウエハの周縁部の電界強度が低い。このことから、本実施形態に係る基板処理装置では、地絡電極７５を配置することにより、ウエハ近傍、特にウエハ周縁部の電界強度を小さくすることができることがわかった。

また、一般的に、電極６６に由来する電界強度は、電極６６からの距離に依存する。ここで、図６（ｃ）と図６（ｄ）との比較から、本実施形態の基板処理装置１２においては、地絡電極７５を配置することによって、電界ベクトルの向きが、地絡電極７５を中心とする渦状となっている。これにより、電極６６とウエハとの間の実質的な距離が長くなり、ウエハ周縁部の電界強度が小さくなったと考えられる。

また、図７に、本実施形態に係る基板処理装置の効果の他の例を説明するための概略図を示す。図７（ａ）は、図６（ｃ）で示した例における、高周波電源６８の出力を＋２ｋＷ供給した場合の、基板処理装置内の電界ベクトルの向きのシミュレーション結果であり、図７（ｂ）は、高周波電源６８の出力を−２ｋＷ供給した場合の、基板処理装置内の電界ベクトルの向きのシミュレーション結果である。また、図７（ｃ）は、図６（ｄ）で示した例における、高周波電源６８の出力を＋２ｋＷ供給した場合の、基板処理装置内の電界ベクトルの向きのシミュレーション結果であり、図７（ｂ）は、高周波電源６８の出力を−２ｋＷ供給した場合の、基板処理装置内の電界ベクトルの向きのシミュレーション結果である。

図７（ａ）、図７（ｂ）及び図６（ｃ）の比較から、本実施形態の基板処理装置においては、ウエハ近傍、特にウエハの周縁部における、電界ベクトルの向きは、電極電位に依存せず、ほぼ一定であることがわかる。一方、図７（ｃ）、図７（ｄ）及び図６（ｄ）の比較から、比較の実施形態の基板処理装置においては、ウエハ近傍、特にウエハの周縁部における、電界ベクトルの向きは、電極電位によって大きく変わることがわかる。このことから、本実施形態の基板処理装置では、プラズマ処理の処理条件等によって、電極６６の出力が変更された場合であっても、ウエハ近傍の電界強度及び電界ベクトルの向きを制御できることがわかった。

（第２の実施形態）
本実施形態の基板処理装置を用いたプラズマ処理によって、パーティクルの発生が抑制できることを確認した実施形態について、説明する。

図１乃至図３で示した本実施形態に係る基板処理装置に、１５０枚のウエハを多段に載置したウエハボートを搬入した。この際、搬入される上下方向において、ウエハボートのウエハ載置領域の略６等分した各々のスロットには、ダミーウエハを挿入した。なお、後述する図８及び図９においては、これらのダミーウエハを高さ方向上方から順番に、スロットａ〜スロットｆと記す。

そして、所定の条件でプラズマを利用した成膜処理を繰り返し、各々の成膜処理後における、ダミーウエハの累積膜厚と、ダミーウエハ上のパーティクル数と、について、調べた。

なお、比較の実施形態として、地絡電極７５を有さない以外は同様の基板処理装置について、同様の評価を行った。

図８及び図９に、本実施形態に係る基板処理装置の効果の他の例を説明するための概略図を示す。図８及び図９の横軸は、各々のプラズマ処理後における、ダミーウエハのスロット位置を示し、縦軸は、ダミーウエハの累積膜厚及び処理毎のダミーウエハ上のパーティクルの増加量を示す。なお、図８が本実施形態の基板処理装置についてのデータであり、図９が比較の実施形態の基板処理装置についてのデータである。また、折れ線グラフが累積膜厚のデータであり、棒グラフがパーティクルの増加量のデータである。

一般的には、ダミーウエハの使用限界は、累積膜厚が０．５μｍ以下である。図８に示すように、本実施形態の基板処理装置を使用した場合、処理１１で累積膜厚が０．５μｍを超えた場合であっても、パーティクル数に増加の傾向はない。

一方、図９に示すように、比較の実施形態の基板処理装置を使用した場合、ダミーウエハの累積膜厚が増加する程、パーティクル数が増加する傾向にある。また、本実施形態の基板処理装置を使用した場合と比較して、全体的にパーティクル数が多い。

以上の結果から、本実施形態の基板処理装置を使用することにより、パーティクルの発生が抑制できることがわかった。

なお、上記本実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１２ プラズマ処理装置
１４ 処理容器
２２ ウエハボート（保持手段）
３８ 第１のガス供給手段
４０ 第２のガス供給手段
４２ 第３のガス供給手段
６０ 活性化手段
６４ プラズマ形成ボックス
６６ 誘導結合型の電極
６８ 高周波電源
７２ プラズマ区画壁
７３ 背面壁
７４ 屈曲部
７５ 地絡電極
７８ 整合回路
８８ 加熱手段
９０ 装置制御部
９２ 記憶媒体
１００ 直線部
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (7)

1. 真空引き可能になされた処理容器と、
   複数の基板を保持して前記処理容器内へ挿脱される保持手段と、
   前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
   前記処理容器の外側へ突出された状態で前記処理容器の高さ方向に沿って設けられたプラズマ区画壁により区画形成されたプラズマ形成ボックスと、
   前記プラズマ形成ボックスの外部側壁に、高さ方向に沿って設けられた誘導結合型の電極と、
   前記誘導結合型の電極に給電ラインを介して接続された高周波電源と、
   前記プラズマ形成ボックスの外部であって、前記処理容器と前記誘導結合型の電極との間に設けられ、前記プラズマ形成ボックスの外部側壁の近傍に或いは該外部側壁に少なくとも一部が接触して配置されると共に、前記プラズマ形成ボックスの外側に向けて延在する地絡電極と、
   を有し、
   前記地絡電極における、前記プラズマ形成ボックスの高さ方向の長さは、前記誘導結合型の電極における、前記プラズマ形成ボックスの高さ方向の長さと同じ長さ或いはより長い長さである、基板処理装置。
2. 前記地絡電極における、前記プラズマ形成ボックスの外部側壁からの延在長さは、前記誘導結合型の電極及び前記給電ラインにおける、前記プラズマ形成ボックスの外部側壁からの延在長さと同じ長さ或いはより長い長さである、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記地絡電極は、ニッケル合金を含む材料で形成される、
   請求項１又は２に記載の基板処理装置。
4. 前記プラズマ形成ボックスは、対向する一対の側面壁と該一対の側面壁の一端側を連結する背面壁とにより構成された断面コ字状、一側で互いに連結された一対の側面壁により構成された断面Ｖ字状又は断面曲線状に形成される、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記プラズマ形成ボックスは、複数設けられ、
   前記誘導結合型の電極は、複数の前記プラズマ形成ボックスの各々に設けられ、
   複数の前記誘導結合型の電極は、給電ラインを介して接続されており、
   前記地絡電極は、前記プラズマ形成ボックスの外部であって、前記処理容器と前記誘導結合型の電極との間に設けられ、前記プラズマ形成ボックスの外部側壁の少なくとも一部に接触すると共に、前記プラズマ形成ボックスの外側に向けて延在し、かつ、複数の前記誘導結合型の電極が接続される前記給電ラインと前記処理容器との間に設けられる、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記ガス供給手段は、ガスノズルを有し、
   前記プラズマ形成ボックス内には前記ガスノズルが設けられている、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
7. 前記処理容器の外周には、前記基板を加熱するための加熱手段が設けられている、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理装置。