WO2021044504A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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剛 竹田
原　大介
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株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
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Definitions

  • the present disclosure relates to a substrate processing apparatus, a plasma generator, a manufacturing method and a program of a semiconductor apparatus.
  • the raw material gas, reaction gas, etc. are activated by plasma and supplied to the substrate housed in the processing chamber of the substrate processing device, and the insulating film, semiconductor film, and conductor are supplied on the substrate.
  • Substrate processing such as forming various films such as a film or removing various films may be performed.
  • An object of the present disclosure is to provide a technique capable of reducing variations in substrate processing performance for a plurality of substrates.
  • a reaction tube having a processing chamber for processing a substrate and a buffer chamber for forming plasma, and a heating device for heating the reaction tube are provided, and at least two different lengths of high-frequency power are applied to the buffer chamber.
  • a technique is provided that includes a book application electrode, a reference electrode to which a reference potential is applied, and an electrode protection tube that protects the application electrode and the reference electrode.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the vertical processing furnace of the substrate processing apparatus preferably used in embodiment of this disclosure, and is the figure which shows the processing furnace part in the vertical cross section. It is sectional drawing of AA in the substrate processing apparatus shown in FIG. It is a cross-sectional enlarged view for demonstrating the buffer structure of the substrate processing apparatus preferably used in embodiment of this disclosure. It is a schematic diagram for demonstrating the buffer structure of the substrate processing apparatus preferably used in embodiment of this disclosure. (A) is a schematic diagram for explaining a buffer structure of a substrate processing apparatus preferably used in another embodiment of the present disclosure, and (b) is preferably in another embodiment of the present disclosure. It is a vertical cross section of the schematic diagram for demonstrating the buffer structure of the substrate processing apparatus used.
  • the processing furnace 202 has a heater 207 as a heating device (heating mechanism).
  • the heater 207 has a cylindrical shape and is vertically installed by being supported by a heater base (not shown) as a holding plate.
  • the heater 207 also functions as an activation mechanism (excitation portion) for activating (exciting) the gas with heat as described later.
  • a reaction tube 203 is arranged concentrically with the heater 207.
  • the reaction tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ) or silicon carbide (SiC), and is formed in a cylindrical shape with the upper end closed and the lower end open.
  • a manifold 209 is arranged concentrically with the reaction tube 203.
  • the manifold 209 is made of a metal such as stainless steel (SUS), and is formed in a cylindrical shape with open upper and lower ends. The upper end of the manifold 209 is engaged with the lower end of the reaction tube 203 and is configured to support the reaction tube 203.
  • An O-ring 220a as a sealing member is provided between the manifold 209 and the reaction tube 203.
  • the processing vessel (reaction vessel) is mainly composed of the reaction tube 203 and the manifold 209.
  • a processing chamber 201 is formed in the hollow portion of the processing container.
  • the processing chamber 201 is configured to accommodate a plurality of wafers 200 as substrates.
  • the processing container is not limited to the above configuration, and only the reaction tube 203 may be referred to as a processing container.
  • Nozzles 249a and 249b are provided in the processing chamber 201 so as to penetrate the side wall of the manifold 209. Gas supply pipes 232a and 232b are connected to the nozzles 249a and 249b, respectively.
  • the processing container is provided with two nozzles 249a and 249b and two gas supply pipes 232a and 232b, and it is possible to supply a plurality of types of gas into the processing chamber 201. ing.
  • the nozzles 249a and 249b may be provided so as to penetrate the side wall of the reaction tube 203.
  • the gas supply pipes 232a and 232b are provided with mass flow controllers (MFCs) 241a and 241b which are flow rate controllers (flow control units) and valves 243a and 243b which are on-off valves, respectively, in order from the upstream direction.
  • MFCs mass flow controllers
  • Gas supply pipes 232c and 232d for supplying the inert gas are connected to the downstream side of the valves 243a and 243b of the gas supply pipes 232a and 232b, respectively.
  • the gas supply pipes 232c and 232d are provided with MFC 241c and 241d and valves 243c and 243d, respectively, in this order from the upstream direction.
  • the nozzle 249a rises in the space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200 along the lower part of the inner wall of the reaction tube 203 and upward in the loading direction of the wafer 200. It is provided in. That is, the nozzle 249a is provided along the wafer arrangement area in the area horizontally surrounding the wafer arrangement area on the side of the wafer arrangement area (placement area) on which the wafer 200 is arranged (placed). .. That is, the nozzle 249a is provided on the side of the end portion (peripheral portion) of each wafer 200 carried into the processing chamber 201 in a direction perpendicular to the surface (flat surface) of the wafer 200.
  • a gas supply hole 250a for supplying gas is provided on the side surface of the nozzle 249a.
  • the gas supply hole 250a is opened so as to face the center of the reaction tube 203, and gas can be supplied toward the wafer 200.
  • a plurality of gas supply holes 250a are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, each having the same opening area, and further provided with the same opening pitch.
  • a nozzle 249b is connected to the tip of the gas supply pipe 232b.
  • the nozzle 249b is provided in the buffer chamber 237, which is a gas dispersion space.
  • the buffer chamber 237 is located in an annular space in a plan view between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafer 200, and in a portion extending above the lower part of the inner wall of the reaction tube 203. It is provided along the loading direction of. That is, the buffer chamber 237 is formed by a buffer structure (partition wall) 300 along the wafer arrangement region in a region that horizontally surrounds the wafer arrangement region on the side of the wafer arrangement region.
  • the buffer structure 300 is made of an insulator which is a heat-resistant material such as quartz or SiC, and gas supply ports 302, 304, 306 for supplying gas are formed on the arcuate wall surface of the buffer structure 300.
  • the gas supply ports 302, 304, 306 have a plasma generation region 224a between the rod-shaped electrodes 269 and 270, a plasma generation region 224b between the rod-shaped electrodes 270 and 271, and a rod-shaped electrode 271 which will be described later.
  • the nozzles 249b and the nozzles they are opened at the positions of the facing wall surfaces so as to face the center of the reaction tube 203, so that gas can be supplied toward the wafer 200.
  • a plurality of gas supply ports 302, 304, 306 are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, each having the same opening area, and further provided with the same opening pitch.
  • the nozzle 249b is provided so as to rise upward from the lower part of the inner wall of the reaction tube 203 toward the upper part in the loading direction of the wafer 200. That is, the nozzle 249b is provided inside the buffer structure 300 in a region horizontally surrounding the wafer array region on the side of the wafer array region in which the wafer 200 is arranged, along the wafer array region. .. That is, the nozzle 249b is provided on the side of the end portion of the wafer 200 carried into the processing chamber 201 in a direction perpendicular to the surface of the wafer 200.
  • a gas supply hole 250b for supplying gas is provided on the side surface of the nozzle 249b.
  • the gas supply hole 250b is opened so as to face the wall surface formed in the radial direction with respect to the wall surface formed in the arc shape of the buffer structure 300, and gas can be supplied toward the wall surface. There is. As a result, the reaction gas is dispersed in the buffer chamber 237 and is not directly sprayed on the rod-shaped electrodes 269 to 271, and the generation of particles is suppressed. Similar to the gas supply holes 250a, a plurality of gas supply holes 250b are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203.
  • the gas is conveyed via the nozzles 249a and 249b arranged in the cylindrical space and the buffer chamber 237. Then, gas is ejected into the reaction tube 203 for the first time in the vicinity of the wafer 200 from the gas supply holes 250a, 250b and the gas supply ports 302, 304, 306 opened in the nozzles 249a and 249b and the buffer chamber 237, respectively.
  • the main flow of gas in the reaction tube 203 is in the direction parallel to the surface of the wafer 200, that is, in the horizontal direction.
  • gas can be uniformly supplied to each wafer 200, and the uniformity of the film thickness of the film formed on each wafer 200 can be improved.
  • the direction of the residual gas flow is appropriately specified by the position of the exhaust port, and is not limited to the vertical direction.
  • a silane raw material gas containing silicon (Si) as a predetermined element is supplied into the processing chamber 201 via the MFC 241a, the valve 243a, and the nozzle 249a.
  • the silane raw material gas is a gaseous silane raw material, for example, a gas obtained by vaporizing a silane raw material that is in a liquid state under normal temperature and pressure, a silane raw material that is in a gaseous state under normal temperature and pressure, and the like.
  • raw material when used in the present specification, it means “liquid raw material in a liquid state”, “raw material gas in a gaseous state”, or both of them. There is.
  • the silane raw material gas for example, a raw material gas containing Si and an amino group (amine group), that is, an aminosilane raw material gas can be used.
  • the aminosilane raw material is a silane raw material having an amino group, and is also a silane raw material having an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group or a butyl group, and contains at least Si, nitrogen (N) and carbon (C). It is a raw material contained. That is, the aminosilane raw material referred to here can be said to be an organic raw material or an organic aminosilane raw material.
  • BTBAS Vista Charlie Butylaminosilane
  • SiH 2 [NH (C 4 H 9 )] 2 abbreviation: BTBAS
  • BTBAS is a raw material gas containing one Si in one molecule, having a Si—N bond and an NC bond, and not having a Si—C bond.
  • BTBAS gas acts as a Si source.
  • the liquid raw material When using a liquid raw material that is in a liquid state under normal temperature and pressure like BTBAS, the liquid raw material is vaporized by a vaporization system such as a vaporizer or a bubbler and supplied as a silane raw material gas (BTBAS gas, etc.). Become.
  • an oxygen (O) -containing gas is supplied into the processing chamber 201 via the MFC 241b, the valve 243b, and the nozzle 249b as a reactant (reactant) having a chemical structure different from that of the raw material.
  • the O-containing gas acts as an oxidizing agent (oxidizing gas), that is, as an O source.
  • oxidizing gas for example, oxygen (O 2 ) gas, water vapor (H 2 O gas), or the like can be used.
  • O 2 gas is used as the oxidant, for example, this gas is plasma-excited using a plasma source described later and supplied as an excitation gas (O 2 * gas).
  • nitrogen (N 2 ) gas is supplied as an inert gas into the processing chamber 201 via the MFC 241c and 241d, the valves 243c and 243d, and the nozzles 249a and 249b, respectively.
  • the gas supply pipe 232a, the MFC 241a, and the valve 243a form a raw material supply system as the first gas supply system.
  • the gas supply pipe 232b, the MFC 241b, and the valve 243b form a reactant supply system (reactant supply system) as the second gas supply system.
  • the gas supply pipes 232c, 232d, MFC241c, 241d, and valves 243c, 243d constitute an inert gas supply system.
  • the raw material supply system, the reactant supply system and the inert gas supply system are also simply referred to as a gas supply system (gas supply unit).
  • the boat 217 as a substrate support (board support portion) arranges a plurality of wafers, for example, 25 to 200 wafers 200 in a horizontal posture and vertically aligned with each other. It is configured to support in multiple stages, that is, to arrange them at intervals.
  • the boat 217 is made of a heat-resistant material such as quartz or SiC.
  • a heat insulating plate 218 made of a heat-resistant material such as quartz or SiC is supported in multiple stages. With this configuration, the heat from the heater 207 is less likely to be transferred to the seal cap 219 side.
  • this embodiment is not limited to such an embodiment.
  • a heat insulating cylinder configured as a tubular member made of a heat-resistant material such as quartz or SiC may be provided.
  • the plasma is generated inside the buffer chamber 237, which is a vacuum partition made of quartz or the like when the reaction gas is supplied, using capacitively coupled plasma (abbreviation: CCP).
  • CCP capacitively coupled plasma
  • three rod-shaped electrodes 269, 270, and 271 composed of a conductor and having an elongated structure are provided in the buffer chamber 237, as shown in the reaction tube 203. It is arranged along the loading direction of the wafer 200 from the lower part to the upper part of the wafer 200. Each of the rod-shaped electrodes 269, 270, and 271 is provided in parallel with the nozzle 249b. Each of the rod-shaped electrodes 269, 270, and 271 is protected by being covered with an electrode protection tube 275 from the upper part to the lower part.
  • the electrode protection tube 275 is composed of a quartz tube that protects both the rod-shaped electrodes 269 and 271 and has a U-shape at the upper part in the buffer chamber 237, and a quartz tube that protects the rod-shaped electrode 270.
  • the above-mentioned two quartz tubes are connected and integrated in the buffer chamber 237 at the upper part thereof, but they may be individually separated so that the rod-shaped electrodes 269 and 270 do not come into contact with each other.
  • the connecting portion may have a constricted shape so as to serve as a stopper for the rod-shaped electrode 270.
  • the rod-shaped electrode 269 is inserted from the lower part of the electrode protection tube 275, folded back at the above-mentioned U-shaped bent portion, and is arranged so that the tip end portion thereof is located above the electrode protection tube 275. That is, the rod-shaped electrode 269 is formed in a U shape in the direction opposite to the insertion direction. Further, the rod-shaped electrode 270 is arranged so that its tip is located above the electrode protection tube 275, and the rod-shaped electrode 271 is arranged so that its tip is located below the electrode protection tube 275.
  • the rod-shaped electrode 269 and the rod-shaped electrode 271 have different lengths, and more specifically, the lengths differ with respect to the loading direction of the wafer 200.
  • the rod-shaped electrode 269 is longer than the rod-shaped electrode 271. Further, the tip of the rod-shaped electrode 269 and the tip of the rod-shaped electrode 271 are arranged at intervals.
  • the tip of the rod-shaped electrode 269 is located on the upper side of the electrode protection tube 275, but the length can be adjusted by moving the tip upward to shorten it or moving it downward to lengthen it. is there.
  • the tip of the rod-shaped electrode 271 is located on the lower side of the electrode protection tube 275, but the length can be adjusted by moving the tip upward to lengthen it or moving it downward to shorten it. is there. That is, the lengths of the rod-shaped electrode 269 and the rod-shaped electrode 271 can be adjusted within a range in which the rod-shaped electrode 269 and the rod-shaped electrode 271 do not come into contact with each other.
  • three rod-shaped electrodes 269, 270, 271 made of a conductor and having an elongated structure are provided in a reaction tube 203. It is arranged along the loading direction of the wafer 200 from the lower part to the upper part of the wafer 200.
  • Each of the rod-shaped electrodes 269, 270, and 271 is provided in parallel with the nozzle 249b.
  • Each of the rod-shaped electrodes 269, 270, and 271 is protected by being covered with an electrode protection tube 275 from the upper part to the lower part.
  • the electrode protection tube 275 is composed of a quartz tube that protects the rod-shaped electrode 269 and has a U-shape extending inside and outside the upper part of the buffer chamber 237, and a quartz tube that protects the rod-shaped electrodes 270 and 271, respectively.
  • the plurality of quartz tubes described above are connected and integrated in the buffer chamber 237 at the upper part thereof, but they may be individually separated.
  • the rod-shaped electrode 269 is inserted from the lower part of the electrode protection tube 275 on the outside of the reaction tube 203, folded back at the above-mentioned U-shaped bend, and arranged so that the tip portion thereof is located above the electrode protection tube 275. ing.
  • the rod-shaped electrode 269 is formed in a U shape in the direction opposite to the insertion direction. Further, the rod-shaped electrode 270 is arranged so that its tip is located above the electrode protection tube 275, and the rod-shaped electrode 271 is arranged so that its tip is located below the electrode protection tube 275.
  • the rod-shaped electrode 269 and the rod-shaped electrode 271 have different lengths, and more specifically, the lengths differ with respect to the loading direction of the wafer 200. For example, the rod-shaped electrode 269 is longer than the rod-shaped electrode 271.
  • the tip of the rod-shaped electrode 269 is located on the upper side of the electrode protection tube 275, but the length can be adjusted by moving the tip upward to shorten it or moving it downward to lengthen it. It is possible.
  • the tip of the rod-shaped electrode 271 is located on the lower side of the electrode protection tube 275, but the length can be adjusted by moving the tip upward to lengthen it or moving it downward to shorten it. is there.
  • only one rod-shaped electrode 269 is inserted, but another electrode shorter than the lower part of the electrode protection tube 275 is inserted so that the tip portion thereof is located at the lower part of the electrode protection tube 275. They may be arranged together.
  • the rod-shaped electrodes 269 and 271 as application electrodes arranged at both ends of the rod-shaped electrodes 269, 270 and 271 are connected to the high frequency power supply 273 via the matching unit 272. Then, a high frequency power is applied, and the rod-shaped electrode 270 as a reference electrode is connected to the ground which is the reference potential, and is grounded to give the reference potential. That is, the rod-shaped electrodes connected to the high-frequency power supply 273 and the rod-shaped electrodes to be grounded are alternately arranged, and the rod-shaped electrodes 270 arranged between the rod-shaped electrodes 269 and 271 connected to the high-frequency power supply 273 are grounded.
  • the rod-shaped electrode it is commonly used for the rod-shaped electrodes 269 and 271.
  • the grounded rod-shaped electrode 270 is arranged so as to be sandwiched between the rod-shaped electrodes 269 and 271 connected to the adjacent high-frequency power supply 273, and the rod-shaped electrode 269 and the rod-shaped electrode 270, as well as the rod-shaped electrode 271 and the rod-shaped electrode 270.
  • the grounded rod-shaped electrode 270 is commonly used for the rod-shaped electrodes 269 and 271 connected to the two high-frequency power supplies 273 adjacent to the rod-shaped electrode 270.
  • the number of reference electrodes can be reduced.
  • the rod-shaped electrodes 269, 270, 271 and the electrode protection tube 275 constitute a plasma generation unit (plasma generation device) as a plasma source.
  • the matching device 272 and the high frequency power supply 273 may be included in the plasma source.
  • the plasma source functions as a plasma excitation unit (activation mechanism) that excites (activates) the gas into a plasma state.
  • the electrode protection tube 275 has a structure in which each of the rod-shaped electrodes 269, 270, and 271 can be inserted into the buffer chamber 237 in a state of being isolated from the atmosphere inside the buffer chamber 237.
  • the rod-shaped electrodes 269,270,271 which are respectively inserted into the electrode protection tube 275, due to the heat from the heater 207 It will be oxidized.
  • the inside of the electrode protection tube 275 is purged with an inert gas such as N 2 gas using an inert gas purge mechanism
  • an inert gas such as N 2 gas
  • the O 2 concentration inside the electrode protection tube 275 can be reduced, and oxidation of the rod-shaped electrodes 269, 270, and 271 can be prevented.
  • the reaction pipe 203 is provided with an exhaust pipe 231 that exhausts the atmosphere in the processing chamber 201.
  • the exhaust pipe 231 is provided with a pressure sensor 245 as a pressure detector (pressure detection unit) for detecting the pressure in the processing chamber 201 and an APC (Auto Pressure Controller) valve 244 as an exhaust valve (pressure adjusting unit).
  • a vacuum pump 246 as a vacuum exhaust device is connected.
  • the APC valve 244 can perform vacuum exhaust and vacuum exhaust stop in the processing chamber 201 by opening and closing the valve with the vacuum pump 246 operating, and further, with the vacuum pump 246 operating, the APC valve 244 can perform vacuum exhaust and vacuum exhaust stop.
  • the valve is configured so that the pressure in the processing chamber 201 can be adjusted by adjusting the valve opening degree based on the pressure information detected by the pressure sensor 245.
  • the exhaust system is mainly composed of an exhaust pipe 231, an APC valve 244, and a pressure sensor 245.
  • the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
  • the exhaust pipe 231 is not limited to the case where it is provided in the reaction pipe 203, and may be provided in the manifold 209 in the same manner as the nozzles 249a and 249b.
  • a seal cap 219 is provided as a furnace palate body capable of airtightly closing the lower end opening of the manifold 209.
  • the seal cap 219 is configured to come into contact with the lower end of the manifold 209 from below in the vertical direction.
  • the seal cap 219 is made of a metal such as SUS and is formed in a disk shape.
  • An O-ring 220b as a sealing member that comes into contact with the lower end of the manifold 209 is provided on the upper surface of the seal cap 219.
  • a rotation mechanism 267 for rotating the boat 217 is installed on the opposite side of the seal cap 219 from the processing chamber 201.
  • the rotation shaft 255 of the rotation mechanism 267 penetrates the seal cap 219 and is connected to the boat 217.
  • the rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
  • the seal cap 219 is configured to be vertically lifted and lowered by a boat elevator 115 as a lifting mechanism vertically installed outside the reaction tube 203.
  • the boat elevator 115 is configured so that the boat 217 can be carried in and out of the processing chamber 201 by raising and lowering the seal cap 219.
  • the boat elevator 115 is configured as a transport device (convey mechanism) for transporting the boat 217, that is, the wafer 200, inside and outside the processing chamber 201.
  • a shutter 219s is provided as a furnace palate body that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209 while the seal cap 219 is lowered by the boat elevator 115.
  • the shutter 219s is made of a metal such as SUS and is formed in a disk shape.
  • An O-ring 220c as a sealing member that comes into contact with the lower end of the manifold 209 is provided on the upper surface of the shutter 219s.
  • the opening / closing operation of the shutter 219s (elevating / lowering operation, rotating operation, etc.) is controlled by the shutter opening / closing mechanism 115s.
  • a temperature sensor 263 as a temperature detector is installed inside the reaction tube 203.
  • the temperature sensor 263 is provided along the inner wall of the reaction tube 203, similarly to the nozzles 249a and 249b.
  • the controller 121 which is a control unit (control device), is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit) 121a, a RAM (Random Access Memory) 121b, a storage device 121c, and an I / O port 121d.
  • the RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured so that data can be exchanged with the CPU 121a via the internal bus 121e.
  • An input / output device 122 configured as, for example, a touch panel is connected to the controller 121.
  • the storage device 121c is composed of, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like.
  • a control program for controlling the operation of the substrate processing device, a process recipe in which the procedure and conditions of the film forming process described later are described, and the like are readablely stored.
  • the process recipes are combined so that the controller 121 can execute each procedure in various processes (deposition process) described later and obtain a predetermined result, and functions as a program.
  • process recipes, control programs, etc. are collectively referred to simply as programs.
  • a process recipe is also simply referred to as a recipe.
  • the RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, and the like read by the CPU 121a are temporarily held.
  • the I / O port 121d includes the above-mentioned MFCs 241a to 241d, valves 243a to 243d, pressure sensor 245, APC valve 244, vacuum pump 246, heater 207, temperature sensor 263, rotation mechanism 267, boat elevator 115, shutter opening / closing mechanism 115s, and the like. It is connected to a high frequency power supply 273 or the like.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c and read a recipe from the storage device 121c in response to an input of an operation command from the input / output device 122 or the like.
  • the CPU 121a is based on the control of the rotation mechanism 267, the flow adjustment operation of various gases by the MFCs 241a to 241d, the opening / closing operation of the valves 243a to 243d, the opening / closing operation of the APC valve 244, and the pressure sensor 245 so as to follow the contents of the read recipe.
  • the controller 121 installs the above-mentioned program stored in an external storage device (for example, a magnetic disk such as a hard disk, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as MO, or a semiconductor memory such as a USB memory) 123 in a computer.
  • an external storage device for example, a magnetic disk such as a hard disk, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as MO, or a semiconductor memory such as a USB memory
  • the storage device 121c and the external storage device 123 are configured as a computer-readable recording medium. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium.
  • the term recording medium may include only the storage device 121c alone, it may include only the external storage device 123 alone, or it may include both of them.
  • the program may be provided to the computer by using a communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.
  • wafer When the word “wafer” is used in the present specification, it may mean “wafer itself” or “a laminate of a wafer and a predetermined layer, film, etc. formed on the surface thereof". is there.
  • wafer surface When the term “wafer surface” is used in the present specification, it may mean “the surface of the wafer itself” or “the surface of a predetermined layer or the like formed on the wafer”.
  • the description of "forming a predetermined layer on a wafer” means “forming a predetermined layer directly on the surface of the wafer itself” or “formed on a wafer”. It may mean “to form a predetermined layer on the existing layer or the like”.
  • Step S1 When a plurality of wafers 200 are loaded into the boat 217 (wafer charge), the shutter opening / closing mechanism 115s moves the shutter 219s to open the lower end opening of the manifold 209 (shutter open). After that, as shown in FIG. 1, the boat 217 supporting the plurality of wafers 200 is lifted by the boat elevator 115 and carried into the processing chamber 201 (boat load). In this state, the seal cap 219 is in a state of sealing the lower end of the manifold 209 via the O-ring 220b.
  • Vacuum exhaust (vacuum exhaust) is performed by the vacuum pump 246 so that the inside of the processing chamber 201, that is, the space where the wafer 200 exists, has a desired pressure (vacuum degree).
  • the pressure in the processing chamber 201 is measured by the pressure sensor 245, and the APC valve 244 is feedback-controlled based on the measured pressure information.
  • the vacuum pump 246 is always kept in operation until at least the film forming step described later is completed.
  • the wafer 200 in the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so as to have a desired temperature.
  • the state of energization of the heater 207 is feedback-controlled based on the temperature information detected by the temperature sensor 263 so that the inside of the processing chamber 201 has a desired temperature distribution.
  • the heating in the processing chamber 201 by the heater 207 is continuously performed at least until the film forming step described later is completed.
  • the heater 207 does not have to heat the inside of the processing chamber 201.
  • the heater 207 becomes unnecessary, and the heater 207 does not have to be installed in the substrate processing apparatus. In this case, the configuration of the substrate processing apparatus can be simplified.
  • the rotation mechanism 267 starts the rotation of the boat 217 and the wafer 200.
  • the rotation of the boat 217 and the wafer 200 by the rotation mechanism 267 is continuously performed at least until the film forming step described later is completed.
  • step S3 BTBAS gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201.
  • the valve 243a is opened to allow BTBAS gas to flow into the gas supply pipe 232a.
  • the flow rate of the BTBAS gas is adjusted by the MFC 241a, is supplied into the processing chamber 201 from the gas supply hole 250a via the nozzle 249a, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • BTBAS gas is supplied to the wafer 200.
  • the valve 243 c flow the N 2 gas to the gas supply pipe 232c.
  • the flow rate of the N 2 gas is adjusted by the MFC 241c, is supplied into the processing chamber 201 together with the BTBAS gas, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the supply flow rate of the BTBAS gas controlled by the MFC 241a is, for example, a flow rate within the range of 1 sccm or more and 2000 sccm or less, preferably 10 sccm or more and 1000 sccm or less.
  • the supply flow rate of the N 2 gas controlled by the MFC 241c and 241d shall be, for example, a flow rate within the range of 100 sccm or more and 10000 sccm or less, respectively.
  • the pressure in the processing chamber 201 is, for example, 1 or more and 2666 Pa or less, preferably 67 Pa or more and 1333 Pa or less.
  • the time for supplying the BTBAS gas to the wafer 200 is, for example, a time within the range of 1 second or more and 100 seconds or less, preferably 1 second or more and 50 seconds or less.
  • the temperature of the heater 207 is such that the temperature of the wafer 200 is, for example, 0 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, preferably room temperature (25 ° C.) or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 40 ° C. or higher and 90 ° C. or lower.
  • BTBAS gas is a gas that is easily adsorbed on the wafer 200 or the like and has high reactivity. Therefore, the BTBAS gas can be chemically adsorbed on the wafer 200 even at a low temperature of, for example, about room temperature, and a practical film formation rate can be obtained.
  • the amount of heat applied to the wafer 200 can be reduced, and the heat history received by the wafer 200 can be reduced. Can be well controlled. Further, if the temperature is 0 ° C. or higher, BTBAS can be sufficiently adsorbed on the wafer 200, and a sufficient film forming rate can be obtained. Therefore, the temperature of the wafer 200 is preferably 0 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, preferably room temperature or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 40 ° C. or higher and 90 ° C. or lower.
  • the Si-containing layer may be a Si layer, a BTBAS adsorption layer, or both of them.
  • the Si layer is a general term that includes a continuous layer composed of Si, a discontinuous layer, and a Si thin film formed by overlapping these layers.
  • the Si constituting the Si layer includes those in which the bond with the amino group is not completely broken and those in which the bond with H is not completely broken.
  • the BTBAS adsorption layer includes a discontinuous adsorption layer as well as a continuous adsorption layer composed of BTBAS molecules.
  • the BTBAS molecule constituting the adsorption layer of BTBAS has a partially broken bond between Si and an amino group, a partially broken bond between Si and H, and a partially broken bond between N and C. Including the ones. That is, the adsorption layer of BTBAS may be a physical adsorption layer of BTBAS, a chemical adsorption layer of BTBAS, or both of them.
  • a layer having a thickness of less than one atomic layer means an atomic layer (molecular layer) formed discontinuously, and the thickness of the one atomic layer (one molecular layer).
  • Layer means an atomic layer (molecular layer) that is continuously formed.
  • the Si-containing layer may include both a Si layer and a BTBAS adsorption layer.
  • expressions such as “one atomic layer” and “several atomic layers” are used, and "atomic layer” is used synonymously with "molecular layer”.
  • the Si layer is formed by depositing Si on the wafer 200.
  • the adsorption layer of BTBAS is formed by adsorbing BTBAS on the wafer 200.
  • the temperature of the wafer 200 is set to a low temperature of, for example, 150 ° C. or less, thermal decomposition of BTBAS is unlikely to occur. As a result, the adsorption layer of BTBAS is more likely to be formed on the wafer 200 than the Si layer.
  • the thickness of the Si-containing layer formed on the wafer 200 exceeds several atomic layers, the modification action in the modification treatment described later does not reach the entire Si-containing layer. Further, the minimum thickness of the Si-containing layer that can be formed on the wafer 200 is less than one atomic layer. Therefore, the thickness of the Si-containing layer is preferably from less than one atomic layer to about several atomic layers.
  • the thickness of the Si-containing layer is preferably from less than one atomic layer to about several atomic layers.
  • the processing time per cycle can be shortened, and the total processing time can be shortened. That is, it is possible to increase the film formation rate. Further, by setting the thickness of the Si-containing layer to one atomic layer or less, it is possible to improve the controllability of the film thickness uniformity.
  • the valve 243a is closed to stop the supply of BTBAS gas into the processing chamber 201.
  • the APC valve 244 is left open, the inside of the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246, and the BTBAS gas and the reaction sub-reaction after contributing to the formation of the unreacted or Si-containing layer remaining in the processing chamber 201 Products and the like are excluded from the processing chamber 201 (S4).
  • the valves 243c and 243d are kept open to maintain the supply of N 2 gas into the processing chamber 201.
  • the N 2 gas acts as a purge gas (inert gas).
  • the step S4 may be omitted and the step may be used as the raw material gas supply step.
  • tetrakis (dimethylamino) silane Si [N (CH 3) 2] 4, abbreviation: 4DMAS
  • 3DMAS trisdimethylaminosilane
  • BDMAS bis (dimethylamino) silane
  • BDEAS bis-diethylamino silane
  • dimethylaminosilane (DMAS) gas diethylaminosilane (DEAS) gas, dipropylaminosilane (DPAS) gas, diisopropylaminosilane (DIPAS) gas, butylaminosilane (BAS) gas, hexamethyldisilazane (HMDS) )
  • DMAS dimethylaminosilane
  • DEAS diethylaminosilane
  • DPAS dipropylaminosilane
  • DIPAS diisopropylaminosilane
  • BAS butylaminosilane
  • HMDS hexamethyldisilazane
  • Inorganic halosilane raw materials such as chlorosilane, that is, silicon tetrachloride (SiCl 4 , abbreviation: STC) gas, hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 , abbreviation: HCDS) gas, octachlorotrisilane (Si 3 Cl 8 , abbreviation: OCTS) gas, etc.
  • Inorganic silane raw material that does not contain halogen groups such as gas, monosilane (SiH 4 , abbreviation: MS) gas, disilane (Si 2 H 6 , abbreviation: DS) gas, trisilane (Si 3 H 8, abbreviation: TS) gas, etc. Gas can be preferably used.
  • the inert gas in addition to the N 2 gas, a rare gas such as Ar gas, He gas, Ne gas, and Xe gas can be used.
  • reaction gas supply step S5, S6
  • plasma-excited O 2 gas as a reaction gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201 (S5).
  • the opening / closing control of the valves 243b to 243d is performed in the same procedure as the opening / closing control of the valves 243a, 243c, 243d in step S3.
  • the flow rate of the O 2 gas is adjusted by the MFC 241b, and the O 2 gas is supplied into the buffer chamber 237 via the nozzle 249b.
  • high-frequency power (frequency 13.56 MHz in this embodiment) is supplied (applied) from the high-frequency power supply 273 to the rod-shaped electrodes 269, 270, and 271.
  • the O 2 gas supplied into the buffer chamber 237 is excited to a plasma state inside the processing chamber 201, is supplied to the wafer 200 as active species (O * , O 2 * , O 3 ), and is supplied from the exhaust pipe 231 to the wafer 200. It is exhausted.
  • the O 2 gas excited to the plasma state is also referred to as oxygen plasma.
  • the supply flow rate of the O 2 gas controlled by the MFC 241b is, for example, a flow rate within the range of 100 sccm or more and 10000 sccm or less.
  • the high-frequency power applied from the high-frequency power supply 273 to the rod-shaped electrodes 269, 270, and 271 is, for example, a power within the range of 50 W or more and 1000 W or less.
  • the pressure in the processing chamber 201 is, for example, a pressure in the range of 10 Pa or more and 300 Pa or less. By using plasma, it is possible to activate the O 2 gas even if the pressure in the processing chamber 201 is set to such a relatively low pressure band.
  • O 2 active species obtained by gas plasma excitation time of supplying to the wafer 200 for example more than 1 second, 100 seconds or less, preferably 1 second or more, the time within the range of 50 seconds or less .
  • Other processing conditions are the same as those in step S3 described above.
  • the active species that are electrically neutral to the ions generated in the oxygen plasma perform the oxidation treatment described later on the Si-containing layer formed on the surface of the wafer 200.
  • the Si-containing layer formed on the wafer 200 is plasma-oxidized.
  • the Si—N bond and Si—H bond of the Si-containing layer are cleaved by the energy of the plasma-excited O 2 gas.
  • N, H from which the bond with Si has been separated, and C bonded to N will be desorbed from the Si-containing layer.
  • Si in the Si-containing layer having an unbonded hand (dangling bond) due to desorption of N and the like is bonded to O contained in the O 2 gas, and a Si—O bond is formed.
  • the Rukoto As this reaction proceeds, the Si-containing layer is changed (modified) into a layer containing Si and O, that is, a silicon oxide layer (SiO layer).
  • the valve 243b is closed and the supply of O 2 gas is stopped. Further, the supply of high frequency power to the rod-shaped electrodes 269, 270, and 271 is stopped. Then, according to the same treatment procedure and treatment conditions as in step S4, the O 2 gas and reaction by-products remaining in the treatment chamber 201 are removed from the treatment chamber 201 (S6).
  • the reaction gas supply step may be omitted by omitting this step S6.
  • the oxidizing agent that is, the O-containing gas to be plasma-excited, in addition to the O 2 gas, a nitric oxide (N 2 O) gas, a nitrogen monoxide (NO) gas, a nitrogen dioxide (NO 2 ) gas, and an ozone (O 3) ) Gas, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) gas, water vapor (H 2 O), ammonium hydroxide (NH 4 (OH)) gas, carbon monoxide (CO) gas, carbon dioxide (CO 2 ) gas, etc. You may use it.
  • step S4 in addition to the N 2 gas, for example, various rare gases exemplified in step S4 can be used.
  • a SiO film having a predetermined composition and a predetermined film thickness can be formed on the wafer 200.
  • the above cycle is preferably repeated a plurality of times. That is, the thickness of the SiO layer formed per cycle is made smaller than the desired film thickness, and the film thickness of the SiO film formed by laminating the SiO layers becomes the desired film thickness. It is preferable to repeat the cycle a plurality of times.
  • the pressure inside the furnace during substrate processing is controlled in the range of 10 Pa or more and 300 Pa or less. This is because when the pressure in the furnace is lower than 10 Pa, the mean free path of gas molecules becomes longer than the Debye length of the plasma, and the plasma that directly hits the furnace wall becomes prominent, so that the generation of particles is suppressed. This is because it becomes difficult. Further, when the pressure in the furnace is higher than 300 Pa, the plasma generation efficiency is saturated, so that the plasma generation amount does not change even if the reaction gas is supplied, and the reaction gas is wasted. At the same time, the mean free path of the gas molecules is shortened, so that the efficiency of transporting the plasma-active species to the wafer is deteriorated.
  • the configuration in which the buffer structure 300 is provided on the inner wall of the reaction tube 203 and the rod-shaped electrodes 269, 270, 271 and the nozzle 249b covered with the electrode protection tube 275 are provided inside the buffer structure 300 will be described in detail.
  • a buffer structure 400 having the same configuration as the buffer structure 300 is further provided on the inner wall of the reaction tube 203.
  • rod-shaped electrodes 369, 370, 371 and nozzle 249c covered with an electrode protection tube 275 are provided, respectively.
  • the rod-shaped electrodes 369, 370, 371 the rod-shaped electrodes 369, 371 as application electrodes arranged at both ends are connected to the high-frequency power supply 373 via the matching unit 372, and the rod-shaped electrode 370 as the reference electrode has a reference potential. It is connected to a certain ground and is grounded.
  • the nozzle 249c is connected to the gas supply pipe 232b, and can supply the same gas as the nozzle 249b.
  • a plurality of gas supply holes 250c for supplying gas are provided on the side surface of the nozzle 249c from the lower part to the upper part of the reaction tube 203.
  • the gas supply hole 250c is opened so as to face the wall surface formed in the radial direction with respect to the wall surface formed in the arc shape of the buffer structure 400, and gas can be supplied toward the wall surface.
  • Gas supply ports 402, 404, and 406 for supplying gas in the buffer chamber 237 are provided on the arcuate wall surface of the buffer structure 400.
  • the gas supply ports 402, 404, and 406 are located between the rod-shaped electrodes 369 and 370, between the rod-shaped electrodes 370 and 371, and between the rod-shaped electrodes 371 and the nozzle 249c at positions facing the plasma generation regions 324a and 324b, respectively.
  • a plurality of openings are provided so as to face the center from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, each having the same opening area, and further provided with the same opening pitch.
  • the buffer structure 300 and the buffer structure 400 are provided line-symmetrically with respect to a straight line passing through the center of the exhaust pipe 231 and the reaction pipe 203 with the exhaust pipe 231 interposed therebetween.
  • the nozzle 249a is provided at a position facing the wafer 200 of the exhaust pipe 231.
  • the nozzle 249b and the nozzle 249c are provided at positions far from the exhaust pipe 231 in the buffer chamber 237, respectively.
  • each of the buffer structures 300 and 400 is provided with a high-frequency power supply 273,373 and a matching unit 272,372, respectively.
  • Each of the high-frequency power supplies 273 and 373 is connected to the controller 121, and plasma control for each buffer chamber 237 of the buffer structures 300 and 400 becomes possible. That is, the controller 121 monitors the impedance of each plasma generating unit and independently controls each of the high-frequency power supplies 273 and 373 so that the amount of active species does not become uneven in each buffer chamber 237, and the impedance is large. In this case, the power supply of the high frequency power supply is controlled to be high.
  • Modification 2 Next, a modification 2 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • three buffer structures provided with plasma generating portions are provided on the inner wall of the reaction tube 203, and two nozzles for supplying the raw material gas are provided.
  • rod-shaped electrodes 469, 470, 471 and nozzles 249d which are covered with electrode protection tubes 275, are provided inside the buffer structure 500, respectively, and rod-shaped electrodes 469,471 as application electrodes. Is connected to a high frequency power source via a matching unit (not shown), and the rod-shaped electrode 470 as a reference electrode is connected to the ground which is the reference potential and is grounded.
  • the nozzle 249d is connected to the gas supply pipe 232b, and can supply the same gas as the nozzle 249b.
  • Gas supply ports 502, 504, 506 for supplying gas are provided between the electrodes on the wall surface of the buffer structure 500 formed in an arc shape.
  • the gas supply ports 502, 504, 506 face the center of the reaction tube 203 at positions facing the plasma generation region between the rod-shaped electrodes 469 and 470, between the rod-shaped electrodes 470 and 471, and between the rod-shaped electrode 471 and the nozzle 249d, respectively.
  • a plurality of such openings are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, each of which has the same opening area and is further provided with the same opening pitch.
  • the nozzle 249e is connected to the gas supply pipe 232a, and can supply the same gas as the nozzle 249a.
  • the buffer structure 300 and the buffer structure 400 are provided line-symmetrically with respect to a straight line passing through the center of the exhaust pipe 231 and the reaction pipe 203 with the exhaust pipe 231 interposed therebetween. Further, the buffer mechanism 500 is provided at a position facing the exhaust pipe 231 with the wafer 200 interposed therebetween.
  • the nozzles 249a and 249e for supplying the raw material gas are provided between the buffer structure 300 and the buffer structure 500, and between the buffer structure 400 and the buffer structure 500, respectively.
  • the nozzles 249b, 249c, and 249d that supply the reaction gas are arranged on the same side in the buffer chamber 237, and the gas supply holes of the nozzles 249b, 249c, and nozzle 249d are buffer structures 300, 400, respectively. It is opened so as to face the wall surface formed in the radial direction with respect to the wall surface formed in the shape of an arc of 500.
  • a rod-shaped electrode 569, 570, 571 and a nozzle 249f which are covered with electrode protection tubes 275, are provided inside the buffer structure 600, respectively, and a rod-shaped electrode 569 as an application electrode is provided.
  • 571 are connected to a high frequency power source via a matching unit (not shown), and the rod-shaped electrode 570 as a reference electrode is connected to the ground which is the reference potential and is grounded.
  • the nozzle 249f is connected to the gas supply pipe 232b, and can supply the same gas as the nozzle 249b.
  • Gas supply ports 602, 604, 606 for supplying gas are provided between the electrodes on the wall surface of the buffer structure 600 formed in an arc shape.
  • the gas supply ports 602,604,606 face the center of the reaction tube 203 at positions facing the plasma generation region between the rod-shaped electrodes 569 and 570, between the rod-shaped electrodes 570 and 571, and between the rod-shaped electrode 571 and the nozzle 249f, respectively.
  • a plurality of such openings are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203, each of which has the same opening area and is further provided with the same opening pitch.
  • the buffer structures 300, 400, 500, 600 are provided at equal intervals.
  • the nozzle 249a is provided at a position facing the exhaust pipe 231 with the wafer 200 interposed therebetween.
  • the nozzle 249b and the nozzle 249c are provided on the side far from the exhaust pipe 231 in the buffer chamber 237, respectively.
  • the nozzle 249d and the nozzle 249f are provided on the exhaust pipe 231 side in the buffer chamber 237, respectively, and the gas supply holes of the nozzle 249b, the nozzle 249c, the nozzle 249d, and the nozzle 249f have buffer structures 300, 400, 500, and 600, respectively. It is opened so as to face the wall surface formed in the radial direction with respect to the wall surface formed in the arc shape of.
  • a gas is excited (activated) to a plasma state by a buffer structure 300 at one location and an active species is supplied to a wafer.
  • the present disclosure is not limited to such an embodiment, and may have a form in which a plasma state is created by a buffer structure at a plurality of locations and the active species is supplied to the wafer. That is, by having a plurality of buffer structures, it is possible to increase the supply amount of the active species and increase the film formation rate.
  • the reactant is supplied after the raw material is supplied.
  • the present disclosure is not limited to such an embodiment, and the supply order of the raw materials and the reactants may be reversed. That is, the raw material may be supplied after the reactant is supplied. By changing the supply order, it is possible to change the film quality and composition ratio of the formed film.
  • SiO film an example of forming a SiO film on the wafer 200 has been described.
  • the present disclosure is not limited to such an embodiment, and a Si-based oxide film such as a silicon acid carbide film (SiOC film), a silicon acid carbonic acid nitride film (SiOCN film), and a silicon acid nitride film (SiON film) is placed on the wafer 200. It is also suitably applicable to the case of forming.
  • nitrogen (N) -containing gas such as ammonia (NH 3 ) gas
  • carbon (C) -containing gas such as propylene (C 3 H 6) gas
  • boron (B) -containing gas such as a boron (BCl 3 ) gas
  • the order in which each gas flows can be changed as appropriate.
  • the film formation can be performed under the same processing conditions as those in the above-described embodiment, and the same effects as those in the above-described embodiment can be obtained.
  • the above-mentioned reaction gas can be used as the oxidizing agent as the reaction gas.
  • titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), tantalum (Ta), niobium (Nb), aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W) are provided on the wafer 200. It can also be suitably applied to the case of forming a metal-based oxide film or a metal-based nitride film containing a metal element such as.
  • tetrakis (dimethylamino) titanium (Ti [N (CH 3 ) 2 ] 4 abbreviation: TDMAT) gas, tetrakis (ethylmethylamino) hafnium (Hf [N (C 2 H 5)) ) (CH 3 )] 4
  • abbreviation: TEMAH gas tetrakis (ethylmethylamino) zirconium (Zr [N (C 2 H 5 ) (CH 3 )] 4
  • TEMAZ tetrakis (ethylmethylamino) zirconium
  • TMA trimethylaluminum
  • TiCl 4 titanium tetrachloride
  • HfCl 4 hafnium tetrachloride
  • the present disclosure can be suitably applied when forming a metalloid-based film containing a metalloid element or a metal-based film containing a metal element.
  • the treatment procedure and treatment conditions for these film formation treatments can be the same treatment procedures and treatment conditions as those for the film formation treatments shown in the above-described embodiments and modifications. In these cases as well, the same effects as those in the above-described embodiment can be obtained.
  • the recipes used for the film forming process are individually prepared according to the processing content and stored in the storage device 121c via a telecommunication line or an external storage device 123. Then, when starting various processes, it is preferable that the CPU 121a appropriately selects an appropriate recipe from a plurality of recipes stored in the storage device 121c according to the processing content. This makes it possible to form thin films of various film types, composition ratios, film qualities, and film thicknesses with a single substrate processing device in a versatile and reproducible manner. In addition, the burden on the operator can be reduced, and various processes can be started quickly while avoiding operation mistakes.
  • the above recipe is not limited to the case of newly creating, for example, it may be prepared by changing an existing recipe already installed in the substrate processing device.
  • the changed recipe may be installed on the substrate processing apparatus via a telecommunication line or a recording medium on which the recipe is recorded.
  • the input / output device 122 included in the existing board processing device may be operated to directly change the existing recipe already installed in the board processing device.

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Abstract

複数の基板に対する基板処理性能のバラツキを低減するが可能な技術を提供する。基板を処理する処理室とプラズマを形成するバッファ室とを有する反応管と、反応管を加熱する加熱装置と、を備え、バッファ室に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも２本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、印加電極と基準電極を保護する電極保護管と、を備える技術が提供される。

Description

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
　本開示は、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に関する。
　半導体装置の製造工程の一工程として、基板処理装置の処理室内に収容した基板に対して、原料ガスや反応ガスなどをプラズマにより活性化させて供給し、基板上に絶縁膜や半導体膜、導体膜等の各種膜を形成したり、各種膜を除去したりする基板処理が行われることがある。
　微細パターンが形成される量産デバイスにおいては、不純物の拡散を抑制したり、有機材料など耐熱性の低い材料を使用できるようにしたりするために、処理温度の低温化が求められる。
特開２０１５－９２６３７号公報
　このような問題を解決するため、プラズマを用いて基板処理を行うことが一般的だが、複数の基板を同時に処理する場合には、プラズマやそれを介して生成される活性種が、各基板に対して同じ供給量である必要がある。バッファ室と呼ばれる空間にプラズマを閉じ込めて、孔を通して活性種を複数の基板へ供給する場合、広い空間が近傍にある基板に対しては活性種の供給不足が生じやすく、基板間で処理性能が異なることがある。
　本開示の目的は、複数の基板に対する基板処理性能のバラツキを低減することが可能な技術を提供することにある。
　本開示の一態様によれば、
　基板を処理する処理室とプラズマを形成するバッファ室とを有する反応管と、前記反応管を加熱する加熱装置と、を備え、前記バッファ室に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも２本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、を備える技術が提供される。
　本開示によれば、複数の基板に対して同じ基板処理性能を同時に発揮する技術を提供することが可能となる。
本開示の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。 図１に示す基板処理装置におけるＡ－Ａ断面図である。 本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のバッファ構造を説明するための横断面拡大図である。 本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のバッファ構造を説明するための模式図である。 （ａ）は、本開示のもう一つの実施形態で好適に用いられる基板処理装置のバッファ構造を説明するための模式図であり、（ｂ）は、本開示のもう一つの実施形態で好適に用いられる基板処理装置のバッファ構造を説明するための模式図の縦断面である。 図１に示す基板処理装置におけるコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系の一例を示すブロック図である。 図１に示す基板処理装置を用いた基板処理プロセスの一例を示すフローチャートである。 本開示の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変形例１を説明するための概略横断面図である。 本開示の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変形例２を説明するための概略横断面図である。 本開示の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変形例３を説明するための概略横断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図１から図５を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
（加熱装置）
　図１に示すように、処理炉２０２は加熱装置（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。ヒータ２０７は、後述するようにガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
（処理室）
　ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ２）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により構成され、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の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属により構成され、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管２０３のみを処理容器と称する場合もある。
（ガス供給部）
　処理室２０１内には、ノズル２４９ａ，２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂが、それぞれ接続されている。このように、処理容器には２本のノズル２４９ａ，２４９ｂと、２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂとが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。なお、反応管２０３のみを処理容器とした場合、ノズル２４９ａ，２４９ｂは反応管２０３の側壁を貫通するように設けられていてもよい。
　ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ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，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、上流方向から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。
　ノズル２４９ａは、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における空間に、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。すなわち、ノズル２４９ａは、ウエハ２００が配列（載置）されるウエハ配列領域（載置領域）の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。すなわち、ノズル２４９ａは、処理室２０１内へ搬入された各ウエハ２００の端部（周縁部）の側方にウエハ２００の表面（平坦面）と垂直となる方向に設けられている。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おり、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。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。
　ガス供給管２３２ｂの先端部には、ノズル２４９ｂが接続されている。ノズル２４９ｂ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、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、また、反応管２０３の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。すなわち、バッファ室２３７は、ウエハ配列領域の側方のウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにバッファ構造（隔壁）３００によって形成されている。バッファ構造３００は、石英またはＳｉＣ等の耐熱材料である絶縁物によって構成されており、バッファ構造３００の円弧状に形成された壁面には、ガスを供給するガス供給口３０２，３０４,３０６が形成されている。ガス供給口３０２，３０４,３０６は、図２及び図３に示すように、後述する棒状電極２６９，２７０間のプラズマ生成領域２２４ａ、棒状電極２７０，２７１間のプラズマ生成領域２２４ｂ、棒状電極２７１とノズル２４９ｂとの間の領域において対向するその壁面の位置にそれぞれ反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給口３０２，３０４,３０６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。
　ノズル２４９ｂは、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。すなわち、ノズル２４９ｂは、バッファ構造３００の内側であって、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。すなわち、ノズル２４９ｂは、処理室２０１内へ搬入されたウエハ２００の端部の側方にウエハ２００の表面と垂直となる方向に設けられている。ノズル２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ｂが設けられている。ガス供給孔２５０ｂは、バッファ構造３００の円弧状に形成された壁面に対して径方向に形成された壁面に向くように開口しており、壁面に向けてガスを供給することが可能となっている。これにより、反応ガスがバッファ室２３７内で分散され、棒状電極２６９～２７１に直接吹き付けることがなくなり、パーティクルの発生が抑制される。ガス供給孔２５０ｂは、ガス供給孔２５０ａ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。
　このように、本実施形態では、反応管２０３の側壁の内壁と、反応管２０３内に配列された複数枚のウエハ２００の端部で定義される平面視において円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル２４９ａ，２４９ｂおよびバッファ室２３７を経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９ａ，２４９ｂおよびバッファ室２３７にそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ，ガス供給口３０２，３０４,３０６から、ウエハ２００の近傍で初めて反応管２０３内にガスを噴出させている。そして、反応管２０３内におけるガスの主たる流れを、ウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される膜の膜厚の均一性を向上させることが可能となる。ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
　ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料として、例えば、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含むシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
　シラン原料ガスとは、気体状態のシラン原料、例えば、常温常圧下で液体状態であるシラン原料を気化することで得られるガスや、常温常圧下で気体状態であるシラン原料等のことである。本明細書において「原料」という言葉を用いた場合は、「液体状態である液体原料」を意味する場合、「気体状態である原料ガス」を意味する場合、または、それらの両方を意味する場合がある。
　シラン原料ガスとしては、例えば、Ｓｉおよびアミノ基（アミン基）を含む原料ガス、すなわち、アミノシラン原料ガスを用いることができる。アミノシラン原料とは、アミノ基を有するシラン原料のことであり、また、メチル基やエチル基やブチル基等のアルキル基を有するシラン原料でもあり、少なくともＳｉ、窒素（Ｎ）および炭素（Ｃ）を含む原料のことである。すなわち、ここでいうアミノシラン原料は、有機系の原料ともいえ、有機アミノシラン原料ともいえる。
　アミノシラン原料ガスとしては、例えば、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガスを用いることができる。ＢＴＢＡＳは、１分子中に１つのＳｉを含み、Ｓｉ－Ｎ結合、Ｎ－Ｃ結合を有し、Ｓｉ－Ｃ結合を有さない原料ガスであるともいえる。ＢＴＢＡＳガスは、Ｓｉソースとして作用する。
　ＢＴＢＡＳのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体状態の原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、シラン原料ガス（ＢＴＢＡＳガス等）として供給することとなる。
　ガス供給管２３２ｂからは、原料とは化学構造が異なる反応体（リアクタント）として、例えば、酸素（Ｏ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。
　Ｏ含有ガスは、酸化剤（酸化ガス）、すなわち、Ｏソースとして作用する。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガスや水蒸気（Ｈ２Ｏガス）等を用いることができる。酸化剤としてＯ２ガスを用いる場合は、例えば、後述するプラズマ源を用いてこのガスをプラズマ励起し、励起ガス（Ｏ２ ＊ガス）として供給することとなる。
　ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。
　主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１のガス供給系としての原料供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２のガス供給系としての反応体供給系（リアクタント供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。原料供給系、反応体供給系および不活性ガス供給系を単にガス供給系（ガス供給部）とも称する。
（基板支持具）
　図１に示すように基板支持具（基板支持部）としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５～２００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垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される断熱板２１８が多段に支持されている。この構成により、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っている。但し、本実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、ボート２１７の下部に断熱板２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料により構成される筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。
（プラズマ生成部）
　次にプラズマ生成部について、図１から図４を用いて説明する。
　図２に示すように、プラズマは容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）を用い、反応ガス供給時に石英などで作製された真空隔壁であるバッファ室２３７の内部で生成する。
　本実施形態の一例においては、バッファ室２３７内には、図３および図４に示すように、導電体で構成され、細長い構造を有する３本の棒状電極２６９，２７０，２７１が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。棒状電極２６９，２７０，２７１のそれぞれは、ノズル２４９ｂと平行に設けられている。棒状電極２６９，２７０，２７１のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管２７５により覆われることで保護されている。電極保護管２７５は、棒状電極２６９と２７１の両方を保護し、かつ、バッファ室内２３７内の上部でＵ字形状を有する石英管と、棒状電極２７０を保護する石英管から成っている。本形態では、バッファ室２３７内において、前述の両石英管がその上部で接続されて一体化されているが、個々に分離した形態でもよく、また、棒状電極２６９と２７０が接触しないように、棒状電極２７０に対してストッパとなるよう括れ形状をその接続部に有した形態でもよい。棒状電極２６９は、電極保護管２７５の下部より挿入されて前述のＵ字形状の曲がり部で折り返して、その先端部が電極保護管２７５の上部に位置するように配置されている。すなわち、棒状電極２６９の挿入方向とは逆の方向でＵ字形状にする。また、棒状電極２７０は、その先端部が電極保護管２７５の上部に位置するように、棒状電極２７１は、その先端部が電極保護管２７５の下部に位置するように配置されている。棒状電極２６９と棒状電極２７１とは長さが異なり、より詳しくはウエハ２００の積載方向に対して長さが異なり、例えば、棒状電極２６９は棒状電極２７１よりも長い。また、棒状電極２６９の先端部と棒状電極２７１の先端部とは間隔を置いて配置されている。棒状電極２６９の先端部は電極保護管２７５の上部側に位置するが、先端部を上方に移動させて短くしたり、下方に移動させて長くしたりして長さを調整することが可能である。棒状電極２７１の先端部は電極保護管２７５の下部側に位置するが、先端部を上方に移動させて長くしたり、下方に移動させて短くしたりして長さを調整することが可能である。すなわち、棒状電極２６９および棒状電極２７１は棒状電極２６９と棒状電極２７１とが接触しない範囲で長さを調整することが可能である。
　本実施形態のもう一例においては、バッファ室２３７内には、図３および図５に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する３本の棒状電極２６９，２７０，２７１が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。棒状電極２６９，２７０，２７１のそれぞれは、ノズル２４９ｂと平行に設けられている。棒状電極２６９，２７０，２７１のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管２７５により覆われることで保護されている。電極保護管２７５は、棒状電極２６９を保護し、かつ、バッファ室２３７の上部の内外に渡ってＵ字形状を有する石英管と、棒状電極２７０，２７１をそれぞれ保護する石英管から成っている。本形態では、バッファ室内２３７内において、前述の複数の石英管がその上部で接続されて一体化されているが、個々に分離した形態でもよい。棒状電極２６９は、反応管２０３の外側で電極保護管２７５の下部より挿入されて前述のＵ字形状の曲がり部で折り返して、その先端部が電極保護管２７５の上部に位置するように配置されている。すなわち、棒状電極２６９の挿入方向とは逆の方向でＵ字形状にする。また、棒状電極２７０は、その先端部が電極保護管２７５の上部に位置するように、棒状電極２７１は、その先端部が電極保護管２７５の下部に位置するように配置されている。棒状電極２６９と棒状電極２７１とは長さが異なり、より詳しくはウエハ２００の積載方向に対して長さが異なり、例えば、棒状電極２６９は棒状電極２７１よりも長い。また、棒状電極２６９の先端部は電極保護管２７５の上部側に位置するが、先端部を上方に移動させて短くしたり、下方に移動させて長くしたりして長さを調整することが可能である。棒状電極２７１の先端部は電極保護管２７５の下部側に位置するが、先端部を上方に移動させて長くしたり、下方に移動させて短くしたりして長さを調整することが可能である。本形態では、棒状電極２６９は１本しか挿入されていないが、電極保護管２７５の下部より短い電極をもう１本を挿入して、その先端部が電極保護管２７５の下部に位置するように合わせて配置されてもよい。
　上記の両実施形態においても図２に示すように、棒状電極２６９，２７０，２７１のうち両端に配置される印加電極としての棒状電極２６９，２７１は、整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続されて高周波電力が印加され、基準電極としての棒状電極２７０は、基準電位であるアースに接続され、接地されて基準電位が与えられる。すなわち、高周波電源２７３に接続される棒状電極と、接地される棒状電極と、が交互に配置され、高周波電源２７３に接続された棒状電極２６９，２７１の間に配置された棒状電極２７０は、接地された棒状電極として、棒状電極２６９，２７１に対して共通して用いられている。換言すると、接地された棒状電極２７０は、隣り合う高周波電源２７３に接続された棒状電極２６９，２７１に挟まれるように配置され、棒状電極２６９と棒状電極２７０、同じく、棒状電極２７１と棒状電極２７０がそれぞれ対となるように構成されてプラズマを生成する。つまり、接地された棒状電極２７０は、棒状電極２７０に隣り合う２本の高周波電源２７３に接続された棒状電極２６９，２７１に対して共通して用いられている。これにより、基準電極の本数を削減することができる。そして、高周波電源２７３から棒状電極２６９，２７１に高周波（ＲＦ）電力を印加することで、棒状電極２６９，２７０間のプラズマ生成領域２２４ａ、棒状電極２７０，２７１間のプラズマ生成領域２２４ｂにプラズマが生成される。主に、棒状電極２６９，２７０，２７１、電極保護管２７５によりプラズマ源としてのプラズマ生成部（プラズマ生成装置）が構成される。整合器２７２、高周波電源２７３をプラズマ源に含めて考えてもよい。プラズマ源は、後述するように、ガスをプラズマ励起、すなわち、プラズマ状態に励起（活性化）させるプラズマ励起部（活性化機構）として機能する。印加電極は棒状電極２６９，２７１の２本の例を説明したが、印加電極は少なくとも２本あればよい。
　電極保護管２７５は、棒状電極２６９，２７０，２７１のそれぞれをバッファ室２３７内の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７内へ挿入できる構造となっている。電極保護管２７５の内部のＯ２濃度が外気（大気）のＯ２濃度と同程度であると、電極保護管２７５内へそれぞれ挿入された棒状電極２６９，２７０，２７１は、ヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。このため、電極保護管２７５の内部にＮ２ガス等の不活性ガスを充填しておくか、不活性ガスパージ機構を用いて電極保護管２７５の内部をＮ２ガス等の不活性ガスでパージすることで、電極保護管２７５の内部のＯ２濃度を低減させ、棒状電極２６９，２７０，２７１の酸化を防止することができる。
（排気部）
　反応管２０３には、図１に示すように処理室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および排気バルブ（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が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気管２３１は、反応管２０３に設ける場合に限らず、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様にマニホールド２０９に設けてもよい。
（周辺装置）
　マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９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、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂ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２１７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を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、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いる。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。
　ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。また、マニホールド２０９の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を降下させている間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓの上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。
　反応管２０３の内部には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。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。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様に、反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
（制御装置）
　次に制御装置について図６を用いて説明する。図６に示すように、制御部（制御装置）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａ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１２１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１２２が接続されている。
　記憶装置１２１ｃ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１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する成膜処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する各種処理（成膜処理）における各手順をコントローラ１２１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、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。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。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、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、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａ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１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ～２４１ｄ、バルブ２４３ａ～２４３ｄ、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、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ、高周波電源２７３等に接続されている。
　ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃ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１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、回転機構２６７の制御、ＭＦＣ２４１ａ～２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ～２４３ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の正逆回転、回転角度および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作、シャッタ開閉機構１１５ｓによるシャッタ２１９ｓの開閉動作、高周波電源２７３の電力供給等を制御するように構成されている。
　コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３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１２１ｃや外部記憶装置１２３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１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３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
　上述の基板処理装置を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成するプロセス例について、図７を用いて説明する。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。
　本明細書では、図７に示す成膜処理のシーケンスを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の変形例や他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いることとする。
　（ＢＴＢＡＳ→Ｏ２ ＊）×ｎ　⇒　ＳｉＯ
　本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体」を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層等の表面」を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成する」ことを意味する場合がある。
　また、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
（搬入ステップ：Ｓ１）
　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、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、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内へ搬入（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２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
（圧力・温度調整ステップ：Ｓ２）
　処理室２０１の内部、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）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情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。
　また、処理室２０１内のウエハ２００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。ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は継続して行われる。但し、成膜ステップを室温以下の温度条件下で行う場合は、ヒータ２０７による処理室２０１内の加熱は行わなくてもよい。なお、このような温度下での処理だけを行う場合には、ヒータ２０７は不要となり、ヒータ２０７を基板処理装置に設置しなくてもよい。この場合、基板処理装置の構成を簡素化することができる。
　続いて、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転は、少なくとも後述する成膜ステップが終了するまでの間は継続して行われる。
（成膜ステップ：Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）
　その後、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を順次実行することで成膜ステップを行う。
（原料ガス供給ステップ：Ｓ３，Ｓ４）
　ステップＳ３では、処理室２０１内のウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスを供給する。
　バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＢＴＢＡＳガスを流す。ＢＴＢＡＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介してガス供給孔２５０ａから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき、ウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ＢＴＢＡＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
　また、ノズル２４９ｂ内へのＢＴＢＡＳガスの侵入を防止するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ガス供給管２３２ｄ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
　ＭＦＣ２４１ａで制御するＢＴＢＡＳガスの供給流量は、例えば１ｓｃｃｍ以上、２０００ｓｃｃｍ以下、好ましくは１０ｓｃｃｍ以上、１０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、上述した通り、例えば１以上、２６６６Ｐａ以下、好ましくは６７Ｐａ以上、１３３３Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。ＢＴＢＡＳガスをウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１秒以上、１００秒以下、好ましくは１秒以上、５０秒以下の範囲内の時間とする。
　ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温（２５℃）以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度となるような温度に設定する。ＢＴＢＡＳガスは、ウエハ２００等へ吸着し易く反応性の高いガスである。このため、例えば室温程度の低温下であっても、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳガスを化学吸着させることができ、実用的な成膜レートを得ることができる。本実施形態のように、ウエハ２００の温度を１５０℃以下、さらには１００℃以下、さらには９０℃以下とすることで、ウエハ２００に加わる熱量を低減させることができ、ウエハ２００が受ける熱履歴の制御を良好に行うことができる。また、０℃以上の温度であれば、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳを十分に吸着させることができ、十分な成膜レートが得られることとなる。よって、ウエハ２００の温度は０℃以上１５０℃以下、好ましくは室温以上１００℃以下、より好ましくは４０℃以上９０℃以下の範囲内の温度とするのがよい。
　上述の条件下でウエハ２００に対してＢＴＢＡＳガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、例えば１原子層（１分子層）未満から数原子層（数分子層）程度の厚さのＳｉ含有層が形成される。Ｓｉ含有層はＳｉ層であってもよいし、ＢＴＢＡＳの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。
　Ｓｉ層とは、Ｓｉ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Ｓｉ薄膜をも含む総称である。Ｓｉ層を構成するＳｉは、アミノ基との結合が完全に切れていないものや、Ｈとの結合が完全に切れていないものも含む。
　ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳ分子で構成される連続的な吸着層の他、不連続な吸着層をも含む。ＢＴＢＡＳの吸着層を構成するＢＴＢＡＳ分子は、Ｓｉとアミノ基との結合が一部切れたものや、ＳｉとＨとの結合が一部切れたものや、ＮとＣとの結合が一部切れたもの等も含む。すなわち、ＢＴＢＡＳの吸着層は、ＢＴＢＡＳの物理吸着層であってもよいし、ＢＴＢＡＳの化学吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。
　ここで、１原子層（１分子層）未満の厚さの層とは不連続に形成される原子層（分子層）のことを意味しており、１原子層（１分子層）の厚さの層とは連続的に形成される原子層（分子層）のことを意味している。Ｓｉ含有層は、Ｓｉ層とＢＴＢＡＳの吸着層との両方を含み得る。但し、上述の通り、Ｓｉ含有層については「１原子層」、「数原子層」等の表現を用いることとし、「原子層」を「分子層」と同義で用いる。
　ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）する条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じる条件下では、ウエハ２００上にＳｉが堆積することでＳｉ層が形成される。ＢＴＢＡＳが自己分解（熱分解）しない条件下、すなわち、ＢＴＢＡＳの熱分解反応が生じない条件下では、ウエハ２００上にＢＴＢＡＳが吸着することでＢＴＢＡＳの吸着層が形成される。但し、本実施形態では、ウエハ２００の温度を例えば１５０℃以下の低温としているので、ＢＴＢＡＳの熱分解は生じにくい。結果として、ウエハ２００上へは、Ｓｉ層ではなく、ＢＴＢＡＳの吸着層の方が形成されやすくなる。
　ウエハ２００上に形成されるＳｉ含有層の厚さが数原子層を超えると、後述する改質処理での改質の作用がＳｉ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Ｓｉ含有層の厚さの最小値は１原子層未満である。よって、Ｓｉ含有層の厚さは１原子層未満から数原子層程度とするのが好ましい。Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下、すなわち、１原子層または１原子層未満とすることで、後述する改質処理での改質の作用を相対的に高めることができ、改質処理の改質反応に要する時間を短縮することができる。また、成膜処理のＳｉ含有層の形成に要する時間を短縮することもできる。結果として、１サイクルあたりの処理時間を短縮することができ、トータルでの処理時間を短縮することも可能となる。すなわち、成膜レートを高くすることも可能となる。また、Ｓｉ含有層の厚さを１原子層以下とすることで、膜厚均一性の制御性を高めることも可能となる。
　Ｓｉ含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＢＴＢＡＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４を開いたままとし、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Ｓｉ含有層の形成に寄与した後のＢＴＢＡＳガスや反応副生成物等を処理室２０１内から排除する（Ｓ４）。また、バルブ２４３ｃ，２４３ｄは開いたままとして、処理室２０１内へのＮ２ガスの供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガス（不活性ガス）として作用する。なお、このステップＳ４を省略し、原料ガス供給ステップとしてもよい。
　原料ガスとしては、ＢＴＢＡＳガスのほか、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、ビスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス等を好適に用いることができる。このほか、原料ガスとしては、ジメチルアミノシラン（ＤＭＡＳ）ガス、ジエチルアミノシラン（ＤＥＡＳ）ガス、ジプロピルアミノシラン（ＤＰＡＳ）ガス、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガス、ブチルアミノシラン（ＢＡＳ）ガス、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）ガス等の各種アミノシラン原料ガスや、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８、略称：ＯＣＴＳ）ガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）ガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを好適に用いることができる。
　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ることができる。
　（反応ガス供給ステップ：Ｓ５，Ｓ６）
　成膜処理が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたＯ２ガスを供給する（Ｓ５）。
　このステップでは、バルブ２４３ｂ～２４３ｄの開閉制御を、ステップＳ３におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。Ｏ２ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介してバッファ室２３７内へ供給される。このとき、高周波電源２７３から棒状電極２６９，２７０，２７１へ高周波電力（本実施の形態では周波数１３．５６ＭＨｚ）を供給（印加）する。バッファ室２３７内へ供給されたＯ２ガスは処理室２０１の内部でプラズマ状態に励起され、活性種（Ｏ＊、Ｏ２ ＊、Ｏ３）としてウエハ２００に対して供給され、排気管２３１から排気される。なお、プラズマ状態に励起されたＯ２ガスを、酸素プラズマとも称する。
　ＭＦＣ２４１ｂで制御するＯ２ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。高周波電源２７３から棒状電極２６９，２７０，２７１へ印加する高周波電力は、例えば５０Ｗ以上、１０００Ｗ以下の範囲内の電力とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１０Ｐａ以上、３００Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、処理室２０１内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、Ｏ２ガスを活性化させることが可能となる。Ｏ２ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間は、例えば１秒以上、１００秒以下、好ましくは１秒以上、５０秒以下の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、上述のステップＳ３と同様な処理条件とする。
　酸素プラズマ中で生成されたイオンと電気的に中性な活性種はウエハ２００の表面に形成されたＳｉ含有層に対して後述する酸化処理を行う。
　上述の条件下でウエハ２００に対してＯ２ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層がプラズマ酸化される。この際、プラズマ励起されたＯ２ガスのエネルギーにより、Ｓｉ含有層が有するＳｉ－Ｎ結合、Ｓｉ－Ｈ結合が切断される。Ｓｉとの結合を切り離されたＮ、Ｈ、および、Ｎに結合するＣは、Ｓｉ含有層から脱離することとなる。そして、Ｎ等が脱離することで未結合手（ダングリングボンド）を有することとなったＳｉ含有層中のＳｉが、Ｏ２ガスに含まれるＯと結合し、Ｓｉ－Ｏ結合が形成されることとなる。この反応が進行することにより、Ｓｉ含有層は、ＳｉおよびＯを含む層、すなわち、シリコン酸化層（ＳｉＯ層）へと変化させられる（改質される）。
　なお、Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へと改質させるには、Ｏ２ガスをプラズマ励起させて供給する必要がある。Ｏ２ガスをノンプラズマの雰囲気下で供給しても、上述の温度帯では、Ｓｉ含有層を酸化させるのに必要なエネルギーが不足しており、Ｓｉ含有層からＮやＣを充分に脱離させたり、Ｓｉ含有層を充分に酸化させてＳｉ－Ｏ結合を増加させたりすることは、困難なためである。
　Ｓｉ含有層をＳｉＯ層へ変化させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、Ｏ２ガスの供給を停止する。また、棒状電極２６９，２７０，２７１への高周波電力の供給を停止する。そして、ステップＳ４と同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するＯ２ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（Ｓ６）。なお、このステップＳ６を省略して反応ガス供給ステップとしてもよい。
　酸化剤、すなわち、プラズマ励起させるＯ含有ガスとしては、Ｏ２ガスの他、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ２）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）ガス、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４（ＯＨ））ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス等を用いてもよい。
　不活性ガスとしては、Ｎ２ガスの他、例えば、ステップＳ４で例示した各種希ガスを用いることができる。
　（所定回数実施：Ｓ７）
　上述したステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを１サイクルとし、このサイクルを所定回数（ｎ回）、すなわち、１回以上行うことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＯ膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成されるＳｉＯ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、ＳｉＯ層を積層することで形成されるＳｉＯ膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。
（大気圧復帰ステップ：Ｓ８）
　上述の成膜処理が完了したら、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれから不活性ガスとしてのＮ２ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するＯ２ガス等が処理室２０１内から除去される（不活性ガスパージ）。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：Ｓ８）。
（搬出ステップ：Ｓ９）
　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、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９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。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出されることとなる（ウエハディスチャージ）。なお、ウエハディスチャージの後は、処理室２０１内へ空のボート２１７を搬入するようにしてもよい。
　ここで、基板処理時の炉内圧力は、１０Ｐａ以上、３００Ｐａ以下の範囲で制御されることが好ましい。これは、炉内の圧力が１０Ｐａより低い場合、プラズマのデバイ長よりもガス分子の平均自由工程が長くなってしまい、炉壁を直接叩くプラズマが顕著化するため、パーティクルの発生を抑制することが困難となってしまうためである。また、炉内の圧力が３００Ｐａより高い場合、プラズマの生成効率が飽和してしまうため、反応ガスを供給してもプラズマの生成量は変化することがなく、反応ガスを無駄に消費することとなってしまうと同時に、ガス分子の平均自由行程が短くなることで、ウエハまでのプラズマ活性種の輸送効率が悪くなってしまうためである。
（３）本実施形態による効果
　本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）棒状電極２６９と棒状電極２７１との長さが異なることにより、バッファ室内２３７で生成されて処理室２０１内へ供給される活性種の供給量を複数の基板間で均等にすることが可能となる。
（ｂ）棒状電極２６９、２７１の長さを調整することで、バッファ室内２３７で生成されて処理室２０１内へ供給される活性種の供給量を複数の基板間で均等になるように調整することが可能となる。
（ｃ）棒状電極２６９、２７１の長さを調整することで、バッファ室内２３７で生成されて処理室２０１内へ供給される活性種の供給量を上下対称に調整することが可能となる。
　（変形例１）
　次に、本実施形態の変形例を図８に基づいて説明する。本変形例において、上述した実施形態と異なる部分のみ以下に説明し、同じ部分は説明を省略する。
　上述した実施形態では、反応管２０３の内壁にバッファ構造３００を設け、このバッファ構造３００の内側にそれぞれ電極保護管２７５に覆われた棒状電極２６９，２７０，２７１及びノズル２４９ｂを設けた構成について詳述したが、本変形例では、反応管２０３の内壁に、さらにバッファ構造３００と同様の構成であるバッファ構造４００を設ける。
　バッファ構造４００の内側には、それぞれ電極保護管２７５に覆われた棒状電極３６９，３７０，３７１及びノズル２４９ｃが設けられている。棒状電極３６９，３７０，３７１のうち両端に配置される印加電極としての棒状電極３６９，３７１は、整合器３７２を介して高周波電源３７３に接続され、基準電極としての棒状電極３７０は、基準電位であるアースに接続され、接地されている。ノズル２４９ｃは、ガス供給管２３２ｂに接続され、ノズル２４９ｂと同一のガスを供給することが可能となっている。ノズル２４９ｃの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ｃが反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。ガス供給孔２５０ｃは、バッファ構造４００の円弧状に形成された壁面に対して径方向に形成された壁面に向くように開口しており、壁面に向けてガスを供給することが可能となっている。バッファ構造４００の円弧状に形成された壁面には、バッファ室２３７内のガスを供給するガス供給口４０２，４０４，４０６が設けられている。ガス供給口４０２，４０４，４０６は、棒状電極３６９，３７０間、棒状電極３７０，３７１間、棒状電極３７１とノズル２４９ｃとの間のプラズマ生成領域３２４ａ、３２４ｂに対向する位置にそれぞれ反応管２０３の中心を向くように開口し、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。
　図８に示すように、平面視において、バッファ構造３００とバッファ構造４００は、排気管２３１を挟んで、排気管２３１と反応管２０３の中心を通る直線に対して線対称に設けられている。また、平面視において、ノズル２４９ａは、排気管２３１のウエハ２００を挟んで対向する位置に設けられている。また、ノズル２４９ｂとノズル２４９ｃは、それぞれバッファ室２３７内の排気管２３１から遠い位置に設けられている。
　本変形例では、プラズマ生成部を備えたバッファ構造が２つ設けられ、各バッファ構造３００，４００がそれぞれ高周波電源２７３，３７３及び整合器２７２，３７２を備えている。それぞれの高周波電源２７３，３７３はそれぞれコントローラ１２１に接続され、バッファ構造３００，４００のバッファ室２３７ごとのプラズマ制御が可能となる。すなわち、コントローラ１２１は、各バッファ室２３７ごとに活性種量の偏りが生じないよう、それぞれのプラズマ生成部のインピーダンスを監視してそれぞれの高周波電源２７３，３７３を独立して制御し、インピーダンスが大きい場合には、高周波電源の電源が高くなるように制御する。これにより、プラズマ生成部が１つの場合と比較して、各プラズマ生成部の高周波電力を小さくしてもウエハに対して充分な量の活性種を供給することができ、ウエハの面内均一性を向上させることができる。また、２つのプラズマ生成部に対して１つの高周波電源によってプラズマ制御を行うのに対し、プラズマ生成部ごとに高周波電源を設けることによって、各プラズマ生成部に断線等の異常が生じた場合に把握し易くなる。さらに、高周波電源と各電極間の距離を調整し易くなるため、各電極と高周波電源との距離が異なることによって生じるＲＦ電力印加の差異を抑制し易くすることができる。
　（変形例２）
　次に、本実施形態の変形例２を図９に基づいて説明する。本変形例２では、反応管２０３の内壁に、プラズマ生成部を備えたバッファ構造を３つ設け、原料ガスを供給するノズルを２つ設ける。
　バッファ構造５００の内側には、バッファ構造３００，４００と同様に、それぞれ電極保護管２７５に覆われた棒状電極４６９，４７０，４７１及びノズル２４９ｄ、が設けられ、印加電極としての棒状電極４６９，４７１は、不図示の整合器を介して高周波電源に接続され、基準電極としての棒状電極４７０は、基準電位であるアースに接続され、接地されている。ノズル２４９ｄは、ガス供給管２３２ｂに接続され、ノズル２４９ｂと同一のガスを供給することが可能となっている。バッファ構造５００の円弧状に形成された壁面の電極間には、ガスを供給するガス供給口５０２，５０４，５０６が設けられている。ガス供給口５０２，５０４，５０６は、棒状電極４６９，４７０間、棒状電極４７０，４７１間、棒状電極４７１とノズル２４９ｄとの間のプラズマ生成領域に対向する位置にそれぞれ反応管２０３の中心を向くように開口し、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。また、ノズル２４９ｅは、ガス供給管２３２ａに接続され、ノズル２４９ａと同一のガスを供給することが可能となっている。
　バッファ構造３００とバッファ構造４００は、排気管２３１を挟んで、排気管２３１と反応管２０３の中心を通る直線に対して線対称に設けられている。また、バッファ機構５００は、ウエハ２００を挟んで排気管２３１と対向する位置に設けられている。原料ガスを供給するノズル２４９ａ，２４９ｅは、それぞれバッファ構造３００とバッファ構造５００の間と、バッファ構造４００とバッファ構造５００の間に設けられている。また、反応ガスを供給するノズル２４９ｂ、ノズル２４９ｃ、ノズル２４９ｄは、それぞれバッファ室２３７内において同じ側に配置され、ノズル２４９ｂ、ノズル２４９ｃ、ノズル２４９ｄのガス供給孔は、それぞれバッファ構造３００，４００，５００の円弧状に形成された壁面に対して径方向に形成された壁面に向くように開口している。
　本変形例２によっても、上述した実施形態及び変形例１と同様の効果が得られる。
　（変形例３）
　次に、本実施形態の変形例３を図１０に基づいて説明する。本変形例３では、反応管２０３の内壁に、プラズマ生成部を備えたバッファ構造を４つ設ける。
　バッファ構造６００の内側には、バッファ構造３００，４００，５００と同様に、それぞれ電極保護管２７５に覆われた棒状電極５６９，５７０，５７１及びノズル２４９ｆ、が設けられ、印加電極としての棒状電極５６９，５７１は、不図示の整合器を介して高周波電源に接続され、基準電極としての棒状電極５７０は、基準電位であるアースに接続され、接地されている。ノズル２４９ｆは、ガス供給管２３２ｂに接続され、ノズル２４９ｂと同一のガスを供給することが可能となっている。バッファ構造６００の円弧状に形成された壁面の電極間には、ガスを供給するガス供給口６０２，６０４，６０６が設けられている。ガス供給口６０２，６０４，６０６は、棒状電極５６９，５７０間、棒状電極５７０，５７１間、棒状電極５７１とノズル２４９ｆとの間のプラズマ生成領域に対向する位置にそれぞれ反応管２０３の中心を向くように開口し、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。
　バッファ構造３００，４００，５００，６００は、等間隔に設けられている。ノズル２４９ａは、ウエハ２００を挟んで排気管２３１と対向する位置に設けられている。ノズル２４９ｂとノズル２４９ｃは、それぞれバッファ室２３７内の排気管２３１から遠い側に設けられている。また、ノズル２４９ｄとノズル２４９ｆは、それぞれバッファ室２３７内の排気管２３１側に設けられ、ノズル２４９ｂ、ノズル２４９ｃ、ノズル２４９ｄ、ノズル２４９ｆのガス供給孔は、それぞれバッファ構造３００，４００，５００，６００の円弧状に形成された壁面に対して径方向に形成された壁面に向くように開口している。
　本変形例３によっても、上述した実施形態及び変形例１と同様の効果が得られる。
　以上、本開示の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、本開示は上述の実施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変更可能である。
　また、例えば、上述の実施形態では、一箇所のバッファ構造３００にてガスをプラズマ状態に励起（活性化）させて、活性種をウエハに供給する例について説明した。本開示ではこのような態様に限定されず、複数箇所のバッファ構造にてプラズマ状態を作り、活性種をウエハに供給する形態を有してもよい。すなわち、バッファ構造を複数有することで活性種の供給量を増大させて、成膜速度を高めることが可能となる。
　また、例えば、上述の実施形態では、原料を供給した後に反応体を供給する例について説明した。本開示はこのような態様に限定されず、原料、反応体の供給順序は逆でもよい。すなわち、反応体を供給した後に原料を供給するようにしてもよい。供給順序を変えることにより、形成される膜の膜質や組成比を変化させることが可能となる。
　上述の実施形態等では、ウエハ２００上にＳｉＯ膜を形成する例について説明した。本開示はこのような態様に限定されず、ウエハ２００上に、シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等のＳｉ系酸化膜を形成する場合にも、好適に適用可能である。
　例えば、上述したガスの他、もしくは、これらのガスに加え、アンモニア（ＮＨ３）ガス等の窒素（Ｎ）含有ガス、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス等の炭素（Ｃ）含有ガス、三塩化硼素（ＢＣｌ３）ガス等の硼素（Ｂ）含有ガス等を用い、例えば、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＳｉＢＣＮ膜、ＢＣＮ膜等を形成することができる。なお、各ガスを流す順番は適宜変更することができる。これらの成膜を行う場合においても、上述の実施形態と同様な処理条件にて成膜を行うことができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。これらの場合、反応ガスとしての酸化剤には、上述した反応ガスを用いることができる。
　また、本開示は、ウエハ２００上に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属元素を含む金属系酸化膜や金属系窒化膜を形成する場合においても、好適に適用可能である。すなわち、本開示は、ウエハ２００上に、ＴｉＯ膜、ＴｉＯＣ膜、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＴｉＢＮ膜、ＴｉＢＣＮ膜、ＺｒＯ膜、ＺｒＯＣ膜、ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＯＮ膜、ＺｒＮ膜、ＺｒＳｉＮ膜、ＺｒＢＮ膜、ＺｒＢＣＮ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＯＣ膜、ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＯＮ膜、ＨｆＮ膜、ＨｆＳｉＮ膜、ＨｆＢＮ膜、ＨｆＢＣＮ膜、ＴａＯ膜、ＴａＯＣ膜、ＴａＯＣＮ膜、ＴａＯＮ膜、ＴａＮ膜、ＴａＳｉＮ膜、ＴａＢＮ膜、ＴａＢＣＮ膜、ＮｂＯ膜、ＮｂＯＣ膜、ＮｂＯＣＮ膜、ＮｂＯＮ膜、ＮｂＮ膜、ＮｂＳｉＮ膜、ＮｂＢＮ膜、ＮｂＢＣＮ膜、ＡｌＯ膜、ＡｌＯＣ膜、ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＮ膜、ＡｌＳｉＮ膜、ＡｌＢＮ膜、ＡｌＢＣＮ膜、ＭｏＯ膜、ＭｏＯＣ膜、ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＯＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＳｉＮ膜、ＭｏＢＮ膜、ＭｏＢＣＮ膜、ＷＯ膜、ＷＯＣ膜、ＷＯＣＮ膜、ＷＯＮ膜、ＷＮ膜、ＷＳｉＮ膜、ＷＢＮ膜、ＷＢＣＮ膜等を形成する場合にも、好適に適用することが可能となる。
　これらの場合、例えば、原料ガスとして、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、テトラキス（エチルメチルアミノ）ハフニウム（Ｈｆ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＨ）ガス、テトラキス（エチルメチルアミノ）ジルコニウム（Ｚｒ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）］４、略称：ＴＥＭＡＺ）ガス、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略称：ＴＭＡ）ガス、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）ガス、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ４）ガス等を用いることができる。
　すなわち、本開示は、半金属元素を含む半金属系膜や金属元素を含む金属系膜を形成する場合に、好適に適用することができる。これらの成膜処理の処理手順、処理条件は、上述の実施形態や変形例に示す成膜処理と同様な処理手順、処理条件とすることができる。これらの場合においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
　成膜処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、各種処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各種処理を迅速に開始できるようになる。
　上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
２００…ウエハ（基板）、２０１…処理室、２０３…反応管、２０７…ヒータ（加熱装置）、２６９、２７１…棒状電極（印加電極）、２７０…棒状電極（基準電極）、２７５…電極保護管、２３７…バッファ室

Claims (12)

  1. 　基板を処理する処理室とプラズマを形成するバッファ室とを有する反応管と、
    　前記反応管を加熱する加熱装置と、を備え、
    　前記バッファ室に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも２本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、を備える基板処理装置。
  2. 　前記少なくとも２本の印加電極の長さが、前記基板の積載方向に対して長さが異なるよう構成される請求項１記載の基板処理装置。
  3. 　前記電極保護管は、前記バッファ室内の上部でＵ字形状をしており、前記Ｕ字形状をしている電極保護管内で前記印加電極の長さを調整できる構造をしている請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 　前記印加電極は、前記電極保護管の前記Ｕ字形状の曲がり部で折り返し、前記印加電極の先端が前記電極保護管の上部に位置するように配置される請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 　前記電極保護管は、前記少なくとも２本の印加電極が接触しないように構成される請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 　前記電極保護管は、前記少なくとも２本の印加電極が接触しないように括れ形状を有する請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 　前記印加電極を保護する電極保護管と前記基準電極を保護する電極保護管とが、前記バッファ室内の上部で接続されるよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 　前記印加電極の間に前記基準電極が配置されている請求項１に記載の基板処理装置。
  9. 　前記バッファ室は、前記反応管の内壁に沿って設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
  10. 　プラズマを形成するバッファ室内に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも２本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、が配置されるプラズマ生成装置。
  11. 　基板を処理する処理室とプラズマを形成するバッファ室とを有する反応管と、前記反応管を加熱する加熱装置と、を備え、前記バッファ室に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも２本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、を備える基板処理装置内に前記基板を搬入する工程と、
    　前記処理室内に前記プラズマを生成して前記基板を処理する工程と、
    　前記基板を前記処理室から搬送する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  12. 　基板を処理する処理室とプラズマを形成するバッファ室とを有する反応管と、前記反応管を加熱する加熱装置と、を備え、前記バッファ室に、高周波電力が印加される長さが異なる少なくとも２本の印加電極と、基準電位が与えられる基準電極と、前記印加電極と前記基準電極を保護する電極保護管と、を備える基板処理装置内に前記基板を搬入する手順と、
    　前記処理室内に前記プラズマを生成して前記基板を処理する手順と、
    　前記基板を前記処理室から搬送する手順と、
    をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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