WO2024135036A1 - 基板処理装置、電極ユニット、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、電極ユニット、半導体装置の製造方法およびプログラム Download PDF

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WO2024135036A1
WO2024135036A1 PCT/JP2023/036232 JP2023036232W WO2024135036A1 WO 2024135036 A1 WO2024135036 A1 WO 2024135036A1 JP 2023036232 W JP2023036232 W JP 2023036232W WO 2024135036 A1 WO2024135036 A1 WO 2024135036A1
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WO
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electrode
electrodes
gas
substrate processing
processing apparatus
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Application number
PCT/JP2023/036232
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English (en)
French (fr)
Inventor
剛 竹田
Original Assignee
株式会社Kokusai Electric
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 株式会社Kokusai Electric filed Critical 株式会社Kokusai Electric
Publication of WO2024135036A1 publication Critical patent/WO2024135036A1/ja

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Definitions

  • This disclosure relates to a substrate processing apparatus, an electrode unit, a method for manufacturing a semiconductor device, and a program.
  • substrate processing is performed by carrying a substrate into the processing chamber of a substrate processing apparatus and supplying raw material gases and reactive gases into the processing chamber to form various films, such as insulating films, semiconductor films, and conductor films, on the substrate, or to remove various films.
  • the purpose of this disclosure is to provide technology that enables more uniform substrate processing.
  • a technology includes a processing chamber for processing a substrate, a plurality of first electrodes that are provided outside the processing chamber and connected to a high-frequency power source and are configured to fold back at the top, and a second electrode that is given a reference potential.
  • This disclosure makes it possible to provide technology that enables more uniform substrate processing.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus suitably used in an embodiment of the present disclosure, showing a vertical cross section of a processing furnace portion.
  • 2 is a cross-sectional view of the substrate processing apparatus shown in FIG. 1 along line AA.
  • 1A is a perspective view of an electrode according to an embodiment of the present disclosure placed on a quartz cover;
  • FIG. 1B is a schematic top view illustrating the positional relationship among a heater, a quartz cover, an electrode, a protrusion for fixing the electrode, and a reaction tube according to an embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 1C is a schematic view illustrating the positional relationship among a heater, a quartz cover, an electrode, a protrusion for fixing the electrode, and a reaction tube in a cross section taken along the line A-A of FIG. 1A;
  • FIG. 1D is a schematic view illustrating an example of a configuration in which a first electrode according to an embodiment of the present disclosure is integrally formed in a flat plate shape;
  • FIG. 1E is a schematic view illustrating an example of a configuration in which a first electrode according to an embodiment of the present disclosure is formed in a divided shape in which two flat plate members (vertical members) are connected by an upper member (connecting member).
  • FIG. 2A is a front view of an electrode according to an embodiment of the present disclosure, and FIG.
  • 2B is a diagram illustrating how the electrode is fixed to a quartz cover.
  • 2 is a schematic configuration diagram of a controller in the substrate processing apparatus shown in FIG. 1, and a block diagram showing an example of a control system of the controller.
  • 2 is a flowchart showing an example of a substrate processing process using the substrate processing apparatus shown in FIG. 1 .
  • the processing furnace 202 has a heater 207 as a heating device (heating mechanism, heating section) for heating the substrate (wafer) 200.
  • the heater 207 has a cylindrical shape, and is installed vertically by being supported by a heater base (not shown) serving as a holding plate.
  • the heater 207 is also provided outside an electrode fixture 301 serving as an electrode fixture, which will be described later.
  • the heater 207 also functions as an activation mechanism (excitation section) for activating (exciting) gas by heat, as will be described later.
  • An electrode fixture 301 as an electrode fixing jig described later is disposed inside the heater 207, and an electrode 300 of a plasma generating unit described later is disposed inside the electrode fixture 301. Furthermore, a reaction tube 203 is disposed inside the electrode 300 concentrically with the heater 207.
  • the reaction tube 203 is made of a heat-resistant material such as quartz (SiO 2 ), silicon carbide (SiC), silicon nitride (SiN), etc., and is formed in a cylindrical shape with a closed upper end and an open lower end.
  • a manifold 209 is disposed concentrically with the reaction tube 203 below the reaction tube 203.
  • the manifold 209 is made of a metal such as stainless steel (SUS), etc., 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. Between the manifold 209 and the reaction tube 203, an O-ring 220a is provided as a sealing member. The manifold 209 is supported by the heater base, so that the reaction tube 203 is installed vertically.
  • a processing vessel (reaction vessel) is mainly constituted by the reaction tube 203 and the manifold 209.
  • a processing chamber 201 is formed in a cylindrical hollow portion of the processing vessel.
  • the processing chamber 201 is configured to be capable of accommodating a plurality of wafers 200 as substrates.
  • the reaction tube 203 forms the processing chamber 201 for processing the wafers 200. Note that the processing vessel is not limited to the above configuration, and in some cases, only the reaction tube 203 is referred to as the processing vessel.
  • nozzles 249a and 249b as first and second supply units are provided so as to penetrate the sidewall of the manifold 209.
  • the nozzles 249a and 249b are also referred to as the first and second nozzles, respectively.
  • the nozzles 249a and 249b are made of a heat-resistant material such as quartz or SiC.
  • the nozzles 249a and 249b are connected to the gas supply pipes 232a and 232b, respectively.
  • the processing vessel 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 gases into the processing chamber 201.
  • the nozzles 249a and 249b may be provided so as to penetrate the sidewall of the reaction tube 203.
  • Gas supply pipes 232a, 232b are provided with mass flow controllers (MFCs) 241a, 241b, which are flow rate controllers (flow rate control parts), and valves 243a, 243b, which are on-off valves, in order from the upstream side of the gas flow.
  • MFCs mass flow controllers
  • Gas supply pipes 232c, 232d which supply inert gas, are connected to gas supply pipes 232a, 232b downstream of valves 243a, 243b.
  • Gas supply pipes 232c, 232d are provided with MFCs 241c, 241d and valves 243c, 243d, in order from the upstream side, in gas supply pipes 232c, 232d, respectively.
  • the nozzles 249a and 249b are provided in a circular space between the inner wall of the reaction tube 203 and the wafers 200 in a plan view, along the inner wall of the reaction tube 203 from the lower part to the upper part, so as to rise upward in the loading direction of the wafers 200. That is, the nozzles 249a and 249b are provided on the side of the end (periphery) of each wafer 200 carried into the processing chamber 201, perpendicular to the surface (flat surface) of the wafer 200.
  • Gas supply holes 250a and 250b for supplying gas are provided on the side of the nozzles 249a and 249b.
  • the gas supply hole 250a opens toward the center of the reaction tube 203, making it possible to supply gas toward the wafers 200.
  • a plurality of gas supply holes 250a and 250b are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 203.
  • the gas is transported through the nozzles 249a and 249b arranged in a vertically elongated space that is annular in plan view and is defined by the inner wall of the side wall of the reaction tube 203 and the ends (peripheral parts) of the multiple wafers 200 arranged in the reaction tube 203, i.e., a cylindrical space. Then, gas is ejected into the reaction tube 203 for the first time near the wafer 200 from the gas supply holes 250a and 250b that are opened in the nozzles 249a and 249b, respectively.
  • the main flow of gas in the reaction tube 203 is parallel to the surface of the wafer 200, i.e., horizontally.
  • 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 gas that flows on the surface of the wafer 200 i.e., the remaining gas after the reaction, flows toward the exhaust port, i.e., the exhaust pipe 231 described later.
  • the direction of the residual gas flow is determined appropriately depending on the position of the exhaust port and is not limited to the vertical direction.
  • the raw material (raw material gas) is supplied from the gas supply pipe 232a into the processing chamber 201 via the MFC 241a, the valve 243a, and the nozzle 249a.
  • a reactant for example, an oxygen (O)-containing gas
  • O oxygen
  • Inert gas is supplied from gas supply pipes 232c and 232d into the processing chamber 201 via MFCs 241c and 241d, valves 243c and 243d, and nozzles 249a and 249b, respectively.
  • the raw material supply system serving as the first gas supply system mainly consists of the gas supply pipe 232a, the MFC 241a, and the valve 243a.
  • the reactant supply system (reactant gas supply system) serving as the second gas supply system mainly consists of the gas supply pipe 232b, the MFC 241b, and the valve 243b.
  • the inert gas supply system mainly consists of the gas supply pipes 232c, 232d, the MFCs 241c, 241d, and the valves 243c, 243d.
  • the raw material supply system, the reactant supply system, and the inert gas supply system are also simply referred to as the gas supply system (gas supply section).
  • the boat 217 as a substrate support (substrate holder) for stacking and holding a plurality of substrates is configured to support and hold a plurality of wafers, for example, 25 to 200 wafers 200, in a horizontal position and aligned vertically with their centers aligned with each other, in multiple stages, that is, to arrange the wafers 200 at intervals.
  • the boat 217 is made of a heat-resistant material, for example, quartz or SiC.
  • heat insulating plates 218 made of a heat-resistant material, for example, quartz or SiC, are supported in multiple stages. This configuration makes it difficult for heat from the heater 207 to be transmitted to the seal cap 219.
  • this embodiment is not limited to this form.
  • a heat insulating cylinder configured as a cylindrical member made of a heat-resistant material, for example, quartz or SiC, may be provided.
  • An electrode 300 for generating plasma is provided outside the reaction tube 203, i.e., outside the processing vessel (processing chamber 201).
  • the electrode 300 By applying power to the electrode 300, it is possible to excite the gas inside the reaction tube 203, i.e., inside the processing vessel (processing chamber 201), by converting it into plasma. In other words, it is possible to excite the gas into a plasma state.
  • the plasma is generated inside the reaction tube 203, which is a vacuum partition made of quartz or the like, by using capacitively coupled plasma (CCP) when the reaction gas is supplied.
  • CCP capacitively coupled plasma
  • an electrode 300 and an electrode fixture 301 for fixing the electrode 300 are disposed between the heater 207 and the reaction tube 203.
  • the electrode fixture 301 is disposed inside the heater 207
  • the electrode 300 is disposed inside the electrode fixture 301
  • the reaction tube 203 is disposed inside the electrode 300.
  • the electrode 300 and the electrode fixture 301 are provided in a circular space between the inner wall of the heater 207 and the outer wall of the reaction tube 203 in a plan view, extending from the lower part to the upper part of the outer wall of the reaction tube 203 in the arrangement direction of the wafers 200.
  • the electrode 300 is provided parallel to the nozzles 249a and 249b.
  • the electrode 300 and the electrode fixture 301 are arranged and disposed concentrically with the reaction tube 203 and the heater 207 in a plan view, and are not in contact with the heater 207.
  • the electrode fixture 301 is made of an insulating material (insulator).
  • the electrode fixture 301 is provided to cover at least a part of the electrode 300 and the reaction tube 203, and therefore the electrode fixture 301 can also be called a cover (quartz cover, insulating wall, insulating plate) or a cross-sectional arc cover (cross-sectional arc body, cross-sectional arc wall).
  • a plurality of electrodes 300 are provided, and these electrodes 300 are fixed and installed on the inner wall of the electrode fixing device 301. More specifically, as shown in FIG. 4, the inner wall surface of the electrode fixing device 301 is provided with a protrusion (hook portion) 310 on which the electrode 300 can be hooked, and the electrode 300 is provided with an opening 305 that is a through hole through which the protrusion 310 can be inserted. By hooking the electrode 300 on the protrusion 310 provided on the inner wall surface of the electrode fixing device 301 through the opening 305, it is possible to fix the electrode 300 to the electrode fixing device 301. Note that FIG.
  • FIG. 3 shows an example in which two or three openings 305 are provided for one electrode 300, and one electrode 300 is fixed by hooking two or three protrusions 310, that is, an example in which one electrode is fixed at two or three places.
  • FIG. 2 shows an example of a configuration (unit) in which nine electrodes 300 are fixed to one electrode fixing device 301, and the configuration (unit) consists of two sets, with three electrodes 300-1 (six electrodes 300-1 in the cross section of FIG. 2) and three electrodes 300-2 fixed to one electrode fixing device 301.
  • the electrode 300 is made of an oxidation-resistant material such as nickel (Ni).
  • the electrode 300 can be made of metal materials such as SUS, aluminum (Al), and copper (Cu), but by making it of an oxidation-resistant material such as Ni, it is possible to suppress the deterioration of electrical conductivity and the decrease in plasma generation efficiency.
  • the electrode 300 can be made of a Ni alloy material to which Al is added.
  • an aluminum oxide film (AlO film) which is an oxide film with high heat resistance and corrosion resistance, can be formed on the outermost surface of the electrode 300.
  • the AlO film formed on the outermost surface of the electrode 300 acts as a protective film (block film, barrier film) and can suppress the progress of deterioration inside the electrode 300.
  • the electrode fixture 301 is made of an insulating material (insulator), for example, a heat-resistant material such as quartz or SiC. It is preferable that the material of the electrode fixture 301 is the same as the material of the reaction tube 203.
  • the electrode 300 is configured as a thin plate (flat plate) having a rectangular shape or an inverted U shape that is long in the arrangement direction of the wafer 200.
  • the electrode 300 is configured with a first electrode (first electrode, hot electrode) 300-1 to which a high frequency power supply 320 is connected via a matching device (not shown), and a second electrode (second electrode, ground electrode) 300-2 that has a reference potential of 0V and is grounded to earth, and is arranged at equal intervals on the A-A cross section as shown in FIG. 2 and FIG. 3(c).
  • the electrode 300 is disposed in a direction perpendicular to the processing vessel (vertical direction, the direction in which the substrates are loaded). As shown in FIG. 2 to FIG. 3(c), the electrodes 300 are disposed in a circular arc shape in a plan view in the A-A cross section, and at equal intervals, i.e., the distance (gap) between adjacent electrodes 300 is equal.
  • the electrodes 300 are disposed between the reaction tube 203 and the heater 207 in a substantially circular arc shape in a plan view along the outer wall of the reaction tube 203, and are fixed to the inner wall surface of the electrode fixture 301, which is formed in a circular arc shape with a central angle of 30 degrees or more and 240 degrees or less. As described above, the electrodes 300 are disposed in parallel to the nozzles 249a and 249b.
  • the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1 can be considered as a flat electrode structure in which the tops of two (multiple) first electrodes (hot electrodes) 300-1 of different lengths are electrically connected.
  • the longitudinal direction of the first electrode (hot electrode) 300-1 and the second electrode (ground electrode) 300-2 are arranged in the loading direction of the wafer 200.
  • the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1 can be formed by an integrally formed flat plate shape E, as shown in FIG. 3(d).
  • the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1 may also be a divided shape in which two flat plate members (vertical members) B and D of different lengths are connected by a flat plate-shaped upper member (connecting member) C, as shown in FIG. 3(e).
  • the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1 can also be considered to have a U-shaped folded part in which the upper parts of two (multiple) first electrodes (hot electrodes) 300-1 (B, D) of different lengths are connected using the upper member (connecting member) C.
  • the first electrode (hot electrode) 300-1 in an inverted U shape is configured to be folded back at the top with respect to the loading direction of the wafer 200.
  • the first electrode (hot electrode) 300-1 in an inverted U shape, to which the high frequency power supply 320 is connected and configured to be folded back at the top, the second electrode (ground electrode) 300-2 grounded to a reference potential of 0V, and the electrode fixture 301 can be regarded as an electrode unit.
  • the electrode unit is arranged at a position avoiding the nozzles 249a, 249b and the exhaust pipe 231.
  • FIG. 2 shows an example in which two electrode units are arranged to face each other across the center of the wafer 200 (reaction tube 203), avoiding the nozzles 249a, 249b and the exhaust pipe 231.
  • FIG. 2 shows an example in which the two electrode units are arranged line-symmetrically, i.e., symmetrically, in a plan view.
  • the second electrode (ground electrode) 300-2 also has a flat electrode structure.
  • the length of one electrode of the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1 is the same as the length of the second electrode (ground electrode) 300-2.
  • the length of the other electrode of the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1 is shorter than the length of the second electrode (ground electrode) 300-2.
  • the sum of the length of one electrode and the length of the other electrode of the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1 is longer than the length of the second electrode (ground electrode) 300-2.
  • the lower part of the longer electrode of the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1 is connected to the high-frequency power source 320 via a matching device (not shown).
  • the first inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1, the first second electrode (ground electrode) 300-2, the second inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1, the second second electrode (ground electrode) 300-2, the third inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1, the third second electrode (ground electrode) 300-2, the fourth inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1, and the fourth second electrode (ground electrode) 300-2 are arranged.
  • the second electrode (ground electrode) 300-2 is arranged between the inverted U-shaped first electrodes (hot electrodes) 300-1.
  • the inverted U-shaped first electrodes (hot electrodes) 300-1 and second electrodes (ground electrodes) 300-2 are arranged alternately.
  • a plurality of first electrodes 300-1 and second electrodes 300-2 are arranged alternately. Therefore, as shown in FIG. 3(a), the number of inverted U-shaped first electrodes 300-1 and the number of second electrodes 300-2 are the same.
  • the lengths of the other electrodes of the first electrodes (hot electrodes) 300-1 in the first to fourth inverted U-shaped first electrodes (hot electrodes) 300-1 are different from each other. This allows the areas of the first to fourth inverted U-shaped first electrodes (hot electrodes) 300-1 to be different.
  • electrodes 300 when there is no need to distinguish between them, they will be described as electrodes 300.
  • the electrodes 300 are arranged between the reaction tube 203 and the heater 207 (i.e., inside the heating section 207 and outside the reaction tube 203) in an approximately arc shape along the outer wall of the reaction tube 203, and are fixed to the inner wall surface of a quartz cover (described later) that is formed in an arc shape with a central angle of 30 degrees or more and 240 degrees or less.
  • a quartz cover described later
  • the central angle is less than 30 degrees, the amount of plasma generated will be reduced.
  • the central angle is more than 240 degrees, the thermal energy from the heater 207 will be blocked, adversely affecting the wafer processing.
  • the central angle is more than 240 degrees, it will be difficult to arrange the nozzles 249a, 249b and the temperature sensor 263, for example, a cascade TC (thermocouple), while avoiding the plasma generation area. If the nozzles 249a, 249b, etc. were placed in the plasma generation region, particles (PC) would be more likely to be generated from the nozzles 249a, 249b, etc. Furthermore, if the cascade TC were also placed in the plasma generation region, discharge would occur from the TC line, causing damage to the wafer 200 and non-uniformity of the film. Therefore, by setting the central angle to 30 degrees or more and 240 degrees or less, it is possible to perform wafer processing while ensuring the amount of plasma generated and suppressing the blocking of thermal energy from the heater 207.
  • a cascade TC thermocouple
  • the plasma generated in this manner makes it possible to supply plasma active species 302 for substrate processing to the surface of the wafer 200 from around the wafer 200.
  • the high-frequency power is configured to be supplied from the underside (lower end) of the electrode 300.
  • the plasma generation unit is mainly composed of the electrode 300 and the high-frequency power source 320.
  • the plasma generation unit may also be considered to include a matching box (not shown) and an electrode fixture 301 as an electrode fixture.
  • the electrode 300 is formed with a notch 305 consisting of a circular notch 303 through which the protrusion head 311 (described later) passes and a slide notch 304 through which the protrusion shaft 312 slides.
  • the electrode 300 has sufficient strength and is configured, for example, with a thickness of 0.1 mm or more and 1 mm or less and a width of 5 mm or more and 30 mm or less so as not to significantly reduce the efficiency of wafer heating by the heat source.
  • the electrode 300 (the second electrode (ground electrode 300-2 and the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1, each of the two first electrodes (hot electrodes) 300-1 with different lengths) can be configured to have a thickness of 0.1 mm or more and 1 mm or less and a width of 5 mm or more and 30 mm or less.
  • the electrode 300 is placed between the quartz reaction tube 203 and the heater 207, so due to the space constraints, the bending angle is appropriate to be 90° to 175°.
  • a coating is formed on the surface of the electrode by thermal oxidation, and since this may peel off due to thermal stress and generate particles, care must be taken not to bend it too much.
  • the frequency of the high frequency power supply 320 is set to, for example, 27.12 MHz, and an electrode 300 having, for example, an electrode width of 10 mm and a thickness of 1 mm is used, and on the outer wall of a tube-shaped reaction tube 203, a plurality of first electrodes 300-1 to which an arbitrary potential is applied and second electrodes 300-2 to which a reference potential is applied are arranged with an electrode pitch (center-to-center distance) of 20 mm in the order of first electrode 300-1, first electrode 300-1, second electrode 300-2, first electrode 300-1, first electrode 300-1, ... as shown in Figure 3 (c), to generate plasma in CCP mode.
  • the electrode 300 is arranged so that two first electrodes 300-1 are arranged in succession, and one second electrode 300-2 is sandwiched between the two sets of first electrodes 300-1 arranged in succession.
  • the length of one of the inverted U-shaped first electrodes (hot electrodes) 300-1 and the length of the second electrodes 300-2 are, for example, 1 m.
  • the length of the other electrode of the inverted U-shaped first electrode (hot electrode) 300-1 is, for example, shorter than 1 m.
  • the uneven voltage distribution of the standing wave consisting of the superposition of the forward wave and the reflected wave in the vertical direction of the electrode 300 will affect the uneven density distribution of the plasma 302. Therefore, unevenness will appear between the wafers 200 in the film thickness and film quality that are correlated with the density distribution of the plasma 302. For example, when the length of the electrode 300 in the wafer placement area exceeds a certain value (about 1/10 of the wavelength), the effect of the standing wave becomes significant, and the plasma density at the top of the electrode 300 may become higher than the plasma density at the bottom of the electrode 300, resulting in uneven vertical plasma distribution.
  • One approach to solving this problem is to change the phase difference between the forward wave and the reflected wave, by adjusting the length of the tip of the electrode 300, which changes the reflection coefficient, and thereby shift the voltage distribution of the standing wave in the wafer area downward.
  • this method it is possible to improve the bias in the voltage distribution, ensure a uniform density distribution of the plasma 302, and improve the uniformity of the film thickness and film quality between the wafers 200.
  • the shape of the first electrode (hot electrode) 300-1 is adjusted (length or area) to make the vertical plasma distribution in the wafer 200 placement area uniform.
  • the features of the electrode 300 are summarized as follows. (1) As explained above, the first electrode (hot electrode) 300-1 has a bend at the top. This results in a high voltage from the tip and a strong electric field. The length of the bend tip is adjusted so that it is located in a place where the electric field is weak. (2) A plurality of first electrodes (hot electrodes) 300-1 configured to be bent at the top and a plurality of second electrodes (ground electrodes) 300-2 are provided.
  • the second electrodes (ground electrodes) 300-2 are arranged between the first electrodes (hot electrodes) 300-1.
  • the first electrodes (hot electrodes) 300-1 and the second electrodes (ground electrodes) 300-2 are arranged alternately.
  • the number of the first electrodes (hot electrodes) 300-1 and the number of the second electrodes (ground electrodes) 300-2 are 1:1 (the same number).
  • the area of the first electrodes (hot electrodes) 300-1 is, for example, 1.5 times or more the area of the second electrodes (ground electrodes) 300-2.
  • the first electrodes (hot electrodes) 300-1 have two or more types (different lengths or different areas).
  • the pressure inside the furnace during substrate processing is preferably controlled in the range of 2 Pa or more and 300 Pa or less. This is because if the pressure inside the furnace is lower than 2 Pa, the mean free path of the gas molecules becomes longer than the Debye length of the plasma, and the plasma directly striking the furnace wall becomes prominent, making it difficult to suppress the generation of particles. Also, if the pressure inside the furnace is higher than 300 Pa, the plasma generation efficiency becomes saturated, so even if reactive gas is supplied, the amount of plasma generated does not change, resulting in wasteful consumption of reactive gas, and at the same time, the mean free path of the gas molecules becomes shorter, which reduces the efficiency of transport of plasma active species to the wafer.
  • Electrode fixing jig the electrode fixture 301 as an electrode fixing jig for fixing the electrode 300 will be described with reference to Figs. 3 to 4.
  • the electrodes 300 are hooked at their notches 305 to protrusions 310 provided on the inner wall surface of the electrode fixture 301, which is a curved electrode fixing jig, and slid to be fixed, and are united with the electrode fixture 301 to form a unit (hook-type electrode unit) and are installed on the outer periphery of the reaction tube 203.
  • the electrode 300 and the electrode fixture 301 which is an electrode fixing jig, are collectively referred to as an electrode fixing unit. Quartz and a nickel alloy are adopted as materials for the electrode fixture 301 and the electrode 300, respectively.
  • the electrode fixture 301 is preferably configured to have a thickness in the range of 1 mm to 5 mm so as to have sufficient strength and not significantly reduce the efficiency of wafer heating by the heater 207. If the electrode fixture 301 is less than 1 mm thick, it will not be able to obtain the required strength against its own weight and temperature changes, and if it is configured to be thicker than 5 mm, it will absorb the thermal energy radiated from the heater 207, making it impossible to properly perform heat treatment on the wafer 200.
  • the electrode fixing jig 301 also has a plurality of protrusions 310 on the inner wall surface on the reaction tube side, which serve as rivet-shaped fixing parts for fixing the electrode 300.
  • the protrusions 310 are composed of a protrusion head 311 and a protrusion shaft 312.
  • the maximum width of the protrusion head 311 is smaller than the diameter of the circular notch 303 of the notch 305 of the electrode 300, and the maximum width of the protrusion shaft 312 is smaller than the width of the slide notch 304.
  • the notch 305 of the electrode 300 has a keyhole-like shape, and the slide notch 304 can guide the protrusion shaft 312 when sliding, and the protrusion head 311 is structured not to come off the slide notch 304.
  • the electrode fixing jig has a fixing part equipped with the protrusion head 311, which is a tip part that prevents the electrode 300 from coming off the protrusion shaft 312, which is a columnar part to which the electrode 300 is engaged.
  • the shapes of the notch 305 and the protruding head 311 are not limited to those shown in Figures 3 and 4, as long as the electrode 300 can be engaged with the electrode fixing device 301.
  • the protruding head 311 may have a convex shape like a hammer or a thorn.
  • the electrode fixture 301 or the electrode 300 may have a spacer or an elastic body such as a spring between the two, or these may have a structure in which they are integrated with the electrode fixture 301 or the electrode 300.
  • the spacer 330 shown in FIG. 4(b) has a structure in which it is integrated with the electrode fixture 301. It is more effective to have multiple spacers 330 for one electrode in order to keep the distance between the two constant.
  • the electrode fixture 301 which is an electrode fixing jig, is positioned on the outer periphery of the reaction tube 203 except for the positions where the nozzles 249a, 249b, which are gas supply parts provided in the reaction tube 203, and the exhaust pipe 231, which is a gas exhaust part, are installed.
  • two electrode fixtures 301 with a central angle of 110° are installed symmetrically on the left and right.
  • Spacer 4(a) and (b) show a spacer 330 for fixing the electrode 300 at a fixed distance from the surface of the electrode fixture 301, which is an electrode fixing jig, or the outer wall of the reaction tube 203.
  • the spacer 330 is made of a cylindrical quartz material and integrated with the electrode fixture 301, and the electrode 300 is fixed to the electrode fixture 301 by abutting against the electrode 300.
  • the spacer 330 may be in any form and integrated with either the electrode 300 or the electrode fixture 301.
  • the spacer 330 may be made of a semi-cylindrical quartz material and integrated with the electrode fixture to fix the electrode 300, or the spacer 330 may be made of a metal plate such as SUS and integrated with the electrode to fix the electrode 300. Since the electrode fixing jig and spacer are provided on the quartz cover, the electrode 300 can be easily positioned, and when the electrode 300 deteriorates, only the electrode 300 can be replaced, resulting in cost reduction. Furthermore, the spacer 330 generates a pressing force toward the protruding head 311 as the tip portion described above through the contact surface with the electrode 300, thereby preventing the electrode 300 from coming off the electrode fixing tool 301.
  • the spacer 330 may be included in the electrode fixing unit described above.
  • the reaction tube 203 is provided with an exhaust pipe 231 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 201.
  • a vacuum pump 246 as a vacuum exhaust device is connected to the exhaust pipe 231 via 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 adjustment unit).
  • the APC valve 244 is a valve that is configured to be able to perform evacuation and stop evacuation in the processing chamber 201 by opening and closing the valve while the vacuum pump 246 is in operation, and further, to adjust the pressure in the processing chamber 201 by adjusting the valve opening based on pressure information detected by the pressure sensor 245 while the vacuum pump 246 is in operation.
  • An exhaust system is mainly configured by the exhaust pipe 231, the APC valve 244, and the pressure sensor 245.
  • the vacuum pump 246 may be included in the exhaust system.
  • the exhaust pipe 231 is not limited to being provided in the reaction tube 203, but may be provided in the manifold 209 in the same manner as the nozzles 249a and 249b.
  • a seal cap 219 is provided below the manifold 209 as a furnace port cover capable of air-tightly closing the lower end opening of the manifold 209.
  • the seal cap 219 is configured to abut against 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 is provided on the upper surface of the seal cap 219 as a seal member that abuts against the lower end of the manifold 209.
  • 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 is connected to the boat 217 through the seal cap 219.
  • the rotation mechanism 267 is configured to rotate the wafers 200 by rotating the boat 217.
  • the seal cap 219 is configured to be raised and lowered vertically by a boat elevator 115 as a lifting mechanism installed vertically outside the reaction tube 203.
  • the boat elevator 115 is configured to be able to transport the boat 217 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 (transport mechanism) that transports the boat 217, i.e., the wafers 200, into and out of the processing chamber 201.
  • a shutter 219s is provided as a furnace port cover that can airtightly close the lower end opening of the manifold 209 while the seal cap 219 is being 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 is provided on the upper surface of the shutter 219s as a sealing member that abuts against the lower end of the manifold 209.
  • the opening and closing operation of the shutter 219s (lifting and lowering operation, rotation operation, etc.) is controlled by a shutter opening and closing mechanism 115s.
  • a temperature sensor 263 is installed inside the reaction tube 203 as a temperature detector.
  • the temperature distribution inside the processing chamber 201 is achieved as desired by adjusting the power supply to the heater 207 based on the temperature information detected by the temperature sensor 263.
  • the temperature sensor 263 is installed along the inner wall of the reaction tube 203, similar to the nozzles 249a and 249b.
  • Fig. 5 is a schematic diagram of the controller in the substrate processing apparatus shown in Fig. 1, and is a block diagram showing an example of a control system of the controller.
  • 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 to be able to exchange data with the CPU 121a via an 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, a HDD (Hard Disk Drive), etc.
  • a control program for controlling the operation of the substrate processing device, a process recipe describing the procedures and conditions of the film formation process described later, etc. are readably stored in the storage device 121c.
  • the process recipe is a combination of procedures in various processes (film formation processes) described later that are executed by the controller 121 to obtain a predetermined result, and functions as a program.
  • the process recipe and the control program are collectively referred to simply as a program.
  • the process recipe is also simply referred to as a recipe.
  • the word program is used in this specification, it may include only the recipe alone, only the control program alone, or both.
  • the RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which the programs and data read by the CPU 121a are temporarily stored.
  • the I/O port 121d is connected to 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, high frequency power supply 320, etc.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c, and to read a recipe from the storage device 121c in response to input of an operation command from the input/output device 122, etc.
  • the CPU 121a is configured to control the rotation mechanism 267, the flow rate adjustment of various gases by the MFCs 241a to 241d, the opening and closing of the valves 243a to 243d, the opening and closing of the APC valve 244 and the pressure adjustment by the APC valve 244 based on the pressure sensor 245, the start and stop of the vacuum pump 246, the temperature adjustment of the heater 207 based on the temperature sensor 263, the forward and reverse rotation of the boat 217 by the rotation mechanism 267, the adjustment of the rotation angle and rotation speed, the raising and lowering of the boat 217 by the boat elevator 115, the opening and closing of the shutter 219s by the shutter opening and closing mechanism 115s, the power supply of the high frequency power source 320, etc.
  • the controller 121 can be configured by installing 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 an MO, or a semiconductor memory such as a USB memory) 123 into a computer.
  • the storage device 121c and the external storage device 123 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these will be collectively referred to as recording media.
  • recording media When the term recording media is used in this specification, it may include only the storage device 121c alone, only the external storage device 123 alone, or both.
  • the program may be provided to the computer using a communication means such as the Internet or a dedicated line, without using the external storage device 123.
  • Fig. 6 is a flow chart showing an example of a substrate processing process using the substrate processing apparatus shown in Fig. 1. In the following description, the operation of each part constituting the substrate processing apparatus is controlled by a controller 121.
  • the inside of the processing chamber 201 is evacuated (reduced pressure exhaust) by the vacuum pump 246 so that the inside of the processing chamber 201 reaches a desired pressure (vacuum level).
  • the pressure inside the processing chamber 201 is measured by a pressure sensor 245, and the APC valve 244 is feedback-controlled (pressure adjustment) based on the measured pressure information.
  • the vacuum pump 246 is kept in a constantly operating state at least until the film formation step described later is completed.
  • the inside of the processing chamber 201 is heated by the heater 207 so that the inside of the processing chamber 201 is at the desired temperature.
  • the power supply to 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 the desired temperature distribution (temperature adjustment).
  • the heating of the inside of the processing chamber 201 by the heater 207 continues at least until the film formation step described below is completed. However, if the film formation step is performed under temperature conditions below room temperature, the heating of the inside of the processing chamber 201 by the heater 207 does not have to be performed. Note that if only processing is performed under such temperatures, the heater 207 is not necessary and 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 to rotate the boat 217 and the wafers 200.
  • the rotation mechanism 267 continues to rotate the boat 217 and the wafers 200 at least until the film formation step described below is completed.
  • step S 3 a source gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201 .
  • Valve 243a is opened to allow the raw material gas to flow into the gas supply pipe 232a.
  • the raw material gas has its flow rate adjusted by MFC 241a, is supplied from gas supply hole 250a via nozzle 249a into the processing chamber 201, and is exhausted from exhaust pipe 231.
  • the raw material gas is supplied to the wafer 200.
  • valve 243c may be opened to allow an inert gas to flow into the gas supply pipe 232c.
  • the inert gas has its flow rate adjusted by MFC 241c, is supplied into the processing chamber 201 together with the raw material gas, and is exhausted from exhaust pipe 231.
  • valve 243d may be opened to allow an inert gas to flow into the gas supply pipe 232d.
  • the inert gas is supplied into the processing chamber 201 via the gas supply pipe 232d and the nozzle 249b, and is exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the processing conditions in this step are as follows: Treatment temperature: room temperature (25°C) to 550°C, preferably 400 to 500°C Treatment pressure: 1 to 4000 Pa, preferably 100 to 1000 Pa Raw material gas supply flow rate: 0.1 to 3 slm Raw material gas supply time: 1 to 100 seconds, preferably 1 to 50 seconds Inert gas supply flow rate (per gas supply pipe): 0 to 10 slm Examples are given below.
  • the process temperature means the temperature of the wafer 200 or the temperature inside the process chamber 201
  • the process pressure means the pressure inside the process chamber 201.
  • a gas supply flow rate of 0 slm means that the gas is not supplied.
  • a first layer is formed on the wafer 200 (the surface undercoat film).
  • a silicon (Si)-containing gas which will be described later, is used as the raw material gas
  • a Si-containing layer is formed as the first layer.
  • valve 243a is closed to stop the supply of source gas into the processing chamber 201.
  • the APC valve 244 is left open, and the processing chamber 201 is evacuated by the vacuum pump 246 to remove any unreacted source gas or reaction by-products remaining in the processing chamber 201 after contributing to the formation of the first layer (S4).
  • Valves 243c and 243d are also opened to supply an inert gas into the processing chamber 201.
  • the inert gas acts as a purge gas.
  • aminosilane-based gases such as tetrakis(dimethylamino)silane (Si[N( CH3 ) 2 ] 4 ) gas, tris(dimethylamino)silane (Si[N( CH3 ) 2 ] 3H ) gas, bis(dimethylamino)silane (Si[N( CH3 ) 2 ] 2H2 ) gas, bisdi( ethylamino)silane (Si[N(C2H5 ) 2 ] 2H2 ) gas, bis( tertiarybutyl )aminosilane ( SiH2 [NH ( C4H9 )] 2 ) gas, and ( diisopropylamino )silane ( SiH3 [N( C3H7 ) 2 ]) gas can be used.
  • aminosilane-based gases such as tetrakis(dimethylamino)silane (Si[N( CH3
  • chlorosilane-based gases such as monochlorosilane (SiH 3 Cl) gas, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas, trichlorosilane (SiHCl 3 ) gas, tetrachlorosilane (SiCl 4 ) gas, hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ) gas, and octachlorotrisilane (Si 3 Cl 8 ) gas, fluorosilane-based gases such as tetrafluorosilane (SiF 4 ) gas and difluorosilane (SiH 2 F 2 ) gas, bromosilane-based gases such as tetrabromosilane (SiBr 4 ) gas and dibromosilane (SiH 2 Br 2 ) gas, and iodosilane-based gases such as tetraiodosilane (SiI 4 ) gas and
  • the source gas may be, for example, a silicon hydride gas such as monosilane (SiH 4 ) gas, disilane (Si 2 H 6 ) gas, or trisilane (Si 3 H 8 ) gas, etc. One or more of these may be used as the source gas.
  • a silicon hydride gas such as monosilane (SiH 4 ) gas, disilane (Si 2 H 6 ) gas, or trisilane (Si 3 H 8 ) gas, etc.
  • SiH 4 monosilane
  • Si 2 H 6 disilane
  • Si 3 H 8 trisilane
  • the inert gas for example, nitrogen ( N2 ) gas or a rare gas such as argon (Ar) gas, helium (He) gas, neon (Ne) gas, xenon (Xe) gas, etc. This also applies to each step described later.
  • reaction gas supply steps S5, S6
  • a plasma-excited reactive gas is supplied to the wafer 200 in the processing chamber 201 (S5).
  • the valves 243b to 243d are controlled to open and close in the same manner as the valves 243a, 243c, and 243d in step S3.
  • the reactive gas is adjusted in flow rate by the MFC 241b and is supplied from the gas supply hole 250b to the processing chamber 201 via the nozzle 249b.
  • high-frequency power RF power, in this embodiment, a frequency of 27.12 MHz
  • the reactive gas supplied to the processing chamber 201 is excited to a plasma state inside the processing chamber 201, supplied to the wafer 200 as activated species, and exhausted from the exhaust pipe 231.
  • the processing conditions in this step are as follows: Treatment temperature: room temperature (25°C) to 550°C, preferably 400 to 500°C Treatment pressure: 1 to 300 Pa, preferably 10 to 100 Pa Reactive gas supply flow rate: 0.1 to 10 slm Reactive gas supply time: 1 to 100 seconds, preferably 1 to 50 seconds Inert gas supply flow rate (per gas supply pipe): 0 to 10 slm RF power: 50-1000W RF frequency: 27.12MHz Examples are given below.
  • a modification process is performed on the first layer formed on the surface of the wafer 200 by the action of ions generated in the plasma and electrically neutral active species, and the first layer is modified into a second layer.
  • the O-containing gas When an oxidizing gas (oxidizing agent) such as an oxygen (O)-containing gas is used as the reactive gas, the O-containing gas is excited into a plasma state to generate O-containing active species, which are then supplied to the wafer 200.
  • the action of the O-containing active species causes an oxidation process to be performed as a modification process on the first layer formed on the surface of the wafer 200.
  • the first layer is, for example, a Si-containing layer
  • the Si-containing layer as the first layer is modified into a silicon oxide layer (SiO layer) as the second layer.
  • nitriding agent such as a gas containing nitrogen (N) and hydrogen (H)
  • the N- and H-containing gas is excited into a plasma state to generate N- and H-containing active species, which are then supplied to the wafer 200.
  • the action of the N- and H-containing active species performs a nitriding process as a modification process on the first layer formed on the surface of the wafer 200.
  • the first layer is, for example, a Si-containing layer
  • the Si-containing layer as the first layer is modified into a silicon nitride layer (SiN layer) as the second layer.
  • valve 243b is closed to stop the supply of reactive gas. Also, the supply of RF power to electrode 300 is stopped. Then, the reactive gas and reaction by-products remaining in the processing chamber 201 are removed from the processing chamber 201 using the same processing procedure and processing conditions as in step S4 (S6).
  • an O-containing gas or an N- and H-containing gas can be used.
  • the O-containing gas for example, oxygen (O 2 ) gas, nitrous oxide (N 2 O) gas, nitric oxide (NO) gas, nitrogen dioxide (NO 2 ) gas, 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.
  • oxygen (O 2 ) gas for example, oxygen (O 2 ) gas, nitrous oxide (N 2 O) gas, nitric oxide (NO) gas, nitrogen dioxide (NO 2 ) gas, 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.
  • N- and H-containing gas ammonia (NH 3 ) gas, diazene (N 2 H 2 ) gas, hydrazine (N 2 H 4 ) gas, N 3 H 8 gas, or other hydrogen nitride gas can be used.
  • NH 3 ammonia
  • N 2 H 2 diazene
  • N 2 H 4 hydrazine
  • N 3 H 8 gas or other hydrogen nitride gas
  • the reactive gas one or more of these can be used.
  • the various gases exemplified in step S4 can be used.
  • the thickness of the first layer formed per cycle is smaller than the desired thickness, and to repeat the above-mentioned cycle a plurality of times until the thickness of the film formed by stacking the second layer reaches the desired thickness.
  • a Si-containing layer for example, is formed as the first layer
  • a SiO layer for example, is formed as the second layer
  • a silicon oxide film SiO film
  • a Si-containing layer for example, is formed as the first layer
  • a SiN layer for example, is formed as the second layer
  • a silicon nitride film SiN film
  • the pressure inside the furnace during substrate processing is preferably controlled in the range of 2 Pa or more and 300 Pa or less. This is because if the pressure inside the furnace is lower than 2 Pa, the mean free path of the gas molecules becomes longer than the Debye length of the plasma, and the plasma directly striking the furnace wall becomes prominent, making it difficult to suppress the generation of particles. Also, if the pressure inside the furnace is higher than 300 Pa, the plasma generation efficiency becomes saturated, so even if reactive gas is supplied, the amount of plasma generated does not change, resulting in wasteful consumption of reactive gas, and at the same time, the mean free path of the gas molecules becomes shorter, which reduces the efficiency of transporting plasma active species to the wafer.
  • the raw material was supplied and then the reactant was supplied.
  • the present disclosure is not limited to such an embodiment, and the order in which the raw material and reactant are supplied may be reversed. In other words, 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 film that is formed.
  • the present disclosure is applicable not only to the case of forming a SiO film or SiN film on the wafer 200, but also to the case of forming a Si-based oxide film such as a silicon oxycarbide film (SiOC film), a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film), or a silicon oxynitride film (SiON film) on the wafer 200.
  • Si-based oxide film such as a silicon oxycarbide film (SiOC film), a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film), or a silicon oxynitride film (SiON film) on the wafer 200.
  • 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 boron trichloride (BCl 3 ) gas, etc.
  • N nitrogen
  • C carbon
  • B boron trichloride
  • SiN film a SiN film, a SiON film, a SiOCN film, a SiOC film, a SiCN film, a SiBN film, a SiBCN film, a BCN film, etc.
  • the order in which each gas is flowed can be changed as appropriate.
  • the film can be formed under the same processing conditions as in the above-mentioned embodiment, and the same effects as in the above-mentioned embodiment can be obtained.
  • the above-mentioned reactive gas can be used as the oxidizing agent as the reactive gas.
  • the present disclosure can also be suitably applied to the formation of a metal oxide film or metal nitride film containing metal elements such as titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), tantalum (Ta), niobium (Nb), aluminum (Al), molybdenum (Mo), and tungsten (W) on the wafer 200.
  • metal elements such as titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), tantalum (Ta), niobium (Nb), aluminum (Al), molybdenum (Mo), and tungsten (W) on the wafer 200.
  • the present disclosure can be suitably applied when forming semi-metallic films containing semi-metallic elements or metallic films containing metallic elements.
  • the process procedures and process conditions for these film formation processes can be the same as the process procedures and process conditions for the film formation processes shown in the above-mentioned embodiments and modified examples. In these cases, the same effects as those of the above-mentioned embodiments can be obtained.
  • the recipes used for the film formation process are preferably prepared individually according to the process content and stored in the storage device 121c via an electric communication line or the external storage device 123. Then, when starting various processes, it is preferable for the CPU 121a to appropriately select an appropriate recipe from the multiple recipes stored in the storage device 121c according to the process content. This makes it possible to versatilely and reproducibly form thin films of various film types, composition ratios, film qualities, and thicknesses using a single substrate processing device. It also reduces the burden on the operator and makes it possible to quickly start various processes while avoiding operating errors.
  • the above-mentioned recipes do not necessarily have to be created anew, but may be prepared, for example, by modifying an existing recipe that has already been installed in the substrate processing apparatus.
  • the modified recipe may be installed in the substrate processing apparatus via an electric communication line or a recording medium on which the recipe is recorded.
  • an existing recipe that has already been installed in the substrate processing apparatus may be directly modified by operating the input/output device 122 provided in the existing substrate processing apparatus.
  • an example of forming a film using a batch-type substrate processing apparatus that processes multiple substrates at a time has been described.
  • the present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be suitably applied, for example, to a case where a film is formed using a single-wafer substrate processing apparatus that processes one or several substrates at a time.
  • an example of forming a film using a substrate processing apparatus having a hot-wall type processing furnace has been described.
  • the present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be suitably applied to a case where a film is formed using a substrate processing apparatus having a cold-wall type processing furnace.
  • 200 wafer
  • 201 processing chamber
  • 300 electrode
  • 300-1 first electrode (hot electrode)
  • 300-2 second electrode (ground electrode)

Abstract

基板を処理する処理室と、処理室の外側に設けられる、高周波電源に接続され、上部で折り返すように構成される複数の第１電極と、基準電位が与えられる第２電極と、を備える技術が提供される。

Description

基板処理装置、電極ユニット、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、電極ユニット、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（デバイス）の製造工程の一工程として、基板処理装置の処理室内に基板を搬入し、処理室内に原料ガスと反応ガスとを供給して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低温化が求められることがある。
特開２００７－３２４４７７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に行われているが、膜を均一処理することが困難となってしまう場合がある。
　本開示は、より均一な基板処理を可能とする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、処理室の外側に設けられる、高周波電源に接続され、上部で折り返すように構成される複数の第１電極と、基準電位が与えられる第２電極と、を備える技術が提供される。
　本開示によれば、より均一な基板処理を可能と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。 （ａ）は、本開示の実施形態の電極を石英カバーに設置した際の斜視図であり、（ｂ）は、本開示の実施形態のヒータ、石英カバー、電極、電極を固定する突起部、反応管の位置関係を示すための上面模式図であり、（ｃ）は、（ａ）のＡ－Ａ断面におけるヒータ、石英カバー、電極、電極を固定する突起部、反応管の位置関係を示すための模式図であり、（ｄ）は本開示の実施形態の第１の電極を平板形状で一体形成した構成例を説明する模式図であり、（ｅ）は本開示の実施形態の第１の電極を２本の平板部材（垂直部材）を上部部材（接続部材）で接続する分割形状で形成した構成例を説明する模式図である。 （ａ）は、本開示の実施形態の電極の正面図であり、（ｂ）は、電極を石英カバーに固定する点を説明する図である。 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。
　以下、本開示の一態様について、主に図１から図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
　（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は基板（ウエハ）２００を加熱する加熱装置（加熱機構、加熱部）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。また、ヒータ２０７は、後述する電極固定治具としての電極固定具３０１の外側に設けられている。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、後述する電極固定治具としての電極固定具３０１が配設され、更に電極固定具３０１の内側には、後述するプラズマ生成部の電極３００が配設されている。更に、電極３００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）や窒化シリコン（ＳｉＮ）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。反応管２０３は、ウエハ２００を処理する処理室２０１を形成している。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、第１、第２供給部としてのノズル２４９ａ，２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ、２４９ｂを、それぞれ第１、第２ノズルとも称する。ノズル２４９ａ、２４９ｂは、例えば石英またはＳｉｃ等の耐熱性材料により構成されている。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、ガス流の上流側から順に、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。
　図１、図２に示すように、ノズル２４９ａ，２４９ｂは、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、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それぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９ａ，２４９ｂ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）と垂直にそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａ，２５０ｂがそれぞれ設けられている。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，２５０ｂは、それぞれ、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（周縁部）と、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を経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９ａ，２４９ｂにそれぞれ開口されたガス供給孔２５０ａ，２５０ｂ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、原料（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。
　ガス供給管２３２ｂからは、反応体（反応ガス）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。
　ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスが、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（反応ガス供給系）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、複数の基板を積載して保持する基板支持具（基板保持具）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して保持するように、すなわち、ウエハ２００を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。
　反応管２０３の外部、すなわち、処理容器（処理室２０１）の外部には、プラズマ生成用の電極３００が設けられている。電極３００に電力を印加することにより、反応管２０３の内部、すなわち、処理容器（処理室２０１）の内部でガスをプラズマ化させて励起させること、すなわち、ガスをプラズマ状態に励起させることが可能となっている。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反応管２０３の内部で生成する。
　具体的には、図２に示すように、ヒータ２０７と反応管２０３との間に、電極３００と、電極３００を固定する電極固定具３０１と、が配設されている。ヒータ２０７の内側に、電極固定具３０１が配設され、電極固定具３０１の内側に、電極３００が配設され、電極３００の内側に、反応管２０３が配設されている。
　また、図１、図２に示すように、電極３００および電極固定具３０１は、ヒータ２０７の内壁と、反応管２０３の外壁との間における平面視において円環状の空間に、反応管２０３の外壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向に延びるようにそれぞれ設けられている。電極３００は、ノズル２４９ａ、２４９ｂと平行に設けられている。電極３００および電極固定具３０１は、平面視において、反応管２０３およびヒータ２０７と同心円状に、また、ヒータ２０７とは非接触となるように、配列、配置されている。電極固定具３０１は、絶縁性物質（絶縁体）で構成される。電極固定具３０１は、電極３００および反応管２０３の少なくとも一部をカバーするように設けられていることから、電極固定具３０１をカバー（石英カバー、絶縁壁、絶縁板）、または、断面円弧カバー（断面円弧体、断面円弧壁）と称することもできる。
　図２に示すように、電極３００は複数設けられ、これら複数の電極３００が、電極固定具３０１の内壁に、固定されて設置されている。より具体的には、図４に示すように、電極固定具３０１の内壁面には、電極３００を引っ掛けることが可能な突起部（フック部）３１０が設けられており、電極３００には、突起部３１０を挿通可能な貫通孔である開口部３０５が設けられている。電極固定具３０１の内壁面に設けられた突起部３１０に、開口部３０５を介して電極３００を引っ掛けることで、電極３００を電極固定具３０１に固定することが可能となっている。なお、図３では、１つの電極３００につき、２つまたは３つの開口部３０５が設けられ、１つの電極３００につき、２つまたは３つの突起部３１０を引っ掛けることで固定する例、すなわち、１つの電極を２箇所または３箇所で固定する例を示している。なお、図２では、９つの電極３００を、１つの電極固定具３０１に固定し、その構成（ユニット）が２組から成り、３つの電極３００－１(図２の断面では、６つの電極３００－１）、３つの電極３００－２を、１つの電極固定具３０１に固定する構成（ユニット）の例を示している。
　電極３００は、ニッケル（Ｎｉ）などの耐酸化材料で構成されている。電極３００を、ＳＵＳ、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料で構成することもできるが、Ｎｉなどの耐酸化材料で構成することにより、電気伝導率の劣化を抑制することができ、プラズマ生成効率の低下を抑制することができる。さらに、電極３００を、Ａｌが添加されたＮｉ合金材料で構成することもでき、この場合、耐熱性および耐腐食性の高い酸化被膜であるアルミニウム酸化膜（ＡｌＯ膜）を、電極３００の最表面に形成するようにすることもできる。電極３００の最表面に形成されたＡｌＯ膜は、保護膜（ブロック膜、バリア膜）として作用し、電極３００の内部の劣化の進行を抑制することができる。これにより、電極３００の電気伝導率の低下によるプラズマ生成効率の低下を、より抑制することが可能となる。電極固定具３０１は、絶縁性物質（絶縁体）、例えば、石英またはＳｉＣ等の耐熱性材料により構成されている。電極固定具３０１の材質は、反応管２０３の材質と、同様とすることが好ましい。
　図２および図３（ａ）～（ｅ）に示すように、電極３００は、ウエハ２００の配列方向に長い矩形形状、または、逆Ｕ字形状を有する薄板（平板形状）で構成されている。電極３００は、図示しない整合器を介して高周波電源３２０が接続される第１の電極（第１電極、Ｈｏｔ電極）３００－１と、基準電位０Ｖでありアースに接地されている第２の電極（第２電極、Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２が、図２および図３（ｃ）で示すように、Ａ－Ａ断面においては、等間隔に配置されている。第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１と第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２との間に、整合器を介して高周波電源３２０から高周波電力を印加することで、第１の電極３００－１と第２の電極３００－２の間の領域にプラズマが生成される。このプラズマが生成される領域をプラズマ生成領域とも称する。電極３００は、図１に示すように、処理容器に対して垂直方向（鉛直方向、基板が積載される方向）に配置される。また、電極３００は、図２から図３（ｃ）に示すようにＡ－Ａ断面において、平面視において円弧状に、また、等間隔に、すなわち、隣接する電極３００間の距離（間隙）が等しくなるように配置されている。また、電極３００は反応管２０３とヒータ２０７との間に、反応管２０３の外壁に沿うように平面視において略円弧状に配置され、例えば、中心角が３０度以上２４０度以下となる円弧状に形成された電極固定具３０１の内壁面に固定されて配置される。また、上述のように、電極３００は、ノズル２４９ａ、２４９ｂと平行に設けられている。
　図３（ａ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１は、長さの異なる２本（複数）の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の上部を電気的に接続した平板形状の電極構造と見なすことができる。第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１と第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２の長手方向は、ウエハ２００の積載方向に配置される。
　逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１は、図３（ｄ）に示すように、一体形成された平板形状Ｅにより形成することができる。また、逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１は、図３（ｅ）に示すように、長さの異なる２本の平板形状の平板部材（垂直部材）Ｂ，Ｄを平板形状の上部部材（接続部材）Ｃで接続する分割形状でもよい。つまり、逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１は、長さの異なる２本（複数）の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１（Ｂ、Ｄ）の上部が、上部部材（接続部材）Ｃを用いて接続されたＵ字形状の折り返し部を有すると見なすこともできる。分割形状とすることで、1本の短い方の平板部材の長さ（後述する逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の他方の電極の長さ）を変更することで、プラズマ電界を容易に調節することが可能となる。
　また、逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１は、ウエハ２００の積載方向に対して、上部で折り返すように構成される。高周波電源３２０が接続され、上部で折り返すように構成される逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１と、基準電位０Ｖに接地される第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２と、電極固定具３０１とは、電極ユニットと見なすことができる。電極ユニットは、図２に示すように、ノズル２４９ａ、２４９ｂおよび排気管２３１を避けた位置に配置されるようにすることが好ましい。図２では、２つの電極ユニットが、ノズル２４９ａ、２４９ｂおよび排気管２３１を避けて、ウエハ２００（反応管２０３）の中心を挟んで対抗（対面）するように配置される例を示している。なお、図２では、２つの電極ユニットが、平面視において、線対称に、すなわちシンメトリに配置される例を示している。電極ユニットをこのように配置することで、ノズル２４９ａ、２４９ｂ、温度センサ２６３および排気管２３１を、処理室２０１内におけるプラズマ生成領域外に配置することが可能となり、これらの部材へのプラズマダメージ、これらの部材の消耗、破損、これらの部材からのパーティクルの発生を抑制することが可能となる。
　図３（ａ）に示すように、第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２も、平板形状の電極構造とされている。逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の一方の電極の長さは、第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２の長さと同じとされている。逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の他方の電極の長さは、第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２の長さとより短くされている。また、逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の一方の電極の長さと他方の電極の長さの合計は、第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２の長さより長くされている。逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の長さの長い一方の電極の下部は、図示しない整合器を介して高周波電源３２０が接続される。
　また、図３（ａ）に示すように、図の右側から左側に沿って、第１目の逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１、第１目の第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２、第２目の逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１、第２目の第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２、第３目の逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１、第３目の第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２、第４目の逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１、第４目の第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２が配置される。つまり、第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２は逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の間に配置される。そして、逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１と第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２とが交互に配置される。Ａ－Ａ断面部分で見た時には、複数の第１電極３００－１と第２電極３００－２とが交互に配置されることになる。したがって、図３（ａ）に示すように、逆Ｕ字形状の第１の電極３００－１の数と第２の電極３００－２の数とは同じである。
　また、図３（ａ）に示すように、第１目～第４目の逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１において、第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の他方の電極の長さはそれぞれ異なっている。これにより、第１目～第４目の逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１のそれぞれの面積が異なるように構成されている。
　ここで、本実施形態では特に区別して説明する必要のない場合には、電極３００として記載して説明する。
　図２に示すように、電極３００（３００－１、３００－２）は反応管２０３とヒータ２０７との間に（つまり、加熱部２０７の内側で、反応管２０３の外側に）、反応管２０３の外壁に沿うように略円弧状に配置され、例えば、中心角が３０度以上２４０度以下となる円弧状に形成された後述する石英カバーの内壁面に固定されて配置される。ここで、中心角を３０度未満とすると、プラズマ生成量が少なくなってしまう。また、中心角を２４０度を超える角度とすると、ヒータ２０７からの熱エネルギーを遮断してしまいウエハ処理に悪影響を及ぼしてしまう。更に、中心角を２４０度を超える角度とすると、プラズマ生成領域を避けて、ノズル２４９ａ、２４９ｂ及び温度センサ２６３としての例えば、カスケードＴＣ（熱電対）を配置することが難しくなる。仮に、ノズル２４９ａ、２４９ｂ等をプラズマ生成領域に配置すると、ノズル２４９ａ、２４９ｂ等からパーティクル（ＰＣ）が発生しやすくなってしまう。また、カスケードＴＣも同様にプラズマ生成領域に配置すると、ＴＣ線から放電するようになり、ウエハ２００にダメージや膜の不均一性をもたらしてしまう。したがって、中心角を３０度以上２４０度以下とすることで、プラズマ生成量を確保しつつ、ヒータ２０７からの熱エネルギーの遮断を抑制しながらウエハ処理を行うことが可能となる。
　電極３００には、高周波電源３２０から図示しない整合器を介し、例えば２５ＭＨｚ以上３５ＭＨｚ以下、より具的には、周波数２７．１２ＭＨｚの高周波電力が入力されることによって反応管２０３内にプラズマ（活性種）３０２が生成される。このように生成されたプラズマによって、ウエハ２００の周囲から基板処理のためのプラズマ活性種３０２をウエハ２００の表面に供給することが可能となる。高周波電力は、電極３００の下側（下端）から給電されるように構成されている。主に、電極３００と、高周波電源３２０によってプラズマ生成部が構成される。図示しない整合器や電極固定治具としての電極固定具３０１を含んでプラズマ生成部と考えてもよい。
　また、電極３００には、図４（ａ）に示すように、後述する突起頭部３１１を通す円形切欠き部３０３と、突起軸部３１２をスライドさせるスライド切欠き部３０４とで構成される切欠き部３０５が形成されている。
　電極３００は、十分な強度を持ち、かつ、熱源によるウエハ加熱の効率を著しく下げないように、例えば、厚さは０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下、幅は５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下となる範囲で構成されることが好ましい。例えば、図２や図３（ｃ）に示す部分おいて、電極３００（第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極３００－２や逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の長さの異なる２本の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１のそれぞれ）は、厚さは０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下、幅は５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下となる範囲で構成することができる。また、ヒータ２０７の加熱による変形防止のための変形抑制部としての曲げ構造を有することが好ましい。この場合の電極３００は、石英反応管２０３とヒータ２０７の間に配置されるため、そのスペースの制約上、曲げ角は９０°～１７５°が適切である。電極表面は熱酸化による被膜が形成されており、熱応力によりそれが剥れてパーティクルが発生することがあるので、曲げ過ぎに注意する必要がある。
　縦型基板処理装置において、高周波電源３２０の周波数を、例えば、２７．１２ＭＨｚにて実施し、例えば、電極幅が１０ｍｍ、厚さが１ｍｍである電極３００を採用し、チューブ形状の反応管２０３の外壁に、電極ピッチ（中心間距離）を２０ｍｍで複数本の任意の電位が印加される第１の電極３００－１と基準電位が与えられる第２の電極３００－２を図３（ｃ）に示すように、第１の電極３００－１、第１の電極３００－１、第２の電極３００－２、第１の電極３００－１、第１の電極３００－１、・・・の順に配置して、ＣＣＰモードのプラズマを生成する。すなわち、電極３００は、第１の電極３００－１を２つ連続して配置し、この連続して配置された２組の第１の電極３００－１との間に、１つの第２の電極３００－２を挟み込むように配置している。逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の一方の電極の長さおよび第２の電極３００－２の長さは、例えば、共に、１ｍとする。逆Ｕ字形状の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の他方の電極の長さは、例えば、１ｍより短くされている。
　ウエハ２００のボート２１７への装填範囲を、高周波電源３２０の出力波長に対して８％以上で構成すると、電極３００の縦方向において、進行波と反射波の重ね合わせから成る定在波（ｃｏｓｉｎｅカーブ）が有する偏った電圧分布が影響して、プラズマ３０２の密度分布にも偏りが表れる。そのため、プラズマ３０２の密度分布と相関性を有する膜厚や膜質において、ウエハ２００間で不均一性が表れる。例えば、ウエハ載置領域における電極３００の長さが、ある値（波長の１／１０程度）を超えると、定在波の影響が顕著になり、電極３００の上部のプラズマ密度が、電極３００の下部のプラズマ密度より高くなるといった縦方向のプラズマ分布に偏りが生じる場合がある。
　このような問題解決のアプローチとして、電極３００の先端部の長さ調整で反射係数が変化することから、進行波と反射波の位相差を変化させてウエハ領域における定在波の電圧分布を下方向へシフトさせる方法がある。この方法を用いることで、電圧分布の偏りを改善させて、良好な均一性を有するプラズマ３０２の密度分布を確保し、ウエハ２００間の膜厚や膜質の均一性を改善させることが可能となる。
　本実施形態では、プラズマ分布の偏りを解消するために、第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の形状を調整(長さあるいは面積)して、ウエハ２００の載置領域における縦方向のプラズマ分布を均一にする。電極３００の特徴をまとめると以下である。（１）第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１は、先に説明したように、上部で折返しを有する。これにより、先端からの電圧が高く、電界が強くなる。折り返しの先端箇所は、電界の弱いところに位置するように長さを調整する。（２）上部で折り返すように構成される複数の第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１と、複数の第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２とが設けられる。（３）第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２は、第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の間に配置される。（４）第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１と第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２とが交互に配置される。（５）第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の本数と第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２の本数とは、１：１（同数）とされる。（６）第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１の面積は、第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００－２の面積の、例えば、１．５倍以上とされる。（７）第１の電極（Ｈｏｔ電極）３００－１は、２種類以上(長さが異なる、あるいは、面積が異なる)を有する。
　ここで、基板処理時の炉内圧力は、２Ｐａ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２Ｐａ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。
　（電極固定治具）
　次に電極３００を固定する電極固定治具としての電極固定具３０１について、図３から図４を用いて説明する。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）、図４（ａ），（ｂ）で示すように、複数本設けられた電極３００は、その切欠き部３０５を湾曲形状の電極固定治具である電極固定具３０１の内壁面に設けられた突起部３１０に引掛け、スライドさせて固定し、この電極固定具３０１と一体となるようユニット化(フック式電極ユニット)して反応管２０３の外周に設置されている。ここで、電極３００と電極固定治具である電極固定具３０１とを含めて電極固定ユニットという。なお、電極固定具３０１と電極３００の材料として、それぞれ、石英とニッケル合金を採用している。
　電極固定具３０１は、十分な強度を持ち、かつ、ヒータ２０７によるウエハ加熱の効率を著しく下げないよう、厚さは１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲となるように構成されることが好ましい。電極固定具３０１の厚みが１ｍｍ未満となってしまうと、電極固定具３０１の自重や温度変化などに対する所定の強度を得ることができなくなってしまい、５ｍｍよりも大きく構成するとヒータ２０７から放射される熱エネルギーを吸収してしまうため、ウエハ２００への熱処理を適切に行うことができなくなってしまう。
　また、電極固定治具３０１は反応管側である内壁面に、電極３００を固定するための鋲形状の固定部としての突起部３１０を複数有している。この突起部３１０は、突起頭部３１１と突起軸部３１２から構成されている。突起頭部３１１の最大幅は、電極３００の切欠き部３０５の円形切欠き部３０３の径より小さく、突起軸部３１２の最大幅は、スライド切欠き部３０４の幅よりも小さくなっている。電極３００の切欠き部３０５は鍵穴のような形状をし、このスライド切欠き部３０４は上記の突起軸部３１２をスライド時に誘導でき、かつ、この突起頭部３１１はこのスライド切欠き部３０４で抜けない構造となっている。つまり、電極固定治具は、電極３００が係止される柱状部である突起軸部３１２から抜けてしまうことを抑制する先端部である突起頭部３１１を備えた固定部を有しているといえる。なお、前述した切欠き部３０５と突起頭部３１１の形状は、電極３００が電極固定具３０１に係止できれば、図３、４に示した形状に限定されないことは明らかである。例えば、突起頭部３１１は、ハンマーやトゲのような凸形状を有してもよい。
　電極固定具３０１もしくは反応管２０３と電極３００の距離を一定に離すために、両者の間にスペーサやバネ等の弾性体を電極固定具３０１または電極３００に有してもよく、また、これらは電極固定具３０１または電極３００と一体となった構造を有してもよい。本実施例においては、図４（ｂ）で示すようなスペーサ３３０が電極固定具３０１と一体となった構造を有している。このスペーサ３３０は、一本の電極に対して複数個を有した方が、両者間の距離を一定にして固定する上では効果的である。
　基板温度５００℃以下で高い基板処理能力を得るためには、電極固定具３０１の占有率を中心角３０°以上２４０°以下の略円弧形状とし、また、パーティクルの発生を避けるために排気口である排気管２３１やノズル２４９ａ、２４９ｂなどを避けた配置が望ましい。つまり、電極固定治具である電極固定具３０１は、反応管２０３内に設けられたガス供給部であるノズル２４９ａ、２４９ｂとガス排気部である排気管２３１が設置された位置以外の反応管２０３の外周に配置される。本実施例においては中心角１１０°の電極固定具３０１を２台で左右対称に設置している。
　（スペーサ）
　次に電極固定治具である電極固定具３０１の表面や反応管２０３の外壁に対して、電極３００を一定の距離を離して固定するためのスペーサ３３０を図４（ａ）、(ｂ）示す。例えば、スペーサ３３０は、円柱形状の石英材料で電極固定具３０１と一体化され、電極３００と当接することで、電極３００は電極固定具３０１に固定されている。電極固定具３０１や反応管２０３に対して、電極３００を一定の距離で固定できるであれば、スペーサ３３０はどのような形態であっても、電極３００と電極固定具３０１のどちらかと一体化されてもよい。例えば、スペーサ３３０は半円柱形状の石英材料で電極固定具と一体化して、電極３００を固定してもよいし、また、スペーサ３３０はＳＵＳなどの金属製板材として電極と一体化して、電極３００を固定してもよい。石英カバーに電極固定治具とスペーサが設けられるため、電極３００の位置決めが容易となり、また、電極３００が劣化した場合に電極３００のみを交換することができるため、コスト低減となる。また、スペーサ３３０は、電極３００との当接面を介して前述した先端部としての突起頭部３１１方向への押付け力を生成しているので、電極３００が電極固定具３０１から外れてしまうことを抑制している。ここで、スペーサ３３０は上述した電極固定ユニットに含めてもよい。
　（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５を用いて説明する。図５は、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５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３２０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３２０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の製造方法について、図６を用いて説明する。図６は、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。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６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。
　（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(圧力調整)。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内が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される（温度調整）。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に対して原料ガスを供給する。
　バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へ原料ガスを流す。原料ガスは、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に対して原料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内へ不活性ガスを流すようにしてもよい。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、原料ガスと一緒に処理室２０１内へ供給されて、排気管２３１から排気される。
　また、ノズル２４９ｂ内への原料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内へ不活性ガスを流すようにしてもよい。不活性ガスは、ガス供給管２３２ｄ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給されて、排気管２３１から排気される。
　本ステップにおける処理条件としては、
　処理温度：室温（２５℃）～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
　処理圧力：１～４０００Ｐａ、好ましくは１００～１０００Ｐａ
　原料ガス供給流量：０．１～３ｓｌｍ
　原料ガス供給時間：１～１００秒、好ましくは１～５０秒
　不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
　が例示される。
　なお、本明細書における「２５～５５０℃」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「２５～５５０℃」とは「２５℃以上５５０℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。また、本明細書における処理温度とはウエハ２００の温度または処理室２０１内の温度のことを意味し、処理圧力とは処理室２０１内の圧力のことを意味する。また、ガス供給流量：０ｓｌｍとは、そのガスを供給しないケースを意味する。これらは、以下の説明においても同様である。
　上述の条件下でウエハ２００に対して原料ガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、第１層が形成される。例えば、原料ガスとして、後述するシリコン（Ｓｉ）含有ガスを用いる場合、第１層としてＳｉ含有層が形成される。
　害１層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内への原料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第１層の形成に寄与した後の原料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を開き、処理室２０１内へ不活性ガスを供給する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
　原料ガスとしては、例えば、テトラキス（ジメチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）ガス、トリス（ジメチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ）ガス、ビス（ジメチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］２Ｈ２）ガス、ビスジ（エチルアミノ）シラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２）ガス、ビス（ターシャリーブチル）アミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２）ガス、（ジイソプロピルアミノ）シラン（ＳｉＨ３［Ｎ（Ｃ３Ｈ７）２］）ガス、等のアミノシラン系ガスを用いることができる、原料ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
　また、原料がとしては、例えば、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）ガス、オクタクロロトリシラン（Ｓｉ３Ｃｌ８）ガス等のクロロシラン系ガスや、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）ガス、ジフルオロシラン（ＳｉＨ２Ｆ２）ガス等のフルオロシラン系ガスや、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ４）ガス、ジブロモシラン（ＳｉＨ２Ｂｒ２）ガス等のブロモシラン系ガスや、テトラヨードシラン（ＳｉＩ４）ガス、ジヨードシラン（ＳｉＨ２Ｉ２）ガス等のヨードシラン系ガスを用いることもできる。すなわち、原料ガスとしては、ハロシラン系ガスを用いることができる。原料ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
　また、原料ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガス等の水素化ケイ素ガスを用いることができる。原料ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
　不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガスや、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いることができる。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。
　（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に対してプラズマ励起させた反応ガスを供給する（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。反応ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介してガス供給孔２５０ｂから処理室２０１内へ供給される。このとき、高周波電源３２０から電極３００へ高周波電力（ＲＦ電力、本実施の形態では周波数２７．１２ＭＨｚ）を供給（印加）する。処理室２０１内へ供給された反応ガスは処理室２０１の内部でプラズマ状態に励起され、活性種としてウエハ２００に対して供給されて、排気管２３１から排気される。
　本ステップにおける処理条件としては、
　処理温度：室温（２５°）～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
　処理圧力：１～３００Ｐａ、好ましくは１０～１００Ｐａ
　反応ガス供給流量：０．１～１０ｓｌｍ
　反応ガス供給時間：１～１００秒、好ましくは１～５０秒
　不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
　ＲＦ電力：５０～１０００Ｗ
　ＲＦ周波数：２７．１２ＭＨｚ
　が例示される。
　上述の条件下でウエハ２００に対して反応ガスをプラズマ状態に励起させて供給することにより、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の作用により、ウエハ２００の表面に形成された第１有層に対して改質処理が行われ、第１層は第２層へ改質される。
　反応ガスとして、例えば、酸素（Ｏ）含有ガス等の酸化ガス（酸化剤）を用いる場合、Ｏ含有ガスをプラズマ状態に励起させることで、Ｏ含有活性種が発生し、このＯ含有活性種がウエハ２００に対して供給されることとなる。この場合、Ｏ含有活性種の作用により、ウエハ２００の表面に形成された第１層に対して改質処理として酸化処理が行わる。この場合において、第１層が、例えばＳｉ含有層である場合、第１層としてのＳｉ含有層は、第２層としてのシリコン酸化層(ＳｉＯ層)へと改質される。
　また、反応ガスとして、例えば、窒素（Ｎ）及び水素(Ｈ)含有ガス等の窒化ガス（窒化剤）を用いる場合、Ｎ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させることで、Ｎ及びＨ含有活性種が発生し、このＮ及びＨ含有活性種がウエハ２００に対して供給されることとなる。この場合、Ｎ及びＨ含有活性種の作用により、ウエハ２００の表面に形成された第１層に対して改質処理として窒化処理が行わる。この場合において、第１層が、例えばＳｉ含有層である場合、第１層としてのＳｉ含有層は、第２層としてのシリコン窒化層(ＳｉＮ層)へと改質される。
　第１層を第２層へ改質させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、反応ガスの供給を停止する。また、電極３００へのＲＦ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内に残留する反応ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（Ｓ６）。
　反応ガスとしては、上述のように、例えば、Ｏ含有ガスや、Ｎ及びＨ含有ガスを用いることができる。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガス、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）ガス等を用いることができる。Ｎ及びＨ含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。反応ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
　不活性ガスとしては、例えば、ステップＳ４で例示した各種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、ｎは１以上の整数）、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第１層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第２層を積層することで形成される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。なお、第１層として、例えばＳｉ含有層を形成し、第２層として、例えばＳｉＯ層を形成する場合、膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜)が形成されることとなる。また、第１層として、例えばＳｉ含有層を形成し、第２層として、例えばＳｉＮ層を形成する場合、膜として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜)が形成されることとなる。
　（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内に残留する反応ガス等が処理室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、２Ｐａ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２Ｐａ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
　電極の形状を調整(長さあるいは面積)して、ウエハ領域における縦方向のプラズマ分布を均一にすることができる。これにより、プラズマを用いてより均一な基板処理を行うことができる。
　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、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。
　本開示は、ウエハ２００上に、ＳｉＯ膜やＳｉＮ膜を形成する場合だけでなく、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、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。
　上述の態様では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。また、上述の態様では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。
２００：ウエハ、２０１：処理室、３００：電極、３００－１：第１の電極（Ｈｏｔ電極）、３００－２：第２の電極（Ｇｒｏｕｎｄ電極）

Claims (19)

  1. 　基板を処理する処理室と、
    　前記処理室の外側に設けられる、高周波電源に接続され、上部で折り返すように構成される複数の第１電極と、基準電位が与えられる第２電極と、
    　を備える基板処理装置。
  2. 　前記第２電極は、前記第１電極の間に配置される請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記第２電極を複数備え、
    　前記複数の第１電極と前記第２電極とが交互に配置される請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 　前記第１電極と前記第２電極の数は同じである請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 　前記複数の第１電極は、それぞれ長さが異なる請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
  6. 　前記複数の第１電極は、それぞれ面積が異なる請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
  7. 　前記複数の第１電極の長さは、前記第２電極の長さより長い請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
  8. 　前記第１電極と前記第２電極とは、平板形状で構成される請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
  9. 　前記複数の第１電極は、Ｕ字形状の折り返し部を備える請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 　前記基板を加熱する加熱部を備える請求項１に記載の基板処理装置。
  11. 　前記第１電極と前記第２電極は、前記加熱部の内側に設けられる請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 　前記第１電極と前記第２電極は、前記処理室と前記加熱部との間に設けられる請求項１０に記載の基板処理装置。
  13. 　複数の前記基板を積載して保持する基板保持具を有する請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
  14. 　前記複数の第１電極は、前記基板の積載方向に対して折り返すように構成される請求項１３に記載の基板処理装置。
  15. 　前記複数の第１電極と前記第２電極は、前記基板の積載方向に配置される請求項１３に記載の基板処理装置。
  16. 　前記複数の第１電極は、下部で前記高周波電源に接続される請求項１に記載の基板処理装置。
  17. 　高周波電源に接続され、上部で折り返すように構成される複数の第１電極と、基準電位が与えられる第２電極と、を有する電極ユニット。
  18. 　基板を処理する処理室と、前記処理室の外側に設けられる、高周波電源に接続され、上部で折り返すように構成される複数の第１電極と、基準電位が与えられる第２電極と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
    　前記処理室内にプラズマを生成する工程と、
    　を有する半導体装置の製造方法。
  19. 　基板を処理する処理室と、前記処理室の外側に設けられる、高周波電源に接続され、上部で折り返すように構成される複数の第１電極と、基準電位が与えられる第２電極と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する手順と、
    　前記処理室内にプラズマを生成する手順と、
    　をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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