(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ電極による活性種生成能力を維持したまま均一な基板処理を可能とする技術を提供する。【解決手段】基板処理装置は、基板を処理する処理室を形成する反応管２０３と、反応管の外側に設置され処理室内にプラズマを形成する電極３００−１、３００−２を固定する電極固定治具（石英カバー）３０１と、電極固定治具３０１の外側に設けられ、反応管２０３を加熱する加熱装置２０７とを有する。電極は、任意の電位が印加される電極３００−１と、基準電位が与えられる電極３００−２と、が有り、任意の電位が印加される電極の表面積は、基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上である。【選択図】図３
2020043221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室を形成する反応管と、
前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、
前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、
前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上である基板処理装置。
【請求項２】
前記電極は、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料により構成される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
更に、前記電極を、前記電極固定治具の表面から一定の距離を離すためのスペーサを備え、
前記電極は曲げ部を有し、前記曲げ部の谷間に前記スペーサが当接する請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上であ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。
【請求項５】
任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、処理室内にプラズマを生成する基板処理装置の電極であって、
前記任意の電位が印加される電極の表面積が、前記基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上である基板処理装置の電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法および基板処理装置の電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２４４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、経年変化や加熱装置からの熱を受けることが原因でプラズマ電極が変形してしまうと、プラズマにより生成されるイオンやラジカルなどの活性種の生成量が低下したり、それらの生成分布にばらつきが生じたりしてしまい、能力を維持したまま膜を均一処理することが困難となってしまう場合があった。
【０００６】
本発明の目的は、プラズマ電極による活性種生成能力を維持したまま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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室を形成する反応管と、
前記反応管の外周に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、
前記電極固定治具の外周に設けられ、前記反応管内を加熱する加熱装置を有し、
前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上である技術が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プラズマ電極による活性種生成能力を維持したまま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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明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２】図１に示す基板処理装置におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明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、本発明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図である。
【図４】（ａ）は、本発明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５】本発明の実施形態の１本の電極の形状とそれを台座とするスペーサの組合せ例を示す図であり、（ａ）は平板形状電極とスペーサ１列の例、（ｂ）は平板形状電極とスペーサ２列の例、（ｃ）はＶ字形状電極とスペーサ１列の例、（ｄ）は逆Ｖ字形状電極とスペーサ２列の例、（ｅ）はＷ字形状電極とスペーサ２列の例を示す図である。
【図６】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７】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。
【図８】本発明の実施形態の電極６本用いた場合の等電位分布（曲線）と電場分布（矢印）を示す図であり、整合器を介して高周波電源が接続されるＨｏｔ電極を２本ペア２組にして、残りのＧｒｏｕｎｄ電極をそれらと互い違いに配置した場合の図である。
【図９】本発明の実施形態の比較例の電極６本用いた場合の等電位分布（曲線）と電場分布（矢印）を示す図であり、整合器を介して高周波電源が接続されるＨｏｔ電極と、接地されているＧｒｏｕｎｄ電極が互い違いにそれぞれ３本ずつ配置した場合の図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例の電極６本用いた場合の等電位分布（曲線）と電場分布（矢印）を示す図であり、整合器を介して高周波電源が接続されるＨｏｔ電極を４本ペア１組にして、残りのＧｒｏｕｎｄ電極を両側に配置した場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜発明の実施形態＞
以下、本発明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。
【００１１】
（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。また、ヒータ２０７は、後述する電極固定治具としての石英カバー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。
【００１２】
（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石英カバー３０１が配設され、更に石英カバー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。
【００１３】
（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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
（基板支持具）
図１に示すように基板支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。
【００２７】
（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３を用いて説明する。
【００２８】
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。
【００２９】
図２および図３（ａ）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を有する薄板で構成されている。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（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（Ｇｒｏｕｎｄ電極）３００−２が、等間隔で配置されている。本発明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。
【００３０】
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、例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波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。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後述する電極固定治具としての石英カバー３０１を含んでプラズマ生成部と考えてもよい。
【００３１】
電極３００は、アルミニウムや銅、ステンレスなどの金属で構成することもできるが、ニッケル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しつつ、基板処理が可能となる。特に、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料で構成することにより、耐熱性および耐腐食性の高い酸化被膜であるＡｌＯ膜が電極表面に形成される。この被膜形成の効果により、電極内部への劣化の進行を抑止できるため、電気伝導率の低下によるプラズマ生成効率の低下を抑制することが可能となる。
【００３２】
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。
【００３３】
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、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。平板構造の電極３００を用いた例を図５（ａ）、（ｂ）に、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した電極３００を用いた例を図５（ｃ）〜（ｅ）に示す。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。また、３ケ所で曲げ構造を有した図５（ｅ）の例は、ねじれの変形に対しても強いため、特に高温帯域での使用に向いている。
【００３４】
縦型基板処理装置において、高周波電源３２０の周波数を１３．５６ＭＨｚにて実施し、長さが１ｍ、電極幅が１０ｍｍ、厚さが１ｍｍである電極を採用し、チューブ形状の反応管の外壁に、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（ｂ）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した。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。
【００３５】
６本の電極３００を用いた場合の処理室２０１内で形成される等電位分布（曲線）と電場分布（矢印）について図８〜１０を用いて説明する。図８は５０Ｖの電位が印加された２本１組で２組のＨｏｔ電極３００−１と２本のＧｒｏｕｎｄ電極３００−２が交互に配置された場合（実施形態）の等電位分布（曲線）と電場分布（矢印）を示す図である。図９は５０Ｖの電位が印加された３本のＨｏｔ電極３００−１と３本のＧｒｏｕｎｄ電極３００−２が交互に配置された場合（比較例）の等電位分布（曲線）と電場分布（矢印）を示す図である。図１０は５０Ｖの電位が印加された４本１組のＨｏｔ電極３００−１の両側に２本のＧｒｏｕｎｄ電極３００−２を配置した場合（変形例）の等電位分布（曲線）と電場分布（矢印）を示す図である。
【００３６】
Ｎ２ガスが電離してＮ２＋になるためには、エネルギー１５．５８ｅＶ以上が必要なので、例えば、２０Ｖ以上の電位の領域３４０で比較すると、図８の実施形態がこの中で一番広い２０Ｖ以上の電位の領域３４０を有し、図１０の変形例が次に広い２０Ｖ以上の電位の領域３４０を有していることが分かる。つまり、図８の実施形態が、プラズマの生成量あるいはプラズマ生成効率が一番高いことを意味し、Ｈｏｔ電極３００−１の全表面積は、Ｇｒｏｕｎｄ電極３００−２の全表面積の２倍である。図１０の変形例では、Ｈｏｔ電極３００−１の全表面積は、Ｇｒｏｕｎｄ電極３００−２の全表面積の２倍である。図９の比較例では、Ｈｏｔ電極３００−１の全表面積は、Ｇｒｏｕｎｄ電極３００−２の全表面積と同じである。Ｈｏｔ電極３００−１の全表面積は、Ｇｒｏｕｎｄ電極３００−２の全表面積の２倍以上３倍以下であることが好ましい。なお、Ｈｏｔ電極３００−１の全表面積がＧｒｏｕｎｄ電極３００−２の全表面積の２倍未満の場合には、電位分布の広がりが狭いため、プラズマ生成効率が低くなってしまう。また、Ｈｏｔ電極３００−１の全表面積がＧｒｏｕｎｄ電極３００−２の全表面積の３倍を超えると、電位分布がウエハ２００のエッジ部分にまで広がってしまい、ウエハ２００が障害となりプラズマの生成効率が飽和してしまう。この状態においては、ウエハ２００のエッジ部でも放電するようになりウエハ２００にダメージが生じやすくなってしまう。また、Ｇｒｏｕｎｄ電極３００−２に流れる電流はＨｏｔ電極の表面積の倍数分が流れるため、ジュール熱が高温で発生してしまう。この状態においては、ウエハ２００の表面とウエハ２００のエッジ部で異なった膜質が形成され、面内の均一性の確保が難しくなってしまう。Ｈｏｔ電極３００−１の全表面積をＧｒｏｕｎｄ電極３００−２の全表面積の２倍以上３倍以下とすると、上記のウエハ２００へのダメージやウエハ２００表面の膜の不均一性を抑制しつつ、高いプラズマ生成効率を実現することができる。ただし、上記の等電位分布および電場分布は、プラズマが生成される前の状態であり、プラズマが生成されるとデバイ遮蔽効果により、これらの分布は大きく歪み、また、プラズマの空間電位は０Ｖ付近になることに注意する必要がある。
【００３７】
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。
【００３８】
（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石英カバー３０１について、図３から図４を用いて説明する。図３（ａ），（ｂ）、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石英カバー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、この石英カバー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石英カバー３０１とを含めて電極固定ユニットという。なお、石英カバー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。
【００３９】
石英カバー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。石英カバー３０１の厚みが１ｍｍ未満となってしまうと、石英カバー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。
【００４０】
また、石英カバー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が石英カバー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。
【００４１】
石英カバー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石英カバー３０１または電極３００に有してもよく、また、これらは石英カバー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が石英カバー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。
【００４２】
基板温度５００℃以下で高い基板処理能力を得るためには、石英カバー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石英カバー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°の石英カバー３０１を２台で左右対称に設置している。
【００４３】
（スペーサ）
次に電極固定治具である石英カバー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石英カバー３０１と一体化され、電極と当接することで、電極３００は石英カバー３０１に固定されている。平板形状の電極３００と１列のスペーサ３３０の組合せ例を図５（ａ）に、同形状の電極３００と２列のスペーサ３３０の組合せ例を図５（ｂ）に示す。電極３００の固定を強化したい場合は、図５（ｃ）〜（ｅ）で示すように、電極３００の曲げ部としてのＶ字形状の谷間にスペーサ３３０が位置するように配置する方式が効果的である。これらに限らず、石英カバー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と石英カバー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石英カバーと一体化して、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、電極の位置決めが容易となり、また、電極が劣化した場合に電極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が石英カバー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。
【００４４】
（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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（制御装置）
次に制御装置について図７を用いて説明する。図６７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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
（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。
【００５５】
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。
【００５６】
（ＢＴＢＡＳ→Ｏ２＊）×ｎ  ⇒  ＳｉＯ
【００５７】
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。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。
【００５８】
（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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
（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。
【００６３】
（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、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（化学吸着層、物理吸着層）であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
（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）。
【００７２】
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（本実施の形態では周波数１３．５６ＭＨｚ）を供給（印加）する。処理室２０１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＊）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。
【００７３】
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３２０から電極３００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。
【００７４】
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。
【００７５】
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）。
【００７６】
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。
【００７７】
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、電極３００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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
（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。
【００８１】
（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）。
【００８２】
（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。
【００８３】
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。
【００８４】
（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）任意の電位が印加される電極の表面積を基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上とすることによって、プラズマの生成量あるいはプラズマ生成効率を高めることが可能となる。
（ｂ）電極をアルミニウムが添加されたニッケル合金材料で構成することによって、電極内部への劣化の進行を抑止することが可能となり、電気伝導率の低下によるプラズマ生成効率の低下を抑制することが可能となる。
（ｃ）電極固定治具の中心角を３０°以上２４０°以下の円弧形状とし、電極を配置することで、ウエハ処理に影響しないように電極固定治具の外周にある加熱装置からの熱エネルギーの遮断を最低限に抑えることが可能となる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、本発明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。
【００８６】
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。本発明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。
【００８７】
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。本発明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。
【００８８】
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。
【００８９】
また、本発明は、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、本発明は、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。
【００９０】
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。
【００９１】
すなわち、本発明は、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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
＜付記＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。  
（付記１）
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室を形成する反応管と、
前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、
前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、
前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上である基板処理装置が提供される。
【００９５】
（付記２）
本発明のさらに他の態様によれば、
任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、処理室内にプラズマを生成する基板処理装置の電極であって、
前記任意の電位が印加される電極の表面積が、前記基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上である基板処理装置の電極が提供される。
【００９６】
（付記３）
本発明のさらに他の態様によれば、
処理室内にプラズマを生成する電極と、
前記電極を固定する電極固定治具と、を有する電極固定ユニットであって、
前記電極は、
任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上である電極固定ユニットが提供される。
【００９７】
（付記４）
付記１に記載の基板処理装置、付記２に記載の基板処理装置の電極、または付記３に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記電極は、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料により構成される。
【００９８】
（付記５）
付記１、４に記載の基板処理装置、または付記２、４に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
更に、前記電極を、前記電極固定治具の表面から一定の距離を離すためのスペーサを備え、
前記電極は曲げ部を有し、前記曲げ部の谷間に前記スペーサが当接する。
【００９９】
（付記６）
付記２、４に記載の基板処理装置の電極であって、好ましくは、
更に、前記電極を固定する電極固定治具の表面から前記電極を一定の距離を離すためのスペーサを備え、
前記電極は曲げ部を有し、前記曲げ部の谷間に前記スペーサが当接する。
【０１００】
（付記７）
付記１、４、５のいずれか１項に記載の基板処理装置、付記２、４、６のいずれか１項に記載の基板処理装置の電極、または付記３〜５のいずれか１項に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
少なくとも１つの前記基準電位が与えられる電極は、２つ以上連続して配置される前記任意の電位が印加される電極との間に挟まれるように配置される。
【０１０１】
（付記８）
付記１、４、５、７のいずれか１項に記載の基板処理装置、付記６、７に記載の基板処理装置の電極、または付記３〜５、７のいずれか１項に電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記電極固定治具は、前記電極を係止する柱状部と前記電極が抜けることを抑制する先端部を備えた固定部とを有し、
前記スペーサは、前記電極との当接面を介して前記先端部方向への押付け力を生成する。
【０１０２】
（付記９）
付記１、４、５、７、８のいずれか1項に記載の基板処置装置、付記２、４、６〜８のいずれか1項に記載の基板処理装置の電極、または付記３〜５、７、８のいずれか１項に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記任意の電位が印加される電極は整合器を介して高周波電源に接続され、前記基準電位が与えられる電極はアースに接続される。
【０１０３】
（付記１０）
付記１、４、５、７〜９に記載の基板処理装置、付記６〜９に記載の基板処理装置の電極、または付記３〜５、７〜９に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記電極固定治具は、中心角が３０°以上２４０°以下となる円弧形状である。
【０１０４】
（付記１１）
付記１、４、５、７〜１０のいずれか１項に記載の基板処理装置、付記６〜１０に記載の基板処理装置の電極、または付記３〜５、７〜１０のいずれか１項に記載の電極固定ユニットであって、好ましくは、
前記電極固定治具は、石英で形成される石英カバーである。
【０１０５】
（付記１２）
付記１、４、５、７〜１１のいずれか１項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記電極固定治具は、前記反応管内に設けられたガス供給部とガス排気部が設置された位置以外の前記反応管外周に配置される。
【０１０６】
（付記１３）
本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上であ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、
前記基板を前記基板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が提供される。
【０１０７】
（付記１４）
付記１３に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記処理する工程では、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料により構成される前記電極により前記プラズマが生成される。
【０１０８】
（付記１５）
付記１３、１４に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記処理する工程では、少なくとも１つの前記基準電位が与えられる電極が２つ以上連続して配置される前記任意の電位が印加される電極との間に挟まれるように配置される前記電極により前記プラズマが生成される。
【０１０９】
（付記１６）
付記１３〜１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、好ましくは、
前記処理する工程では、整合器を介して高周波電源に接続される前記任意の電位が印加される電極と、アースに接続される前記任意の電位が印加される電極と、を有する電極により前記プラズマが生成される。
【０１１０】
（付記１７）
本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理室を形成する反応管と、前記反応管の外側に設置され前記処理室内にプラズマを形成する電極を固定する電極固定治具と、前記電極固定治具の外側に設けられ、前記反応管を加熱する加熱装置を有し、前記電極は、任意の電位が印加される電極と、基準電位が与えられる電極と、を有し、前記任意の電位が印加される電極の表面積は、前記基準電位が与えられる電極の表面積の２倍以上であ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、
前記基板を前記基板処理室から搬送する手順を行う、
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が提供される。
【０１１１】
（付記１８）
付記１７に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記処理する手順では、アルミニウムが添加されたニッケル合金材料により構成される前記電極により前記プラズマが生成される。
【０１１２】
（付記１９）
付記１７，１８に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記処理する手順では、少なくとも１つの前記基準電位が与えられる電極が２つ以上連続して配置される前記任意の電位が印加される電極との間に挟まれるように配置される前記電極により前記プラズマが生成される。
【０１１３】
（付記２０）
付記１７〜１９のいずれか１項に記載のプログラムであって、好ましくは、
前記処理する手順では、少なくとも１つの前記基準電位が与えられる電極が２つ以上連続して配置される前記任意の電位が印加させる電極との間に挟まれるように配置される前記電極により前記プラズマが生成される。
【符号の説明】
【０１１４】
２００…ウエハ、２０１…処理室、２０３…反応管、２０７…ヒータ（加熱装置）、３００…電極、３００−１…Ｈｏｔ電極、３００−２…Ｇｒｏｕｎｄ電極、３０１…石英カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020043221.tif 000009
【図８】
2020043221.tif 000010
【図９】
2020043221.tif 000011
【図１０】
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