(57)【要約】      （修正有）【課題】バッファ室と反応室を連通させる孔及び孔の近傍に膜が堆積することを抑制し、堆積した膜によるパーティクルの発生を防止し、基板の品質を低下させることなく処理可能なプラズマ基板処理装置を提供する。【解決手段】筒状の反応容器２９と、該反応容器の内部に画成され複数の基板２を収納可能な反応室３２と、前記反応容器の内部に設けられたバッファ室３８と、前記反応容器の長手方向に沿って設けられ前記バッファ室に処理ガスを導入可能なガス導入部３４，３５とを具備し、前記バッファ室は前記ガス導入部から導入される処理ガスを前記反応室に供給する複数のガス供給孔４８，５３と、プラズマ発生用の電極５４，５５を収容する空間５９と、前記バッファ室の壁を貫通し前記反応室に開口する孔であって、前記反応容器の薬液洗浄時に用いる水抜き孔を少なくとも１つ有する。【選択図】図３
2011100896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の反応容器と、該反応容器の内部に画成され複数の基板を収納可能な反応室と、前記反応容器の内部に設けられたバッファ室と、前記反応容器の長手方向に沿って設けられ前記バッファ室に処理ガスを導入可能なガス導入部とを具備し、前記バッファ室は前記ガス導入部から導入される処理ガスを前記反応室に供給する複数のガス供給孔と、プラズマ発生用の電極を収容する空間と、側壁を貫通し前記反応室に開口する少なくとも１つの孔を有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ等の基板に薄膜の生成、酸化処理、不純物の拡散、アニール処理、エッチング等の処理を行い、半導体装置を製造する基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板に薄膜を生成する化学気相成長法に於いて、原料を分解し成膜に寄与する前躯体を形成する際に、反応室の温度が低い場合には十分に原料ガスを分解することができない。
【０００３】
反応室の温度が低く、分解効率が十分に高くない場合に原料ガスを分解する方法としてプラズマを用いて原料ガスを分解する方法がある。石英等の反応容器内にプラズマを発生させる領域であるバッファ室と、基板が収納される反応室が画成され、バッファ室と反応室は連設された別室となっており、又バッファ室と反応室が連設された構造を持つ反応容器としての反応管で化学気相成長法を行う手法がリモートプラズマとして知られている。
【０００４】
リモートプラズマに於いて、反応室に供給するガスは、ヘリウム、アルゴン、クリプトン等の希ガスが一般的に使用される。又、他にも放電ができるガスとして、水素、アンモニア等があり、使用するガスに関しての制限はない。
【０００５】
図７（Ａ）〜（Ｃ）に於いて、従来のバッファ室について説明する。尚、図７（Ａ）〜（Ｃ）は反応管７５のバッファ室部分を示している。
【０００６】
図中、７５は反応管を示し、該反応管７５の内壁面側にバッファ室７１が形成されている。リモートプラズマでプラズマを形成する前記バッファ室７１には、該バッファ室７１に原料ガスを供給するノズル７２、前記バッファ室７１内でプラズマを発生させる為の２本の棒状電極７３，７４が設けられると共に、前記反応管７５に付着した不要な膜を除去する際に使用する薬液の効果的な供給、排出を目的とした比較的大きな孔７６，７７が上面と下面にそれぞれ２つずつ穿設されている。該孔７６，７７は一般的に、上面の孔から供給された薬液の効率的な排出を促す為に方形形状とした孔７６と、前記バッファ室７１に圧力を掛けることで薬液の排出効果を高める様円形状とした孔７７とからなっている。
【０００７】
前記孔７６，７７は、原料ガスの分解を促進させる為に必要なガス供給孔７８に対して大きくなっており、原料ガスの分解を行う希ガスが前記孔７６，７７を大量に流れることで、図示しない反応室と前記バッファ室７１に於いて前記孔７６，７７の近傍に大量の膜が付着し、該膜により発生するパーティクルによって基板の品質が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−６８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、バッファ室と反応室を連通させる孔及び孔の近傍に膜が堆積することを抑制し、堆積した膜によるパーティクルの発生を防止し、基板の品質を低下させることなく処理可能な基板処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、筒状の反応容器と、該反応容器の内部に画成され複数の基板を収納可能な反応室と、前記反応容器の内部に設けられたバッファ室と、前記反応容器の長手方向に沿って設けられ前記バッファ室に処理ガスを導入可能なガス導入部とを具備し、前記バッファ室は前記ガス導入部から導入される処理ガスを前記反応室に供給する複数のガス供給孔と、プラズマ発生用の電極を収容する空間と、側壁を貫通し前記反応室に開口する少なくとも１つの孔を有する基板処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、筒状の反応容器と、該反応容器の内部に画成され複数の基板を収納可能な反応室と、前記反応容器の内部に設けられたバッファ室と、前記反応容器の長手方向に沿って設けられ前記バッファ室に処理ガスを導入可能なガス導入部とを具備し、前記バッファ室は前記ガス導入部から導入される処理ガスを前記反応室に供給する複数のガス供給孔と、プラズマ発生用の電極を収容する空間と、側壁を貫通し前記反応室に開口する少なくとも１つの孔を有するので、前記電極を収容する空間と前記孔との距離を離すことができ、プラズマ励起された処理ガスが前記孔に到達する迄にエネルギを失うことで、前記孔を通過する際に処理ガスが分解されて膜が堆積するのを防止すると共に、該膜に起因して発生するパーティクルによる基板の品質低下を防止することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に於ける基板処理装置の概略斜視図である。
【図２】本発明に於ける処理炉の概略縦断面図である。
【図３】本発明に於ける処理炉の概略平断面図である。
【図４】第１の実施例に於けるバッファ室の概略図であり、（Ａ）はバッファ室の平断面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図を示している。
【図５】第２の実施例に於けるバッファ室の概略図であり、（Ａ）はバッファ室の平断面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ矢視図を示している。
【図６】第３の実施例に於けるバッファ室の概略図であり、（Ａ）はバッファ室の平断面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ矢視図を示している。
【図７】従来のバッファ室の概略図であり、（Ａ）はバッファ室の平断面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視図を示し、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１４】
先ず、図１に於いて、本発明に於ける基板処理装置１について説明する。
【００１５】
該基板処理装置１は、一例として半導体装置（ＩＣ）の製造方法に於ける処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理等を行う縦型の装置を適用した場合について述べる。
【００１６】
シリコン等からなるウェーハ（基板）２を収納したウェーハキャリアとしてのカセット３が使用されている前記基板処理装置１は、筐体４を具備している。該筐体４の正面壁５の下方には、メンテナンス可能な様に設けられた開口部としての正面メンテナンス口（図示せず）が開設され、該正面メンテナンス口を開閉する正面メンテナンス扉（図示せず）が建付けされている。該正面メンテナンス扉には、図示しないカセット搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）が前記筐体４内外を連通する様に開設されており、前記カセット搬入搬出口は図示しないフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）によって開閉される様になっている。前記カセット搬入搬出口の前記筐体４内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）６が設置されている。前記カセット３は前記カセットステージ６上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、又前記カセットステージ６上から搬出される様になっている。
【００１７】
該カセットステージ６は、工程内搬送装置によって前記カセット３内のウェーハ２が垂直姿勢となり、前記カセット３のウェーハ出入れ口が上方向を向く様に載置される。前記カセットステージ６は、前記カセット３を前記筐体４後方に向けて右回り縦方向に９０°回転し、前記カセット３内のウェーハ２が水平姿勢となり、前記カセット３のウェーハ出入れ口が前記筐体４後方を向く様に動作可能となっている。
【００１８】
前記筐体４内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）７が設置され、該カセット棚７には複数段複数列にて複数個の前記カセット３を保管する様に構成されている。前記カセット棚７には、後述するウェーハ移載機構８の搬送対象となる前記カセット３が収納される移載棚９が設けられている。又、前記カセットステージ６の上方には予備カセット棚１１が設けられ、予備的に前記カセット３を保管する様になっている。
【００１９】
前記カセットステージ６と前記カセット棚７との間には、カセット搬送装置（基板収容器搬送装置）１２が設置されている。該カセット搬送装置１２は、前記カセット３を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１３と搬送機構としてのカセット搬送機構（基板収容器搬送機構）１４とで構成されており、前記カセットエレベータ１３とカセット搬送機構１４との連続動作により、前記カセットステージ６、前記カセット棚７、前記予備カセット棚１１との間で前記カセット３を搬送する様に構成されている。
【００２０】
前記カセット棚７の後方には、前記ウェーハ移載機構（基板移載機構）８が設置されており、該ウェーハ移載機構８はウェーハ２を水平方向に回転ないし直動可能なウェーハ移載装置（基板移載装置）１５、及び該ウェーハ移載装置１５を昇降させる為のウェーハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１６とで構成されている。前記ウェーハ移載装置１５及び前記ウェーハ移載装置エレベータ１６の連続動作により、前記ウェーハ移載装置１５のツイーザ（基板保持体）１７をウェーハ２の載置部として、ボート（基板保持具）１８に対してウェーハ２を装填（チャージング）及び装脱（ディスチャージング）する様に構成されている。
【００２１】
前記筐体４の後方上部には、処理炉１９が設けられている。該処理炉１９の下端部は炉口シャッタ（炉口開閉機構）２１によって開閉される様に構成されている。
【００２２】
前記処理炉１９の下方には、前記ボート１８を前記処理炉１９に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）２２が設けられ、該ボートエレベータ２２の昇降台に連結された連結具としてのアーム２３には蓋体としてのシールキャップ２４が水平に据付けられており、該シールキャップ２４は前記ボート１８を垂直に支持し、前記処理炉１９の下端部を閉塞可能な様に構成されている。
【００２３】
前記ボート１８は複数本の保持部材を有しており、複数枚（例えば５０枚〜１５０枚程度）のウェーハ２をその中心に揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持する様に構成されている。
【００２４】
前記カセット棚７の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給する様、供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット２５が設けられており、クリーンエアを前記筐体４の内部に流通させる様に構成されている。
【００２５】
又、前記ウェーハ移載装置エレベータ１６及び前記ボートエレベータ２２側と反対側である前記筐体４の左側側端部には、クリーンエアを供給する様供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット２６が設置されており、該クリーンユニット２６から吹出されたクリーンエアは、前記ウェーハ移載装置１５、前記ボート１８を流通した後に、図示しない排気装置に吸込まれて前記筐体４の外部に排気される様になっている。
【００２６】
次に、前記基板処理装置１の動作について説明する。
【００２７】
前記カセット３はカセット搬入搬出口（図示せず）から搬入され、前記カセットステージ６の上にウェーハ２が垂直姿勢且つ前記カセット３のウェーハ出入れ口が上方向を向く様に載置される。その後、前記カセット３は、前記カセットステージ６によって前記カセット３内のウェーハ２が水平姿勢となり、前記カセット３のウェーハ出入れ口が前記筐体４の後方を向く様に、該筐体４後方に右回り９０°回転させられる。
【００２８】
次に、前記カセット３は、前記カセット棚７或は前記予備カセット棚１１の指定された棚位置へ前記カセット搬送装置１２によって自動的に搬送されて受渡され、一時的に保管された後、前記カセット棚７或は前記予備カセット棚１１から前記カセット搬送装置１２によって前記移載棚９に搬送されるか、或は直接該移載棚９に搬送される。
【００２９】
前記カセット３が前記移載棚９に移載されると、ウェーハ２は前記カセット３から前記ウェーハ移載装置１５の前記ツイーザ１７によりウェーハ出入れ口を通じてピックアップされ、前記移載棚９の後方にある前記ボート１８に装填される。該ボート１８にウェーハ２を受渡した前記ウェーハ移載装置１５は前記カセット３に戻り、次のウェーハ２を前記ボート１８に装填する。
【００３０】
予め指定された枚数のウェーハ２が前記ボート１８に装填されると、前記炉口シャッタ２１によって閉じられていた前記処理炉１９の下端部が、前記炉口シャッタ２１によって開放される。続いて、ウェーハ２群を保持した前記ボート１８は、前記シールキャップ２４が前記ボートエレベータ２２によって上昇されることにより、前記処理炉１９内へ搬入（ローディング）されて行く。
【００３１】
ローディング後は、該処理炉１９にてウェーハ２に任意の処理が実施される。処理後は、上述とは逆の手順でウェーハ２及び前記カセット３が前記筐体４の外部へ払出される。
【００３２】
次に、図２〜図４（Ａ），（Ｂ）に於いて、前記基板処理装置１に適用される前記処理炉１９について説明する。
【００３３】
前記基板処理装置１は制御部であるコントローラ２７を有し、該コントローラ２７によって前記基板処理装置１及び前記処理炉１９を構成する各部の動作等が制御される。
【００３４】
加熱装置（加熱手段）であるヒータ２８の内側に、基板であるウェーハ２を処理する反応容器として反応管２９が設けられ、該反応管２９の下端開口は蓋体である前記シールキャップ２４により気密部材であるＯリング３１を介して気密に閉塞され、少なくとも前記反応管２９、及び前記シールキャップ２４により反応室３２を形成している。
【００３５】
前記シールキャップ２４には、ボート支持台３３を介して前記ボート１８が立設され、前記ボート支持台３３は前記ボート１８を保持する保持体となっている。該ボート１８にはバッチ処理される複数のウェーハ２が水平姿勢で管軸方向に多段に積載されており、前記反応室３２に前記ボート１８が装入されると、前記ヒータ２８によりウェーハ２が所定の温度迄加熱される様になっている。
【００３６】
前記反応室３２へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給経路として、ガス導入部である２本のガス供給管３４，３５が設けられている。該第１のガス供給管３４からは、流量制御装置（流量制御手段）である第１のマスフローコントローラ３６及び開閉弁である第１のバルブ３７を介し、更に後述する前記反応管２９内に形成されたバッファ室３８を介して前記反応室３２に処理ガスが供給される。又、前記第２のガス供給管３５からは、流量制御装置（流量制御手段）である第２のマスフローコントローラ３９、開閉弁である第２のバルブ４１、ガス溜め４２、及び開閉弁である第３のバルブ４３を介し、更に後述するガス供給部４４を介して前記反応室３２に処理ガスが供給される。
【００３７】
該反応室３２はガスを排気するガス排気管４５により第４のバルブ４６を介して排気装置（排気手段）である真空ポンプ４７に接続され、真空排気される様になっている。又、前記第４のバルブ４６は弁を開閉して前記反応室３２の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
【００３８】
該反応室３２を構成している前記反応管２９の内壁とウェーハ２との間に於ける円弧状の空間には、前記反応管２９の下部より上部の内壁にウェーハ２の積載方向に沿って、ガス分散空間である前記バッファ室３８が設けられており、該バッファ室３８のウェーハ２と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔４８が穿設されている。該第１のガス供給孔４８は前記反応管２９の中心へ向けて開口しており、前記第１のガス供給孔４８は、下部から上部に亘ってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで穿設されている。
【００３９】
前記バッファ室３８の前記第１ガス供給孔４８が設けられた端部と反対側の端部の底面には、薬液を効率的に排出する為の水抜き孔である方形孔４９が穿設され、該方形孔４９近傍の前記バッファ室３８の側壁には、該バッファ室３８に圧力をかけて薬液を効率的に排出する為の水抜き孔である円形孔５１が穿設されている。前記方形孔４９及び前記円形孔５１の径は、前記第１ガス供給孔４８の径よりも大きくなっており、又前記方形孔４９と前記円形孔５１を介して前記バッファ室３８と前記反応室３２が連通している。
【００４０】
又、前記方形孔４９及び前記円形孔５１の近傍には、ノズル５２が前記反応管２９の下部より上部に亘ってウェーハ２の積載方向に沿って配設されている。前記ノズル５２には前記バッファ室３８にガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔５３が複数穿設されている。該第２のガス供給孔５３の開口面積は、前記バッファ室３８と前記反応室３２の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側迄同一の開口面積且つ同一の開口ピッチでもよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向って開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするのが望ましい。
【００４１】
本実施例に於いては、前記第２のガス供給孔５３の開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。この様に構成することで、該第２のガス供給孔５３よりガスの流速の差はあるが、流量は略同量であるガスを前記バッファ室３８に噴出させている。
【００４２】
又、該バッファ室３８内に於いて、各第２のガス供給孔５３より噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、前記第１のガス供給孔４８及び前記方形孔４９、前記円形孔５１より前記反応室３２に噴出させている。従って、各第２のガス供給孔５３より噴出したガスは、各第１のガス供給孔４８より噴出する際には均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
【００４３】
更に、前記バッファ室３８に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極５４及び第２の電極である第２の棒状電極５５が、上部より下部に亘って電極を保護する保護管である電極保護管５６に保護されて配設され、前記第１の棒状電極５４又は前記第２の棒状電極５５の何れか一方は整合器５７を介して高周波電源５８に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、前記第１の棒状電極５４及び前記第２の棒状電極５５間のプラズマ生成領域５９にプラズマが生成される。
【００４４】
前記第１の棒状電極５４及び前記第２の棒状電極５５の周囲は、それぞれ前記電極保護管５６によって覆われ、前記バッファ室３８の雰囲気と前記第１の棒状電極５４及び前記第２の棒状電極５５は隔離された状態となっており、前記第１の棒状電極５４及び前記第２の棒状電極５５を前記バッファ室３８の雰囲気と隔離した状態で該バッファ室３８に挿入できる様になっている。この時、前記電極保護管５６の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、該電極保護管５６にそれぞれ挿入された前記第１の棒状電極５４及び前記第２の棒状電極５５は前記ヒータ２８の加熱で酸化されてしまう。そこで、前記電極保護管５６の内部は窒素等の不活性ガスを充填或はパージし、酸素濃度を充分低く抑えて前記第１の棒状電極５４又は前記第２の棒状電極５５の酸化を防止する為の不活性ガスパージ機構が設けられる。
【００４５】
更に、前記第１のガス供給孔４８の位置より前記反応管２９の内周を所要角度、例えば反時計まわりに１２０°程回った内壁に、前記ガス供給部４４が設けられている。該ガス供給部４４は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜に於いて、ウェーハ２へ複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、前記バッファ室３８とガス供給種を分担する供給部である。
【００４６】
前記ガス供給部４４も前記バッファ室３８と同様に、ウェーハ２と隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第３のガス供給孔６１を有し、下部では前記第２のガス供給管３５が接続されている。
【００４７】
前記第３のガス供給孔６１の開口面積は、前記ガス供給部４４内と前記反応室３２内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側迄同一の開口面積且つ同一の開口ピッチでもよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向って開口面積を大きくするか、或は開口ピッチを小さくするのが望ましい。
【００４８】
本実施例では、前記第３のガス供給孔６１の開口面積を、上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。
【００４９】
前記反応管２９内の中央部には、複数枚のウェーハ２を多段に同一間隔で載置する前記ボート１８が設けられており、該ボート１８はボートエレベータ２２（図１参照）により前記反応管２９に出入りできる様になっている。又、処理の均一性を向上させる為に、前記ボート１８を回転する為の回転装置（回転手段）であるボート回転機構６２が前記シールキャップ２４の下部に設けられており、前記ボート回転機構６２を回転することにより前記ボート支持台３３に保持された前記ボート１８を回転する様になっている。
【００５０】
制御手段である前記コントローラ２７は、前記第１、第２のマスフローコントローラ３６，３９、前記第１〜第４のバルブ３７，４１，４３，４６、前記ヒータ２８、前記真空ポンプ４７、前記ボート回転機構６２、前記ボートエレベータ２２、前記高周波電源５８、前記整合器５７に接続されており、前記第１、第２のマスフローコントローラ３６，３９の流量調整、前記第１〜第３のバルブ３７，４１，４３の開閉動作、前記第４のバルブ４６の開閉及び圧力調整動作、前記ヒータ２８の温度調節、前記真空ポンプ４７の起動・停止、前記ボート回転機構６２の回転速度調節、前記ボートエレベータ２２の昇降動作制御、前記高周波電源５８の電力供給制御、前記整合器５７によるインピーダンス制御が行われる。
【００５１】
次にＡＬＤ法による成膜例について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＤＣＳ（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ジクロルシラン）及びＮＨ3 （アンモニア）ガスを用いてＳｉＮ（窒化珪素）膜を成膜する例で説明する。
【００５２】
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の中の１つであるＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類又はそれ以上の種類の処理ガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
【００５３】
利用する化学反応は、例えばＳｉＮ膜形成の場合、ＡＬＤ法ではＤＣＳとＮＨ3 を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。又、ガス供給は複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は反応性ガス供給のサイクル数で制御する。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を生成する場合には処理を２０サイクル行う。
【００５４】
先ず、成膜しようとするウェーハ２を前記ボート１８に装填し、前記反応室３２に搬入する。搬入後、以下の３つのステップを順次実行する。
【００５５】
（ステップ１）
ステップ１では、プラズマ励起に必要なＮＨ3 ガスと、プラズマ励起の必要がないＤＣＳガスとを並行して流す。先ず前記第１のガス供給管３４に設けた前記第１のバルブ３７、及び前記ガス排気管４５に設けた前記第４のバルブ４６を共に開き、前記第１のガス供給管３４から前記第１のマスフローコントローラ３６により流量調整されたＮＨ3 ガスを前記ノズル５２の前記第２のガス供給孔５３から前記バッファ室３８へと噴出させる。
【００５６】
該バッファ室３８に噴出されたＮＨ3 は、前記第１の棒状電極５４及び前記第２の棒状電極５５間に前記高周波電源５８から前記整合器５７を介して高周波電力を印加されることでプラズマ励起し、活性種として前記反応室３２に供給しつつ前記ガス排気管４５から排気する。
【００５７】
この時、前記反応室３２へは前記第１ガス供給孔４８、前記方形孔４９、前記円形孔５１を介してＮＨ3 が供給されるが、活性種は移動に伴いエネルギを失い、又前記方形孔４９と前記円形孔５１はＮＨ3 がプラズマ励起される前記プラズマ領域５９から離れた場所に穿設されているので、該プラズマ領域５９から前記方形孔４９及び前記円形孔５１迄の間に活性種からエネルギが失われ、前記方形孔４９と前記円形孔５１から前記反応室３２にガスが供給される際にはエネルギが失われた状態で供給される。
【００５８】
ＮＨ3 をプラズマ励起することにより活性種として流す場合には、前記第４のバルブ４６を適正に調整して前記反応室３２内圧力を１０〜１００Ｐａの範囲であって、例えば５０Ｐａに維持する。前記第１のマスフローコントローラ３６で制御するＮＨ3 の供給流量は１〜１０ｓｌｍの範囲であって、例えば５ｓｌｍで供給される。ＮＨ3 をプラズマ励起することにより得られた活性種にウェーハ２を晒す時間は２〜１２０秒間である。この時の前記ヒータ２８の温度はウェーハ２が３００〜６００℃の範囲であって、例えば５５０℃になる様に設定してある。通常ＮＨ3 は反応温度が高く、上記ウェーハ２の温度では反応しない為、プラズマ励起することにより活性種としてから流す様にしており、活性種として流すことでウェーハ２の温度は設定した低い温度範囲のままで行うことができる。
【００５９】
このＮＨ3 を活性種として前記反応室３２に供給している時、前記第２のガス供給管３５の上流側の前記第２のバルブ４１を開き、下流側の前記第３のバルブ４３を閉じ、ＤＣＳを流す様にする。これにより、前記第２、第３のバルブ４１，４３間に設けたガス溜め４２にＤＣＳを溜める。この時、前記反応室３２内に流しているガスは、ＮＨ3 をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。従って、ＮＨ3 は気相反応を起すことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ3 はウェーハ２上の下地膜等の表面部分と表面反応（化学吸着）する。
【００６０】
（ステップ２）
ステップ２では、前記第１のガス供給管３４の前記第１のバルブ３７を閉じ、ＮＨ3 の供給を止めるが、引続き前記ガス溜め４２へ供給を継続する。該ガス溜め４２に所定圧、所定量のＤＣＳが溜ったら、上流側の前記第２のバルブ４１も閉じ、前記ガス溜め４２にＤＣＳを閉じこめておく。又、前記ガス排気管４５の前記第４のバルブ４６は開いたままとし、前記真空ポンプ４７により前記反応室３２を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ3 を該反応室３２から排除する。又、この時Ｎ2 等の不活性ガスを該反応室３２に供給することで、更に残留ＮＨ3 を排除する効果が高まる。前記ガス溜め４２内には、圧力が２００００Ｐａ以上となる様ＤＣＳを溜める。又、該ガス溜め４２と前記反応室３２との間のコンダクタンスが１．５×１０-3ｍ3 ／ｓ以上となる様に装置を構成する。又、前記反応管２９の容積と、該反応管２９に対する必要な前記ガス溜め４２の容積との比として考えると、前記反応管２９の容積が１００ｌ（リットル）の場合に於いては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としては前記ガス溜め４２は反応室３２容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
【００６１】
（ステップ３）
ステップ３では、前記反応室３２の排気が終ったら前記ガス排気管４５の前記第４のバルブ４６を閉じて排気を止め、前記第２のガス供給管３５の下流側の前記第３のバルブ４３を開く。これにより前記ガス溜め４２に溜められたＤＣＳが前記反応室３２に一気に供給される。この時、前記ガス排気管４５の前記第４のバルブ４６が閉じられているので、前記反応室３２内の圧力は急激に上昇し、約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）迄昇圧される。ＤＣＳを供給する為の時間は２〜４秒に設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。この時にウェーハ２の温度はＮＨ3 の供給時と同じく、３００〜６００℃の範囲内の所望の温度で維持される。ＤＣＳの供給により、ウェーハ２の表面に化学吸着したＮＨ3 とＤＣＳとが表面反応（化学吸着）し、ウェーハ２上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、前記第３のバルブ４３を閉じ、前記第４のバルブ４６を開けて前記反応室３２を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。又、この時にはＮ2 等の不活性ガスを前記反応室３２に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを前記反応室３２から排除する効果が高まる。又、前記第２のバルブ４１を開いて前記ガス溜め４２へのＤＣＳの供給を開始する。
【００６２】
上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰返すことにより、ウェーハ２上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜することができる。
【００６３】
ＡＬＤ法では、ガスはウェーハ２上の表面部分に化学吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。従って、希望する一定量のガスを短時間で吸着させる為には、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施例では前記第４のバルブ４６を閉じた上で前記ガス溜め４２内へ溜めたＤＣＳを瞬間的に供給しているので、前記反応室３２内のＤＣＳの圧力を急激に上昇させることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
【００６４】
又、本実施例では、前記ガス溜め４２にＤＣＳを溜めている間に、ＡＬＤ法で必要なステップであるＮＨ3 ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び前記反応室３２の排気をしているので、ＤＣＳを溜める為の特別なステップを必要としない。又、前記反応室３２内を排気してＮＨ3 ガスを除去してからＤＣＳを流すので、両者はウェーハ２に向う途中で反応しない。供給されたＤＣＳは、ウェーハ２に吸着しているＮＨ3 とのみ有効に反応させることができる。
【００６５】
更に、前記方形孔４９と前記円形孔５１を前記プラズマ領域５９から離れた位置に穿設したことで、前記方形孔４９と前記円形孔５１を活性種が通過する際に、ＮＨ3 が分解されて前記バッファ室３８側と前記処理室３２側の前記方形孔４９と前記円形孔５１の周囲に膜が堆積することがなくなり、膜に起因して発生するパーティクルによるウェーハ２の品質低下を防止することができる。
【００６６】
尚、膜の堆積を防止する為には、前記方形孔４９と前記円形孔５１を通過する際にガスが分解しなければよいので、前記プラズマ生成領域５９と前記方形孔４９及び前記円形孔５１との距離は、ガスが分解するだけのエネルギを失う距離があればよい。
【００６７】
又、本実施例では、前記方形孔４９を前記ノズル５２近傍の底面に穿設し、前記円形孔５１を前記ノズル５２近傍の側壁に穿設したが、前記方形孔４９と前記円形孔５１の位置は逆であってもよい。
【００６８】
次に、図５（Ａ），（Ｂ）に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図５（Ａ），（Ｂ）中、図４（Ａ），（Ｂ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００６９】
第２の実施例は、第１の実施例の方形孔４９をノズル５２近傍のバッファ室３８の側壁に穿設した、即ち、前記方形孔４９と円形孔５１を共に前記バッファ室３８の第１ガス供給孔４８が設けられた端部と反対側の端部の側壁に穿設したものである。
【００７０】
前記方形孔４９と前記円形孔５１を共に前記バッファ室３８の前記ノズル５２近傍の側壁に穿設したことで、前記方形孔４９と前記円形孔５１と第１の棒状電極５４、第２の棒状電極５５間に形成されるプラズマ領域５９との距離が、第１の実施例と比較して更に離れる。
【００７１】
従って、前記ノズル５２より前記バッファ室３８に供給され、前記プラズマ領域５９でプラズマ励起されることで活性種となったＮＨ3 ガスのエネルギが、前記方形孔４９と前記円形孔５１へ到達する過程で更に失われるので、前記方形孔４９と前記円形孔５１でＮＨ3 ガスの分解による膜の堆積が発生せず、膜によって発生するパーティクルによるウェーハ２の品質低下を防止することができる。
【００７２】
次に、図６（Ａ），（Ｂ）に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図６（Ａ），（Ｂ）中、図４（Ａ），（Ｂ）中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００７３】
第３の実施例では、方形孔４９をノズル５２近傍のバッファ室３８の側壁に穿設したものである。
【００７４】
従って、該バッファ室３８に供給されたＮＨ3 ガスがプラズマ励起されるプラズマ領域５９と前記方形孔４９との距離が離れ、プラズマ励起された活性種が該方形孔４９を介して反応室３２（図３参照）に供給する際には、前記プラズマ領域５９から前記方形孔４９に至る過程で活性種が持つエネルギが失われ、該方形孔４９でのＮＨ3 ガスの分解による膜の堆積が発生せず、膜に起因して発生するパーティクルによるウェーハ２の品質低下を防止することができる。
【００７５】
尚、本実施例では、前記方形孔４９を前記ノズル５２近傍の前記バッファ室３８の側壁に穿設したが、該側壁に穿設するのは円形孔５１であってもよい。
【００７６】
又、本発明の第１の実施例では、ＳｉＮ膜を生成する場合について説明したが、本発明に於ける基板処理装置１は膜種に限定されるものではなく、ＳｉＮ膜以外の膜に対しても適用可能であるのは言う迄もない。
【符号の説明】
【００７７】
１              基板処理装置
２              ウェーハ
３４            第１のガス供給管
３５            第２のガス供給管
３８            バッファ室
４８            第１のガス供給孔
４９            方形孔
５１            円形孔
５２            ノズル
５３            第２のガス供給孔
５４            第１の棒状電極
５５            第２の棒状電極
５９            プラズマ生成領域
【図１】
2011100896.tif 000003
【図２】
2011100896.tif 000004
【図３】
2011100896.tif 000005
【図４】
2011100896.tif 000006
【図５】
2011100896.tif 000007
【図６】
2011100896.tif 000008
【図７】
2011100896.tif 000009