(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を基板保持具に棚状に保持して縦型の反応容器内に搬入し、プラズマ化された処理ガスにより基板を処理する基板処理装置において、
前記反応容器内を真空排気するための排気機構と、
前記反応容器の側壁に沿って当該反応容器の外方へ向けて膨らみかつ縦方向に伸びるように形成されたプラズマ形成室と、
前記プラズマ形成室を介して前記基板に対して処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記反応容器の外側において前記プラズマ形成室に隣接して縦方向に設けられ、高周波電源に接続されたプラズマ発生用の導電体と、
前記反応容器の外側において前記導電体から見て反応容器側に寄った位置に設けられたプラズマ調整用の導電体と、
前記プラズマ調整用の導電体とアースとの間に設けられたインピーダンス調整部と、を備え、  
前記プラズマ調整用の導電体は、反応容器の長さ方向に複数に分割され、分割された導電体の各々とアースとの間に前記インピーダンス調整部が設けられていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記インピーダンス調整部の調整範囲は、前記プラズマ調整用の導電体が接地された状態に相当するインピーダンスを含むことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記インピーダンス調整部の調整範囲は、前記プラズマ調整用の導電体がフローティング状態に相当するインピーダンスを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記インピーダンス調整部は、可変容量コンデンサと、インダクタンスが可変であるインダクタと、を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
複数枚の基板を基板保持具に棚状に保持して縦型の反応容器内に搬入し、プラズマ化された処理ガスにより基板を処理する基板処理装置において、
前記反応容器内を真空排気するための排気機構と、
前記反応容器の側壁に沿って当該反応容器の外方へ向けて膨らみかつ縦方向に伸びるように形成されたプラズマ形成室と、
前記プラズマ形成室を介して前記基板に対して処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記反応容器の外側において前記プラズマ形成室に隣接して縦方向に設けられ、高周波電源に接続されたプラズマ発生用の導電体と、
前記反応容器の外側において前記導電体から見て反応容器側に寄った位置に設けられ、反応容器の長さ方向に複数に分割されたプラズマ調整用の導電体と、
を備え、
前記複数に分割されたプラズマ調整用の導電体のうち、少なくとも２つは、アースとの間のインピーダンスが互いに異な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、複数枚の基板を基板保持具に棚状に保持して縦型の反応容器内に搬入し、プラズマ化された処理ガスを基板に供給して処理を行う基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型の反応容器内において、ウエハボートに棚状に保持された半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に対して、ガス供給部から供給されるガスをプラズマ化して成膜処理を行う手法がある。例えば反応容器の側壁の一部を外方に突出させてプラズマ形成室が形成され、このプラズマ形成室の外部に縦方向に設けられた電極に高周波電力を印加することによりプラズマが生成される。
【０００３】
このプラズマの生成状態が成膜に影響を与え、例えばプラズマ強度が大きく、ウエハボートに搭載されているウエハの外縁近傍がプラズマに晒されると、当該外縁近傍の膜は収縮し、中央領域の膜厚に比べて薄くなることが認められている。従ってプラズマ強度がウエハの配列方向において揃わない場合には、膜厚の面内均一性が前記配列方向においてばらつき、良好な均一性をもって処理を行うことができない懸念がある。しかしながらプラズマ強度は電極の構成に依存するため、ガス流量や圧力等の処理条件を変更しても、ウエハの配列方向におけるプラズマの強度変化の傾向を調整することは難しい。
【０００４】
特許文献１には、プラズマ形成室に、蛇行しながら上下方向に伸びる誘導結合プラズマ発生用の電極を設け、この電極に高周波電源を接続する構成が記載されている。またプラズマ形成室の外部には地絡した地絡電極が配置されており、ウエハ近傍でのプラズマの生成を抑制している。しかしながらこの地絡電極は、プラズマ強度をウエハの配列方向において調整するものではないので、本発明の課題を解決することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１２２２７５号公報（段落００６５〜００７３、図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、縦型の反応容器内にて、基板保持具に棚状に保持された複数の基板に対して、プラズマ化された処理ガスを供給して処理を行うにあたり、基板の面内及び配列方向における処理の均一性を改善でき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】
このため本発明は、
複数枚の基板を基板保持具に棚状に保持して縦型の反応容器内に搬入し、プラズマ化された処理ガスにより基板を処理する基板処理装置において、
前記反応容器内を真空排気するための排気機構と、
前記反応容器の側壁に沿って当該反応容器の外方へ向けて膨らみかつ縦方向に伸びるように形成されたプラズマ形成室と、
前記プラズマ形成室を介して前記基板に対して処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記反応容器の外側において前記プラズマ形成室に隣接して縦方向に設けられ、高周波電源に接続されたプラズマ発生用の導電体と、
前記反応容器の外側において前記導電体から見て反応容器側に寄った位置に設けられたプラズマ調整用の導電体と、
前記プラズマ調整用の導電体とアースとの間に設けられたインピーダンス調整部と、を備え、  
前記プラズマ調整用の導電体は、反応容器の長さ方向に複数に分割され、分割された導電体の各々とアースとの間に前記インピーダンス調整部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また本発明の他の発明は、
複数枚の基板を基板保持具に棚状に保持して縦型の反応容器内に搬入し、プラズマ化された処理ガスにより基板を処理する基板処理装置において、
前記反応容器内を真空排気するための排気機構と、
前記反応容器の側壁に沿って当該反応容器の外方へ向けて膨らみかつ縦方向に伸びるように形成されたプラズマ形成室と、
前記プラズマ形成室を介して前記基板に対して処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記反応容器の外側において前記プラズマ形成室に隣接して縦方向に設けられ、高周波電源に接続されたプラズマ発生用の導電体と、
前記反応容器の外側において前記導電体から見て反応容器側に寄った位置に設けられ、反応容器の長さ方向に複数に分割されたプラズマ調整用の導電体と、を備え、
前記複数に分割されたプラズマ調整用の導電体のうち、少なくとも２つは、アースとの間のインピーダンスが互いに異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、プラズマ発生用の導電体から見て反応容器側に寄った位置にプラズマ調整用の導電体を設けると共に、この導電体とアースとの間にインピーダンス調整部を備えている。プラズマ調整用の導電体とアースとの間のインピーダンスを調整することにより、プラズマ発生用の導電体から発生される電界がプラズマ調整用の導電体に吸収される程度が変化するため、プラズマ強度を調整できる。これにより基板の配列方向のプラズマ強度の均一性が改善され、処理の面内均一性が前記配列方向において揃えられるので、基板の面内及び配列方向における処理の均一性を改善できる。
【００１０】
また本発明の他の発明は、反応容器の長さ方向に複数に分割されたプラズマ調整用の導電体を備え、これら複数に分割されたプラズマ調整用の導電体のうち、少なくとも２つは、アースとの間のインピーダンスが互いに異なるように構成される。このため基板の配列方向においてプラズマ強度がより一層均一になるように調整でき、基板の面内及び配列方向において、良好な均一性をもって処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の基板処理装置を適用した縦型熱処理装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】縦型熱処理装置を示す横断面図である。
【図３】縦型熱処理装置を示す側面図である。
【図４】縦型熱処理装置を示す横断面図である。
【図５】縦型熱処理装置を示す縦断面図である。
【図６】縦型熱処理装置の作用を説明するための側面図と特性図である。
【図７】本発明の基板処理装置を適用した縦型熱処理装置の第２の実施形態を示す概略斜視図である。
【図８】縦型熱処理装置を示す横断面図である。
【図９】縦型熱処理装置を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の基板処理装置を適用した縦型熱処理装置の第３の実施形態を示す側面図である。
【図１１】縦型熱処理装置を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の評価試験の結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）    
本発明の基板処理装置を適用した縦型熱処理装置の第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。図１は縦型熱処理装置の縦断面図、図２はその横断面図である。図１及び図２中１は、誘電体例えば石英により縦型の円筒状に形成された反応管であり、この反応管１内の上部側は、石英製の天井板１１により封止されている。また反応管１の下端側には、例えばステンレスにより円筒状に形成されたマニホールド２が連結されており、反応管１とマニホールド２とにより反応容器１０が形成される。マニホールド２の下端は基板搬入出口として開口され、エレベータ２０に設けられた石英製の蓋体２１により気密に閉じられるようになっている。蓋体２１の中央部には回転軸２２が貫通して設けられ、その上端部には基板保持具であるウエハボート２３が搭載される。
【００１３】
ウエハボート２３は複数本例えば３本の支柱２３１を備えており、ウエハＷの外縁部を支持して、複数枚のウエハＷを棚状に保持できるようになっている。ウエハボート２３は、当該ウエハボート２３が反応管１内に搬入され、蓋体２１により反応管１の基板搬入出口が塞がれる処理位置と、反応管１の下方側の搬出位置との間で昇降自在に構成されると共に、回転機構２４により回転軸２２を介して鉛直軸周りに回転自在に構成される。図１中２５は断熱ユニットである。
【００１４】
反応管１の側壁には開口部１２が形成されており、この開口部１２の外側にはプラズマ発生部３が設けられている。開口部１２は、プラズマ発生部３にて発生する活性種を各ウエハＷに供給できるように、例えばウエハボート２３の上端よりも高い位置から下端のウエハＷよりも低い位置に亘って上下に細長く形成されている。この開口部１２は例えば石英により横断面が凹部状に形成されたプラズマ形成用ボックス３１によって外側から塞がれており、こうして反応管１の側壁に沿って反応管１の外方へ向けて膨らむように縦方向に伸びるようにプラズマ形成室３２が形成されることになる。プラズマ発生部３のさらなる構成については後述する。
【００１５】
反応管１における開口部１２に対向する領域には、反応管１内の雰囲気を真空排気するために、上下に細長い排気口１３が形成されている。この排気口１３には、これを覆うようにして例えば石英よりなる断面コ字状に形成された排気カバー部材１４が取り付けられている。排気カバー部材１４は、例えば反応管１の側壁に沿って上下に伸びて反応管１の上方側を覆うように構成され、例えば排気カバー部材１４の天井側にはガス出口１５が形成される。このガス出口１５には、反応容器１０内を真空排気するために、真空ポンプ及び排気流量の調整部などにより構成された排気機構１６が接続されている。
【００１６】
反応管１の外側には、反応管１の外周を囲むように、天井を備えた筒状のシールド１７が設けられている。このシールド１７は、金属により構成されると共に接地されており、プラズマ発生部３により発生する電界を遮蔽する機能を備えている。またシールド１７の内側面には図示しないヒータが設けられており、反応管１内を加熱する役割を果たす。
【００１７】
上記のマニホールド２の側壁には、例えばシラン系のガスであるジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）を供給するための第１のガス供給路４１が挿入され、この第１のガス供給路４１の先端側は例えば２本に分岐して、夫々ガスノズル４２、４３に接続されている。ガスノズル４２、４３は例えば石英管よりなり、排気口１３に対向し、且つ開口部１２から外れた位置において反応管１の側壁に沿って上方へ伸びるように設けられる。これらガスノズル４２、４３には、夫々その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔４２１、４３１が所定の間隔を隔てて形成されている。
【００１８】
またマニホールド２の側壁には、処理ガスであるアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給するための第２のガス供給路５１の一端と、置換用のガスである窒素（Ｎ２）ガスを反応管１内に供給するための置換ガス供給路６１の一端とが夫々挿入されている。第２のガス供給路５１の先端部には、例えば石英管よりなり、処理ガス供給部をなすガスノズル５２が設けられている。ガスノズル５２は反応管１内を上方向へ伸びる途中で屈曲し、上記のプラズマ形成室３２内を上方へ伸びるように設けられる。このガスノズル５２には、その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔５２１が所定の間隔を隔てて形成されている。
【００１９】
第１のガス供給路４１の上流側は、バルブＶ１、流量調整部ＭＦ１をこの順に介してＤＣＳガスの供給源４４に接続されている。また第２のガス供給路５１の上流側は、バルブＶ２、流量調整部ＭＦ２をこの順に介してＮＨ３ガスの供給源５３に接続されている。さらに置換ガス供給路６１の上流側は、バルブＶ３、流量調整部ＭＦ３をこの順に介してＮ２ガスの供給源６２に接続されている。各バルブＶ１〜Ｖ３はガスの給断を、流量調整部ＭＦ１〜ＭＦ３はガス供給量の調整を夫々行うものである。
【００２０】
続いてプラズマ発生部３について説明する。このプラズマ発生部３を説明するにあたり、ウエハボート２３に載置されたウエハＷに近接する側を前方側、ウエハＷから遠ざかった側を後方側とする。プラズマ形成室３２内において、上記のガスノズル５２は後方側に配置され、前方側に向けてＮＨ３ガスを吐出するように設けられる。反応管１の外側には、プラズマ発生用の導電体をなす一対の電極３３、３４が、夫々プラズマ形成室３２に隣接するように設けられている。これら電極３３、３４は平行平板電極を構成するものであり、夫々プラズマ形成用ボックス３１の左右方向に対向する側壁に沿って、その下端部から上端部に亘って縦方向に伸びるように設けられている。これら電極３３、３４には夫々導電路３５の一端が接続され、この導電路３５の他端はシールド１７の外側へと引き出され、整合回路３６を介して高周波電源３７に接続されている。高周波電源３７は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を電極３３、３４に印加するよう構成されている。
【００２１】
プラズマ形成用ボックス３１の外側には電極３３、３４を空間を介して囲むように、横断面が凹部状に形成された絶縁部材３８、３９が夫々縦方向に伸びるように配設されている。また例えば一方の絶縁部材３８の外側には、電極３３から見て反応管１側に寄った位置に、プラズマ調整用の導電体７が設けられている。導電体７は例えば平面的に見てＬ字状に形成され、絶縁部材３８とプラズマ形成用ボックス３１との接続部に、夫々の側壁に跨るように配置されている。この例における導電体７は、例えば図３に示すように、反応管１の長さ方向に沿って複数例えば３個に分割されており、上方側から第１の導電体７１、第２の導電体７２、第３の導電体７３とする。これら第１〜第３の導電体７１〜７３は、例えば夫々側方から見て細長い四角形状に形成され、例えばプラズマ形成用ボックス３１の下端側から上端側までカバーするように、反応管１の長さ方向に沿って夫々縦方向に並ぶように配置されている。
【００２２】
第１〜第３の導電体７１〜７３の夫々は、インピーダンス調整部であるインピーダンス調整回路８１〜８３を介してアースに接続されている。以降の説明では、第１〜第３の導電体７１〜７３を代表して導電体７、インピーダンス調整回路８１〜８３を代表してインピーダンス調整回路８とする場合もある。インピーダンス調整回路８は、例えば図２に示すように、互いに直列に接続された可変コンデンサ８４１及び可変インダクタ８４２と、これらと直列に設けられた第１のスイッチ８５と、第１のスイッチ８５と並列に設けられた第２のスイッチ８６とを備えている。そして可変コンデンサ８４１の容量及び可変インダクタンス８４２のインダクタンスを変更してインピーダンスを調整するように構成される。こうしてインピーダンス調整回路８１〜８３の調整範囲は、プラズマ調整用の導電体７が接地された状態に相当するインピーダンスから、導電体７がフローティング状態に相当するインピーダンスを含むように構成されている。
【００２３】
例えばインピーダンス調整回路８１〜８３では、第１及び第２のスイッチ８５、８６をオフにすることによりフローティング状態が設定される。また第１のスイッチ８５をオフ、第２のスイッチ８６をオンにすることにより接地状態が設定される。そして第１のスイッチ８５をオン、第２のスイッチ８６をオフにして、可変コンデンサ８４１の容量及び可変インダクタ８４２のインダクタンスを変化させることにより、第１〜第３の導電体７１〜７３とアースとの間でのインピーダンスが調整される。こうして可変コンデンサ８４１の容量及び可変インダクタ８４２のインダクタンスの変化と、第１及び第２のスイッチ８５、８６のオン、オフとの組み合わせにより、第１〜第３の導電体７１〜７３とアースとの間のインピーダンスが、フローティング状態から接地された状態まで調整される。例えば可変コンデンサ８４１の容量及び可変インダクタ８４２のインダクタンスは手動又は自動で調整され、第１及び第２のスイッチ８５、８６のオン、オフ状態は後述する制御部１００により設定されるが、手動で設定するようにしてもよい。なお図２はインピーダンス調整回路８（８１）により、導電体７（７１）を接地状態に設定した場合を示している。
【００２４】
図４を用いてプラズマ調整用の導電体７及びインピーダンス調整回路８の機能を説明する。この図４（ａ）は導電体７が設けられていない構成、図４（ｂ）はインピーダンス調整回路８を導電体７がフローティング状態となるように設定した構成、図４（ｃ）はインピーダンス調整回路８を導電体７が接地状態となるように設定した構成を夫々示す。高周波電源３７からの高周波電力の印加により、電極３３、３４から電界が発生し、プラズマ形成室３２内において、容量結合型のプラズマが発生して拡散する。図４において、点線部分Ｐ１〜Ｐ３は、各構成において生成されたプラズマの発光領域を模式的に示している。電極３３、３４によりウエハＷの配置領域まで電界が形成されており、このためプラズマは視覚的には見えないが、発光領域の外まで広がっている。
【００２５】
図４（ｂ）に示すように、導電体７がフローティング状態となるように設定した場合には、導電体７が電極３３、３４から発生した電界の電位を受けて、あたかも電極のように機能する。このため同図に示すように、プラズマの発光領域Ｐ２が反応管１側に向けて広がり、反応管１内のウエハＷから見ると、プラズマがウエハＷ側に引き寄せられた状態になって、ウエハＷ近傍のプラズマ強度が強くなる。
【００２６】
一方図４（ｃ）に示すように、導電体７が接地状態となるように設定した場合には、電極３３、３４から発生した電界が導電体７に吸収され、導電体７を介してアースに逃げるため、電界強度が小さくなる。このためプラズマの発光領域Ｐ３は、導電体７が設けられていない場合に比べて縮退し、これによりウエハＷの周縁部位におけるプラズマ強度も小さくなっている。なお図４（ｂ）、（ｃ）では、インピーダンス調整回路８を簡略化して描いている。
【００２７】
そしてインピーダンス調整回路８の可変コンデンサ８４１の容量及び可変インダクタ８４２のインダクタンスを変えることによって、高周波電源３７から見たインピーダンスの整合を崩さずにインピーダンスを変えて高周波の振幅を調整することができる。言い換えれば可変コンデンサ８４１及び可変インダクタ８４２を用いることにより、高周波の振幅について広い調整幅を確保し、これによりプラズマを、導電体７がフローティング状態にあるときの強い状態と、導電体７が接地された状態にあるときの弱い状態との間で自在に調整できる。概略的な言い方をすれば、インピーダンスを大きくすると（フローティング状態に近付けると）、導電体７の電極的な役割が大きくなり、プラズマがウエハボート２３に載置されたウエハＷ側に寄る。逆にインピーダンスを小さくすると（接地状態に近付けると）、導電体７に吸収される程度が大きくなり、プラズマが弱められる。
【００２８】
本実施形態のように、平行平板電極によりプラズマを形成する装置では、図５（ａ）に模式的にプラズマの状態を示すように、プラズマがウエハボート２３の上段側で強く、下段側で弱くなる傾向にある。図５において点線はプラズマの発光領域ではなく、プラズマの強度が同じ部位を縦方向に繋げた模式的なラインであり、図５（ａ）はプラズマ調整用の導電体７を設けない構成を示している。このためこの例では、図５（ｂ）に示すように、上段側の第１の導電体７１は接地してプラズマを弱め、下段側の第３の導電体７３はフローティング状態として、プラズマを強めるように夫々のインピーダンス調整回路８１、８３が設定されている。また中段側の第２の導電体７２は、接地状態とフローティング状態との間のインピーダンスになるようにインピーダンス調整回路８２が設定され、こうしてウエハＷの配列方向におけるプラズマの強度を揃えている。このように第１〜第３の導電体７１〜７３には夫々別個にインピーダンス調整回路８１〜８３が接続され、互いに独立してインピーダンスを調整できるので、反応管１の長さ方向（ウエハＷの配列方向）のプラズマ強度が調整できる。
【００２９】
また図６（ａ）は反応管１の長さ方向に分割されていないプラズマ調整用の導電体７４を設け、導電体７４が接地された構成を示す。この構成では、導電体７４を接地しているので、導電体７４を設けない構成に比べてプラズマが弱くなり、ウエハボート２３の上段側の面内均一性は改善される。但しウエハＷの配列方向のプラズマ強度変化の傾向は調整できないため、ウエハボート２３の下段側ではプラズマ生成状態が弱くなり過ぎ、結果として上段側及び下段側のウエハＷでは面内均一性が低くなってしまう。なお図６（ａ）、（ｂ）において、右側の図はウエハボートにおけるウエハＷの位置とウエハＷ上に形成された薄膜の膜厚の面内均一性との関係を模式的に示す図である。
【００３０】
これに対して、本実施形態を示す図６（ｂ）の構成では、ウエハＷの配列方向（面間方向）におけるプラズマ強度が揃うように第１〜第３の導電体７１〜７３のインピーダンスが調整されている。このため処理の面内均一性を、ウエハボート２３の上段（Ｔ）、中段（Ｃ）、下段（Ｂ）の間で揃えることができて、良好な面間均一性（配列方向の均一性）を確保することができる。
【００３１】
以上に説明した構成を備えた縦型熱処理装置は制御部１００と接続されている。制御部１００は例えばＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には縦型熱処理装置の作用、この例では反応管１内にてウエハＷに成膜処理を行うときの制御についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００３２】
続いて本発明の縦型熱処理装置にて実施される成膜方法の一例について説明する。先ず、多数枚のウエハＷをウエハボート２３に棚状に載置し、反応管１内にその下方より搬入して、蓋体２１により基板搬入出口を閉じ、反応管１を密閉する。そして反応管１内を排気機構１６によって所定の圧力の真空雰囲気となるように真空引きすると共に、反応管１内の温度を所定の温度に加熱する。また回転機構２４によりウエハボート２３を回転させる。
【００３３】
その後、高周波電源３７をオフにした状態で、ガスノズル４２、４３により反応管１内にＤＣＳガスを供給する。反応管１はガスノズル４２、４３に対してウエハボート２３を挟んで対向するように設けられた排気口１３を介して真空排気されていることから、ＤＣＳガスは反応管１の左右方向の一方側から他方側に向けて通流していき、ＤＣＳガスの分子が各ウエハＷの表面に吸着される。その後ＤＣＳガスの供給を停止して、反応管１内にＮ２ガスを供給し、残留するＤＣＳガスをパージする。次いでＮ２ガスの供給を停止すると共に、ガスノズル５２からＮＨ３ガスの吐出を開始し、このＮＨ３ガスの吐出の開始と共に高周波電源３７をオンにする。
【００３４】
このとき第１の導電体７１のインピーダンス調整回路８１は導電体７１が接地状態になり、第２の導電体７２のインピーダンス調整回路８２は導電体７２が所定のインピーダンスとなり、第３の導電体７３のインピーダンス調整回路８３は導電体７３がフローティング状態になるように夫々設定される。プラズマ形成室３２内では、ガスノズル５２から吐出されたＮＨ３ガスが電離して、Ｎラジカル、Ｈラジカル、ＮＨラジカル、ＮＨ２ラジカル、ＮＨ３ラジカル等の各種の活性種が生じる。この活性種はウエハＷ表面全体に到達し、ウエハＷ表面のＤＣＳがラジカルにより窒化されてＳｉＮ膜が形成される。
【００３５】
ウエハボート２３の上段側は、第１の導電体７１を接地状態に設定することによってプラズマ強度を弱める一方、ウエハボート２３の下段側は、第３の導電体７３をフローティング状態に設定することによりプラズマ強度を強めている。またウエハボート２３の中段側は上段側及び下段側のプラズマ強度に揃えるように、第２の導電体７２のインピーダンス調整回路８２では可変コンデンサ８４１の容量及び可変インダクタ８４２のインダクタンスが調整される。こうしてプラズマ強度がウエハＷの配列方向において調整されるので、配列方向における処理の良好な均一性が確保できる。
【００３６】
然る後、ＮＨ３ガスの供給を停止して、Ｎ２ガスを供給し、反応管１内に残留するＮＨ３ガス及びその分解物をパージする。このようなＤＣＳガスの供給、パージ、ＮＨ３ガスの活性種の供給、パージからなるサイクルを複数回繰り返すことによって、ウエハＷの表面にＳｉＮ膜の薄膜が、いわば一層ずつ積層されて成長し、ウエハＷの表面に所望の厚さのＳｉＮ膜が形成される。プロセス終了後、ウエハボート２３が反応管１から搬出される。  
なおプロセスとしては、以上に説明したいわゆるＡＬＤ法に限らず、例えばＤＣＳガスとＮＨ３ガスとを同時に吐出するＣＶＤ法であってもよい。
【００３７】
上述の実施形態によれば、プラズマ発生用の電極３３、３４から見て反応管１側に寄った位置にプラズマ調整用の導電体７を設けると共に、この導電体７とアースとの間にインピーダンス調整回路８を備えている。このため導電体７とアースとの間のインピーダンスを調整することにより、プラズマ発生用の電極３３、３４から発生される電界が導電体７に吸収される程度が変化するため、プラズマ強度を調整できる。これによりウエハＷの配列方向におけるプラズマ強度の均一性を改善でき、処理の面内均一性が配列方向において揃えられる。既述の成膜処理では、ウエハボート２３の上段側において、ウエハＷの外縁近傍の膜厚が中央部に比べて薄くなることが抑えられ、膜厚の面内均一性が配列方向において揃えられる。この結果、膜厚の面内及び配列方向の均一性を改善できる。
【００３８】
またプラズマ調整用の導電体７を反応管１の長さ方向に複数に分割し、夫々の導電体７に別個にインピーダンス調整回路８を接続することにより、各導電体７とアースとの間のインピーダンスを独立して調整できる。このため反応管１の長さ方向において、より均一にプラズマ生成状態が揃えられ、より一層ウエハの面内及び配列方向について良好な均一性をもって処理を行うことができる。これにより処理の再現性が良好となり、装置の生産性の向上を図ることができる。さらにプラズマ形成室３２の外部にプラズマ調整用の導電体７を設け、この導電体７とアースとの間にインピーダンス調整回路８を設置するという構成であるので、既存の装置を利用でき、装置の大幅な改造は不要であるという利点も有する。
【００３９】
（第２の実施形態）
続いて本発明の基板処理装置を適用した縦型熱処理装置の第２の実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。この実施形態が第１の実施形態と異なる点は、プラズマ発生用の導電体の構造である。この例においては、プラズマ形成室３２内に誘導結合プラズマを発生させるための導電体をなす電極９が、プラズマ形成用ボックス３１の下端部から上端部に亘って縦方向に伸びるように設けられている。この電極は縦方向に伸びる途中で前後に繰り返し蛇行するように形成されており、以下蛇行電極９と記載する。この蛇行電極９の周囲は絶縁部材９１により囲まれており、例えば蛇行電極９の上端側はプラズマ形成用ボックス３１の上方側にてプラズマ形成用ボックス３１とは反対方向に折り返され、下方側まで垂直に伸びるように設けられている。
【００４０】
蛇行電極９の基端部には導電路９２の一端が接続され、この導電路９２の他端はシールド１７の外側へと引き出され、整合回路９３を介して高周波電源９４に接続されている。また蛇行電極９の先端部は導電路９５の一端に接続されている。導電路９５の他端はシールド１７の外側に引き出され、整合回路９３を介して分岐し、分岐した一端は接地され、分岐した他端は高周波電源９４に接続されている。高周波電源９４は例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を蛇行電極９に印加するように構成されている。反応管１やシールド１７、第１〜第３の導電体７１〜７３、第１〜第３のインピーダンス調整回路８１〜８３等、その他の構成は第１の実施形態と同様であり、同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
高周波電源９４から高周波が印加されると、電界は蛇行電極９を中心に広がるように形成され、ガスノズル５２からプラズマ形成室３２の手前側に吐出されたＮＨ３ガスは、プラズマ形成室３２にて誘導結合型のプラズマを生じる。そして、ＮＨ３ラジカルなどの各種のラジカルが生じ、これらのラジカルがウエハＷに供給される。プラズマ形成用の電極としては蛇行電極９に限られず、例えばコイル状の電極を配置してもよい。
【００４２】
本実施形態のように、蛇行電極９によりプラズマを形成する装置では、図９（ａ）に模式的にプラズマの状態を示すように、プラズマがウエハボート２３の下段側で強く、上段側で弱くなる傾向にある。なお図９（ａ）はプラズマ調整用の導電体７を設けない構成であり、図９において点線はプラズマの発光領域ではなく、プラズマの強度が同じ部位を縦方向に繋げた模式的なラインである。このためこの例では、図９（ｂ）に示すように、上段側の第１の導電体７１はフローティング状態としてプラズマを強め、下段側の第３の導電体７３は接地して、プラズマを弱めるように夫々のインピーダンス調整回路８１、８３が設定されている。また中段側の第２の導電体７２は、接地状態とフローティング状態との間のインピーダンスになるようにインピーダンス調整回路８２が設定され、こうしてウエハＷの配列方向におけるプラズマ強度を揃えている。従ってこの構成においても、処理の面内均一性をウエハＷの配列方向において揃えることができて、良好な面内均一性及び配列方向の均一性を確保することができる。
【００４３】
第１の実施形態及び第２の実施形態では、第１〜第３の導電体７１〜７３は、アースとの間のインピーダンスが互いに異なるように設定されるが、本発明では、プラズマ調整用の複数の導電体７のうち、少なくとも２つがアースとの間のインピーダンスが互いに異なるように設定されればよい。例えば第１の実施形態では、第１の導電体７１を接地状態に設定し、第２の導電体７２及び第３の導電体７３はフローティング、又はアースとの間のインピーダンスが互いに同じになるように設定してもよい。
【００４４】
（第３の実施形態）
続いて本発明の基板処理装置を適用した縦型熱処理装置の第３の実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。この実施形態が第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる点は、プラズマ調整用の導電体の構造である。この例においては、プラズマ調整用の導電体９６は分割されておらず、反応管１の長さ方向のほぼ全体に縦方向に沿って伸びるように設けられている。導電体９６とアースとの間には、第１及び第２の実施形態と同様に構成されたインピーダンス調整回路９７が設けられている。反応管１やシールド１７、プラズマ発生用の電極等、その他の構成は第１の実施形態又は第２の実施形態と同様であり、同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
図１０は第２の実施形態のプラズマ発生用の蛇行電極９を備えた構成に、本実施形態の導電体９６を設けた縦型熱処理装置を示している。この例においてもインピーダンス調整回路９７により導電体９６とアースとの間のインピーダンスを調整することにより、プラズマの状態を制御することができるので、ウエハＷの配列方向におけるプラズマの強度を調整できる。このため処理の面内均一性及び配列方向の均一性が改善される。
【００４６】
また図１１に示すように、導電体９６を反応管１の長さ方向の一部に縦方向に設けるようにしてもよい。図１１には第１の実施形態のプラズマ発生用の電極３３、３４を備えた構成に導電体９６を設ける例を示している。この縦型熱処理装置では、既述のように上段側のプラズマが強くなるので、図１１（ａ）に示すように、導電体９６を反応管１の上段側に対応する高さ位置に設け、インピーダンス調整回路９７により導電体９６を接地状態か、接地状態に近いインピーダンスに設定する。これにより上段側のプラズマが弱められるので、ウエハＷの配列方向におけるプラズマ強度が揃えられる。また図１１（ｂ）に示すように、導電体９６を反応管１の下段側に対応する高さ位置に設け、インピーダンス調整回路９７により導電体９６をフローティング状態に設定するか、フローティング状態に近いインピーダンスに設定するようにしてもよい。これにより下段側のプラズマが強くなるので、ウエハＷの配列方向におけるプラズマが揃えられる。この結果処理の面内均一性及び配列方向の均一性を改善することができる。
【００４７】
以上においてプラズマ調整用の導電体は、プラズマ発生用の導電体から見て反応容器側に寄った位置に設けられるが、この位置は反応容器と前記導電体との間の領域に限らず、当該領域から反応容器の周方向に外れた位置であっても、ウエハが置かれている領域におけるプラズマの強度の調整ができる位置であれば含まれる。またプラズマ調整用の導電体の形状は上述の構成に限られず、平面形状が四角形状等、プラズマ強度が調整できる形状であればよい。また第１〜第３の実施形態の構成では、プラズマ調整用の導電体を反応容器の周方向に一個設ける場合を用いて説明したが、例えばプラズマ形成室の対向する側壁に夫々設ける場合等のように、反応容器の周方向の異なる位置に２個以上配設するようにしてもよい。
【００４８】
またインピーダンス調整部をなすインピーダンス調整回路は、上述の例に限らず、可変コンデンサ及び可変インダクタのいずれか一方を用いて構成してもよい。さらにインピーダンス調整回路は、フローティング状態を設定するときにプラズマ調整用の導電体とアースとを切り離し、接地状態を設定するときに前記導電体と可変コンデンサ及び可変インダクタ（又は可変コンデンサ及び可変インダクタのいずれか一方）とを切り離して接地できる構成であれば、上述の構成には限らない。
【００４９】
さらにまたプラズマ調整用の導電体を反応容器の長さ方向に分割して設ける場合は、例えば上段側から下段側へ行くほど順次インピーダンスが小さくなる場合等、インピーダンスが予め設定された値に固定されていてもよく、インピーダンスが可変な構成には限らない。さらにプラズマ調整用の導電体を、反応容器の長さ方向に分割して設ける場合は、前記導電体は２個でもよい。例えば反応管１を２分割して、夫々の分割領域をカバーするように配置してもよいし、反応管１を長さ方向に３つ以上に分割して、そのうちの２つの分割領域に配置してもよい。例えば反応管１を長さ方向に３つに分割したときに、上段側の領域と、下段側の領域のみに導電体を設けるようにしてもよい。２枚の導電体を設けるときには、導電体とアースとの間のインピーダンスは互いに異なるものであっても、同じものであってもよい。さらにプラズマ調整用の導電体を、反応容器の長さ方向に分割して設ける場合は、必ずしも縦方向に並ぶように配置する必要はない。例えば上段側の導電体と中段側の導電体とを互いに周方向に異なる位置に設けるようにしてもよい。
【００５０】
以上ではＳｉＮ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、本発明において成膜する膜種は特に限定されない。またプラズマ処理としてプラズマＡＬＤ処理を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマＣＶＤ処理、プラズマ改質処理、プラズマ酸化拡散処理、プラズマスパッタ処理、プラズマ窒化処理等のプラズマを用いる全ての処理に対して本発明を適用することができる。
【００５１】
（評価試験）
本発明に関連して行われた評価試験について説明する。この評価試験では既述の図１０に示す縦型熱処理装置を用い、ウエハをウエハボート２３の各スロットに搭載し、実施形態で説明した手順でＡＬＤを行い、ＳｉＮ膜を形成した。成膜条件は、処理圧力をＤＣＳの吸着工程では１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、プラズマを用いる窒化工程では３９．９Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、処理温度を５５０度、ＤＣＳガスの流量を１Ｌ／分、ＮＨ３ガスの流量を１Ｌ／分とした。このとき導電体９６を接地状態に設定した場合（実施例１）と、導電体９６をフローティング状態に設定した場合（実施例２）について夫々成膜処理を行い、これら実施例１、実施例２で成膜されたウエハについて、膜厚の面内均一性を求めた。面内均一性は、ウエハの中心を含む４９箇所のＳｉＮ膜の膜厚を測定し、（最大膜厚−最小膜厚）／（膜厚の平均値×２）により算出し、値の小さい方が均一性が良好であることを示している。
【００５２】
この結果を図１２に、実施例１（接地状態）については◇のプロット、実施例２（フローティング状態）については□のプロットにて夫々示す。また縦軸は膜厚の面内均一性、横軸の上段（Ｔ）はウエハボートの上から３枚目のウエハ、中段（Ｃ）はウエハボートの上から５５枚目のウエハ、下段（Ｂ）はウエハボートの上から１０７枚目のウエハのデータを夫々示している。図１２により、導電体９６を接地状態に設定する場合（実施例１）とフローティング状態に設定する場合（実施例２）とで、ウエハボート２３の上段、中段、下段の面内均一性が大きく変化することが確認された。これによりプラズマ調整用の導電体を設け、当該導電体とアースとの間のインピーダンスを調整することにより、膜厚の面内均一性を調整できることが認められた。データでは導電体９６を接地状態に設定したときと、フローティング状態に設定したときとの間で面内均一性に幅があり、インピーダンス調整回路９７の可変コンデンサの容量及び可変インダクタのインダクタンスを調整することにより、面内均一性を所定の値に調整できることが理解される。なおこの評価試験は導電体９６のインピーダンスを調整することで面内均一性が調整できることを確認するためのものであり、面内均一性の改善を目的としたものではない。
【符号の説明】
【００５３】
Ｗ                ウエハ
１                反応管
１０              反応容器
２                マニホールド
３                プラズマ発生部
３１              プラズマ形成用ボックス
３２              プラズマ形成室
３３、３４        電極
３７、９４        高周波電源
４２、４３、５２  ガスノズル
７、７１〜７３、７４、９６  プラズマ調整用の導電体
８、８１〜８３、９７  インピーダンス調整回路
９              蛇行電極
【図１】
0006515665.tif 000002
【図２】
0006515665.tif 000003
【図３】
0006515665.tif 000004
【図４】
0006515665.tif 000005
【図５】
0006515665.tif 000006
【図６】
0006515665.tif 000007
【図７】
0006515665.tif 000008
【図８】
0006515665.tif 000009
【図９】
0006515665.tif 000010
【図１０】
0006515665.tif 000011
【図１１】
0006515665.tif 000012
【図１２】
0006515665.tif 000013