(57)【要約】【課題】  各段の電極間で面内、面間とも均一な基板処理を可能とする。【解決手段】  被処理基板をプラズマ処理する処理室２０１と、前記処理室２０１内に間隔をおいて配置され、前記被処理基板を載置する多段の電極と、前記各段の電極に供給線３０７、３０８、３０９を介して高さ方向に交互に接続され、前記プラズマを生成するための電力を供給する複数の電源とを備える。【選択図】  図１
2009059900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板をプラズマ処理する処理室と、
前記処理室内に間隔をおいて配置され、前記被処理基板を載置する多段の電極と、
前記各段の電極に供給線を介して高さ方向に交互に接続され、前記プラズマを生成するための電力を供給する複数の電源と、
を備えた基板処理装置。
【請求項２】
前記各段の電極に接続される前記供給線のうちの一つは、前記複数の電源に共通した共通線である請求項１に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置、特に多段の電極にプラズマを生成して被処理基板に所定の処理を行う基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の基板処理装置を説明する。ここでは、多段電極を用いて複数の被処理基板を一括してプラズマ処理する縦型処理炉を一例として説明する（例えば、特許文献１参照）。図７はそのような縦型処理炉の概略構成図を示す。
【０００３】
縦型処理炉は反応管１０を備え、反応管１０の内部に処理室１１を形成している。処理室１１内に電極２０が多段に配置される。多段の電極２０は、隣接する上下一対の第１、第２電極２１、２２（２１ａ、２２ａ）、（２２ａ、２１ｂ）、（２１ｂ、２２ｂ）、（２２ｂ、２１ｃ）、（２１ｃ、２２ｃ）、（２２ｃ、２１ｄ）、（２１ｄ、２２ｄ）、（２２ｄ、２１ｅ）を一段の電極としてとらえるように構成される。各段の電極２１、２２のうち下方の電極がウエハ１２を載置するようになっている。
【０００４】
反応管１０の外部には１台の高周波（ＲＦ）電源３０が設けられ、ＲＦ電源３０の両端子から反応管１０内の多段電極２０の高さ方向に供給線３１、３２が延設されている。それらの延設された供給線３１、３２のうち、一方の供給線３１は複数の第１電極２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ）に共通接続され、他方の供給線３２は複数の第２電極２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）に共通接続され、各段の第１、第２電極２１、２２間にＲＦ電力を供給して放電させることによりプラズマを生成して、各段の下方の電極に載置されたウエハ１２に所定のプラズマ処理を施すようになっている。
【０００５】
このように従来の多段の電極を用いた縦型処理炉では、１台のＲＦ電源のみから供給線を介して高さ方向に配置される多段の電極にＲＦ電力を供給するという構成が採用されている。
【特許文献１】特開２００６−２７８６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術では、１台のＲＦ電源のみから供給線を介して多段の電極へ電力を供給しているが、供給線のインピーダンスによる電圧変動があるため、各段の電極間の印加電圧は同一にはならず、電極間によっては、その放電状態が空間的に間欠になることがあった。また、印加されるＲＦ要因によって、各段の電極間の印加電圧が変動するため、放電開始電圧に至らない電極間箇所が発生することがあった。また、ＲＦ電源から遠い電極になると電圧の変動が大きくなる傾向があった。
その結果、各段の電極間に不均一なプラズマが発生し、電極間のプラズマ処理が不均一になるという問題があった。
【０００７】
なお、多段の電極に電力を供給するには、ＲＦ電源の周波数が高いと供給線のインピーダンスによる電圧変動が大きくなるので、ＲＦ電源の周波数をなるべく低く設定するという対応方法がある。しかし、この方法を採用した場合、電極の段数が少ないうちは良いが、電極の段数が増加して一定数を超えると電極間での一様な放電を確保するのが必ずしも容易でなかった。
【０００８】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、各段の電極で面内、面間とも
均一な基板処理を可能とする基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様によれば、被処理基板をプラズマ処理する処理室と、前記処理室内に間隔をおいて配置され、前記被処理基板を載置する多段の電極と、前記各段の電極に供給線を介して高さ方向に交互に接続され、前記プラズマを生成するための電力を供給する複数の電源と、を備えた基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば各段の電極で面内、面間とも均一な基板処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（ＩＣ）の製造方法にお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処理などを行なう縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図５は、本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。また、図６は図５に示す処理装置の側面透視図である。
【００１２】
図５および図６に示されているように、シリコン等からなるウエハ（被処理基板）２００を収納したウエハキャリアとしてフープ（基板収容器、以下ポッドという。）１１０が使用されている本発明の処理装置１００は、筐体１１１を備えている。筐体１１１の正面壁１１１ａの正面前方部にはメンテナンス可能なように設けられた開口部としての正面メンテナンス口１０３が開設され、この正面メンテナンス口１０３を開閉する正面メンテナンス扉１０４、１０４がそれぞれ建て付けられている。
筐体１１１の正面壁１１１ａにはポッド搬入搬出口（基板収容器搬入搬出口）１１２が筐体１１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１１２はフロントシャッタ（基板収容器搬入搬出口開閉機構）１１３によって開閉されるようになっている。    
ポッド搬入搬出口１１２の正面前方側にはロードポート（基板収容器受渡し台）１１４が設置されており、ロードポート１１４はポッド１１０を保持されて位置合わせするように構成されている。ポッド１１０はロードポート１１４上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ロードポート１１４上から搬出されるようになっている。
【００１３】
筐体１１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚（基板収容器載置棚）１０５が設置されており、回転式ポッド棚１０５は複数個のポッド１１０を保管するように構成されている。すなわち、回転式ポッド棚１０５は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１１６と、支柱１１６に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板（基板収容器載置台）１１７とを備えており、複数枚の棚板１１７はポッド１１０を複数個宛それぞれ載置した状態で載置するように構成されている。
筐体１１１内におけるロードポート１１４と回転式ポッド棚１０５との間には、ポッド搬送装置（基板収容器搬送装置）１１８が設置されており、ポッド搬送装置１１８は、ポッド１１０を保持したまま昇降可能なポッドエレベータ（基板収容器昇降機構）１１８ａと搬送機構としてのポッド搬送機構（基板収容器搬送機構）１１８ｂとで構成されており、ポッド搬送装置１１８はポッドエレベータ１１８ａとポッド搬送機構１１８ｂとの連続動作により、ロードポート１１４、回転式ポッド棚１０５、ポッドオープナ（基板収容器蓋体開閉機構）１２１との間で、ポッド１１０を搬送するように構成されている。
【００１４】
筐体１１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１１９の正面壁１１９ａにはウエハ２００をサブ筐体１１９
内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口（基板搬入搬出口）１２０が一対、垂直方向に上下２段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口１２０、１２０には一対のポッドオープナ１２１、１２１がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ１２１はポッド１１０を載置する載置台１２２、１２２と、ポッド１１０のキャップ（蓋体）を着脱するキャップ着脱機構（蓋体着脱機構）１２３、１２３とを備えている。ポッドオープナ１２１は載置台１２２に載置されたポッド１１０のキャップをキャップ着脱機構１２３によって着脱することにより、ポッド１１０のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。
【００１５】
サブ筐体１１９はポッド搬送装置１１８や回転式ポッド棚１０５の設置空間から流体的に隔絶された移載室１２４を構成している。移載室１２４の前側領域にはウエハ移載機構（基板移載機構）１２５が設置されており、ウエハ移載機構１２５は、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載装置（基板移載装置）１２５ａおよびウエハ移載装置１２５ａを昇降させるためのウエハ移載装置エレベータ（基板移載装置昇降機構）１２５ｂとで構成されている。図５に模式的に示されているようにウエハ移載装置エレベータ１２５ｂは、筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の移載室１２４前方領域右端部との間に設置されている。これら、ウエハ移載装置エレベータ１２５ｂおよびウエハ移載装置１２５ａの連続動作により、ウエハ移載装置１２５ａのツイーザ（基板保持体）１２５ｃをウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持具）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
【００１６】
移載室１２４の後側領域には、ボート２１７を収容して待機させる待機部１２６が構成されている。待機部１２６の上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１４７により開閉されるように構成されている。
【００１７】
図５に模式的に示されているように、筐体１１１右側端部とサブ筐体１１９の待機部１２６右端部との間にはボート２１７を昇降させるためのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１１５が設置されている。ボートエレベータ１１５の昇降台に連結された連結具としてのアーム１２８には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。ボート２１７は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、５０枚〜１２５枚程度）のウエハ２００をその中心を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ように構成されている。
【００１８】
図５に模式的に示されているように移載室１２４のウエハ移載装置エレベータ１２５ｂ側およびボートエレベータ１１５側と反対側である左側端部には、清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア１３３を供給するよう供給フアンおよび防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１３４が設置されており、ウエハ移載装置１２５ａとクリーンユニット１３４との間には、図示はしないが、ウエハの円周方向の位置を整合させる基板整合装置としてのノッチ合わせ装置１３５が設置されている。
クリーンユニット１３４から吹き出されたクリーンエア１３３は、ノッチ合わせ装置１３５およびウエハ移載装置１２５ａ、待機部１２６にあるボート２１７に流通された後に、図示しないダクトにより吸い込まれて、筐体１１１の外部に排気がなされるか、もしくはクリーンユニット１３４の吸い込み側である一次側（供給側）にまで循環され、再びクリーンユニット１３４によって、移載室１２４内に吹き出されるように構成されている。
【００１９】
次に、本発明の処理装置の動作について説明する。
図５および図６に示されているように、ポッド１１０がロードポート１１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１１２がフロントシャッタ１１３によって開放され、ロードポー
ト１１４の上のポッド１１０はポッド搬送装置１１８によって筐体１１１の内部へポッド搬入搬出口１１２から搬入される。
搬入されたポッド１１０は回転式ポッド棚１０５の指定された棚板１１７へポッド搬送装置１１８によって自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、棚板１１７から一方のポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載されるか、もしくは直接ポッドオープナ１２１に搬送されて載置台１２２に移載される。この際、ポッドオープナ１２１のウエハ搬入搬出口１２０はキャップ着脱機構１２３によって閉じられており、移載室１２４にはクリーンエア１３３が流通され、充満されている。例えば、移載室１２４にはクリーンエア１３３として窒素ガスが充満することにより、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下と、筐体１１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く設定されている。
【００２０】
載置台１２２に載置されたポッド１１０はその開口側端面がサブ筐体１１９の正面壁１１９ａにおけるウエハ搬入搬出口１２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、そのキャップがキャップ着脱機構１２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口を開放される。
ポッド１１０がポッドオープナ１２１によって開放されると、ウエハ２００はポッド１１０からウエハ移載装置１２５ａのツイーザ１２５ｃによってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ノッチ合わせ装置１３５にてウエハを整合した後、移載室１２４の後方にある待機部１２６へ搬入され、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載装置１２５ａはポッド１１０に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００２１】
この一方（上段または下段）のポッドオープナ１２１におけるウエハ移載機構１２５によるウエハのボート２１７への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ１２１には回転式ポッド棚１０５から別のポッド１１０がポッド搬送装置１１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ１２１によるポッド１１０の開放作業が同時進行される。
【００２２】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１４７によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１４７によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１１５によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。
【００２３】
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。処理後は、ノッチ合わせ装置１３５でのウエハの整合工程を除き、概上述の逆の手順で、ウエハ２００およびポッド１１０は筐体１１１の外部へ払出される。
【００２４】
図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る基板処理装置を構成する処理炉の概略縦断面図であって、上述した実施の形態の処理炉の構成例を示す。この処理炉は、平板型の電極を複数枚段積みした多段電極型バッチ処理式プラズマ基板処理装置である。多段の電極に電力を供給する電源を複数台用意して、１台の電源あたりの接続電極数を減らすようにしている。１台の電源あたりの接続電極数が少ないので、各段の電極の印加電圧の変動幅は小さく、各段の電極での一様放電が比較的容易となる。
【００２５】
この処理炉２０２では、ヒータ３０３が反応管３０２を取り囲むように設けてある。反応管３０２は石英などの誘電体で構成する。処理室２０１は、反応管３０２およびシールキャップ２１９で気密に構成されている。処理室２０１は、被処理基板としてのウエハ２００を処理する空間を形成している。
【００２６】
反応管３０２にはガス導入ポート３２０が設けてあり、ガス導入ポート３２０の下流に
設けられたノズル３２２が処理室２０１内部に反応管３０２の側面に沿って垂直方向に設けられている。ノズル３２２には、複数のガス供給用の細孔３２１が設けられ、矢印で示す処理ガスを高さ方向に均等に供給するよう大きさが調整された複数の細孔３２１より均等に処理室２０１内に導入することが可能となっている。
【００２７】
反応管３０２は、処理室２０１に開口した排気口３２８を介し、排気管３１７、圧力調整バルブ３１８を介してポンプ３１９に接続され、処理室２０１内部のガスを排気できる構造となっている。
【００２８】
処理室２０１内部には、導電性材料を含む部材、例えばＳｉ（Ｂ等がドープされた導電性を示すもの）、ＳｉＣで構成された複数（図示例では７個）のサセプタ電極３００が配置されている。複数のサセプタ電極３００は所定の間隔をおいて高さ方向に多段に積層されている。多段に積層されているサセプタ電極３０４（３０４ａ、３０４ｂ）、３０５（３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ）、３０６（３０６ａ、３０６ｂ）は、隣接する上下一対のサセプタ電極をそれぞれ一段のサセプタ電極としてとらえるように構成されている。各段のサセプタ電極というときは、１段目のサセプタ電極（３０４ａ、３０５ａ）、２段目のサセプタ電極（３０５ａ、３０６ａ）、３段目のサセプタ電極（３０６ａ、３０５ｂ）、４段目のサセプタ電極（３０５ｂ、３０４ｂ）、５段目のサセプタ電極（３０４ｂ、３０５ｃ）、６段目のサセプタ電極（３０５ｃ、３０６ｂ）を意味する。
【００２９】
各段のサセプタ電極間に１枚ないし数枚、好ましくは１枚のウエハ２００が配置される。実施の形態によってはウエハ２００は各段のサセプタ電極間の中間にサセプタ電極より浮かして配置されることも、または各段のサセプタ電極のうち下方のサセプタ電極上に直置きに配置されることもある。
【００３０】
図１に示す実施の形態では、各段のサセプタ電極のうち下方の電極がそれぞれ１枚のウエハ２００を直接保持するようになっている。最上段の上方の電極３０４ａはウエハ２００を保持しない。したがって、サセプタ電極の枚数をｎとするとき、段数は（ｎ−１）となる。
【００３１】
サセプタ電極３０４、３０５、３０６はそれぞれボート２１７の支柱２１７ａ、２１７ｂ…に取り付けられている。支柱２１７ａ、２１７ｂ…は石英などの誘電体で構成され、サセプタ電極３０４、３０５、３０６間を互いに絶縁するようになっている。サセプタ電極３０４、３０５、３０６を取り付けたボート２１７は回転テーブル３２７上に載置されている。回転テーブル３２７は回転軸３１０に取り付けられている。回転軸３１０は、シールキャップ２１９の開口２２０を介して処理室２０１の内外に亘り延在している。回転軸３１０は、例えば磁気シール３１１を用いて真空シールされ、同軸状に組み込まれたギア３１２をモータ３１３で回転制御することによって真空を保持しながら回転可能な構造となっている。
【００３２】
回転テーブル３２７上に載置されたサセプタ電極３０４、３０５、３０６には、複数本、ここでは３本の供給線３０７、３０８、３０９がそれぞれ接続されている。これらの供給線３０７、３０８、３０９は絶縁部材で電気的絶縁、真空シールされた状態で処理室２０１外へそれぞれ取り出されている。供給線３０７、３０８、３０９の処理室２０１外への取り出しは、回転軸３１０内を通して行うようにしてもよい。
【００３３】
処理室２０１の外部に、各段のサセプタ電極の間にプラズマを生成するための電力を供給する複数のＲＦ電源が設けられている。ここでは２台のＲＦ電源３３１、３３２を設けて２電源方式としている。図示例のように、第１のＲＦ電源３３１は第１の発振器３１５と第１の整合器３１６とから構成される。第２のＲＦ電源３３２は、第２の発振器３２５
と第２の整合器３２６とから構成される。複数のＲＦ電源３３１、３３２は、上記供給線３０７、３０８、３０９を介して各段のサセプタ電極に高さ方向に交互に接続されている。
【００３４】
具体的には、サセプタ電極３０４（３０４ａ、３０４ｂ）は、第１の供給線３０７を介して第１の整合器３１６及び第１の発振器３１５の一端に接続されており、サセプタ電極３０６（３０６ａ、３０６ｂ）は第２の供給線３０９を介して第２の整合器３２６及び第２の発振器３２５の一端に接続されている。また、サセプタ電極３０５（３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ）は、第３の供給線３０８を介して第１の発振器３１５と第２の発振器３２５の他端に共通接続されている。この供給線３０８は、２台のＲＦ電源３３１、３３２に共通した共通線である。したがって、第３の供給線３０８が接続されたサセプタ電極３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃは、隣接する各段のサセプタ電極の共通電極となり、合計の電極数を減らし、給電回路を簡素化している。
【００３５】
２台のＲＦ電源３３１、３３２は、それらの位相差を異ならせて共通線に流れる電流を低減させることが好ましい。例えば２台のＲＦ電源３３１、３３２の位相差を１８０°とすれば、電源負荷は共通線である供給線３０８を中心に対称となるので、共通線となる供給線３０８に流れる各ＲＦ電源３３１、３３２の電流を互いに逆向にして相殺させることができる。
【００３６】
このように各段の電極に供給線３０７、３０８、３０９を介して高さ方向にＲＦ電源３３１、３３２を交互に接続することにより、第１の発振器３１５の出力するＲＦ電力を第１の整合器３１６を介してサセプタ電極３０４、３０５（３０４ａ、３０５ａ）、（３０５ｂ、３０４ｂ）、（３０４ｂ、３０５ｃ）間に印加できるようになっている。また、第２の発振器３２５の出力するＲＦ電力を第２の整合器３２６を介してサセプタ電極３０５、３０６（３０５ａ、３０６ａ）、（３０６ａ、３０５ｂ）、（３０５ｃ、３０６ｂ）間に印加できるようになっている。ＲＦ電力が各段のサセプタ電極間に印加されると、ガス導入ポート３２０から導入された処理ガスを各段のサセプタ電極間でプラズマ化し、各段のサセプタ電極上に載置された各ウエハ２００が処理される。
【００３７】
次に上述した本処理炉の動作を説明する。
処理室２０１が大気圧の状態でボートエレベータ（図５参照）でウエハ２００を装填する為のボート２１７、サセプタ電極３０４、３０５、３０６、回転テーブル３２７、回転機構（図中、３１０、３１１、３１２、３１３）、シールキャップ２１９を下げて図示しない被処理体支持ピンとウエハ移載装置１２５ａ（図５、図６参照）との相互動作により所用の数のウエハ２００をサセプタ電極３０４、３０５及び３０６に載置した後、シールキャップ２１９を上昇させて処理室２０１内部に挿入する。
【００３８】
多段のサセプタ電極３００の数は、プラズマ生成の条件等で決まる各段のサセプタ電極間の間隔と、処理室２０１の高さ方向の大きさの制約で決定される。
【００３９】
ヒータ３０３に電力を投入し、ウエハ２００、反応管３０２、各段のサセプタ電極など処理室２０１内部の部材を所定の温度に加熱する。
【００４０】
同時に反応管３０２内部の気体を排気口３２８から排気管３１７を通してポンプ３１９で排気する。ウエハ２００が所定の温度になった時点で処理室２０１にガス導入ポート３２０から処理ガスを導入し、圧力調整バルブ３１８によって処理室２０１内の圧力を一定の値に保持する。
【００４１】
処理室２０１内部が所定の圧力になったら、モータ３１３を図示しないコントローラで
回転制御させ、供給線３０８を基準電位とする２台の発振器３１５、３２５の出力する各ＲＦ電力を整合器３１６、３２６、供給線３０７、３０９を介して各段のサセプタ電極間に供給する。
ここで、各段のサセプタ電極への電力供給を２つのＲＦ電源３３１、３３２が分担する。すなわち、サセプタ電極（３０４ａ、３０５ａ）、（３０５ｂ、３０４ｂ）、（３０４ｂ、３０５ｃ）間には第１のＲＦ電源３３１からＲＦ電力が供給される。また、サセプタ電極（３０５ａ、３０６ａ）、（３０６ａ、３０５ｂ）、（３０５ｃ、３０６ｂ）間には第２のＲＦ電源３３２からＲＦ電力が供給される。
このように各段のサセプタ電極へＲＦ電力が供給されて各段のサセプタ電極間で放電させ、各段のサセプタ電極間にプラズマを生成し、ウエハ２００のプラズマ処理が行われる。
【００４２】
なお、本実施の形態の処理炉にて基板を処理する際の処理条件としては、例えば、窒化膜を成膜する場合、処理温度３００〜９００℃、処理圧力１０〜５００Ｐａ、ガス種Ｎ2
、供給流量５０〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦ電力１００〜６０００Ｗ、周波数１３．５６ＭＨｚ又は４００ＫＨｚ、ウエハ径３００ｍｍ、段数合計５０〜１２０段、各段の電位差５００〜１５００ＶPPが例示される。
上記処理条件でのウエハ面内膜厚は、平均２０〜８０Å、均一性は２〜１０％であった。また、ウエハ間膜厚均一性は５％であった。
【００４３】
以上述べたように、本実施の形態の処理炉は、従来、一定数の多段電極に１台のＲＦ電源のみから電力を供給していたところを、２台のＲＦ電源から電力を供給するようにしている。このように２台のＲＦ電源を用いているので、１台のＲＦ電源あたりの接続電極数が減少し、各段のサセプタ電極間の電圧変動を減らすことができる。したがって、各段のサセプタ電極間に印加されるＲＦ要因によっても、各段のサセプタ電極間の印加電圧が変動して放電開始電圧に至らない箇所が発生することを有効に回避できる。また、各段のサセプタ電極においてほぼ一定の印加電圧とすることができるので、全段のサセプタ電極間で一様放電が可能となる。その結果、各段のサセプタ電極間におけるプラズマの不均一性を補償して、各段のサセプタ電極間でウエハの面内、面間とも均一なプラズマ処理を行うことができる。
【００４４】
また、１台のＲＦ電源のみを用いたものと比較して複数のＲＦ電源を用いると、各ＲＦ電源の負荷が減少するので、周波数の変動・変更に対する許容度が大きい。許容度が大きいと、周波数が変動したり周波数を変更したりしても各段のサセプタ電極間に生成されるプラズマの均一性が失われない。
また、複数のＲＦ電源に接続された供給線のうち一つは、それぞれのＲＦ電源に共通したものとしたので、給電回路を簡素化できる。
【００４５】
また、２つのＲＦ電源の位相を１８０°異ならせ、各電源に接続される電極が共通線を中心に対称となるようにしたので、共通線となる供給線に流れる各電源の電流は、互いに逆向きとなり相殺される。従って、共通線のインピーダンスは無視することができ、各段のサセプタ電極間へより一様な電圧を印加させることができ、また、各段のサセプタ電極間でより一様な放電を行わせることができる。
【００４６】
なお、実施の形態では、２電源方式の場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電源を３台あるいは４台備えた３電源方式、４電源方式としても良い。ただし、一般にＲＦ電源は高価であるため、あまりたくさんのＲＦ電源を用いることは好ましくない。また、２台のＲＦ電源の位相差については、実施の形態では１８０°としているが、位相差は実機ごとに調整するものであり、１８０°に限定されるものではない。また、３電源方式の場合、各電源の位相差は例えば１２０°とすることができる。また、本実施
の形態は、バッチ式処理式の処理炉について説明したが、本発明は枚葉式の処理炉にも適用可能である。
【００４７】
また、実施の形態では、電極を上下２枚で一対となる２枚の電極間で放電を行わせる平板型電極としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、１枚の電極上で放電を行わせる分割型電極としてもよい。分割型電極としては、例えばくし型、ダブルＣ型等がある。このうちくし型電極は、くし形に分割された２つの電極をかみ合わせて一体としたもので、分割された一方をアノードとし、他方をカソードとしたものである。また、ダブルＣ型電極は、円板を内円と外円とに２分割し、さらに内円をステップ状に２分割して略２枚のＣ型内部電極部とし、外円をＣ型に２分割して略２枚のＣ型外部電極部とし、これらのＣ型外部電極部に各Ｃ型内部電極部を連結してダブルＣ型電極部を構成し、これらを一体としたものである。
平板電極の場合は、ウエハを電極間に浮かして配置しても、電極上に直置きにしてもよいが、くし型電極やダブルＣ型電極の場合は、ウエハは電極間に浮かして配置する必要がある。
【００４８】
以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施の形態に開示された要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物を含む趣旨である。
【００４９】
本発明の好ましい形態を付記する。
第１の態様は、多段電極の各段の電極にプラズマを生成するための電力を供給する電源を複数備える。電源を複数備えるので、段数が多くても、多段電極間で面内、面間とも均一な基板処理を行うことができる。また、多段電極は、隣接する上下一対の電極を一段の電極としてとらえ、各段の電極間に被処理基板を配置させることができる。さらに、各段の電極に接続される供給線のうちの一つを、複数の電源に共通した共通線とすることで、多段電極で面内、面間ともより均一な基板処理を行うことができる。
【００５０】
第２の態様は、反応管内に平板状型の対をなす電極を多段に配置し、電極間で被処理基板をプラズマ処理するバッチ処理式プラズマ半導体処理装置において、各段の電極に電力を供給するための供給線を少なくとも３本設け、これら３本の供給線に電力を供給するＲＦ電源を少なくとも２台備えた２電源方式とし、さらに各々のＲＦ電源の位相調整を可能とするのが好ましい。特に、２電源方式であって供給線を３本有する場合にあっては、３本の供給線のうち１本の供給線を共通線とし、さらに２台のＲＦ電源の位相を１８０°異ならせるのが好ましい。
【００５１】
また、第３の態様は、基板処理方法であって、被処理基板をプラズマ処理する処理室と、前記処理室内に間隔をおいて配置され、前記被処理基板を載置する多段の電極と、前記各段の電極に供給線を介して高さ方向に交互に接続され、前記プラズマを生成するための電力を供給する複数の電源とを備えた基板処理装置を用いて、前記各段の電極に生成されるプラズマを用いて被処理基板を処理することを特徴とする。また、多段電極は、隣接する上下一対の電極を一段の電極としてとらえ、各段の電極間に被処理基板を配置させることができる。さらに、前記各段の電極に接続される供給線のうちの一つは、前記複数の電源に共通した共通線であることが好ましい。
【実施例】
【００５２】
次に図２を用いて本発明の好ましい実施例を説明する。
図２は、サセプタ電極３０４、３０５、３０６にＲＦ電源３１４、３２５を接続してなる給電回路構成を、図１に示した処理炉から主に抜き出した模式図を示す。
ＲＦ電源３１４、３２５を２式備える。ＲＦ電源３１４、３２５の周波数は、４００ＫＨｚとし、それぞれのＲＦ電源３１４、３２５の位相は、位相制御器３３０により１８０°異なる（逆相）ように制御される。供給線３０７、３０８、３０９は３本であり、その内の１本の供給線３０８は共通線として使用されている。１台のＲＦ電源、１つの供給線あたり、３５〜５０枚分のサセプタ電極に給電する（図示例では１１枚分が例示されている）。電極負荷（プラズマ）は、共通線としての供給線３０８を中心に対称となるので、供給線３０８に流れる電流は、逆向きとなり相殺されて流れない。従って、供給線３０８のインピーダンスは無視することができ、面内、面間一様電圧の印加、および面内、面間一様放電の見地からはさらに有利となる。
【００５３】
図３は、図２の処理炉における給電回路を模擬した等価回路網であり、２０段のサセプタ電極例を示している。図中、”ｐｌａｓｍａ”とあるのは、一対のサセプタ電極間の電極負荷、すなわちサセプタ電極間で生成されるプラズマを意味する。”ｐｌａｓｍａ”に付した”Ｎｏ．１”〜”Ｎｏ．２０”は、サセプタ電極の対の数、すなわち段数を意味する。”Ｌ”は、各段間における供給線３０７、３０８、３０９のインピーダンスを意味する。また、Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ電源３２５、３１５の電圧、Ｃｏｍは両電源３２５、３１５の共通線を意味する。
【００５４】
図３の等価回路から、各段のサセプタ電極の電位差を、周波数をパラメータとして計算した結果を図４に示す。図４において、横軸は１段から２５段までの段数を示す。縦軸は各段の電位差を示し、１段目における電源電圧は「１」に規格化してある。電源周波数を４００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、５ＭＨｚと変化させた。そのときの各々のサセプタ電極間の電位差が段数に関係なく比較的面内、面間一様であることがわかる。また、周波数を変更しても、その一様性は、安定していることもわかる。後述する図７の比較例と比べて実施例の各段のサセプタ電極間（段内、段間）で均一な基板処理をすることの有効性が認められた。
【００５５】
このように、実施例では、２台のＲＦ電源から各サセプタ電極へ電力を供給しているため、印加されるＲＦ要因の影響を受け難く、各段の印加電圧が変動しも、その変動幅は小さく抑えられ、放電開始電圧に至らない箇所が発生することがなくなった。また、ＲＦ電源から遠いサセプタ電極であって、大きな電圧の変動が生じるのを有効に抑制することができた。その結果、サセプタ電極間に均一なプラズマが発生し、サセプタ電極間のプラズマ処理が均一になった。
【００５６】
［比較例］
次に図８を参照して比較例について説明する。
図８（ａ）は、第１、第２サセプタ電極２１、２２にＲＦ電源３０を接続してなる給電回路構成を、図７の縦型処理炉から主に抜き出して描いた模式図を示す。図８（ａ）の右側に、付図（ｂ）、（ｃ）として印加電圧が電極間で変動している様子を模式的に描いてある。ここで、付図（ｂ）、（ｃ）の横軸は印加電圧、縦軸は空間距離軸である。
【００５７】
例えば、ＲＦ電源３０の周波数として１３．５６ＭＨｚを採用した場合、そのＲＦ特性、すなわち波長との関係から、印加電圧を多段に積層した第１、第２サセプタ電極２１、２２間に印加すると、一部のサセプタ電極の印加電圧は高く、他のサセプタ電極の印加電圧は低く押えられる現象が発生する。また、ＲＦ電源３０から距離が遠いサセプタ電極になると、電圧変動が大きくなる傾向があった。
【００５８】
これは、途中の段のサセプタ電極で電圧が変動した場合、サセプタ電極の数が多くなるほど、一つのサセプタ電極の電圧変動が最終段のサセプタ電極の電圧変動に大きく影響するためである。図８の模式図では、ＲＦ電源の周波数がＲＦ（例えば１３．５６ＭＨｚ）
の場合（ｂ）と低周波（例えば４００ｋＨｚ）の場合（ｃ）とで、高い印加電圧が加わるサセプタ電極と、印加電圧が低く押えられるサセプタ電極とが異なるという点も併記してある。
【００５９】
このように印加されるＲＦ要因によって、各段のサセプタ電極の印加電圧が変動するため、放電開始電圧に至らないサセプタ電極箇所が発生する。その結果、第１、第２サセプタ電極２１、２２間に不均一なプラズマが発生し、サセプタ電極２１、２２間のプラズマ処理が不均一になるという問題があった。
【００６０】
多段に積層したサセプタ電極に電力を供給するには周波数が高いと、供給線３１、３２のインピーダンスによる電圧効果が大きくなるので、なるべく周波数を低くするような考え方がある。例えば４００ＫＨｚを採用する試みがある。しかしながら、この方法においても、サセプタ電極の積層数が一定数より多くなると、例えば、１００段のサセプタ電極の場合、全段での一様な放電が、かならずしも容易ではない。
【００６１】
図９は、比較例の図８に示す給電構成を模擬した等価回路図を示す。
各段のサセプタ電極の電位差を周波数をパラメータとして計算した結果を図１０に示す。図１０において、横軸は１段から２５段までの段数を示す。縦軸は各段の電位差を示し、１段目における電源電圧は「１」に規格化してある。電源周波数は４００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、１．５ＭＨｚ、２ＭＨｚ、２．５ＭＨｚ、３ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１０ＭＨｚと変化させた。
【００６２】
図１０から分かるように、周波数が４００ｋＨｚ、１．５ＭＨｚ、１ＭＨｚでは、段数に応じて各段の電位差が大きくなっている。特に１０段目以降の電位差の変動幅に着目すると、変動幅は４００ｋＨｚの場合が最も小さく、１．５ＭＨｚ、１ＭＨｚの順で大きくなっている。しかし、４００ＫＨｚの場合でも、電極の段数に応じて電位差が上昇傾向にあるため、電極の段数が多くなると、全段での一様な放電が、かならずしも容易ではないことが類推できる。周波数が２ＭＨｚ、２．５ＭＨｚ、３ＭＨｚでは、ある程度の段数までは段数に応じて電位差は小さくなるが、それらの段数を超えると反転して段数に応じて電位差が増加する傾向がある。
【００６３】
そして、周波数が５ＭＨｚ、１０ＭＨｚになると、１０〜１５段目までは段数に応じて電位差が大幅に減少し、その後電位差の変動がなくなる。したがって、１３．５６ＭＨｚを採用した場合には、ある程度高い段数の電極の印加電圧は低く押えられ、その段数よりも低い電極の印加電圧は、段数が低くなる程、急激に高くなっていく現象が発生することが類推できる。大局的には、周波数が高くなると変動幅（電位差）が大きくなることがわかる。
【００６４】
このように、比較例では、１台のＲＦ電源から各段のサセプタ電極へ電力を供給していたため、印加されるＲＦ要因によって、各段の印加電圧が変動して、放電開始電圧に至らない箇所が発生することがあった。また、ＲＦ電源から遠いサセプタ電極になると、電圧の変動が大きくなる傾向があった。その結果、サセプタ電極間に不均一なプラズマが発生し、サセプタ電極間のプラズマ処理が不均一になるという問題があった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施の形態による処理炉の構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態による処理炉の概略構成図である。
【図３】図２の処理炉における給電方式を模擬した等価回路網である。
【図４】図３の等価回路網における段数に対する各段の電位差を示す計算結果である。
【図５】本発明の一実施の形態に適用される処理装置の斜透視図である。
【図６】本発明の一実施の形態に適用される処理装置の側面透視図である。
【図７】従来例（比較例）による処理炉の概略構成図である。
【図８】図７の処理炉における給電方式を模擬した図で、（ａ）は等価回路網、（ｂ）は高周波印加電圧の模式図、（ｃ）は低周波電圧の模式図である。
【図９】図８の処理炉における給電方式を模擬した等価回路網である。
【図１０】図９の等価回路網における段数に対する各段の電位差を示す計算結果である。
【符号の説明】
【００６６】
２００    ウエハ（被処理基板）
２０２    処理炉（基板処理装置）
２０１    処理室
３０２    反応管（処理容器）
３０４、３０５、３０６    サセプタ電極
３３１、３３２    高周波（ＲＦ）電源
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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