特許 6394466 基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6394466

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20180913BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   C23C16/505

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-69371(P2015-69371)

(22)【出願日】2015年3月30日

(65)【公開番号】特開2016-189419(P2016-189419A)

(43)【公開日】2016年11月4日

【審査請求日】2017年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】特許業務法人弥生特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133776

【弁理士】

【氏名又は名称】三井田 友昭

(72)【発明者】

【氏名】本山 豊

(72)【発明者】

【氏名】福島 講平

(72)【発明者】

【氏名】永田 朋幸

【審査官】 山本 一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２２６０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２０１０／０８２５６１（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−８０５５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の基板が棚状に配置される縦型の処理容器と、
前記処理容器内を排気して真空雰囲気を形成するための排気機構と、
各々前記処理容器の側壁に沿って、処理容器の外方へ向けて膨らむように縦方向に形成され、互いに処理容器の周方向に離間して配置された第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室と、
第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室内に夫々配置され、前記複数の基板の各々に対して処理ガスを供給するための第１のガス供給部及び第２のガス供給部と、
前記処理容器の外側において第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室の間に縦方向に沿って設けられ、第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室内にプラズマを発生させるために両プラズマ形成室に対して共用化された導電体と、
前記導電体の両端部に接続された高周波電源と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。

【請求項2】

前記導電体の上端に接続された導電路は、前記第１のプラズマ形成室と第２のプラズマ形成室との間の領域である窪み領域の外側に引き回され、更に下方側に屈曲して前記窪み領域の外側にて前記導電体の下部側まで伸びるように配線され、
前記導電体の下端に接続された導電路は、前記導電体の下部側から高周波電源まで引き回される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】

前記処理容器を囲むように設けられた金属製の囲み部材と、前記囲み部材の内面側に設けられ、前記処理容器内を加熱するためのヒーターと、を備え、
前記導電体の上端に接続された導電路は、前記第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室のいずれかにおける前記窪み領域とは反対側の領域に引き回され、更に下方側に屈曲して前記導電体の下部側から前記囲み部材の外に引き出され、
前記導電体の下端に接続された導電路は、前記導電体の下部側から前記囲み部材の外に引き出されることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記導電体は蛇行して縦方向に伸びるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第１のプラズマ形成室と、前記第２のプラズマ形成室との間の距離は、３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つ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、処理ガスのプラズマ化によって得られた活性種を用いて基板に処理を行う基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、半導体製品を製造するためには半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に対して、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)やＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)などの成膜処理が行われる。この成膜処理は、複数枚のウエハを一度に処理するバッチ式の縦型熱処理装置で行われる場合があり、その場合、例えばウエハを縦型のウエハボートへ移載して、棚状に多段に支持させる。そして、当該ウエハボートは、真空雰囲気が形成される処理容器内に搬入（ロード）された後、回転機構により回転し、ウエハボートの側方に配置されるガス供給部からウエハに向けて横方向に処理ガスが供給されて成膜される。装置には、ガス供給部から供給されるガスをプラズマ化して、ウエハに活性種であるラジカルを供給するためのプラズマ形成室が設けられる場合がある。

【0003】

ところで、ウエハに形成されるパターンの微細化が進んでおり、それによってウエハの表面積が増大する傾向にある。そのように表面積が大きいウエハを上記のようにラジカルを用いて成膜処理する場合、ラジカルの多くがウエハの周縁部で消費されてしまう。つまり、ウエハの中心部にはラジカルが供給され難くなり、結果として、ウエハの中心部では周縁部に比べて膜厚が小さくなることで、ウエハＷの面内における膜厚の均一性が低くなってしまうことが懸念される。

【0004】

ラジカルの供給時間を増加させて、ウエハの中心部へのラジカルの供給量を増やして対処することが考えられるが、装置の生産性が低下してしまう。また、ガス供給部から供給する処理ガスの量を多くすることで発生するラジカルの量を多くして対処することが考えられるが、その場合はラジカルが発生する雰囲気の圧力が高くなることでラジカルが互いに衝突して失活しやすくなってしまうため、十分に改善を図れないおそれがある。

【0005】

特許文献１に記載の装置においては、その内部にガス供給部が各々配置される２つのプラズマ形成室が設けられている。各プラズマ形成室には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アンテナが設けられており、各アンテナの一端は互いに接続され、各アンテナの他端に高周波電源が接続されている。しかし、そのような構成によれば、各アンテナより形成される高周波の伝播路が長いため、アンテナの各部で電位差が大きくなる場合があり、それによって異常放電が生じてウエハの周縁部がダメージを受けるおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１５−１２２７５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明はこのような事情においてなされたものであり、その目的は、複数の基板を処理容器内に棚状に配置して一括して処理を行うにあたり、基板の面内に均一性高く処理を行うと共に、プラズマによる基板のダメージが抑えられる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の基板処理装置は、複数の基板が棚状に配置される縦型の処理容器と、
前記処理容器内を排気して真空雰囲気を形成するための排気機構と、
各々前記処理容器の側壁に沿って、処理容器の外方へ向けて膨らむように縦方向に形成され、互いに処理容器の周方向に離間して配置された第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室と、
第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室内に夫々配置され、前記複数の基板の各々に対して処理ガスを供給するための第１のガス供給部及び第２のガス供給部と、
前記処理容器の外側において第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室の間に縦方向に沿って設けられ、第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室内にプラズマを発生させるために両プラズマ形成室に対して共用化された導電体と、
前記導電体の両端部に接続された高周波電源と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、処理容器の外方へ向けて膨らみ、処理容器の周方向に互いに離れて設けられる第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室と、第１のプラズマ形成室と第２のプラズマ形成室との間に縦方向に沿って設けられ、第１のプラズマ形成室及び第２のプラズマ形成室内にプラズマを発生させるために両プラズマ形成室に対して共用化された導電体と、が設けられている。このような構成によれば、第１のプラズマ形成室、第２のプラズマ形成室で夫々処理ガスの活性種を生成することができるので、基板に供給される活性種の量が不足することを防ぐことができる。その結果として、基板の面内における処理の均一性が低下することを防ぐことができる。また、各プラズマ形成室に対して個別に導電体を設ける場合に比べて、当該導電体の長さを抑えることができるので、導電体の各部の電位差によって異常放電が発生することが抑えられる。その結果として、基板がダメージを受けることを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る縦型熱処理装置の縦断側面図である。

【図2】縦型熱処理装置の横断平面図である。

【図3】縦型熱処理装置に設けられるアンテナの構成を示す概略斜視図である。

【図4】縦型熱処理装置に形成される電界を示す模式図である。

【図5】縦型熱処理装置に形成される電界を示す模式図である。

【図6】縦型熱処理装置におけるガスの給断を示すタイミングチャートである。

【図7】縦型熱処理装置における導電部材の他の配置例を示す説明図である。

【図8】評価試験で用いる比較例の装置の概略構成図である。

【図9】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【図10】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【図11】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施の形態に係る縦型熱処理装置１について、縦断側面図及び横断平面図である図１及び図２を参照して説明する。基板処理装置の一実施形態である縦型熱処理装置１は、ＡＬＤによりウエハＷにＳｉＮ（窒化シリコン）膜を形成する成膜装置である。図中１１は、例えば石英により縦型の円筒状に形成された処理容器であり、この処理容器１１内の上部側は、天井板１２により封止されている。また処理容器１１の下端側には、例えば円筒状に形成されたマニホールド２が連結されている。マニホールド２の下端は基板搬入出口２１として開口され、ボートエレベータ２２に設けられた石英製の蓋体２３により気密に閉じられるように構成されている。蓋体２３の中央部には回転軸２４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３が搭載されている。

【0012】

前記ウエハボート３は、図２に示すように例えば３本の支柱３１を備えており、ウエハＷの外縁部を支持して、複数枚例えば１２５枚のウエハＷを棚状に保持できるようになっている。以降、ウエハボート３において、ウエハＷが保持される領域をスロットと記載する。つまり、ウエハボート３は多数のスロットを上下方向に備えている。

【0013】

図中３２は断熱ユニットである。前記ボートエレベータ２２は図示しない昇降機構により昇降自在に構成されている。こうしてウエハボート３は、当該ウエハボート３が処理容器１１内にロード（搬入）され、蓋体２３により処理容器１１の基板搬入出口２１が塞がれる処理位置と、処理容器１１の下方側の搬出位置との間で昇降自在に構成される。前記搬出位置とは、図示しないローディングエリア内に設けられた移載機構によりウエハボート３に対してウエハＷが移載される位置である。また、上記の回転軸２４は、蓋体２３に設けられた回転機構をなすモータ２５により鉛直軸周りに回転自在に構成されている。このウエハボート３の回転によって、ウエハボート３に載置されたウエハＷが中心回りに回転する。

【0014】

処理容器１１の側壁には開口部１３、１４が形成されており、この開口部１３、１４の外側にはプラズマ発生部４が設けられている。開口部１３、１４は、プラズマ発生部４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３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、互いに並行するように形成されている。そして、開口部１３、１４は夫々横断面が凹部状に形成されたプラズマ発生部４を構成するプラズマ形成用ボックス４１、４２により、外側から塞がれている。従って、プラズマ形成用ボックス４１、４２は処理容器１１の側壁を形成しており、当該側壁が処理容器１１の外側へ向けて膨らんでいる。また、プラズマ形成用ボックス４１、４２は、処理容器１１の周方向に離間すると共に、互いに近接して配置されている。プラズマ形成室であるプラズマ形成用ボックス４１、４２は、石英により構成されている。プラズマ発生部４のさらなる構成については後述する。

【0015】

処理容器１１における前記開口部１３、１４に対向する領域には、処理容器１１内の雰囲気を真空排気するために、上下に細長い排気口１５が形成されている。この排気口１５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１６が取り付けられている。排気カバー部材１６は、例えば処理容器１１の側壁に沿って上下に伸びて、処理容器１１の上方側を覆うように構成されており、例えば当該排気カバー部材１６の天井側にはガス出口１７が形成されている。このガス出口１７には、真空ポンプ及び排気流量を調整するための調整部などにより構成された排気機構１８が接続されている。

【0016】

処理容器１１の外周を囲むように、有天井の筒状のシールド１９が設けられている。このシールド１９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４により発生する電界を遮蔽する。また、シールド１９の内側面には図示しないヒーターが設けられており、処理容器１１内を加熱することができる。

【0017】

上記のマニホールド２の側壁には、シラン系のガス例えばジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）を供給するためのジクロロシランガス供給路５１が挿入され、このジクロロシランガス供給路５１の先端部には、ガスノズル５２が設けられている。ガスノズル５２は例えば石英管よりなり、排気口１５に対向し、且つ開口部１３、１４から外れた位置を処理容器１１の側壁に沿って上方へ伸びるように設けられている。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５３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、アンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給するためのアンモニアガス供給路６１、６２の各一端と、窒素（Ｎ_２）ガスを処理容器１１内に供給するための窒素ガス供給路５５の一端と、が挿入されている。アンモニアガス供給路６１の先端部には、例えば石英管よりなるガスノズル６３、６４が設けられており、図１では図が煩雑化することを防ぐために、アンモニアガス供給路６２及びガスノズル６４の図示を省略している。ガス供給部であるガスノズル６３、６４は互いに同様に構成されており、処理容器１１内を上方向へ延びる途中で屈曲し、上記のプラズマ形成用ボックス４１、４２内を夫々上方向に延びている。ガスノズル６３、６４には、その長さ方向に沿って複数のガス吐出孔６５が所定の間隔を隔てて形成されている。

【0019】

ジクロロシランガス供給路５１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５４に接続されている。アンモニアガス供給路６１の上流側は、夫々バルブＶ２、流量調整部ＭＦ２をこの順に介してＮＨ_３ガスの供給源６６に接続されている。アンモニアガス供給路６２の上流側は、バルブＶ３、流量調整部ＭＦ３をこの順に介して、アンモニアガス供給路６１における流量調整部ＭＦ２と、ＮＨ_３ガス供給源６６との間に接続されている（図２参照）。窒素ガス供給路５５の上流側は、バルブＶ４、流量調整部ＭＦ４をこの順に介してＮ_２ガスの供給源５６に接続されている。各バルブＶはガスの給断を、流量調整部ＭＦ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４についてさらに説明する。このプラズマ発生部４を説明するにあたり、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。プラズマ発生部であるプラズマ形成用ボックス４１、４２内において、上記のガスノズル６３、６４の後方側に配置され、前方側に向けてＮＨ３ガスを吐出する。処理容器１１の外部において、プラズマ形成用ボックス４１、４２により互いに挟まれる縦長の領域を窪み領域４３とすると、この窪み領域４３には、図３の概略図に示すように、プラズマ形成用ボックス４１、４２内に共に誘導結合プラズマを発生させるための導電体であるアンテナが、プラズマ形成用ボックス４１、４２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。このアンテナ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、蛇行アンテナ４４と記載する。

【0021】

また、窪み領域４３の外側には、棒状の導電部材４５が垂直に設けられており、この棒状導電部材４５と蛇行アンテナ４４とにより、プラズマ形成用ボックス４１は左右から挟まれている。棒状導電部材４５の上端は折り返され、蛇行アンテナ４４の上端に接続されている。つまり、プラズマ形成用ボックス４１から見て、棒状導電部材４５は窪み領域４３とは反対の領域に向けて引き回され、更に下方側に向けて屈曲するように設けられている。

【0022】

蛇行アンテナ４４の下端部には導電路４６の一端が接続され、この導電路４６の他端はシールド１９の外側へと引き出され、整合回路４７を介して高周波電源４８に接続されている（図１参照）。つまり、導電路４６は、蛇行アンテナ４４の下部側から囲み部材の外に引き出されている。

【0023】

また、棒状導電部材４５の下端は、窪み領域４３の外側を蛇行アンテナ４４の下部側まで伸びるように形成されると共に、導電路４９の一端に接続されている。導電路４９の他端はシールド１９の外側に引き出され、整合回路４７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４８に接続されている。従って、蛇行アンテナ４４の両端部に高周波電源４８が接続されており、高周波電源４８は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を蛇行アンテナ４４に印加することができる。

【0024】

図４の横断平面図では電界を点線の矢印で、図５の側面図では鎖線の矢印で模式的に示している。電界は蛇行アンテナ４４を中心に当該蛇行アンテナ４４から広がるように形成される。プラズマ形成用ボックス４１、４２は互いに近接しているため、電界によってガスノズル６３、６４からプラズマ形成用ボックス４１、４２の手前側に吐出されたＮＨ_３ガスは、図２に示すボックス４１、４２内のプラズマ形成領域ＰＳ１、ＰＳ２にて夫々誘導結合型のプラズマを生じる。そして、アンモニア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。

【0025】

このように蛇行アンテナ４４は、プラズマ形成用ボックス４１、４２内に共に電界を形成する。つまりプラズマ形成用ボックス４１、４２に共用される。このようにプラズマ形成用ボックス４１、４２に電界を形成するために、図２に示すプラズマ形成用ボックス４１、４２の間の距離（窪み領域４３の幅）Ｌ１は３０ｍｍ以下とすることが好ましく、この例では１０ｍｍとされている。また、この例では蛇行アンテナ４４から見てプラズマ形成用ボックス４１、４２は互いに対称に形成されているため、これらプラズマ形成用ボックス４１内、４２内には共に同様の強度の電界が形成され、これらプラズマ形成用ボックス４１、４２間では均一性高くプラズマが形成される。そのため、処理容器１１内に供給される活性種の分布の偏りが抑えられ、ウエハＷの面内における処理の均一性が高くなる。

【0026】

窪み領域４３に設けるプラズマ形成用のアンテナとしては蛇行アンテナ４４に限られず、例えばコイル状のアンテナを配置してもよい。ところで、棒状導電部材４５を窪み領域４３の外側に配置しているのは、蛇行アンテナ４４との距離を比較的大きくするためである。具体的には、蛇行アンテナ４４と棒状導電部材４５との距離が近すぎると、これらのアンテナ４４と導電部材４５との間に強い電界が形成され異常放電が起り、ウエハＷがダメージを受けるため、それを防ぐために棒状導電部材４５を上記の位置に設けている。

【0027】

また、窪み領域４３において、蛇行アンテナ４４の前方側には垂直な棒状の導電部材４０が設けられている。この導電部材４０は接地されており、蛇行アンテナ４４からウエハＷに向かう電界を遮断し、当該電界によって、ウエハＷが損傷することを防いでいる。なお、図３ではこの導電部材４０の図示を省略している。

【0028】

また、上記の縦型熱処理装置１は、制御部５を備えている。前記制御部５は、例えばコンピュータからなり、ボートエレベータ２２、シールド１９のヒーターの温度、流量調整部ＭＦによるガスの供給量、高周波電源のオンオフ、排気機構１８による排気量、モータ２５による回転軸２４の回転などを制御するように構成されている。より具体的には、制御部５は処理容器１１内で行われる後述する一連の処理のステップを実行するためのシーケンスプログラムを記憶した記憶部、各プログラムの命令を読み出して各部に制御信号を出力する手段等を備えている。なお、このプログラムは例えばハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカード等の記憶媒体に格納された状態で制御部５に格納される。

【0029】

続いて、縦型熱処理装置１にて実施される成膜処理について説明する。この説明では、各ガスの供給及び高周波電源４８のオンオフのタイミングを示すタイミングチャートである図６も参照しながら説明する。先ず、多数枚のウエハＷをウエハボート３に棚状に載置し、処理容器１１内にその下方より搬入（ロード）して、蓋体２３で基板搬入出口２１を閉じ、処理容器１１を密閉する。そして処理容器１１内を排気機構１８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、処理容器１１内の温度を所定の温度に加熱する。また、モータ２５によりウエハボート３が回転する。

【0030】

その後、ガスノズル５２により処理容器１１内にＤＣＳガスが、高周波電源４８がオフの状態で供給され、当該ＤＣＳガスの分子は、各ウエハＷの表面に吸着される。その後、ＤＣＳガスの供給を止め、処理容器１１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、このＮ_２ガスの供給の停止と、ガスノズル６３、６４からのＮＨ３ガスの吐出開始とが行われる。また、このＮＨ３ガスの吐出の開始と共に高周波電源３８がオンになる。それによってプラズマ形成用ボックス４１、４２内のプラズマ形成領域ＰＳ１、ＰＳ２にて、ガスノズル６３、６４から吐出されたＮＨ_３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。

【0031】

このようにプラズマ形成用のガスであるＮＨ３ガスをプラズマ形成領域ＰＳ１、ＰＳ２の夫々に供給しているため、１つのプラズマ形成領域ＰＳの圧力が過度に上昇することが抑えられる。従って、これらのラジカルは互いの衝突による失活が抑えられた状態でウエハＷに供給される。従って、ウエハＷには比較的多くの量のラジカルが供給される。当該ラジカルによりウエハＷの周縁部においてＤＣＳが窒化されてＳｉＮ膜が形成されることに加えて、周縁部で消費しきれないラジカルがウエハＷの中心部にも到達し、当該中心部でもＤＣＳが窒化されてＳｉＮ膜が形成される。つまり、ウエハＷの面内で均一性高くＳｉＮ膜が形成される。

【0032】

然る後、ＮＨ３ガスの供給が停止し、処理容器１１内にはＮ２ガスが供給され、処理容器１１内に残留するＮＨ３ガス及びその分解物がパージされる。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。これによって、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３が処理容器１１から搬出される。

【0033】

この縦型熱処理装置１によれば、プラズマ形成領域ＰＳ１、ＰＳ２を形成するプラズマ形成用ボックス４１、４２で共用の蛇行アンテナ４４を、ボックス４１、４２間の窪み領域４３に上下方向に設け、この蛇行アンテナ４４にボックス４１の上端を介して接続される棒状導電部材４５は、窪み領域４３から外れた位置にて上下方向に設けている。これによって蛇行アンテナ４４からなる高周波の伝播路の長さを抑え、異常放電が発生することを抑えつつ、プラズマ形成領域ＰＳ１、ＰＳ２に共にプラズマを形成し、活性種をウエハＷに供給することができる。従って、異常放電によるウエハＷへのダメージが抑えられる。また、上記のようにプラズマ形成領域ＰＳ１、ＰＳ２の圧力が大きくなることが抑えつつ、処理容器１１へ比較的多くの量のＮＨ_３ガスを供給することができるので、多くの活性種であるラジカルをウエハＷに供給することができる。従って、ウエハＷの表面積が比較的大きくても、ラジカルをウエハＷの周縁部から中心部に亘って供給することができるため、ウエハＷに成膜されるＳｉＮ膜の面内均一性を高くすることができる。

【0034】

ところで上記のように多くのラジカルをウエハＷに供給可能であることは、表面積が比較的大きく無いウエハＷを処理する場合には、このラジカルの供給に要する時間を短縮できることになる。つまり、既述のＡＬＤの１つのサイクルにおいて、ＮＨ_３ガスを供給する時間（ラジカルを供給する時間）の短縮化を図ることができる。また、１つのサイクルにおいて、ウエハＷに供給されるラジカルが多いことは、１サイクルあたりに成膜される膜厚の量が大きくなる。従って、所望の膜厚のＳｉＮ膜を得るためのサイクル数の削減を図ることができる。このように縦型熱処理装置１によれば、１サイクル中のラジカル供給時間の短縮化あるいはサイクル数の削減が図ることができる。従って、成膜処理に要する時間の短縮化による装置の生産性の向上を図ることができる。

【0035】

導電路をなす棒状導電部材４５を配置する位置は上記の例に限られず、蛇行アンテナ４４の上端からプラズマ形成用ボックス４２の上方を通過するように窪み領域４３の外側へ引き出された後に下方へ向かい、蛇行アンテナ４４と共に当該プラズマ形成用ボックス４２を左右から挟むように配置されていてもよい。さらに、蛇行アンテナ４４の上端に接続された棒状導電部材４５の端部が分岐し、分岐した両端がプラズマ形成用ボックス４１における窪み領域４３の反対側、及び第２のプラズマ形成用ボックス４２における窪み領域４３の反対側のいずれにも引き回された構成であってもよい。

【0036】

また、棒状導電部材４５は、例えば図７に示すように蛇行アンテナ４４の後方側に配置してもよい。このように配置することで、蛇行アンテナ４４から見て左右により均一性の高い電界を形成することができるため、プラズマ形成領域ＰＳ１、ＰＳ２からウエハＷに供給されるラジカルの量が互いに揃い、ウエハＷにより均一性高い成膜を行うことができる。ただし、この場合も蛇行アンテナ４４と棒状導電部材４５との間で異常放電が起きないように、これらアンテナ４４と導電部材４５との間の距離を適切に設定する必要があるため、図７に示すように例えば棒状導電部材４５は窪み領域４３の外側に配置される。図７では表示していないが、処理容器１１を覆うシールド１９は、このように配置された棒状導電部材４５に干渉しないように比較的大きく形成されることになる。つまり、上記の図１〜図３で説明した棒状導電部材４５の配置によれば、縦型熱処理装置１の大型化を防ぐことができるという利点がある。なお、窪み領域４３が前後に長ければ、棒状導電部材４５は窪み領域４３の外側に配置されることには限られない。

【0037】

ところで、上記のように高周波電源４８に接続される導電路４６はアンテナの下部側から囲み部材であるシールド１９の外に引き出されるが、このアンテナの下部側とは、アンテナの下端よりも下方側、下端と同じ高さ位置、当該高さ位置付近のいずれをも含む意味である。

【0038】

ここでは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、ここでは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。ところで、上記のように蛇行アンテナ４４を設けることでプラズマ形成領域ＰＳ１、ＰＳ２に形成されるプラズマは、理論的には既述してきたように誘導結合型プラズマである。ただし、導電体である蛇行アンテナ４４と導電体であるシールド１９とが互いに電極として機能し、プラズマ形成領域ＰＳ１、ＰＳ２に形成されるプラズマは、容量結合型プラズマであることも考えられる。

【0039】

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縦型熱処理装置１と、本発明の比較例の装置である縦型熱処理装置７と、を用いて行った。図８は縦型熱処理装置７の概略図を示しており、縦型熱処理装置７は、プラズマ形成用ボックス４２、アンモニアガス供給路６２及びガスノズル６４が設けられないことを除いて、縦型熱処理装置１と同様に構成される。つまり、この縦型熱処理装置７においては、プラズマ形成領域が１つのみ設けられている。図８についても図５と同様に、鎖線の矢印で電界を模式的に表示している。

【0040】

（評価試験１）
縦型熱処理装置１、７におけるガス出口１７と排気機構１８とを接続する排気路に四重極質量分析計を接続し、当該排気路のガス成分の質量について測定可能にした。そして各装置１，７の処理容器１１にＮＨ３ガスを供給して当該処理容器１１内の圧力を３４．７Ｐａ（０．２６０Ｔｏｒｒ）とし、高周波電源４８をオンにしてプラズマを形成した。このプラズマ形成時において上記の質量分析計による測定を行った。高周波電源４８からの供給電力は、装置１、７共に同じ値に設定した。そして得られたスペクトルからｍ／ｚ＝２、即ち水素の量を示すピークの大きさを観察した。

【0041】

図９は、評価試験１の結果を示すグラフである。グラフの縦軸は上記のピークの大きさを示しており、数値の単位は任意単位である。グラフに示すように装置１の測定値の方が、装置７の測定値よりも大きい。即ち、装置１の方が水素の検出量が大きい。試験中、処理容器１１内には水素ガスを供給していないため、検出される水素の量は、ＮＨ_３ガスの分解によって生じる活性種の量に対応する。つまり、Ｈ_２の検出量が多いということは、窒化に必要な各ラジカルが多く生成していることになる。従って、この評価試験１においては、装置１は装置７よりもウエハＷに多くのラジカルを供給できることが確認された。

【0042】

ところで、図８に示すように、蛇行アンテナ４４の後方側から見て、縦型熱処理装置７は当該蛇行アンテナ４４の左右に発生する電界のうち一方のみを利用してプラズマを形成しているが、縦型熱処理装置１では図５に示すように両方の電界を利用して、プラズマを形成している。つまり、縦型熱処理装置１は、縦型熱処理装置７に比べて電界をより有効に利用した装置であり、このように電界を有効に利用しているため、ウエハＷ１枚あたりの処理に要する消費電力を低下させることができるという、装置７に対して有利な効果を備えている。

【0043】

（評価試験２）
表面にパターン即ち凹凸が形成されていないベアウエハをウエハボート３の各スロットに搭載し、縦型熱処理装置１を用いて実施形態で説明した手順でＡＬＤを行い、ＳｉＮ膜を形成した。この成膜処理を評価試験２−１とする。また、縦型熱処理装置１の代わりに縦型熱処理装置７を用いて処理を行った他は、評価試験２−１と同様の条件で成膜処理を行った。この成膜処理を評価試験２−２とする。なお、評価試験２−１では、ガスノズル６３、６４からＮＨ_３ガスを各々３Ｌ／分で吐出し、評価試験２−２では、ガスノズル６３からＮＨ_３ガスを６Ｌ／分で吐出した。つまり、処理容器１１内に供給されるＮＨ３ガスの総流量は互いに等しい。

【0044】

さらに、パターンが形成されているウエハをウエハボート３の各スロットに搭載した他は、評価試験２−１、２−２と同様の条件で夫々縦型熱処理装置１、７を用いて成膜処理を行った。このパターンが形成されたウエハの外形は、上記のベアウエハの外形と同じ大きさであるが、パターンが形成されていることでその表面積はベアウエハの表面積の５倍であり、以下、このパターンが形成されたウエハを５倍パターンウエハとする。そして、当該５倍パターンウエハに対して、縦型熱処理装置１を用いて行った成膜処理を評価試験２−３、縦型熱処理装置７を用いて行った成膜処理を評価試験２−４とする。これら、評価試験２−１〜２−４で成膜された各ウエハについて、ウエハの中心を含む３１箇所のＳｉＮ膜の膜厚を測定した。そして評価試験２−１、２−２についてはウエハ毎に当該測定値の平均値を算出した。また、評価試験２−３、２−４については下記の式１によりウエハＷの面内の膜厚の均一性を表す指標を算出した。この式１中の膜厚の最大値、最小値、平均値は互いに同じウエハの面内から測定された値である。
面内均一性の指標（単位：±％）＝（膜厚の最大値−膜厚の最小値）／膜厚の平均値×１００・・・式１

【0045】

図１０、図１１のグラフは、この評価試験２の結果を示している。各グラフの縦軸は算出された膜厚の平均値（単位：Å）を示している。各グラフの横軸はウエハボート３のスロットの番号を表し、番号が小さいほどウエハボート３の上の方のスロットである。図１０のグラフが、評価試験２−１、２−２の結果を示し、図１１のグラフが評価試験２−３、２−４の結果を示している。

【0046】

図１０のグラフより同じスロットにおける評価試験２−１のウエハＷの膜厚と、評価試験２−２のウエハＷの膜厚と、を比較すると、全てのスロットで評価試験２−１の方が大きい膜厚となっている。従って、評価試験２−１、２−２の結果から、装置１は、装置７よりもウエハに多くの量のラジカルを供給可能であると考えられる。

【0047】

図１１のグラフより、上記の面内均一性の指標について同じスロットにおける評価試験２−３の値と評価試験２−４の値とを比較すると、全てのスロットで評価試験２−３の方が低い。つまり、評価試験２−３の方がウエハＷの膜厚の面内均一性が高い。このような結果になったのは、評価試験２−４に比べて評価試験２−３の方がウエハＷの中心部の膜厚が大きかったためである。従って、装置１によればウエハの表面積が大きい場合にもウエハの中心へラジカルを供給することができ、膜厚の面内均一性を高くすることができるという本発明の効果が確認された。

【符号の説明】

【0048】

Ｗ ウエハ
１ 縦型熱処理装置
１１ 処理容器
２ マニホールド
３ ウエハボート
４ プラズマ発生部
４１、４２ プラズマ形成用ボックス
４４ 蛇行アンテナ
４５ 棒状導電部材
４８ 高周波電源
６３、６４ ガスノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】