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特開2024-132067整合器、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024132067
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】整合器、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
(51)【国際特許分類】
C23C 16/505 20060101AFI20240920BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240920BHJP
H05H 1/46 20060101ALI20240920BHJP
H01L 21/316 20060101ALN20240920BHJP
H01L 21/318 20060101ALN20240920BHJP
【ＦＩ】
C23C16/505
H01L21/31 C
H05H1/46 R
H01L21/316 X
H01L21/318 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023042715
(22)【出願日】2023-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】318009126
【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】竹田 剛
(72)【発明者】
【氏名】原 大介
【テーマコード（参考）】
2G084
4K030
5F045
5F058
【Ｆターム（参考）】
2G084AA05
2G084BB26
2G084BB28
2G084CC05
2G084CC12
2G084CC33
2G084DD02
2G084DD12
2G084DD14
2G084DD57
2G084FF15
2G084FF33
2G084HH08
2G084HH24
4K030AA06
4K030AA14
4K030AA17
4K030AA18
4K030BA29
4K030BA40
4K030BA44
4K030FA01
4K030JA05
4K030JA09
4K030JA10
4K030JA11
4K030JA16
4K030JA18
4K030KA30
5F045AA08
5F045AA15
5F045AB31
5F045AB32
5F045AB33
5F045AB34
5F045AC00
5F045AC01
5F045AC05
5F045AC07
5F045AC11
5F045AC12
5F045AC14
5F045AC15
5F045AC16
5F045AC17
5F045AD04
5F045AD05
5F045AD06
5F045AD07
5F045AD08
5F045AD09
5F045AE17
5F045AE19
5F045AE21
5F045DP19
5F045DP28
5F045DQ05
5F045EE17
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5F045EK06
5F045GB08
5F058BA06
5F058BC02
5F058BC08
5F058BC11
5F058BD04
5F058BD10
5F058BD16
5F058BF07
5F058BF23
5F058BF24
5F058BF27
5F058BF29
5F058BF30
5F058BF37
5F058BG10
(57)【要約】
【課題】インピーダンス整合の不調を回避して、プラズマの生成を十分かつ安定にすることを可能とする技術を提供する。
【解決手段】高周波を入力する入力部と、高周波を出力する出力部と、インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する技術が提供される。
【選択図】図３
【解決手段】高周波を入力する入力部と、高周波を出力する出力部と、インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する技術が提供される。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高周波を入力する入力部と、
前記高周波を出力する出力部と、
インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、
前記可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する、
整合器。
前記高周波を出力する出力部と、
インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、
前記可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する、
整合器。
【請求項2】
前記可変インダクターはコイルで構成され、前記コイルのピッチを可変にすることで前記インダクタンスを可変とする、請求項１に記載の整合器。
【請求項3】
前記インダクタンス可変機構部は、前記コイルを固定する固定部と、前記コイルのピッチを可変にする可動部と、を有する、請求項２に記載の整合器。
【請求項4】
前記可動部は板形状である、請求項３に記載の整合器。
【請求項5】
前記可動部は、回転機構により可動される、請求項３に記載の整合器。
【請求項6】
前記回転機構は、前記可動部を可動させる回転軸と、前記回転軸を回転させる第１歯車と、前記第１歯車を回転させる第２歯車と、を有する、請求項５に記載の整合器。
【請求項7】
前記回転軸はネジ形状を有し、前記可動部にはネジ穴形状を有する、請求項６に記載の整合器。
【請求項8】
前記整合部は、キャパシターまたは可変キャパシターを有する、請求項１に記載の整合器。
【請求項9】
前記可変インダクターは、可動接続部に接続される、請求項１に記載の整合器。
【請求項10】
前記可変インダクターは、前記可動接続部を介して前記入力部に接続される請求項９に記載の整合器。
【請求項11】
前記可動接続部は、負荷整合部に接続する、請求項１０に記載の整合器。
【請求項12】
前記可動接続部は、前記可変インダクターに接続される可動部材と、前記可動部材を固定するための固定部材と、を有する、請求項９に記載の整合器。
【請求項13】
前記可動接続部は、前記可動部材を固定するネジを有する、請求項１２に記載の整合器。
【請求項14】
前記可変インダクターは、前記可動部材に接続され、前記可動部材が前記固定部材に固定されることで電気的に接続される、請求項１２に記載の整合器。
【請求項15】
前記出力部は、基板を処理する処理室に設けられ、プラズマを生成するプラズマ生成部に設けられる電極に接続される、請求項１に記載の整合器。
【請求項16】
前記高周波を出力する高周波電源と、前記プラズマ生成部との間に設けられる、請求項１５に記載の整合器。
【請求項17】
前記高周波電源と前記プラズマ生成部とは複数設けられ、複数の前記高周波電源と複数のプラズマ生成部との間、それぞれに設けられる、請求項１６に記載の整合器。
【請求項18】
基板を処理する処理室と、
プラズマを生成する電極と、
前記電極に高周波を供給する高周波電源と、
前記電極と前記高周波電源の間に設けられ、高周波を入力する入力部と、前記高周波を出力する出力部と、インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、前記可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する整合器と、
を有する基板処理装置。
プラズマを生成する電極と、
前記電極に高周波を供給する高周波電源と、
前記電極と前記高周波電源の間に設けられ、高周波を入力する入力部と、前記高周波を出力する出力部と、インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、前記可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する整合器と、
を有する基板処理装置。
【請求項19】
基板を処理する処理室と、プラズマを生成する電極と、前記電極に高周波を供給する高周波電源と、前記電極と前記高周波電源の間に設けられ、高周波を入力する入力部と、前記高周波を出力する出力部と、インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、前記可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する整合器と、を有する基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項20】
基板を処理する処理室と、プラズマを生成する電極と、前記電極に高周波を供給する高周波電源と、前記電極と前記高周波電源の間に設けられ、高周波を入力する入力部と、前記高周波を出力する出力部と、インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、前記可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する整合器と、を有する基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する手順と、
前記基板を処理する手順と、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
前記基板を処理する手順と、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、整合器、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。
【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】
微細パターン形成時のように低温処理が求められる量産デバイスにおいては、ウエハ処理の表面反応が律速状態に陥らないよう活性化された反応ガスを通常よりも非常に多く供給する必要がある。
【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】
これに対して、高周波電源により生成される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、整合器内の素子の個体差から、インピーダンス整合の不調により特性がバラつき活性種の生成量もバラつく場合がある。
【0006】
本開示は、前述したようなインピーダンス整合の不調を回避して、プラズマの生成を安定させることを可能とする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様によれば、
高周波を入力する入力部と、
前記高周波を出力する出力部と、
インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、
前記可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する技術が提供される。
高周波を入力する入力部と、
前記高周波を出力する出力部と、
インダクタンス量を可変可能とする可変インダクターを備える整合部と、
前記可変インダクターのインダクタンスを可変にするインダクタンス可変機構部と、を有する技術が提供される。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、インピーダンス整合の不調を回避して、プラズマの生成を安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の第１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3】本開示の実施形態における整合器の等価電気回路の一例を示す図である。
【図4】本開示の実施形態における整合器の等価電気回路の変形例を示す図である。
【図8】本開示の第２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、処理炉部分を断面図で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示の一形態について、主に、図１から図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
【0011】
（第１の実施形態）
（１）基板処理装置の構成
（加熱装置）
図１に示すように、縦型基板処理装置の処理炉２０２は加熱装置（加熱機構、加熱部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、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。
（１）基板処理装置の構成
（加熱装置）
図１に示すように、縦型基板処理装置の処理炉２０２は加熱装置（加熱機構、加熱部）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、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、後述する電極固定具３０１が配設され、更に電極固定具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）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。ウエハ２００は処理室２０１内において処理される。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。
ヒータ２０７の内側には、後述する電極固定具３０１が配設され、更に電極固定具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）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。ウエハ２００は処理室２０１内において処理される。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、第１、第２供給部としてのノズル２４９ａ，２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ、２４９ｂを、それぞれ第１、第２ノズルとも称する。ノズル２４９ａ、２４９ｂは、例えば石英またはＳｉｃ等の耐熱性材料により構成されている。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。
処理室２０１内には、第１、第２供給部としてのノズル２４９ａ，２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するようにそれぞれ設けられている。ノズル２４９ａ、２４９ｂを、それぞれ第１、第２ノズルとも称する。ノズル２４９ａ、２４９ｂは、例えば石英またはＳｉｃ等の耐熱性材料により構成されている。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、ガス流の上流側から順に、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】
図１、図２に示すように、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、原料（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】
ガス供給管２３２ｂからは、反応体（反応ガス）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。
【0019】
ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスが、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。
【0020】
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（反応ガス供給系）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。
【0021】
（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。
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。
【0022】
【0023】
反応管２０３の外部、すなわち、処理容器（処理室２０１）の外部には、プラズマ生成用の電極３００が設けられている。電極３００に電力を印加することにより、反応管２０３の内部、すなわち、処理容器（処理室２０１）の内部でガスをプラズマ化させて励起させること、すなわち、ガスをプラズマ状態に励起させることが可能となっている。以下、ガスをプラズマ状態に励起させることを、単に印加されることで、反応管２０３内、すなわち、処理容器（処理室２０１）内に、プラズマは容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）を生成させるように構成されている。
【0024】
具体的には、図２に示すように、ヒータ２０７と反応管２０３との間に、電極３００と、電極３００を固定する電極固定具３０１と、が配設されている。ヒータ２０７の内側に、電極固定具３０１が配設され、電極固定具３０１の内側に、電極３００が配設され、電極３００の内側に、反応管２０３が配設されている。
【0025】
また、図１、図２に示すように、電極３００および電極固定具３０１は、ヒータ２０７の内壁と、反応管２０３の外壁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の外壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向に延びるようにそれぞれ設けられている。電極３００は、ノズル２４９ａ、２４９ｂと平行に設けられている。電極３００および電極固定具３０１は、平面視において、反応管２０３およびヒータ２０７と同心円状に、また、ヒータ２０７とは非接触となるように、配列、配置されている。電極固定具３０１は、絶縁性物質（絶縁体）で構成され、電極３００および反応管２０３の少なくとも一部をカバーするように設けられていることから、電極固定具３０１をカバー（石英カバー、絶縁壁、絶縁板）、または、断面円弧カバー（断面円弧体、断面円弧壁）と称することもできる。
【0026】
図２に示すように、電極３００は複数設けられ、これら複数の電極３００が、電極固定具３０１の内壁に、固定されて設置されている。電極固定具３０１の内壁面には、電極３００を引っ掛けることが可能な突起部（フック部）３１０が設けられており、電極３００には、突起部３１０を挿通可能な貫通孔である開口部３０５が設けられている。電極固定具３０１の内壁面に設けられた突起部３１０に、開口部３０５を介して電極３００を引っ掛けることで、電極３００を電極固定具３０１に固定することが可能となっている。なお、図３では、１つの電極３００につき、２つの開口部３０５が設けられ、１つの電極３００につき、２つの突起部３１０を引っ掛けることで固定する例、すなわち、１つの電極を２箇所で固定する例を示している。なお、図２では、９つの電極３００を、１つの電極固定具３０１に固定し、その構成（ユニット）が２組から成り、３つの電極３００－１、３つの電極３００－２、３つの電極３００－０を、１つの電極固定具３０１に固定する構成（ユニット）の例を示している。
【0027】
ここで、電極固定具３０１と電極３００とを、電極ユニットと称することもできる。電極ユニットは、図２に示すように、ノズル２４９ａ、２４９ｂおよび排気管２３１を避けた位置に配置されるようにすることが好ましい。図２では、２つの電極ユニットが、ノズル２４９ａ、２４９ｂおよび排気管２３１を避けて、ウエハ２００（反応管２０３）の中心を挟んで対抗（対面）するように配置される例を示している。なお、図２では、２つの電極ユニットが、平面視において、直線Ｌを対称軸として線対称に、すなわちシンメトリに配置される例を示している。電極ユニットをこのように配置することで、ノズル２４９ａ、２４９ｂ、温度センサ２６３および排気管２３１を、処理室２０１内におけるプラズマ生成領域外に配置することが可能となり、これらの部材へのプラズマダメージ、これらの部材の消耗、破損、これらの部材からのパーティクルの発生を抑制することが可能となる。本開示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。
【0028】
電極３００には、高周波電源３２０から整合器３２５を介し、例えば２５ＭＨｚ以上３５ＭＨｚ以下、より具的には、周波数２７．１２ＭＨｚ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３０２をウエハ２００の表面に供給することが可能となる。高周波電源３２０は、電極３００に高周波を供給する。
【0029】
主に、電極３００、すなわち、第１種の電極３００－１、第２種の電極３００－２、第３種の電極３００－３および第０種の電極３００－０により、ガスをプラズマ状態に励起（活性化）させるプラズマ生成部（プラズマ励起部、プラズマ活性化機構）が構成され、電極固定具３０１、整合器３２５、ＲＦ電源３２０をプラズマ生成部に含めて考えてもよい。整合器３２５は、高周波を出力する高周波電源３２０とプラズマ生成部との間に設けられる。また、図２に示すように、縦型基板処理装置には、高周波電源３２０とプラズマ生成部とは複数設けられおり、整合器３２５は、複数の高周波電源３２０と複数のプラズマ生成部との間のそれぞれに設けられる。
【0030】
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。また、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することが好ましい。この場合の電極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。
【0031】
（整合器）
図３、図４に示すように、整合器３２５は、入力(入力端子とも言う）２から出力(出力端子とも言う）３までのライン（配線）に対して並列に接続される第１整合部（ロード（負荷）整合部）３３１と、入力２から出力３までのライン（配線）に対して直列に接続される第２整合部（フェーズ（位相）整合部）３３５と、可動接続部３３４と、により構成されている。入力２は、高周波を入力する入力部と言い換えることができる。出力３は、高周波を出力する出力部と言い換えることができる。第１整合部３３１と第２整合部３３５は共に可動接続部３３４に接続されている。可動接続部３３４は入力側の入力端子２にも接続されている。第１整合部３３１はアース(ＧＮＤ)にも接続されている。第２整合部３３５は出力側の出力端子３にも接続されている。つまり、整合器３２５は、入力２と、出力３と、入力２に接続された可動接続部３３４と、可動接続部３３４とアース(ＧＮＤ)との間に接続された第１整合部３３１と、可動接続部３３４と出力３との間に接続された第２整合部３３５と、を有する。出力部である出力３は、基板２００を処理する処理室２０１に設けられ、プラズマを生成するプラズマ生成部に設けられる電極３００に接続される。
図３、図４に示すように、整合器３２５は、入力(入力端子とも言う）２から出力(出力端子とも言う）３までのライン（配線）に対して並列に接続される第１整合部（ロード（負荷）整合部）３３１と、入力２から出力３までのライン（配線）に対して直列に接続される第２整合部（フェーズ（位相）整合部）３３５と、可動接続部３３４と、により構成されている。入力２は、高周波を入力する入力部と言い換えることができる。出力３は、高周波を出力する出力部と言い換えることができる。第１整合部３３１と第２整合部３３５は共に可動接続部３３４に接続されている。可動接続部３３４は入力側の入力端子２にも接続されている。第１整合部３３１はアース(ＧＮＤ)にも接続されている。第２整合部３３５は出力側の出力端子３にも接続されている。つまり、整合器３２５は、入力２と、出力３と、入力２に接続された可動接続部３３４と、可動接続部３３４とアース(ＧＮＤ)との間に接続された第１整合部３３１と、可動接続部３３４と出力３との間に接続された第２整合部３３５と、を有する。出力部である出力３は、基板２００を処理する処理室２０１に設けられ、プラズマを生成するプラズマ生成部に設けられる電極３００に接続される。
【0032】
第１整合部３３１は、可動接続部３３４とアース(ＧＮＤ)との間において、キャパシタンス量が可変の可変キャパシター（ロード（負荷）可変キャパシター）３３２とインダクタンス量が固定のインダクター（ロード（負荷）インダクター）３３３との直列接続により構成されている。第２整合部３３５は、可動接続部３３４と出力３との間において、インダクタンス量が可変の可変インダクター（フェーズ（位相）可変インダクター）３３６とキャパシタンス量が固定のキャパシター（フェーズ（位相）キャパシター）３３７（図３参照）またはキャパシタンス量が可変の可変キャパシター（フェーズ（位相）可変キャパシター）３３８（図４参照）の直列接続により構成されている。つまり、第２整合部３３５は、キャパシター３３７または可変キャパシター３３８を有する構成とされている。
【0033】
可変インダクター３３６は、後述する図５のインダクタンス可変機構部３４０の内部に配置されて、そのインダクタンス量を変化（調整）させることが可能となっている。つまり、可変インダクター３３６はコイルで構成されており、コイルのピッチを可変にすることでインダクタンスを可変とすることができるように構成されている。また、可変キャパシター３３２と可変キャパシター３３８とは、図示しない可変機構を有し、そのキャパシタンス量を変化（調整）させることが可能となっている。
【0034】
各キャパシター（３３２，３３７，３３８）のキャパシタンス量と各インダクター（３３３，３３６）のインダクタンス量と高周波電源３２０の周波数とを適切に選択して調整する。このことで、整合器３２５の入力インピーダンスは、高周波電源３２０の出力インピーダンスと、整合器３２５の出力インピーダンスは、出力３側で接続されている電極３００とプラズマ３０２の負荷インピーダンスと、同時にインピーダンス整合を取ることができる。このとき、高周波電源３２０は、出力する高周波が途中でほとんど反射されずに、電極３００とプラズマ３０２にその電力を投入することができる。
【0035】
具体的には、図３の整合器３２の回路の場合では、整合器３２５の出力インピーダンスのレジスタンス成分を負荷インピーダンスのレジタンス成分と一致するよう可変キャパシター３３２のキャパシタンス量を調整し、整合器３２５の出力インピーダンスのリアクタンス成分を負荷インピーダンスのリアクタンス成分と正負を逆にして一致するよう高周波電源３２０の周波数を調整する。図４の整合器３２の回路の場合では、整合器３２５の出力インピーダンスのレジスタンス成分を負荷インピーダンスのレジタンス成分と一致するよう可変キャパシター３３２のキャパシタンス量を調整し、整合器３２５の出力インピーダンスのリアクタンス成分を負荷インピーダンスのリアクタンス成分と正負を逆にして一致するよう高周波電源３２０の周波数あるいは可変キャパシター３３８のキャパシタンス量を調整する。
【0036】
ここで、可変インダクター３３６は、インピーダンス整合範囲をシフトさせるためにインダクタンス量を事前調整するものとし、高周波電源３２０の高周波電力の出力と同時に、インダクタンス量を調整しないものとする。図２に示すように、複数の高周波電源３２０を用いた場合は、相互に干渉し合って各々の整合器３２５でインピーダンス整合が不調となるのを避けるために、前述の調整によってお互いのインピーダンス整合位置、特にインピーダンス整合周波数を意図的にずらすことが可能となる。また、複数の半導体製造装置間においては、インピーダンス整合位置、特にインピーダンス整合周波数を一致させることが可能となる。これにより、インピーダンス整合の不調を回避して、プラズマの生成を安定させることが可能となる。したがって、安定なプラズマを発生させることが可能な基板処理装置を用いて、安定な基板処理により、半導体装置が製造可能となる。これにより、半導体装置の歩留まりの向上や半導体装置の品質の向上が達成できる。
【0037】
なお、第１整合部３３１は、インダクター３３３にインダクタンス可変機構部３４０を有してもよいし、インダクター３３３そのものを無くしてもよい。
【0038】
（インダクタンス可変機構部）
図５に示すインダクタンス可変機構部３４０は、ハウジング３４１と、大歯車３４２と、固定軸３４３と、小歯車３４４と、回転軸３４５と、押し板３４６と、により構成されている。ハウジング３４１は幌形状を有し、押し板３４６の外面はハウジング３４１の内側と同じ形状を有する。ハウジング３４１と押し板３４６とはお互いにハウジング３４１の内面と押し板３４６の外面とが接しており、押し板３４６がハウジング３４１の内部を直線移動できる構造を有している。大歯車３４２と小歯車３４４とは、同じピッチ間隔の歯形形状を有し、互いにかみ合う構造になっている。回転軸３４５は長さ半分以上の範囲でネジ形状を有し、押し板（単に板ともいう）３４６はネジ穴形状を有し、両者は同じピッチ間隔のネジ面で接続している。大歯車３４２は、ハウジング３４１に固定されている固定軸３４３を軸にして回転可能に構成されている。大歯車３４２は、外力によって、例えば、手の力によって回転することができ、大歯車３４２の回転力は歯車面で接している小歯車３４４に伝わり、小歯車３４４に固定されている回転軸３４５が回転するように構成されている。ハウジング３４１の側面よりハウジング３４１の内側に導入されている回転軸３４５は、小歯車３４４と一緒に回転しながら、ネジ穴面で接している押し板３４６を、ハウジング３４１の内側において、前方向または後方向に直線移動させることができるように構成されている。この作用により、コイル形状（単にコイルともいう）を有する可変インダクタンス３３６は伸縮が可能である。つまり、押し板３４６を、ハウジング３４１の内側において、前方向または後方向に直線移動させることで、可変インダクタンス３３６を構成するコイルにおいて、そのコイル間の前後方向の距離（間隔）を短くしたり、あるいは、長くしたりすることができる。つまり、インダクタンス可変機構部３４０は、コイルのピッチを可変にすることで、インダクタンスを可変とする。これにより、可変インダクタンス３３６のインダクタンス量を変化させることができる。なお、図３、図４、図５に示すように、可変インダクター３３６は、第１接続部６と、第２接続部７と、を有する。第１接続部６は可動接続部３３４の後述する可動接続板３４８に接続されている。また、第２接続部７はキャパシター３３７、３３８に接続されている。なお、大歯車３４２は、外力を与えやすくするために、大歯車３４２の一部が整合器３２５の筐体の切り欠き部分から顔を出すように飛び出ていてもよい。
図５に示すインダクタンス可変機構部３４０は、ハウジング３４１と、大歯車３４２と、固定軸３４３と、小歯車３４４と、回転軸３４５と、押し板３４６と、により構成されている。ハウジング３４１は幌形状を有し、押し板３４６の外面はハウジング３４１の内側と同じ形状を有する。ハウジング３４１と押し板３４６とはお互いにハウジング３４１の内面と押し板３４６の外面とが接しており、押し板３４６がハウジング３４１の内部を直線移動できる構造を有している。大歯車３４２と小歯車３４４とは、同じピッチ間隔の歯形形状を有し、互いにかみ合う構造になっている。回転軸３４５は長さ半分以上の範囲でネジ形状を有し、押し板（単に板ともいう）３４６はネジ穴形状を有し、両者は同じピッチ間隔のネジ面で接続している。大歯車３４２は、ハウジング３４１に固定されている固定軸３４３を軸にして回転可能に構成されている。大歯車３４２は、外力によって、例えば、手の力によって回転することができ、大歯車３４２の回転力は歯車面で接している小歯車３４４に伝わり、小歯車３４４に固定されている回転軸３４５が回転するように構成されている。ハウジング３４１の側面よりハウジング３４１の内側に導入されている回転軸３４５は、小歯車３４４と一緒に回転しながら、ネジ穴面で接している押し板３４６を、ハウジング３４１の内側において、前方向または後方向に直線移動させることができるように構成されている。この作用により、コイル形状（単にコイルともいう）を有する可変インダクタンス３３６は伸縮が可能である。つまり、押し板３４６を、ハウジング３４１の内側において、前方向または後方向に直線移動させることで、可変インダクタンス３３６を構成するコイルにおいて、そのコイル間の前後方向の距離（間隔）を短くしたり、あるいは、長くしたりすることができる。つまり、インダクタンス可変機構部３４０は、コイルのピッチを可変にすることで、インダクタンスを可変とする。これにより、可変インダクタンス３３６のインダクタンス量を変化させることができる。なお、図３、図４、図５に示すように、可変インダクター３３６は、第１接続部６と、第２接続部７と、を有する。第１接続部６は可動接続部３３４の後述する可動接続板３４８に接続されている。また、第２接続部７はキャパシター３３７、３３８に接続されている。なお、大歯車３４２は、外力を与えやすくするために、大歯車３４２の一部が整合器３２５の筐体の切り欠き部分から顔を出すように飛び出ていてもよい。
【0039】
言い換えると、インダクタンス可変機構部３４０は、可変インダクタンス３３６のコイルを固定する固定部としてのハウジング３４１と、コイルのピッチを可変にする可動部としての板形状の押し板３４６と、を有する。可動部である押し板３４６は、回転機構としての大歯車３４２と、固定軸３４３と、小歯車３４４と、回転軸３４５とにより可動されるように構成されている。回転機構は、押し板３４６を可動させる回転軸３４５と、回転軸３４５を回転させる第１歯車である小歯車３４４と、第１歯車である小歯車３４４を回転させる第２歯車である大歯車３４２と、を有する。
【0040】
（可動接続部）
図５に示す可動接続部３３４は、接続ネジ３４７と、可動接続板３４８と、固定接続板３４９と、により構成されている。可動接続板３４８には可変インダクター３３６の第１接続部６が接続され、固定接続板３４９には第１整合部３３１と入力側の接続端子２とが接続されている。接続ネジ３４７は同じピッチのネジ面を介して固定接続板３４９と接続され、接続ネジ３４７の締め込み量によって可動接続板３４８の可動を許すことができる。つまり、接続ネジ３４７の締め込みを緩めれば、前述のインダクタンス可変機構部３４０による可変インダクター３３６の伸縮量に応じて、可動接続板３４８が直線移動することができる。接続ネジ３４７を締め付けることにより、可動接続板３４８と固定接続板３４９とが接続され可変インダクター３３６が電気的に接続される。このようにして、可変インダクター３３６のインダクタンス量をある値で固定するためには、可動接続板３４８を接続ネジ３４７の頭と固定接続板３４９の間で挟むように接続ネジ３４７の締め込み量を最大にすればよい。なお、可動接続部３３４は、可変インダクター３３６とキャパシター３３７の間や、可変インダクター３３６と可変キャパシター３３８の間で、用いられてもよい。言い換えると、可変インダクター３３６は、可動接続部３３４に接続され、可動接続部３３４を介して入力部２に接続される。可動接続部３３４は、負荷整合部である第１整合部３３１に接続されている。可動接続部３３４は、可変インダクター３３６に接続される可動部材である可動接続板３４８と、可動部材である可動接続板３４８を固定するための固定部材である固定接続板３４９と、を有する。可動接続部３３４は、可動部材である可動接続板３４８を固定接続板３４９に固定する接続ネジ３７４を有する。可変インダクター３３６は、可動部材である可動接続板３４８に接続され、可動部材である可動接続板３４８が固定部材である固定接続板３４９に接続ネジ３７４固定されることで電気的に接続される。
図５に示す可動接続部３３４は、接続ネジ３４７と、可動接続板３４８と、固定接続板３４９と、により構成されている。可動接続板３４８には可変インダクター３３６の第１接続部６が接続され、固定接続板３４９には第１整合部３３１と入力側の接続端子２とが接続されている。接続ネジ３４７は同じピッチのネジ面を介して固定接続板３４９と接続され、接続ネジ３４７の締め込み量によって可動接続板３４８の可動を許すことができる。つまり、接続ネジ３４７の締め込みを緩めれば、前述のインダクタンス可変機構部３４０による可変インダクター３３６の伸縮量に応じて、可動接続板３４８が直線移動することができる。接続ネジ３４７を締め付けることにより、可動接続板３４８と固定接続板３４９とが接続され可変インダクター３３６が電気的に接続される。このようにして、可変インダクター３３６のインダクタンス量をある値で固定するためには、可動接続板３４８を接続ネジ３４７の頭と固定接続板３４９の間で挟むように接続ネジ３４７の締め込み量を最大にすればよい。なお、可動接続部３３４は、可変インダクター３３６とキャパシター３３７の間や、可変インダクター３３６と可変キャパシター３３８の間で、用いられてもよい。言い換えると、可変インダクター３３６は、可動接続部３３４に接続され、可動接続部３３４を介して入力部２に接続される。可動接続部３３４は、負荷整合部である第１整合部３３１に接続されている。可動接続部３３４は、可変インダクター３３６に接続される可動部材である可動接続板３４８と、可動部材である可動接続板３４８を固定するための固定部材である固定接続板３４９と、を有する。可動接続部３３４は、可動部材である可動接続板３４８を固定接続板３４９に固定する接続ネジ３７４を有する。可変インダクター３３６は、可動部材である可動接続板３４８に接続され、可動部材である可動接続板３４８が固定部材である固定接続板３４９に接続ネジ３７４固定されることで電気的に接続される。
【0041】
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。
【0042】
基板温度５００℃以下で高い基板処理能力を得るためには、電極固定具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、電極固定具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。本実施形態においては中心角１１０°の電極固定具３０１を２台で左右対称に設置している。
【0043】
（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。
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。
【0044】
（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等の金属からなり、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。
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等の金属からなり、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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
（制御装置）
次に制御装置について図６を用いて説明する。図６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。
次に制御装置について図６を用いて説明する。図６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。
【0049】
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ 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によって、基板処理装置に実行させ、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。
【0050】
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。
【0051】
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ことが可能なように構成されている。
【0052】
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。
【0053】
（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）の製造方法（基板処理方法）における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。
上述の基板処理装置を用い、半導体装置（デバイス）の製造方法（基板処理方法）における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。
【0054】
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。
【0055】
（原料ガス→反応ガス）×ｎ
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等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や膜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。本明細書において用いる「剤」という用語は、ガス状物質および液体状物質のうち少なくともいずれかを含む。液体状物質はミスト状物質を含む。すなわち、成膜剤、改質剤、エッチング剤は、ガス状物質を含んでいてもよく、ミスト状物質等の液体状物質を含んでいてもよく、それらの両方を含んでいてもよい。
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等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や膜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。本明細書において用いる「剤」という用語は、ガス状物質および液体状物質のうち少なくともいずれかを含む。液体状物質はミスト状物質を含む。すなわち、成膜剤、改質剤、エッチング剤は、ガス状物質を含んでいてもよく、ミスト状物質等の液体状物質を含んでいてもよく、それらの両方を含んでいてもよい。
【0056】
（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。
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。
【0057】
（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。
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
（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。
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。
【0061】
（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に対して原料ガスを供給する。
ステップＳ３では、処理室２０１内のウエハ２００に対して原料ガスを供給する。
【0062】
バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へ原料ガスを流す。原料ガスは、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に対して原料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内へ不活性ガスを流すようにしてもよい。不活性ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、原料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。
【0063】
また、ノズル２４９ｂ内への原料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内へ不活性ガスを流すようにしてもよい。不活性ガスは、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。
【0064】
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：室温（２５℃）～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：１～４０００Ｐａ、好ましくは１００～１０００Ｐａ
原料ガス供給流量：０．１～３ｓｌｍ
原料ガス供給時間：１～１００秒、好ましくは１～５０秒
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
が例示される。
処理温度：室温（２５℃）～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：１～４０００Ｐａ、好ましくは１００～１０００Ｐａ
原料ガス供給流量：０．１～３ｓｌｍ
原料ガス供給時間：１～１００秒、好ましくは１～５０秒
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
が例示される。
【0065】
なお、本明細書における「２５～５５０℃」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「２５～５５０℃」とは「２５℃以上５５０℃以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。また、本明細書における処理温度とはウエハ２００の温度または処理室２０１内の温度のことを意味し、処理圧力とは処理室２０１内の圧力のことを意味する。また、ガス供給流量：０ｓｌｍとは、そのガスを供給しないケースを意味する。これらは、以下の説明においても同様である。
【0066】
上述の条件下でウエハ２００に対して原料ガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、第１層が形成される。例えば、原料ガスとして、後述するシリコン（Ｓｉ）含有ガスを用いる場合、第１層としてＳｉ含有層が形成される。
【0067】
害１層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内への原料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第１層の形成に寄与した後の原料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を開き、処理室２０１内へ不活性ガスを供給する。不活性ガスはパージガスとして作用する。
【0068】
原料ガスとしては、例えば、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、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、（ジイソプロピルアミノ）シラン（ＳｉＨ３［Ｎ（Ｃ３Ｈ７）２］、略称：ＤＩＰＡＳ）ガス、等のアミノシラン系ガスを用いることができる、原料ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0069】
また、原料がとしては、例えば、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（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）ガス等のクロロシラン系ガスや、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）ガス、ジフルオロシラン（ＳｉＨ２Ｆ２）ガス等のフルオロシラン系ガスや、テトラブロモシラン（ＳｉＢｒ４）ガス、ジブロモシラン（ＳｉＨ２Ｂｒ２）ガス等のブロモシラン系ガスや、テトラヨードシラン（ＳｉＩ４）ガス、ジヨードシラン（ＳｉＨ２Ｉ２）ガス等のヨードシラン系ガスを用いることもできる。すなわち、原料ガスとしては、ハロシラン系ガスを用いることができる。原料ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0070】
また、原料ガスとしては、例えば、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）ガス等の水素化ケイ素ガスを用いることができる。原料ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0071】
不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガスや、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いることができる。この点は、後述する各ステップにおいても同様である。
【0072】
（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）。
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）。
【0073】
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。反応ガスは、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（ＲＦ電力、本実施の形態では周波数２７．１２ＭＨｚ）を供給（印加）する。処理室２０１内へ供給された反応ガスは処理室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。
【0074】
本ステップにおける処理条件としては、
処理温度：室温（２５°）～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：１～３００Ｐａ、好ましくは１０～１００Ｐａ
反応ガス供給流量：０．１～１０ｓｌｍ
反応ガス供給時間：１～１００秒、好ましくは１～５０秒
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
ＲＦ電力：５０～１０００Ｗ
ＲＦ周波数：２５～３５ＭＨｚ
が例示される。
処理温度：室温（２５°）～５５０℃、好ましくは４００～５００℃
処理圧力：１～３００Ｐａ、好ましくは１０～１００Ｐａ
反応ガス供給流量：０．１～１０ｓｌｍ
反応ガス供給時間：１～１００秒、好ましくは１～５０秒
不活性ガス供給流量（ガス供給管毎）：０～１０ｓｌｍ
ＲＦ電力：５０～１０００Ｗ
ＲＦ周波数：２５～３５ＭＨｚ
が例示される。
【0075】
上述の条件下でウエハ２００に対して反応ガスをプラズマ状態に励起させて供給することにより、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の作用により、ウエハ２００の表面に形成された第１有層に対して改質処理が行われ、第１層は第２層へ改質される。
【0076】
反応ガスとして、例えば、酸素（Ｏ）含有ガス等の酸化ガス（酸化剤）を用いる場合、Ｏ含有ガスをプラズマ状態に励起させることで、Ｏ含有活性種が発生し、このＯ含有活性種がウエハ２００に対して供給されることとなる。この場合、Ｏ含有活性種の作用により、ウエハ２００の表面に形成された第１層に対して改質処理として酸化処理が行わる。この場合において、第１層が、例えばＳｉ含有層である場合、第１層としてのＳｉ含有層は、第２層としてのシリコン酸化層(ＳｉＯ層)へと改質される。
【0077】
また、反応ガスとして、例えば、窒素（Ｎ）及び水素(Ｈ)含有ガス等の窒化ガス（窒化剤）を用いる場合、Ｎ及びＨ含有ガスをプラズマ状態に励起させることで、Ｎ及びＨ含有活性種が発生し、このＮ及びＨ含有活性種がウエハ２００に対して供給されることとなる。この場合、Ｎ及びＨ含有活性種の作用により、ウエハ２００の表面に形成された第１層に対して改質処理として窒化処理が行わる。この場合において、第１層が、例えばＳｉ含有層である場合、第１層としてのＳｉ含有層は、第２層としてのシリコン窒化層(ＳｉＮ層)へと改質される。
【0078】
第１層を第２層へ改質させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、反応ガスの供給を停止する。また、電極３００へのＲＦ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内に残留する反応ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（Ｓ６）。
【0079】
反応ガスとしては、上述のように、例えば、Ｏ含有ガスや、Ｎ及びＨ含有ガスを用いることができる。Ｏ含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ２）ガス、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）ガス等を用いることができる。Ｎ及びＨ含有ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等の窒化水素系ガスを用いることができる。反応ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
【0080】
不活性ガスとしては、例えば、ステップＳ４で例示した各種ガスを用いることができる。
【0081】
（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、ｎは１以上の整数）、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第１層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第２層を積層することで形成される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。なお、第１層として、例えばＳｉ含有層を形成し、第２層として、例えばＳｉＯ層を形成する場合、膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜)が形成されることとなる。また、第１層として、例えばＳｉ含有層を形成し、第２層として、例えばＳｉＮ層を形成する場合、膜として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜)が形成されることとなる。
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、ｎは１以上の整数）、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第１層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、第２層を積層することで形成される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。なお、第１層として、例えばＳｉ含有層を形成し、第２層として、例えばＳｉＯ層を形成する場合、膜として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜)が形成されることとなる。また、第１層として、例えばＳｉ含有層を形成し、第２層として、例えばＳｉＮ層を形成する場合、膜として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜)が形成されることとなる。
【0082】
（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内に残留する反応ガス等が処理室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）。
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内に残留する反応ガス等が処理室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）。
【0083】
（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。
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。
【0084】
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、プラズマの生成量が飽和してしまうため、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。
【0085】
（第２の実施形態）
以下、本開示の第２の実施形態について、主に図８を参照しながら説明する。
以下、本開示の第２の実施形態について、主に図８を参照しながら説明する。
【0086】
図８には、第２の実施形態に係る基板処理装置の処理炉２０２の断面図が示されている。処理炉２０２には、第１の実施形態と同様に、複数の高周波電源３２０と整合器３２５とが設けられている。図８に示す整合器３２５は、図３、図４、図５に示す整合器３２５を採用することができる。図８の基板処理装置に設けられたプラズマ生成装置について説明する。
【0087】
（プラズマ生成装置）
バッファ室５３７ｂ内には、図８に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する３本の棒状電極５６９，５７０，５７１が、反応管５０３の下部より上部にわたりウエハ２００の配列方向に沿って配設されている。棒状電極５６９，５７０，５７１のそれぞれは、ノズル５４９ｂと平行に設けられている。棒状電極５６９，５７０，５７１のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管５７５により覆われることで保護されている。棒状電極５６９，５７０，５７１のうち両端に配置される棒状電極５６９，５７１は、整合器３２５を介して高周波電源３２０に接続されている。棒状電極５７０は、基準電位であるアースに接続され、接地されている。すなわち、高周波電源３２０に接続される棒状電極と、接地される棒状電極と、が交互に配置され、高周波電源３２０に接続された棒状電極５６９，５７１の間に配置された棒状電極５７０は、接地された棒状電極として、棒状電極５６９，５７１に対して共通して用いられている。換言すると、接地された棒状電極５７０は、隣り合う高周波電源３２０に接続された棒状電極５６９，５７１に挟まれるように配置され、棒状電極５６９と棒状電極５７０、同じく、棒状電極５７１と棒状電極５７０がそれぞれ対となるように構成されてプラズマを生成する。つまり、接地された棒状電極５７０は、棒状電極５７０に隣り合う２本の高周波電源３２０に接続された棒状電極５６９，５７１に対して共通して用いられている。そして、高周波電源３２０から棒状電極５６９，５７１に高周波（ＲＦ）電力を印加することで、棒状電極５６９，５７０間のプラズマ生成領域５２４ａ、棒状電極５７０，５７１間のプラズマ生成領域５２４ｂにプラズマが生成される。
バッファ室５３７ｂ内には、図８に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する３本の棒状電極５６９，５７０，５７１が、反応管５０３の下部より上部にわたりウエハ２００の配列方向に沿って配設されている。棒状電極５６９，５７０，５７１のそれぞれは、ノズル５４９ｂと平行に設けられている。棒状電極５６９，５７０，５７１のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管５７５により覆われることで保護されている。棒状電極５６９，５７０，５７１のうち両端に配置される棒状電極５６９，５７１は、整合器３２５を介して高周波電源３２０に接続されている。棒状電極５７０は、基準電位であるアースに接続され、接地されている。すなわち、高周波電源３２０に接続される棒状電極と、接地される棒状電極と、が交互に配置され、高周波電源３２０に接続された棒状電極５６９，５７１の間に配置された棒状電極５７０は、接地された棒状電極として、棒状電極５６９，５７１に対して共通して用いられている。換言すると、接地された棒状電極５７０は、隣り合う高周波電源３２０に接続された棒状電極５６９，５７１に挟まれるように配置され、棒状電極５６９と棒状電極５７０、同じく、棒状電極５７１と棒状電極５７０がそれぞれ対となるように構成されてプラズマを生成する。つまり、接地された棒状電極５７０は、棒状電極５７０に隣り合う２本の高周波電源３２０に接続された棒状電極５６９，５７１に対して共通して用いられている。そして、高周波電源３２０から棒状電極５６９，５７１に高周波（ＲＦ）電力を印加することで、棒状電極５６９，５７０間のプラズマ生成領域５２４ａ、棒状電極５７０，５７１間のプラズマ生成領域５２４ｂにプラズマが生成される。
【0088】
同様に、バッファ室５３７ｃ内には、図８に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する３本の棒状電極５６９，５７０，５７１が、反応管５０３の下部より上部にわたりウエハ２００の配列方向に沿って配設されている。この３本の棒状電極５６９，５７０，５７１は、上記で説明した３本の棒状電極５６９，５７０，５７１と同様な構成となっている。
【0089】
そして、バッファ室５３７ｂ内の棒状電極５６９，５７０，５７１によりプラズマ生成領域５２４ａ，５２４ｂにプラズマを生成する第１のプラズマ発生部が構成される。同様に、バッファ室５３７ｃ内の棒状電極５６９，５７０，５７１によりプラズマ生成領域５２４ａ，５２４ｂにプラズマを生成する第２のプラズマ発生部が構成される。なお、電極保護管５７５をプラズマ発生部に含めて考えてもよい。そして、高周波電源３２０と、整合器３２５および上記で説明した第１および第２のプラズマ発生部によりプラズマ生成装置が構成される。
【0090】
プラズマ生成装置は、ガスをプラズマ励起、すなわち、プラズマ状態に励起（活性化）させるプラズマ励起部（活性化機構）として機能する。そして、プラズマ生成装置は、上述したように複数のプラズマ発生部を有して、この複数のプラズマ発生部により発生したプラズマを用いて基板処理を行うことにより成膜処理を行うために用いられる。
【0091】
そして、高周波電源３２０は、複数のプラズマ発生部のそれぞれに電源を供給する。また、整合器３２５は、２台の高周波電源３２０と、２つのプラズマ発生部との間に設けられ、プラズマ発生部の負荷インピーダンスと高周波電源３２０の出力インピーダンスとの整合をそれぞれとるために設けられている。
【0092】
なお、バッファ構造５００、５００は、排気管２３１を挟んで、排気管２３１と反応管５０３の中心を通る線に対して線対称に設けられている。また、ノズル５４９ａは、排気管２３１のウエハ２００を挟んで対向する位置に設けられている。また、ノズル５４９ｂとノズル５４９ｃは、それぞれバッファ室５３７ｂ、５３７ｃ内の排気管２３１から遠い位置に設けられている。
【0093】
ノズル５４９ａは、図８に示すように、反応管５０３の内壁とウエハ２００との間における空間に、反応管５０３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設けられている。すなわち、ノズル５４９ａは、ウエハ２００が配列（載置）されるウエハ配列領域（載置領域）の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。すなわち、ノズル５４９ａ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）と垂直となる方向に設けられている。ノズル５４９ａの側面には、ガスを供給するガス供給孔５５０ａが設けられている。ガス供給孔５５０ａは、反応管５０３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５５０ａは、反応管５０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【0094】
処理炉２０２には、ノズル５４９ｂ,５４９ｃが、ガス分散空間であるバッファ室５３７ｂ,５３７ｃ内にそれぞれ設けられている。バッファ室５３７ｂ,５３７ｃは、図８に示すように、それぞれ反応管５０３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、また、反応管５０３の内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。バッファ室５３７ｂ,５３７ｃは、ウエハ配列領域の側方のウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにバッファ構造５００,５００によって形成されている。バッファ構造５００,５００は、石英などの絶縁物によって構成されており、バッファ構造５００の円弧状に形成された壁面には、ガスを供給するガス供給口５０２，５０４が形成される。
【0095】
ガス供給口５０２，５０４は、図８に示すように、棒状電極５６９，５７０間、棒状電極５７０，５７１間のプラズマ生成領域５２４ａ，５２４ｂに対向する位置にそれぞれ反応管５０３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。ガス供給口５０２，５０４は、反応管５０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
【0096】
ノズル５４９ｂ,５４９ｃは、それぞれ反応管５０３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設けられている。ノズル５４９ｂ,５４９ｃは、それぞれバッファ構造５００内側であって、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。
【0097】
ノズル５４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔５５０ｂが設けられている。ガス供給孔５５０ｂは、バッファ構造５００の円弧状に形成された壁面に対して径方向に形成された壁面に向くように（すなわち、ガス供給口５０２,５０４の開口向きとは異なる周方向に）開口しており、壁面に向けてガスを供給することが可能となっている。これにより、反応ガスがバッファ室５３７ｂ内で分散され、棒状電極５６９～５７１に直接吹き付けることがなくなり、パーティクルの発生が抑制される。ガス供給孔５５０ｂは、ガス供給孔５５０ａと同様に、反応管５０３の下部から上部にわたって複数設けられている。なお、ノズル５４９ｃにおいてもノズル５４９ｂと同様の構造を有する。
【0098】
ガス供給管５３２ａ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、ノズル５４９ａを介して処理室２０１内へ供給される様に構成することができる。ガス供給管５３２ｂからは、上述の所定元素とは異なる元素を含むリアクタント（反応体）として、例えば、反応ガスとしての窒素（Ｎ）含有ガスが、ノズル５４９ｂを介して処理室２０１内へ供給されるように構成することができる。ガス供給管５３２ｃからは、改質ガスとして例えば水素（Ｈ２）ガスが、ノズル５４９ｃを介して処理室２０１内へ供給されるように構成することができる。
【0099】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【0100】
（３）本実施形態による効果
可動接続部３３４の接続ネジ３４７の締め込み量を調整しつつ、インダクタンス可変機構部３４０によって、可変インダクター３３６のインダクタンス量を調整することで、インピーダンス整合位置、特に、整合周波数を適切に調整することが可能となる。そのため、複数の高周波電源３２０を用いた場合は、相互に干渉し合って各々の整合器３２５でインピーダンス整合が不調となるのを避けるために、前述の調整によってお互いのインピーダンス整合位置、特にインピーダンス整合周波数を意図的にずらすことが可能となる。また、複数の半導体製造装置間においては、インピーダンス整合位置、特にインピーダンス整合周波数を一致させることが可能となる。したがって、安定なプラズマを発生させることが可能な基板処理装置を用いて、安定な基板処理により、半導体装置が製造可能となる。これにより、半導体装置の歩留まりの向上や半導体装置の品質の向上が達成できる。
可動接続部３３４の接続ネジ３４７の締め込み量を調整しつつ、インダクタンス可変機構部３４０によって、可変インダクター３３６のインダクタンス量を調整することで、インピーダンス整合位置、特に、整合周波数を適切に調整することが可能となる。そのため、複数の高周波電源３２０を用いた場合は、相互に干渉し合って各々の整合器３２５でインピーダンス整合が不調となるのを避けるために、前述の調整によってお互いのインピーダンス整合位置、特にインピーダンス整合周波数を意図的にずらすことが可能となる。また、複数の半導体製造装置間においては、インピーダンス整合位置、特にインピーダンス整合周波数を一致させることが可能となる。したがって、安定なプラズマを発生させることが可能な基板処理装置を用いて、安定な基板処理により、半導体装置が製造可能となる。これにより、半導体装置の歩留まりの向上や半導体装置の品質の向上が達成できる。
【0101】
以上、本開示の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、本開示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。上述の態様や変形例は、適宜組み合わせて用いることができる。このときの処理手順、処理条件は、例えば、上述の態様や変形例の処理手順、処理条件と同様とすることができる。
【0102】
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。本開示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。
【0103】
本開示は、ウエハ２００上に、ＳｉＯ膜やＳｉＮ膜を形成する場合だけでなく、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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
上述の態様では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。また、上述の態様では、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様や変形例と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様や変形例と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【0107】
３２５・・・整合器
３３５・・・第２整合部
３３６・・・可変インダクター
３４０・・・インダクタンス可変機構部
３３５・・・第２整合部
３３６・・・可変インダクター
３４０・・・インダクタンス可変機構部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】