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(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】P2024140693
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】基板処理装置及び基板処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20241003BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20241003BHJP
C23C 16/50 20060101ALI20241003BHJP
C23C 16/44 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101C
H01L21/31 C
H01L21/302 101H
C23C16/50
C23C16/44 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 2023051985
(22)【出願日】2023-03-28
(71)【出願人】
【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】弁理士法人弥生特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 八城
【テーマコード（参考）】
4K030
5F004
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K030FA01
5F004AA01
5F004AA13
5F004BD04
5F004DA04
5F004DA07
5F004DA17
5F004DA23
5F004DA29
5F004DB20
5F004EA28
5F045AA08
5F045BB01
5F045EF05
5F045EH11
5F045EH18
(57)【要約】
【課題】 処理容器内に収容された基板あるいは処理容器内に対して、トロイダル磁場を利用した誘導結合プラズマを用いてプラズマ処理を行うこと。
【解決手段】基板処理装置は、基板が収容され、内部が排気される処理容器と、処理容器内に処理ガスを供給する第１ガス供給部と、処理容器の外部にガス流路を形成すると共に、ガス流路の複数の端部が側方から処理容器内に接続されるように設けられ、誘電体により構成される流路形成部と、処理容器内とガス流路とにより形成される周回路にプラズマ生成用ガスを供給する第２ガス供給部と、プラズマ生成用ガスをプラズマ化して周回路を流れるプラズマを形成し、基板あるいは処理容器内をプラズマ処理するために、電源から電流が供給されてガス流路に磁場を作用させるコイルが各々巻回され、処理容器の外部にガス流路の端部の数以上の数だけ設けられる磁性体のコアと、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】基板処理装置は、基板が収容され、内部が排気される処理容器と、処理容器内に処理ガスを供給する第１ガス供給部と、処理容器の外部にガス流路を形成すると共に、ガス流路の複数の端部が側方から処理容器内に接続されるように設けられ、誘電体により構成される流路形成部と、処理容器内とガス流路とにより形成される周回路にプラズマ生成用ガスを供給する第２ガス供給部と、プラズマ生成用ガスをプラズマ化して周回路を流れるプラズマを形成し、基板あるいは処理容器内をプラズマ処理するために、電源から電流が供給されてガス流路に磁場を作用させるコイルが各々巻回され、処理容器の外部にガス流路の端部の数以上の数だけ設けられる磁性体のコアと、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板が収容され、内部が排気される処理容器と、
前記処理容器内に前記基板を処理するための処理ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理容器の外部にガス流路を形成すると共に、前記ガス流路の複数の端部が側方から前記処理容器内に接続されるように設けられ、誘電体により構成される流路形成部と、
前記処理容器内と前記ガス流路とにより形成される周回路にプラズマ生成用ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記プラズマ生成用ガスをプラズマ化して前記周回路を流れるプラズマを形成し、前記基板あるいは前記処理容器内をプラズマ処理するために、電源から電流が供給されて前記ガス流路に磁場を作用させるコイルが各々巻回され、前記処理容器の外部に前記ガス流路の端部の数以上の数だけ設けられる磁性体のコアと、
を備える基板処理装置。
前記処理容器内に前記基板を処理するための処理ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理容器の外部にガス流路を形成すると共に、前記ガス流路の複数の端部が側方から前記処理容器内に接続されるように設けられ、誘電体により構成される流路形成部と、
前記処理容器内と前記ガス流路とにより形成される周回路にプラズマ生成用ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記プラズマ生成用ガスをプラズマ化して前記周回路を流れるプラズマを形成し、前記基板あるいは前記処理容器内をプラズマ処理するために、電源から電流が供給されて前記ガス流路に磁場を作用させるコイルが各々巻回され、前記処理容器の外部に前記ガス流路の端部の数以上の数だけ設けられる磁性体のコアと、
を備える基板処理装置。
【請求項2】
前記流路形成部は管であり、前記コアは前記管を囲む環状体である請求項１記載の基板処理装置。
【請求項3】
前記管には分岐が設けられず、両端部が前記処理容器に側方から接続され、
当該管は当該処理容器の側方に複数設けられる請求項２記載の基板処理装置。
当該管は当該処理容器の側方に複数設けられる請求項２記載の基板処理装置。
【請求項4】
各管の両端は前記処理容器の周方向の異なる位置に開口し、平面視で当該管毎の一端から他端に至る領域は、当該処理容器の周方向に互いにずれており、
前記各管を周方向に順番にプラズマが通過するように、各管について前記周方向の一方の端部が前記プラズマの入口、他方の端部が前記プラズマの出口となるように前記第２ガス供給部による当該プラズマ生成用ガスの供給が行われる請求項３記載の基板処理装置。
前記各管を周方向に順番にプラズマが通過するように、各管について前記周方向の一方の端部が前記プラズマの入口、他方の端部が前記プラズマの出口となるように前記第２ガス供給部による当該プラズマ生成用ガスの供給が行われる請求項３記載の基板処理装置。
【請求項5】
平面視で前記周回路が前記基板の一端側と他端側とを横断して形成されるように、
平面視で処理容器内を二等分した一方側の領域に一の前記管の両端部が開口し、他方側の領域に他の前記管の両端部が開口する請求項３記載の基板処理装置。
平面視で処理容器内を二等分した一方側の領域に一の前記管の両端部が開口し、他方側の領域に他の前記管の両端部が開口する請求項３記載の基板処理装置。
【請求項6】
各管の両端は前記処理容器の周方向の異なる位置に開口し、平面視で当該管毎の一端から他端に至る領域は、当該処理容器の周方向に互いにずれており、
周方向においての前記プラズマの入口となる側及び前記プラズマの出口となる側が、各管の間で異なる請求項３記載の基板処理装置。
周方向においての前記プラズマの入口となる側及び前記プラズマの出口となる側が、各管の間で異なる請求項３記載の基板処理装置。
【請求項7】
前記複数の管のうちの選択された管に前記プラズマの流れが形成され、且つ選択された管を切り替えるように、前記電源から供給される電流の供給先が切り替えられる請求項５記載の基板処理装置。
【請求項8】
前記管を第１管、前記周回路を第１周回路とすると、
前記処理容器の天井に両端が開口する誘電体からなる第２管が設けられ、
前記第２ガス供給部は、前記処理容器内と前記第２管内とにより形成される第２周回路にプラズマ生成用ガスを供給し、
前記第２周回路を流れるプラズマを形成するために、前記第２管を囲む環状体である前記コアが複数設けられる請求項３記載の基板処理装置。
前記処理容器の天井に両端が開口する誘電体からなる第２管が設けられ、
前記第２ガス供給部は、前記処理容器内と前記第２管内とにより形成される第２周回路にプラズマ生成用ガスを供給し、
前記第２周回路を流れるプラズマを形成するために、前記第２管を囲む環状体である前記コアが複数設けられる請求項３記載の基板処理装置。
【請求項9】
前記処理容器内には前記基板が載置される載置台が設けられ、
前記管の端部は前記載置台に載置される前記基板よりも上方で、前記処理容器内の互いに異なる高さに開口する請求項２記載の基板処理装置。
前記管の端部は前記載置台に載置される前記基板よりも上方で、前記処理容器内の互いに異なる高さに開口する請求項２記載の基板処理装置。
【請求項10】
前記管の各端部は前記処理容器の周方向の異なる位置に開口し、
前記管は鉛直面及び水平面に対して傾いて伸びる部位を備える請求項９記載の基板処理装置。
前記管は鉛直面及び水平面に対して傾いて伸びる部位を備える請求項９記載の基板処理装置。
【請求項11】
前記処理容器内を上方領域と下方領域とに区画する区画部が設けられ、
前記下方領域に前記基板を載置する載置台が設けられ、
前記管は上方領域に開口し、
前記区画部には、プラズマを前記下方領域に供給するために、前記上方領域と前記下方領域とを連通させる連通路が設けられる請求項２記載の基板処理装置。
前記下方領域に前記基板を載置する載置台が設けられ、
前記管は上方領域に開口し、
前記区画部には、プラズマを前記下方領域に供給するために、前記上方領域と前記下方領域とを連通させる連通路が設けられる請求項２記載の基板処理装置。
【請求項12】
前記処理容器の側壁に形成された開口部に前記管の端部が設けられ、
前記第２ガス供給部は、
前記開口部と前記管の端部の外周面との間に形成されて前記処理容器内に連通し、前記処理容器の外部から前記プラズマ生成用ガスが供給される第１隙間と、
前記第１隙間について前記処理容器の外側に向かう側を塞ぐように当該処理容器に設けられる閉塞部と、
を備える請求項２記載の基板処理装置。
前記第２ガス供給部は、
前記開口部と前記管の端部の外周面との間に形成されて前記処理容器内に連通し、前記処理容器の外部から前記プラズマ生成用ガスが供給される第１隙間と、
前記第１隙間について前記処理容器の外側に向かう側を塞ぐように当該処理容器に設けられる閉塞部と、
を備える請求項２記載の基板処理装置。
【請求項13】
前記第１隙間及び閉塞部は、前記管の一端部側、他端部側の各々に設けられ、
前記処理容器の側壁は、前記管の前記一端部側の先端に間隔を空けて対向し、前記隙間に連通する第２隙間を形成する対向部を備え、
前記対向部は前記第１隙間から前記第２隙間へ流れた前記プラズマ生成用ガスが当該管の前記ガス流路に折り返されて吐出されるように当該プラズマ生成用ガスの流れを規制する規制部を備える請求項１２記載の基板処理装置。
前記処理容器の側壁は、前記管の前記一端部側の先端に間隔を空けて対向し、前記隙間に連通する第２隙間を形成する対向部を備え、
前記対向部は前記第１隙間から前記第２隙間へ流れた前記プラズマ生成用ガスが当該管の前記ガス流路に折り返されて吐出されるように当該プラズマ生成用ガスの流れを規制する規制部を備える請求項１２記載の基板処理装置。
【請求項14】
前記周回路におけるプラズマの流れ方向を切り替えるために、
前記ガス流路において前記プラズマ生成用ガスが吐出される方向と、前記コイルにて電流が流れる方向と、を切り替える切替え機構が設けられる請求項２記載の基板処理装置。
前記ガス流路において前記プラズマ生成用ガスが吐出される方向と、前記コイルにて電流が流れる方向と、を切り替える切替え機構が設けられる請求項２記載の基板処理装置。
【請求項15】
前記プラズマ生成用ガスは前記処理ガスとは異なるガスであり、
前記第１ガス供給部は、前記下方領域において前記載置台の上方を横方向に移動し、前記処理ガスの吐出口を備える供給部本体を備える請求項１１記載の基板処理装置。
前記第１ガス供給部は、前記下方領域において前記載置台の上方を横方向に移動し、前記処理ガスの吐出口を備える供給部本体を備える請求項１１記載の基板処理装置。
【請求項16】
前記第１ガス供給部は、
前記処理容器の天井を貫通して縦方向に伸長すると共に、前記処理ガスの上流側流路を形成するシャフトと、
前記処理容器の外部に設けられ、前記シャフトを軸回りに回転させる回転機構と、
を備え、
前記シャフトから平面視で放射状に広がるように前記供給部本体は複数設けられ、当該供給部本体は前記上流側流路から前記吐出口に前記処理ガスを供給する下流側流路を備える請求項１５記載の基板処理装置。
前記処理容器の天井を貫通して縦方向に伸長すると共に、前記処理ガスの上流側流路を形成するシャフトと、
前記処理容器の外部に設けられ、前記シャフトを軸回りに回転させる回転機構と、
を備え、
前記シャフトから平面視で放射状に広がるように前記供給部本体は複数設けられ、当該供給部本体は前記上流側流路から前記吐出口に前記処理ガスを供給する下流側流路を備える請求項１５記載の基板処理装置。
【請求項17】
前記管において、前記処理容器の外側に露出する部位の各端部に前記コアが設けられる請求項２記載の基板処理装置。
【請求項18】
前記露出する部位の一端部、他端部、前記ガス流路の流路方向における一端部と他端部との間の各々に前記コアが設けられる請求項１７記載の基板処理装置。
【請求項19】
基板が収容される処理容器の内部を排気する工程と、
前記処理容器内に第１ガス供給部から処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
第２ガス供給部により誘電体により構成される流路形成部によって前記処理容器の外部に形成されると共に、前記ガス流路の複数の端部が側方から前記処理容器内に接続されるように設けられるガス流路と前記処理容器内と前記ガス流路とにより形成される周回路にプラズマ生成用ガスを供給する工程と、
前記処理容器の外部に前記ガス流路の端部の数以上の数だけ設けられる磁性体のコアに各々巻回されるコイルに電流を供給し、前記ガス流路に磁場を作用させる工程と、
前記磁場により前記プラズマ生成用ガスをプラズマ化して前記周回路を流れるプラズマを形成し、前記基板あるいは前記処理容器内をプラズマ処理する工程と、
を備える基板処理方法。
前記処理容器内に第１ガス供給部から処理ガスを供給して前記基板を処理する工程と、
第２ガス供給部により誘電体により構成される流路形成部によって前記処理容器の外部に形成されると共に、前記ガス流路の複数の端部が側方から前記処理容器内に接続されるように設けられるガス流路と前記処理容器内と前記ガス流路とにより形成される周回路にプラズマ生成用ガスを供給する工程と、
前記処理容器の外部に前記ガス流路の端部の数以上の数だけ設けられる磁性体のコアに各々巻回されるコイルに電流を供給し、前記ガス流路に磁場を作用させる工程と、
前記磁場により前記プラズマ生成用ガスをプラズマ化して前記周回路を流れるプラズマを形成し、前記基板あるいは前記処理容器内をプラズマ処理する工程と、
を備える基板処理方法。
【請求項20】
前記周回路において前記プラズマが流れる方向を切り替えるか、
あるいは前記流路形成部が複数設けられ、複数の流路形成部間で前記プラズマの流れが形成される前記流路形成部を切り替える工程を備える請求項１９記載の基板処理方法。
あるいは前記流路形成部が複数設けられ、複数の流路形成部間で前記プラズマの流れが形成される前記流路形成部を切り替える工程を備える請求項１９記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置を製造工程においては、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と記載する）に対して処理ガスをプラズマ化することにより得られた反応性の高い活性種を用いて、成膜処理やエッチング処理を行うことが知られている。プラズマを生成する手法としては、トロイダル磁場を利用した誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を利用する場合がある。
【0003】
特許文献１には、プラズマリアクタチャンバの天井に、トロイダル中空チューブの導管（中空導管）が複数配列されている構成が提案されている。また、中空導管の開口端が、チャンバの天井に接続される構成と、チャンバの側壁に接続される構成が例示されている。
【0004】
特許文献２には、処理チャンバの天井に、２本の中空な外部凹角導管を互いに直交するように、夫々の開口端がチャンバの天井に接続される構成が提案されている。夫々の外部凹角導管には、トロイダルコアが設けられ、各トロイダルコアには導電性コイルが巻かれる例が記載されている。
特許文献１及び特許文献２には、コイルがインピーダンス整合回路を介してＲＦ電源に接続されることが記載されている。
特許文献１及び特許文献２には、コイルがインピーダンス整合回路を介してＲＦ電源に接続されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特表２００４－５０６３３９号公報
【特許文献2】特表２０１２－５０７８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示は、処理容器内に収容された基板あるいは処理容器内に対して、トロイダル磁場を利用した誘導結合プラズマを用いてプラズマ処理を行う技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の基板処理装置は、
基板が収容され、内部が排気される処理容器と、
前記処理容器内に前記基板を処理するための処理ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理容器の外部にガス流路を形成すると共に、前記ガス流路の複数の端部が側方から前記処理容器内に接続されるように設けられ、誘電体により構成される流路形成部と、
前記処理容器内と前記ガス流路とにより形成される周回路にプラズマ生成用ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記プラズマ生成用ガスをプラズマ化して前記周回路を流れるプラズマを形成し、前記基板あるいは前記処理容器内をプラズマ処理するために、電源から電流が供給されて前記ガス流路に磁場を作用させるコイルが各々巻回され、前記処理容器の外部に前記ガス流路の端部の数以上の数だけ設けられる磁性体のコアと、
を備える。
基板が収容され、内部が排気される処理容器と、
前記処理容器内に前記基板を処理するための処理ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記処理容器の外部にガス流路を形成すると共に、前記ガス流路の複数の端部が側方から前記処理容器内に接続されるように設けられ、誘電体により構成される流路形成部と、
前記処理容器内と前記ガス流路とにより形成される周回路にプラズマ生成用ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記プラズマ生成用ガスをプラズマ化して前記周回路を流れるプラズマを形成し、前記基板あるいは前記処理容器内をプラズマ処理するために、電源から電流が供給されて前記ガス流路に磁場を作用させるコイルが各々巻回され、前記処理容器の外部に前記ガス流路の端部の数以上の数だけ設けられる磁性体のコアと、
を備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、処理容器内に収容された基板あるいは処理容器内に対して、トロイダル磁場を利用した誘導結合プラズマを用いてプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の基板処理装置の第１実施形態を示す縦断側面図である。
【図2】処理容器の一例の一部を示す概略斜視図である。
【図3】処理容器の一例を示す平面図である。
【図4】処理容器の一例を示す概略平面図である。
【図5】処理容器と第１管を示す縦断側面図である。
【図6】コイルの接続の第１の例を示す説明図である。
【図7】第１ガス供給部の一例を示す概略斜視図である。
【図8】プラズマの流れの第１の例を示す平面図である。
【図9】プラズマの流れの第１の例を示す縦断側面図である。
【図10A】基板処理装置の第２実施形態を示す処理容器と第１管を示す縦断側面図である。
【図10B】コイルの切替え部の構成例を示す説明図である。
【図11】コイルの接続の第２の例を示す説明図である。
【図12】プラズマの流れの第２の例を示す平面図である。
【図13】プラズマの流れの第２の例を示す縦断側面図である。
【図14】コイルの接続の第３の例を示す説明図である。
【図15】プラズマの流れの第３の例を示す平面図である。
【図16】プラズマの流れの第３の例を示す縦断側面図である。
【図17】基板処理装置の第３実施形態を示す平面図である。
【図18】基板処理装置の第３実施形態を示す平面図である。
【図19】第１管のさらに他の例を示す平面図である。
【図20】基板処理装置の第４実施形態を示す縦断側面図である。
【図21】基板処理装置の第４実施形態を示す縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜基板処理装置の第１実施形態＞
本開示の基板処理装置の構成について、基板の処理が成膜処理である場合を例にし、図１～図５を参照して説明する。
基板処理装置１は、基板であるウエハＷを格納して、内部が排気される処理容器１０を備えている。処理容器１０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成され、処理容器１０の内部は、その上方領域がプラズマ室２、下方領域が基板処理室１１として形成されている。プラズマ室２及び基板処理室１１は夫々例えば略円筒形状に形成され、プラズマ室２は基板処理室１１よりも直径が小さい円筒形状に構成されている。プラズマ室２と、後述のプラズマ生成用の管とがなす環状の空間を周回する誘導結合プラズマの流れを形成することで、ウエハＷに処理が行われるように基板処理装置１が構成されている。
本開示の基板処理装置の構成について、基板の処理が成膜処理である場合を例にし、図１～図５を参照して説明する。
基板処理装置１は、基板であるウエハＷを格納して、内部が排気される処理容器１０を備えている。処理容器１０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成され、処理容器１０の内部は、その上方領域がプラズマ室２、下方領域が基板処理室１１として形成されている。プラズマ室２及び基板処理室１１は夫々例えば略円筒形状に形成され、プラズマ室２は基板処理室１１よりも直径が小さい円筒形状に構成されている。プラズマ室２と、後述のプラズマ生成用の管とがなす環状の空間を周回する誘導結合プラズマの流れを形成することで、ウエハＷに処理が行われるように基板処理装置１が構成されている。
【0011】
＜基板処理室＞
基板処理室１１の側面には、外部の不図示の真空搬送室との間でウエハＷの受け渡しを行うための搬入出口１２が、ゲートバルブ１３により開閉自在に設けられている。
基板処理室１１の側面における搬入出口１２よりも上方には、複数の排気口１４が、周方向の離れた位置に夫々形成されている。排気口１４には、排気路１５を介して、真空ポンプや圧力調節バルブ等からなる排気機構１６が接続され、処理容器１０内が減圧雰囲気に設定される。
基板処理室１１の側面には、外部の不図示の真空搬送室との間でウエハＷの受け渡しを行うための搬入出口１２が、ゲートバルブ１３により開閉自在に設けられている。
基板処理室１１の側面における搬入出口１２よりも上方には、複数の排気口１４が、周方向の離れた位置に夫々形成されている。排気口１４には、排気路１５を介して、真空ポンプや圧力調節バルブ等からなる排気機構１６が接続され、処理容器１０内が減圧雰囲気に設定される。
【0012】
基板処理室１１内には、ウエハＷが載置される載置台３が、昇降軸３１を介して昇降機構３２により、図１に実線にて示す処理位置と、一点鎖線にて示す受け渡し位置との間で、気密に昇降自在に設けられている。受け渡し位置は、搬入出口１２を介して不図示の基板搬送機構との間でウエハＷの受け渡しを行う位置である。また、載置台３の下方には、ウエハＷの受け渡し時に、ウエハＷを下面側から支持して持ち上げる複数の支持ピン３３が、昇降機構３４により昇降自在に設けられている。図１中、符号３０は載置台３に設けられた支持ピン３３用の貫通孔、符号３５はシールド部材を夫々示している。
【0013】
＜プラズマ室＞
プラズマ室２は、側壁２１と天井２２とを備えており、例えば側壁２１の内面は、平面的に見て、処理位置にある載置台３に載置されたウエハＷの外縁よりも僅かに外方に位置している。
このプラズマ室２には、処理容器１０であるプラズマ室２の外部にガス流路を形成するための流路形成部が設けられている。流路形成部は、ガス流路の複数の端部が側方からプラズマ室２内に接続されるように設けられ、例えばガラスやセラミックなどの誘電体の管（プラズマ生成管）により構成されている。
プラズマ室２は、側壁２１と天井２２とを備えており、例えば側壁２１の内面は、平面的に見て、処理位置にある載置台３に載置されたウエハＷの外縁よりも僅かに外方に位置している。
このプラズマ室２には、処理容器１０であるプラズマ室２の外部にガス流路を形成するための流路形成部が設けられている。流路形成部は、ガス流路の複数の端部が側方からプラズマ室２内に接続されるように設けられ、例えばガラスやセラミックなどの誘電体の管（プラズマ生成管）により構成されている。
【0014】
この例では、プラズマ生成管として、プラズマ室２の側壁２１に接続される複数例えば８本の第１管４Ａと、プラズマ室２の天井２２に接続される例えば２本の第２管４Ｂと、を備えている。これら第１管４Ａ及び第２管４Ｂは、図１～図３に示すように、中空の直管の一端側と他端側とが同じ方向に屈曲されることによってＵ字状に形成され、その内部がガス流路４０として構成されている。
【0015】
８本の第１管４Ａは、プラズマ室２の側壁２１に接続されている。これら第１管４Ａの両端部（一端部４１、他端部４２）は、図２～図４に示すように、プラズマ室２の周方向の異なる位置に夫々開口し、平面視で第１管４Ａ毎の一端から他端に至る領域は、プラズマ室２の周方向に互いにずれるように配置されている。例えば８本の第１管４Ａは、図３及び図４に示すように、プラズマ室２の側壁２１の周方向の８か所の位置に、平面視で夫々の管が重ならずに、プラズマ室２の中央を介して互いに対向する４組の第１管４Ａを備えるように設けられている。なお、このように第１管４Ａが設けられることで、平面視で円形のプラズマ室２を二等分した一方側の領域に一つの第１管４Ａの両端部が開口し、他方側の領域に別の第１管４Ａの両端部が開口するという位置関係となっている。この位置関係により、後に第２、第３のプラズマ生成例として示すように、プラズマの周回路をプラズマ室の一端側と他端側とを横断するように形成することができる。
【0016】
また、図２に示すように、各第１管４Ａの一端部４１及び他端部４２は、プラズマ室２内の互いに異なる高さに開口するように夫々設けられている。この例では、各第１管４Ａは、プラズマ室２の側壁２１に対して、一端部４１が基板処理室１１側である下方位置に接続され、他端部４２が天井２２側である上方位置であって、一端部４１よりも周方向にずれた位置に接続される。従って、第１管４Ａは、側方から見て一端部４１と他端部４２とを結ぶ部位４４が、夫々鉛直面及び水平面に対して傾いて伸びる部位として形成される。
【0017】
そして、当図に示すように、８本の第１管４Ａは、第１管４Ａ同士の間で、一端部４１及び他端部４２の高さ位置が夫々揃えられている。また、ある第１管４Ａの一端部４１と、これに隣接する第１管４Ａの他端部４２とが周方向に重ならずに並ぶように設けられている。このように８本の第１管４Ａの一端部４１と他端部４２とは、プラズマ室２の側方に周方向に順番に並ぶように接続され、プラズマ室２内と第１管４Ａの内部のガス流路４０とにより周回路（第１周回路）が構成される。この第１周回路は、図４に破線にて示すように、ある第１管４Ａの他端部４２からプラズマ室２を介して、隣接する第１管４Ａの一端部４１に至り、当該第１管４Ａのガス流路４０を通って他端部４２からプラズマ室２に至る経路であって、８つの第１管４Ａ及びプラズマ室２によって形成される１つの周回路である。この第１周回路を周回するプラズマの流れが形成されるように、プラズマ生成用ガスの通流と、各第１管４Ａに設けられるプラズマ生成用のコイル（後述する）への電流の供給と、が行われる。
【0018】
このような第１管４Ａは、プラズマ室２の側壁２１に、図５に示すように接続されている。図５は、第１管４Ａとプラズマ室２の接続構造の一例を示している。この図に示すように、プラズマ室２の側壁２１に設けられる開口部２３Ａ、２３Ｂに、第１管４Ａの一端部４１、他端部４２が夫々差し込まれることで第１管４Ａはプラズマ室２に開口する。開口部２３Ａ、２３Ｂは側方に向けて開口し、開口方向に見て円形である。開口部２３Ａについては段が形成され、プラズマ室２の内側寄りの部位に比べてプラズマ室２の外側寄りの部位は拡径されることで拡径部２３Ｃとして形成されており、拡径部２３Ｃの径は一端部４１の径よりも若干大きい。
【0019】
第１管４Ａの一端から若干離れた位置に、当該第１管４Ａの一端部４１を囲む円環状の閉塞部２５１が設けられており、閉塞部２５１が側壁２１に固定されることで、当該一端部４１が側壁２１に固定されている。拡径部２３Ｃの周面と第１管４Ａの一端部４１の外周面との間には、第１隙間である円環状の外周隙間２４１が形成され、この外周隙間２４１は閉塞部２５１によってプラズマ室２の外側から塞がれている。
【0020】
また、開口部２３Ａの段は、第１管４Ａの一端部４１の先端に間隔を開けて対向する対向部２６をなしている。当該一端部４１の先端と対向部２６との間は環状の第２隙間である対向隙間２７として形成されており、対向隙間２７は、外周隙間２４１と連通する。さらに、対向部２６には、外周隙間２４１から対向隙間２７へ流れたプラズマ生成用ガスの流れを規制する規制部２８が設けられている。この規制部２８は、対向部２６の内周縁が第１管４Ａの一端部４１に向けて突出するように形成され、当該一端部４１内に若干進入している。対向部２６は、一端部４１に対応して環状に形成されているので、一端部４１の先端側には、規制部２８が環状に設けられる。
【0021】
規制部２８は、後述するように外周隙間２４１に供給されるプラズマ生成ガスが、第１管４Ａの一端に向けて流れ、対向隙間２７を介して第１管４Ａ内のガス流路４０に折り返されて吐出されるように、プラズマ生成ガスの流れをガイドする傾斜面を備えている。さらに詳しくは、図５に示すように横断面視において当該傾斜面は一端部４１をなす第１管４Ａの奥に向うにつれて管の中心軸に向かうように伸びることで、プラズマ生成ガスの流れをガイドする。
【0022】
第１管４Ａの他端から若干離れた位置に、当該第１管４Ａの他端部４２を囲む円環状の閉塞部２５２が設けられており、閉塞部２５２が側壁２１に固定されることで、当該他端部４２が側壁２１に固定されている。開口部２３Ｂの周面と第１管４Ａの他端部４２の外周面との間には、第１隙間である円環状の外周隙間２４２が形成され、この外周隙間２４２は閉塞部２５２によってプラズマ室２の外側から塞がれている。この例では、平面的に見て、他端部４２の先端は、一端部４１の先端よりもプラズマ室２内に近い位置に配置されている。なお、開口部２３Ｂは、開口部２３Ａと異なり対向部２６が形成されていない。そのため、後述するように外周隙間２４２に導入されるプラズマ形成ガスは、プラズマ室２へ向けて流れる。
【0023】
プラズマ室２の側壁２１の外周面には、供給管５１、５２の下流端が接続されている。供給管５１、５２は側壁２１に形成される流路２９１、２９２を介して外周隙間２４１、２４２に夫々開口し、プラズマ室２の外部から当該外周隙間２４１、２４２にプラズマ生成用ガスが供給される。外周隙間２４１、対向隙間２７や、規制部２８と一端部４１との間の隙間は、流路２９１よりも狭い空間として形成されている。供給管５１、５２を含む第２ガス供給部５については後述する。
【0024】
第２管４Ｂは、プラズマ室２（処理容器１０）の天井２２に両端が開口するように設けられている。この例では、第２管４Ｂは２本設けられており、図３に示すように、天井２２の中央部に設けられた後述する第１ガス供給部７の回転機構７２を挟むように配置されている。第２管４Ｂは、例えば第１管４Ａとプラズマ室２の側壁２１との接続構造と同様に、天井２２に接続されている。そして、一端部４１側から第２管４Ｂのガス流路４０にプラズマ生成ガスが供給され、他端部４２からプラズマ室２に向けてプラズマ生成ガスを吐出するように構成されている。
【0025】
こうして、プラズマ室２内と第２管４Ｂの内部のガス流路４０とにより第２周回路が構成されている。この第２周回路は、図４に一点鎖線にて示すように、一方の第２管４Ｂの他端部４２からプラズマ室２を介して他方の第２管４Ｂの一端部４１に至り、当該第２管４Ｂのガス流路４０を通って他端部４２からプラズマ室２に至るように周回するものである。従って、この第２周回路は、２つの第２管４Ｂ及びプラズマ室２によって形成される１つの周回路である。ウエハＷを処理するにあたって、上記した第１周回路に沿ったプラズマの流れの他に、この第２周回路に沿ったプラズマの流れも形成される。なお、このように２つの第２管４Ｂを跨ぐプラズマの周回路を形成することには限られず、各第２管４Ｂにより個別の周回路が形成される構成であってもよい。
【0026】
＜プラズマ形成部＞
図１及び図３に示すように、各第１管４Ａ及び各第２管４Ｂには、磁性体例えばフェライトのコア６１を備えたプラズマ形成部６が設けられている。なお、図２、図４及び図５ではプラズマ形成部６の図示を省略している。コア６１は、各第１管４Ａ、各第２管４Ｂにおいて、各々のガス流路４０の端部の数つまり２個設けられている。上記したように第１管４Ａ、第２管４Ｂの両端部は側壁２１に埋設されており、他の部位がプラズマ室２の外側に露出している。そのプラズマ室２の外側に露出する部位の両端部に、プラズマ形成部６が取付けられている。より具体的には、上記したように第１管４Ａ、第２管４Ｂは、直管の両端部における部位が屈曲された構成であるが、プラズマ形成部６は、その屈曲された部位を囲むように設けられている。なお、図３では、第２管４Ｂに設けられたコア６１は図示を省略している。
図１及び図３に示すように、各第１管４Ａ及び各第２管４Ｂには、磁性体例えばフェライトのコア６１を備えたプラズマ形成部６が設けられている。なお、図２、図４及び図５ではプラズマ形成部６の図示を省略している。コア６１は、各第１管４Ａ、各第２管４Ｂにおいて、各々のガス流路４０の端部の数つまり２個設けられている。上記したように第１管４Ａ、第２管４Ｂの両端部は側壁２１に埋設されており、他の部位がプラズマ室２の外側に露出している。そのプラズマ室２の外側に露出する部位の両端部に、プラズマ形成部６が取付けられている。より具体的には、上記したように第１管４Ａ、第２管４Ｂは、直管の両端部における部位が屈曲された構成であるが、プラズマ形成部６は、その屈曲された部位を囲むように設けられている。なお、図３では、第２管４Ｂに設けられたコア６１は図示を省略している。
【0027】
これらコア６１は、図３に示すように、第１管４Ａ、第２管４Ｂの一部を囲むように設けられた環状体であり、この例では環状体の外縁及び内縁が平面視円形に構成されている。但し、環状体は、第１管４Ａ、第２管４Ｂの形状に合わせて、その外縁や内縁を平面視楕円形や矩形に形成してもよい。また、夫々のコア６１には例えば銅線よりなるコイル６２が各々同じ向きにらせん状に巻回されており、各コイル６２には共通の電源６３から電流が供給され、第１管４Ａ及び第２管４Ｂ内部のガス流路４０に磁場を作用させるように構成されている。電源６３としては、例えば１００ｋＨｚ～２ＭＨｚの低周波電力を出力する低周波電源が用いられる。
【0028】
コア６１は、例えば環状体の一部分をなす複数の部材同士を、接着剤を用いて固定接合することにより形成され、第１管４Ａ、第２管４Ｂに取付けられる。
また、この例においては、第１管４Ａに設けられた各コイル６２は、図６に概略的に示すように、全て直列に接続され、電源６３から電流が供給されるように構成されている。さらに詳しく述べると、直列に接続されるコイル６２群の一端側が電源６３に接続され、他端側がグランドに接続されている。なお、図６では、第１管４Ａに設けられた２つのコイル６２を１つに纏めて描いている。さらに、第２管４Ｂに設けられた各コイル６２も直列に電源６３に接続されている。
また、この例においては、第１管４Ａに設けられた各コイル６２は、図６に概略的に示すように、全て直列に接続され、電源６３から電流が供給されるように構成されている。さらに詳しく述べると、直列に接続されるコイル６２群の一端側が電源６３に接続され、他端側がグランドに接続されている。なお、図６では、第１管４Ａに設けられた２つのコイル６２を１つに纏めて描いている。さらに、第２管４Ｂに設けられた各コイル６２も直列に電源６３に接続されている。
【0029】
コイル６２への電流の供給によって各管４Ａ、４Ｂの周囲に磁場が発生し、プラズマ生成用ガスをプラズマ化する。その際に管路に沿って流れるプラズマ電流の方向は、磁場の向きに応じたものとなる。後述のようにプラズマ流を形成するために、プラズマ電流の流れる方向と、プラズマ生成用ガスの流れ方向とが揃えられる。各コイル６２は、そのようにガスの流れ方向に揃ったプラズマ電流を形成できるように設けられている。なお、コイル６２の巻回方向が変化しないとして、上記した磁場の向きはコイル６２への電流の供給方向に応じて変化する。そのため、後述する実施形態で示すように、コイル６２への電流の供給方向と、ガスの通流方向とを共に切り替えることで、プラズマ流の向きを変更することができる。
【0030】
＜第１ガス供給部＞
続いて、処理容器１０に、ウエハＷを処理する処理ガスを供給する第１ガス供給部７について説明する。第１ガス供給部７は、処理位置にある載置台３の上方に設けられ、処理ガスの吐出口が形成された供給部本体を備えて構成されている。この例の第１ガス供給部７は、例えば図１及び図７に示すように、処理容器１０（プラズマ室２）の天井を貫通して鉛直方向（即ち、縦方向）に伸長すると共に、処理ガスの上流側通路を形成するシャフト７１を備えている。シャフト７１の上流側はプラズマ室２の天井を貫通し、プラズマ室２の外部に設けられた回転機構７２に接続されており、回転機構７２によりシャフト７１が軸周りに回転自在に構成されている。また、シャフト７１の下流側には、シャフト７１から平面視で放射状に広がるように、供給部本体をなすガスノズル７３が複数例えば３本設けられている。
続いて、処理容器１０に、ウエハＷを処理する処理ガスを供給する第１ガス供給部７について説明する。第１ガス供給部７は、処理位置にある載置台３の上方に設けられ、処理ガスの吐出口が形成された供給部本体を備えて構成されている。この例の第１ガス供給部７は、例えば図１及び図７に示すように、処理容器１０（プラズマ室２）の天井を貫通して鉛直方向（即ち、縦方向）に伸長すると共に、処理ガスの上流側通路を形成するシャフト７１を備えている。シャフト７１の上流側はプラズマ室２の天井を貫通し、プラズマ室２の外部に設けられた回転機構７２に接続されており、回転機構７２によりシャフト７１が軸周りに回転自在に構成されている。また、シャフト７１の下流側には、シャフト７１から平面視で放射状に広がるように、供給部本体をなすガスノズル７３が複数例えば３本設けられている。
【0031】
各ガスノズル７３は、図１に示すように、処理位置にある載置台３の表面近傍において、当該表面に沿って水平に伸びるように構成されている。従って、シャフト７１を回転軸として、ガスノズル７３は回転（即ち、横方向移動）する。この回転は、例えばガスノズル７３からのガスの吐出と並行して行われる。ガスノズル７３の内部は、シャフト７１内部の上流側通路と連通する下流側通路を備えており、ガスノズル７３の下面には、その長さ方向に沿って複数の孔状の吐出口７４が間隔を開けて形成されている。吐出口７４はスリット状に形成することもできる。
【0032】
このようなシャフト７１の上流側は、バルブやマスフローコントローラを含む流量調整部７５を備えた処理ガス供給路７６を介して処理ガス供給源７７に接続されている。こうして、処理ガス供給源７７から処理ガスがシャフト７１の上流側通路及びガスノズル７３の下流側通路を介して供給され、吐出口７４から、載置台３に載置されたウエハＷに向かって吐出される。この例において第１ガス供給部７は、処理ガス供給源７７、処理ガス供給路７６、シャフト７１、ガスノズル７３を備えている。
【0033】
＜第２ガス供給部＞
次いで、第２ガス供給部５について、図５を参照し、第１管４Ａを例にして説明する。第２ガス供給部５は、既述の第１周回路及び第２周回路にプラズマ生成ガスを供給するものである。プラズマ生成ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスを用いることができ、図５においてプラズマ生成ガスの流れを破線にて示している。
次いで、第２ガス供給部５について、図５を参照し、第１管４Ａを例にして説明する。第２ガス供給部５は、既述の第１周回路及び第２周回路にプラズマ生成ガスを供給するものである。プラズマ生成ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスを用いることができ、図５においてプラズマ生成ガスの流れを破線にて示している。
【0034】
この例では、図５に示すように、第１管４Ａの一端部４１及び他端部４２の外周隙間２４１、２４２は、夫々供給管５１、５２により、バルブやマスフローコントローラを含む流量調整部５３（５３１、５３２）を介してプラズマ生成ガスの供給源５４に接続されている。
そして、一端部４１では、供給管５１から外周隙間２４１に供給されたプラズマ生成ガスは、外周隙間２４１を介して対向隙間２７に流れ、規制部２８にてガスの流れが折り返されて、ガス流路４０に向かって吐出される。この例において第２ガス供給部５は、プラズマ生成ガスの供給源５４、プラズマ生成ガスの供給管５１、外周隙間（第１隙間）２４１、対向隙間（第２隙間）２７を備えている。
そして、一端部４１では、供給管５１から外周隙間２４１に供給されたプラズマ生成ガスは、外周隙間２４１を介して対向隙間２７に流れ、規制部２８にてガスの流れが折り返されて、ガス流路４０に向かって吐出される。この例において第２ガス供給部５は、プラズマ生成ガスの供給源５４、プラズマ生成ガスの供給管５１、外周隙間（第１隙間）２４１、対向隙間（第２隙間）２７を備えている。
【0035】
既述のように、外周隙間２４１、対向隙間２７や規制部２８と一端部４１との間の隙間は狭い空間として形成されているので、プラズマ生成ガスは規制部２８の傾斜面によりガイドされて、ガス流路４０内に大きな流速で勢いよく吐出される。このように、一端部４１において、プラズマ生成ガスがガス流路４０内に大きな流速で吐出されると、この吐出領域近傍で圧力が低下する。このため、プラズマ室２内の雰囲気が開口部２３Ａを介してガス流路４０側へ引き込まれる。こうして、第１管４Ａのガス流路４０では、供給管５１を介してプラズマ生成ガスが供給されると共に、プラズマ室２内側からもプラズマ生成ガスが入り込み、このプラズマ生成ガスはガス流路４０内を他端部４２に向けて流れていく。
【0036】
そして、プラズマ生成ガスは第１管４Ａの他端部４２からプラズマ室２に向けて吐出される。また、他端部４２において、供給管５２から外周隙間２４２に供給されたプラズマ生成ガスは、プラズマ室２へ向けて流れる。この外周隙間２４２から流れるプラズマ生成ガスは、他端部４２からプラズマ室２に吐出されるプラズマ生成ガスの流れをアシストする役割を果たしている。
【0037】
この例では、既述のように、８本の第１管４Ａは、プラズマ室２からプラズマ生成ガスが入り込む一端部４１と、プラズマ室２内にプラズマ生成ガスを吐出する他端部４２とが、プラズマ室２の周方向に交互に順番に並んでいる。従って、プラズマ生成ガスは、図４に破線にて示す第１周回路に沿って、プラズマ室２を介して８つの第１管４Ａを周方向に順番に通過していく。
【0038】
第２管４Ｂについても、一方の第２管４Ｂの一端部４１からガス流路４０に供給されたプラズマ生成ガスが当該管４Ｂの他端部４２に向けて流れ、当該他端部４２からプラズマ室２に吐出される。そして、プラズマ生成ガスは、図４に一点鎖線にて示す第２周回路に沿って、プラズマ室２を介して２本の第２管４Ｂを順番に通過していく。
【0039】
＜プラズマの生成例１＞
このように第１周回路、第２周回路にプラズマ生成ガスを供給する一方、各第１管４Ａ、第２管４Ｂに設けられたコイル６２に電源６３から電流を供給すると、コア６１の内部、即ち第１管４Ａ、第２管４Ｂの周囲を囲むように環状の磁場が生成される。そして、第１管４Ａ及び第２管４Ｂ内に供給されたプラズマ生成ガスが、磁場によってプラズマ化し、プラズマ室２内と第１管４Ａ、第２管４Ｂにより形成された第１周回路、第２周回路を周回するトロイダル型のプラズマが形成される。
このように第１周回路、第２周回路にプラズマ生成ガスを供給する一方、各第１管４Ａ、第２管４Ｂに設けられたコイル６２に電源６３から電流を供給すると、コア６１の内部、即ち第１管４Ａ、第２管４Ｂの周囲を囲むように環状の磁場が生成される。そして、第１管４Ａ及び第２管４Ｂ内に供給されたプラズマ生成ガスが、磁場によってプラズマ化し、プラズマ室２内と第１管４Ａ、第２管４Ｂにより形成された第１周回路、第２周回路を周回するトロイダル型のプラズマが形成される。
【0040】
既述のように、８本の第１管４Ａの夫々に設けられたコイル６２が直列に電源６３に接続されると共に、プラズマ生成ガスが８本の第１管４Ａを周方向に順番に通過するように供給され、プラズマ電流の流れる方向と、プラズマ生成用ガスの流れ方向とが揃えられる。従って、プラズマは、図８に実線にて示すように、プラズマ生成ガスの流れと同様に、８本の第１管４Ａを周方向に順番に通過していく。こうして、プラズマ室２から見ると、第１管４Ａの他端部４２がプラズマ室２へのプラズマの入口、一端部４１がプラズマ室２からのプラズマの出口となるように、第１周回路を周回していく。
【0041】
第２周回路においても、同様にプラズマ室２の天井２２の下方側にてトロイダル型のプラズマが生成される。このプラズマは、プラズマ生成ガスの流れと同様に２本の第２管４Ｂを通過していき、第２周回路を周回していく。こうして第１周回路及び第２周回路にて生成されたプラズマには、高エネルギーイオンや低エネルギーイオン、ラジカル、中性粒子、電子が含まれている。
【0042】
＜区画部＞
図１に戻って基板処理装置１の説明を続けると、処理容器１０には、上方領域であるプラズマ室２と下方領域である基板処理室１１とを区画する区画部１７が設けられている。この区画部１７は、例えば導電部材により構成され、プラズマ室２と基板処理室１１とを連通させる連通路１８を備えている。この例の区画部１７は、処理位置にある載置台３の表面と対向する平面視円形状の水平部１７１と、水平部１７１の外縁から下方に向けて外方に広がる傾斜部１７２と、を備え、略円錐台形状に構成されている。
図１に戻って基板処理装置１の説明を続けると、処理容器１０には、上方領域であるプラズマ室２と下方領域である基板処理室１１とを区画する区画部１７が設けられている。この区画部１７は、例えば導電部材により構成され、プラズマ室２と基板処理室１１とを連通させる連通路１８を備えている。この例の区画部１７は、処理位置にある載置台３の表面と対向する平面視円形状の水平部１７１と、水平部１７１の外縁から下方に向けて外方に広がる傾斜部１７２と、を備え、略円錐台形状に構成されている。
【0043】
水平部１７１及び傾斜部１７２の全面には、連通路１８をなす多数の孔が設けられている。水平部１７１はガスノズル７３よりも上方側に位置し、水平部１７１の中央にはシャフトが貫通する貫通孔１７３が形成されて、シャフト７１が回転できるように構成されている。また、傾斜部１７２の下端は、例えばプラズマ室２と基板処理室１１との境界にある処理容器１０の内壁近傍まで延びると共に、ガスノズル７３の先端の上方近傍に位置している。
【0044】
この区画部１７はイオントラップとして用いられるものである。プラズマに含まれるイオンは、ウエハに成膜される膜や下地に対して、電気的ダメージや、高速に移動して衝突することによる物理的ダメージを発生させるおそれがある。区画部１７を設けて、イオンをこの区画部１７に衝突させて基板処理室１１への供給を阻害することにより、上記の各ダメージの発生が抑制される。区画部１７は、略円錐台形状に構成されているので、プラズマと接触する表面積が大きくなり、イオンを効率よくトラップすることができる。なお、区画部１７としては導電部材に限られず、セラミックやガラス等の誘電体材料により構成してもよい。
【0045】
＜制御部＞
図１に示すように、基板処理装置１は、当該装置１を構成する各部の動作を制御する制御部１００を備えている。この制御部１００は、例えば図示しない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、後述する成膜処理やエッチング処理、クリーニング処理などの処理を行うために必要な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憶されている。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、不揮発性メモリ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。
図１に示すように、基板処理装置１は、当該装置１を構成する各部の動作を制御する制御部１００を備えている。この制御部１００は、例えば図示しない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、後述する成膜処理やエッチング処理、クリーニング処理などの処理を行うために必要な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憶されている。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、不揮発性メモリ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。
【0046】
＜基板処理方法の第１例＞
続いて、以上に説明した構成を備えた基板処理装置１にて実施される基板処理方法の第１例として、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法にて実施される成膜処理について説明する。
この例では、処理容器１０の内部を排気して真空雰囲気に減圧した後、図示しない外部の搬送機構と支持ピン３３との協働作業により、受け渡し位置にある載置台３上にウエハＷを載置し、載置台３を処理位置に移動する。
続いて、以上に説明した構成を備えた基板処理装置１にて実施される基板処理方法の第１例として、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法にて実施される成膜処理について説明する。
この例では、処理容器１０の内部を排気して真空雰囲気に減圧した後、図示しない外部の搬送機構と支持ピン３３との協働作業により、受け渡し位置にある載置台３上にウエハＷを載置し、載置台３を処理位置に移動する。
【0047】
次いで、第１ガス供給部７から処理ガスである成膜ガスを供給する。第１ガス供給部７では、回転機構７２によりシャフト７１を軸回りに回転させながら、ガスノズル７３の吐出口７４から成膜ガスを載置台３上のウエハＷに向けて吐出する。
一方、第２ガス供給部５から、第１管４Ａ及び第２管４Ｂにプラズマ生成ガスを供給し、第１管４Ａ及び第２管４Ｂに設けられた各コイル６２に電源６３から電流を供給して、これら管４Ａ、４Ｂのガス流路４０に磁場を作用させる。そして、既述のようにプラズマ生成ガスをプラズマ化して、第１周回路及び第２周回路を流れるプラズマを形成する。
一方、第２ガス供給部５から、第１管４Ａ及び第２管４Ｂにプラズマ生成ガスを供給し、第１管４Ａ及び第２管４Ｂに設けられた各コイル６２に電源６３から電流を供給して、これら管４Ａ、４Ｂのガス流路４０に磁場を作用させる。そして、既述のようにプラズマ生成ガスをプラズマ化して、第１周回路及び第２周回路を流れるプラズマを形成する。
【0048】
第１周回路及び第２周回路にて生成されるプラズマには、既述のようにイオンや電子、ラジカル、中性粒子が含まれる。上記のようにこれらの成分はプラズマ流を形成するが、一部はこの流れから外れてプラズマ室２を下降する。このプラズマの成分のうちラジカル及び中性粒子は、電場や磁場の影響を受けにくいため、比較的多くの量が下降すると推察される。そして区画部１７を通過したプラズマの各成分は基板処理室１１を拡散し、載置台３に載置されたウエハＷに到達する。そして、ガスノズル７３から供給され、ウエハＷの近傍に拡散している成膜ガスにラジカル等が衝突し、エネルギーを与えて、ウエハＷ表面あるいは気相での化学反応を誘発し、ウエハＷに膜が成膜される。このようにして、ウエハＷに対してＣＶＤ法による成膜処理が実施される。
【0049】
＜基板処理方法の第２例＞
続いて、基板処理方法の第２例として、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法による成膜処理について説明する。この例が第１例と異なる点は、第１ガス供給部７のガスノズル７３から供給される処理ガスが原料ガスであり、第１管４Ａ及び第２管４Ｂにプラズマ生成ガスとして前記原料ガスと反応する反応ガスを供給することである。反応ガスとしては、例えば酸素（Ｏ２）ガス、あるいは水素（Ｈ２）ガスを用いることで、原料ガスに含まれる成分について、酸化あるいは還元反応を起こし、成膜することができる。なお、ガスノズル７３からは、基板処理室１１をパージするための不活性ガスの供給も行えるように、シャフト７１に接続される流路を構成する。
続いて、基板処理方法の第２例として、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法による成膜処理について説明する。この例が第１例と異なる点は、第１ガス供給部７のガスノズル７３から供給される処理ガスが原料ガスであり、第１管４Ａ及び第２管４Ｂにプラズマ生成ガスとして前記原料ガスと反応する反応ガスを供給することである。反応ガスとしては、例えば酸素（Ｏ２）ガス、あるいは水素（Ｈ２）ガスを用いることで、原料ガスに含まれる成分について、酸化あるいは還元反応を起こし、成膜することができる。なお、ガスノズル７３からは、基板処理室１１をパージするための不活性ガスの供給も行えるように、シャフト７１に接続される流路を構成する。
【0050】
そして、ガスノズル７３からの原料ガスの供給→ガスノズル７３からの不活性ガスの供給によるパージ→プラズマ室２における各隙間からの反応ガスの供給→ガスノズル７３からの不活性ガスの供給によるパージからなるサイクルを繰り返す。このサイクル中で、反応ガスの供給を行う際には、第１例と同様にプラズマを形成し、プラズマ化した反応ガスをウエハＷに供給する。以上のように基板処理装置１はＣＶＤを行う成膜装置及びＡＬＤを行う成膜装置のうちのいずれとしても用いることができる。
【0051】
このような実施形態によれば、処理容器１０内と、処理容器１０に側方から接続されるガス流路４０とにより周回路を構成し、コイル６２が巻回されたコア６１によりガス流路４０に磁場を作用させて、トロイダル型の誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成している。基板処理装置１ではこのＩＣＰを生成するにあたり、低周波電力を利用することで整合器を必要とせず、装置構成の簡略化が図られている。
【0052】
上記の整合器に関して補足して説明する。従来のＩＣＰを用いる成膜装置としては、処理容器の上部壁にＩＣＰコイルを設けた装置が知られている。このような装置では一般的に、コイルのインダクタンスを低く抑える代わりに、大電流を供給することでプラズマを生成している。そのように大電流を供給することから、例えば１３．５６ＭＨｚなどの高周波電力を印可する必要があるが、ＩＣＰコイルに高周波電力を印可すると、電力の伝送経路で、反射波などの不要なエネルギーも生成してしまう。この不要な反射波などを除去するために整合器が必要とされる。
また、このような大電流を供給する装置においては、導電路における電極の金属表面が表皮効果により発熱し、エネルギー損失の要因となっている。
また、このような大電流を供給する装置においては、導電路における電極の金属表面が表皮効果により発熱し、エネルギー損失の要因となっている。
【0053】
一方、本開示の基板処理装置１ではトロイダル型のプラズマ生成を行う構成とされ、コイル６２についてはコア６１に巻回するように設けられることで、少ない電流で第１管４Ａ、第２管４Ｂの周囲に比較的強い磁場を形成することができる。そして、そのコイル６２及びコア６１からなるプラズマ形成部６については、１つのガス流路４０に対して、その端部の数と同じ２つ（即ち端部の数以上の数）が設けられ、ガス流路４０の異なる位置でプラズマの生成がなされる構成とされている。そのため、各コイル６２に供給する電流を抑えつつ、プラズマの生成量が不足することが防止される。それ故に基板処理装置１については、低周波電力でのプラズマの生成を可能として、上記した整合器が不要な構成とし、且つ発熱によるエネルギー損失について抑制することができる。なお、特許文献１、特許文献２には、トロイダル型のプラズマを生成するにあたり、１つのガス流路に１つのみのコイルを備える構成が記載されているが、この場合には、プラズマの十分な生成量を確保するためにコイルに大電流を供給することが必要と考えられ、当該特許文献１、２の装置には整合器が設けられている。
【0054】
また、上記した従来のＩＣＰコイルを用いる成膜装置では、プラズマを形成するためにプラズマとコイルとの間の容量結合を低減させることを目的としてファラデーシールドを設ける構成とされるが、コイルに供給する電流が比較的小さいとこの容量結合は起こりにくい。従って、当該ファラデーシールドについて、基板処理装置１では設けなくてよい。
【0055】
さらに、第１管４Ａは、そのガス流路４０の両端部が側方からプラズマ室２内に接続されるように設けられているので、ガス流路４０の両端部が、載置台３に載置されたウエハＷと対向しない。従って、ガス流路４０の他端部４２からプラズマがプラズマ室２に入り込んだときに、ウエハＷに対しては平面視側方からプラズマが供給されることになり、プラズマに含まれる高エネルギーイオンがウエハＷに到達するリスクを低減することができる。
【0056】
さらにまた、第１管４Ａの一端部４１及び他端部４２において、プラズマ室２へのプラズマの入口となる他端部４２は、一端部４１よりも高い位置に開口するように形成されている。従って、プラズマ室２には、載置台３上のウエハＷの側方において、より離れた位置からプラズマが入り込むため、プラズマに含まれる高エネルギーイオンがウエハＷに到達するリスクをより低く抑えることができる。
【0057】
また、この例では、プラズマ室２の天井に第２管４Ｂを設け、プラズマ室２内と第２管４Ｂとにより形成される第２周回路にプラズマを生成している。プラズマ室２内と第１管４Ａとにより形成される第１周回路では、プラズマ室２の側壁２１側にプラズマが生成する。従って、第２周回路にてプラズマ室２の中央部にてプラズマを生成することで、第１周回路にて生成されたプラズマを補うことができ、プラズマの密度分布の面内均一性を改善することができる。
【0058】
なお、第２管４Ｂの両端部はプラズマ室２の天井２２に設けられ、ウエハＷと対向する位置に開口しているが、第２管４Ｂがプラズマ室２に開口する開口端は、第１管４Ａの開口端よりも上方に位置しており、第１管４ＡよりもウエハＷから離れている。従って、第２管４Ｂにより発生するプラズマに含まれる高エネルギーイオンがウエハＷに到達するリスクは小さいと考えられ、第１管４Ａによるプラズマ生成をアシストするために、第２管４Ｂを設けることは有効である。
【0059】
また、基板処理装置１は、従来のＩＣＰコイルを用いる成膜装置とは異なり、処理容器の上部壁においてＩＣＰコイルを設ける必要が無い。そのようにコイルが不要なことで上部壁の上方に形成されるスペースを利用して、回転機構７２を設けて処理容器１０内ガスノズル７３を回転させて、ウエハＷの表面全体にガスが供給される。
【0060】
ウエハＷの表面全体にガスを供給するために、成膜装置はシャワーヘッドを備える構成とされる場合が有り、そのようなシャワーヘッドがプラズマ室２と基板処理室１１との間に設けられていてもよい。しかし、シャワーヘッドは平面視での面積が比較的大きいため、プラズマ室２から基板処理室１１に向かうラジカル等の移動が妨げられてしまうおそれが有る。これに対して、回転機構７２によって回転するガスノズル７３がプラズマ室２と基板処理室１１との間に設けられることは、ガスノズル７３の平面視での面積を比較的小さなものとし、上記のラジカル等の移動について、妨げられ難くすることができる。
【0061】
つまり、基板処理装置１では、ウエハＷの表面全体にプラズマ化されないガスの供給を行う一方で、プラズマを効率良くウエハＷに供給することによる処理効率の向上を図ることができる。さらに、シャワーヘッドを設ける必要がないことで、イオントラップをなす区画部１７について、設置可能なスペースの高さを比較的大きくすることができる。そのため、既述したように区画部１７については、上面の高さが周方向の異なる位置で異なるように形成することができる。そのため、表面積を比較的大きなものとし、トラップ効率を高くすることができる。
【0062】
＜基板処理装置の第２実施形態＞
上述の第１実施形態においても、プラズマ形成部６を備えた第１管４Ａ（第２管４Ｂ）にてプラズマを生成しているため、プラズマ室２に接続する第１管４Ａ（第２管４Ｂ）の数や、第１管４Ａの端部の接続部位を変えることにより、周回路の形状を変え、プラズマの流れを調整することができる。さらに、コイル６２の銅線の巻き方や巻き数を変えることにより、プラズマ室２内にて形成されるプラズマの密度の調整を行うことができる。
上述の第１実施形態においても、プラズマ形成部６を備えた第１管４Ａ（第２管４Ｂ）にてプラズマを生成しているため、プラズマ室２に接続する第１管４Ａ（第２管４Ｂ）の数や、第１管４Ａの端部の接続部位を変えることにより、周回路の形状を変え、プラズマの流れを調整することができる。さらに、コイル６２の銅線の巻き方や巻き数を変えることにより、プラズマ室２内にて形成されるプラズマの密度の調整を行うことができる。
【0063】
これに対して、本実施形態は、１つの装置において、処理に応じて、プラズマ室２にて生成されるプラズマの生成状態を制御できるように構成したものである。このため、この実施形態では、第１周回路におけるプラズマの流れ方向を切り替えるために、第１管４３のガス流路においてプラズマ生成ガスが吐出される方向と、第１管４３に設けられたプラズマ形成部６にて電流が流れる方向と、を切り替える切替え機構を備えている。
【0064】
この例の第１管４３は、図１０Ａに一例を示すように、第１管４３の一端部４１１及び他端部４２１が、いずれも図５に示す第１管４Ａの一端部４１と同様に、外周隙間（第１隙間）２４１、対向部２６、対向隙間（第２隙間）２７及び規制部２８を備えるように構成される。また、一端部４１１及び他端部４２１の外周隙間２４１は、供給管５１Ａ、５１Ｂにより、夫々切替えバルブ５５１、５５２を介してプラズマ生成ガスの供給源５４に接続されている。
【0065】
こうして、切替えバルブ５５１、５５２により、第１管４３の一端部４１１及び他端部４２１に対するプラズマ生成ガスの供給先を切り替えることによって、各第１管４３のガス流路４３０において、夫々プラズマ生成ガスが吐出される方向を切り替えることができる。
つまり、プラズマ生成ガスの供給先を一端部４１１に設定すれば、当該ガス流路４３０では、一端部４１１から他端部４２１へプラズマ生成ガスが流れ、他端部４２１からプラズマ室２にプラズマ生成ガスが吐出される。一方、プラズマ生成ガスの供給先を他端部４２１に設定すれば、当該ガス流路４３０では、他端部４２１から一端部４１１へプラズマ生成ガスが流れ、一端部４１１からプラズマ室２にプラズマ生成ガスが吐出される。
つまり、プラズマ生成ガスの供給先を一端部４１１に設定すれば、当該ガス流路４３０では、一端部４１１から他端部４２１へプラズマ生成ガスが流れ、他端部４２１からプラズマ室２にプラズマ生成ガスが吐出される。一方、プラズマ生成ガスの供給先を他端部４２１に設定すれば、当該ガス流路４３０では、他端部４２１から一端部４１１へプラズマ生成ガスが流れ、一端部４１１からプラズマ室２にプラズマ生成ガスが吐出される。
【0066】
また、この例の第１管４３に設けられたプラズマ形成部６は、夫々のコイル６２の両端の内、電源６３に接続される側と、接地される側（グランドに接続される側）とが、例えば図１０Ｂにコイル６２の一部（６２１、６２２）を用いて簡略化して示すように、スイッチよりなる切替え部６０にて切替えられるように構成されている。図１０Ｂにおいては、コイル６２１、６２２が直列に電源６３に接続される例において、当図（ａ）では、コイル６２２が電源６３、コイル６２１がグランドに夫々接続され、当図（ｂ）では、コイル６２１が電源６３、コイル６２２がグランドに夫々接続されるように切替え部６０にて切り替えられている。また、当図では電流の流れ方向を矢印して示している。
【0067】
さらに、切替え部６０は、図１４にスイッチ６４の一部（６４１～６４４）を示すように、各コイル６２と電源６３とを接続するスイッチ６４も備えており、各第１管４３のコイル６２のうち、選択されたコイル６２に電流を供給することができる。こうして、コイル６２毎に電流の流れ方向及び、各コイル６２の接続の仕方が切り替えられるようになっている。電流の流れ方向を変えることによる磁場の向きの変化と、プラズマ生成ガスの流れ方向と、を切り替えることにより、プラズマの流れ方向を制御することができる。この例では、切替えバルブ５５１、５５２と切替え部６０とにより、切り替え機構が構成されている。その他の構成については、第１実施形態と同様に構成されており、同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
【0068】
＜プラズマの生成例２＞
このようにこの実施形態では、切替え機構によりプラズマの流れ方向を切り替えることができ、図１１～図１３を用いて、プラズマの生成例２について説明する。この生成例２は、処理容器１０内にて平面的に見て、プラズマがウエハＷの直径近傍にてウエハＷの一端側から他端側に横断するように形成される例を示している。
このようにこの実施形態では、切替え機構によりプラズマの流れ方向を切り替えることができ、図１１～図１３を用いて、プラズマの生成例２について説明する。この生成例２は、処理容器１０内にて平面的に見て、プラズマがウエハＷの直径近傍にてウエハＷの一端側から他端側に横断するように形成される例を示している。
【0069】
図１１は、第１管４３（４３１～４３８）のコイル６２の接続状態を、図１２及び図１３はプラズマ室２内におけるプラズマの流れ方向を実線にて夫々している。図１２及び図１３に示すプラズマの流れ方向とプラズマ生成ガスの流れ方向とは同じであり、図１２においては、破線にてウエハＷを示している。図１２に示すように、ウエハＷの直径の一端側と他端側に対向する２つの第１管４３１、４３５については、一端部４１１がプラズマ室２へのプラズマの入口、他端部４２１がプラズマ室２からのプラズマの出口となるように、切替えバルブ５５１、５５２が切り替えられる。そして、残りの第１管４３２、４３３、４３４、４３６、４３７、４３８については、一端部４１１がプラズマの出口、他端部４２１がプラズマの入口となるように、切替えバルブ５５１、５５２が夫々切り替えられる。
【0070】
また、各第１管４３（４３１～４３８）に設けられたコイル６２については、図１１に示すように、第１管４３１、４３５の各コイル６２を直列（コイル群１）、第１管４３２、４３３、４３４の各コイル６２を直列（コイル群２）、第１管４３６、４３７、４３８の各コイル６２（コイル群３）を直列に夫々接続する。そして、これらコイル群１、２、３を並列に電源６３に接続する。従って、コイル群１、２、３の各一端側が電源６３に、他端側がグランドに接続されている。
【0071】
これにより、図１２及び図１３に示すように、プラズマ室２内と第１管４３２、４３３、４３４のガス流路４３０とにより周回路１、プラズマ室２内と第１管４３６、４３７、４３８のガス流路４３０とにより周回路２、プラズマ室２内と第１管４３１のガス流路４３０により周回路３、プラズマ室２内と第１管４３５のガス流路４３０により周回路４が夫々形成される。そして、夫々の周回路１～４に沿って、プラズマ化されたプラズマ生成ガスが流れていく。周回路１、２では、夫々ウエハＷの直径近傍をウエハＷの一端側から他端側に横断するようにプラズマが形成される。つまり、本例では第１管４３によってウエハＷの中心部上にもプラズマ流が形成される。そのようにプラズマ流を形成することによって、ウエハＷの処理の面内均一性についての向上が図られている。
【0072】
ところで、プラズマ室２における周回路１、２のプラズマの経路としては比較的長い。しかし、周回路１、２のプラズマの出口と、周回路３、４のプラズマの出口は夫々平面視で隣接しているので、周回路３、４を形成することにより、周回路１、２におけるプラズマの流れがアシストされる。具体的に説明すると、例えば周回路２の第１管４３８からプラズマ室２の一端に放出されたプラズマ流を構成するラジカル等の成分は、第１管４３１のプラズマ流に付勢されてプラズマ室２を他端に向けて流れる。そして、その他端付近でさらに第１管４３５のプラズマ流に付勢されて第１管４３６へと流れる。周回路１のプラズマ流を構成する成分も同様に、第１管４３１、４３５のプラズマ流によって付勢される。従って、周回路１、２のプラズマ流を構成する成分がプラズマ室２を移動中に過剰に下降してしまうことが起きることが防止されるため、ウエハＷに対するプラズマ処理の面内均一性の向上を図ることができる。
【0073】
＜プラズマの生成例３＞
続いて、図１４～図１６を用いて、プラズマの生成例３について説明する。この例では、切替え機構により８本の第１管４３（４３１～４３８）の内の選択された管にプラズマの流れが形成される。そして、例えば選択された管を切替えるように、電源６３からコイル６２への電流の供給先が例えば設定された時間毎に切替えられるように構成されている。
続いて、図１４～図１６を用いて、プラズマの生成例３について説明する。この例では、切替え機構により８本の第１管４３（４３１～４３８）の内の選択された管にプラズマの流れが形成される。そして、例えば選択された管を切替えるように、電源６３からコイル６２への電流の供給先が例えば設定された時間毎に切替えられるように構成されている。
【0074】
図１４は、第１管４３（４３１～４３８）のコイル６２の接続状態を示し、図１５及び図１６はプラズマ室２内におけるプラズマの流れ方向を実線にて夫々示す。図１５及び図１６に示すプラズマの流れ方向とプラズマ生成ガスの流れ方向とは同じであり、図１５においては、破線にてウエハＷを示している。図１５に示すように、ウエハＷの直径の一端側と他端側に対向する２つの第１管４３２、４３６がプラズマ生成ガスの供給先として選択され、夫々一端部４１１がプラズマ室２からのプラズマの出口、他端部４２１がプラズマ室２へのプラズマの入口となるように、切替えバルブ５５１、５５２が切り替えられる。そして、残りの第１管４３１、４３３、４３４、４３５、４３７、４３８については、プラズマ生成ガスの供給は停止される。
【0075】
また、各第１管４３（４３１～４３８）に設けられたコイル６２は、図１４に示すように、電源６３にスイッチ６４（６４１～６４４）を介して接続される。具体的には、第１管４３１、４３５の各コイル６２を直列にスイッチ６４１を介して電源６３に接続し、第１管４３２、４３６の各コイル６２を直列にスイッチ６４２を介して電源６３に接続する。また、第１管４３３、４３７の各コイル６２を直列にスイッチ６４３を介して電源６３に接続し、第１管４３４、４３８の各コイル６２を直列にスイッチ６４４を介して電源６３に接続する。この例では、スイッチ６４２のみが電源６３に接続されている。そして、直列接続されるコイル６２について、電源６３に接続される側とは逆側は、グランドに接続される。
【0076】
このように、選択された第１管４３２、４３６に対してプラズマ生成ガスと、コイル６２への電流が夫々供給される。これにより、図１５及び図１６に示すように、プラズマ室２内と第１管４３２、４３６とにより周回路が形成され、ウエハＷの直径近傍をウエハＷの一端側から他端側に横断するようにプラズマが形成される。そして、例えば切替えバルブ５５１、５５２によりプラズマ生成ガスの供給先と、スイッチ６４により電流の供給先を夫々例えば時計回りに切り替えることにより、前記ウエハＷを横断するプラズマが時計回りに回転するように形成される。
また、既述のプラズマの生成例２においても、プラズマ生成ガスの供給先やコイルにて電流が流れる方向を、例えば時計回りに切り替えるようにしてもよい。
また、既述のプラズマの生成例２においても、プラズマ生成ガスの供給先やコイルにて電流が流れる方向を、例えば時計回りに切り替えるようにしてもよい。
【0077】
この第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果が得られる他、１つの基板処理装置１にてプラズマ室２内におけるプラズマの生成状態を制御できるため、プラズマ密度分布、ウエハＷの処理の面内均一性などの制御に役立たせることができる。
なお、以上のプラズマの生成例２及びプラズマ生成例３では、端部が側方を向く第１管によってウエハＷの中心部上にプラズマ流を形成することができるので、第１実施形態で示した端部が下方を向く第２管４Ｂによるプラズマ流の形成を行わなくてもよい。そのように第１管のみによってプラズマ流を形成することで、下方に向かうイオンの量を低減させ、イオンがウエハＷに与えるダメージを、より確実に抑制することができる。
なお、以上のプラズマの生成例２及びプラズマ生成例３では、端部が側方を向く第１管によってウエハＷの中心部上にプラズマ流を形成することができるので、第１実施形態で示した端部が下方を向く第２管４Ｂによるプラズマ流の形成を行わなくてもよい。そのように第１管のみによってプラズマ流を形成することで、下方に向かうイオンの量を低減させ、イオンがウエハＷに与えるダメージを、より確実に抑制することができる。
【0078】
＜基板処理装置の第３実施形態＞
続いて、基板処理装置の第３実施形態について、図１７、図１８を参照して説明する。この実施形態は、２本の第１管８（８１、８２）にて、プラズマ室２の外部にガス流路８１０、８２０を形成する構成例である。この例では、平面的に見て、プラズマ室２において、一方の第１管８１の両端部８１１、８１２が、他方の第１管８２の両端部８２１、８２２と夫々対向する位置に設けられ、夫々の第１管８１、８２の端部近傍にプラズマ形成部６が設けられている。その他の構成については、第１実施形態と同様に構成されており、同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
続いて、基板処理装置の第３実施形態について、図１７、図１８を参照して説明する。この実施形態は、２本の第１管８（８１、８２）にて、プラズマ室２の外部にガス流路８１０、８２０を形成する構成例である。この例では、平面的に見て、プラズマ室２において、一方の第１管８１の両端部８１１、８１２が、他方の第１管８２の両端部８２１、８２２と夫々対向する位置に設けられ、夫々の第１管８１、８２の端部近傍にプラズマ形成部６が設けられている。その他の構成については、第１実施形態と同様に構成されており、同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
【0079】
この構成では、プラズマ室２内と第１管８１とにより周回路が形成されると共に、プラズマ室２内と第１管８２とにより周回路が形成されている。そして、プラズマ生成ガスの供給先と、コイル６２にて電流が流れる方向を切り替える不図示の切替え機構を備えている。図１７、図１８では、点線にてプラズマ生成ガスの供給先、実線にてプラズマの流れを夫々示している。ここでは、説明の便宜上、プラズマ室２から第１管８１、８２を見たときに、第１管８１、８２の右側の端部を一端部８１１、８２１、左側の端部を他端部８１２、８２２とする。
【0080】
図１７では、第１管８１の一端部８１１、第１管８２の他端部８１２にプラズマ生成ガスが図示しない供給管から供給され、プラズマガスは、第１管８１のガス流路８１０では一端部８１１から他端部８１２に向けて流れ、第１管８２のガス流路８２０では他端部８２２から一端部８２１に向けて流れる。
【0081】
一方、図１８では、第１管８１の他端部８１２、第１管８２の一端部８２１にプラズマ生成ガスが供給されるように供給先が切り替えられている。これにより、プラズマガスは、第１管８１のガス流路８１０では他端部８１２から一端部８１１に向けて流れ、第１管８２のガス流路８２０では一端部８２１から他端部８２２に向けて流れる。そして、図１７と図１８とでは、プラズマ形成部６のコイル６２への電流の流れる方向が反対になるように、各コイル６２と電源６３との接続が切り替えられている。
このように、切替え機構により、プラズマ生成ガスの供給先と、コイルにて電流が流れる方向を切り替えることによって、図１７、図１８に示すように、プラズマの生成状態を調整することができる。
このように、切替え機構により、プラズマ生成ガスの供給先と、コイルにて電流が流れる方向を切り替えることによって、図１７、図１８に示すように、プラズマの生成状態を調整することができる。
【0082】
＜基板処理装置の第４実施形態＞
続いて、基板処理装置の第４実施形態について、図１９を参照して説明する。この実施形態は、第１管８３、８４に分岐が設けられ、当該第１管８３、８４が２つ以上の端部この例では３つの端部を備える構成例である。ここでは、２本の第１管８３、８４にて、プラズマ室２の外部に夫々ガス流路８３０、８４０を形成する場合について説明する。この例では、プラズマ室２において、平面的に見て、一方の第１管８３の３つの端部が、他方の第１管８４の３つの端部と夫々対向する位置に設けられており、夫々の第１管８３、８４は端部毎に、プラズマ形成部６を備えている。その他の構成については、第１実施形態と同様に構成されており、同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
続いて、基板処理装置の第４実施形態について、図１９を参照して説明する。この実施形態は、第１管８３、８４に分岐が設けられ、当該第１管８３、８４が２つ以上の端部この例では３つの端部を備える構成例である。ここでは、２本の第１管８３、８４にて、プラズマ室２の外部に夫々ガス流路８３０、８４０を形成する場合について説明する。この例では、プラズマ室２において、平面的に見て、一方の第１管８３の３つの端部が、他方の第１管８４の３つの端部と夫々対向する位置に設けられており、夫々の第１管８３、８４は端部毎に、プラズマ形成部６を備えている。その他の構成については、第１実施形態と同様に構成されており、同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
【0083】
この例においては、プラズマ室２内と第１管８３のガス流路８３０とにより周回路が形成されると共に、プラズマ室２内と第１管８４のガス流路８４０とにより周回路が形成されている。そして、プラズマ生成ガスの供給先と、各プラズマ形成部６のコイル６２にて電流が流れる方向を切り替える不図示の切替え機構を備えている。こうして、プラズマ生成ガスの供給先と、コイル６２にて電流が流れる方向を切り替えることにより、図１９に実線にて示すようなプラズマの流れや、一点鎖線にて示すようなプラズマの流れを形成することができる。
【0084】
＜基板処理装置の第５実施形態＞
続いて、基板処理装置の第５実施形態について、図２０、図２１を参照して説明する。この実施形態は、本開示を、縦型の処理容器９内にて、複数の基板に対して一括して処理を行う装置に適用した例である。この例においては、処理容器９内には、ウエハＷが多段に載置される載置台をなすウエハボート９１が処理容器９の下端から搬入出自在に設けられている。
続いて、基板処理装置の第５実施形態について、図２０、図２１を参照して説明する。この実施形態は、本開示を、縦型の処理容器９内にて、複数の基板に対して一括して処理を行う装置に適用した例である。この例においては、処理容器９内には、ウエハＷが多段に載置される載置台をなすウエハボート９１が処理容器９の下端から搬入出自在に設けられている。
【0085】
また、処理容器９の外部にガス流路９０を形成するプラズマ生成管９２が、処理容器９の側壁９３に沿って縦方向に伸びるように設けられる。このプラズマ生成管９２のガス流路９０は３つの端部９２１、９２２、９２３を備え、これら端部９２１、９２２、９２３が処理容器９の側壁９３に接続されている。こうして、処理容器９内とプラズマ生成管９２のガス流路９０とにより周回路が形成され、プラズマ生成管９２の端部９２１、９２２、９２３近傍には夫々プラズマ形成部６が設けられている。図中９４は、処理容器９内に処理ガスを供給するための第１ガス供給部をなすガスノズルである。プラズマ形成部６など、第１実施形態と同様に構成された部材については同符号を付し、説明を省略する。
【0086】
そして、図示しない第２ガス供給部から周回路にプラズマ生成ガスが供給され、各プラズマ形成部６のコイル６２に電源６３から電流が供給される。さらに、ガス流路９０においてプラズマ生成ガスが吐出される方向を切替えられると共に、各プラズマ形成部６においてコイル６２にて電流が流れる方向を切り替えられるように、不図示の切替え機構を備えている。
【0087】
図２０、図２１では、破線にてプラズマ生成ガスの供給先を示し、実線にてプラズマの流れを示している。これらの図において、説明の便宜上、プラズマ生成管９２の３つの端部９２１、９２２、９２３を上端部９２１、中端部９２２、下端部９２３とする。図２０では、プラズマ生成管９２の下端部９２３にプラズマ生成ガスが図示しない供給管から供給される。このプラズマ生成ガスは、ガス流路９０内を下端部９２３から中端部９２２、上端部９２１に向けて流れ、中端部９２２、上端部９２１から処理容器９内に吐出される。
【0088】
一方、図２１では、プラズマ生成管９２の上端部９２１、中端部９２２にプラズマ生成ガスが図示しない供給管から供給される。このプラズマ生成ガスは、ガス流路９０内を上端部９２１、中端部９２２から下端部９２３に向けて流れ、下端部９２３から処理容器９へ吐出される。
そして、図２０と図２１とでは、各プラズマ形成部６のコイル６２への電流の流れる方向が夫々反対になるように、各コイル６２と電源６３との接続が切り替えられている。このように、切替え機構により、プラズマ生成ガスの供給先と、コイルにて電流が流れる方向を切り替えることにより、図２０、図２１に示すように、プラズマの生成状態を調整することができる。
そして、図２０と図２１とでは、各プラズマ形成部６のコイル６２への電流の流れる方向が夫々反対になるように、各コイル６２と電源６３との接続が切り替えられている。このように、切替え機構により、プラズマ生成ガスの供給先と、コイルにて電流が流れる方向を切り替えることにより、図２０、図２１に示すように、プラズマの生成状態を調整することができる。
【0089】
このような第３～第５実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる他、既述のように、１台の基板処理装置１において、処理に応じて処理容器１０、９内におけるプラズマの生成状態を調整することができる。
【0090】
＜基板処理方法の第３例＞
以上において、本開示は成膜処理には限定されず、ウエハＷに形成された膜のエッチングを行うエッチング装置や、プラズマ化された改質ガスにより、当該膜の改質を行う改質処理を行う改質装置に適用することもできる。図１の基板処理装置１で、これらの処理を行うものとして例示する。先ず、エッチング処理について、ウエハＷ表面に形成されたガリウムヒ素膜（ＧａＡｓ膜）に対して原子層エッチング（Atomic Layer Etching）処理を行う例を示す。このエッチングでは、基板処理室１１に、ガスノズル７３からエッチャントガスを供給し、載置台３上のウエハ表面に形成されたＧａＡｓ膜に吸着させる。エッチャントガスとしては、塩素（Ｃｌ２）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスなどの腐食性ガスを用いることができる。そして、第２ガス供給部５からＡｒガスなどのプラズマを形成するガス（活性化ガスとする）をエッチャントガスが吸着されたウエハＷに供給し、エッチャントを活性化して、膜の表層をエッチングする。
以上において、本開示は成膜処理には限定されず、ウエハＷに形成された膜のエッチングを行うエッチング装置や、プラズマ化された改質ガスにより、当該膜の改質を行う改質処理を行う改質装置に適用することもできる。図１の基板処理装置１で、これらの処理を行うものとして例示する。先ず、エッチング処理について、ウエハＷ表面に形成されたガリウムヒ素膜（ＧａＡｓ膜）に対して原子層エッチング（Atomic Layer Etching）処理を行う例を示す。このエッチングでは、基板処理室１１に、ガスノズル７３からエッチャントガスを供給し、載置台３上のウエハ表面に形成されたＧａＡｓ膜に吸着させる。エッチャントガスとしては、塩素（Ｃｌ２）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスなどの腐食性ガスを用いることができる。そして、第２ガス供給部５からＡｒガスなどのプラズマを形成するガス（活性化ガスとする）をエッチャントガスが吸着されたウエハＷに供給し、エッチャントを活性化して、膜の表層をエッチングする。
【0091】
さらに、処理を具体的に述べると、上記したＡＬＤによる成膜処理において、原料ガスの代わりにエッチャントガスを、反応ガスの代わりに活性化ガスを供給し、エッチャントガス→パージガス→活性化ガス→パージガスからなるサイクルを繰り返し行うことで、所望のエッチング量とすることができる。従って、ガスノズル７３からはエッチャントガス、パージガスを夫々供給し、プラズマ室２においては活性化ガスのプラズマ化を行うことでウエハＷに処理を行えばよい。なお、ＧａＡｓ膜のエッチングを例示したが、同様にして所望の膜をエッチングすることができる。エッチャントガスや活性化ガスは、膜に応じて適宜選択すればよい。
【0092】
続いて、改質処理の例を挙げると、例えば、基板処理装置１とは別の成膜装置において、塩素を含む成膜ガスによってＳｉ膜が形成されたウエハＷを基板処理装置１に搬送する。基板処理装置１では、水素（Ｈ２）ガスのプラズマをＳｉ膜に供給し、Ｓｉ膜中に含まれる塩素を水素プラズマと反応させて除去し、改質する。ところで図１等で述べた各例では、ガスノズル７３から処理ガスとしてプラズマ化されないガスをウエハＷに供給する構成であった。即ち、処理ガスとプラズマ生成用ガスとが別々のガスであったが、この改質処理の例では、プラズマ生成用ガスであるＨ２ガスが処理ガスでもあり、プラズマ生成ガスを供給する第２ガス供給部はウエハＷの処理ガスを供給する第１ガス供給部を兼用している。以上のように、処理ガスとプラズマ生成用ガスとは別々のガスであることに限られない。そして、プラズマ化されないガスを供給するガスノズル７３については、設けられない装置構成としてもよい
【0093】
＜基板処理方法の第４例＞
さらに、本開示はウエハＷに対する処理には限定されず、処理容器内に対する処理に適用してもよい。処理容器内に対する処理としては、クリーニング処理を例示できる。例えば基板処理室１１に、ガスノズル７３から成膜ガスを供給し、載置台３上のウエハ表面に対して例えば熱ＣＶＤにより成膜を行う。こうして、複数枚のウエハＷに対して成膜処理を実施した後、処理容器１０内に対してクリーニング処理を実施する。クリーニングガスとしては例えばＮＦ３ガス、ＣＬＦ３ガスなどの腐食性ガスを用い、第２ガス供給部５から供給される。
さらに、本開示はウエハＷに対する処理には限定されず、処理容器内に対する処理に適用してもよい。処理容器内に対する処理としては、クリーニング処理を例示できる。例えば基板処理室１１に、ガスノズル７３から成膜ガスを供給し、載置台３上のウエハ表面に対して例えば熱ＣＶＤにより成膜を行う。こうして、複数枚のウエハＷに対して成膜処理を実施した後、処理容器１０内に対してクリーニング処理を実施する。クリーニングガスとしては例えばＮＦ３ガス、ＣＬＦ３ガスなどの腐食性ガスを用い、第２ガス供給部５から供給される。
【0094】
処理容器１０内にウエハＷが格納されていない状態で、プラズマ室２にこのクリーニングガスによるプラズマを生成する。このクリーニングガスのプラズマは区画部１７を介して処理容器１０内に拡散し、処理容器１０内に付着した膜や副生成物と接触して、当該膜や副生成物を処理容器１０から剥離させる。剥離した膜や副生成物を含むクリーニングガスは、排気機構１６による排気に伴い、排気口１４を介して処理容器１０の外部へ排出される。以上のようにプラズマ室２で生成するプラズマについて、ウエハＷに対する処理には用いられずに処理容器１０に対する処理に用いられるように装置が運用されてもよい。なお、基板処理方法の第３例、第４例で述べた各プラズマの形成については、第１実施形態で説明したようにプラズマ室２及び第１管、第２管への各ガスの供給と、各コイル６２への電流の供給とによって行えばよい。
【0095】
以上において、処理容器１０の外部にガス流路を形成する流路形成部は、ガス流路の複数の端部が側方から処理容器内に接続される構造であればよい。例えばプラズマ室２の側方に、ガス流路が形成されたブロック状の部材を接続してもよい。
また、コイル６２が巻回されたコア６１からなるプラズマ形成部６は、ガス流路４０、９０等に対して、ガス流路４０の端部の数よりも多い数を設けるようにしてもよい。例えばガス流路９０は縦長であり、図２０に示した例では横方向に伸びる部位のみにプラズマ形成部６を設けているが、縦方向に伸びる部位にもプラズマ形成部６を設ける。そのようにすることで、ガス流路９０をプラズマが移動中にエネルギーが失われ、ウエハＷに対する作用が低下することを防止する。つまり、エネルギーの弱いところにアシストするようにプラズマ形成部６を設けることにより、プラズマを効率よく維持できる。
また、コイル６２が巻回されたコア６１からなるプラズマ形成部６は、ガス流路４０、９０等に対して、ガス流路４０の端部の数よりも多い数を設けるようにしてもよい。例えばガス流路９０は縦長であり、図２０に示した例では横方向に伸びる部位のみにプラズマ形成部６を設けているが、縦方向に伸びる部位にもプラズマ形成部６を設ける。そのようにすることで、ガス流路９０をプラズマが移動中にエネルギーが失われ、ウエハＷに対する作用が低下することを防止する。つまり、エネルギーの弱いところにアシストするようにプラズマ形成部６を設けることにより、プラズマを効率よく維持できる。
【0096】
さらに、コイル６２が巻回されたコア６１は、流路形成部をなす管において、処理容器１０の外側に露出する部位の一端部と他端部との間の位置に設けるようにしてもよい。従って、図２に示す第１管４Ａの縦方向に伸びる部位や第２管４Ｂの横方向に伸びる部位に、プラズマ形成部６を設けてもよい。
また、コア６１は管を囲む環状体には限られず、棒状のコアにコイルを巻回してトロイダルコアトランスを構成するようにしてもよい。例えば上記したように流路をブロックにより構成した場合には、そのブロックの近傍に棒状のコアを配置し、流路にプラズマを形成すればよい。ただし環状体とすることで磁束がこの環状体の環に沿って形成され、管の周囲における磁場の強度を大きくすることができる。既述したように低周波を用いてプラズマを生成するにあたり、プラズマの強度を十分なものとするために、コア６１は、このように環状体にすることが好ましい。
また、コア６１は管を囲む環状体には限られず、棒状のコアにコイルを巻回してトロイダルコアトランスを構成するようにしてもよい。例えば上記したように流路をブロックにより構成した場合には、そのブロックの近傍に棒状のコアを配置し、流路にプラズマを形成すればよい。ただし環状体とすることで磁束がこの環状体の環に沿って形成され、管の周囲における磁場の強度を大きくすることができる。既述したように低周波を用いてプラズマを生成するにあたり、プラズマの強度を十分なものとするために、コア６１は、このように環状体にすることが好ましい。
【0097】
さらにまた、第１管４Ａの一端部と他端部とは、処理容器１０内の互いに同じ高さに開口するように設け、第１管４Ａが水平に伸びる部位を備えるように構成してもよい。また、第２管４Ｂを設けることにより、処理容器１０の中央部のプラズマ密度の制御が容易になるが、第２管４Ｂは必ずしも設ける必要はない。
さらに、図５にて説明した第１管４Ａでは、他端部４２の先端側において、ガス流路４０の周囲に外周隙間（第１隙間）２４２が形成されているが、この外周隙間２４２にガス流路４０を通流するプラズマ生成ガスとは異なる種類のガスを供給するようにしてもよい。例えば、ガス流路４０にプラズマ生成ガスとして不活性ガスを供給し、外周隙間２４２にＡＬＤ法にて用いられるＨ２ガス、Ｏ２ガスや、クリーニングにて用いられるＮＦ３ガス、ＣｌＦ３ガスを供給するようにしてもよい。
さらに、図５にて説明した第１管４Ａでは、他端部４２の先端側において、ガス流路４０の周囲に外周隙間（第１隙間）２４２が形成されているが、この外周隙間２４２にガス流路４０を通流するプラズマ生成ガスとは異なる種類のガスを供給するようにしてもよい。例えば、ガス流路４０にプラズマ生成ガスとして不活性ガスを供給し、外周隙間２４２にＡＬＤ法にて用いられるＨ２ガス、Ｏ２ガスや、クリーニングにて用いられるＮＦ３ガス、ＣｌＦ３ガスを供給するようにしてもよい。
【0098】
また、イオントラップとして機能する区画部１７は、載置台３に対向するように配設ける構成には限らず、処理容器１０内の側壁に沿って設けるようにしてもよいし、処理容器１０に開口するガス流路４０の端部４１、４２近傍に、当該端部４１、４２から吐出されるプラズマと接触するように配置してもよい。また、ガス流路４０の端部４１、４２を覆うように設けてもよいし、プラズマの周回路に沿って設けるようにしてもよい。さらに、区画部１７の形状は、円錐台形状、半球形状、多角面形状にすることで、プラズマと接触する面積を大きくすることができるが、円板形状に構成してもよい。さらにまた、イオントラップをなす区画部１７をメッシュ状や網状の構造体、エキスパンドメタルや多孔性焼結材などで構成することにより、ラジカル等を通過させる連通路を備える構成としてもよい。このように区画部１７の材質や形状を工夫することによって、プラズマに含まれる高エネルギーイオンはトラップして除去し、処理に適したエネルギーのイオンやラジカルのみを連通路１８を通過させて、ウエハＷや処理容器１０の処理に用いることができる。但し、ウエハＷや処理容器１０、９に対するプラズマ処理によっては、必ずしも区画部１７は設ける必要はない。
【0099】
さらに、第１ガス供給部は、処理容器内に処理ガスを供給する構成であれば上述のガスノズル７３の例には限らない。また、第１ガス供給部に設けられたシャフトと、吐出口を備える供給部本体は、シャフトを多重円筒管により構成し、複数のガスを切り替えて供給部本体に導入できるようにしてもよい。上述の例では、シャフトから平面視で放射状に広がるように複数の供給部本体を設けたが、シャフトに接続される供給部本体は１本でもよい。さらに、シャフトを回転させる回転機構を設けず、代わりにシャフトを横方向に直線移動させることで供給部本体であるガスノズル７３を直線移動させてもよい。また、そのように吐出口を備える供給部本体について、移動させない構成でもよく、既述したシャワーヘッドを設けて、ウエハＷにガスを供給してもよい。
【0100】
第２ガス供給部は、処理容器１０内とガス流路とにより形成される周回路にプラズマ生成ガスを供給する構成であればよく、上述の実施形態には限定されない。上述の構成では、プラズマ生成ガスを第１管４Ａの一端部４１に、プラズマ室２の側壁２１を介して供給するようにしたが、この例には限らない。第１管４Ａの一端にプラズマ生成ガス供給用の管を接続することで、周回路へのガスの供給を行ってもよい。
【0101】
ところで、コイル６２に電流を供給するにあたって低周波電力を出力する電源６３を用いることが望ましく、高周波電源及び整合器を用いないことの利点を述べたが、高周波電源及び整合器を用いることを禁ずるものではなく、整合器を介して高周波電源から高周波をコイル６２に供給してプラズマを形成してもよい。なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更、組み合わせがなされてもよい。
【符号の説明】
【0102】
Ｗ 半導体ウエハ
１ 基板処理装置
１０、９ 処理容器
４０ ガス流路
４１、４２ 端部
５ 第２ガス供給部
６１ コア
６２ コイル
６３ 電源
７ 第１ガス供給部
１ 基板処理装置
１０、９ 処理容器
４０ ガス流路
４１、４２ 端部
５ 第２ガス供給部
６１ コア
６２ コイル
６３ 電源
７ 第１ガス供給部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】