基板処理装置及び半導体装置の製造方法
【課題】放電電極の形状変化を早期に発見し、被処理基板の膜厚不均一を抑制できる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する。
【解決手段】複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板の表面をエッチングしたり、薄膜を形成したりする基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型拡散・ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が知られている。この縦型装置・ＣＶＤ装置は、基板を処理する反応管内部の壁面近くに垂直方向に細長いバッファ室を備え、その内部には２本の誘電体管で覆った放電電極とガスノズルが備えられている。そして放電電極端部に発振器で発生する高周波電力を印加してバッファ室内の放電電極間にプラズマを生成し、ガスノズルから供給された反応性ガスをプラズマで励起してバッファ室壁に設けられたガス供給孔から反応室内の被処理膜に供給される構造となっている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特許３，９４７，１２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、放電電極は垂直方向に長く伸びており、バッファ室内に均一なプラズマを生成するように設置されているが、ヒータからの熱等により、放電電極の縮みが発生することがある。これにより、プラズマに不均一が生じ、被処理基板の膜厚が不均一となるが、従来は、放電電極の形状変化を確認する効果的手段が無く、被処理基板の膜厚が不均一となることで放電電極の形状変化が発覚することが多かった。
【０００５】
本発明は、放電電極の形状変化を早期に発見し、被処理基板の膜厚不均一を抑制できる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の特徴とするところは、複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置にある。
【０００７】
好ましくは、前記監視機構は、前記電極の共振周波数の変化を監視する。
【０００８】
また、本発明の第２の特徴とするところは、複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、前記吸収周波数計により前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置にある。
【０００９】
また、本発明の第３の特徴とするところは、複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、前記吸収周波数計により測定された第1の周波数を、予め設定したしきい値と比較する比較手段と、アラームを報知する出力手段と、制御部と、を有し、前記制御部は、前記第1の周波数が前記しきい値を超えた場合にアラームを報知するよう前記比較手段及び前記出力手段を制御する基板処理装置にある。
【００１０】
また、本発明の第４の特徴とするところは、処理室内に積層載置された複数枚の基板に所定の膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記処理内に基板を搬入する基板搬入工程と、前記処理室内に設けられた一対の電極に高周波電力を印加して、前記処理室内に導入された処理ガスを励起し、前記基板に所定も膜を形成する成膜工程と、前記処理室外に基板を搬出する基板搬出工程と、前記監視機構により前記電極の形状変化を監視する電極形状監視工程と、を有する半導体装置の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、放電電極の形状変化を早期に発見し、被処理基板の膜厚不均一を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（IC）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行う縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図１は、本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。
【００１３】
図１に示されているように、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したウエハキャリアとしてのカセット１００が使用されている本発明の処理装置１は、筐体１０１を備えている。カセット搬入搬出口（図示せず）の筐体１０１内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１０５が設置されている。カセット１００はカセットステージ１０５上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１０５上から搬出されるようになっている。
カセットステージ１０５は、工程内搬送装置によって、カセット１００内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１００のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１０５は、カセット１００を筐体後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１００内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１００のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作可能となるよう構成されている。
【００１４】
筐体１０１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０９が設置されており、カセット棚１０９は複数段複数列にて複数個のカセット１００を保管するように構成されている。カセット棚１０９にはカセット１００が収納される移載棚１２３が設けられている。
また、カセットステージ１０５の上方には予備カセット棚１１０が設けられ、予備的にカセット１００を保管するように構成されている。
カセットステージ１０５とカセット棚１０９との間には、カセット１００を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１５とカセット移載機１１４とで構成されており、カセットエレベータ１１５とカセット移載機１１４との連続動作により、カセットステージ１０５、カセット棚１０９、予備カセット棚１１０との間で、カセット１００を搬送するように構成されている。
【００１５】
カセット棚１０９の後方には、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載機１１２およびウエハ移載機１１２を昇降させるための移載エレベータ１１３とで構成されている。移載エレベータ１１３は、耐圧筐体１０１の右側端部に設置されている。これら、移載エレベータ１１３およびウエハ移載機１１２の連続動作により、ウエハ移載機１１２のツイーザ（基板保持体）１１１をウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持手段）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
【００１６】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１１６により開閉されるように構成されている。
処理炉２０２の下方にはボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１２１が設けられ、ボートエレベータ１２１の昇降台に連結された連結具としての昇降部材１２２には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
基板保持手段であるボート２１７は、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
【００１７】
図１に示されているように、カセット棚１０９の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１１８が設けられておりクリーンエアを前記筐体１０１の内部に流通させるように構成されている。
【００１８】
次に、上述した処理炉２０２について図２に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態で好適に用いられる縦型の基板処理炉の概略構成図であり処理炉２０２部分を縦断面で示し、図３は、処理炉２０２部分を横断面で示す。
【００２０】
本実施の形態で用いられる処理装置１は制御部であるコントローラ２８０を備え、コントローラ２８０により処理装置１および処理炉２０２を構成する各部の動作等が制御される。
【００２１】
加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、ボート支持台２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理室２０１に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００２２】
処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給するガス供給手段としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここでは第１のガス供給管２３２ａからは流量制御装置（流量制御手段）である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、第２のガス供給管２３２ｂからは流量制御装置（流量制御手段）である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃを介して処理室２０１に反応ガスが供給されている。
【００２３】
処理室２０１はガスを排気するガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して排気装置（排気手段）である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。また、この第４のバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
【００２４】
処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。この第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ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。
【００２５】
そしてバッファ室２３７の第１のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理室２０１の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。
【００２６】
本実施の形態においては、第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。このように構成することで、第２の各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスをバッファ室２３７に噴出させている。
そして、バッファ室２３７内において、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、第１のガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出させている。よって、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各第１のガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
【００２７】
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この第１の棒状電極２６９と第２の棒状電極２７０は反応管２０３の下部で高周波トランス３００の二次側に接続されている。
【００２８】
また、高周波トランス３００の一次側には整合器２７２を介して高周波電源２７３が接続され、両端は基準電位であるアースに接続されている。したがって、高周波電源２７３により高周波電力が印加されることで第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４に処理ガスを励起するプラズマが生成される。
【００２９】
また、高周波トランス３００の一次側には吸収型周波数計２８１が接続され、両端は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間の吸収周波数が測定される。
図４は、比較例に係る従来の縦型の基板処理炉の概略構成図であり処理炉２０２部分を横断面で示す。本実施の形態の処理炉２０２と比較すると、この高周波トランス３００の一次側に吸収型周波数計が接続されている点相違する。
【００３０】
電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。
【００３１】
さらに、第１のガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。
【００３２】
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第３のガス供給孔２４８ｃを有し、下部では第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００３３】
第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積はガス供給部２４９内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。
本実施の形態においては、第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。
【００３４】
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート柱部２２１を有するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転装置（回転手段）であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００３５】
制御手段であるコントローラ２８０は、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、第１〜第４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２及び吸収型周波数計２８１に接続されており、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、第１〜第３のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、第４のバルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源２７３及び吸収型周波数計２８１の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
【００３６】
次に、本発明の処理装置１の動作について説明する。
図１に示されているように、カセット１００はカセット搬入搬出口から搬入され、カセットステージ１０５の上にウエハ２００が垂直姿勢であって、カセット１００のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１００は、カセットステージ１０５によって、カセット１００内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１００のウエハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に右周り縦方向９０°回転させられる。
次に、カセット１００は、カセット棚１０９ないし予備カセット棚１１０の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０９ないし予備カセット棚１１０から移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。
【００３７】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１００からウエハ移載機１１２のツイーザ１１１によってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機１１２はカセット１００に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００３８】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１１６によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１１６によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１２１によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。
【００３９】
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。
処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１００は筐体１０１の外部へ払出される。
【００４０】
次にＡＬＤ法による基板成膜処理について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
【００４１】
ＣＶＤ法の中の１つであるＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互にウエハ上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
【００４２】
利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）
【００４３】
まず成膜しようとするウエハ２００をボート柱部２２１に載置して、ボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
【００４４】
（ステップ１）
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを並行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３の第２のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａの範囲であって、例えば５０Ｐａに維持する。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１〜１０ｓｌｍの範囲であって、例えば５ｓｌｍで供給される。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃の範囲であって、例えば５３０℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
【００４５】
このＮＨ３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側の第２のバルブ２４３ｂを開け、下流側の第３のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これにより第２、第３のバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。
【００４６】
（ステップ２）
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側の第２のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０−３ｍ３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３容積１００ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は処理室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
【００４７】
（ステップ３）
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側の第３のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、３００〜６００℃の範囲内の所望の温度で維持される。ＤＣＳの供給により、ウエハ２００の表面に化学吸着したＮＨ３とＤＣＳとが表面反応（化学吸着）して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、第３のバルブ２４３ｃを閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。また第２のバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
【００４８】
上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００４９】
図５は、本発明の実施形態に係る基板処理装置１を用いた処理シーケンスを示し、図５（ａ）は各シーケンスに対応する工程を示し、図５（ｂ）はプラズマ発生のシーケンス、図５（ｃ）は吸収周波数測定のシーケンスを示す。
図５（ａ）に示すように上述のステップ１〜３の基板成膜処理工程と上述の基板移載工程（処理済基板の回収、未処理基板の搭載）が順に実施される。
基板成膜処理中は高周波電源２７３から高周波電力が第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０に供給され、図５（ｂ）で示すようにバッファ室２３７内にプラズマを生成し、被処理基板２００に対して成膜処理が行われる（基板成膜処理工程）。
次に、成膜処理が終わり、処理済基板を移載中に図５（ｃ）で示すように吸収周波数計によって吸収周波数の測定を行う（基板移載工程）。
吸収周波数測定にて異常値が検出されなければ、未処理基板を搭載し（基板移載工程）、成膜処理を行い、図５（ｂ）で示すようにバッファ室２３７内にプラズマを生成し、被処理基板２００に対して成膜処理が行われる（基板成膜処理工程）。
即ち、吸収周波数測定にて異常値が検出されなければ、基板成膜処理工程と基板移載工程を繰り返し、異常値が検出された場合には、アラームを報知し、次の成膜処理は開始せずに、電極交換等の処置を行う。
なお、電極の吸収周波数測定は基板成膜処理工程後、基板移載工程中に実施される為、測定の為の時間を設ける必要が無く、装置の稼働率に影響は与えない。
【００５０】
次に、吸収周波数測定におけるコントローラ２８０の作用について図６に基づいて説明する。
図６に示すように、コントローラ２８０は、吸収型周波数計２８１により測定された電極の周波数ｆｘを、比較手段である比較器３０１により基準値ｆ０及び予め設定されたしきい値ｆ´と比較し、しきい値ｆ´から所定の値だけ変化した場合には異常値として出力手段である出力装置３０２によりアラームを報知するよう比較器３０１および出力装置３０２を制御する。
尚、アラームの出力装置３０２としては、聴覚手段による音を発するもの、視覚手段による画面上への表示等が挙げられるが、これらの組み合わせ若しくはこれら以外の手段によるものも適用可能である。
【００５１】
図７は、第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０の電極長さが正規の電極長さＬ０の場合の吸収型周波数計２８１の波形例を示す。
電極長さＬ０が１／４波長と一致する周波数で高周波電力の吸収が起こることから吸収型周波数計２８１の出力はある決まった周波数ｆ０で極小となる。
【００５２】
図８は、第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０の電極長さが形状変化した（縮み）後の電極長さＬ１の場合の吸収型周波数計２８１の波形例を示す。
電極長さＬ１は電極の正規長さＬ０に比べて短いことから、出力が極小値をとる周波数ｆ１は正規電極長さの時の周波数ｆ０よりも高くなる。
【００５３】
実施例
本発明の実施の形態に係る第１の棒状電極２６９と第２の棒状電極２７０を反応管２０３の下部で高周波トランス３００の二次側に接続し、高周波トランス３００の一次側には吸収型周波数計２８１を接続し、電極長さを変えた場合の周波数変動量を求めた。
図９（ａ）は、電極長さが変化する前、図９（ｂ）は、電極長さが変化した後の電極周辺を模式的に示した図であり、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０は、例えば５回の成膜処理で縮む。
電極長さが正規の長さであるＬ０＝１１８５ｍｍの時の吸収周波数ｆ０は４４．３ＭＨｚだった。
電極長さが５０ｍｍ縮んでＬ１＝１１３５ｍｍとなった時の吸収周波数ｆ１は４５．９ＭＨｚだった。
即ち、電極が５０ｍｍ縮んだことにより周波数は１．６ＭＨｚ増えた。
【００５４】
したがって、電極長さが縮んだことによって、吸収周波数は高くなり、この吸収周波数が極小値をとる周波数（共振周波数）をモニタすることにより間接的に電極形状の変化を監視でき、バッファ室２３７内での均一なプラズマ発生の指標とすることができ、被処理基板の膜厚不均一を抑制できる。
【００５５】
なお、本発明は、ＡＬＤ法だけでなくプラズマＣＶＤ法などの縦型装置による処理方法全般に適用される。また、ＡＬＤ法による成膜例につきＳｉＮ膜を形成する例を挙げたがこれにかぎらず、プラズマを利用する膜種であれば他の膜種、ガス種によらず適用される。
【００５６】
また、本発明は、バッファ室を備える処理室に限らず、バッファ室を備えない処理室においても適用される。
【００５７】
本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次に記載した事項も含まれる。
（１）複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置。
（２）（１）であって、前記監視機構は、前記電極の共振周波数の変化を監視する。
（３）（１）であって、さらに、吸収周波数計を備える。
（４）（１）であって、前記電極の形状変化とは電極の長さの変化である。
（５）複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、前記吸収周波数計により測定された第1の周波数を、予め設定したしきい値と比較する比較手段と、アラームを報知する出力手段と、制御部と、を有し、前記制御部は、前記第1の周波数が前記しきい値を超えた場合にアラームを報知するよう前記比較手段及び前記出力手段を制御する基板処理装置。
（６）処理室内に積層載置された複数枚の基板に所定の膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記処理内に基板を搬入する基板搬入工程と、前記処理室内に設けられた一対の電極に高周波電力を印加して、前記処理室内に導入された処理ガスを励起し、前記基板に所定も膜を形成する成膜工程と、前記処理室外に基板を搬出する基板搬出工程と、前記監視機構により前記電極の形状変化を監視する電極形状監視工程と、を有する半導体装置の製造方法。
（７）（６）であって、前記監視機構は、前記電極の共振周波数の変化を監視する。
（８）（６）であって、前記電極の形状変化とは電極の長さの変化である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置が有する処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る基板処理装置が有する処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示した図である。
【図４】本発明の実施形態に係る基板処理装置の比較例である従来の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示した図である。
【図５】本発明の実施形態に係る処理シーケンスを示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るコントローラの作用を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態において用いられる電極が正規の電極長さである場合の吸収型周波数計の波形例を示した図である。
【図８】本発明の実施形態において用いられる電極の長さが形状変化（縮み）した場合の吸収型周波数計の波形例を示した図である。
【図９】本発明の実施形態において用いられる（ａ）電極長さが変化する前、（ｂ）電極長さが変化した後、の吸収周波数を比較した図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０７ ヒータ
２３７ バッファ室
２６９ 第１の棒状電極
２７０ 第２の棒状電極
２７２ 整合器
２７３ 高周波電源
２８０ コントローラ
２８１ 吸収型周波数計
３００ 高周波トランス
３０１ 比較器
３０２ 出力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板の表面をエッチングしたり、薄膜を形成したりする基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置の一例として、半導体製造装置があり、さらに半導体製造装置の一例として、縦型拡散・ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が知られている。この縦型装置・ＣＶＤ装置は、基板を処理する反応管内部の壁面近くに垂直方向に細長いバッファ室を備え、その内部には２本の誘電体管で覆った放電電極とガスノズルが備えられている。そして放電電極端部に発振器で発生する高周波電力を印加してバッファ室内の放電電極間にプラズマを生成し、ガスノズルから供給された反応性ガスをプラズマで励起してバッファ室壁に設けられたガス供給孔から反応室内の被処理膜に供給される構造となっている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特許３，９４７，１２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、放電電極は垂直方向に長く伸びており、バッファ室内に均一なプラズマを生成するように設置されているが、ヒータからの熱等により、放電電極の縮みが発生することがある。これにより、プラズマに不均一が生じ、被処理基板の膜厚が不均一となるが、従来は、放電電極の形状変化を確認する効果的手段が無く、被処理基板の膜厚が不均一となることで放電電極の形状変化が発覚することが多かった。
【０００５】
本発明は、放電電極の形状変化を早期に発見し、被処理基板の膜厚不均一を抑制できる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の特徴とするところは、複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置にある。
【０００７】
好ましくは、前記監視機構は、前記電極の共振周波数の変化を監視する。
【０００８】
また、本発明の第２の特徴とするところは、複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、前記吸収周波数計により前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置にある。
【０００９】
また、本発明の第３の特徴とするところは、複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、前記吸収周波数計により測定された第1の周波数を、予め設定したしきい値と比較する比較手段と、アラームを報知する出力手段と、制御部と、を有し、前記制御部は、前記第1の周波数が前記しきい値を超えた場合にアラームを報知するよう前記比較手段及び前記出力手段を制御する基板処理装置にある。
【００１０】
また、本発明の第４の特徴とするところは、処理室内に積層載置された複数枚の基板に所定の膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記処理内に基板を搬入する基板搬入工程と、前記処理室内に設けられた一対の電極に高周波電力を印加して、前記処理室内に導入された処理ガスを励起し、前記基板に所定も膜を形成する成膜工程と、前記処理室外に基板を搬出する基板搬出工程と、前記監視機構により前記電極の形状変化を監視する電極形状監視工程と、を有する半導体装置の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、放電電極の形状変化を早期に発見し、被処理基板の膜厚不均一を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態において、基板処理装置は、一例として、半導体装置（IC）の製造方法における処理工程を実施する半導体製造装置として構成されている。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に酸化、拡散処理やＣＶＤ処理などを行う縦型の装置（以下、単に処理装置という）を適用した場合について述べる。図１は、本発明に適用される処理装置の斜透視図として示されている。
【００１３】
図１に示されているように、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したウエハキャリアとしてのカセット１００が使用されている本発明の処理装置１は、筐体１０１を備えている。カセット搬入搬出口（図示せず）の筐体１０１内側にはカセットステージ（基板収容器受渡し台）１０５が設置されている。カセット１００はカセットステージ１０５上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、カセットステージ１０５上から搬出されるようになっている。
カセットステージ１０５は、工程内搬送装置によって、カセット１００内のウエハ２００が垂直姿勢となり、カセット１００のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。カセットステージ１０５は、カセット１００を筐体後方に右回り縦方向９０°回転し、カセット１００内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１００のウエハ出し入れ口が筐体後方を向くように動作可能となるよう構成されている。
【００１４】
筐体１０１内の前後方向の略中央部には、カセット棚（基板収容器載置棚）１０９が設置されており、カセット棚１０９は複数段複数列にて複数個のカセット１００を保管するように構成されている。カセット棚１０９にはカセット１００が収納される移載棚１２３が設けられている。
また、カセットステージ１０５の上方には予備カセット棚１１０が設けられ、予備的にカセット１００を保管するように構成されている。
カセットステージ１０５とカセット棚１０９との間には、カセット１００を保持したまま昇降可能なカセットエレベータ（基板収容器昇降機構）１１５とカセット移載機１１４とで構成されており、カセットエレベータ１１５とカセット移載機１１４との連続動作により、カセットステージ１０５、カセット棚１０９、予備カセット棚１１０との間で、カセット１００を搬送するように構成されている。
【００１５】
カセット棚１０９の後方には、ウエハ２００を水平方向に回転ないし直動可能なウエハ移載機１１２およびウエハ移載機１１２を昇降させるための移載エレベータ１１３とで構成されている。移載エレベータ１１３は、耐圧筐体１０１の右側端部に設置されている。これら、移載エレベータ１１３およびウエハ移載機１１２の連続動作により、ウエハ移載機１１２のツイーザ（基板保持体）１１１をウエハ２００の載置部として、ボート（基板保持手段）２１７に対してウエハ２００を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
【００１６】
筐体１０１の後部上方には、処理炉２０２が設けられている。処理炉２０２の下端部は、炉口シャッタ（炉口開閉機構）１１６により開閉されるように構成されている。
処理炉２０２の下方にはボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降機構としてのボートエレベータ（基板保持具昇降機構）１２１が設けられ、ボートエレベータ１２１の昇降台に連結された連結具としての昇降部材１２２には蓋体としてのシールキャップ２１９が水平に据え付けられており、シールキャップ２１９はボート２１７を垂直に支持し、処理炉２０２の下端部を閉塞可能なように構成されている。
基板保持手段であるボート２１７は、複数枚（例えば、５０枚〜１５０枚程度）のウエハ２００をその中心を揃えて垂直方向に整列させた状態で、それぞれ水平に保持するように構成されている。
【００１７】
図１に示されているように、カセット棚１０９の上方には、清浄化した雰囲気であるクリーンエアを供給するよう供給ファン及び防塵フィルタで構成されたクリーンユニット１１８が設けられておりクリーンエアを前記筐体１０１の内部に流通させるように構成されている。
【００１８】
次に、上述した処理炉２０２について図２に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態で好適に用いられる縦型の基板処理炉の概略構成図であり処理炉２０２部分を縦断面で示し、図３は、処理炉２０２部分を横断面で示す。
【００２０】
本実施の形態で用いられる処理装置１は制御部であるコントローラ２８０を備え、コントローラ２８０により処理装置１および処理炉２０２を構成する各部の動作等が制御される。
【００２１】
加熱装置（加熱手段）であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する反応容器として反応管２０３が設けられ、この反応管２０３の下端開口は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、反応管２０３、及びシールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９にはボート支持台２１８を介して基板保持手段であるボート２１７が立設され、ボート支持台２１８はボートを保持する保持体となっている。そして、ボート２１７は処理室２０１に挿入される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
【００２２】
処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給するガス供給手段としての２本のガス供給管２３２ａ、２３２ｂが設けられる。ここでは第１のガス供給管２３２ａからは流量制御装置（流量制御手段）である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、更に後述する反応管２０３内に形成されたバッファ室２３７を介して処理室２０１に反応ガスが供給され、第２のガス供給管２３２ｂからは流量制御装置（流量制御手段）である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂ、ガス溜め２４７、及び開閉弁である第３のバルブ２４３ｃを介して処理室２０１に反応ガスが供給されている。
【００２３】
処理室２０１はガスを排気するガス排気管２３１により第４のバルブ２４３ｄを介して排気装置（排気手段）である真空ポンプ２４６に接続され、真空排気されるようになっている。また、この第４のバルブ２４３ｄは弁を開閉して処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。
【００２４】
処理室２０１を構成している反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における円弧状の空間には、反応管２０３の下部より上部の内壁にウエハ２００の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室２３７が設けられており、そのバッファ室２３７のウエハ２００と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。この第１のガス供給孔２４８ａは反応管２０３の中心へ向けて開口している。この第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部にわたってそれぞれ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。
【００２５】
そしてバッファ室２３７の第１のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が、やはり反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の積載方向に沿って配設されている。そしてノズル２３３には複数のガスを供給する供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。この第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積は、バッファ室２３７と処理室２０１の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。
【００２６】
本実施の形態においては、第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。このように構成することで、第２の各ガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスをバッファ室２３７に噴出させている。
そして、バッファ室２３７内において、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスの粒子速度差が緩和された後、第１のガス供給孔２４８ａより処理室２０１に噴出させている。よって、各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出したガスは、各第１のガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができる。
【００２７】
さらに、バッファ室２３７に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、この第１の棒状電極２６９と第２の棒状電極２７０は反応管２０３の下部で高周波トランス３００の二次側に接続されている。
【００２８】
また、高周波トランス３００の一次側には整合器２７２を介して高周波電源２７３が接続され、両端は基準電位であるアースに接続されている。したがって、高周波電源２７３により高周波電力が印加されることで第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４に処理ガスを励起するプラズマが生成される。
【００２９】
また、高周波トランス３００の一次側には吸収型周波数計２８１が接続され、両端は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間の吸収周波数が測定される。
図４は、比較例に係る従来の縦型の基板処理炉の概略構成図であり処理炉２０２部分を横断面で示す。本実施の形態の処理炉２０２と比較すると、この高周波トランス３００の一次側に吸収型周波数計が接続されている点相違する。
【００３０】
電極保護管２７５は、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０のそれぞれをバッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管２７５の内部は外気（大気）と同一雰囲気であると、電極保護管２７５にそれぞれ挿入された第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０はヒータ２０７の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管２７５の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第１の棒状電極２６９又は第２の棒状電極２７０の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。
【００３１】
さらに、第１のガス供給孔２４８ａの位置より、反応管２０３の内周を１２０°程度回った内壁に、ガス供給部２４９が設けられている。このガス供給部２４９は、ＡＬＤ法による成膜においてウエハ２００へ、複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室２３７とガス供給種を分担する供給部である。
【００３２】
このガス供給部２４９もバッファ室２３７と同様にウエハと隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第３のガス供給孔２４８ｃを有し、下部では第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。
【００３３】
第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積はガス供給部２４９内と処理室２０１内の差圧が小さい場合には、ガスの上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチとすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。
本実施の形態においては、第３のガス供給孔２４８ｃの開口面積を上流側から下流側にかけて徐々に大きくしている。
【００３４】
反応管２０３内の中央部には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート柱部２２１を有するボート２１７が設けられており、このボート２１７は図中省略のボートエレベータ機構により反応管２０３に出入りできるようになっている。また処理の均一性を向上する為にボート２１７を回転するための回転装置（回転手段）であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより、石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
【００３５】
制御手段であるコントローラ２８０は、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂ、第１〜第４のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ、２４３ｄ、ヒータ２０７、真空ポンプ２４６、ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、高周波電源２７３、整合器２７２及び吸収型周波数計２８１に接続されており、第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ、２４１ｂの流量調整、第１〜第３のバルブ２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃの開閉動作、第４のバルブ２４３ｄの開閉及び圧力調整動作、ヒータ２０７温度調節、真空ポンプ２４６の起動・停止、ボート回転機構２６７の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源２７３及び吸収型周波数計２８１の電力供給制御、整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。
【００３６】
次に、本発明の処理装置１の動作について説明する。
図１に示されているように、カセット１００はカセット搬入搬出口から搬入され、カセットステージ１０５の上にウエハ２００が垂直姿勢であって、カセット１００のウエハ出し入れ口が上方向を向くように載置される。その後、カセット１００は、カセットステージ１０５によって、カセット１００内のウエハ２００が水平姿勢となり、カセット１００のウエハ出し入れ口が筐体後方を向けるように、筐体後方に右周り縦方向９０°回転させられる。
次に、カセット１００は、カセット棚１０９ないし予備カセット棚１１０の指定された棚位置へ自動的に搬送されて受け渡され、一時的に保管された後、カセット棚１０９ないし予備カセット棚１１０から移載棚１２３に移載されるか、もしくは直接移載棚１２３に搬送される。
【００３７】
カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウエハ２００はカセット１００からウエハ移載機１１２のツイーザ１１１によってウエハ出し入れ口を通じてピックアップされ、ボート２１７に装填（チャージング）される。ボート２１７にウエハ２００を受け渡したウエハ移載機１１２はカセット１００に戻り、次のウエハ２００をボート２１７に装填する。
【００３８】
予め指定された枚数のウエハ２００がボート２１７に装填されると、炉口シャッタ１１６によって閉じられていた処理炉２０２の下端部が、炉口シャッタ１１６によって、開放される。続いて、ウエハ２００群を保持したボート２１７はシールキャップ２１９がボートエレベータ１２１によって上昇されることにより、処理炉２０２内へ搬入（ローディング）されて行く。
【００３９】
ローディング後は、処理炉２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施される。
処理後は、上述の逆の手順で、ウエハ２００およびカセット１００は筐体１０１の外部へ払出される。
【００４０】
次にＡＬＤ法による基板成膜処理について、半導体デバイスの製造工程の一つである、ＤＣＳ及びＮＨ３ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。
【００４１】
ＣＶＤ法の中の１つであるＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となる処理ガスを１種類ずつ交互にウエハ上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。
【００４２】
利用する化学反応は、例えばＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いて３００〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。）
【００４３】
まず成膜しようとするウエハ２００をボート柱部２２１に載置して、ボート２１７に装填し、処理室２０１に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。
【００４４】
（ステップ１）
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ３ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを並行して流す。まず第１のガス供給管２３２ａに設けた第１のバルブ２４３ａ、及びガス排気管２３１に設けた第４のバルブ２４３ｄを共に開けて、第１のガス供給管２３２ａから第１のマスフローコントローラ２４３ａにより流量調整されたＮＨ３ガスをノズル２３３の第２のガス供給孔２４８ｂからバッファ室２３７へ噴出し、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０間に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ３をプラズマ励起し、活性種として処理室２０１に供給しつつガス排気管２３１から排気する。ＮＨ３ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、第４のバルブ２４３ｄを適正に調整して処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａの範囲であって、例えば５０Ｐａに維持する。第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ３の供給流量は１〜１０ｓｌｍの範囲であって、例えば５ｓｌｍで供給される。ＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ２００を晒す時間は２〜１２０秒間である。このときのヒータ２０７温度はウエハが３００〜６００℃の範囲であって、例えば５３０℃になるよう設定してある。ＮＨ３は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
【００４５】
このＮＨ３をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第２のガス供給管２３２ｂの上流側の第２のバルブ２４３ｂを開け、下流側の第３のバルブ２４３ｃを閉めて、ＤＣＳも流すようにする。これにより第２、第３のバルブ２４３ｂ、２４３ｃ間に設けたガス溜め２４７にＤＣＳを溜める。このとき、処理室２０１内に流しているガスはＮＨ３をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。したがって、ＮＨ３は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ３はウエハ２００上の下地膜などの表面部分と表面反応（化学吸着）する。
【００４６】
（ステップ２）
ステップ２では、第１のガス供給管２３２ａの第１のバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ３の供給を止めるが、引続きガス溜め２４７へ供給を継続する。ガス溜め２４７に所定圧、所定量のＤＣＳが溜まったら上流側の第２のバルブ２４３ｂも閉めて、ガス溜め２４７にＤＣＳを閉じ込めておく。また、ガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄは開いたままにし真空ポンプ２４６により、処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ３を処理室２０１から排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ３を排除する効果が高まる。ガス溜め２４７内には、圧力が２００００Ｐａ以上になるようにＤＣＳを溜める。また、ガス溜め２４７と処理室２０１との間のコンダクタンスが１．５×１０−３ｍ３／ｓ以上になるように装置を構成する。また、反応管２０３の容積とこれに対する必要なガス溜め２４７の容積との比として考えると、反応管２０３容積１００ｌ（リットル）の場合においては、１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め２４７は処理室容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
【００４７】
（ステップ３）
ステップ３では、処理室２０１の排気が終わったらガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄを閉じて排気を止める。第２のガス供給管２３２ｂの下流側の第３のバルブ２４３ｃを開く。これによりガス溜め２４７に溜められたＤＣＳが処理室２０１に一気に供給される。このときガス排気管２３１の第４のバルブ２４３ｄが閉じられているので、処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧される。ＤＣＳを供給するための時間は２〜４秒設定し、その後上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。このときのウエハ温度はＮＨ３の供給時と同じく、３００〜６００℃の範囲内の所望の温度で維持される。ＤＣＳの供給により、ウエハ２００の表面に化学吸着したＮＨ３とＤＣＳとが表面反応（化学吸着）して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、第３のバルブ２４３ｃを閉じ、第４のバルブ２４３ｄを開けて処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはＮ２等の不活性ガスを処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを処理室２０１から排除する効果が高まる。また第２のバルブ２４３ｂを開いてガス溜め２４７へのＤＣＳの供給を開始する。
【００４８】
上記ステップ１〜３を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。
【００４９】
図５は、本発明の実施形態に係る基板処理装置１を用いた処理シーケンスを示し、図５（ａ）は各シーケンスに対応する工程を示し、図５（ｂ）はプラズマ発生のシーケンス、図５（ｃ）は吸収周波数測定のシーケンスを示す。
図５（ａ）に示すように上述のステップ１〜３の基板成膜処理工程と上述の基板移載工程（処理済基板の回収、未処理基板の搭載）が順に実施される。
基板成膜処理中は高周波電源２７３から高周波電力が第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０に供給され、図５（ｂ）で示すようにバッファ室２３７内にプラズマを生成し、被処理基板２００に対して成膜処理が行われる（基板成膜処理工程）。
次に、成膜処理が終わり、処理済基板を移載中に図５（ｃ）で示すように吸収周波数計によって吸収周波数の測定を行う（基板移載工程）。
吸収周波数測定にて異常値が検出されなければ、未処理基板を搭載し（基板移載工程）、成膜処理を行い、図５（ｂ）で示すようにバッファ室２３７内にプラズマを生成し、被処理基板２００に対して成膜処理が行われる（基板成膜処理工程）。
即ち、吸収周波数測定にて異常値が検出されなければ、基板成膜処理工程と基板移載工程を繰り返し、異常値が検出された場合には、アラームを報知し、次の成膜処理は開始せずに、電極交換等の処置を行う。
なお、電極の吸収周波数測定は基板成膜処理工程後、基板移載工程中に実施される為、測定の為の時間を設ける必要が無く、装置の稼働率に影響は与えない。
【００５０】
次に、吸収周波数測定におけるコントローラ２８０の作用について図６に基づいて説明する。
図６に示すように、コントローラ２８０は、吸収型周波数計２８１により測定された電極の周波数ｆｘを、比較手段である比較器３０１により基準値ｆ０及び予め設定されたしきい値ｆ´と比較し、しきい値ｆ´から所定の値だけ変化した場合には異常値として出力手段である出力装置３０２によりアラームを報知するよう比較器３０１および出力装置３０２を制御する。
尚、アラームの出力装置３０２としては、聴覚手段による音を発するもの、視覚手段による画面上への表示等が挙げられるが、これらの組み合わせ若しくはこれら以外の手段によるものも適用可能である。
【００５１】
図７は、第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０の電極長さが正規の電極長さＬ０の場合の吸収型周波数計２８１の波形例を示す。
電極長さＬ０が１／４波長と一致する周波数で高周波電力の吸収が起こることから吸収型周波数計２８１の出力はある決まった周波数ｆ０で極小となる。
【００５２】
図８は、第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０の電極長さが形状変化した（縮み）後の電極長さＬ１の場合の吸収型周波数計２８１の波形例を示す。
電極長さＬ１は電極の正規長さＬ０に比べて短いことから、出力が極小値をとる周波数ｆ１は正規電極長さの時の周波数ｆ０よりも高くなる。
【００５３】
実施例
本発明の実施の形態に係る第１の棒状電極２６９と第２の棒状電極２７０を反応管２０３の下部で高周波トランス３００の二次側に接続し、高周波トランス３００の一次側には吸収型周波数計２８１を接続し、電極長さを変えた場合の周波数変動量を求めた。
図９（ａ）は、電極長さが変化する前、図９（ｂ）は、電極長さが変化した後の電極周辺を模式的に示した図であり、第１の棒状電極２６９及び第２の棒状電極２７０は、例えば５回の成膜処理で縮む。
電極長さが正規の長さであるＬ０＝１１８５ｍｍの時の吸収周波数ｆ０は４４．３ＭＨｚだった。
電極長さが５０ｍｍ縮んでＬ１＝１１３５ｍｍとなった時の吸収周波数ｆ１は４５．９ＭＨｚだった。
即ち、電極が５０ｍｍ縮んだことにより周波数は１．６ＭＨｚ増えた。
【００５４】
したがって、電極長さが縮んだことによって、吸収周波数は高くなり、この吸収周波数が極小値をとる周波数（共振周波数）をモニタすることにより間接的に電極形状の変化を監視でき、バッファ室２３７内での均一なプラズマ発生の指標とすることができ、被処理基板の膜厚不均一を抑制できる。
【００５５】
なお、本発明は、ＡＬＤ法だけでなくプラズマＣＶＤ法などの縦型装置による処理方法全般に適用される。また、ＡＬＤ法による成膜例につきＳｉＮ膜を形成する例を挙げたがこれにかぎらず、プラズマを利用する膜種であれば他の膜種、ガス種によらず適用される。
【００５６】
また、本発明は、バッファ室を備える処理室に限らず、バッファ室を備えない処理室においても適用される。
【００５７】
本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とするが、さらに次に記載した事項も含まれる。
（１）複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置。
（２）（１）であって、前記監視機構は、前記電極の共振周波数の変化を監視する。
（３）（１）であって、さらに、吸収周波数計を備える。
（４）（１）であって、前記電極の形状変化とは電極の長さの変化である。
（５）複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、前記吸収周波数計により測定された第1の周波数を、予め設定したしきい値と比較する比較手段と、アラームを報知する出力手段と、制御部と、を有し、前記制御部は、前記第1の周波数が前記しきい値を超えた場合にアラームを報知するよう前記比較手段及び前記出力手段を制御する基板処理装置。
（６）処理室内に積層載置された複数枚の基板に所定の膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記処理内に基板を搬入する基板搬入工程と、前記処理室内に設けられた一対の電極に高周波電力を印加して、前記処理室内に導入された処理ガスを励起し、前記基板に所定も膜を形成する成膜工程と、前記処理室外に基板を搬出する基板搬出工程と、前記監視機構により前記電極の形状変化を監視する電極形状監視工程と、を有する半導体装置の製造方法。
（７）（６）であって、前記監視機構は、前記電極の共振周波数の変化を監視する。
（８）（６）であって、前記電極の形状変化とは電極の長さの変化である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置が有する処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る基板処理装置が有する処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示した図である。
【図４】本発明の実施形態に係る基板処理装置の比較例である従来の処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を横断面で示した図である。
【図５】本発明の実施形態に係る処理シーケンスを示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るコントローラの作用を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態において用いられる電極が正規の電極長さである場合の吸収型周波数計の波形例を示した図である。
【図８】本発明の実施形態において用いられる電極の長さが形状変化（縮み）した場合の吸収型周波数計の波形例を示した図である。
【図９】本発明の実施形態において用いられる（ａ）電極長さが変化する前、（ｂ）電極長さが変化した後、の吸収周波数を比較した図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 基板処理装置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０７ ヒータ
２３７ バッファ室
２６９ 第１の棒状電極
２７０ 第２の棒状電極
２７２ 整合器
２７３ 高周波電源
２８０ コントローラ
２８１ 吸収型周波数計
３００ 高周波トランス
３０１ 比較器
３０２ 出力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、
前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記監視機構は、前記電極の共振周波数の変化を監視する請求項1記載の基板処理装置。
【請求項３】
複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、
前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、
前記吸収周波数計により前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置。
【請求項４】
複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、
前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、
前記吸収周波数計により測定された第1の周波数を、予め設定したしきい値と比較する比較手段と、
アラームを報知する出力手段と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、前記第1の周波数が前記しきい値を超えた場合にアラームを報知するよう前記比較手段及び前記出力手段を制御する基板処理装置。
【請求項５】
処理室内に積層載置された複数枚の基板に所定の膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記処理内に基板を搬入する基板搬入工程と、
前記処理室内に設けられた一対の電極に高周波電力を印加して、前記処理室内に導入された処理ガスを励起し、前記基板に所定の膜を形成する成膜工程と、
前記処理室外に基板を搬出する基板搬出工程と、
前記監視機構により前記電極の形状変化を監視する電極形状監視工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１】
複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、
前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記監視機構は、前記電極の共振周波数の変化を監視する請求項1記載の基板処理装置。
【請求項３】
複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、
前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、
前記吸収周波数計により前記電極の形状変化を監視する監視機構を有する基板処理装置。
【請求項４】
複数枚の基板を積層載置して処理する処理室と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内に設けられ、高周波電力が印加されることにより前記処理室内に供給されたガスを励起するプラズマを生成する少なくとも一対の電極と、
前記電極での吸収周波数を測定する吸収周波数計と、
前記吸収周波数計により測定された第1の周波数を、予め設定したしきい値と比較する比較手段と、
アラームを報知する出力手段と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、前記第1の周波数が前記しきい値を超えた場合にアラームを報知するよう前記比較手段及び前記出力手段を制御する基板処理装置。
【請求項５】
処理室内に積層載置された複数枚の基板に所定の膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記処理内に基板を搬入する基板搬入工程と、
前記処理室内に設けられた一対の電極に高周波電力を印加して、前記処理室内に導入された処理ガスを励起し、前記基板に所定の膜を形成する成膜工程と、
前記処理室外に基板を搬出する基板搬出工程と、
前記監視機構により前記電極の形状変化を監視する電極形状監視工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１２９６６６（Ｐ２０１０−１２９６６６Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３００９６１（Ｐ２００８−３００９６１）
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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