特許 7358654 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-29

(45)【発行日】2023-10-10

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20231002BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20231002BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

H01L21/316 C

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2022550286

(86)(22)【出願日】2020-09-18

(86)【国際出願番号】 JP2020035435

(87)【国際公開番号】W WO2022059163

(87)【国際公開日】2022-03-24

【審査請求日】2023-01-19

(73)【特許権者】

【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】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】稲田 哲明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 崇之

【審査官】長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１９８４１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１５４２４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１２－５１９９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２１９４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６７５０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理室を構成する処理容器と、
第１処理ガスを前記処理室内に供給する第１供給口を有する第１ガス供給系と、
第２処理ガスを前記処理室内に供給する第２供給口を有する第２ガス供給系と、
前記処理容器の外周に沿って設けられ、高周波電力が供給される電極により構成され、前記処理室内に供給された前記第１処理ガスをプラズマ励起するよう構成されたプラズマ生成部と、
基板を保持する基板保持台と、
を備え、
前記第２供給口は、前記処理室の天井面であって、前記第１供給口よりも前記処理容器の径方向における中央側の位置から、下方に延びるように設けられた供給管に設けられると共に、前記第１供給口よりも下方に設けられ、
前記第２供給口は、前記プラズマ生成部を構成する前記電極の上端と下端の間に設けられる、基板処理装置。

【請求項2】

前記電極は、前記処理容器の外周に巻回して設けられた共振コイルにより構成される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記共振コイルは、供給される高周波電力の波長の１／２、又は整数倍の電気的長さを有する請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記プラズマ生成部は、前記処理室内における前記処理容器の内周に沿った筒状又は円環状のプラズマ生成領域にプラズマを生成するように構成され、
前記第２供給口は、前記プラズマ生成領域の内周よりも前記処理容器の径方向における内側に設けられている請求項１～請求項３の何れか１項に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記処理室の前記天井面を構成するプレートと、前記プレートの上面に対向する下面を有する蓋部とを備え、
前記プレートの前記上面と前記蓋部の前記下面との間に、前記第２処理ガスが供給される第２バッファ部が設けられ、
前記供給管の上端は、前記第２バッファ部に接続されている請求項１～請求項４の何れか１項に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記処理室の前記天井面を構成するプレートを備え、
前記供給管は前記プレートに接続され、又は前記プレートを貫通し、その上端が前記第２処理ガスを供給する第２ガス供給管に接続されている請求項１～請求項４の何れか１項に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記処理容器の径方向外側端部に沿う領域に、前記第１処理ガスが供給される第１バッファ部が設けられ、
前記第１供給口は、前記第１バッファ部と連通し、前記処理容器の周方向に沿って設けられている請求項５又は請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

処理室を構成する処理容器と、
第１処理ガスを前記処理室内に供給する第１供給口を有する第１ガス供給系と、
第２処理ガスを前記処理室内に供給する第２供給口を有する第２ガス供給系と、
前記処理容器の外周に沿って設けられ、高周波電力が供給される電極により構成され、前記処理室内に供給された前記第１処理ガスをプラズマ励起するよう構成されたプラズマ生成部と、
基板を保持する基板保持台と、
を備え、
前記第２供給口は、前記処理室の天井面であって、前記第１供給口よりも前記処理容器の径方向における中央側の位置から、下方に延びるように設けられた供給管に設けられると共に、前記第１供給口よりも下方に設けられ、
前記電極は、前記処理容器の外周に巻回して設けられた共振コイルにより構成され、
前記第２供給口は、前記プラズマ生成部を構成する前記共振コイルの中点と略同一の高さに設けられる基板処理装置。

【請求項9】

第２供給口は、前記プラズマ生成部を構成する前記電極の下端よりも下方に設けられる請求項１～請求項７の何れか１項に記載の基板処理装置。

【請求項10】

前記第２供給口は、前記供給管の先端に設けられた複数の噴出口により構成される請求項１～請求項７の何れか１項に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記第２供給口は、前記基板の面の垂直方向に対して所定の角度を有する斜め下方に前記第２処理ガスを噴出するように構成された噴出口により構成される請求項１～請求項７の何れか１項に記載の基板処理装置。

【請求項12】

前記所定の角度は、前記基板の中心から、前記第２供給口からの前記第２処理ガスの噴出方向と前記基板とが交わる位置までの距離が一定となるように、前記第２供給口と前記基板との距離に応じて設定されている請求項１１に記載の基板処理装置。

【請求項13】

前記第２処理ガスは、前記第１処理ガスと組成の異なるガスである請求項１～請求項７の何れか１項に記載の基板処理装置。

【請求項14】

前記第１処理ガス及び前記第２処理ガスは、それぞれ第１ガスと第２ガスの混合ガスである請求項１～請求項７の何れか１項に記載の基板処理装置。

【請求項15】

前記第１ガスは、酸素含有ガスである請求項１４に記載の基板処理装置。

【請求項16】

前記第２ガスは、水素含有ガス又は不活性ガスの少なくともいずれかである請求項１４又は請求項１５に記載の基板処理装置。

【請求項17】

前記第１処理ガスは第１ガスで構成され、且つ第２ガスを含まないガスであり、
前記第２処理ガスは第２ガスで構成され、且つ第１ガスを含まないガスである請求項１３に記載の基板処理装置。

【請求項18】

処理室を構成する処理容器と、
第１処理ガスを前記処理室内に供給する第１供給口を有する第１ガス供給系と、
第２処理ガスを前記処理室内に供給する第２供給口を有する第２ガス供給系と、
前記処理容器の外周に沿って設けられ、高周波電力が供給される電極により構成されたプラズマ生成部と、
基板を保持する基板保持台と、
を備え、
前記第２供給口は、前記処理室の天井面であって、前記第１供給口よりも前記処理容器の径方向における中央側の位置から、下方に延びるように設けられた供給管に設けられると共に、前記第１供給口よりも下方に設けられ、
前記第２供給口は、前記プラズマ生成部を構成する前記電極の上端と下端の間に設けられ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、
前記第１供給口から前記第１処理ガスを前記処理室に供給するとともに、前記第２供給口から前記第２処理ガスを前記処理室に供給する工程と、
前記プラズマ生成部により前記処理室内に供給された前記第１処理ガスをプラズマ励起する工程と、
前記プラズマ励起された前記第１処理ガス、及び前記第２処理ガスを前記基板に供給して、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19】

処理室を構成する処理容器と、
第１処理ガスを前記処理室内に供給する第１供給口を有する第１ガス供給系と、
第２処理ガスを前記処理室内に供給する第２供給口を有する第２ガス供給系と、
前記処理容器の外周に沿って設けられ、高周波電力が供給される電極により構成されたプラズマ生成部と、
基板を保持する基板保持台と、
を備え、
前記第２供給口は、前記処理室の天井面であって、前記第１供給口よりも前記処理容器の径方向における中央側の位置から、下方に延びるように設けられた供給管に設けられると共に、前記第１供給口よりも下方に設けられ、前記第２供給口は、前記プラズマ生成部を構成する前記電極の上端と下端の間に設けられ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、
前記第１供給口から前記第１処理ガスを前記処理室に供給するとともに、前記第２供給口から前記第２処理ガスを前記処理室に供給する手順と、
前記プラズマ生成部により前記処理室内に供給された前記第１処理ガスをプラズマ励起する手順と、
前記プラズマ励起された前記第１処理ガス、及び前記第２処理ガスを前記基板に供給して、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。

【請求項20】

処理室を構成する処理容器と、
第１処理ガスを前記処理室内に供給する第１供給口を有する第１ガス供給系と、
第２処理ガスを前記処理室内に供給する第２供給口を有する第２ガス供給系と、
前記処理容器の外周に沿って設けられ、高周波電力が供給される電極により構成され、前記処理室内に供給された前記第１処理ガスをプラズマ励起するよう構成されたプラズマ生成部と、
基板を保持する基板保持台と、
を備え、
前記第２供給口は、前記処理室の天井面であって、前記第１供給口よりも前記処理容器の径方向における中央側の位置から、下方に延びるように設けられた供給管に設けられると共に、前記第１供給口よりも下方に設けられ、
前記電極は、前記処理容器の外周に巻回して設けられた共振コイルにより構成され、
前記第２供給口は、前記プラズマ生成部を構成する前記共振コイルの中点と略同一の高さに設けられ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、
前記第１供給口から前記第１処理ガスを前記処理室に供給するとともに、前記第２供給口から前記第２処理ガスを前記処理室に供給する工程と、
前記プラズマ生成部により前記処理室内に供給された前記第１処理ガスをプラズマ励起する工程と、
前記プラズマ励起された前記第１処理ガス、及び前記第２処理ガスを前記基板に供給して、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21】

処理室を構成する処理容器と、
第１処理ガスを前記処理室内に供給する第１供給口を有する第１ガス供給系と、
第２処理ガスを前記処理室内に供給する第２供給口を有する第２ガス供給系と、
前記処理容器の外周に沿って設けられ、高周波電力が供給される電極により構成され、前記処理室内に供給された前記第１処理ガスをプラズマ励起するよう構成されたプラズマ生成部と、
基板を保持する基板保持台と、
を備え、
前記第２供給口は、前記処理室の天井面であって、前記第１供給口よりも前記処理容器の径方向における中央側の位置から、下方に延びるように設けられた供給管に設けられると共に、前記第１供給口よりも下方に設けられ、
前記電極は、前記処理容器の外周に巻回して設けられた共振コイルにより構成され、
前記第２供給口は、前記プラズマ生成部を構成する前記共振コイルの中点と略同一の高さに設けられ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、
前記第１供給口から前記第１処理ガスを前記処理室に供給するとともに、前記第２供給口から前記第２処理ガスを前記処理室に供給する手順と、
前記プラズマ生成部により前記処理室内に供給された前記第１処理ガスをプラズマ励起する手順と、
前記プラズマ励起された前記第１処理ガス、及び前記第２処理ガスを前記基板に供給して、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、基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

フラッシュメモリ等の半導体装置のパターンを形成する際、製造工程の一工程として、基板に酸化処理や窒化処理等の所定の処理を行う工程が実施される場合がある。

【0003】

例えば、特開２０１４－７５５７９号公報には、プラズマ励起した処理ガスを用いて基板上に形成されたパターン表面を改質処理することが開示されている。処理室の上部には、ガス供給部が設けられ、反応ガスを処理室内へ供給できるように構成されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した従来例では、１種類のガス又は事前に混合された複数種類のガスが、一定のガス濃度でガス供給部のガス吹出口から供給され、プラズマ励起されて基板に到達する。
しかしながら、処理ガスが処理室内に均等なガス濃度で拡散されたとしても、処理室内に生成されるプラズマの分布によって、基板の面内に対して所望の分布でプラズマ処理を行うことができないことがある。
本開示の目的は、基板の面内に対して所望の分布でプラズマ処理を行うことを可能にすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によれば、処理室を構成する処理容器と、第１処理ガスを前記処理室内に供給する第１供給口を有する第１ガス供給系と、前記第１処理ガスと組成の異なる第２処理ガスを前記処理室内に供給する第２供給口を有する第２ガス供給系と、前記処理容器の外周に沿うように設けられ、高周波電力が供給される電極により構成され、前記処理室内に供給された前記第１処理ガスをプラズマ励起するよう構成されたプラズマ生成部と、基板を保持する基板保持台と、を備え、前記第２供給口は、前記処理室の天井面であって、前記第１供給口よりも前記処理容器の径方向における中央側の位置から、下方に延びるように設けられた供給管の下端部に設けられると共に、前記第１供給口よりも下方に設けられている技術が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、基板の面内に対して所望の分布でプラズマ処理を行うことを可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の一実施形態に係る基板処理装置において、プラズマ生成のためにＩＣＰ電極を用いた例を示す概略断面図である。

【図2】本開示の一実施形態に係る基板処理装置のプラズマ生成原理を説明する説明図である。

【図3】本開示の一実施形態に係る基板処理装置の制御部（制御手段）の構成を示す図である。

【図4】本開示の一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。

【図5】本開示の一実施形態に係る基板処理装置において、プラズマ生成部にＭＭＴ方式を用いた例を示す概略断面図である。

【図6】ノズルの他の例を示す拡大断面図である。

【図7】本開示の一実施形態に係る基板処理装置において、ノズルがプラズマ生成領域よりも上方に設けられた例を示す概略断面図である。

【図8】本開示の一実施形態に係る基板処理装置において、ノズルがプラズマ生成領域の下方に設けられた例を示す概略断面図である。

【図9】本開示の一実施形態に係る基板処理装置の変形例を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示を実施するための形態を図面に基づき説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一又は同様の構成要素であることを意味する。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。また、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。

【0009】

（１）基板処理装置の構成
本開示の第１実施形態に係る基板処理装置について、図１を用いて以下に説明する。本実施形態に係る基板処理装置１００は、主に基板面上に形成された膜に対して例えば酸化処理を行うように構成されている。基板処理装置１００は、処理容器２０３と、第１ガス供給系としての第１ガス供給部１１００と、第２ガス供給系としての第２ガス供給部１２００と、プラズマ生成部１０４０と、基板保持台としてのサセプタ２１７と、を備えている。

【0010】

（処理室）
基板処理装置１００は、基板としてのウエハ２００をプラズマを用いて処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２には、処理室２０１を構成する処理容器２０３が設けられている。処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被さることにより、処理室２０１が形成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）または石英（ＳｉＯ₂）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。

【0011】

処理室２０１の天井面、換言すれば上側容器２１０の天井面は、例えばプレート１００４で構成されている。プレート１００４の上方には、プレート１００４の上面に対向する下面を有する蓋部１０１２が設けられている。

【0012】

また、下側容器２１１の下部側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４は、開いているとき、搬送機構（図示せず）を用いて、搬入出口２４５を介して、処理室２０１内へウエハ２００を搬入したり、処理室２０１外へとウエハ２００を搬出したりすることができるように構成されている。ゲートバルブ２４４は、閉まっているときには、処理室２０１内の気密性を保持する仕切弁となるように構成されている。

【0013】

処理室２０１は、周囲に共振コイル２１２が設けられているプラズマ生成空間２０１ａと、プラズマ生成空間２０１ａに連通し、ウエハ２００が処理される基板処理空間２０１ｂを有する。プラズマ生成空間２０１ａはプラズマが生成される空間であって、処理室の内、共振コイル２１２の下端より上方であって、且つ共振コイル２１２の上端より下方の空間を言う。一方、基板処理空間２０１ｂは、基板がプラズマを用いて処理される空間であって、共振コイル２１２の下端より下方の空間を言う。本実施形態では、プラズマ生成空間２０１ａと基板処理空間２０１ｂの水平方向の径は略同一となるように構成されている。

【0014】

（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を載置する基板載置部（基板保持台）を構成するサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料から形成されている。

【0015】

サセプタ２１７の内部には、加熱機構としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれている。ヒータ２１７ｂは、電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃から７５０℃程度まで加熱することができるように構成されている。

【0016】

サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。インピーダンス調整電極２１７ｃはサセプタ２１７内部に設けられており、インピーダンス調整部としてのインピーダンス可変機構２７５を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７５はコイルや可変コンデンサにより構成されており、コイルのインダクタンス及び抵抗並びに可変コンデンサの容量値を制御することにより、インピーダンスを変化させることができるように構成されている。これによって、インピーダンス調整電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御できる。なお、本実施形態においてインピーダンス調整電極２１７ｃを用いたバイアス電圧制御を行うか、もしくは行わないかは任意に選択することができる。

【0017】

サセプタ２１７には、サセプタを昇降させる駆動機構を備えるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。また、サセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられるとともに、下側容器２１１の底面にはウエハ突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａとウエハ突上げピン２６６は互いに対向する位置に、少なくとも各３箇所ずつ設けられている。サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、ウエハ突上げピン２６６が貫通孔２１７ａを突き抜けるように構成されている。

【0018】

主に、サセプタ２１７及びヒータ２１７ｂ、電極２１７ｃにより、本実施形態に係る基板載置部が構成されている。

【0019】

（第１ガス供給部）
第１ガス供給系としての第１ガス供給部１１００は、第１処理ガスを処理室２０１内に供給する第１供給口１０２２を有している。以下において、第１ガス供給部１１００から供給されるガスを第１処理ガスと称する。処理室２０１の中央上方には、処理室２０１の天井面を構成するプレート１００４と、プレート１００４の上面に対向する下面を有する蓋部１０１２とが設けられている。プレート１００４及び蓋部１０１２は、光を透過する材料、例えば透明石英で構成されている。蓋部１０１２の上部には、処理室２０１内を加熱するためのランプヒータ１００２が設けられている。ランプヒータ１００２から放射される光は、蓋部１０１２及びプレート１００４を通じて処理室２０１内に届くようになっている。

【0020】

処理容器２０３の上端の径方向外側端部に沿う領域には、第１処理ガスが供給される第１バッファ部１０１８が設けられている。一例として、処理容器２０３の上にはマニホールド１００６が取り付けられており、該マニホールド１００６に第１バッファ部１０１８が設けられている。第１バッファ部１０１８は、プレート１００４の周囲に環状に形成されている。基板処理時には、第１バッファ部１０１８は減圧された空間となる。第１バッファ部１０１８には、第１処理ガスが供給されるようになっている。第１供給口１０２２は、第１バッファ部１０１８と連通し、処理容器２０３の周方向に沿って設けられている。この第１供給口１０２２を通じて、第１バッファ部１０１８から処理室２０１内に第１処理ガスを供給することにより、第１処理ガスを処理容器２０３の週方向において均等に供給することができる。

【0021】

第１処理ガスは、例えば第１ガスと第２ガスの混合ガスである。第１ガスは、プラズマ励起することで酸素活性種を生成するガス、つまり酸素含有ガスである。酸素含有ガスとしては、酸素（Ｏ₂）、オゾン（Ｏ₃）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、一酸化窒素（ＮＯ）の少なくともいずれか、又はこれらの混合ガスが例示される。第２ガスは、水素含有ガス又は不活性ガスの少なくともいずれかである。本実施形態では、第２ガスとして水素含有ガスを用いる。水素含有ガスとしては、水素（Ｈ₂）、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂Ｏ₂の少なくともいずれか、又はこれらの混合ガスが例示される。不活性ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガス、若しくは窒素（Ｎ₂）の少なくともいずれか、又はこれらの混合ガスが例示される。なお、第１処理ガスは、第１ガスで構成され、且つ第２ガスを含まないガスであってもよい。なお、第１処理ガス及び第２処理ガス中の酸素と水素の比率を容易に調整可能であるという観点からは、酸素含有ガスとしてＯ₂又はＯ₃の少なくともいずれか、水素含有ガスとしてＨ₂を好適に用いることができる。

【0022】

ガス導入路１０２０には、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、不活性ガス（例えばＮ₂ガス）を供給する不活性ガス供給管２３２ｃと、が合流するように接続されている。酸素含有ガス供給管２３２ａには、酸素含有ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５２ａ、開閉弁としてのバルブ２５３ａが設けられている。水素含有ガス供給管２３２ｂには、水素含有ガス供給源２５０ｂ、ＭＦＣ２５２ｂ、バルブ２５３ｂが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｃには、不活性ガス供給源２５０ｃ、ＭＦＣ２５２ｃ、バルブ２５３ｃが設けられている。酸素含有ガス供給管２３２ａと水素含有ガス供給管２３２ｂと不活性ガス供給管２３２ｃとが合流した下流側には、バルブ２４３ａが設けられ、ガス導入路１０２０の上流端に接続されている。バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａを開閉させ、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、酸素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給管２３２ｃを介して、酸素含有ガス、水素ガス含有ガス、不活性ガス等の処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。

【0023】

主に、第１供給口１０２２、酸素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａにより、本実施形態に係る第１ガス供給系としての第１ガス供給部１１００が構成されている。第１ガス供給部１１００は、処理室２０１内に、酸素を含有する酸化種源としてのガスを供給するよう構成されている。

【0024】

（第２ガス供給部）
第２ガス供給系としての第２ガス供給部１２００は、第１処理ガスと組成の異なる第２処理ガスを処理室２０１内に供給する第２供給口としてのノズル孔１００８ａを有する。ノズル孔１００８ａは、天井面を構成するプレート１００４の中央から下方に延びるように設けられた供給管としてのノズル１００８に設けられている。また、ノズル孔１００８ａは、第１供給口１０２２よりも下方に設けられている。以下において、第２ガス供給部１２００から供給されるガスを第２処理ガスと称する。図１に示されるように、プレート１００４の上面と蓋部１０１２の下面との間には、第２処理ガスが供給される第２バッファ部１０２８が設けられている。ノズル１００８の上端は、第２バッファ部１０２８に接続されている。第２バッファ部１０２８を介して処理室２０１内に第２処理ガスを供給する構造とすることにより、例えばランプヒータ１００２のような部品を蓋部１０１２の上方に配置する必要ある場合においても、簡易な構成で第２処理ガスをプレート１００４の中央から供給できるようになっている。

【0025】

図１においては、ノズル孔１００８ａは、プラズマ生成部１０４０を構成する電極の上端と下端の間に設けられている。また、ノズル孔１００８ａは、プラズマ生成領域の上端と下端の間に設けられている。プラズマ生成領域は、プラズマＰが生成される領域であり、詳細は後述する。また、ノズル孔１００８ａは、後述するプラズマ生成部１０４０を構成する共振コイル２１２の中点と略同一の高さに設けられてもよい。換言すれば、ノズル孔１００８ａは、共振コイル２１２に供給される高周波電力の波長λに対し、λ又はλ/２の共振コイル２１２の中点に形成されるリング状プラズマと同じ高さに設けられてもよい。

【0026】

更に、図７に示されるように、ノズル孔１００８ａは、プラズマ生成部を構成する電極の上端よりも上方に設けられていてもよい。また、ノズル孔１００８ａは、プラズマ生成領域の上端よりも上方に設けられていてもよい。

【0027】

また、図１において、ノズル孔１００８ａは、処理室２０１内における処理容器２０３の内周に沿って筒状又は円環状に形成されるプラズマ生成領域の内周よりも、処理容器２０３の径方向において内側に位置するように設けられている。図７や図８に示す場合についても同様である。つまり、本実施形態では、ノズル１００８及びノズル孔１００８ａは、第２処理ガスを、処理容器２０３の内周に沿って筒状又は円環状に形成されるプラズマ生成領域の内周よりも、処理容器２０３の径方向において内側の領域に対して供給するように設けられている。

【0028】

更に、図８に示されるように、ノズル孔１００８ａは、プラズマ生成部１０４０を構成する電極の下端よりも下方に設けられていてもよい。また、ノズル孔１００８ａは、プラズマ生成領域の下端よりも下方に設けられていてもよい。この場合、サセプタ２１７は、基板処理時に、該サセプタ２１７に保持されたウエハ２００が電極の下端よりも下方に位置するように制御される。

【0029】

図８に示されるように、ノズル孔１００８ａは、ノズル１００８の先端に設けられた複数の噴出口１００８ｂにより構成されてもよい。この噴出口１００８ｂは、例えばウエハ１００の面の垂直方向に対して所定の角度θを有する斜め下方に第２処理ガスを噴出するように構成されている。所定の角度θは、ウエハ２００の中心から、ノズル孔１００８ａからの第２処理ガスの噴出方向とウエハ２００とが交わる位置までの距離ｒが一定となるように、ノズル孔１００８ａとウエハ２００との距離ｈに応じて設定されている（図７、図８参照）。これにより、所定の角度θは、ノズル孔１００８ａとウエハ１００の上面との距離が短いほど大きくなり、長いほど小さくなるように定められている。距離ｒを一定とすることで、距離ｈを変化させる際のパラメータの数を少なくし、後述する処理室２０１内の水素濃度分布の制御を容易とすることができる。

【0030】

図８に示される例では、ノズル１００８の先端（下端）が閉じられており、ノズル１００８の先端付近の外周面に複数の噴出口１００８ｂが形成されている。ノズル１００８の軸方向Ｓに対する噴出口１００８ｂの角度が、上記した所定の角度θに設定されている。角度θは９０°未満とすることにより、噴出口１００８ｂから噴出させた第２処理ガスをウエハ２００の表面に向かって直接供給することができる。角度θを９０°以上とした場合、噴出口１００８ｂから噴出させた第２処理ガスをウエハ２００の表面に向かって直接供給することができないため、ウエハ２００の処理面の近傍空間における第２処理ガスの濃度分布（より具体的には水素の濃度分布）を調整することが困難となる。

【0031】

また、距離ｈ又は角度θの少なくともいずれかを調整することにより、噴出口１００８ｂから噴出させた第２処理ガスが直接供給される、ウエハ２００の処理面を含む平面領域の広さを調整することができる。例えば、第２処理ガスが直接供給される当該平面領域は、ウエハ２００の処理面内の領域、より好ましくは、ウエハ２００の外縁を含まないウエハ２００の処理面内の領域とすることができる。このように第２処理ガスが直接供給される平面領域の大きさをウエハ２００の処理面内の領域に調整することにより、ウエハ２００の処理面の近傍空間における第２処理ガスの濃度分布の調整が容易になる。

【0032】

ノズル孔１００８ａは、第２処理ガスをウエハ２００に対して直接噴射する、又はウエハ２００の上の空間に直接供給するように構成されている。換言すれば、ノズル孔１００８ａとウエハ２００との間には、ガス拡散板等の構成が設けられていない。

【0033】

なお、ノズル孔１００８ａは、ノズル１００８の先端（下端）に設けられるものに限られず、ノズル１００８の軸方向Ｓの中間部に設けられてもよい。また、例えばノズル１００８の突出量を変化させてノズル孔１００８ａの高さ位置を調整可能な構成としてもよい。

【0034】

第２処理ガスは、例えば第１ガスと第２ガスの混合ガスである。なお、第２処理ガスは、第２ガスで構成され、且つ第１ガスを含まないガスであってもよい。さらに第１処理ガスを第１ガスで構成し、且つ第２ガスを含まないガスとすることにより、簡易な供給系で後述する処理室２０１内の水素濃度の調整を行うことができる。

【0035】

ガス導入路１０３０には、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ｄの下流端と、水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｅの下流端と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｆと、が合流するように接続されている。酸素含有ガス供給管２３２ｄには、酸素含有ガス供給源２５０ｄ、ＭＦＣ２５２ｄ、バルブ２５３ｄが設けられている。水素含有ガス供給管２３２ｅには、水素含有ガス供給源２５０ｅ、ＭＦＣ２５２ｅ、バルブ２５３ｅが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｆには、不活性ガス供給源２５０ｆ、ＭＦＣ２５２ｆ、バルブ２５３ｆが設けられている。酸素含有ガス供給管２３２ｄと水素含有ガス供給管２３２ｅと不活性ガス供給管２３２ｆとが合流した下流側には、バルブ２４３ｃが設けられ、ガス導入路１０３０の上流端に接続されている。バルブ２５３ｄ，２５３ｅ，２５３ｆ，２４３ｃを開閉させ、ＭＦＣ２５２ｄ，２５２ｅ，２５２ｆによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、酸素含有ガス供給管２３２ｄ、水素含有ガス供給管２３２ｅ、不活性ガス供給管２３２ｆを介して、酸素含有ガス、水素ガス含有ガス、不活性ガス等の処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。

【0036】

主に、ノズル１００８、ノズル孔１００８ａ、酸素含有ガス供給管２３２ｄ、水素含有ガス供給管２３２ｅ、不活性ガス供給管２３２ｆ、ＭＦＣ２５２ｄ，２５２ｅ，２５２ｆ、バルブ２５３ｄ，２５３ｅ，２５３ｆ，２４３ｃにより、本実施形態に係る第２ガス供給系としての第２ガス供給部１２００が構成されている。第２ガス供給部１２００により処理室２０１内に供給された第２処理ガスは、水素を含有する水素濃度を調整するための水素濃度調整ガスとして機能する。

【0037】

第１ガス供給部１１００は、処理室２０１の内壁に沿ったプラズマ生成空間２０１ａ（後述）内の第１の領域である外周領域に、第１処理ガスを供給するよう構成されている。また、第２ガス供給部１２００は、外周領域に囲まれた領域であって、プラズマ生成空間２０１ａ内の第２の領域である中央領域に、第２処理ガスを供給するよう構成されている。つまり、第１処理ガスは、処理室２０１内の外周領域に供給され、第２処理ガスは、ウエハ２００の処理面の上方領域を含み、且つ外周領域とはウエハ２００の面方向において異なる領域である中央領域に供給される。処理室２０１内の空間は、処理室２０１の内壁に沿った外周領域と、外周領域に囲まれた中央領域とで構成されている。

【0038】

第１ガス供給部１１００と第２ガス供給部１２００によれば、第１ガスおよび第２ガスそれぞれについて、酸素含有ガスと水素含有ガスの混合比（流量比）やその総流量を調整することが可能である。よって、処理室２０１内の外周領域と中央領域との各領域に供給される酸素含有ガスと水素含有ガスの混合比やその総流量を、より一般的には、処理室２０１内の外周領域と中央領域との各領域に供給される酸素元素と水素元素の比率やその総流量を調整することが可能である。

【0039】

なお、第２ガス供給部１２００の構成はこれに限られず、例えば図９に示される変形例のような構成とすることも可能である。この変形例では、処理室２０１の天井面を構成するプレート１００４を備え、ノズル１００８はプレート１００４に接続され、又はプレート１００４を貫通し、その上端が第２処理ガスを供給する第２ガス供給管２３４に接続されている。つまり、図１における第１バッファ部１０１８が省略されている。

【0040】

（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から反応ガスなどを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、開閉弁としてのバルブ２４３ｂ、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。

【0041】

主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４２、バルブ２４３ｂにより、本実施形態に係る排気部が構成されている。尚、真空ポンプ２４６を排気部に含めても良い。

【0042】

（プラズマ生成部（ＩＣＰ方式））
プラズマ生成部１０４０は、処理容器２０３の外周に沿って設けられ、高周波電力が供給される電極により構成され、処理室２０１内に供給された第１処理ガス及び第２処理ガスをプラズマ励起するよう構成されている。電極は、例えば、処理容器２０３の外周に巻回して設けられた共振コイル２１２により構成される。
具体的には、処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外側には、処理室２０１を囲うように、高周波電極としての、螺旋状の共振コイル２１２が設けられている。共振コイル２１２には、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、高周波電源２７３のインピーダンスや出力周波数の整合を行う整合器２７４が接続される。

【0043】

高周波電源２７３は、共振コイル２１２に高周波電力（ＲＦ電力）を供給するものである。ＲＦセンサ２７２は高周波電源２７３の出力側に設けられ、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタする。ＲＦセンサ２７２によってモニタされた反射波電力は整合器２７４に入力され、整合器２７４は、ＲＦセンサ２７２から入力された反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源２７３のインピーダンスや出力される高周波電力の周波数を制御する。

【0044】

共振コイル２１２は、所定の波長の定在波を形成するため、一定の波長で共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル２１２の電気的長さは、高周波電源２７３から供給される高周波電力の所定周波数における１波長の１／２、又は整数倍に相当する長さに設定される。

【0045】

具体的には、印加する電力や発生させる磁界強度または適用する装置の外形などを勘案し、共振コイル２１２は、例えば、８００ｋＨｚ～５０ＭＨｚ、０．１～５ＫＷの高周波電力によって０．０１～１０ガウス程度の磁場を発生し得る様に、５０～３００ｍｍ²の有効断面積であって且つ２００～５００ｍｍのコイル直径とされ、プラズマ生成空間２０１ａの外周側に２～６０回程度巻回される。なお、本明細書における「８００ｋＨｚ～５０ＭＨｚ」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。例えば、「８００ｋＨｚ～５０ＭＨｚ」とは「８００ｋＨｚ以上５０ＭＨｚ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

【0046】

共振コイル２１２の両端は電気的に接地され、そのうちの少なくとも一端は、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に共振コイル２１２の電気的長さを微調整するため、可動タップ２１３を介して接地される。図１中の符号２１４は他方の固定グランドを示す。可動タップ２１３は、共振コイル２１２の共振特性を高周波電源２７３と略等しくするように位置が調整される。さらに、共振コイル２１２の接地された両端の間には、可動タップ２１５によって給電部が構成される。

【0047】

遮蔽板１２２３は、共振コイル２１２の外側の電界を遮蔽するために設けられる。

【0048】

主に、共振コイル２１２、ＲＦセンサ２７２、整合器２７４により、本実施形態に係るプラズマ生成部１０４０が構成されている。尚、プラズマ生成部１０４０として高周波電源２７３を含めても良い。

【0049】

ここで、本実施形態に係る装置のプラズマ生成原理および生成されるプラズマの性質について図２を用いて説明する。本実施形態におけるプラズマ生成部１０４０は、以下の通り、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式によりプラズマを生成するように構成されている。

【0050】

本実施形態においては、プラズマ発生時の共振コイル２１２における共振のずれを電源側で補償するため、プラズマが発生した際の共振コイル２１２からの反射波電力をＲＦセンサ２７２において検出し、検出された反射波電力に基づいて整合器２７４が高周波電源２７３の出力を補正する機能を有する。

【0051】

具体的には、整合器２７４は、ＲＦセンサ２７２において検出されたプラズマが発生した際の共振コイル２１２からの反射波電力に基づいて、反射波電力が最小となる様に高周波電源２７３のインピーダンス或いは出力周波数を増加または減少させる。

【0052】

本実施形態における共振コイル２１２では、共振コイル２１２の電気的長さが、高周波電力の所定周波数における１波長の１／２、又は整数倍に相当する長さに設定されており、図２に示す様に、プラズマを含む当該共振コイルの実際の共振周波数による高周波電力が供給されるので、位相電圧と逆位相電圧が常に相殺される状態の定在波が形成される。共振コイル２１２の電気的長さが高周波電力の波長と同じ場合、コイルの電気的中点（電圧がゼロのノード）に最も高い位相電流が生起される。従って、電気的中点の近傍においては、処理室壁やサセプタ２１７との容量結合が殆どなく、電気的ポテンシャルの極めて低いリング状の誘導プラズマが形成される。

【0053】

かかる構成により、処理室２０１の外周に巻回するように共振コイル２１２が設けられている為、共振コイル２１２に高周波電力が供給されることにより、共振コイル２１２に近傍であって、処理室２０１における処理容器２０３の内周に沿ったプラズマ生成領域に筒状又は円環状のプラズマＰが生成される。すなわち、この筒状又は円環状のプラズマＰは処理室２０１内の外周領域内に生成される。特に本実施形態では、共振コイル２１２の電気的中点が位置する高さ、すなわち共振コイル２１２の上端と下端の中間高さ位置に円環状のプラズマＰが生成される。

【0054】

（プラズマ生成部（ＭＭＴ方式））
プラズマ生成部１０４０は、ＩＣＰ方式に限られず、図５に示されるように、ＭＭＴ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）方式によりプラズマを生成する構成であってもよい。

【0055】

プラズマ生成電極に高周波電力を印加して電界を形成すると共に、磁界を形成してマグネトロン放電を発生させる。これにより、プラズマ生成電極から放出された電子が、ドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することで長寿命となって、電離生成率を高めることができる。したがって、ＭＭＴ装置は高密度プラズマを生成可能である。

【0056】

ＭＭＴ装置は、処理ガスを励起分解させて、例えば基板表面又は基板に形成された薄膜を酸化や窒化したり、基板上に薄膜を形成したり、基板表面をエッチングしたりする等、各種のプラズマ処理を施すことができる。

【0057】

処理容器２０３（上側容器２１０）の外周側には、放電機構として筒状、例えば円環状又は円筒状に形成されたプラズマ生成電極１２１５が設けられている。プラズマ生成電極１２１５は、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。プラズマ生成電極１２１５には、インピーダンスの整合を行うインピーダンス整合器１２７２を介して高周波電力を印加する高周波電源２７３が接続されている。プラズマ生成電極１２１５とインピーダンス整合器１２７２との間には、プラズマ生成電極１２１５のピーク間電圧を測定する電圧測定部１２７０が接続されている。電圧測定部１２７０で測定されたプラズマ生成電極１２１５のピーク間電圧値等のデータは、後述のコントローラ２２１へ出力されるようになっている。主に、プラズマ生成電極１２１５、インピーダンス整合器１２７２、及び高周波電源２７３によりプラズマ生成部１０４０が構成されている。なお、電圧測定部１２７０、インピーダンス整合器１２７２、及び高周波電源２７３は、後述のコントローラ２２１に接続されている。

【0058】

また、プラズマ生成電極１２１５の外表面の上下端近傍には、磁界形成機構として筒状、例えば円環状又は円筒状に形成された上部磁石１２１６ａ及び下部磁石１２１６ｂが、プラズマ生成電極１２１５を上下から挟むように配置されている。上部磁石１２１６ａ及び下部磁石１２１６ｂは、例えば永久磁石により構成されている。上部磁石１２１６ａ及び下部磁石１２１６ｂは、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を有する。これら上部磁石１２１６ａ及び下部磁石１２１６ｂは、磁極の向きが互いに逆向きになるように設けられている。つまり、これら内周部の磁極同士が互いに異極になっている。これにより、上部磁石１２１６ａ及び下部磁石１２１６ｂの内周面に沿って円筒軸方向に磁力線が形成可能である。

【0059】

（制御部）
制御部としてのコントローラ２２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２、バルブ２４３ｂ及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてヒータ電力調整機構２７６及びインピーダンス可変機構２７５を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｅを通じてＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３及び整合器２７４を、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２ａ～２５２ｆ及びバルブ２５３ａ～２５３ｆ，２４３ａ，２４３ｃを、それぞれ制御するように構成されている。

【0060】

図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ２２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２２１ｂ、記憶装置２２１ｃ、Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、内部バス２２１ｅを介して、ＣＰＵ２２１ａ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２２１には、例えばタッチパネルやディスプレイ等として構成された入出力装置２２２が接続されている。

【0061】

記憶装置２２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２２１ｃ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、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプログラム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、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ２２１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、このプログラム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。なお、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、プログラム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、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２２１ｂは、ＣＰＵ２２１ａ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。

【0062】

Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、上述のＭＦＣ２５２ａ～２５２ｆ、バルブ２５３ａ～２５３ｆ，２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ、ゲートバルブ２４４、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４６、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、整合器２７４、サセプタ昇降機構２６８、インピーダンス可変機構２７５、ヒータ電力調整機構２７６、等に接続されている。

【0063】

ＣＰＵ２２１ａは、記憶装置２２１ｃからの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２２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２２１ａは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、Ｉ／Ｏポート２２１ｄ及び信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２の開度調整動作、バルブ２４３ｂの開閉動作、及び真空ポンプ２４６の起動・停止を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８の昇降動作を、信号線Ｃを通じてヒータ電力調整機構２７６によるヒータ２１７ｂへの供給電力量調整動作や、インピーダンス可変機構２７５によるインピーダンス値調整動作を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４の開閉動作を、信号線Ｅを通じてＲＦセンサ２７２、整合器２７４及び高周波電源２７３の動作を、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２ａ～２５２ｆによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ～２５３ｆ，２４３ａ，２４３ｃの開閉動作、等を制御するように構成されている。

【0064】

コントローラ２２１は、外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２２３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２２１ｃや外部記憶装置２２３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２２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。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２２３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。

【0065】

（半導体装置の製造方法）
半導体装置の製造方法は、基板処理装置１００の処理室２０１にウエハ２００（基板）を搬入する工程（例えば基板搬入工程Ｓ１１０）と、第１処理ガス及び第２処理ガスを処理室２０１に供給する工程（例えば反応ガス供給工程Ｓ１３０）と、ウエハ２００をプラズマ処理する工程（例えばプラズマ処理工程Ｓ１４０）と、を有する。

【0066】

基板処理装置１００は、処理室２０１を構成する処理容器２０３と、第１処理ガスを処理室２０３内に供給する第１供給口１０２２を有する第１ガス供給部１１００（第１ガス供給系）と、第１処理ガスと組成の異なる第２処理ガスを処理室２０１内に供給するノズル孔１００８ａ（第２供給口）を有する第２ガス供給部１２００（第２ガス供給系）と、処理容器２０３の外周に沿って設けられ、高周波電力が供給される電極により構成され、処理室２０１内に供給された第１処理ガスをプラズマ励起するよう構成されたプラズマ生成部１０４０と、ウエハ２００（基板）を保持するサセプタ２１７（基板保持台）と、を備え、ノズル孔１００８ａは、処理室２０１の天井面であって、前記第１供給口よりも前記処理容器の径方向における中央側の位置（より具体的には天井面の中央）から、下方に延びるように設けられたノズル１００８に設けられると共に、第１供給口１０２２よりも下方に設けられている。

【0067】

（２）基板処理工程
次に、本実施形態に係る基板処理工程について、上述の基板処理装置１００を用いて、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、例えばシリコン（Ｓｉ）含有膜が形成されたウエハ２００の表面を酸化して例えばシリコン酸化（ＳｉＯ）膜を形成する方法の例について説明する。以下の説明において、基板処理装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ２２１により制御される。

【0068】

（基板搬入工程Ｓ１１０）

【0069】

まず、上記のウエハ２００を処理室２０１内に搬入して収容する。具体的には、サセプタ昇降機構２６８がウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させる。その結果、ウエハ突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ貫通孔２１７ａから突出した状態となる。

【0070】

続いて、ゲートバルブ２４４を開き、処理室２０１に隣接する真空搬送室から、ウエハ搬送機構（図示せず）を用いて処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。搬入されたウエハ２００は、ウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。そして、サセプタ昇降機構２６８がサセプタ２１７を上昇させることにより、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に支持される。

【0071】

（昇温・真空排気工程Ｓ１２０）
続いて、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の昇温を行う。ヒータ２１７ｂは予め加熱されており、ヒータ２１７ｂが埋め込まれたサセプタ２１７上にウエハ２００を保持することで、例えば１５０～７５０℃の範囲内の所定値にウエハ２００を加熱する。また、ランプヒータ１００２によっても処理室２０１が加熱される。また、ウエハ２００の昇温を行う間、真空ポンプ２４６によりガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内の圧力を所定の値とする。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述の基板搬出工程Ｓ１６０が終了するまで作動させておく。

【0072】

（反応ガス供給工程Ｓ１３０）
次に、第１ガス供給部１１００から処理室２０１の外周領域に、酸素を含有する酸化種源ガスである第１処理ガスとしての酸素含有ガスと水素含有ガスの混合ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ａ及びバルブ２５３ｂを開け、ＭＦＣ２５２ａ及びＭＦＣ２５２ｂにて流量制御しながら、ガス吹出口２３９を介して処理室２０１内へ第１処理ガスの供給を開始する。

【0073】

ＭＦＣ２５２ａ及びＭＦＣ２５２ｂにて流量制御を行うことにより、第１処理ガスの総流量および第１処理ガスの組成（特に水素の含有率）の少なくとも一方が調整される。本実施形態では、水素含有ガスと酸素含有ガスの混合比（流量比）を変えることで第１処理ガスの組成を容易に調整することが可能である。

【0074】

このとき、酸素含有ガスとして例えばＯ₂ガスを、水素含有ガスとして例えばＨ₂ガスを用いる場合、第１処理ガスの総流量を、例えば１０００～１００００ｓｃｃｍとし、第１処理ガス中の酸素含有ガスの流量を、例えば２０～４０００ｓｃｃｍ、好ましくは２０～２０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。また、第１処理ガス中の水素含有ガスの流量を、例えば２０～１０００ｓｃｃｍ、好ましくは２０～５００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。第１処理ガスに含まれる水素と酸素の含有比率は、０：１００～９５：５の範囲の所定の値とする。

【0075】

処理室２０１の外周領域であって、後述するプラズマ処理工程Ｓ１４０において形成されるリング状のプラズマが生成される領域に対して直接第１処理ガスを供給することが望ましい。

【0076】

同時に、第２ガス供給部１２００から処理室２０１の中央領域に、水素濃度調整ガスである第２処理ガスとしての酸素含有ガスと水素含有ガスの混合ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ｄ及びバルブ２５３ｅを開け、ＭＦＣ２５２ｄ及びＭＦＣ２５２ｅにて流量制御しながら、ノズル１００８に設けられたノズル孔１００８ａを介して処理室２０１内へ第２処理ガスの供給を開始する。

【0077】

ＭＦＣ２５２ｄ及びＭＦＣ２５２ｅにて流量制御を行うことにより、第２処理ガスの総流量および第２処理ガスの組成（特に水素の含有率）の少なくとも一方が調整される。第１処理ガスと同様に、酸素含有ガスと水素含有ガスの混合比を変えることで第２処理ガスの組成を容易に調整することが可能である。

【0078】

このとき、酸素含有ガスとして例えばＯ₂ガスを、水素含有ガスとして例えばＨ₂ガスを用いる場合、第２処理ガスの総流量を、第１処理ガスの総流量と同等又はそれ以下であって、例えば１００～５０００ｓｃｃｍとし、第２処理ガス中の酸素含有ガスの流量を、例えば０～５０００ｓｃｃｍ、好ましくは０～５００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。また、第２処理ガス中の水素含有ガスの流量を、例えば０～５０００ｓｃｃｍ、好ましくは０～５００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。本実施形態では、第２処理ガスに含まれる水素含有ガスの比率（すなわち第１処理ガスの水素含有率）を０～１００％の範囲内の所定値とする。第２処理ガスの流量が第１処理ガスの流量よりも大きい場合、処理室２０１内のプラズマ生成領域における水素と酸素の濃度や含有比率が第２処理ガスによる影響を大きく受けるため、プラズマ生成領域におけるプラズマ励起の制御やプラズマにより生成される酸化種の生成制御などが困難となるためである。

【0079】

すなわち、本実施形態では、コントローラ２２１は、少なくともＭＦＣ２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｄ、２５２ｅを制御して、第１処理ガスと第２処理ガスにおける第１ガスと第２ガスの濃度比、又は前記第１処理ガスと前記第２処理ガスの流量比の少なくとも一方を調整する。

【0080】

本実施形態では、ノズル孔１００８ａから水素を含む第２処理ガスを供給することで、プラズマ励起により生成される活性種によりウエハ２００の表面に対する処理を行う際、当該処理による基板面内分布を調整することが容易となる。換言すれば、面内分布の制御性を向上させることができる。

【0081】

処理室２０１内で生成されるプラズマ密度に偏り、特に処理室２０１の中央を中心とした径方向の偏りが生じる場合において、プラズマ密度によるウエハ２００の表面に対する処理の面内分布の偏りを調整、具体的には、低減等することが容易となる。

【0082】

また、ノズル１００８を処理室２０１の天井面であるプレート１００４から下方に延びるように設けることにより、プラズマ生成部１０４０の電極（例えば、共振コイル２１２）を処理容器２０３の側方に配置した場合であっても、ノズル１００８と電極との干渉がなく、装置設計が容易となる。

【0083】

ノズル孔１００８ａを有するノズル１００８の長さ（ノズル孔１００８ａからウエハ２００までの距離）は、第２処理ガスの流量や処理室２０１内の圧力（処理圧力）、ＲＦ電力値等の要素や、所望のプラズマ処理の基板面内分布によって、最適な値が異なる。本実施形態では、ノズル１００８の長さを変えることにより、プラズマ処理の面内分布を調整することができる。

【0084】

ノズル１００８が長いほど、つまりウエハ２００までの距離が短いほど、第２処理ガスの供給による、第１供給口１０２２から供給される第１処理ガスの処理室２０１内の流れへの影響を小さくすることができる。また、ノズル孔１００８ａとウエハ２００の表面との距離を小さくすることにより、ノズル孔１００８ａからのガス供給を用いたウエハ２００近傍の空間におけるガス分布の調整が容易となる。これらの効果を得るためには、特に、ノズル孔１００８ａを、プラズマ生成部１０４０を構成する電極の下端よりも下方に設ける、若しくは、ノズル孔１００８ａを、プラズマ生成領域の下端よりも下方に設けることが好ましい。

【0085】

一方、ノズル１００８が短いほど、つまりウエハ２００までの距離が長いほど、第２処理ガスの供給による、第１供給口１０２２から供給される第１処理ガスの処理室２０１内の流れへの影響が大きくなる。そのため、第２処理ガスの供給により、第１処理ガスの処理室２０１内の流れを調整するため、ノズル１００８を短くすることができる。これらの効果を得るためには、特に、ノズル孔１００８ａを、プラズマ生成部１０４０を構成する電極の上端よりも上方に設ける、若しくは、ノズル孔１００８ａを、プラズマ生成領域の上端よりも上方に設けることが好ましい。

【0086】

また、ノズル孔１００８ａは、プラズマ生成部１０４０を構成する電極の上端と下端の間に設けられてもよく、プラズマ生成領域の上端と下端の間に設けられてもよい。このようにノズル孔１００８ａを設けることにより、プラズマ生成領域に第２処理ガスが直接供給されることを抑制し、プラズマ生成領域における活性種の生成状態を制御することが容易となる。更にノズル孔１００８ａは、プラズマ生成部を構成する共振コイル２１２の中点と略同一の高さに設けられてもよい。このようにノズル孔１００８ａを設けることにより、最もプラズマ密度の大きいプラズマ生成領域に第２処理ガスが直接供給されることを抑制し、プラズマ生成領域における活性種の生成状態を制御することが容易となる。

【0087】

（水素の濃度分布制御）
本工程においては、第１処理ガス、第２処理ガスのそれぞれについて、流量および水素含有率の少なくとも一方を制御することにより、処理室２０１内、特にウエハ２００の処理面の近傍空間における水素濃度分布を制御することが可能である。水素濃度分布は、後述するプラズマ処理工程における酸化種の密度分布が所望のものとなるように制御される。第２処理ガスの水素含有率は、第１処理ガスの水素含有率と異なるように調整されることが望ましい。第１処理ガスとは水素含有率が異なる第２処理ガスを用いることにより、第１処理ガスと第２処理ガスの流量をそれぞれ制御して、処理室２０１内の水素濃度分布を調整することが容易になる。第２処理ガスの水素含有率を第１処理ガスの水素含有率よりも高くして調整することもでき、第１処理ガスに含まれる水素の含有率よりも低くして調整することもできる。

【0088】

処理室２０１内の圧力は、例えば５～２６０Ｐａの範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整して処理室２０１内の排気を制御する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のプラズマ処理工程Ｓ１４０の終了時まで第１処理ガスおよび第２処理ガスの供給を継続する。

【0089】

（プラズマ処理工程Ｓ１４０）
処理室２０１内の圧力が安定したら、共振コイル２１２に対して高周波電源２７３から高周波電力の印加を開始する。これにより、第１処理ガスが供給されているプラズマ生成空間２０１ａ内に高周波電磁界が形成され、係る電磁界により、プラズマ生成空間の共振コイル２１２の電気的中点に相当する高さ位置に、最も高いプラズマ密度を有するリング状の誘導プラズマが励起される。酸素及び水素を含むプラズマ状の第１処理ガスは解離し、Ｏを含むＯラジカルやヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）等の酸素ラジカル、原子状酸素（Ｏ）、オゾン（Ｏ₃）、酸素イオン等の酸素を含有する活性種が生成される。これらの酸素を含有する活性種は、酸化種として作用する。

【0090】

本工程において、第１処理ガスは、プラズマが第２のプラズマ密度で生成される領域であるプラズマ生成領域に供給される。本実施形態では、共振コイル２１２に近い処理室２０１内の外周領域内であって、リング状のプラズマが励起される領域であるプラズマ生成領域に対して第１処理ガスが供給され、主に第１処理ガスがプラズマ励起されることによって、上述の活性種が生成される。

【0091】

一方、本工程において、第２処理ガスは、プラズマが第２のプラズマ密度よりも低い第１のプラズマ密度で生成される領域、又はプラズマが生成されない領域（第１のプラズマ密度が実質的に０である領域）であるプラズマ非生成領域に供給される。すなわち、第２処理ガスは、第１処理ガスとはプラズマの密度が異なる領域に供給される。本実施形態では特に、リング状のプラズマの内側に形成されるプラズマ非生成領域に第２処理ガスが供給される。

【0092】

つまり本実施形態においては、処理室２０１の外周領域の少なくとも一部が、処理室２０１の内壁に沿ったリング状のプラズマが生成されるプラズマ生成領域となり、処理室２０１の中央領域が、プラズマ非生成領域となる。

【0093】

（活性種の密度分布制御）
ここで、プラズマによって生成された酸素を含有する活性種は、雰囲気中の水素と反応するとその酸化種としての能力（酸化能力）を失うか、又は低下させる（すなわち失活する）。そのため、活性種が存在する雰囲気中の水素濃度に応じて、その雰囲気中における活性種の密度（濃度）の減衰速度（減衰量）が変化する。水素濃度が高いほど活性種の減衰量は増大し、水素濃度が低いほど活性種の減衰量は低下する。

【0094】

本実施形態では、プラズマ生成領域で生成された活性種がプラズマ非生成領域において拡散する際に、プラズマ非生成領域中の水素と反応して徐々に失活していく。したがって、プラズマ非生成領域で拡散する活性種の密度は、当該領域内の水素濃度によってその減衰量が調整されうる。すなわち、プラズマ非生成領域における活性種の密度分布は、当該領域内の水素濃度分布を制御することによって任意に調整されうる。

【0095】

具体的には、上述の反応ガス供給工程において、プラズマ非生成領域に主に供給される第２処理ガスの流量又は水素の含有率の少なくともいずれかを調整することにより、当該領域内におけるウエハ２００の面内方向における水素濃度分布を制御する。そして、この水素濃度分布を制御することにより、ウエハ２００の上方空間で拡散する活性種の密度分布を調整する。このようにしてウエハ２００の面内方向における密度分布が調整された活性種がウエハ２００表面に供給される。

【0096】

プラズマ非生成領域における水素の濃度分布は、プラズマ生成領域からの距離、より具体的には、処理室２０１の外周から中央に向かう方向におけるリング状のプラズマが形成された領域からの距離に応じて制御される。

【0097】

外周領域において形成されたリング状のプラズマにより生成された活性種は、ウエハ２００の外周から中心方向に向かってウエハ２００の処理面の上方領域（上方空間）で拡散されながらウエハ２００に供給される。本実施形態においては、リング状のプラズマが処理室２０１の内周方向において略均一な密度（強度）で形成され、そのプラズマにより生成される活性種の密度も、処理室２０１の内周方向においては略均一とみなすことが可能である。したがって、処理室２０１の径方向（すなわちウエハ２００の径方向）におけるプラズマ生成領域からの距離に応じて水素の濃度分布に勾配をつけることによって、処理室２０１の内周方向において活性種の密度分布を均一としながら、ウエハ２００の面内方向における活性種の密度分布を任意の分布となるように制御することができる。

【0098】

また、本実施形態では、密度分布が制御される活性種の種類は特に限定されないが、処理室２０１内において電磁界により加速されずに拡散する酸素ラジカルや原子状酸素の密度分布を制御するのに本実施形態は好適である。

【0099】

その後、所定の処理時間、例えば１０～９００秒が経過したら、高周波電源２７３からの電力の出力を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｄ，２５３ｅを閉めて、第１処理ガス及び第２処理ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、プラズマ処理工程Ｓ１４０が終了する。

【0100】

（真空排気工程Ｓ１５０）
第１処理ガス及び第２処理ガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気する。これにより、処理室２０１内の第１処理ガス、第２処理ガス、これらガスの反応により発生した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する真空搬送室と同じ圧力に調整する。

【0101】

（基板搬出工程Ｓ１６０）
その後、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、ウエハ搬送機構を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出する。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。

【0102】

［他の実施形態］
以上、本開示の実施形態の一例について説明したが、本開示の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】