CN115812245A - 基板处理装置、半导体装置的制造方法以及程序 - Google Patents

基板处理装置、半导体装置的制造方法以及程序 Download PDF

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佐藤崇之
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Abstract

本发明提供一种基板处理装置，具备：处理容器，其构成处理室；第一气体供给系统，其具有将第一处理气体供给至处理室内的第一供给口；第二气体供给系统，其具有将组成与第一处理气体不同的第二处理气体供给至处理室内的第二供给口；等离子体生成部，其构成为沿着处理容器的外周设置，且由被供给高频电力的电极构成，并对供给至处理室内的第一处理气体及第二处理气体进行等离子体激发；以及基板保持台，其保持基板，第二供给口设置于供给管，并且设置于比第一供给口靠下方，该供给管设置为从处理室的顶面且比第一供给口靠处理容器的径向上的中央侧的位置向下方延伸。

Description

基板处理装置、半导体装置的制造方法以及程序
技术领域
本发明涉及一种基板处理装置、半导体装置的制造方法以及程序。
背景技术
在形成闪存等半导体装置的图案时，作为制造工序的一个工序，有时实施对基板进行氧化处理、氮化处理等预定的处理的工序。
例如，在日本特开2014-75579号公报中公开了使用等离子体激发后的处理气体对在基板上形成的图案表面进行改性处理。在处理室的上部设置有气体供给部，构成为能够向处理室内供给反应气体。
发明内容
发明所要解决的课题
在上述的现有例中，一种气体或事先混合的多种气体以恒定的气体浓度从气体供给部的气体吹出口被供给，被等离子体激发而到达基板。
然而，即使处理气体以均等的气体浓度扩散到处理室内，有时也无法通过在处理室内生成的等离子体的分布，在基板的面内以所需的分布进行等离子体处理。
本公开的目的在于，能够以所需的分布对基板的面内进行等离子体处理。
用于解决课题的方案
根据本公开的一个方案，提供一种技术，具备：处理容器，其构成处理室；第一气体供给系统，其具有将第一处理气体供给至所述处理室内的第一供给口；第二气体供给系统，其具有将组成与所述第一处理气体不同的第二处理气体供给至所述处理室内的第二供给口；等离子体生成部，其构成为沿着所述处理容器的外周设置，且由供给高频电力的电极构成，并对供给至所述处理室内的所述第一处理气体进行等离子体激发；以及基板保持台，其保持基板，所述第二供给口设置于供给管的下端部，并且设置于比所述第一供给口靠下方，该供给管设置为从所述处理室的顶面且比所述第一供给口靠所述处理容器的径向上的中央侧的位置向下方延伸。
发明效果
根据本公开，能够以所需的分布对基板的面内进行等离子体处理。
附图说明
图1是表示在本公开的一实施方式的基板处理装置中，为了生成等离子体而使用ICP电极的例子的概略剖视图。
图2是说明本公开的一实施方式的基板处理装置的等离子体生成原理的说明图。
图3是表示本公开的一实施方式的基板处理装置的控制部(控制单元)的结构的图。
图4是表示本公开的一实施方式的基板处理工序的流程图。
图5是表示在本公开的一实施方式的基板处理装置中，在等离子体生成部使用MMT方式的例子的概略剖视图。
图6是表示喷嘴的另一例的放大剖视图。
图7是表示在本公开的一实施方式的基板处理装置中，喷嘴设置于比等离子体生成区域靠上方的例子的概略剖视图。
图8是表示在本公开的一实施方式的基板处理装置中，喷嘴设置于等离子体生成区域的下方的例子的概略剖视图。
图9是表示本公开的一实施方式的基板处理装置的变形例的概略剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图对用于实施本公开的方式进行说明。在各附图中使用相同的附图标记表示的构成要素是指相同或同样的构成要素。另外，在以下说明的实施方式中，有时省略重复的说明和附图标记。另外，在以下的说明中使用的附图均是示意性的，附图所示的各要素的尺寸的关系、各要素的比率等未必与现实一致。另外，在多个附图的相互之间，各要素的尺寸的关系、各要素的比率等也未必一致。
(1)基板处理装置的结构
以下，使用图1对本发明的第一实施方式的基板处理装置进行说明。本实施方式的基板处理装置100主要构成为对形成在基板面上的膜进行例如氧化处理。基板处理装置100具备：处理容器203、作为第一气体供给系统的第一气体供给部1100、作为第二气体供给系统的第二气体供给部1200、等离子体生成部1040、以及作为基板保持台的基座217。
(处理室)
基板处理装置100具备使用等离子体对作为基板的晶圆200进行处理的处理炉202。在处理炉202设置有构成处理室201的处理容器203。处理容器203具备第一容器即圆顶型的上侧容器210和第二容器即碗型的下侧容器211。将上侧容器210覆盖在下侧容器211之上，从而形成处理室201。上侧容器210例如由氧化铝(Al2O3)或石英(SiO2)等非金属材料形成，下侧容器211例如由铝(Al)形成。
处理室201的顶面，换言之，上侧容器210的顶面例如由板1004构成。在板1004的上方设置有盖部1012，该盖部1012具有与板1004的上表面对置的下表面。
另外，在下侧容器211的下部侧壁设置有闸阀244。闸阀244构成为，在打开时，能够使用输送机构(未图示)，经由搬入搬出口245将晶圆200搬入处理室201内，或者将晶圆200搬出到处理室201外。闸阀244构成为在关闭时成为保持处理室201内的气密性的分隔阀。
处理室201具有在周围设置有谐振线圈212的等离子体生成空间201a、以及与等离子体生成空间201a连通且处理晶圆200的基板处理空间201b。等离子体生成空间201a是指生成等离子体的空间，即处理室内比谐振线圈212的下端靠上方、且比谐振线圈212的上端靠下方的空间。另一方面，基板处理空间201b是指使用等离子体处理基板的空间，即比谐振线圈212的下端靠下方的空间。在本实施方式中，等离子体生成空间201a和基板处理空间201b的水平方向的直径构成为大致相同。
(基座)
在处理室201的底侧中央配置有构成载置晶圆200的基板载置部(基板保持台)的基座217。基座217例如由氮化铝(AlN)、陶瓷、石英等非金属材料形成。
在基座217的内部一体地埋入有作为加热机构的加热器217b。加热器217b构成为，当被供电时，能够将晶圆200表面例如从25℃加热至750℃左右。
基座217与下侧容器211电绝缘。阻抗调整电极217c设置在基座217内部，经由作为阻抗调整部的阻抗可变机构275而接地。阻抗可变机构275由线圈、可变电容器构成，且构成为通过控制线圈的电感和电阻以及可变电容器的电容值，能够使阻抗变化。由此，能够经由阻抗调整电极217c以及基座217控制晶圆200的电位(偏置电压)。此外，在本实施方式中，能够任意地选择进行使用了阻抗调整电极217c的偏置电压控制还是不进行偏置电压控制。
在基座217设置有具备使基座升降的驱动机构的基座升降机构268。另外，在基座217设置有贯通孔217a，并且在下侧容器211的底面设置有晶圆顶销266。贯通孔217a和晶圆顶销266在相互对置的位置至少各设置有各三个部位。构成为在通过基座升降机构268使基座217下降时，晶圆顶销266穿透贯通孔217a。
主要由基座217及加热器217b、电极217c构成本实施方式的基板载置部。
(第一气体供给部)
作为第一气体供给系统的第一气体供给部1100具有将第一处理气体向处理室201内供给的第一供给口1022。以下，将从第一气体供给部1100供给的气体称为第一处理气体。在处理室201的中央上方设置有构成处理室201的顶面的板1004和具有与板1004的上表面对置的下表面的盖部1012。板1004和盖部1012由使光透过的材料、例如透明石英构成。在盖部1012的上部设置有用于对处理室201内进行加热的灯加热器1002。从灯加热器1002放射的光通过盖部1012和板1004到达处理室201内。
在处理容器203的上端的沿着径向外侧端部的区域设置有被供给第一处理气体的第一缓冲部1018。作为一例，在处理容器203上安装有歧管1006，在该歧管1006设置有第一缓冲部1018。第一缓冲部1018在板1004的周围形成为环状。在基板处理时，第一缓冲部1018成为减压后的空间。向第一缓冲部1018供给第一处理气体。第一供给口1022与第一缓冲部1018连通，沿着处理容器203的周向设置。通过经由该第一供给口1022从第一缓冲部1018向处理室201内供给第一处理气体，能够在处理容器203的周向上均等地供给第一处理气体。
第一处理气体例如是第一气体与第二气体的混合气体。第一气体是通过等离子体激发而生成氧活性种的气体，即含氧气体。作为含氧气体，可例示氧(O2)、臭氧(O3)、水蒸气(H2O)、过氧化氢(H2O2)、一氧化氮(NO)中的至少任一种、或者它们的混合气体。第二气体为含氢气体或惰性气体中的至少任一种。在本实施方式中，使用含氢气体作为第二气体。作为含氢气体，可例示氢(H2)、H2O、H2O2中的至少任一种或它们的混合气体。作为惰性气体，可例示氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等稀有气体、或氮(N2)中的至少任一种、或它们的混合气体。另外，第一处理气体也可以是由第一气体构成且不包含第二气体的气体。另外，从能够容易地调整第一处理气体和第二处理气体中的氧与氢的比率的观点出发，可以优选使用O2或O3中的至少任一者作为含氧气体、或者使用H2作为含氢气体。
向气体导入路1020以合流的方式连接有供给含氧气体的含氧气体供给管232a的下游端、供给含氢气体的含氢气体供给管232b的下游端、以及供给惰性气体(例如N2气体)的惰性气体供给管232c。在含氧气体供给管232a设置有含氧气体供给源250a、作为流量控制装置的质量流量控制器(MFC)252a、作为开闭阀的阀253a。在含氢气体供给管232b设置有含氢气体供给源250b、MFC 252b、阀253b。在惰性气体供给管232c设置有惰性气体供给源250c、MFC 252c、阀253c。在含氧气体供给管232a、含氢气体供给管232b和惰性气体供给管232c合流的下游侧设置有阀243a，并与气体导入路1020的上游端连接。构成为能够使阀253a、253b、253c、243a开闭，利用MFC 252a、252b、252c调整各个气体的流量，并且经由含氧气体供给管232a、含氢气体供给管232b、惰性气体供给管232c向处理室201内供给含氧气体、含有氢气的气体、惰性气体等处理气体。
主要由第一供给口1022、含氧气体供给管232a、含氢气体供给管232b、惰性气体供给管232c、MFC 252a、252b、252c、阀253a、253b、253c、243a构成作为本实施方式的第一气体供给系统的第一气体供给部1100。第一气体供给部1100构成为向处理室201内供给作为含有氧的氧化种源的气体。
(第二气体供给部)
作为第二气体供给系统的第二气体供给部1200具有将组成与第一处理气体不同的第二处理气体向处理室201内供给的作为第二供给口的喷嘴孔1008a。喷嘴孔1008a设置于作为供给管的喷嘴1008，该供给管设置为从构成顶面的板1004的中央向下方延伸。另外，喷嘴孔1008a设置在比第一供给口1022靠下方。以下，将从第二气体供给部1200供给的气体称为第二处理气体。如图1所示，在板1004的上表面与盖部1012的下表面之间设置有被供给第二处理气体的第二缓冲部1028。喷嘴1008的上端与第二缓冲部1028连接。通过采用经由第二缓冲部1028向处理室201内供给第二处理气体的构造，即使在例如需要将诸如灯加热器1002这样的零件配置在盖部1012的上方的情况下，也能够以简单的结构从板1004的中央供给第二处理气体。
在图1中，喷嘴孔1008a设置在构成等离子体生成部1040的电极的上端与下端之间。另外，喷嘴孔1008a设置在等离子体生成区域的上端与下端之间。等离子体生成区域是生成等离子体P的区域，详情后述。另外，喷嘴孔1008a也可以设置在与构成后述的等离子体生成部1040的谐振线圈212的中点大致相同的高度。换言之，喷嘴孔1008a也可以相对于供给至谐振线圈212的高频电力的波长λ，设置在与形成于λ或λ/2的谐振线圈212的中点的环状等离子体相同的高度。
而且，如图7所示，喷嘴孔1008a也可以设置在比构成等离子体生成部的电极的上端靠上方。另外，喷嘴孔1008a也可以设置在比等离子体生成区域的上端靠上方。
另外，在图1中，喷嘴孔1008a被设置为，与处理室201内的沿着处理容器203的内周形成为筒状或圆环状的等离子体生成区域的内周相比，在处理容器203的径向上位于内侧。对于图7、图8所示的情况也是一样的。即，在本实施方式中，喷嘴1008以及喷嘴孔1008a被设置成，与沿着处理容器203的内周形成为筒状或者圆环状的等离子体生成区域的内周相比，在处理容器203的径向上对内侧的区域供给第二处理气体。
而且，如图8所示，喷嘴孔1008a也可以设置在比构成等离子体生成部1040的电极的下端靠下方。另外，喷嘴孔1008a也可以设置在比等离子体生成区域的下端靠下方。在该情况下，基座217被控制为，在基板处理时，被该基座217保持的晶圆200位于比电极的下端靠下方。
如图8所示，喷嘴孔1008a也可以由设置在喷嘴1008的前端的多个喷出口1008b构成。该喷出口1008b例如构成为向相对于晶圆100的面的垂直方向具有预定的角度θ的斜下方喷出第二处理气体。预定的角度θ根据喷嘴孔1008a与晶圆200的距离h来设定，以使从晶圆200的中心到来自喷嘴孔1008a的第二处理气体的喷出方向与晶圆200相交的位置的距离r恒定(参照图7、图8)。由此，预定的角度θ被设定为，喷嘴孔1008a与晶圆100的上表面的距离越短则越大，越长则越小。通过使距离r恒定，能够减少使距离h变化时的参数的数量，使后述的处理室201内的氢浓度分布的控制变得容易。
在图8所示的例子中，喷嘴1008的前端(下端)关闭，在喷嘴1008的前端附近的外周面形成有多个喷出口1008b。喷出口1008b相对于喷嘴1008的轴向S的角度被设定为上述的预定的角度θ。通过使角度θ小于90°，能够将从喷出口1008b喷出的第二处理气体向晶圆200的表面直接供给。在将角度θ设为90°以上的情况下，无法将从喷出口1008b喷出的第二处理气体朝向晶圆200的表面直接供给，因此难以调整晶圆200的处理面的附近空间中的第二处理气体的浓度分布(更具体而言为氢的浓度分布)。
另外，通过调整距离h或角度θ中的至少任意一个，能够调整从喷出口1008b喷出的第二处理气体被直接供给的、包含晶圆200的处理面的平面区域的宽度。例如，被直接供给第二处理气体的该平面区域可以为晶圆200的处理面内的区域，更优选为不包含晶圆200的外缘的晶圆200的处理面内的区域。通过这样将被直接供给第二处理气体的平面区域的大小调整为晶圆200的处理面内的区域，晶圆200的处理面的附近空间中的第二处理气体的浓度分布的调整变得容易。
喷嘴孔1008a构成为对晶圆200直接喷射第二处理气体，或者直接供给到晶圆200上的空间。换言之，在喷嘴孔1008a与晶圆200之间未设置气体扩散板等结构。
另外，喷嘴孔1008a不限于设置在喷嘴1008的前端(下端)，也可以设置在喷嘴1008的轴向S的中间部。另外，例如也可以构成为使喷嘴1008的突出量变化而能够调整喷嘴孔1008a的高度位置。
第二处理气体例如是第一气体与第二气体的混合气体。另外，第二处理气体也可以是由第二气体构成且不包含第一气体的气体。进而，通过由第一气体构成第一处理气体且设为不包含第二气体的气体，能够以简易的供给系统进行后述的处理室201内的氢浓度的调整。
在气体导入路1030以合流的方式连接有供给含氧气体的含氧气体供给管232d的下游端、供给含氢气体的含氢气体供给管232e的下游端、以及供给惰性气体的惰性气体供给管232f。在含氧气体供给管232d设置有含氧气体供给源250d、MFC 252d、阀253d。在含氢气体供给管232e设置有含氢气体供给源250e、MFC 252e、阀253e。在惰性气体供给管232f设置有惰性气体供给源250f、MFC 252f、阀253f。在含氧气体供给管232d、含氢气体供给管232e和惰性气体供给管232f合流的下游侧设置有阀243c，并与气体导入路1030的上游端连接。构成为能够使阀253d、253e、253f、243c开闭，利用MFC 252d、252e、252f调整各个气体的流量，并且经由含氧气体供给管232d、含氢气体供给管232e、惰性气体供给管232f向处理室201内供给含氧气体、含氢气体、惰性气体等处理气体。
主要由喷嘴1008、喷嘴孔1008a、含氧气体供给管232d、含氢气体供给管232e、惰性气体供给管232f、MFC 252d、252e、252f、阀253d、253e、253f、243c构成作为本实施方式的第二气体供给系统的第二气体供给部1200。由第二气体供给部1200向处理室201内供给的第二处理气体作为用于调整含有氢的氢浓度的氢浓度调整气体发挥作用。
第一气体供给部1100构成为向沿着处理室201的内壁的等离子体生成空间201a(后述)内的第一区域即外周区域供给第一处理气体。另外，第二气体供给部1200构成为向被外周区域包围的区域、且等离子体生成空间201a内的第二区域即中央区域供给第二处理气体。即，第一处理气体被供给至处理室201内的外周区域，第二处理气体被供给至包含晶圆200的处理面的上方区域、且与外周区域在晶圆200的面方向上不同的区域即中央区域。处理室201内的空间由沿着处理室201的内壁的外周区域和被外周区域包围的中央区域构成。
根据第一气体供给部1100和第二气体供给部1200，能够针对第一气体以及第二气体分别调整含氧气体与含氢气体的混合比(流量比)、其总流量。因此，能够调整向处理室201内的外周区域和中央区域的各区域供给的含氧气体与含氢气体的混合比、其总流量，更通常而言，能够调整向处理室201内的外周区域和中央区域的各区域供给的氧元素与氢元素的比率、其总流量。
另外，第二气体供给部1200的结构不限于此，例如也可以采用图9所示的变形例那样的结构。在该变形例中，具备构成处理室201的顶面的板1004，喷嘴1008与板1004连接，或者贯通板1004，其上端与供给第二处理气体的第二气体供给管234连接。即，省略图1中的第一缓冲部1018。
(排气部)
在下侧容器211的侧壁设置有从处理室201内排出反应气体等的气体排气口235。在气体排气口235连接有气体排气管231的上游端。在气体排气管231设置有作为压力调整器的APC(Auto Pressure Controller：自动压力控制器)阀242、作为开闭阀的阀243b、作为真空排气装置的真空泵246。
主要由气体排气口235、气体排气管231、APC阀242、阀243b构成本实施方式的排气部。另外，也可以将真空泵246包含于排气部。
(等离子体生成部(ICP方式))
等离子体生成部1040沿着处理容器203的外周设置且由被供给高频电力的电极构成，构成为对供给到处理室201内的第一处理气体和第二处理气体进行等离子体激发。电极例如由卷绕在处理容器203的外周而设置的谐振线圈212构成。
具体而言，在处理室201的外周部、即上侧容器210的侧壁的外侧，以包围处理室201的方式设置有作为高频电极的螺旋状的谐振线圈212。在谐振线圈212连接有RF传感器272、高频电源273、以及进行高频电源273的阻抗或输出频率的匹配的匹配器274。
高频电源273向谐振线圈212供给高频电力(RF电力)。RF传感器272设置于高频电源273的输出侧，监视所供给的高频的行波、反射波的信息。由RF传感器272监视的反射波电力被输入匹配器274，匹配器274基于从RF传感器272输入的反射波的信息，控制高频电源273的阻抗或所输出的高频电力的频率，以使反射波成为最小。
谐振线圈212为了形成预定波长的驻波，以用恒定的波长进行谐振的方式设定卷绕直径、卷绕间距、匝数。即，谐振线圈212的电长度被设定为与从高频电源273供给的高频电力的预定频率的1波长的1/2或整数倍相当的长度。
具体而言，考虑施加的电力、产生的磁场强度或者所应用的装置的外形等，谐振线圈212例如以800kHz～50MHz、0.1～5KW的高频电力能够产生0.01～10高斯左右的磁场的方式形成为50～300mm2的有效截面积且200～500mm的线圈直径，在等离子体生成空间201a的外周侧卷绕2～60次左右。另外，本说明书中的“800kHz～50MHz”这样的数值范围的表述意味着下限值以及上限值包含在该范围内。例如，“800kHz～50MHz”是指“800kHz以上且50MHz以下”。关于其他数值范围也是一样的。
谐振线圈212的两端电接地，其中的至少一端在装置的最初的设置时或处理条件的变更时微调谐振线圈212的电长度，因此经由可动分接头213接地。图1中的标记214表示另一个固定接地。可动分接头213的位置被调整为使谐振线圈212的谐振特性与高频电源273大致相等。进而，在谐振线圈212的接地的两端之间，通过可动分接头215构成供电部。
屏蔽板1223是为了屏蔽谐振线圈212的外侧的电场而设置的。
主要由谐振线圈212、RF传感器272、匹配器274构成本实施方式的等离子体生成部1040。另外，作为等离子体生成部1040也可以包括高频电源273。
在此，使用图2对本实施方式的装置的等离子体生成原理以及所生成的等离子体的性质进行说明。本实施方式中的等离子体生成部1040以如下构成为通过ICP(Inductively Coupled Plasma：电感耦合等离子体)方式生成等离子体。
在本实施方式中，由于在电源侧对等离子体发生时的谐振线圈212中的谐振的偏移进行补偿，因此具有如下功能：在RF传感器272中检测产生等离子体时的来自谐振线圈212的反射波电力，匹配器274基于检测出的反射波电力校正高频电源273的输出。
具体而言，匹配器274基于在RF传感器272中检测出的等离子体发生时的来自谐振线圈212的反射波电力，使高频电源273的阻抗或输出频率增加或减少，以使反射波电力成为最小。
在本实施方式的谐振线圈212中，谐振线圈212的电长度被设定为相当于高频电力的预定频率下的1波长的1/2或者整数倍的长度，如图2所示，由于被供给包含等离子体的该谐振线圈的实际的谐振频率的高频电力，所以形成相位电压和反相位电压始终被抵消的状态的驻波。在谐振线圈212的电长度与高频电力的波长相同的情况下，在线圈的电中点(电压为零的节点)产生最高的相位电流。因此，在电中点的附近，几乎没有与处理室壁或基座217的电容耦合，形成电势极低的环状的感应等离子体。
通过该结构，以卷绕于处理室201的外周的方式设置谐振线圈212，因此通过向谐振线圈212供给高频电力，在谐振线圈212附近且处理室201中的沿着处理容器203的内周的等离子体生成区域生成筒状或圆环状的等离子体P。即，该筒状或圆环状的等离子体P在处理室201内的外周区域内生成。特别是在本实施方式中，在谐振线圈212的电中点所处的高度、即谐振线圈212的上端和下端的中间高度位置生成圆环状的等离子体P。
(等离子体生成部(MMT方式))
等离子体生成部1040不限于ICP方式，如图5所示，也可以是通过MMT(ModifiedMagnetron Typed Plasma Source：改进的磁控管型等离子体源)方式生成等离子体的结构。
对等离子体生成电极施加高频电力而形成电场，并且形成磁场而产生磁控管放电。由此，从等离子体生成电极放出的电子一边漂移一边继续进行摆线运动而环绕，从而能够实现长寿命，从而能够提高电离生成率。因此，MMT装置能够生成高密度等离子体。
MMT装置能够实施使处理气体激发分解、例如将形成于基板表面或基板的薄膜氧化或氮化、或在基板上形成薄膜、或对基板表面进行蚀刻等各种等离子体处理。
在处理容器203(上侧容器210)的外周侧设置有作为放电机构而形成为筒状、例如圆环状或圆筒状的等离子体生成电极1215。等离子体生成电极1215包围处理室201内的等离子体生成区域224。在等离子体生成电极1215连接有高频电源273，该高频电源273经由进行阻抗匹配的阻抗匹配器1272施加高频电力。在等离子体生成电极1215与阻抗匹配器1272之间连接有测定等离子体生成电极1215的峰间电压的电压测定部1270。由电压测定部1270测定出的等离子体生成电极1215的峰间电压值等数据向后述的控制器221输出。主要由等离子体生成电极1215、阻抗匹配器1272以及高频电源273构成等离子体生成部1040。另外，电压测定部1270、阻抗匹配器1272以及高频电源273与后述的控制器221连接。
另外，在等离子体生成电极1215的外表面的上下端附近，以从上下夹着等离子体生成电极1215的方式配置有形成为筒状、例如圆环状或圆筒状的上部磁铁1216a和下部磁铁1216b作为磁场形成机构。上部磁铁1216a以及下部磁铁1216b例如由永久磁铁构成。上部磁铁1216a和下部磁铁1216b在沿着处理室201的半径方向的两端(内周端和外周端)具有磁极。这些上部磁铁1216a以及下部磁铁1216b以磁极的朝向彼此相反的方式设置。即，这些内周部的磁极彼此相互成为异极。由此，能够沿着上部磁铁1216a以及下部磁铁1216b的内周面在圆筒轴向上形成磁力线。
(控制部)
作为控制部的控制器221构成为通过信号线A控制APC阀242、阀243b以及真空泵246，通过信号线B控制基座升降机构268，通过信号线C控制加热器功率调整机构276以及阻抗可变机构275，通过信号线D控制闸阀244，通过信号线E控制RF传感器272、高频电源273以及匹配器274，通过信号线F控制MFC 252a～252f以及阀253a～253f、243a、243c。
如图3所示，控制部(控制单元)即控制器221构成为具备CPU(Central ProcessingUnit：中央处理器)221a、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)221b、存储装置221c、I/O端口221d的计算机。RAM221b、存储装置221c、I/O端口221d构成为能够经由内部总线221e与CPU 221a进行数据交换。在控制器221连接有例如构成为触摸面板或显示器等的输入输出装置222。
存储装置221c例如由闪存、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等构成。在存储装置221c内能够读取地保存有对基板处理装置的动作进行控制的控制程序、记载有后述的基板处理的步骤以及条件等的制程配方等。制程配方是以能够使控制器221执行后述的基板处理工序中的各步骤并得到预定的结果的方式组合而成的，作为程序发挥功能。以下，也将该制程配方、控制程序等简单总称为程序。另外，在本说明书中使用程序这样的术语的情况，具有仅包含制程配方单体的情况、仅包含控制程序单体的情况、或者具有包含这两者的情况。另外，RAM221b构成为暂时保存由CPU 221a读取的程序、数据等的存储器区域(工作区)。
I/O端口221d与上述MFC 252a～252f、阀253a～253f、243a、243b、243c、闸阀244、APC阀242、真空泵246、RF传感器272、高频电源273、匹配器274、基座升降机构268、阻抗可变机构275、加热器功率调整机构276等连接。
CPU 221a构成为读取并执行来自存储装置221c的控制程序，并且根据来自输入输出装置222的操作命令的输入等从存储装置221c读取制程配方。并且，CPU 221a构成为，以按照所读取的制程配方的内容的方式，通过I/O端口221d以及信号线A控制APC阀242的开度调整动作、阀243b的开闭动作以及真空泵246的启动和停止，通过信号线B控制基座升降机构268的升降动作，通过信号线C控制加热器功率调整机构276进行的向加热器217b的供电量调整动作、控制利用阻抗可变机构275进行的阻抗值调整动作、通过信号线D控制闸阀244的开闭动作，通过信号线E控制RF传感器272、匹配器274以及高频电源273的动作、通过信号线F控制利用MFC 252a～252f进行的各种气体的流量调整动作、以及控制阀253a～253f、243a、243c的开闭动作等。
控制器221可以通过将存储在外部存储装置(例如，磁带、软盘或硬盘等磁盘、CD或DVD等光盘、MO等光磁盘、USB存储器或存储卡等半导体存储器)223中的上述程序安装到计算机中来构成。存储装置221c、外部存储装置223构成为计算机可读取的存储介质。以下，也将它们简单总称为存储介质。在本说明书中，在使用了存储介质这样的用语的情况，具有在仅包含存储装置221c单体的情况，仅包含外部存储装置223单体的情况、或者包含这两者的情况。另外，向计算机提供程序也可以不使用外部存储装置223，而使用互联网、专用线路等通信手段来进行。
(半导体装置的制造方法)
半导体装置的制造方法具有：将晶圆200(基板)搬入基板处理装置100的处理室201的工序(例如，基板搬入工序S110)；将第一处理气体和第二处理气体供给到处理室201的工序(例如，反应气体供给工序S130)；以及对晶圆200进行等离子体处理的工序(例如，等离子体处理工序S140)。
基板处理装置100具备：处理容器203，其构成处理室201；第一气体供给部1100(第一气体供给系统)，其具有将第一处理气体供给到处理室203内的第一供给口1022；第二气体供给部1200(第二气体供给系统)，其具有将组成与第一处理气体不同的第二处理气体供给到处理室201内的喷嘴孔1008a(第二供给口)；等离子体生成部1040，其沿着处理容器203的外周设置，由被供给高频电力的电极构成，构成为对供给到处理室201内的第一处理气体进行等离子体激发；以及基座217(基板保持台)，其保持晶圆200(基板)，喷嘴孔1008a设置于喷嘴1008，该喷嘴1008以从处理室201的顶面且比上述第一供给口靠上述处理容器的径向上的中央侧的位置(更具体而言是顶面的中央)向下方延伸的方式设置，并且设置在比第一供给口1022靠下方。
(2)基板处理工序
接着，对于本实施方式的基板处理工序，使用上述基板处理装置100，作为例如闪存等半导体器件的制造工序的一个工序，对例如对形成有含硅(Si)膜的晶圆200的表面进行氧化而形成例如氧化硅(SiO)膜的方法的例子进行说明。在以下的说明中，构成基板处理装置100的各部分的动作由控制器221控制。
(基板搬入工序S110)
首先，将上述晶圆200搬入处理室201内进行收纳。具体而言，基座升降机构268使基座217下降至晶圆200的输送位置。其结果是，晶圆顶销266成为从贯通孔217a突出比基座217表面高出预定的高度的量的状态。
接着，打开闸阀244，从与处理室201邻接的真空输送室使用晶圆输送机构(未图示)将晶圆200搬入处理室201内。被搬入的晶圆200以水平姿势被支承在晶圆顶销266上。在将晶圆200搬入处理室201内后，关闭闸阀244而密闭处理室201内。并且，通过基座升降机构268使基座217上升，晶圆200被支承于基座217的上表面。
(升温/真空排气工序S120)
接着，进行搬入到处理室201内的晶圆200的升温。加热器217b被预先加热，通过在埋入有加热器217b的基座217上保持晶圆200，从而将晶圆200加热到例如150～750℃的范围内的预定值。另外，也通过灯加热器1002加热处理室201。另外，在进行晶圆200的升温的期间，利用真空泵246经由气体排气管231对处理室201内进行真空排气，处理室201内的压力变为预定的值。真空泵246至少在后述的基板搬出工序S160结束之前工作。
(反应气体供给工序S130)
接着，从第一气体供给部1100向处理室201的外周区域开始供给作为含有氧的氧化种源气体即第一处理气体的含氧气体和含氢气体的混合气体。具体而言，打开阀253a及阀253b，一边利用MFC 252a及MFC 252b进行流量控制，一边经由气体吹出口239向处理室201内开始供给第一处理气体。
通过利用MFC 252a以及MFC 252b进行流量控制，从而调整第一处理气体的总流量以及第一处理气体的组成(特别是氢的含有率)中的至少一方。在本实施方式中，通过改变含氢气体与含氧气体的混合比(流量比)，能够容易地调整第一处理气体的组成。
此时，在使用例如O2气体作为含氧气体、使用例如H2气体作为含氢气体的情况下，将第一处理气体的总流量例如设为1000～10000sccm，将第一处理气体中的含氧气体的流量设为例如20～4000sccm、优选设为20～2000sccm的范围内的预定值。另外，将第一处理气体中的含氢气体的流量设为例如20～1000sccm、优选为20～500sccm的范围内的预定值。第一处理气体所含的氢与氧的含有比率为0：100～95：5的范围的预定值。
优选为，对处理室201的外周区域、且生成在后述的等离子体处理工序S140中形成的环状的等离子体的区域直接供给第一处理气体。
同时，开始从第二气体供给部1200向处理室201的中央区域供给作为氢浓度调整气体即第二处理气体的含氧气体和含氢气体的混合气体。具体而言，打开阀253d和阀253e，一边利用MFC 252d以及MFC 252e进行流量控制，一边经由设置于喷嘴1008的喷嘴孔1008a向处理室201内开始供给第二处理气体。
通过利用MFC 252d以及MFC 252e进行流量控制，从而调整第二处理气体的总流量以及第二处理气体的组成(特别是氢的含有率)中的至少一方。与第一处理气体同样地，通过改变含氧气体与含氢气体的混合比，能够容易地调整第二处理气体的组成。
此时，在使用例如O2气体作为含氧气体、使用例如H2气体作为含氢气体的情况下，将第二处理气体的总流量设为与第一处理气体的总流量同等或其以下，例如100～5000sccm，将第二处理气体中的含氧气体的流量设为例如0～5000sccm、优选为0～500sccm的范围内的预定值。另外，将第二处理气体中的含氢气体的流量设为例如0～5000sccm、优选为0～500sccm的范围内的预定值。在本实施方式中，将第二处理气体中含有的含氢气体的比率(即第一处理气体的含氢率)设为0～100％的范围内的预定值。这是因为，在第二处理气体的流量比第一处理气体的流量大的情况下，处理室201内的等离子体生成区域中的氢和氧的浓度、含有比率受到第二处理气体的影响大，因此难以控制等离子体生成区域中的等离子体激发的控制、由等离子体生成的氧化种的生成控制等。
即，在本实施方式中，控制器221至少控制MFC 252a、252b、252d、252e，对第一处理气体与第二处理气体中的第一气体与第二气体的浓度比、或者上述第一处理气体与上述第二处理气体的流量比的至少一方进行调整。
在本实施方式中，通过从喷嘴孔1008a供给含有氢的第二处理气体，在利用通过等离子体激发生成的活性种对晶圆200的表面进行处理时，容易调整该处理的基板面内分布。换言之，能够提高面内分布的控制性。
在处理室201内生成的等离子体密度产生偏差，特别是产生以处理室201的中央为中心的径向的偏差的情况下，容易调整，具体而言，降低等离子体密度引起的对晶圆200的表面的处理的面内分布的偏差等。
另外，通过以从处理室201的顶面即板1004向下方延伸的方式设置喷嘴1008，即使在将等离子体生成部1040的电极(例如，谐振线圈212)配置在处理容器203的侧方的情况下，也不会产生喷嘴1008与电极的干涉，装置设计变得容易。
具有喷嘴孔1008a的喷嘴1008的长度(从喷嘴孔1008a到晶圆200的距离)根据第二处理气体的流量、处理室201内的压力(处理压力)、RF电力值等要素、所需的等离子体处理的基板面内分布，最佳值不同。在本实施方式中，通过改变喷嘴1008的长度，能够调整等离子体处理的面内分布。
喷嘴1008越长，即到晶圆200的距离越短，越能够减小通过第二处理气体的供给对从第一供给口1022供给的第一处理气体在处理室201内的流动的影响。另外，通过减小喷嘴孔1008a与晶圆200的表面的距离，使用来自喷嘴孔1008a的气体供给的晶圆200附近的空间中的气体分布的调整变得容易。为了得到这些效果，特别优选将喷嘴孔1008a设置在比构成等离子体生成部1040的电极的下端靠下方，或者将喷嘴孔1008a设置在比等离子体生成区域的下端靠下方。
另一方面，喷嘴1008越短，即到晶圆200的距离越长，越能增大第二处理气体的供给对从第一供给口1022供给的第一处理气体在处理室201内的流动的影响。因此，通过第二处理气体的供给，调整第一处理气体的处理室201内的流动，因此能够缩短喷嘴1008。为了得到这些效果，特别优选将喷嘴孔1008a设置在比构成等离子体生成部1040的电极的上端靠上方，或者将喷嘴孔1008a设置在比等离子体生成区域的上端靠上方。
另外，喷嘴孔1008a可以设置在构成等离子体生成部1040的电极的上端与下端之间，也可以设置在等离子体生成区域的上端与下端之间。通过这样设置喷嘴孔1008a，容易抑制向等离子体生成区域直接供给第二处理气体，容易控制等离子体生成区域中的活性种的生成状态。而且，喷嘴孔1008a也可以设置在与构成等离子体生成部的谐振线圈212的中点大致相同的高度。通过如此设置喷嘴孔1008a，容易抑制向等离子体密度最高的等离子体生成区域直接供给第二处理气体，容易控制等离子体生成区域中的活性种的生成状态。
(氢的浓度分布控制)
在本工序中，通过对第一处理气体、第二处理气体分别控制流量和含氢率的至少一方，能够控制处理室201内、特别是晶圆200的处理面的附近空间中的氢浓度分布。氢浓度分布被控制为后述的等离子体处理工序中的氧化种的密度分布成为所需的分布。第二处理气体的含氢率优选调整为与第一处理气体的含氢率不同。通过使用含氢率与第一处理气体不同的第二处理气体，容易分别控制第一处理气体和第二处理气体的流量，调整处理室201内的氢浓度分布。也可以将第二处理气体的含氢率调整为比第一处理气体的含氢率高，也可以调整为比第一处理气体所含的氢的含有率低。
处理室201内的压力例如以成为5～260Pa的范围内的预定压力的方式调整APC阀242的开度来控制处理室201内的排气。这样，一边对处理室201内部进行适度地排气，一边继续进行第一处理气体和第二处理气体的供给，直到后述的等离子体处理工序S140结束。
(等离子体处理工序S140)
如果处理室201内的压力稳定，则开始从高频电源273对谐振线圈212施加高频电力。由此，在被供给第一处理气体的等离子体生成空间201a内形成高频电磁场，通过该电磁场，在相当于等离子体生成空间的谐振线圈212的电中点的高度位置，激发具有最高的等离子体密度的环状的感应等离子体。含有氧和氢的等离子体状的第一处理气体解离，生成含有O的O自由基、羟基自由基(OH自由基)等氧自由基、原子状氧(O)、臭氧(O3)、氧离子等含有氧的活性种。含有这些氧的活性种作为氧化种发挥作用。
在本工序中，第一处理气体被供给到等离子体以第二等离子体密度生成的区域即等离子体生成区域。在本实施方式中，在靠近谐振线圈212的处理室201内的外周区域内，对环状的等离子体被激发的区域即等离子体生成区域供给第一处理气体，主要对第一处理气体进行等离子体激发，由此生成上述活性种。
另一方面，在本工序中，第二处理气体被供给到等离子体非生成区域，即等离子体以低于第二等离子体密度的第一等离子体密度生成的区域、或者不生成等离子体的区域(第一等离子体密度实质上为0的区域)。即，第二处理气体被供给至等离子体的密度与第一处理气体不同的区域。在本实施方式中，特别是向在环状的等离子体的内侧形成的等离子体非生成区域供给第二处理气体。
即，在本实施方式中，处理室201的外周区域的至少一部分成为生成沿着处理室201的内壁的环状的等离子体的等离子体生成区域，处理室201的中央区域成为等离子体非生成区域。
(活性种的密度分布控制)
在此，通过等离子体生成的含有氧的活性种与气氛中的氢反应时，丧失或降低(即失活)作为其氧化种的能力(氧化能力)。因此，根据活性种存在的气氛中的氢浓度，该气氛中的活性种的密度(浓度)的衰减速度(衰减量)发生变化。氢浓度越高，活性种的衰减量越增大，氢浓度越低，活性种的衰减量越降低。
在本实施方式中，在等离子体生成区域生成的活性种在等离子体非生成区域扩散时，与等离子体非生成区域中的氢反应而逐渐失活。因此，在等离子体非生成区域扩散的活性种的密度能够根据该区域内的氢浓度来调整其衰减量。即，等离子体非生成区域中的活性种的密度分布可以通过控制该区域内的氢浓度分布而任意调整。
具体而言，在上述的反应气体供给工序中，通过调整主要供给至等离子体非生成区域的第二处理气体的流量或氢的含有率的至少任一个，来控制该区域内的晶圆200的面内方向上的氢浓度分布。然后，通过控制该氢浓度分布，调整在晶圆200的上方空间扩散的活性种的密度分布。这样调整了晶圆200的面内方向上的密度分布的活性种被供给到晶圆200表面。
等离子体非生成区域中的氢的浓度分布根据距等离子体生成区域的距离，更具体而言，根据距形成有从处理室201的外周朝向中央的方向上的环状的等离子体的区域的距离来控制。
由在外周区域形成的环状的等离子体生成的活性种一边从晶圆200的外周朝向中心方向在晶圆200的处理面的上方区域(上方空间)扩散一边被供给至晶圆200。在本实施方式中，环状的等离子体在处理室201的内周方向上以大致均匀的密度(强度)形成，通过该等离子体生成的活性种的密度也能够在处理室201的内周方向上大致均匀。因此，通过根据处理室201的径向(即晶圆200的径向)上的距等离子体生成区域的距离对氢的浓度分布赋予梯度，能够一边在处理室201的内周方向上使活性种的密度分布均匀，一边将晶圆200的面内方向上的活性种的密度分布控制为任意的分布。
另外，在本实施方式中，对密度分布进行控制的活性种的种类没有特别限定，本实施方式适合于对在处理室201内未被电磁场加速而扩散的氧自由基、原子状氧的密度分布进行控制。
之后，若经过预定的处理时间、例如10～900秒，则停止来自高频电源273的电力输出，停止处理室201内的等离子体放电。另外，关闭阀253a、253b、253d、253e，停止向处理室201内供给第一处理气体和第二处理气体。通过以上，等离子体处理工序S140结束。
(真空排气工序S150)
在停止第一处理气体和第二处理气体的供给后，经由气体排气管231对处理室201内进行真空排气。由此，将处理室201内的第一处理气体、第二处理气体、通过这些气体的反应而产生的废气等向处理室201外排气。之后，调整APC阀242的开度，将处理室201内的压力调整为与和处理室201相邻的真空输送室相同的压力。
(基板搬出工序S160)
之后，使基座217下降到晶圆200的输送位置，在晶圆顶销266上支承晶圆200。然后，打开闸阀244，使用晶圆输送机构将晶圆200向处理室201外搬出。通过以上，结束本实施方式的基板处理工序。
[其他实施方式]
以上，对本公开的实施方式的一例进行了说明，但本公开的实施方式并不限定于上述内容，除了上述以外，当然也能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形来实施。

Claims (20)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具备：
处理容器，其构成处理室；
第一气体供给系统，其具有将第一处理气体供给至所述处理室内的第一供给口；
第二气体供给系统，其具有将第二处理气体供给至所述处理室内的第二供给口；
等离子体生成部，其构成为沿着所述处理容器的外周设置，且由被供给高频电力的电极构成，并对供给至所述处理室内的所述第一处理气体进行等离子体激发；以及
基板保持台，其保持基板，
所述第二供给口设置于供给管，并且设置于比所述第一供给口靠下方，该供给管设置为从所述处理室的顶面且比所述第一供给口靠所述处理容器的径向上的中央侧的位置向下方延伸。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述电极由卷绕于所述处理容器的外周而设置的谐振线圈构成。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
所述谐振线圈具有所供给的高频电力的波长的1/2或整数倍的电长度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述等离子体生成部构成为在所述处理室内的沿着所述处理容器的内周的筒状或圆环状的等离子体生成区域生成等离子体，
所述第二供给口设置在比所述等离子体生成区域的内周靠所述处理容器的径向上的内侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，具备：
板，其构成所述处理室的所述顶面；以及
盖部，其具有与所述板的上表面对置的下表面，
在所述板的所述上表面与所述盖部的所述下表面之间设置有被供给所述第二处理气体的第二缓冲部，
所述供给管的上端与所述第二缓冲部连接。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
具备板，该板构成所述处理室的所述顶面，
所述供给管与所述板连接，或者贯通所述板且其上端与供给所述第二处理气体的第二气体供给管连接。
7.根据权利要求5或6所述的基板处理装置，其特征在于，
在沿着所述处理容器的径向外侧端部的区域设置有被供给所述第一处理气体的第一缓冲部，
所述第一供给口与所述第一缓冲部连通，且沿着所述处理容器的周向设置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第二供给口设置在构成所述等离子体生成部的所述电极的上端与下端之间。
9.根据权利要求2或3所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第二供给口设置在与构成所述等离子体生成部的所述谐振线圈的中点大致相同的高度。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
第二供给口设置于比构成所述等离子体生成部的所述电极的下端靠下方。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第二供给口由设置于所述供给管的前端的多个喷出口构成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第二供给口由喷出口构成，该喷出口构成为向相对于所述基板的面的垂直方向具有预定角度的斜下方喷出所述第二处理气体。
13.根据权利要求12所述的基板处理装置，其特征在于，
所述预定角度根据所述第二供给口与所述基板的距离来设定，以使得从所述基板的中心到来自所述第二供给口的所述第二处理气体的喷出方向与所述基板相交的位置的距离恒定。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第二处理气体是组成与所述第一处理气体不同的气体。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一处理气体及所述第二处理气体分别是第一气体与第二气体的混合气体。
16.根据权利要求15所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一气体是含氧气体。
17.根据权利要求15或16所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第二气体是含氢气体和惰性气体中的至少任一种。
18.根据权利要求14所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一处理气体是由第一气体构成且不包含第二气体的气体，
所述第二处理气体是由第二气体构成且不包含第一气体的气体。
19.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：
将所述基板搬入基板处理装置的所述处理室内的工序，该基板处理装置具备：处理容器，其构成处理室；第一气体供给系统，其具有将第一处理气体供给至所述处理室内的第一供给口；第二气体供给系统，其具有将第二处理气体供给至所述处理室内的第二供给口；等离子体生成部，其沿着所述处理容器的外周设置，且由被供给高频电力的电极构成；以及基板保持台，其保持基板，所述第二供给口设置于供给管，并且设置于比所述第一供给口靠下方，该供给管设置为从所述处理室的顶面且比所述第一供给口靠所述处理容器的径向上的中央侧的位置向下方延伸；
从所述第一供给口向所述处理室供给所述第一处理气体，并且从所述第二供给口向所述处理室供给所述第二处理气体的工序；
利用所述等离子体生成部对供给至所述处理室内的所述第一处理气体进行等离子体激发的工序；以及
将进行了所述等离子体激发的所述第一处理气体以及所述第二处理气体供给至所述基板并对所述基板进行处理的工序。
20.一种程序，其特征在于，通过计算机使所述基板处理装置执行：
将所述基板搬入基板处理装置的所述处理室内的步骤，该基板处理装置具备：处理容器，其构成处理室；第一气体供给系统，其具有将第一处理气体供给至所述处理室内的第一供给口；第二气体供给系统，其具有将第二处理气体供给至所述处理室内的第二供给口；等离子体生成部，其沿着所述处理容器的外周设置，且由被供给高频电力的电极构成；以及基板保持台，其保持基板，所述第二供给口设置于供给管，并且设置于比所述第一供给口靠下方，该供给管设置为从所述处理室的顶面且比所述第一供给口靠所述处理容器的径向上的中央侧的位置向下方延伸；
从所述第一供给口向所述处理室供给所述第一处理气体，并且从所述第二供给口向所述处理室供给所述第二处理气体的步骤；
利用所述等离子体生成部对供给至所述处理室内的所述第一处理气体进行等离子体激发的步骤；以及
将进行了所述等离子体激发的所述第一处理气体以及所述第二处理气体供给至所述基板并对所述基板进行处理的步骤。
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