JP2017216340A - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】プラズマが与える影響を抑制可能とする【解決手段】基板を処理する処理室と、基板を支持する基板支持部と、基板にバッファ室を介してガスを供給するガス供給部と、バッファ室の下流に設けられ、バッファ室と連通するガス流路を形成する電極と、電極の下流に設けられ、ガス流路と隣接する第１の孔を有する絶縁部と、絶縁部の下流に設けられ、第１の孔と隣接すると共にガス流路と連通し、プラズマ生成領域を有する第２の孔を複数有する分散部と、電極に接続される電力供給部と、絶縁部の下流側であって、プラズマ生成領域に電力を供給し、プラズマ生成領域にガスのプラズマを生成する様にガス供給部と電力供給部とを制御する制御部と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：以下ＬＳＩ）、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙなどに代表される半導体装置の高集積化に伴って、回路パターンや製造過程で形成される構造物の微細化が進められている。半導体装置の製造工程では、微細化を実現する処理として、プラズマを用いた処理が行われている。例えば、特許文献１に記載の技術が有る。
特開２０１５−０９２５３３
プラズマ処理では、プラズマ中に存在するイオンが、基板に形成される膜や、構造物に影響を与えることが有る。
そこで本開示では、プラズマが与える影響を抑制可能とすることを目的とする。
一態様によれば、
基板を処理する処理室と、基板を支持する基板支持部と、基板にバッファ室を介してガスを供給するガス供給部と、バッファ室の下流に設けられ、バッファ室と連通するガス流路を形成する電極と、電極の下流に設けられ、ガス流路と隣接する第１の孔を有する絶縁部と、絶縁部の下流に設けられ、第１の孔と隣接すると共にガス流路と連通し、プラズマ生成領域を有する第２の孔を複数有する分散部と、電極に接続される電力供給部と、絶縁部の下流側であって、プラズマ生成領域に電力を供給し、プラズマ生成領域にガスのプラズマを生成する様にガス供給部と電力供給部とを制御する制御部と、を有する技術が提供される。
本開示に係る技術によれば、プラズマが与える影響を抑制可能とすることが可能となる。
本開示の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る電極部材の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る電極部材の概略構成図である。 本開示の他の実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係るガス供給系の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る基板処理装置のコントローラの概略構成図である。 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。 本開示の一実施形態に係る基板処理工程のシーケンス例である。 本開示の一実施形態に係るプラズマ生成量のフィードバック制御のブロック線図である。 本開示の他の実施形態に係る電極部材の概略構成図である。
以下に本開示の実施の形態について説明する。
＜一実施形態＞
以下、本開示の一実施形態を図面に即して説明する。
（１）基板処理装置の構成
まず、本開示の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
本実施形態に係る処理装置１００について説明する。基板処理装置１００は、例えば、絶縁膜形成ユニットであり、図１に示されているように、枚葉式基板処理装置として構成されている。
図１に示すとおり、基板処理装置１００は処理容器２０２を備えている。処理容器２０２は、例えば水平断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料または、石英により構成されている。処理容器２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を処理する処理空間（処理室）２０１、移載空間（移載室）２０３が形成されている。処理容器２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂで構成される。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切り板２０４が設けられる。上部処理容器２０２ａに囲まれた空間であって、仕切り板２０４よりも上方の空間を処理室２０１と呼び、下部容器２０２ｂに囲まれた空間であって、仕切り板よりも下方の空間を移載室２０３と呼ぶ。
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９０に隣接した基板搬入出口１４８０が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口１４８０を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器２０２ｂの底部には、リフトピン２０７が複数設けられている。更に、下部容器２０２ｂは接地されている。
処理室２０１内には、ウエハ２００を支持する基板支持部２１０が設けられている。基板支持部２１０は、ウエハ２００を載置する載置面２１１と、載置面２１１を表面に持つ載置台２１２、加熱部としてのヒータ２１３を主に有する。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。また、基板載置台２１２には、ウエハ２００や処理室２０１にバイアスを印加するバイアス電極２５６が設けられていても良い。バイアス電極２５６は、バイアス調整部２５７に接続され、バイアス調整部２５７によって、バイアスが調整可能に構成される。
基板載置台２１２はシャフト２１７によって支持される。シャフト２１７は、処理容器２０２の底部を貫通しており、更には処理容器２０２の外部で昇降機構２１８に接続されている。昇降機構２１８を作動させてシャフト２１７及び支持台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置されるウエハ２００を昇降させることが可能となっている。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。
基板載置台２１２は、ウエハ２００の搬送時には、図１の破線で示すウエハ移載位置まで下降し、ウエハ２００の処理時には図１の示した処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。
具体的には、基板載置台２１２をウエハ移載位置まで下降させた時には、リフトピン２０７の上端部が基板載置面２１１の上面から突出して、リフトピン２０７がウエハ２００を下方から支持するようになっている。また、基板載置台２１２をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン２０７は基板載置面２１１の上面から埋没して、基板載置面２１１がウエハ２００を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン２０７は、ウエハ２００と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。
（排気系）
処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁側面には、処理室２０１の雰囲気を排気する第１排気部としての排気口２２１が設けられている。排気口２２１には排気管２２４が接続されており、排気管２２４には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２７と真空ポンプ２２３が順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２４、圧力調整器２２７により第一の排気系（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２２３も第一の排気系の構成としても良い。また、移載室２０３の内壁側面には、移載室２０３の雰囲気を排気する排気管１４８１が設けられている。排気管１４８１には、圧力調整器２２８が設けられ、移載室２０３内の圧力を所定の圧力に排気可能に構成されている。また、移載室２０３を介して処理室２０１内の雰囲気を排気することもできる。
（ガス導入口）
処理室２０１の上部に設けられるシャワーヘッド２３４の上面（天井壁）には、処理室２０１内に各種ガスを供給するためのガス導入口２４１が設けられている。ガス供給部であるガス導入口２４１に接続される各ガス供給ユニットの構成については後述する。
（ガス分散ユニット）
ガス分散ユニットとしてのシャワーヘッド２３４は、バッファ室２３２、第１の孔２３４ａが複数設けられた分散部としての分散板２３４ｄを有する。シャワーヘッド２３４は、ガス導入口２４１と処理室２０１との間に設けられている。ガス導入口２４１から導入される第１ガスは、シャワーヘッド２３４のバッファ室２３２（第１分散部）に供給され、第２孔２３４ａを介して処理室２０１に供給される。
なお、シャワーヘッド２３４のバッファ室２３２に設けられる電極部２４３は、導電性の金属で構成され、ガスを励起するための活性化部（励起部）の一部として構成される。なお、蓋２３１を導電性部材で構成する際には、蓋２３１と電極部２４３との間に絶縁ブロック２３３が設けられ、蓋２３１と電極部２４３の間を絶縁する構成となる。また、第２孔２３４ａが形成された分散板２３４ｄは、アースに接続されている。なお、分散板２３４ｄとアースとの間には、バイアス制御部２５８が設けられていても良い。また、分散板２３４ｄと電極部２４３との間には、絶縁部２４４が設けられており、電極部２４３と分散板２３４ｄとの間を絶縁する構成となっている。励起部は、主に電極部２４３、絶縁部２４４、第２孔２３４ａで構成される。
励起部としての電極部２４３には、整合器２５１と高周波電源２５２が接続され、電磁波（高周波電力やマイクロ波）が供給可能に構成されている。これにより、第２孔２３４ａ内に供給されたガスを活性化させることができる。ここでは、電磁波が供給される様に構成したが、電極部２４３と分散板２３４ｄとの間に直流電力を供給してプラズマを生成する様に構成しても良い。
図２に示す様に、電極部２４３、絶縁部２４４、第２孔２３４ａの位置関係の態様は、例えば、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）が有る。図２のそれぞれは、図１に示す複数の第２孔２３４ａの一つを拡大した図である。
（ａ）は、分散板２３４ｄ上に、第２孔２３４ａの孔径Ｄ１よりも小さい孔径Ｄ２で形成されたガス流路２４３ａが設けられた電極部２４３と、孔径Ｄ２で形成された第１孔２４４ａが設けられた絶縁部２４４とを有する。ガス流路２４３ａと第１孔２４４ａとで、バッファ室２３２から第２孔２３４ａにガスを供給するガス流路構造としてのガス流路２４７ａが形成される。この様に励起部を構成することによって、第２孔２３４ａ内に、第２孔２３４ａの内壁２３４ｅと電極部２３４とが対向し、ガスのプラズマが生成される、プラズマ生成領域２８０を構成することができる。この様に、第２孔２３４ａ一つ一つにプラズマ生成領域２８０が形成されるため、ウエハ２００の面内全体に活性種を供給することができ、ウエハ２００面内の処理均一性を向上させることができる。また、第２孔２３４ａの内壁２３４ｅは、アース電位となっているため、第２孔２３４ａ内で生成されたイオン成分を第２孔２３４ａの内壁２３４ｅでトラップすることができ、ウエハ２００へのイオン成分の到達を抑制させることができる。また、第２孔２３４ａの下端（ウエハ対向面）２３４ｆもアース電位となっているので、イオン成分が、第２孔２３４ａを飛び出したとしても、ウエハ対向面２３４ｆにイオン成分を引き寄せられる。したがって、ウエハ２００に到達するイオン成分の量を低減させることができる。ウエハ２００に到達するイオン成分の量を低減することにより、ウエハ２００への処理のステップカバレッジを向上させたり、イオンダメージを低減させたりすることができる。
なお、ガス流路２４３ａの孔径Ｄ２を第２孔２３４ａの孔径Ｄ１よりも小さくすることで、ガス流路２４３ａに供給されるガスの流速を第２孔２３４ａまで維持することができ、第２孔２３４ａ内や処理室２０１内でのガスの流速を維持することができる。更に好ましくは、ガス流路２４３ａの孔径Ｄ２は、プラズマが生成しない径で構成し、第２孔２３４ａの孔径は、プラズマが生成される径で構成されることが好ましい。孔径は、パッシェンの法則で求められる。更に好ましくは、第２孔２３４ａの長さは、第２孔２３４ａの下端でプラズマが生成されない長さとする。
（ｂ）の構造について具体的内容を説明する。電極部２４３は、孔２４４ａの孔径と同じ径で形成された突起部２４６を有するよう構成される。突起部２４６にはガスが通過するガス流路２４７ｂの一部が設けられており、（ａ）に比べ、ガス流路２４７ｂの表面積を増やすよう構成されている。このようにするとガスが通過する時間を増加させることができるので、活性種の生成量を増やすことができる。
（ｃ）は、（ｂ）と比べて、突起部の下端が孔２３４ａの内側に配される構造である点で異なる。以下に具体的内容を説明する。電極部２４３は、ガス流路２４７ｂを有し第３孔２４４ａの孔径と同じ径で形成された突起部２４６ａを有する構成である。図２に示すように、突起部２４６ａの下端は、下端２３４ｆより長さＨ分高く位置される。長さＨは、第２孔２３４ａの孔径の長さＤ１よりも長くなるよう構成される。この様な構造とすることで、よりガス流路２４７ｂの表面積が大きくなるので、第２孔２３４ａ内で生成される活性種の量を増やすことができる。また、第２孔２３４ａ内で生成されたイオン成分が、孔２３４から飛び出す量よりもアースに接続された孔２３４の内壁２３４ｅでトラップされる量の方が多くなるようにすることができ、ウエハ２００へのイオン成分の供給量を抑制させることができる。
ここで、図２（ｂ）、（ｃ）の突起部について、図３を用いて説明する。突起部２４６ａは、図３に示すように円柱形状で形成される。ここで、突起部２４６，２４６ａの直径は、絶縁板２４４に形成された第２孔２４４ａの孔径と同等に形成される。突起部２４６，２４６ａをこの様に形成することで、突起部２４６ａと孔２３４ａの中心位置とがズレてしまうことを抑制させることができる。これにより、所定の位置にプラズマを形成することができ、ウエハ２００の面内の処理均一性を向上させることができる。
また、突起部２４６ａの下端は、半球形状や、球形状に構成しても良い。例えば、半球形状に構成すると、角を有する形状と異なり、電界が集中することがないので、孔２３４ａ内での異常放電の発生を抑制させることができる。
（ｄ）は、（ｃ）の構成に加えて、ガス流路２４７ｂから、第２孔２３４ａの内壁２３４ｅにガスを供給する第２ガス流路２４８を有する構成である。この様な構成にすることによって、第２孔２３４ａの絶縁板２４４側で生成される活性種が、第２孔２３４ａの絶縁板２４４側で滞留する事無く、処理室２０１側に輸送することができ、ウエハ２００の処理効率を向上させることができる。
なお、電極部２４３と内壁２３４ｅ、ウエハ対向面２３４ｆ等、ガスと接触が供給する面には、各部を構成する材料が飛散しない様にコーティングされていても良い。コーティングは、例えば、絶縁物（酸化物）であって、具体的には、各部をアルミニウムで構成した場合は、酸化アルミニウムで構成される。
なお、バッファ室２３２に、ガスガイド２３５が設けられていても良い。ガスガイド２３５は、ガス導入孔２４１を中心としてウエハ２００の径方向に向かうにつれ径が広がる円錐形状である。ガスガイド２３５の下端の水平方向の径は第２孔２３４ａが設けられる領域の端部よりも更に外周にまで延びて形成される。ガスガイド２３５が設けられていることによって、複数の第２孔２３４ａそれぞれに均一にガスを供給することができ、ウエハ２００の面内に供給される活性種の量を均一化させることができる。
バッファ室２３２の外周側の上面には、バッファ室２３２の雰囲気を排気する第２排気部としてのシャワーヘッド排気口２４０が設けられていても良い。シャワーヘッド排気口２４０に第２排気管２３６を接続し、第２排気管２３６に、バルブ２３７が設けられる。更に、第２排気管２３６は、圧力調整器２３８、真空ポンプ２３９が順に直列に接続される。主に、シャワーヘッド排気口２４０、バルブ２３７、第２排気管２３６により、第２の排気部（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２３９を設けずに、排気管２３６を排気管２２４の後段に接続される様に構成しても良い。この様な第２排気部を設けてバッファ室２３２内を排気することで、バッファ室２３２内のパージ時間を短縮することができる。
上述では、ウエハ２００に供給するガスを、シャワーヘッド２３４を介して供給する例を示したが、これに限らず、図４に示すように、ウエハ２００の側方から供給する様に構成しても良い。具体的には、処理室２０１の側壁にガス導入孔２４１を設け、ガス導入孔２４１にガス供給管１５０が接続される。この様に構成しても、第２孔２３４ａ内にプラズマを生成し、ウエハ２００に活性種を供給することができる。
（ガス供給系）
ガス導入孔２４１には、ガス供給管１５０が接続されている。ガス供給管１５０からは、後述の第１ガス、第２ガス、パージガスが供給される。
図５に、第ガス供給部、第２ガス供給部、パージガス供給部の概略構成図を示す。
図５に示す様に、ガス供給管１５０には、ガス供給管集合部１４０が接続されている。ガス供給管集合部１４０には、第１ガス（処理ガス）供給管１１３ａ、パージガス供給管１３３ａ、第２ガス（処理ガス）供給管１２３ａが接続される。
（第１ガス供給部）
第１ガス供給部には、第１ガス供給管１１３ａ、マスフロ―コントローラ（ＭＦＣ）１１５、バルブ１１６が設けられている。なお、第１ガス供給管１１３ａに接続される第１ガス供給源１１３を第１ガス供給部に含めて構成しても良い。また、処理ガスの原料が液体や固体の場合には、気化器１８０が設けられていても良い。
（第２ガス供給部）
第２ガス供給部には、第２ガス供給管１２３ａ、ＭＦＣ１２５、バルブ１２６が設けられている。なお、第２ガス供給管１２３ａに接続される第２ガス供給源１２３を第２ガス供給部に含めて構成しても良い。
なお、リモートプラズマユニット（ＲＰＵ）１２４を設けて、第２ガスを活性化させるように構成しても良い。
（パージガス供給部）
パージガス供給部には、パージガス供給管１３３ａ、ＭＦＣ１３５、バルブ１３６が設けられている。なお、パージガス供給管１３３ａに接続されるパージガス供給源１３３をパージガス供給部に含めて構成しても良い。
（制御部）
図１に示すように基板処理装置１００は、基板処理装置１００の各部の動作を制御するコントローラ２６０を有している。
コントローラ２６０の概略を図６に示す。制御部（制御手段）であるコントローラ２６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２６０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、内部バス２６０ｅを介して、ＣＰＵ２６０ａ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２６０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２６１や、外部記憶装置２６２、受信部２８５などが接続可能に構成されている。
記憶装置２６０ｃ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２６０ｃ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セスレシピ、ウエハ２００への処理に用いるプロセスレシピを設定するまでの過程で生じる演算データや処理データ等が読み出し可能に格納されている。なお、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２６０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、ＲＡＭ２６０ｂは、ＣＰＵ２６０ａによって読み出されたプログラム、演算データ、処理データ等のデータ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。
Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、ゲートバルブ１４９０、昇降機構２１８、ヒータ２１３、圧力調整器２２７（２３８）、真空ポンプ２２３（２３９）、整合器２５１、高周波電源２５２、ＭＦＣ１１５，１２５，１３５、バルブ１１６，１２６，１３６，２３７，２２８、（ＲＰＵ１２４，気化器１８０、）バイアス制御部２５７（２５８）、等に接続されている。また、電流計２５３、インピーダンス計２５４等にも接続されていても良い。
演算部としてのＣＰＵ２６０ａは、記憶装置２６０ｃ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２６０からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２６０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。また、受信部２８５から入力された設定値と、記憶装置２６０ｃに記憶されたプロセスレシピや制御データとを比較・演算して、演算データを算出可能に構成されている。また、演算データから対応する処理データ（プロセスレシピ）の決定処理等を実行可能に構成されている。そして、ＣＰＵ２６０ａは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ゲートバルブ１４９０の開閉動作、昇降機構２１８の昇降動作、ヒータ２１３への電力供給動作、圧力調整器２２７（２３８）の圧力調整動作、真空ポンプ２２３（２３９）のオンオフ制御、ＭＦＣ１１５，１２５，１３５でのガス流量制御動作、ＲＰＵ１２４のガスの活性化動作、バルブ１１６，１２６，１３６，２３７，２２８でのガスのオンオフ制御、整合器２５１の電力の整合動作、高周波電源２５２の電力制御、バイアス制御部２５７，２５８の制御動作、等を制御するように構成されている。インピーダンス計２５４と電流計２５３のいずれか又は両方からの情報に基づく、整合器２５１と高周波電源２５２の動作等を制御する様に構成されていても良い。各構成の制御を行う際は、ＣＰＵ２６０ａ内の送受信部が、プロセスレシピの内容に沿った制御情報を送信/受信することで制御する。
なお、コントローラ２６０は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていても良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（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）２６２を用意し、係る外部記憶装置２６２を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２６０を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２６２を介して供給する場合に限らない。例えば、受信部２８５やネットワーク２６３（インターネットや専用回線）等の通信手段を用い、外部記憶装置２６２を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置２６０ｃや外部記憶装置２６２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る。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、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２６０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２６２単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合が有る。
（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜であって、例えば窒化膜としてのシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を成膜するフローとシーケンス例について図７と図８を参照して説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ２６０により制御される。
なお、本明細書において、「ウエハ」という言葉を用いた場合には、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等とその積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハに形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハに形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合が有る。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（又は膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（又は膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハに形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハ最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」ことを意味する場合が有る。
なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も「ウエハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。
以下に、基板処理工程について説明する。
（基板搬入工程Ｓ２０１）
成膜処理に際しては、先ず、ウエハ２００を処理室２０１に搬入させる。具体的には、基板支持部２１０を昇降機構２１８によって下降させ、リフトピン２０７が貫通孔２１４から基板支持部２１０の上面側に突出させた状態にする。また、処理室２０１内や移載室２０３を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ１４９０を開放し、ゲートバルブ１４９０からリフトピン２０７上にウエハ２００を載置させる。ウエハ２００をリフトピン２０７上に載置させた後、ゲートバルブ１４９０を閉じ、昇降機構２１８によって基板支持部２１０を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ２００が、リフトピン２０７から基板支持部２１０へ載置されるようになる。
（減圧・昇温工程Ｓ２０２）
続いて、処理室２０１内が所定の圧力（真空度）となるように、排気管２２４を介して処理室２０１内を排気する。この際、圧力センサ（不図示）が計測した圧力値に基づき、圧力調整器２２７としてのＡＰＣバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ（不図示）が検出した温度値に基づき、処理室２０１内が所定の温度となるようにヒータ２１３への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部２１０をヒータ２１３により予め加熱しておき、ウエハ２００又は基板支持部２１０の温度変化が無くなってから一定時間置く。この間、処理室２０１内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気やＮ２ガスの供給によるパージによって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室２０１内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
このときのヒータ２１３の温度は、１００〜６００℃、好ましくは１００〜５００℃、より好ましくは２５０〜４５０℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。
また、ウエハ２００の電位が所定の電位となるように、バイアス調整部２５７とバイアス電極２５６によって、調整されても良い。
（成膜工程Ｓ３０１）
続いて、ウエハ２００にＳｉＮ膜を成膜する例について説明する。成膜工程Ｓ３０１の詳細について、図７、図８を用いて説明する。
ウエハ２００が基板支持部２１０に載置され、処理室２０１内の雰囲気が安定した後、Ｓ２０３〜Ｓ２０７のステップが行われる。
（第１ガス供給工程Ｓ２０３）
第１ガス供給工程Ｓ２０３では、第１ガス供給系から処理室２０１内に第１ガス（処理ガス）としてのジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２，ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ：ＤＣＳ）ガスを供給する。具体的には、第１ガス供給源１１３から供給されたＤＣＳガスをＭＦＣ１１５で流量調整した後、基板処理装置１００に供給する。流量調整されたＤＣＳガスは、バッファ室２３２を通り、シャワーヘッド２３４のガス供給孔２３４ａから、減圧状態の処理室２０１内に供給される。また、排気系による処理室２０１内の排気を継続し処理室２０１内の圧力を所定の圧力範囲（第１圧力）となるように制御する。このとき、ウエハ２００に対してＤＣＳガスが供給されることとなるＤＣＳガスは、所定の圧力（第１圧力：例えば１０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下）で処理室２０１内に供給する。このようにして、ウエハ２００にＤＣＳガスを供給する。ＤＣＳガスが供給されることにより、ウエハ２００上に、シリコン含有層が形成される。ここで、シリコン含有層とは、シリコン（Ｓｉ）または、シリコンと塩素（Ｃｌ）を含む層である。
（第１パージ工程Ｓ２０４）
ウエハ２００上にシリコン含有層が形成された後、ガス供給管１５０のガスバルブ１１６を閉じ、ＤＣＳガスの供給を停止する。第１ガスを停止することで、処理室２０１中に存在する第１ガスや、バッファ室２３２の中に存在する処理ガスを第１の排気部から排気されることにより第１パージ工程Ｓ２０４が行われる。
また、パージ工程では、単にガスを排気（真空引き）してガスを排出すること以外に、不活性ガスを供給して、残留ガスを押し出すことによる排出処理を行うように構成しても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を組み合わせて行っても良い。また、真空引きと不活性ガスの供給を交互に行うように構成しても良い。
なお、このとき、排気管２３６の、バルブ２３７を開き、排気管２３６を介して、バッファ室２３２内に存在するガスを排気ポンプ２３９から排気しても良い。
所定の時間経過後、バルブ１３６を閉じて、不活性ガスの供給を停止すると共に、バルブ２３７を閉じてバッファ室２３２と真空ポンプ２３９の間を遮断する。なお、バルブ１３６を開けたまま不活性ガスの供給を継続しても良い。バッファ室２３２への不活性ガスの供給を継続することによって、他の工程で、他の工程のガスがバッファ室２３２に入り込むことを抑制せることができる。
このときのヒータ２１３の温度は、ウエハ２００への第１ガス供給時と同様の温度となるように設定する。各不活性ガス供給系から供給するパージガスとしてのＮ２ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００〜２００００ｓｃｃｍの範囲内の流量とする。パージガスとしては、Ｎ２ガスの他、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅ等の希ガスを用いても良い。
（第２ガス供給工程Ｓ２０５）
パージ工程の後、バルブ１２６を開け、ガス導入孔２４１、バッファ室２３２、複数の孔２３４ａを介して、処理室２０１内に第２ガス（処理ガス）としての、アンモニアガス（ＮＨ３）を供給する。なお、第２ガスは、ウエハ２００を処理する処理ガスや、第１ガス，シリコン含有層，ウエハ２００と反応する反応ガスとも呼ばれる。
このとき、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量となるようにＭＦＣ１２５を調整する。なお、ＮＨ３ガスの供給流量は、例えば、１００ｓｃｃｍ以上１００００ｓｃｃｍ以下である。
ここで、高周波電源２５２から、整合器２５１を介して電極部２４３に高周波電力を供給する。電極部２４３に高周波電力が供給されることによって、孔２３４ａ内に第２ガスのプラズマ（第２ガスの活性種）が生成される。活性化されたＮＨ３が、ウエハ２００上に形成されているシリコン含有層に供給されると、シリコン含有層が改質され、シリコン元素を含有する改質層が形成される。
なお、図８では、第２ガスの供給と同時に高周波電力の供給を開始しているが、第２ガスの供給開始前から高周波電力を供給されるように構成しても良い。また、第１ガスの供給工程Ｓ２０３から判定工程Ｓ２０７が終了するまで高周波電力の供給を継続して、第２ガスの供給の有無によってプラズマを形成する様に制御しても良い。
なお、基板載置台２１２内に設けられたバイアス電極２５６の電位をバイアス調整部２５７によって調整させることによって、ウエハ２００への荷電粒子の供給量を調整させることもできる。
改質層は、例えば、処理室２０１内の圧力、ＮＨ３ガスの流量、ウエハ２００の温度、高周波電源２５２の電力等に応じて、所定の厚さ、所定の分布、シリコン含有層に対する所定の窒素成分等の侵入深さで形成される。
所定の時間経過後、バルブ１２６を閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。
このときのヒータ２１３の温度は、ウエハ２００への第１ガス供給時と同様の温度となるように設定される。
なお、第２の処理ガスを供給する際に、ＲＰＵ１２４を用いて、活性化したＮＨ３ガスをバッファ室２３２に供給することによって、処理均一性を向上させても良い。
（第２パージ工程Ｓ２０６）
第１パージ工程Ｓ２０４と同様の動作によって、第２パージ工程Ｓ２０６が行われる。例えば、処理室２０１中に存在するＮＨ３ガスや、バッファ室２３２の中に存在するＮＨ３ガスは、ＮＨ３ガスの供給を停止することで、第１の排気部から排気されることにより第２パージ工程Ｓ２０６が行われる。また、バッファ室２３２と処理室２０１にパージガスを供給することによって、パージが行われる。
（判定工程Ｓ２０７）
第２パージ工程Ｓ２０６の終了後、コントローラ２６０は、上記の成膜工程Ｓ３０１（Ｓ２０３〜Ｓ２０６）が所定のサイクル数ｎが実行されたか否かを判定する。即ち、ウエハ２００上に所望の厚さの膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップＳ２０３〜Ｓ２０６を１サイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行う（ステップＳ２０７）ことにより、ウエハ２００上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、ウエハ２００上に所定膜厚のＳｉＮ膜が形成される。
判定工程Ｓ２０７で、成膜工程Ｓ３０１が所定回数実施されていないとき（Ｎｏ判定のとき）は、成膜工程Ｓ３０１のサイクルを繰り返し、所定回数実施されたとき（Ｙｅｓ判定のとき）は、成膜工程Ｓ３０１を終了し、基板搬出工程Ｓ２０８を実行させる。この様にして、基板処理工程が行われる。
ここで、発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下の課題が生じることを見出した。
Ｓ２０３〜Ｓ２０６の工程を複数回、繰り返した場合に、孔２３４ａと処理室２０１のいずれか又は両方で生成されるプラズマが変化し、ウエハ２００へ処理均一性が低下する課題を見出した。この処理均一性は、例えば、ウエハ２００上の膜厚方向での均一性や、１バッチ内におけるウエハ２００毎の処理均一性である。
この課題について、鋭意研究を行った結果、以下を見出した。図１に示す、インピーダンス計２５４と電流計２５３のいずれか又は両方を用いて、プラズマ状態を監視することで、プラズマ状態によって変化するインピーダンス値のデータや電流値のデータを得ることができる。このインピーダンス値のデータや電流値のデータに基づいて、電極部２４３に供給される高周波の電力と周波数や、分散板２３４ｄに接続されるバイアス制御部２５８のバイアスを制御することによって、処理均一性が低下することを抑制できる。
ここで、この様なフィードバック制御例の具体的内容について、図９を用いて説明する。図９は、プラズマ生成量の制御系の構成を示すブロック線図の概略である。図９の構成要素である、設定データ８０１、ＣＰＵ２６０ａの演算部、コントローラ２６０、高周波電源２５２、電極部２４３、プラズマ生成量８０２、インピーダンス計２５４（電流計２５３）は、制御ループを構成している。設定データ８０１は、記録媒体に記録され、第２ガス供給工程Ｓ２０５を開始するまでに読み出される。コントローラ２６０は、読み出された設定データ８０１に基づいて、高周波電源２５２の電力値を設定する。第２ガス供給工程Ｓ２０５では、プラズマの生成中にインピーダンス計２５４と電流計２５３のいずれか又は両方で、プラズマの生成量が測定される。プラズマの生成量によって、インピーダンスと電流のいずれか又は両方が変化するため、インピーダンスデータと電流データのいずれか又は両方によってプラズマ状態を計測することができる。この様なデータに基づいて、演算部２６０ａで設定データ８０１との比較が行われ、所定のプラズマ生成量となる様に、コントローラ２６０が高周波電源２５２とバイアス制御部２５８のいずれか又は両方を制御する。この様にして、プラズマ生成量８０２を制御することで、処理均一性を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。以下に、本開示の他の形態について、図１０を用いて説明する。図１０は、電極部２４３の他の形態（ｅ）（ｆ）（ｇ）を示す図である。
（ｅ）は、分散板２３４ｄ上に、第２孔２３４ａの孔径と連通する孔２４４ｂが設けられた絶縁部２４４と、絶縁部２４４の上に、ガスが供給されるガス流路２４５を形成するように電極部２４３が設けられた構成となる。このガス流路２４５から孔２４４ｂを介して、孔２３４ａに処理ガスを供給することによって、ガス供給系から処理室２０１までのコンダクタンスを向上させることができ、ウエハ２００へ流量を多くすることができる。また、上述の（ａ）のように、ガス流路２４３ａと第３孔２４４ａの位置を合せる必要無くなるため、シャワーヘッド２４３の製造容易性を向上させることができ、基板処理装置毎の処理均一性を向上させることができる。また、メンテナンスも容易となる。
（ｆ）は、（ｅ）の構成と類似の構成であって、電極部２４３に突起部２４６ｂが設けられた点で相違する。この様な突起部２４６ｂを設けることによって、電極部２４３の表面積が増え、第２孔２３４ａ内で生成される活性種の量を増大させることができる。突起部２４６ｂは、例えば、円柱形状、球形状、半球形状等に形成しても良い。
（ｇ）は、（ｆ）の突起部２４６ｃが、第２孔２３４ａ内に挿入された構成である。この様な突起を設けることによって、電極部２４３の表面積を更に増やすことができ、第２孔２３４ａ内に生成される活性種の量を増大させることができる。また、図１０に示す様に、突起部２４６ｃの下端は、下端２３４ｆより長さＨ分高く位置される。長さＨは、孔２３４ａの孔径の長さＤ１よりも長くなるよう構成される。この様な構造に構成することで、第２孔２３４ａ内で生成される活性種の量を増やしつつ、第２孔２３４ａ内で生成されたイオン成分が、第２孔２３４ａから飛び出す量よりもアースに接続された第２孔２３４ａの内壁２３４ｅでトラップされる量の方が多くなるようにすることができ、ウエハ２００へのイオン成分の供給量を抑制させることができる。
また、上述では、第１ガスと第２ガスを交互に供給して成膜する方法について記したが、他の方法にも適用可能である。例えば、第１ガスと第２ガスの供給タイミングが重なる様な方法である。
また、上述では、２種類のガスを供給して処理する方法について記したが、１種類のガスを用いた処理であっても良い。
また、上述では、成膜処理について記したが、他の処理にも適用可能である。例えば、プラズマを用いた拡散処理、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、還元処理、酸化還元処理、エッチング処理、加熱処理などが有る。例えば、反応ガスのみを用いて、基板表面や基板に形成された膜をプラズマ酸化処理や、プラズマ窒化処理する際にも本発明を適用することができる。また、反応ガスのみを用いたプラズマアニール処理にも適用することができる。
また、上述では、半導体装置の製造工程について記したが、実施形態に係る発明は、半導体装置の製造工程以外にも適用可能である。例えば、液晶デバイスの製造工程、太陽電池の製造工程、発光デバイスの製造工程、ガラス基板の処理工程、セラミック基板の処理工程、導電性基板の処理工程、などの基板処理が有る。
また、上述では、原料ガスとしてシリコン含有ガス、反応ガスとして窒素含有ガスを用いて、シリコン窒化膜を形成する例を示したが、他のガスを用いた成膜にも適用可能である。例えば、酸素含有膜、窒素含有膜、炭素含有膜、ホウ素含有膜、金属含有膜とこれらの元素が複数含有した膜等が有る。なお、これらの膜としては、例えば、ＡｌＯ膜、ＺｒＯ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜、ＴｉＡｌＣ膜などが有る。
また、上述では、一つの処理室で一枚の基板を処理する装置構成を示したが、これに限らず、複数枚の基板を水平方向又は垂直方向に並べた装置であっても良い。
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２０２ 処理容器
２１２ 基板載置台
２１３ ヒータ
２２１ 排気口（第１排気部）
２３４ シャワーヘッド
２４３ 電極部材
２５３ 電流計
２５４ インピーダンス計
２５８ バイアス制御部
（ａ）は、分散板２３４ｄ上に、第２孔２３４ａの孔径Ｄ１よりも小さい孔径Ｄ２で形成されたガス流路２４３ａが設けられた電極部２４３と、孔径Ｄ２で形成された第１孔２４４ａが設けられた絶縁部２４４とを有する。ガス流路２４３ａと第１孔２４４ａとで、バッファ室２３２から第２孔２３４ａにガスを供給するガス流路構造としてのガス流路２４７ａが形成される。この様に励起部を構成することによって、第２孔２３４ａ内に、第２孔２３４ａの内壁２３４ｅと電極部２４３とが対向し、ガスのプラズマが生成される、プラズマ生成領域２８０を構成することができる。この様に、第２孔２３４ａ一つ一つにプラズマ生成領域２８０が形成されるため、ウエハ２００の面内全体に活性種を供給することができ、ウエハ２００面内の処理均一性を向上させることができる。また、第２孔２３４ａの内壁２３４ｅは、アース電位となっているため、第２孔２３４ａ内で生成されたイオン成分を第２孔２３４ａの内壁２３４ｅでトラップすることができ、ウエハ２００へのイオン成分の到達を抑制させることができる。また、第２孔２３４ａの下端（ウエハ対向面）２３４ｆもアース電位となっているので、イオン成分が、第２孔２３４ａを飛び出したとしても、ウエハ対向面２３４ｆにイオン成分を引き寄せられる。したがって、ウエハ２００に到達するイオン成分の量を低減させることができる。ウエハ２００に到達するイオン成分の量を低減することにより、ウエハ２００への処理のステップカバレッジを向上させたり、イオンダメージを低減させたりすることができる。
（ガス分散ユニット）
ガス分散ユニットとしてのシャワーヘッド２３４は、バッファ室２３２、第２孔２３４ａが複数設けられた分散部としての分散板２３４ｄを有する。シャワーヘッド２３４は、ガス導入口２４１と処理室２０１との間に設けられている。ガス導入口２４１から導入される第１ガスは、シャワーヘッド２３４のバッファ室２３２（第１分散部）に供給され、第２孔２３４ａを介して処理室２０１に供給される。

Claims (13)

  1. 基板を処理する処理室と、
    前記基板を支持する基板支持部と、
    前記基板にバッファ室を介してガスを供給するガス供給部と、
    前記バッファ室の下流に設けられ、前記バッファ室と連通するガス流路を形成する電極と、
    前記電極の下流に設けられ、前記ガス流路と隣接する第１の孔を有する絶縁部と、
    前記絶縁部の下流に設けられ、前記第１の孔と隣接すると共に前記ガス流路と連通し、プラズマ生成領域を有する第２の孔を複数有する分散部と、
    前記電極に接続される電力供給部と、
    前記絶縁部の下流側であって、前記プラズマ生成領域に電力を供給し、当該プラズマ生成領域に前記ガスのプラズマを生成する様に前記ガス供給部と前記電力供給部とを制御する制御部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記分散部はアース電位に接続され、前記プラズマ生成領域は、前記第２の孔の前記絶縁部側に形成される請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第１の孔の径は、前記第２の孔の径よりも小さくなるよう構成される請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記ガス流路を構成する流路構造の先端は、前記第１の孔に挿入されるよう構成される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  5. 前記流路構造を構成する突起部の先端は、前記第１の孔を介して前記第２の孔に挿入されるよう構成される請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記突起部の先端から前記第２の孔の下端までの長さは、前記第２の孔の孔径よりも長く構成される請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記流路構造は、前記流路構造と前記第２の穴の側壁と対抗する面に複数の孔が設けられる請求項５又は６に記載の基板処理装置。
  8. 前記電極と前記電力供給部との間にインピーダンスまたは電流を計測するよう構成されるセンサを有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  9. 基板を処理室に収容する工程と、
    前記処理室内で前記基板を基板支持部で支持する工程と、
    バッファ室と、当該バッファ室の下流に設けられ当該バッファ室と連通するガス流路を形成する電極と、前記電極の下流に設けられ前記ガス流路と隣接する第１の孔を複数有する絶縁部と、前記絶縁部の下流に設けられ、前記ガス流路と連通し、プラズマ生成領域を有する第２の孔を複数有する分散部と、を介して前記基板にガスを供給する工程と、
    前記プラズマ生成領域内に電力を供給して前記ガスのプラズマを生成する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  10. 前記基板にガスを供給する工程では、
    前記電極部に設けられ前記第１の孔に挿入される突起部内に設けられたガス流路を介して前記第２の孔内に前記ガスが供給される請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 基板を処理室に収容させる手順と、
    前記処理室内で前記基板を基板支持部で支持させる手順と、
    バッファ室と、当該バッファ室の下流に設けられ当該バッファ室と連通する複数のガス流路を形成する電極と、前記電極の下流に設けられ前記ガス流路と隣接する第１の孔を複数有する絶縁部と、前記絶縁部の下流に設けられ、前記ガス流路と連通し、プラズマ生成領域を有する第２の孔を複数有する分散部と、を介して前記基板にガスを供給させる手順と、
    前記プラズマ生成領域内に電力を供給して前記ガスのプラズマを生成させる手順と、
    が実行される基板処理装置をコンピュータによって実行させるプログラム。
  12. 前記基板にガスを供給させる手順では、
    前記電極部に設けられ前記第１の孔に挿入される突起部内に設けられたガス流路を介して前記第２の孔内に前記ガスが供給される請求項１１に記載のプログラム。
  13. 基板を処理室に収容させる手順と、
    前記処理室内で前記基板を基板支持部で支持させる手順と、
    バッファ室と、当該バッファ室の下流に設けられ当該バッファ室と連通する複数のガス流路を形成する電極と、前記電極の下流に設けられ前記ガス流路と隣接する第１の孔を複数有する絶縁部と、前記絶縁部の下流に設けられ、前記ガス流路と連通し、プラズマ生成領域を有する第２の孔を複数有する分散部と、を介して前記基板にガスを供給させる手順と、
    前記プラズマ生成領域内に電力を供給して前記ガスのプラズマを生成させる手順と、
    が実行される基板処理装置をコンピュータによって実行させるプログラムが記録された記録媒体。
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