JP2018129330A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

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

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Abstract

【課題】膜の特性を変化させる処理後の基板の特性を向上させる【解決手段】基板が収容される処理容器と、処理容器内で基板を支持し、支持電極を有する基板支持部と、基板支持部と対向する上部電極と、上部電極に一端が接続された第１インピーダンス制御部と、支持電極に一端が接続された第２インピーダンス制御部と、基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、処理容器の外側であって、絶縁部を介して電力供給部に接続され、処理ガスを活性化させる活性化部と、絶縁部と活性化部との間に一端が接続された第３インピーダンス制御部と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法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。
また、処理後に膜の特性を変化させるプラズマ処理が行われている。例えば、特許文献２に記載の技術が有る。
特開２０１５−０９２５３３ 特開２０１２−１９３４５７
膜の特性を変化させる処理後の基板の特性を向上させる必要が有る。
そこで本開示では、膜の特性を変化させる処理後の基板の特性を向上させる技術を提供する。
一態様によれば、基板が収容される処理容器と、処理容器内で基板を支持し、支持電極を有する基板支持部と、基板支持部と対向する上部電極と、上部電極に一端が接続された第１インピーダンス制御部と、支持電極に一端が接続された第２インピーダンス制御部と、基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、処理容器の外側であって、絶縁部を介して電力供給部に接続され、処理ガスを活性化させる活性化部と、絶縁部と活性化部との間に一端が接続された第３インピーダンス制御部と、を有する技術が提供される。
本開示に係る技術によれば、処理後の膜の特性を変化させるプラズマ処理において、大量の活性種を生成可能となる。
一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。 一実施形態に係るガス供給部の概略構成図である。 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。 一実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。 一実施形態に係るプラズマ生成例を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ生成例を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ生成例を示す図である。 一実施形態に係るインピーダンス設定テーブル例である。 他の実施形態にかかる処理シーケンス例である。
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、下部容器２０２ｂ、プラズマ生成容器２０２ｃで構成される。プラズマ生成容器２０２ｃは、上部容器２０２ａの上部に設けられている。上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂの間には仕切部２０４が設けられる。上部容器２０２ａとプラズマ生成容器２０２ｃに囲まれた空間であって、仕切部２０４よりも上方の空間を処理空間２０１と呼ぶ。また、仕切部２０４よりも下方の空間であって、下部容器２０２ｂに囲まれた空間を移載室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を介して搬送モジュール（不図示）と移載室２０３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。
処理空間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、支持電極２５６が設けられる。支持電極２５６は、第２インピーダンス制御部２５７に接続されている。第２インピーダンス制御部２５７の第２インピーダンスを調整することにより、ウエハ２００や処理空間２０１の下方（ウエハ２００側）の電位を調整できる。また、第２インピーダンス制御部２５７の一端は、任意の電位に接続される。例えば、第２インピーダンス制御部２５７の一端は、アース電位や、アース電位とは異なる電位の第２電位部２７２、共通電位部２３７のいずれかに接続される。なお、支持電極２５６と第２インピーダンス制御部２５７との間に切替部２６４を設けて、支持電極２５６と第２インピーダンス制御部２５７とを電気的に切り離せるように構成しても良い。
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の外部で昇降部２１８に接続されている。昇降部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、処理空間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の移載室２０３内の破線で示すウエハ移載位置に移動し、ウエハ２００の第１処理時には図１の実線で示した第１処理位置（ウエハ処理位置）に移動する。なお、ウエハ移載位置は、リフトピン２０７の上端が、基板載置面２１１の上面から突出する位置である。
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、高純度石英や高純度アルミナなどの材質で形成することが望ましい。
（排気系）
処理空間２０１（上部容器２０２ａ）には、処理空間２０１の雰囲気を排気する第１排気部としての第１排気口２６２が設けられている。第１排気口２６２には排気管２２４が接続されており、排気管２２４には、処理空間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、第１排気口２６２、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第２排気口１４８１が設けられている。また、第２排気口１４８１には排気管１４８２が設けられている。排気管１４８２には、移載室２０３内を所定の圧力に制御するＡＰＣ等の圧力調整器２２８と真空ポンプ２２９が順に直列に接続されている。主に、第２排気口１４８２、排気管１４８２、圧力調整器２２８により第二の排気系（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２２９も第二の排気系の構成としても良い。なお、ポンプ２２９は、上述の真空ポンプ２２３と共通に構成しても良い。
（ガス導入口）
処理空間２０１の上部には、処理空間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。処理ガス供給部の一構成であるガス導入口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。
（活性化部（プラズマ生成部））
プラズマ生成容器２０２ｃの外側には、活性化部としての電極２３４が設けられている。電極２３４は、誘導結合型のプラズマ２６０を生成可能に構成される。具体的には、アンテナであって、コイルで構成される。なお、コイル長は、好ましくは、（λ／４）×ｎ（λ：供給される低周波の波長、ｎ：偶数）とならない長さで形成される。この長さは、コイルと処理空間２０１の少なくともいずれかに定在波が生じ難い長さである。好ましくは、（λ／４）×ｎよりも短い長さである。この様に構成することで、プラズマの局所的な集中によって生じるプラズマ密度分布の不均一性を解消させることができる。電極２３４には、フィード線２３５を介して絶縁部２３６が接続されている。絶縁部２３６は、低周波電源部２５２の基準電位(アース)と絶縁するための構造物である。絶縁部２３６は、例えば絶縁トランスで構成される。絶縁部２３６には、電力供給部としての整合器２５１と低周波電源部２５２が接続されている。低周波電源部２５２、整合器２５１、絶縁部２３６を介して電極２３４に電磁波（低周波電力）が供給可能に構成されている。これにより、処理空間２０１内に供給されたガスを活性化（プラズマ化）させることができる。活性化部は、少なくとも電極部２３４で構成される。ここで、低周波電力とは、０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下の周波数の電力である。
プラズマ生成容器２０２ｃの上部には、上部電極（天井電極、蓋部電極とも呼ぶ）２３１が設けられている。上部電極２３１は、ウエハ２００と対向する位置に設けられ、第１インピーダンス制御部２５８が接続されている。第１インピーダンス制御部２５８の第１インピーダンスを調整することにより、上部電極２３１の付近のプラズマ状態を調整できる。なお第１インピーダンス制御部２５８の一端は、任意の電位に接続される。例えば、第１インピーダンス制御部２５８の一端は、アース電位や、アース電位とは異なる電位の第１電位部２７１、共通電位部２３７のいずれかに接続される。なお、上部電極２３１と第１インピーダンス制御部２５８との間に切替部２６５を設けて、上部電極２３１と第１インピーダンス制御部２５８とを電気的に切り離せるように構成しても良い。
また、電極２３４と絶縁部２３６との間に、第３インピーダンス制御部２５９が接続されている。第３インピーダンス制御部２５９の第３インピーダンスを調整することにより、処理空間２０１内のプラズマ状態を調整することができる。なお、第３インピーダンス制御部２５９の一端は、任意の電位に接続される。例えば、第３インピーダンス制御部２５９の一端は、アース電位や、アース電位とは異なる電位の第３電位部２７３、共通電位部２３７のいずれかに接続される。なお、第３インピーダンス制御部２５９と、電極２３４と絶縁部２３６との間に、切替部２６６を設けて、電気的に切り離せるように構成しても良い。なお、上述の第１電位部２７１、第２電位部２７２、第３電位部２７３は、それぞれ異なる電位に構成しても良いし、同じ電位に構成しても良い。
（ガス供給部）
ガス導入口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。なお、処理ガス供給部は、ガス導入口２４１と、後述の第１ガス供給部，第２ガス供給部，不活性ガス供給部の少なくともいずれかで構成される。
図２に、第１ガス供給部、第２ガス供給部、不活性ガス供給部等のガス供給部の概略構成図を示す。
図２に示す様に、ガス供給管１５０には、第１ガス（第１処理ガス）供給管１１３ａ、第２ガス（第２処理ガス）供給管１２３ａ、不活性ガス供給管１３３ａ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、第１処理ガスの原料が液体や固体の場合には、気化器１８０ａが設けられていても良い。なお、第１処理ガスは、改質ガス（トリートメントガスとも呼ぶ）が用いられる。改質ガスは、例えば、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）、臭素（Ｂ）の少なくとも何れかを含むガスである。具体的には、窒素（Ｎ２）ガス、亜酸化窒素（ＮＯ）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、等が有る。以下では、第１処理ガスとしてＮＨ３ガスを用いる例を記す。
（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。また、処理ガスの原料が液体や固体の場合には、気化器１８０ｂが設けられていても良い。なお、第２処理ガスは、成膜に用いるガスが用いられる。例えば、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタニウム（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）の少なくとも何れかを含むガスである。例えば、アミノシラン系のガスが有る。アミノシラン系ガスとして、具体的には以下が有る。ブチルアミノシラン（ＢＡＳ）ガス、ビスターシャリブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガス、ジメチルアミノシラン（ＤＭＡＳ）ガス、ビスジメチルアミノシラン（ＢＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）ガス、ジエチルアミノシラン（ＤＥＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＥＡＳ）ガス、ジプロピルアミノシラン（ＤＰＡＳ）ガス、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガス。
（不活性ガス供給部）
不活性ガス供給部には、不活性ガス供給管１３３ａ、ＭＦＣ１３５、バルブ１３６が設けられている。なお、不活性ガス供給管１３３ａに接続される不活性ガス供給源１３３を不活性ガス供給部に含めて構成しても良い。
（コントローラ）
次に、図３を用いてコントローラ２８０の詳細を説明する。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２８０を有している。
コントローラ２８０の概略を図３に示す。制御部（制御手段）であるコントローラ２８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２８０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２８０ｂ、記憶部としての記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２８０ｂ、記憶装置２８０ｃ、Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、内部バス２８０ｅを介して、ＣＰＵ２８０ａと処理データや演算データ等のデータを交換可能なように構成されている。基板処理装置１００内のデータの送受信は、ＣＰＵ２８０ａの一つの機能でもある送受信指示部２８０ｆの指示により行われる。
コントローラ２８０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２８１や、外部記憶装置２８２が接続可能に構成されている。更に、上位装置２７０にネットワークを介して接続される受信部２８３が設けられる。
記憶装置２８０ｃ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２８０ｃ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、テーブル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２８０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、このプロセス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、プロセス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、ＲＡＭ２８０ｂは、ＣＰＵ２８０ａ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。
Ｉ／Ｏポート２８０ｄは、ゲートバルブ１４９０、昇降機構２１８、第１インピーダンス制御部、第２インピーダンス制御部、第３インピーダンス制御部等、基板処理装置１００の各構成に接続されている。
ＣＰＵ２８０ａは、記憶装置２８０ｃ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２８１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２８０ｃ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、ＣＰＵ２８０ａ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２０６の開閉動作、昇降機構２１８の昇降動作、各ポンプのオンオフ制御、ＭＦＣの流量調整動作、バルブ等を制御可能に構成されている。プロセスレシピとしては、各基板に対応したレシピが記録される。例えば、基板２００上にＳｉＮ膜を形成する第一のレシピが記憶され、基板２００上にＳｉＯ膜を形成する第二のレシピが記憶される。これらのレシピは、上位装置等からそれぞれの基板を処理する指示を受信すると、読み出すよう構成される。
なお、コントローラ２８０は、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）２８２を用いて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２８０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入力するための手段は、外部記憶装置２８２を介して入力する場合に限らない。例えば、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２８２を介さずにプログラムを入力するようにしても良い。なお、記憶装置２８０ｃや外部記憶装置２８２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２８０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２８２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
（２）基板処理工程
次に、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（ウエハ２００）上に形成された絶縁膜を改質するフローとシーケンス例について説明する。なお、ここで絶縁膜としては、例えば、シリコン含有層が形成されている。シリコン含有層は、例えば、シリコンと窒素、不純物を含む層である。また、この製造工程の一工程は、上述の基板処理装置で行われる。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２８０により制御される。
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を処理空間２０１に搬入させる。具体的には、基板支持部２１０を昇降部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、処理空間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、昇降部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、処理空間２０１内が所定の圧力（真空度）となるように、排気管２２４を介して処理空間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の弁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、処理空間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。
（第１処理工程Ｓ３０１）
続いて、第１処理として、ウエハ２００上に形成されたシリコン含有層をトリートメント処理（改質処理とも呼ぶ）する例について説明する。第１処理工程Ｓ３０１の詳細について、図４、図５、図６、図７、図８を用いて説明する。図４は、基板処理工程のフロー図である。図５，図６，図７は、プラズマ生成例と、各インピーダンス制御部の制御関係を示す図である。図８は、プラズマの設定に対する各インピーダンス制御部の設定値を示すテーブル例である。
ウエハ２００が基板支持部２１０に載置され、処理空間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インピーダンス調整工程Ｓ２０３）
先ず、ウエハ２００又は支持電極（サセプタ電極とも呼ぶ）２５６近傍のプラズマ状態を調整する第１インピーダンス調整工程Ｓ２０３が行われる。具体的には、図８に示す、インピーダンス設定テーブルの第１設定、第２設定、第３設定の何れかの設定を読み出す。インピーダンス設定テーブルは、例えば、記憶装置２８０ｃに記録されている。コントローラ２８０は、読み出されたインピーダンスの設定を各インピーダンス制御部に送信する。各インピーダンス制御部は、以下の様にインピーダンス調整を行う。第１インピーダンス制御部２５８は、上部電極２３１と第１電位部２７１との間のインピーダンスを調整する。第２インピーダンス制御部２５７は、支持電極２５６と第２電位部２７２との間のインピーダンスを調整する。第３インピーダンス制御部２５９は、電極２３４と第３電位部との間のインピーダンスを調整する。なお、各電極と各インピーダンス制御部との間に、切替部２６４，２６５，２６６が設けられている場合は、コントローラ２８０は、切替部２６４，２６５，２６６のＯＮ／ＯＦＦを設定する。なお、工程Ｓ２０３は、Ｓ２０２の後に行う例を示したが、これに限らず、Ｓ２０１の工程の後から後述の第１プラズマ生成工程までの間に行えば良い。
（第１ガス供給工程Ｓ２０４）
第１ガス供給工程Ｓ２０４では、第１ガス供給部から処理空間２０１内に第１処理ガスとしてＮＨ３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ＮＨ３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ＮＨ３ガスは、ガス導入口２４１から、減圧状態の処理空間２０１内に供給される。また、排気系による処理空間２０１内の排気を継続し処理空間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ＮＨ３ガスが供給されることとなる。ＮＨ３ガスは、所定の流量（例えば１００〜２００００ｓｃｃｍ）または、所定の圧力（例えば１０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下）で処理空間２０１内に供給する。このようにして、ウエハ２００にＮＨ３ガスを供給する。
（第１プラズマ生成工程Ｓ２０５）
処理空間２０１またはウエハ２００にＮＨ３ガスが供給された状態で、電力供給部（整合器２５１、低周波電源部２５２）から電極２３４に低周波電力を供給する。電極２３４に低周波電力が供給されることにより、処理空間２０１内に、ＮＨ３ガスのプラズマ２６０が生成される。電極２３４には、所定の電力（例えば、５０Ｗ以上１００００Ｗ以下）が供給される。この様な低周波電力を供給することで、表皮効果が薄れる。言い換えるとプラズマ生成容器２０２ｃの壁側へのプラズマの集中を抑制できる。この結果、処理空間２０１内で、ウエハ２００と水平方向のプラズマ密度を均一化させることができる。
プラズマ中には、ＮＨ３の活性種が存在する。ＮＨ３の活性種がウエハ２００に供給されることにより、ウエハ２００上に形成されている、シリコン含有層が改質される。具体的には、シリコン含有層に含まれる塩素（Ｃｌ）が除去され、シリコン含有層中の未結合手（ダングリングボンド）に窒素（Ｎ）が供給され、窒化シリコン膜の質が向上する。また、プラズマ２６０の状態は、各インピーダンス制御部の設定によって、以下の様に変化する。本開示の処理では、以下のプラズマ状態のいずれか、または組み合わせて、所定時間処理される。
＜プラズマ状態とインピーダンス設定の関係＞
（第１設定の場合）
インピーダンスの設定が、第１設定に設定されている場合、プラズマは図５に示す様に、処理空間２０１の上部に引き寄せられた状態の第１プラズマ２６０ａが生成される。これは、上部電極２３１から第１電位部２７１の経路のインピーダンスが小さく、低周波電源部２５２の出力する低周波電力が電極２３４と第１プラズマ２６０ａを介して上部電極２３１の方に流れ易くなっていることで生じる。この第１プラズマ２６０ａの状態でウエハ２００を処理することにより、ウエハ２００に到達するイオン量を低減させることができ、ウエハ２００上に形成されたデバイス（構造体、凹凸構造とも呼ぶ）に対して、比較的等方性の処理を施すことができる。
（第２設定の場合）
インピーダンスの設定が、第２設定に設定されている場合、プラズマは図６に示す様に、支持電極２５６に引き寄せられた状態の第２プラズマ２６０ｂが生成される。これは、上部電極２３１から第１電位部２７１の経路のインピーダンスと支持電極２５６から第２電位部２７２の経路のインピーダンスの値が近く、低周波電源部２５２の出力する低周波電力が、電極２３４と第１プラズマ２６０ｂを介して上部電極２３１と支持電極２５６の両方に流れることで生じる。なお、第２設定では、電子の全てが支持電極２５６に流れ込むのではなく、一部は、上部電極２３１にも流れている。この第２プラズマ２６０ｂの状態でウエハ２００を処理することにより、ウエハ２００に形成された膜の一層程度を均一に改質させる処理が可能となる。
（第３設定の場合）
インピーダンスの設定が、第３設定に設定されている場合、プラズマは図７に示す様に、支持電極２５６に引き寄せられ、ウエハ２００に接近した状態の第３プラズマ２６０ｃが生成される。これは、支持電極２５６から第２電位部２７２の経路のインピーダンスが小さく、低周波電源部２５２の出力する低周波電力がアンテナ２３４と第３プラズマ２６０ｃを介して支持電極２５６の方に流れ易くなっていることで生じる。なお、支持電極２５６近傍のプラズマ密度は、第２設定よりも高くなる。この第３プラズマ２６０ｃの状態でウエハ２００を処理することにより、ウエハ２００に形成された膜の改質レートを向上させることができる。
ここでのプラズマ生成は、後述の第２処理工程Ｓ４０１や第３処理工程Ｓ５０１を行わせる場合を例として説明する。この場合、第１プラズマ２６０ａが生成された状態での処理は、ウエハ２００の表面全体が窒素で数原子層程度覆われる程度に処理が行われる。
（パージ工程Ｓ２０６）
ウエハ２００上のシリコン含有層が改質された後、第1ガス供給管１１３ａのガスバルブ１１６を閉じ、ＮＨ３ガスの供給を停止する。第１ガスを停止することで、処理空間２０１中に存在する第１ガスを第１の排気部から排気されることによりパージ工程Ｓ２０６が行われる。
また、第１パージ工程Ｓ２０４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、不活性ガス供給源１３３より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。この場合、バルブ１３６を開け、ＭＦＣ１３５で不活性ガスの流量調整を行う。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。
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。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。なお、不活性ガス供給部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１判定工程Ｓ２０７）
パージ工程Ｓ２０６の終了後、コントローラ２８０は、上記の第１処理工程Ｓ３０１（Ｓ２０３〜Ｓ２０６）に加えて他の処理を行う必要が有るかを判定しても良い。即ち、ウエハ２００上に形成された膜や構造体の改質が終了したか否かを判定しても良い。
第１判定工程Ｓ２０７を行う場合は、次の判定を行う。第１処理工程Ｓ３０１の他の処理を行う必要がある場合（Ｙｅｓ判定のとき）は、第２処理工程Ｓ４０１を行わせる。他の処理を行わない場合（Ｎｏ判定のとき）は、第１処理工程Ｓ３０１を終了し、搬送圧力調整工程Ｓ２０９と基板搬出工程Ｓ２１０を実行させる。
第１判定工程Ｓ２０７を行わない場合は、第１処理工程Ｓ３０１の後に搬送圧力調整工程Ｓ２０９と基板搬出工程Ｓ２１０を実行させる。
（第２処理（トリートメント）工程Ｓ４０１）
続いて、ウエハ２００に第２処理を施す例について説明する。
（第２インピーダンス調整工程Ｓ４０３）
第２処理に際しては、先ず、各インピーダンス制御部のインピーダンスを調整する。Ｓ４０３では、第１インピーダンス調整工程Ｓ２０３とは異なるインピーダンス設定に調整される。具体的には、Ｓ２０３で、第１設定に調整されている場合は、第２設定または第３設定に調整される。ここでは、第１処理工程Ｓ３０１で第１設定に調整され、第２処理工程Ｓ４０１で第２設定に調整された場合について説明する。第２インピーダンスに調整後、処理ガス供給工程Ｓ４０４、第２プラズマ生成工程Ｓ４０５、パージ工程Ｓ４０６が行われる。ここで行われる処理ガス供給工程Ｓ４０４とパージ工程Ｓ４０６は、上述の処理ガス供給工程Ｓ２０４とパージ工程Ｓ２０６と同様であるため説明を省略する。
（第２プラズマ生成工程Ｓ４０５）
上述の第１プラズマ生成工程Ｓ２０５と同様に電極２３４に低周波電力が供給されることにより、処理空間２０１内に、ＮＨ３ガスのプラズマが生成される。このとき、プラズマは、上述の様に第２プラズマ２６０ｂが生成される。
プラズマが生成され、所定時間経過した後、パージ工程Ｓ４０６が行われ第２処理工程Ｓ４０１が終了する。
この様な処理は、例えば、電極構造や金属含有膜が露出したウエハ２００や、金属含有膜が比較的表面に近い場所に存在しているウエハ２００に対しての処理で有効である。金属含有膜は、プラズマ２６０との接触でチャージアップする場合がある。チャージアップした場合、金属含有膜周辺に形成された絶縁膜が絶縁破壊される可能性が有る。この絶縁破壊は、チャージアップダメージと呼ばれる。これにより、半導体デバイス生産の歩留まりが低下する課題がある。しかしながら、この様に、第１処理工程Ｓ３０１を行うことにより、電極構造や金属含有膜の最表面を絶縁化させることができる。これにより、チャージアップが抑制された状態で、イオン成分を含む第３プラズマ２６０ｃでの処理を行うことができ、上述のシリコン含有膜の改質レートを向上させることができる。
第２処理工程Ｓ４０１の後に第２判定工程Ｓ４０７を行わせても良い。
（第２判定工程Ｓ４０７）
第２判定工程Ｓ４０７では、第１判定工程Ｓ２０７の様に他の処理を行う必要が有るかが判定される。他の処理を行う場合（Ｙｅｓ判定のとき）は、第３処理工程Ｓ５０１を行わせる。他の処理を行わない場合（Ｎｏ判定のとき）は、第２処理工程Ｓ４０１を終了し、搬送圧力調整工程Ｓ２０９と基板搬出工程Ｓ２１０を実行させる。
第２判定工程Ｓ４０７を行わない場合は、第２処理工程Ｓ４０１の後に搬送圧力調整工程Ｓ２０９と基板搬出工程Ｓ２１０を実行させる。
（第３処理（トリートメント）工程Ｓ５０１）
続いて、ウエハ２００に第３処理を施す例について説明する。
（第インピーダンス調整工程Ｓ５０３）
第３処理に際しては、先ず、各インピーダンス制御部のインピーダンスを調整する。Ｓ５０３では、第１インピーダンス調整工程Ｓ２０３と第２インピーダンス調整工程Ｓ４０３とは異なるインピーダンス設定に調整される。具体的には、Ｓ２０３で第１設定に調整され、Ｓ４０３で第２設定に調整されている場合は、第３設定に調整される。ここでは、Ｓ３０１で第１設定に調整され、Ｓ４０３で第２設定に調整され、Ｓ５０３で第３設定に調整された場合について説明する。第３インピーダンスに調整後、処理ガス供給工程Ｓ５０４、第３プラズマ生成工程Ｓ５０５、パージ工程Ｓ５０６が行われる。ここで行われる処理ガス供給工程Ｓ５０４とパージ工程Ｓ５０６は、上述の処理ガス供給工程Ｓ２０４とパージ工程Ｓ２０６と同様であるため説明を省略する。
（第３プラズマ生成工程Ｓ５０５）
上述の第１プラズマ生成工程Ｓ２０５や、第２プラズマ生成工程Ｓ４０５と同様に電極２３４に低周波電力が供給されることにより、処理空間２０１内に、ＮＨ３ガスのプラズマが生成される。このとき、プラズマは、上述の様に第３プラズマ２６０ｃが生成される。
プラズマが生成され、所定時間経過した後、パージ工程Ｓ２０６が行われ第３処理工程Ｓ５０１が終了する。
この様に、改質処理を３段階に分けて行うことにより、チャージアップを抑制する層の形成時間を短縮させつつ、シリコン含有層の改質レートを最大化させることができる。ウエハ２００の表面に金属含有膜が露出している場合、改質レートに影響を与えるウエハ２００に到達するイオン成分量とチャージアップ量は比例関係にあるため、金属含有膜の表面を絶縁化（不働態化）、または、表面に絶縁膜を形成していない場合は、チャージアップしてしまうことを抑制させることができる。
第３処理工程Ｓ５０１後、搬送圧力調整工程Ｓ２０９と基板搬出工程Ｓ２１０が行われる。
（搬送圧力調整工程Ｓ２０９）
次に、搬送圧力調整工程Ｓ２０９について説明する。搬送圧力調整工程Ｓ２０９では、処理空間２０１内や移載室２０３が所定の圧力（真空度）となるように、第１排気口２６２と第２排気口１４８１のいずれかまたは両方で排気する。
（基板搬出工程Ｓ２１０）
搬送圧力調整工程Ｓ２０９で処理空間２０１と移載室２０３内が所定圧力になった後、基板支持部２１０を昇降部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。即ち、ウエハ２００がリフタピン２０７に支持された状態とする。その後、ゲートバルブ１４９０を開き、移載室２０３から搬送モジュール（不図示）にウエハ２００を搬出する。
この様にして、本開示の基板処理工程が行われる。
以上、本開示の一実施形態を具体的に説明したが、本開示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。
上述では、１種類のガスを供給して処理する方法について記したが、２種類以上のガスを用いた処理であっても良い。
また、上述では、改質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、成膜処理などが有る。これらの処理を行った後に、上述の第１処理〜第３処理を行わせても良い。
また、上述では、ウエハ２００上に既にシリコン含有層が形成された状態で改質処理する例を記したが、シリコン含有層の形成中に改質処理を行っても良い。具体的には、第２ガス供給部からのシリコン含有ガスの供給と、第１ガス供給部からの窒素含有ガスの供給と、をサイクル供給して、シリコン含有層を形成する工程で、１サイクルや数サイクル毎に上述の第１処理を行わせる様に構成しても良い。また、このシリコン含有層を形成するサイクル中で、第１ガス供給部からの窒素含有ガスの供給中に低周波電力を供給する様に構成しても良い。この様に処理することで、シリコン窒化膜の質を向上させることができる。これらの処理シーケンスについて図９に記す。なお、上述の基板処理工程の内、第１処理工程Ｓ３０１と第２処理工程Ｓ４０１と第３処理工程Ｓ５０１のそれぞれを、図９に記した第４処理工程Ｓ６０１と第５処理工程Ｓ７０１と置き換えて構成しても良い。具体的には、第１処理工程Ｓ３０１を第５処理工程Ｓ７０１と置き換えて、シリコン含有層の形成工程後に、第２処理工程Ｓ４０１を行う様に構成しても良い。この様な成膜と改質処理の組み合わせによれば、高アスペクトパターンを有する基板に対して、上述の実施形態よりも更に均一な成膜と改質を行わせることが可能となる。
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、処理ガスとして窒素含有ガス、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、酸素含有ガス、炭素含有ガス、ホウ素含有ガス、金属含有ガスとこれらの元素が複数含有したガス等が有る。
また、上述では、シリコン含有層を処理する例を示したが、他の元素を含む層であって良い。例えば、Ａｌ含有層、Ｚｒ含有層、Ｈｆ含有層、ＨｆＡｌ含有層、ＺｒＡｌ含有層、ＳｉＣ含有層、ＳｉＣＮ含有層、ＳｉＢＮ含有層、ＴｉＮ含有層、ＴｉＣ含有層、ＴｉＡｌＣ含有層などが有る。
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に並べた装置であっても良い。
１００ 処理装置
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
２６２ 第１排気口
２３４ 電極
２８０ コントローラ

Claims (10)

  1. 基板が収容される処理容器と、
    前記処理容器内で前記基板を支持し、支持電極を有する基板支持部と、
    前記基板支持部と対向する上部電極と、
    前記上部電極に一端が接続された第１インピーダンス制御部と、
    前記支持電極に一端が接続された第２インピーダンス制御部と、
    前記基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記処理容器の外側であって、絶縁部を介して電力供給部に接続され、前記処理ガスを活性化させる活性化部と、
    前記絶縁部と前記活性化部との間に一端が接続された第３インピーダンス制御部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記第１インピーダンス制御部の他端に接続され、アース電位とは異なる電位の第１電位部と、
    前記第２インピーダンス制御部の他端に接続され、アース電位とは異なる電位の第２電位部と、
    前記第３インピーダンス制御部の他端に接続され、アース電位とは異なる電位の第３電位部と、
    を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第１電位部と前記第２電位部と前記第３電位部が接続される共通電位部と、
    を有する請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記第１インピーダンス制御部の第１インピーダンスと前記第２インピーダンス制御部の第２インピーダンスと前記第３インピーダンス制御部の第３インピーダンスと前記電力供給部の電力を設定する制御部と、
    を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  5. 前記制御部は、前記第２インピーダンスを前記第１インピーダンスと前記第３インピーダンスよりも大きくした第１設定に設定後、前記活性化部に電力を供給して、前記第１処理ガスを活性化させるように前記各部を制御させる、
    請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記制御部は、前記第１インピーダンスと前記第２インピーダンスとを前記第３インピーダンスよりも大きくした第２設定に設定後、前記活性化部に電力を供給して、前記第１処理ガスを活性化させるように前記各部を制御させる、
    請求項４または５に記載の基板処理装置。
  7. 前記制御部は、前記第１インピーダンスを前記第２インピーダンスと前記第３インピーダンスよりも大きくした第３設定に設定後、前記活性化部に電力を供給して、前記第１処理ガスを活性化させるように前記各部を制御させる、
    請求項４乃至６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 前記制御部は、前記第１設定で前記基板を第１処理した後で、前記第２設定での第２処理または前記第３設定での第３処理を行わせる請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 基板を処理容器に収容する工程と、
    前記基板と対向する上部電極の第１インピーダンスを調整する工程と、
    前記基板を支持する基板支持部に設けられた支持電極の第２インピーダンスを調整する工程と、
    前記処理容器の外側に設けられた活性化部の第３インピーダンスを調整する工程と、
    前記基板に処理ガスを供給する工程と、
    前記各インピーダンスを調整した後に、前記活性化部に電力を供給して前記処理ガスを活性化させる工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  10. 基板を処理容器に収容させる手順と、
    前記基板と対向する上部電極の第１インピーダンスを調整させる手順と、
    前記基板を支持する基板支持部に設けられた支持電極の第２インピーダンスを調整させる手順と、
    前記処理容器の外側に設けられた活性化部の第３インピーダンスを調整させる手順と、
    前記基板に処理ガスを供給させる手順と、
    前記各インピーダンスを調整した後に、前記活性化部に電力を供給して前記処理ガスを活性化させる手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。








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