JP2023067273A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

Figure 2023067273000001
【課題】基板処理の面内均一性を向上させることが可能な技術を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、基板を処理する基板処理室と、前記基板処理室に連通するプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室内にガスを供給可能なガス供給部と、前記プラズマ生成室を囲うように配置され、高周波電力が供給される第１コイルと、前記プラズマ生成室を囲うように配置され、前記第１コイルと軸方向が同じで且つ前記第１コイルと巻径が異なり、高周波電力が供給され、該高周波電力の供給によって生じる電圧分布のピークが前記第１コイルで生じる電圧分布のピークと重ならないよう構成されている第２コイルと、を備える。
【選択図】図７

Description

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。
特許文献１には、二つのコイルに高周波電力を供給することにより処理ガスをプラズマ励起して基板処理を行う基板処理装置が記載されている。
特開２０２０－１６１５４１号公報
ところで、上記基板処理装置では、二つのコイルが同径で且つ同軸上に配置されている。そのため、基板の面内方向におけるプラズマ密度に偏りが生じて、基板処理の面内均一性が低下することがある。
本開示の目的は、基板処理の面内均一性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
本開示の一態様によれば、
基板を処理する基板処理室と、
前記基板処理室に連通するプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室内にガスを供給可能なガス供給部と、
前記プラズマ生成室を囲うように配置され、高周波電力が供給される第１コイルと、
前記プラズマ生成室を囲うように配置され、前記第１コイルと軸方向が同じで且つ前記第１コイルと巻径が異なり、高周波電力が供給され、該高周波電力の供給によって生じる電圧分布のピークが前記第１コイルで生じる電圧分布のピークと重ならないよう構成されている第２コイルと、
を備える技術が提供される。
本開示によれば、基板処理の面内均一性を向上させることが可能となる。
本開示の一態様で好適に用いられる基板処理装置の概略構成図である。 本開示の比較例で用いられる第１共振コイルを示す図である。 図２の第１共振コイルにおける電流と電圧の関係を示す説明図である。 図２の第１共振コイルを用いて処理ガスをプラズマ励起した場合の処理炉内の様子を示す図である。 図４の第１共振コイルの軸方向中央部における水平断面図である。 本開示の一態様で好適に用いられる第２共振コイルを示す図である。 第１共振コイル及び第２共振コイルにおける電流と電圧の関係を示す説明図である。 図７の第１共振コイル及び第２共振コイルを用いて処理ガスをプラズマ励起した場合の処理炉内の様子を示す図である。 図８の第１共振コイル及び第２共振コイルの軸方向中央部における水平断面図である。 本開示の一態様で好適に用いられ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。 本開示の一態様で好適に用いられる基板処理工程を示すフロー図である。 本開示の一態様で好適に用いられる共振コイルの変形例を用いて処理ガスをプラズマ励起した場合の処理炉内の様子を示した図である。
以下、本開示の一態様について図面を参照しながら説明する。なお、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。
（１）基板処理装置の構成
本開示の一態様に係る基板処理装置１００について、図１～図１０を用いて以下に説明する。本開示の一態様に係る基板処理装置は、主に基板面上に形成された膜や下地に対して酸化処理を行うように構成されている。
（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が形成されている。この上側容器２１０は、処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ生成空間２０１Ａを形成するプラズマ容器を構成している。
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、開いているときに、搬送機構（図示省略）を用いることによって、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。
処理室２０１は、プラズマ生成空間２０１Ａと、基板処理空間２０１Ｂと、を有する。プラズマ生成空間２０１Ａは、周囲に電極としてのコイルである第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４が設けられている空間であり、プラズマが生成される空間である。プラズマ生成空間２０１Ａは、処理室２０１の内、第１共振コイル２１２の下端より上方であって、且つ第１共振コイル２１２の上端より下方の空間を言う。基板処理空間２０１Ｂは、プラズマ生成空間２０１Ａに連通し、ウエハ２００が処理される空間である。基板処理空間２０１Ｂは、ウエハ２００がプラズマを用いて処理される空間であって、第１共振コイル２１２の下端より下方の空間を言う。本開示の一態様では、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。プラズマ生成空間２０１Ａを形成する構成はプラズマ生成室とも呼ばれ、基板処理空間を形成する構成は基板処理室とも呼ばれる。また、プラズマ生成空間２０１Ａは、処理室２０１内におけるプラズマ生成領域と言い換えてもよい。また、基板処理空間２０１Ｂは、処理室２０１内における基板処理領域と言い換えてもよい。
（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としてのサセプタ（基板載置台）２１７が配置されている。サセプタ２１７は、処理室２０１内の第１共振コイル２１２の下方に設けられている。
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を加熱することができるように構成されている。
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に載置されたウエハ２００上に生成されるプラズマの密度の均一性をより向上させるために、サセプタ２１７内部に設けられている。そして、インピーダンス調整電極２１７Ｃは、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。
サセプタ２１７には、サセプタ２１７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。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がサセプタ２１７とは非接触な状態で、貫通孔２１７Ａを突き抜けるように構成されている。
（ガス供給部）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、ガス供給ヘッド２３６が設けられている。ガス供給ヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備え、反応ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入される反応ガスを分散する分散空間としての機能を有する。
ガス導入口２３４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、不活性ガスを供給する不活性ガス供給管２３２Ｃと、が合流管２３２で合流するように接続されている。酸素含有ガス供給管２３２Ａは、単にガス供給管２３２Ａとも呼び、水素含有ガス供給管２３２Ｂは、単にガス供給管２３２Ｂとも呼び、不活性ガス供給管２３２Ｃは単にガス供給管２３２Ｃとも呼ぶ。酸素含有ガス供給管２３２Ａには、上流側から順に、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、上流側から順に、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、上流側から順に、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、ガス導入口２３４の上流端に接続されている。バルブ２５３Ａ，２５３Ｂ，２５３Ｃ，２４３Ａを開閉させることによって、ＭＦＣ２５２Ａ，２５２Ｂ，２５２Ｃによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、ガス供給管２３２Ａ，２３２Ｂ，２３２Ｃを介して、酸素含有ガス、水素含有ガス、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。
また、酸素含有ガス供給管２３２Ａ、ＭＦＣ２５２Ａ、バルブ２５３Ａ及びバルブ２４３Ａにより、本開示の一態様に係る酸素含有ガス供給系が構成されている。さらに、水素含有ガス供給管２３２Ｂ、ＭＦＣ２５２Ｂ、バルブ２５３Ｂ及びバルブ２４３Ａにより、本開示の一態様に係る水素含有ガス供給系が構成されている。さらに、不活性ガス供給管２３２Ｃ、ＭＦＣ２５２Ｃ、バルブ２５３Ｃ及びバルブ２４３Ａにより、本開示の一態様に係る不活性ガス供給系が構成されている。
主に、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及びバルブ２４３Ａにより、本開示の一態様に係るガス供給部（ガス供給系）が構成されている。ガス供給部（ガス供給系）は、処理容器２０３内に処理ガスを供給するよう構成されていればよく、例えばいずれかのガス供給系やそれらの組み合わせをガス供給部と呼んでもよい。
（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から反応ガス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、上流側から順に圧力調整器（圧力調整部）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。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、本開示の一態様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よい。
（プラズマ生成部）
処理容器２０３の外側には、処理容器２０３の外周を囲うように第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４がそれぞれ配置されている。具体的には、処理容器２０３においてプラズマ生成空間２０１Ａに対応する部分（領域）の外周（プラズマ生成室の外周）を囲うように第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４がそれぞれ配置されている。
第１共振コイル２１２は、線状又は紐状の導体２１２Ａを同一方向に螺旋状に複数回巻き回したものである。第１共振コイル２１２の両端（図８では上端２１２Ｂ及び下端２１２Ｃ）はそれぞれ接地されており、第１共振コイル２１２の両端間の部分が処理容器２０３の外周を外囲いしている。具体的には、第１共振コイル２１２は、処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外周を囲っている。言い換えると、第１共振コイル２１２の内側に処理容器２０３が挿入されている。なお、本実施形態では、第１共振コイル２１２により発生する高周波電磁界が実質的に処理容器２０３内の処理ガスをプラズマ励起する程度に、第１共振コイル２１２と処理容器２０３の外周（外面）が近接している。また、本実施形態の第１共振コイル２１２は、巻径が第１共振コイル２１２上のいずれの位置においても一定であり同一である。第１共振コイル２１２には、高周波電力が供給されるように構成されている。
第２共振コイル２１４は、線状又は紐状の導体２１４Ａを同一方向に螺旋状に複数回巻き回したものである。第２共振コイル２１４の両端（上端２１４Ｂ及び下端２１４Ｃ）はそれぞれ接地されており、第２共振コイル２１４の上端２１４Ｂと下端２１４Ｃとの間の部分が処理容器２０３の外周を外囲いしている。具体的には、第２共振コイル２１４は、処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外周を囲っている。言い換えると、第２共振コイル２１４の内側に処理容器２０３が挿入されている。本実施形態では、第１共振コイル２１２と同様に、第２共振コイル２１４により発生する高周波電磁界が実質的に処理容器２０３内の処理ガスをプラズマ励起する程度に、第２共振コイル２１４と処理容器２０３の外周（外面）が近接している。なお、本実施形態の第２共振コイル２１４は、巻径が第２共振コイル２１４上のいずれの位置においても一定であり同一である。また、本実施形態では、第１共振コイル２１２の巻径Ｄ１と第２共振コイル２１４の巻径Ｄ２が異なる。具体的には、第２共振コイル２１４の巻径Ｄ２が第１共振コイル２１２の巻径Ｄ１よりも大きい。ここで巻径Ｄ２は、巻径Ｄ１の１０１％～１２５％、好ましくは、１０５％～１２０％の範囲内に設定することが好ましい。
図８に示されるように、第１共振コイル２１２の軸方向（すなわち、第１共振コイル２１２の螺旋軸に沿った方向）と第２共振コイル２１４の軸方向（すなわち、第２共振コイル２１４の螺旋軸に沿った方向）は同じ方向である。より詳細には、本実施形態では、第１共振コイル２１２の螺旋軸と第２共振コイル２１４の螺旋軸とが同軸となっている。なお、本実施形態では、各共振コイルの軸方向は、装置上下方向と同じ方向であり、鉛直方向（垂直方向）とも同じ方向である。なお、図７では、装置上方を矢印Ｕで示し、処理容器２０３の径方向を矢印Ｒで示している。ここで、処理容器２０３の径方向は、装置の水平方向と同じ方向であり、各共振コイルの螺旋軸と直交する方向とも同じ方向である。また、第１共振コイル２１２を構成する導体２１２Ａと、第２共振コイル２１４を構成する導体２１４Ａとは、垂直方向（共振コイルの軸方向）に交互に配置されている。ここで、第１共振コイル２１２と第２共振コイル２１４を垂直方向から見ると、第２共振コイル２１４の内周部に第１共振コイル２１２の外周部が重なっている。このように垂直方向から見て、第２共振コイル２１４の一部に第１共振コイル２１２の一部が重なることで、各コイルを覆う容器（図示せず）が径方向にサイズアップするのを抑制できる。一方、垂直方向から見て、第１共振コイル２１２と第２共振コイル２１４とが重ならない、すなわち、第１共振コイル２１２と第２共振コイル２１４との間に隙間がある場合、第１共振コイル２１２と第２共振コイル２１４との間の距離が確保されてアーク放電の発生が抑制される。なお、第１共振コイル２１２と第２共振コイル２１４との間の距離を予めアーク放電しない距離に設定してもよい。また、第２共振コイル２１４には、高周波電力が供給されるように構成されている。
図８に示されるように、第１共振コイル２１２のコイル部の軸方向の長さ（螺旋軸に沿った長さ）は、第２共振コイル２１４のコイル部の軸方向の長さ（螺旋軸に沿った長さ）よりも長い。このため、第２共振コイル２１４の導体２１４Ａは、第１共振コイル２１２の導体２１２Ａに対して垂直方向の上側から中央部付近まで垂直方向（共振コイルの軸方向）に交互に配置されている。ここで処理容器２０３の外周には、第１共振コイル２１２と第２共振コイル２１４が配置される領域が形成される。具体的には、第１共振コイル２１２と第２共振コイル２１４が配置される領域を第１配置領域と呼び、符号ＦＡで示す（図８参照）。また、第１共振コイル２１２のみが配置される領域を第２配置領域と呼び、符号ＳＡで示す（図８参照）。この第２配置領域ＳＡは、装置上下方向（垂直方向）において、第１配置領域ＦＡよりもサセプタ２１７に近い側に形成されている。
第１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が接続されている。
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、供給される高周波電力の進行波や反射波の情報をモニタするものである。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ものである。
高周波電源２７３は、発振周波数及び出力を規定するための高周波発振回路及びプリアンプを含む電源制御手段（コントロール回路）と、所定の出力に増幅するための増幅器（出力回路）とを備えている。電源制御手段は、操作パネルを通じて予め設定された周波数及び電力に関する出力条件に基づいて増幅器を制御する。増幅器は、伝送線路を介して共振コイル２１２に一定の高周波電力を供給する。ＲＦセンサ２７２、整合器２７４をまとめて高周波電力供給部２７１と呼ぶ。高周波電源２７３を高周波電力供給部２７１に含めてもよい。
第２共振コイル２１４には、ＲＦセンサ２８２、高周波電源２８３、高周波電源２８３のインピーダンスや出力周波数の整合を行う整合器２８４が接続されている。
高周波電源２８３は、第２共振コイル２１４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２８３の出力側に設けられ、供給される高周波電力の進行波や反射波の情報をモニタするものである。ＲＦセンサ２８２によってモニタされた反射波電力は整合器２８４に入力され、整合器２８４は、ＲＦセンサ２８２から入力され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２８３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ものである。
高周波電源２８３は、発振周波数及び出力を規定するための高周波発振回路及びプリアンプを含む電源制御手段（コントロール回路）と、所定の出力に増幅するための増幅器（出力回路）とを備えている。電源制御手段は、操作パネルを通じて予め設定された周波数及び電力に関する出力条件に基づいて増幅器を制御する。増幅器は、第２共振コイル２１４に伝送線路を介して一定の高周波電力を供給する。ＲＦセンサ２８２、整合器２８４をまとめて高周波電力供給部２８１と呼ぶ。高周波電源２８３を高周波電力供給部２８１に含めてもよい。
第１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、第１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波長の整数倍（１倍、２倍、…）に相当する長さに設定される。
また、第２共振コイル２１４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、第２共振コイル２１４の電気的長さは、高周波電源２８３から供給される高周波電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍、２倍、…）に相当する長さに設定される。
具体的には、印加する電力や発生させる磁界強度又は適用する装置の外形などを勘案し、第１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設定される。そして、第１共振コイル２１２は、５０～３００ｍｍ2の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を形成する部屋の外周側に２～６０回程度巻き回される。
同様に、印加する電力や発生させる磁界強度又は適用する装置の外形などを勘案し、第２共振コイル２１４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設定される。そして、第２共振コイル２１４は、５０～３００ｍｍ2の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を形成する部屋の外周側に２～６０回程度巻き回される。
図７に示されるように、第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４は、定在波の腹の位置が重ならないように配置されている。言い換えると、第１共振コイル２１２の電圧分布のピークと、第２共振コイル２１４の電圧分布のピークとが重ならない。また、第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４の間の距離は、それぞれの共振コイルの導体間でアーク放電しない距離に設定される。
第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４を構成する素材としては、銅パイプ、銅の薄板、アルミニウムパイプアルミニウム薄板、ポリマーベルトに銅又はアルミニウムを蒸着した素材などが使用される。第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４は、絶縁性材料にて平板状に形成され、且つベースプレート２４８の上端面に鉛直に立設された複数のサポート（図示省略）によって支持される。
第１共振コイル２１２の両端は電気的に接地されている。第１共振コイル２１２の両端のうちの一端（図１及び図２では上端）２１２Ｂは、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に第１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３００を介して接地される。また、第１共振コイル２１２の他端（図１及び図６では下端）２１２Ｃは、固定グランドとして接地される。さらに、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に第１共振コイル２１２のインピーダンスを微調整するため、第１共振コイル２１２の接地された両端の間には、可動タップ３０５によって給電部が構成される。また、可動タップ３０５は、第１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。第１共振コイル２１２が可変式グランド部及び可変式給電部を備えていることによって、後述するように、処理室２０１の共振周波数及び負荷インピーダンスを調整するにあたり、より一層簡便に調整することができる。なお、本実施形態の第１共振コイル２１２の上端２１２Ｂは、本開示における第１アース接続部の一例である。また、第１共振コイル２１２の下端２１２Ｃは、本開示における第２アース接続部の一例である。なお、第１共振コイル２１２の上端２１２Ｂ近傍が接地された場合には、その部分が接地点となり第１アース接続部となる。そして第１共振コイル２１２の下端２１２Ｃ近傍が接地された場合には、その部分が接地点となり第２アース接続部となる。
第２共振コイル２１４の両端は電気的に接地されている。第２共振コイル２１４の両端のうちの一端（図１及び図６では上端）２１４Ｂは、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に第２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３０２を介して接地される。また、第１共振コイル２１２の他端（図１及び図６では下端）２１４Ｂは、固定グランドとして接地される。さらに、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に第２共振コイル２１４のインピーダンスを微調整するため、第２共振コイル２１４の接地された両端の間には、可動タップ３０６によって給電部が構成される。また、可動タップ３０６は、第２共振コイル２１４の共振特性を高周波電源２８３と略等しくするように位置が調整される。第２共振コイル２１４が可変式グランド部及び可変式給電部を備えていることによって、後述するように、処理室２０１の共振周波数及び負荷インピーダンスを調整するにあたり、より一層簡便に調整することができる。なお、本実施形態の第２共振コイル２１４の上端２１４Ｂは、本開示における第３アース接続部の一例である。また、第２共振コイル２１２の下端２１４Ｃは、本開示における第４アース接続部の一例である。なお、第２共振コイル２１４の上端２１４Ｂ近傍が接地された場合には、その部分が接地点となり第３アース接続部となる。そして第２共振コイル２１４の下端２１４Ｃ近傍が接地された場合には、その部分が接地点となり第４アース接続部となる。
第１共振コイル２１２の一端及び他端の少なくとも一方には、位相電流及び逆位相電流が第１共振コイル２１２の電気的中点に関して対称に流れる様に、共振コイル及びシールドによって構成される波形調整回路３０８が挿入される。波形調整回路３０８は、第１共振コイル２１２を電気的に非接続状態とするか、又は、電気的に等価の状態に設定することにより開路に構成する。なお、第１共振コイル２１２の端部は、チョーク直列抵抗によって非接地とし、固定基準電位に直流接続されてもよい。
また、第２共振コイル２１４の一端及び他端の少なくとも一方には、位相電流及び逆位相電流が第２共振コイル２１４の電気的中点に関して対称に流れる様に、共振コイル及びシールドによって構成される波形調整回路３０９が挿入される。波形調整回路３０９は、第２共振コイル２１４を電気的に非接続状態とするか、又は、電気的に等価の状態に設定することにより開路に構成する。なお、第２共振コイル２１４の端部は、チョーク直列抵抗によって非接地とし、固定基準電位に直流接続されてもよい。
なお、波形調整回路は、第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４の少なくとも一方に配置されればよい。ここで、波形調整回路３０８、３０９としては、例えば、可変コンデンサを用いてもよいし、導電体で構成された線（コイル）であってもよい。
遮蔽板２２３は、第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４の外側の電界を遮蔽すると共に、共振回路を構成するのに必要な容量成分（Ｃ成分）を第１共振コイル２１２又は第２共振コイル２１４との間に形成するために設けられる。遮蔽板２２３は、一般的には、アルミニウム合金などの導電性材料を使用して円筒状に構成される。遮蔽板２２３は、第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４のそれぞれの外周から５～１５０ｍｍ程度隔てて配置される。
主に、第１共振コイル２１２、ＲＦセンサ２７２、整合器２７４により、本開示の一態様に係る第１プラズマ生成部が構成されている。なお、第１プラズマ生成部として高周波電源２７３を含めてもよい。
また、主に、第２共振コイル２１４、ＲＦセンサ２８２、整合器２８４により、本開示の一態様に係る第２プラズマ生成部が構成されている。なお、第２プラズマ生成部として高周波電源２８３を含めてもよい。
第１プラズマ生成部と第２プラズマ生成部を合わせてプラズマ生成部と呼ぶ。
次に、本開示の一態様に係る装置のプラズマ生成原理及び生成されるプラズマの性質について説明する。第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４のプラズマ生成原理は同じであるので、ここでは一つの第１共振コイル２１２を用いた場合を例として説明する（図３～図５参照）。
第１共振コイル２１２によって構成されるプラズマ発生回路はＲＬＣの並列共振回路で構成される。高周波電源２７３から供給される高周波電力の波長と第１共振コイル２１２の電気的長さが同じ場合、第１共振コイル２１２の共振条件は、第１共振コイル２１２の容量成分又は誘導成分によって作り出されるリアクタンス成分が相殺され、純抵抗になることである。しかしながら、上記プラズマ発生回路においては、プラズマを発生させた場合、第１共振コイル２１２の電圧部とプラズマとの間の容量結合の変動、プラズマ生成空間２０１Ａとプラズマとの間の誘導結合の変動及びプラズマの励起状態等により、実際の共振周波数は僅かながら変動する。
そこで、本開示の一態様の基板処理装置１００は、プラズマ発生時の第１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第１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。
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第１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又は減少させる。インピーダンスを制御する場合、整合器２７４は、予め設定されたインピーダンスを補正する可変コンデンサ制御回路により構成される。周波数を制御する場合、整合器２７４は、予め設定された高周波電源２７３の発振周波数を補正する周波数制御回路により構成される。なお、高周波電源２７３と整合器２７４は一体として構成されてもよい。
上記構成により、本開示の一態様における第１共振コイル２１２では、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（或いは、プラズマを含む当該共振コイルの実際のインピーダンスに整合するように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（図３参照）。そして第１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、第１共振コイル２１２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。具体的には、第１共振コイル２１２には、高周波電源２７３から高周波電力が供給され、第１共振コイル２１２の線路上の両端間の区間において、高周波電力の例えば１波長分の長さを有する電流及び電圧の定在波が形成される。図３の右側の波形のうち、破線は電流を、実線は電圧を示している。図３の右側の波形で示されているように、第１共振コイル２１２の両端及びその中点（すなわち電気的中点）において電流の定在波の振幅が最大となる。
第１共振コイル２１２の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ドーナツ状の誘導プラズマ（ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ））３１０が形成される。具体的には、電流の振幅が最大となる第１共振コイル２１２の電気的中点の近傍では高周波磁界が形成され、この高周波磁界により誘起された高周波電磁界が上側容器２１０内のプラズマ生成空間２０１Ａ内に供給された処理ガスの放電を発生させる。この放電に伴って処理ガスが励起されることにより、処理ガスのプラズマが第１共振コイル２１２の電気的中点の近傍において生成される。以下、このように電流の振幅が大きい位置（領域）の近傍において形成される高周波電磁界によって生成される処理ガスのプラズマを誘導結合プラズマと称する。ＩＣＰは、図４に示されるように、上側容器２１０内の内壁面に沿った空間のうち、第１共振コイル２１２の中点の近傍となる領域にドーナツ状に生成され、ウエハ２００の面内方向にプラズマ密度が均一なＩＣＰが生成される。また、同様の原理により、第１共振コイル２１２の軸方向の両端側にも、誘導プラズマが生成される。
次に、第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４を用いてプラズマを生成した状態について説明する。
図８に示す本開示の一態様の基板処理装置１００では、図４に示す第１共振コイル２１２が一つのみの態様と同様に、プラズマ生成空間２０１Ａの周囲に第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４がそれぞれ配置されている。そして、プラズマ生成空間２０１Ａに処理ガスが供給された状態で第１共振コイル２１２に高周波電力を供給すると、前述の原理により、図７の右側に示されるように電圧及び電流が発生すると共に、図８に示されるようにプラズマ生成空間２０１ＡにＩＣＰ３１０が生成される。
同様に、プラズマ生成空間２０１Ａに処理ガスが供給された状態で第２共振コイル２１４に高周波電力を供給すると、前述の原理により、図７の左側に示されるように電圧及び電流が発生すると共に、図８に示されるようにプラズマ生成空間２０１ＡにＩＣＰ３１２が発生する。
このように、複数の共振コイルを用いることで、一つの共振コイルでプラズマを生成するのに比べて、多くのプラズマを生成することができる。すなわち、プラズマ中のラジカル成分を多く生成できる。
本実施形態では、第２共振コイル２１４の巻径Ｄ２を第１共振コイル２１２の巻径Ｄ１と異ならせていることから、図７に示されるように、第１共振コイル２１２の電圧分布のピークと第２共振コイル２１４の電圧分布のピークを径方向にずらすことができる。すなわち、各共振コイルの電圧分布のピークが互いに重ならない。このように２つの共振コイルの電圧分布のピークをずらすことで、濃度の高い誘導プラズマの径方向の密度を均一化させることができる（図９参照）。これにより、基板面内（ウエハ表面内）の均一化を実現することができる。
また、本実施形態の第２共振コイル２１４は、軸方向と直交する方向（水平方向）において、電圧分布のピークが第１共振コイル２１２の電圧分布のピークと重ならないよう構成されている。このように水平方向の電圧分布のピークをずらすことで、プラズマ密度の均一化が可能となる。例えば、図９に示されるように、２つの共振コイルから別部のＩＣＰが形成されることにより、径方向のプラズマ量が多くなる。
また、本実施形態の第２共振コイル２１４は、軸方向（垂直方向）において、電圧分布のピークが第１共振コイル２１２の電圧分布のピークと重ならないよう構成されている。このように垂直方向の電圧分布のピークをずらすことで、一方の誘導プラズマの粗状態を、他方の誘導プラズマで補うことができる。したがって誘導プラズマ全体の寿命を延ばすことができる。
また、本実施形態では、処理容器２０３の外周に第１配置領域ＦＡと第２配置領域ＳＡが形成されている。ここで第２配置領域ＳＡには、第１共振コイル２１２のみが連続して配置されているため、プラズマ生成空間２０１Ａに対するコイル長の物理的な長さが調整可能となる。これにより、設計に対するフレキシブル性を確保できる。
また、本実施形態では、第１共振コイル２１２の巻径Ｄ１は、第２共振コイル２１４の巻径Ｄ２よりも小さくなるよう構成されている。このように第２共振コイル２１４よりも小さい巻径で電圧分布のピークを形成できるため、基板（ウエハ）中心領域に密度の高い誘導プラズマを供給できる。
また、本実施形態の第２配置領域ＳＡは、軸方向（垂直方向）において、第１配置領域ＦＡよりも処理容器２０３のウエハ２００が載置されるサセプタ２１７に近い側に形成されている。ここで、サセプタ２１７に近い側の共振コイルの巻径を小さくすることで、直下のウエハ２００の中心領域へのプラズマ供給を容易にできる。
また、本実施形態の処理容器２０３は、サセプタ２１７の外周から処理ガスを排気可能な排気部を有している。これにより、ウエハ２００の中心領域に供給された誘導プラズマの流れをサセプタ２１７の外周方面に拡散できる。すなわち、ウエハの中心領域に供給された密度の高いプラズマを外周方向に拡散することができ、したがってウエハ２００の面内の処理を均一にできる。
また、本実施形態では、第１配置領域ＦＡにおいて、第１共振コイル２１２の導体２１２Ａと第２共振コイル２１４の導体２１４Ａとがアーク放電しない距離で離隔するよう構成されている。さらに、第２配置領域ＳＡにおいて、第１共振コイル２１２の導体２１２Ａ間がアーク放電しない距離で離隔するよう構成されている。ここで、共振コイル間の電圧差が閾値以上になるとアーク放電が発生し、それにより電力が漏洩する恐れがあり、漏洩した場合、所望の誘導プラズマを形成できない。これに対して、本実施形態では、導体２１２Ａと導体２１４Ａとを、アーク放電しない距離とすることで漏電を抑制して、所望の誘導プラズマを抑制することができる。
また、本実施形態の第１共振コイル２１２は、接地される両端間の電気的な長さが第１共振コイル２１２に供給される高周波電力の波長の逓倍の長さとなるよう構成されている。このように第１共振コイルの両端を接地することで、供給される高周波電力の波長の逓倍を形成できる。これにより、図７に示される電圧のサインカーブを形成できるため、第１共振コイル２１２の電圧分布のピークのコントロールが容易になる。
また、本実施形態の第２共振コイル２１４は、接地される両端間の電気的な長さが第２共振コイル２１４に供給される高周波電力の波長の逓倍の長さとなるよう構成されている。このように第２共振コイル２１４の両端を接地することで、供給される高周波電力の波長の逓倍を形成できる。これにより、図７に示される電圧のサインカーブを形成できるため、第２共振コイル２１４の電圧分布のピークのコントロールが容易になる。
また、本実施形態では、第１共振コイル２１２の電気的な長さと第２共振コイル２１４の電気的な長さが等しくなるよう、第１共振コイル２１２及び第２共振コイル２１４の両方に電気的な長さを補正する波形調整回路３０８、３０９が接続されている。アースで調整できない場合に、上記のように波形調整回路３０８、３０９を用いることで電気的長さを調整することができる。
また、本実施形態では、第１共振コイル２１２の接地された上端２１２Ｂは、第２共振コイル２１４の接地された上端２１４Ｂに対して垂直方向における位置が異なるよう構成されている。このように、各共振コイルの上端同士の接地の高さを異ならせることで、より確実に電圧分布のピークの位置をずらすことができる。
また、本実施形態では、第１共振コイル２１２の接地された下端２１２Ｃは、第２共振コイル２１４の接地された下端２１４Ｃに対して垂直方向における位置が異なるよう構成されている。このように、各共振コイルの下端同士の接地の高さを異ならせることで、より確実に電圧分布のピークの位置をずらすことができる。
また、本実施形態では、第１共振コイル２１２に接続される高周波電源２７３から発生する高周波が第２共振コイル２１４に接続される高周波電源２８３から発生する高周波と同じ周波数である。このように高周波電源２７３と高周波電源２８３の周波数を同じとすると、高周波電源２７３、２８３の波長を同じとすることができるので、電圧分布のピーク位置の制御が容易となる。
また、本実施形態では、後述するコントローラ２２１が第１共振コイル２１２と第２共振コイル２１４とに高周波電力を供給した状態で、処理室２０１に処理ガスを供給するよう制御する。このため、プラズマ生成空間２０１Ａに、二種類の誘導プラズマを生成できるので、誘導プラズマをより確実に均一化できる。
（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を制御するように構成されている。また、コントローラ２２１は、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を制御するように構成されている。また、コントローラ２２１は、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を制御するように構成されている。また、コントローラ２２１は、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を制御するように構成されている。また、コントローラ２２１は、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、並びに、ＲＦセンサ２８２、高周波電源２８３及び整合器２８４を制御するように構成されている。また、コントローラ２２１は、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２Ａ～２５２Ｃ、バルブ２５３Ａ～２５３Ｃ、及び２４バルブ２４３Ａを制御するように構成されている。
図１０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及び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及び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２２５が接続されている。
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、又は、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。
Ｉ／Ｏポート２２１Ｄは、上述のＭＦＣ２５２Ａ～２５２Ｃ、バルブ２５３Ａ～２５３Ｃ，バルブ２４３Ａ、２４３Ｂ、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、ＲＦセンサ２８２、高周波電源２８３、整合器２８４、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。
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２２５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・停止を制御するように構成されている。また、ＣＰＵ２２１Ａは、上記プロセスレシピの内容に沿うように、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８の昇降動作を制御するように構成されている。また、ＣＰＵ２２１Ａは、上記プロセスレシピの内容に沿うように、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（温度調整動作）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制御するように構成されている。また、ＣＰＵ２２１Ａは、上記プロセスレシピの内容に沿うように、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４の開閉動作を制御するように構成されている。また、ＣＰＵ２２１Ａは、上記プロセスレシピの内容に沿うように、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並びに、ＲＦセンサ２８２、整合器２８４及び高周波電源２８３の動作を制御するように構成されている。また、ＣＰＵ２２１Ａは、上記プロセスレシピの内容に沿うように、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２Ａ～２５２Ｃによる各種処理ガスの流量調整動作、バルブ２５３Ａ～２５３Ｃ及びバルブ２４３Ａの開閉動作を制御するように構成されている。なお、ＣＰＵ２２１Ａは、上記以外の装置構成部品の動作を制御してもよい。
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、及び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）２２６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及び外部記憶装置２２６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。本開示において、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２２６単体のみを含む場合、又は、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２２６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。
（２）基板処理工程
次に、本開示の一態様における基板処理工程について、主に図１１を用いて説明する。図１１は、本開示の一態様に係る基板処理工程を示すフロー図である。本開示の一態様に係る基板処理工程は、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、上述の基板処理装置１００により実施される。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。
なお、図示は省略するが、本開示の一態様に係る基板処理工程で処理されるウエハ２００の表面には、アスペクト比の高い凹凸部を有するトレンチが予め形成されている。本開示の一態様においては、トレンチの内壁に露出した例えばシリコン（Ｓｉ）の層に対して、プラズマを用いた処理として酸化処理を行う。
（基板搬入工程Ｓ１１０）
まず、上記のウエハ２００を処理室２０１内に搬入する。具体的には、サセプタ昇降機構２６８によってウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させる。そして、サセプタ２１７の貫通孔２１７Ａにウエハ突上げピン２６６を貫通させる。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突出した状態となる。
続いて、ゲートバルブ２４４を開く。そして、ウエハ搬送機構（図示省略せず）を用いて、処理室２０１に隣接する真空搬送室から処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。搬入されたウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入後、ウエハ搬送機構を処理室２０１外へ退避させる。そして、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。サセプタ昇降機構２６８を用いてサセプタ２１７を上昇させることにより、ウエハ２００がサセプタ２１７の上面に支持される。
（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。この保持により、例えば１５０～７５０℃の範囲内の所定値にウエハ２００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。
（反応ガス供給工程Ｓ１３０）
次に、反応ガスとして、酸素含有ガスと水素含有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、処理室２０１内へ酸素含有ガス及び水素含有ガスの供給を開始する。このとき、酸素含有ガスの流量を、例えば２０～２０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。また、水素含有ガスの流量を、例えば２０～１０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。
また、処理室２０１内の圧力が、例えば１～２５０ＰＡ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の終了時まで酸素含有ガス及び水素含有ガスの供給を継続する。
酸素含有ガスとしては、例えば、酸素（Ｏ2）ガス、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）ガス、一酸化窒素（ＮＯ）ガス、二酸化窒素（ＮＯ2）ガス、オゾン（Ｏ3）ガス、水蒸気（Ｈ2Ｏガス）、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ2）ガス等を用いることができる。酸素含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
また、水素含有ガスとしては、例えば、水素（Ｈ2）ガス、重水素（Ｄ2）ガス、Ｈ2Ｏガス、アンモニア（ＮＨ3）ガス等を用いることができる。水素含有ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。なお、酸素含有ガスとしてＨ2Ｏガスを用いる場合は、水素含有ガスとしてＨ2Ｏガス以外のガスを用いることが好ましく、水素含有ガスとしてＨ2Ｏガスを用いる場合は、酸素含有ガスとしてＨ2Ｏガス以外のガスを用いることが好ましい。
不活性ガスとしては、例えば、窒素（Ｎ2）ガスを用いることができ、この他、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（ＨＥ）ガス、ネオン（ＮＥ）ガス、キセノン（ＸＥ）ガス等の希ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、これらのうち１以上を用いることができる。
（プラズマ処理工程Ｓ１４０）
プラズマ処理工程Ｓ１４０では、まず、ガス供給部から処理ガスを供給すると共に、高周波電力供給部２７１から第１共振コイル２１２に高周波電力を供給し、高周波電力供給部２８１から第２共振コイル２１４には高周波電力を供給しない。
具体的には、処理室２０１内の圧力が安定したら、第１共振コイル２１２に対して高周波電源２７３からＲＦセンサ２７２を介して、高周波電力の印加を開始する。
これにより、酸素含有ガス及び水素含有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る。この高周波電磁界により、プラズマ生成空間２０１Ａの第１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ドーナツ状のＩＣＰ３１０が励起される。プラズマ状の酸素含有ガス及び水素含有ガスは解離し、酸素を含む酸素ラジカル（酸素活性種）、酸素イオン、水素を含む水素ラジカル（水素活性種）、水素イオン等の反応種が生成される。
基板処理空間２０１Ｂでサセプタ２１７上に保持されているウエハ２００には、誘導プラズマにより生成されたラジカルと加速されない状態のイオンがトレンチ内に均一に供給される。供給されたラジカル及びイオンは側壁と均一に反応し、表面の層（例えばＳｉ層）をステップカバレッジが良好な酸化層（例えばＳｉ酸化層）へと改質する。
その後、所定の処理時間、例えば１０～３００秒が経過したら、高周波電源２７３からの電力の出力を停止する。
次に、ガス供給部から処理ガスを供給すると共に、高周波電力供給部２８１から第２共振コイル２１４に高周波電力を供給し、高周波電力供給部２７１から第１共振コイル２１２への高周波の供給を停止する。具体的には、処理室２０１内の圧力が安定したら、第２共振コイル２１４に対して高周波電源２８３からＲＦセンサ２８２を介して、高周波電力の印加を開始する。
これにより、酸素含有ガス及び水素含有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る。この高周波電磁界により、プラズマ生成空間２０１Ａの第２共振コイル２１４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ドーナツ状のＩＣＰ３１２が励起される。プラズマ状の酸素含有ガス及び水素含有ガスは解離し、酸素を含む酸素ラジカル（酸素活性種）、酸素イオン、水素を含む水素ラジカル（水素活性種）、水素イオン等の反応種が生成される。
基板処理空間２０１Ｂでサセプタ２１７上に保持されているウエハ２００には、誘導プラズマにより生成されたラジカルと、第１共振コイル２１２によって生じた誘導プラズマによって本工程で長寿命化されたラジカルと、加速されない状態のイオンがトレンチ内に均一に供給される。供給されたラジカル及びイオンは側壁と均一に反応し、表面の層（例えばＳｉ層）をステップカバレッジが良好な酸化層（例えばＳｉ酸化層）へと改質する。
その後、所定の処理時間、例えば１０～３００秒が経過したら、高周波電源２８３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及びバルブ２５３Ｂを閉めて、酸素含有ガス及び水素含有ガスの処理室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。
（真空排気工程Ｓ１５０）
酸素含有ガス及び水素含有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内の酸素含有ガスや水素含有ガス、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（図示省略）と同じ圧力に調整する。なお、真空搬送室は、ウエハ２００の搬出先である。
（基板搬出工程Ｓ１６０）
処理室２０１内が所定の圧力となったら、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、本開示の一態様に係る基板処理工程を終了する。
＜他の態様＞
以上、本開示の種々の典型的な実施形態及び変形例を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。
上記態様においては、第２配置領域ＳＡが装置上下方向（垂直方向）において、第１配置領域ＦＡよりもサセプタ２１７に近い側に形成されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、第２配置領域ＳＡが装置上下方向（垂直方向）において、第１配置領域ＦＡよりもサセプタ２１７から遠い側に形成されてもよい。
また、上記態様においては、処理容器２０３の外周には、図８に示されるように、第１配置領域ＦＡと第２配置領域ＳＡとが形成されているが、本開示はこれに限定されない。例えば、図１２に示されるように、第２配置領域ＳＡを挟んで第１配置領域ＦＡの反対側に、第１共振コイル２１２の導体２１２Ａと第２共振コイル２１４の導体２１４Ａとが軸方向（垂直方向）に交互に配置される第３配置領域ＴＡが形成されていてもよい。この場合には、第１共振コイル２１２の両端側にアースを接続することで、供給される高周波電力の波長の逓倍を形成でき、これにより電圧のサインカーブを形成できる。これにより、第１共振コイル２１２の電圧分布のピークのコントロールが容易になる。
また、上記態様においては、第１共振コイル２１２のコイル部の軸方向の長さと第２共振コイル２１４のコイル部の軸方向の長さを異ならせたが、本開示はこれに限定されない。第１共振コイル２１２のコイル部の軸方向の長さと第２共振コイル２１４のコイル部の軸方向の長さが同じ長さであってもよい。ここで、例えば、第１共振コイル２１２と第２共振コイル２１４を全体として重なるように配置してもよいし、第１共振コイル２１２の下部と第２共振コイル２１４の上部が重なるように配置してもよい。なお、第１共振コイル２１２のコイル部の軸方向の長さと第２共振コイル２１４のコイル部の軸方向の長さが異る場合も上記と同様に、第１共振コイル２１２のコイル部の軸方向の一部と第２共振コイル２１４のコイル部の軸方向の一部とが重なるように配置してもよい。
上記態様においては、処理容器２０３によって構成される処理室２０１がプラズマ生成室と基板処理室とを有している、すなわち、プラズマ生成室と基板処理室とが同じ処理容器２０３によって構成されているが、本開示はこの構成に限定されない。例えば、プラズマ生成室と基板処理室とがそれぞれ別々の容器で構成されてもよい。
また、上記態様においては、プラズマを用いて基板表面に対して酸化処理を行う例について説明したが、その他にも、処理ガスとして窒素含有ガスを用いた窒化処理に対して適用してもよい。また、窒化処理及び酸化処理に限らず、プラズマを用いて基板に対して処理を施すあらゆる技術に適用してもよい。例えば、プラズマを用いて行う基板表面に形成された膜に対する改質処理、ドーピング処理、酸化膜の還元処理、当該膜に対するエッチング処理、及び、レジストのアッシング処理等に適用してもよい。
また、上記態様においては、二つの共振コイルを用いて説明したが、本開示はこれに限るものではない。例えば、三つ以上の共振コイルを用いてもよい。
なお、本開示を特定の実施形態及び変形例について詳細に説明したが、本開示は係る実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本開示の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。
＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。
（付記１）
本開示の一態様によれば、
基板を処理する基板処理室と、
前記基板処理室に連通するプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室内にガスを供給可能なガス供給部と、
前記プラズマ生成室を囲うように配置され、高周波電力が供給される第１コイルと、
前記プラズマ生成室を囲うように配置され、前記第１コイルと軸方向が同じで且つ前記第１コイルと巻径が異なり、高周波電力が供給され、該高周波電力の供給によって生じる電圧分布のピークが前記第１コイルで生じる電圧分布のピークと重ならないよう構成されている第２コイルと、
を備える基板処理装置が提供される。
（付記２）
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２コイルは、軸方向と直交する方向において、電圧分布のピークが前記第１コイルの電圧分布のピークと重ならないよう構成されている。
（付記３）
付記１又は付記２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２コイルは、軸方向において、電圧分布のピークが前記第１コイルの電圧分布のピークと重ならないよう構成されている。
（付記４）
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記プラズマ生成室の外周には、前記第１コイルを構成する導体と前記第２コイルを構成する導体とが前記軸方向に交互に配置される第１配置領域と、前記第１コイルの導体のみが前記軸方向に間隔をあけて配置される第２配置領域が形成されている。
（付記５）
付記１から付記４のいずれか１項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１コイルの巻径は、前記第２コイルの巻径よりも小さくなるよう構成されている。
（付記６）
付記４又は付記５に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２配置領域は、前記軸方向において、前記第１配置領域よりも前記基板が載置される基板載置部に近い側に形成されている。
（付記７）
付記６に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記基板載置部の外周から前記ガスを排気可能な排気部を有する。
（付記８）
付記４～付記７のいずれか１項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１配置領域では、前記第１コイルの導体と前記第２コイルの導体とがアーク放電しない距離で離隔するよう構成され、
前記第２配置領域においては、前記第１コイルの導体間がアーク放電しない距離で離隔するよう構成されている。
（付記９）
付記４又は付記５に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２配置領域は、前記軸方向において、前記第１配置領域よりも前記基板が載置される基板載置部から遠い側に形成されている。
（付記１０）
付記４～付記７のいずれか１項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記プラズマ生成室の外周には、前記第２配置領域を挟んで前記第１配置領域の反対側に、前記第１コイルの導体と前記第２コイルの導体とが前記軸方向に交互に配置される第３配置領域が形成されている。
（付記１１）
付記１から付記１０いずれか１項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１コイルは、アースに接続可能な一対のアース接続部を有し、前記一対のアース接続部間の電気的な長さが前記第１コイルに供給される高周波電力の波長の逓倍の長さとなるよう構成されている。
（付記１２）
付記１１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２コイルは、アースに接続可能な一対のアース接続部を有し、前記一対のアース接続部間の電気的な長さが前記第２コイルに供給される高周波電力の波長の逓倍の長さとなるよう構成されている。
（付記１３）
付記１～付記１２のいずれか１項に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１コイルの電気的な長さと前記第２コイルの電気的な長さが等しくなるよう、前記第１コイル及び前記第２コイルの少なくとも一方に電気的な長さを補正する波形調整回路が接続されている。
（付記１４）
付記１３に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記波形調整回路は、可変コンデンサである。
（付記１５）
付記１３に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記波形調整回路は、導電体で構成された線である。
（付記１６）
付記１１又は付記１２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１コイルの軸方向一方側に位置する前記アース接続部は、前記第２コイルの軸方向一方側に位置する前記アース接続部と前記軸方向における位置が異なるよう構成されている。
（付記１７）
付記１１、付記１２又は付記１６に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第１コイルの軸方向他方側に位置する前記アース接続部は、前記第２コイルの軸方向他方側に位置する前記アース接続部と前記軸方向における位置が異なるよう構成されている。
（付記１８）
付記１～付記１７のいずれか１項に記載の装置であって、好ましくは、
前記第１コイルに接続される電源から発生する高周波は、前記第２コイルに接続される電源から発生する高周波と同じ周波数である。
（付記１９）
付記１～付記１８のいずれか１項に記載の装置であって、好ましくは、
前記第１コイルと前記第２コイルとに高周波電力を供給した状態で、前記プラズマ生成室に前記ガスを供給するよう制御する制御部を備えている。
（付記２０）
本開示の他の態様によれば、
プラズマ生成室を囲うように配置された第１コイルと、前記プラズマ生成室を囲うように配置され該第１コイルと軸方向が同じで且つ前記第１コイルと巻径が異なる第２コイルとに、前記第１コイルで生じる電圧分布のピークと前記第２コイルで生じる電圧分布のピークとが重ならないよう高周波電力を供給する工程と、
前記プラズマ生成室にガスを供給して、前記プラズマ生成室に連通する基板処理室に配置された基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
（付記２１）
本開示のさらに他の態様によれば、
プラズマ生成室を囲うように配置された第１コイルと、前記プラズマ生成室を囲うように配置され該第１コイルと軸方向が同じで且つ前記第１コイルと巻径が異なる第２コイルとに、前記第１コイルで生じる電圧分布のピークと前記第２コイルで生じる電圧分布のピークとが重ならないよう高周波電力を供給する手順と、
前記プラズマ生成室にガスを供給して、前記プラズマ生成室に連通する基板処理室に配置された基板を処理する手順と、
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が提供される。
２００ ウエハ（基板）
２１２ 第１共振コイル（第１コイル）
２１４ 第２共振コイル（第２コイル）
ＦＡ 第１配置領域
ＳＡ 第２配置領域

Claims (7)

  1. 基板を処理する基板処理室と、
    前記基板処理室に連通するプラズマ生成室と、
    前記プラズマ生成室内にガスを供給可能なガス供給部と、
    前記プラズマ生成室を囲うように配置され、高周波電力が供給される第１コイルと、
    前記プラズマ生成室を囲うように配置され、前記第１コイルと軸方向が同じで且つ前記第１コイルと巻径が異なり、高周波電力が供給され、該高周波電力の供給によって生じる電圧分布のピークが前記第１コイルで生じる電圧分布のピークと重ならないよう構成されている第２コイルと、
    を備える基板処理装置。
  2. 前記第２コイルは、軸方向と直交する方向において、電圧分布のピークが前記第１コイルの電圧分布のピークと重ならないよう構成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第２コイルは、軸方向において、電圧分布のピークが前記第１コイルの電圧分布のピークと重ならないよう構成されている、請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記プラズマ生成室の外周には、前記第１コイルを構成する導体と前記第２コイルを構成する導体とが前記軸方向に交互に配置される第１配置領域と、前記第１コイルの導体のみが前記軸方向に間隔をあけて配置される第２配置領域が形成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記第１コイルは、アースに接続可能な一対のアース接続部を有し、前記一対のアース接続部間の電気的な長さが前記第１コイルに供給される高周波電力の波長の逓倍の長さとなるよう構成されている、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  6. プラズマ生成室を囲うように配置された第１コイルと、前記プラズマ生成室を囲うように配置され該第１コイルと軸方向が同じで且つ前記第１コイルと巻径が異なる第２コイルとに、前記第１コイルで生じる電圧分布のピークと前記第２コイルで生じる電圧分布のピークとが重ならないよう高周波電力を供給する工程と、
    前記プラズマ生成室にガスを供給して、前記プラズマ生成室に連通する基板処理室に配置された基板を処理する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  7. プラズマ生成室を囲うように配置された第１コイルと、前記プラズマ生成室を囲うように配置され該第１コイルと軸方向が同じで且つ前記第１コイルと巻径が異なる第２コイルとに、前記第１コイルで生じる電圧分布のピークと前記第２コイルで生じる電圧分布のピークとが重ならないよう高周波電力を供給する手順と、
    前記プラズマ生成室にガスを供給して、前記プラズマ生成室に連通する基板処理室に配置された基板を処理する手順と、
    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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