JP6636677B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体 - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及び記録媒体に関する。
フラッシュメモリやロジック回路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。
例えば、特許文献１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。
特開２０１４−７５５７９号公報
処理ガスをプラズマ励起することにより基板を処理する際、処理室内では、ラジカルやイオン等の反応種や電子が生成される。ここで、高周波電力が印加された電極により形成される電界の影響により、生成されたイオンが加速されて処理室の内壁にぶつかりスパッタリングが起こることがある。処理室の内壁がスパッタリングされると、内壁表面を構成している物質の成分が処理室中に放出され、基板上の被処理対象膜の膜中に取り込まれるなど、基板処理に悪影響を与えることが懸念される。
本発明は、処理室内において処理ガスをプラズマ励起する際に発生する処理室内壁などに対するスパッタリング発生を低減する技術を提供する。
本発明の一態様によれば、処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ容器と、前記プラズマ容器に連通する基板処理室と、前記プラズマ容器内に前記処理ガスを供給するよう構成されるガス供給系と、前記プラズマ容器の外周に巻回するように設けられ、高周波電力を供給されるように構成されるコイルと、を有し、前記コイルは、一端から他端までの間の位置によってコイル径が異なるように形成され、且つ、前記コイルに印加される電圧の定在波の振幅が最大となる位置のコイル径が最大となるように形成されている、基板処理装置が提供される。
本発明の一実施形態に係る基板処理装置の概略断面図である。 本発明に対する比較例に係る、共振コイルの巻径と、電流・電圧及び電界強度の関係等を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る、共振コイルの巻径と、電流・電圧及び電界強度の関係等を示す説明図である。 本発明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。 本発明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。 本発明の一実施形態に係る基板処理工程で処理される溝（トレンチ）が形成された基板の説明図である。 第１の検証における、比較例１及び実施例１で形成されるＳｉＮ膜中の酸素濃度と、レファレンスのＳｉベアウエハ表層中の酸素濃度とを示すグラフである。 第２の検証における、比較例２及び実施例２〜４で形成されるＡｌＯＮ膜中のシリコン濃度を示すグラフである。 本発明の一実施形態の実施例に係る、共振コイルの中心軸位置と上側容器の中心軸位置との関係を示す説明図である。 本発明の一変形例に係る、共振コイルの巻径と電流・電圧の関係を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る、共振コイルの巻径と電流・電圧の関係を示す説明図である。
＜本発明の第一の実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の第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は、主に基板面上に形成された膜に対して酸化処理を行うように構成されている。
（処理室）
処理装置１００は、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。本実施形態では、上側容器２１０は石英で形成されている。また、上側容器２１０は、後述のプラズマ生成空間を形成するプラズマ容器を構成する。
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、搬送機構を用いて、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。
処理室２０１は、周囲にコイル２１２が設けられているプラズマ生成空間と、プラズマ生成空間に連通し、ウエハ２００が処理される基板処理室としての基板処理空間を有する。プラズマ生成空間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、プラズマ生成空間と基板処理空間の水平方向の径は略同一となるように構成されている。
（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、セラミックス、石英等の非金属材料から形成されており、ウエハ２００上に形成される膜等に対する金属汚染を低減することができるように構成されている。
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。
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から構成されており、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、インピーダンスを約０Ωから処理室２０１の寄生インピーダンス値の範囲内で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は、後述するようにウエハ２００の上に生成されるプラズマの密度の均一性を向上させることができるので、このプラズマの密度の均一性が所望の範囲に収まる場合、インピーダンス調整電極２１７ｃを用いたバイアス電圧制御は行わない。また、当該バイアス電圧制御を行わない場合には、サセプタ２１７に電極２１７ｃを設けないようにしてもよい。但し、当該均一性をより向上させることを目的として当該バイアス電圧制御を行っても良い。
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と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。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。
（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持つ。
ガス導入口２３４には、窒素含有ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスを供給する窒素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、不活性ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）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。窒素含有ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、Ｎ２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、Ｈ２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、Ａｒガス供給源２５０ｃ、ＭＦＣ２５２ｃ、バルブ２５３ｃが設けられている。窒素含有ガス供給管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、窒素含有ガス、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。
主に、ガス供給ヘッド２３６、窒素含有ガス供給管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、本実施形態に係るガス供給部（ガス供給系）が構成されている。
また、ガス供給ヘッド２３６、窒素含有ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２５２ａ、バルブ２５３ａ，２４３ａにより、本実施形態に係る窒素含有ガス供給系が構成されている。さらに、ガス供給ヘッド２３６、水素含有ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２５２ｂ、バルブ２５３ｂ，２４３ａにより、本実施形態に係る水素ガス供給系が構成されている。さらに、ガス供給ヘッド２３６、不活性ガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２５２ｃ、バルブ２５３ｃ，２４３ａにより、本実施形態に係る不活性ガス供給系が構成されている。
尚、本実施形態に係る基板処理装置は、窒素含有ガス供給系から窒素含有ガスとしてのＮ２ガスを供給することにより窒化処理を行うように構成されているが、窒素含有ガス供給系に替えて、他のガスを処理室２０１内に供給するガス供給系を設けることもできる。このように構成された基板処理装置によれば、基板の窒化処理に替えて他のプラズマトリートメント処理を行うことができる。この場合、Ｎ２ガス供給源２５０ａに替えて他のガス供給源が設けられる。
（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。
（プラズマ生成部）
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、第１の電極としての、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。
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ものである。
高周波電源２７３は、発振周波数および出力を規定するための高周波発振回路およ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およ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、共振コイル２１２に伝送線路を介して一定の高周波電力を供給する。
共振コイル２１２は、ある波長で共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定され、高周波電力が供給された共振コイル２１２上には定在波が形成される。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。
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を形成する部屋の外周側に２〜６０回程度巻回される。
好適な実施例として、本実施形態では、高周波電力の周波数を２７．１２ＭＨｚ、共振コイル２１２の電気的長さを１波長の長さ（約１１メートル）に設定している。共振コイル２１２の巻回ピッチは、例えば、２４．５ｍｍ間隔で等間隔となるように設けられる。また、共振コイル２１２の巻径（直径）はウエハ２００の直径よりも大きくなるように設定される。本実施形態では、ウエハ２００の直径をφ３００ｍｍとし、共振コイル２１２の巻径はウエハ２００の直径よりも大きいφ５００ｍｍ以上となるように設けられる。ただし後述するように、本実施形態における共振コイル２１２の巻径は一定ではなく、共振コイル２１２の一端から他端までの間の位置によってその巻径の少なくとも一部が異なるように形成されている。
共振コイル２１２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またはアルミニウムを蒸着した素材などが使用される。共振コイル２１２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（図示せず）によって支持される。
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当該共振コイル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、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のインピーダンスを微調整するため、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。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。
更に、位相及び逆位相電流が共振コイル２１２の電気的中点に関して対称に流れる様に、共振コイル２１２の一端（若しくは他端または両端）には、コイル及びシールドから成る波形調整回路（図示せず）が挿入される。波形調整回路は、共振コイル２１２の端部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、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。
遮蔽板２２３は、共振コイル２１２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）を共振コイル２１２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、共振コイル２１２の外周から５〜１５０ｍｍ程度隔てて配置される。通常、遮蔽板２２３は共振コイル２１２の両端と電位が等しくなる様に接地されるが、共振コイル２１２の共振数を正確に設定するため、遮蔽板２２３の一端または両端は、タップ位置を調整可能に構成されている。あるいは、共振数を正確に設定するために、共振コイル２１２と遮蔽板２２３の間にトリミングキャパシタンスを挿入しても良い。
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が構成されている。尚、プラズマ生成部として高周波電源２７３を含めても良い。
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詳述する。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共振コイル２１２の電気的長さが同じ場合、共振コイル２１２の共振条件は、共振コイル２１２の容量成分や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、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や、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、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。
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。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、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。
かかる構成により、本実施形態における共振コイル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。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ドーナツ状の誘導プラズマが形成される。
（共振コイルの巻径）
ここで、本実施形態における共振コイル２１２の巻径について、図２及び図３を用いて説明する。
＜比較例に係る共振コイルの巻径＞
図２は、共振コイル２１２の巻径が、共振コイル２１２上のいずれの位置においても一定である場合の例（比較例）について示している。すなわち、上側容器２１０の内壁表面（内周の表面）から、共振コイル２１２の内径側表面（上側容器２１０の側壁に面する側の表面、すなわち内周の表面）までの距離（以下、コイル離間距離と称することがある）をｄ１としたとき、この比較例ではｄ１が常に一定となっている。距離ｄ１は好ましくは１０〜３０ｍｍの範囲の所定の値であり、例えば１５ｍｍ程度に設定される。
本比較例の構成は、共振コイル２１２の巻径以外の点においては、上述の本実施形態のものと同様であり、共振コイル２１２の線路上において、供給される高周波電力の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２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２の右側の波形で示されているように、共振コイル２１２の両端（下端と上端）及び中点において電流の定在波の振幅は最大となる。
電流の振幅が最大となる位置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界が上側容器２１０内のプラズマ生成空間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磁界によって生成される処理ガスのプラズマをＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）成分のプラズマと称する。図２に示されているように、ＩＣＰ成分のプラズマは、上側容器２１０内の内壁面に沿った空間のうち、共振コイル２１２の両端及び中点の近傍となる領域（破線で示された領域）にドーナツ状に集中的に生成される。
一方、図２で示されているように、共振コイル２１２の両端（下端と上端）及び中点において電圧の定在波の振幅は最小（理想的にはゼロ）となり、その間の位置において振幅は最大となる。ここで、図２の左側の波形は、共振コイル２１２から距離ｄ１の位置（すなわち上側容器２１０の内壁面位置）における、共振コイル２１２の電圧の振幅に応じて形成される高周波電界の強度を示している。電圧の振幅が最大となる位置の近傍では、特に大きい電界強度を有する高周波電界が形成され、この高周波電界により上側容器２１０内のプラズマ生成空間内に供給された処理ガスの放電が発生する。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生成される。以下、このように電圧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界によって生成される処理ガスのプラズマをＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）成分のプラズマと称する。図２に示されているように、ＩＣＰ成分のプラズマは、上側容器２１０内の内壁面に沿った空間のうち、共振コイル２１２の下端と中点の間、及び上端と中点の間の領域（点線で示された領域）のそれぞれにドーナツ状に集中的に生成される。
ここで、ＣＣＰ成分のプラズマからは、ラジカルやイオンなどの反応種や電子（電荷）が生成される。その際生成されたプラスの電子（電荷）は、ＣＣＰ成分のプラズマを生成する電界によって上側容器２１０の内壁側に引き寄せられ、上側容器２１０の内壁はプラスの電子（電荷）でチャージされる。すると、ＣＣＰ成分のプラズマが励起されることにより生成されたマイナスのイオン（特に、質量の大きいマイナスイオン）は、内壁にプラスの電子（電荷）によってチャージされた内壁に向かって加速し、衝突する。そのため、上側容器２１０の内壁面がスパッタリングされることとなり、内壁面を構成する材料の成分が処理室２０１内に放出・拡散されてしまうという課題が生じる。本実施形態の場合、内壁面を構成する石英部材がスパッタリングされることにより、石英を構成するシリコン（Ｓｉ）や酸素（Ｏ）などの成分が処理室２０１内に放出される。放出されたＳｉやＯなどの成分は、プラズマ処理により形成される窒化膜等の膜中に不純物として取り込まれ、膜の特性を低下させる可能性がある。また、内壁面がスパッタリングされることにより処理室２０１内にパーティクルが発生することもあり、パーティクルが基板上の膜表面に付着してデバイスの性能や歩留まりを低下させるなどの影響を与える可能性がある。
したがって、上側容器２０１の内壁面へのスパッタリング発生を防止するという観点からは、ＣＣＰ成分のプラズマ発生を抑制することが望ましい。
＜本実施形態に係る共振コイルの巻径＞
図３は、本実施形態に係る共振コイル２１２の巻径とプラズマ生成の態様を示している。本実施形態に係る共振コイル２１２の巻径が共振コイル２１２上の位置に応じて異なるように構成されている点で比較例のものと異なっている。
図３で示されているように、本実施形態においても、共振コイル２１２の線路上において、供給される高周波電力の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。したがって、共振コイル２１２の両端（下端と上端）及び中点において電流の定在波の振幅が最大となる。すなわち、共振コイル２１２の両端（下端と上端）及び中点において電圧の定在波の振幅が最小（理想的にはゼロ）となり、その間の位置において振幅が最大となる。
ここで、本実施形態では、これらの点（本実施形態では３点）におけるコイル離間距離が、共振コイル２１２の全区間の中で最小の距離となるように、コイルの巻径を設定している。本実施形態では、この最小の距離を距離ｄ１としている。より具体的には、本実施形態では、共振コイル２１２の下端から上側容器の外周１巻き分の区間、中点を中央として同じく1巻き分の区間、及び上端から同じく１巻き分の区間におけるコイル離間距離をｄ１とするようにコイルの巻き径を設定している。本実施形態では、電流の定在波の振幅が最大となる点におけるコイル離間距離が共振コイル２１２の全区間の中で最小の距離となるようにコイルの巻径を設定しているので、上側容器２１０内の内壁面に沿った空間において、ＩＣＰ成分のプラズマを最も集中的に生成することができる。（すなわち、最も高密度のＩＣＰ成分のプラズマを生成することできる。）
一方、本実施形態では、共振コイル２１２上の電圧の定在波の振幅が最大となる点（本実施形態では２点）におけるコイル離間距離を、ｄ１とは異なり、且つ、共振コイル２１２の全区間の中で最大の距離ｄ２としている。より具体的には、本実施形態では、コイル離間距離をｄ１とする区間以外の区間であって、共振コイル２１２上の電圧の定在波の振幅が最大となる点（本実施形態では２点）を少なくとも含む区間におけるコイル離間距離を、ｄ１より大きい最大距離ｄ２としている。
共振コイル２１２による形成される高周波電界の強度は、共振コイル２１２からの距離に反比例する。したがって、図３の左側の波形で示されるように、距離ｄ１を距離ｄ２にすることにより、上側容器２１０の内壁面位置における、共振コイル２１２の電圧の振幅に応じて形成される高周波電界の強度は低減されることになる。例えば、距離ｄ１をｄ２＝３５ｍｍに変更した場合、上側容器２１０の内壁面位置における電界強度は、１５ｍｍ／３５ｍｍ＝約０．４３倍に低減される。
電圧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界の強度が低減されるため、この高周波電界によって生成される処理ガスのＣＣＰ成分のプラズマの形成が抑制され、プラズマ密度が低下する。したがって、ＣＣＰ成分のプラズマから生成されるマイナスイオンとプラスの電子（電荷）が減少し、又、共振コイル２１２により形成される電界の強度が低減されるので、これらのマイナスイオンがこの電界によって上側容器２１０の内壁にチャージされたプラスの電子（電荷）に向かって加速し、上側容器２１０の内壁面をスパッタリングする、という現象が抑制される。
すなわち、内壁面を構成する材料の成分が処理室２０１内に放出・拡散されてしまうことを抑制することができる。特に本実施形態の場合、比較例の場合に比べて、内壁面を構成する石英部材のＳｉやＯなどの成分が処理室２０１内に放出される量を低減することができる。放出されるＳｉやＯの量が低減されるため、プラズマ処理により形成される窒化膜等の膜中に不純物として取り込まれることを抑制し、膜の特性を向上させることができる。また、内壁面がスパッタリングされることにより処理室２０１内に発生するパーティクルの量も低減されるので、デバイスの性能や歩留まりを向上させることもできる。また、内壁面へのスパッタリング発生を抑制するので、上側容器２１０の損傷も抑制することができる。
本実施形態では、電圧の定在波の振幅が最大となる点におけるコイル離間距離が共振コイル２１２の全区間の中で最大の距離となるようにコイルの巻径を設定しているので、上側容器２１０内の内壁面に沿った空間において、ＣＣＰ成分のプラズマが生成されることを選択的に抑制することができる。
なお、距離ｄ１及びｄ２の具体的な値は、共振コイル２１２に供給される高周波電力の大きさや、共振コイル２１２の太さ、許容される膜中への不純物の取り込み量やパーティクル量、所望の（特に上側容器２１０の周方向における）プラズマ密度の均一性の度合い、などの他の条件に応じて適宜調整してもよい。
＜距離ｄ２の値について＞
上側容器２１０の内壁面位置における電界強度を低減するという観点からは、距離ｄ２はできるだけ大きい方が望ましい。ただし、ＣＣＰ成分のプラズマによる生成される反応種も基板のプラズマ処理に利用するという観点も考慮して、距離ｄ２をｄ１より大きい所定の範囲の値とすることもできる。例えば、距離ｄ２を３０〜５０ｍｍの範囲の値とすることで、スパッタリングの発生を抑制しながら、反応種の生成効率を許容範囲内に維持することも可能である。スパッタリングの発生を抑制する効果を十分に得るためには、距離ｄ１とｄ２の比率（ｄ１／ｄ２）を０．５以下とすることが好ましい。ただし、ｄ２を大きくするとコイル径が拡大し、装置のフットプリントの増大等を招くため、実用的には、０．１〜０．５の範囲であることがより好ましい。
＜距離ｄ１とする区間の共振コイルの巻き数について＞
本実施形態では特に、共振コイル２１２の下端から上側容器の外周に沿って１巻き分の区間、中点を中央として同じく1巻き分の区間、及び上端から同じく１巻き分の区間、という３つの区間において、コイル離間距離を距離ｄ１としている。
一方、スパッタリング発生を抑制するという観点からは、電流の定在波の振幅が最大となる共振コイル２１２の両端（下端と上端）及び中点のみを距離ｄ１として上側容器２１０に近づけて、それ以外の区間を全て距離ｄ２として上側容器２１０から遠ざけることも考えられる。しかしこの場合、これら３点の近傍位置のみにおいて上側容器２１０内で発生するプラズマ密度が大きくなり、共振コイル２１２の周方向（すなわち上側容器の周方向）において、上側容器２１０内で発生するプラズマ密度の偏りが大きくなる。本実施形態では、これら３点から上側容器２１０の外周に沿って少なくとも１巻き分の区間でコイル離間距離を距離ｄ１とすることにより、共振コイル２１２の周方向におけるプラズマ密度の偏りを小さくすることができる。
また、このようにコイル離間距離を距離ｄ１とする区間を特に１巻き分の区間とすることにより、発生する高周波電界の強度が最小（理想的にはゼロ）となるコイル上の位置（上端、中点、下端）とその近傍区間のみについて、コイル離間距離を最小としている。つまり、上述した共振コイル２１２の周方向におけるプラズマ密度の偏り発生を避けるという条件を満たす範囲で、高周波電界を発生させる区間のうちコイル離間距離が最小となる区間を最も短くしている。従って、高周波電界に起因するＣＣＰ成分のプラズマの生成を抑制するのに本実施形態は好適である。
また、他の実施例として、距離ｄ１とした区間により生成されるプラズマの密度の共振コイル２１２の周方向における偏りを更に小さくするため、これら３点から上側容器２１０の外周に沿って複数巻き分の区間についてコイル離間距離を距離ｄ１とすることもできる。ただし、この場合、共振コイル２１２上においてこれら３点からの距離が大きくなるほど、その位置で形成される高周波電界の強度が大きくなり、ＣＣＰ成分のプラズマ密度が大きくなるため、スパッタリングの抑制効果は低下する。従って、スパッタリングの抑制効果をより大きく得るためには、距離ｄ１とする区間を特に１巻き分とすることが望ましい。
＜中点を含む区間における共振コイルの形状について＞
また、特に共振コイル２１２の中点を含む１巻き分の区間については、その区間の両端が（共振コイル２１２の軸方向から見て）重なり合う部分の近傍で、高周波磁界が重なり合うことによりその強度が１巻き分の区間内の他の区間よりも大きくなりやすく、上側容器２１０の周方向におけるプラズマ密度の偏りが生じやすい。そこで、他の実施例として、図９に示すように、距離ｄ１とした１巻き分の区間における共振コイル２１２の中心軸位置B（水平方向における中心位置）を、上側容器２１０の中心軸位置A（水平方向における中心位置）から、この両端が重なり合う部分Cの方向にずらすように、共振コイル２１２を形成してもよい。
また、上述のプラズマ密度の偏りを低減するため、更に他の実施例として、１巻き分の区間の両端が重なり合う部分の近傍区間におけるコイル離間距離を、１巻き分の区間内の他の区間よりも大きくなるように共振コイル２１２の１巻き分の区間を形成してもよい。さらに、１巻き分の区間において高周波磁界の強度が最も大きくなる共振コイル２１２の中点についても、コイル離間距離が１巻き分の区間内の他の区間よりも大きくなるように共振コイル２１２を形成してもよい。
＜距離ｄ１又はｄ２とする区間以外の区間におけるコイル離間距離について＞
また、本実施形態では、上述の距離ｄ１とする区間以外の区間全体を、コイル離間距離が距離ｄ２となるように設定することにより、ＣＣＰ成分のプラズマによるスパッタリングの発生を最小限に抑制している。一方、本実施形態の変形例として、（ＣＣＰ成分のプラズマを形成する）共振コイル２１２による形成される高周波電界又は高周波磁界の強度に応じて、上述の距離ｄ１又はｄ２とする区間以外の区間におけるコイル離間距離を調整してもよい。
本変形例では、共振コイル２１２上の電圧の定在波の振幅が最大となる点ではコイル離間距離を最大（本変形例では距離ｄ２）とし、電圧の定在波の振幅が最大となる点と最小となる点との間の区間では、ＩＣＰ成分のプラズマとＣＣＰ成分のプラズマのバランスを考慮してコイル離間距離をｄ１からｄ２の間の値に設定する。より具体的には、例えば図１０に示す構成のように、電圧の定在波の振幅が最大となる点又はその近傍（長くとも１巻き分）のみにおいてコイル離間距離をｄ２とする。さらに、電圧の定在波の振幅が最大となる点と最小となる点との間の区間では、電圧の定在波の振幅が最大となる点から離れるにしたがって（すなわち、電圧の定在波の振幅が小さくなるにしたがって）、コイル離間距離も小さくなるように（すなわち距離ｄ１に近づくように）設定する。例えば、電圧の定在波の振幅に比例するようにコイル離間距離を小さくしてもよい。このようにコイル離間距離を設定することにより、ＣＣＰ成分のプラズマによるスパッタリングの抑制効果は本実施形態よりも劣るものの、共振コイル２１２への供給電力に対するプラズマの生成効率を本実施形態よりも高めることが可能である。
（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、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〜２５２ｃ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃ，２４３ａを、それぞれ制御するように構成されている。
図４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。
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。
Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、上述のＭＦＣ２５２ａ〜２５２ｃ、バルブ２５３ａ〜２５３ｃ、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、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（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、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〜２５２ｃによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃ、２４３ａの開閉動作、等を制御するように構成されている。
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。
（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、主に図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。本実施形態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、上述の処理装置１００により実施される。以下の説明において、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、本実施形態に係る基板処理工程で処理されるウエハ２００の表面には、例えば図６に示すように、少なくとも表面がシリコンの層で構成され、アスペクト比の高い凹凸部を有するトレンチ３０１が予め形成されている。本実施形態においては、トレンチ３０１の内壁に露出したシリコン層に対して、プラズマを用いた処理として窒化処理を行う。トレンチ３０１は、例えばウエハ２００上に所定のパターンを施したマスク層３０２を形成し、ウエハ２００表面を所定深さまでエッチングすることで形成されている。
（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がウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、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、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を搬入したら、ウエハ搬送機構を処理室２０１外へ退避させ、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。
（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。ここでは、ウエハ２００の温度が７００℃となるよう加熱する。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、窒素含有ガスであるＮ２ガスと水素含有ガスであるＨ２ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ａ及び２５３ｂを開け、ＭＦＣ２５２ａ及び２５２ｂにて流量制御しながら、処理室２０１内へＮ２ガス及びＨ２ガスの供給を開始する。このとき、Ｎ２ガスの流量を、例えば２０〜５０００ｓｃｃｍ、好ましくは２０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。また、Ｈ２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。Ｎ２ガスとＨ２ガスの流量比は、Ｎ２ガス：Ｈ２ガス＝１：１０〜１０：１の範囲内の所定の比率であって、例えば１：１とする。
また、処理室２０１内の圧力が、１〜２５０Ｐａの範囲内の所定の圧力であって、好ましくは１〜５Ｐａ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、後述のプラズマ処理工程Ｓ１４０の終了時までＮ２ガス及びＨ２ガスの供給を継続する。
なお、本実施形態において、窒素含有ガスとして、Ｎ２ガスとＨ２ガスの混合ガスを供給する例について説明したが、これに限らず、Ｎ２ガスやアンモニア（ＮＨ３）等を用いる場合にも適用することができる。
（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ＲＦセンサ２７２を介して、高周波電力の印加を開始する。本実施形態では、高周波電源２７３から共振コイル２１２に２７．１２ＭＨｚの高周波電力を供給する。共振コイル２１２に供給する高周波電力は、例えば１００〜５０００Ｗの範囲内の所定の電力であって、好ましくは１００〜３５００Ｗであり、より好ましくは約３５００Ｗとする。電力が１００Ｗより低い場合、プラズマ放電を安定的に生じさせることが難しい。
これにより、Ｎ２ガス及びＨ２ガスが供給されている上側容器２１０内のプラズマ生成空間に誘導プラズマが励起される。プラズマ状のＮ２ガス及びＨ２ガスは解離し、窒素を含む窒素ラジカル（窒素活性種）や窒素イオン、水素を含む水素ラジカル（水素活性種）や水素イオン、等の反応種が生成される。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はウエハ２００の表面に均一に供給され、ウエハ２００の表面に形成されているシリコン層と均一に反応し、Ｓｉ層をステップカバレッジが良好なＳｉＮ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２５３ｂを閉めて、Ｎ２ガス及びＨ２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）
Ｎ２ガス及びＨ２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Ｎ２ガスやＨ２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（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
（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、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
（本実施形態の効果）
本実施形態の効果について、発明者が行った検証結果を基に説明する。
以下の第１の検証及び第２の検証では、いずれも上述した本実施形態に係る基板処理装置を用いた。ただし、比較例１及び２は、共振コイル２１２の巻径を、距離ｄ１＝１５ｍｍで一定としており、実施例１〜４は、共振コイル２１２の巻径を、上述の実施例の通り、共振コイル２１２上の位置によって距離ｄ１とｄ２で異ならせている、という点で異なっている。
＜第１の検証＞
第１の検証では、被処理基板であるウエハ２００としてＳｉベアウエハを用い、Ｓｉベアウエハに対して上述の実施形態における窒化処理を施して、基板表面上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成した。そして、形成されたＳｉＮ膜中に含まれる酸素濃度を測定することにより、窒化処理によって膜中に取り込まれる酸素成分の量を評価した。比較例１、実施例１ではともに、厚さが１５ÅのＳｉＮ膜を形成する窒化処理を行った。なお、比較例１、実施例１において、反応ガス供給工程Ｓ１３０において処理室２０１に供給されるＮ２ガス及びＨ２ガスの流量はそれぞれ１００ｓｃｃｍ及び５０ｓｃｃｍとし、処理室２０１内の圧力は５Ｐａとし、ウエハの温度は７００℃とした。また、共振コイル２１２に供給する高周波電力の大きさ及び供給時間はそれぞれ、５００Ｗ／１２０秒、及び３５０Ｗ／１２０秒とした。
図７に第１の検証の結果を示す。縦軸は各例において形成されたＳｉＮ膜中に含まれる酸素濃度（原子濃度）を示している。また、右端の「レファレンス（未処理）」とは、窒化処理を行わない、未処理のＳｉベアウエハの表層の酸素濃度を評価した結果である。図７に示されている通り、比較例１におけるＳｉＮ膜中の酸素濃度は２４．５ａｔｏｍｉｃ％であるのに対し、本実施形態に係る実施例１におけるＳｉＮ膜中の酸素濃度は１７．９ａｔｏｍｉｃ％となっており、比較例１に対して実施例１における膜中に取り込まれる酸素量が明らかに低減されていることが分かる。すなわち、共振コイル２１２の巻径を本実施形態のように設定することによって、上側容器２１０の内壁面のスパッタリングに起因する酸素成分の放出・拡散が抑制されることが推測される。なお、レファレンスとしての未処理Ｓｉベアウエハの表層に酸素が７．５ａｔｏｍｉｃ％含まれているのは、Ｓｉベアウエハが自然酸化することにより酸素が取り込まれているためである。
＜第２の検証＞
第２の検証では、被処理基板であるウエハ２００として、表面に酸化アルミニウム膜（ＡｌＯ膜）が形成されたウエハを用い、ＡｌＯ膜に対して上述の実施形態における窒化処理を施して、基板表面上に酸窒化アルミニウム膜（ＡｌＯＮ膜）を形成した。そして、形成されたＡｌＯＮ膜中に含まれるシリコン濃度を測定することにより、窒化処理によって膜中に取り込まれるシリコン成分の量を評価した。比較例２、実施例２〜４においては、いずれも、反応ガス供給工程Ｓ１３０において処理室２０１に供給されるＮ２ガスの流量を２００ｓｃｃｍとし、Ｈ２ガスの流量を０ｓｃｃｍとした。（すなわちＮ２ガスのみを供給した。）また、処理室２０１内の圧力は５Ｐａとし、ウエハの温度は７００℃とした。また、共振コイル２１２に供給する高周波電力の大きさ及び供給時間はそれぞれ、１ｋＷ／３００秒、１．５ｋＷ／３００秒、１ｋＷ／１２０秒、５００Ｗ／３００秒とした。
図８に第２の検証の結果を示す。縦軸は各例において形成されたＡｉＯＮ膜中に含まれるシリコン濃度（原子濃度）を示している。図８に示されている通り、比較例２におけるＡｌＯＮ膜中のシリコン濃度は５．２ａｔｏｍｉｃ％であるのに対し、本実施形態に係る実施例２〜４におけるＡｌＯＮ膜中のシリコン濃度はそれぞれ、１．１ａｔｏｍｉｃ％、０．３ａｔｏｍｉｃ％、０．２ａｔｏｍｉｃ％となっており、比較例２に対して実施例２〜４における膜中に取り込まれるシリコン量が明らかに低減されていることが分かる。特に比較例２よりも高周波電力の値を大きくした実施例２においても、取り込まれるシリコン量が大幅に低減されるという結果を得られている。すなわち、共振コイル２１２の巻径を本実施形態のように設定することによって、上側容器２１０の内壁面のスパッタリングに起因するシリコン成分の放出・拡散が抑制されることが推測される。
＜本発明の他の実施形態＞
上述の実施形態では、共振コイル２１２の上端、下端、及び中点におけるコイル離間距離をｄ１としているが、他の実施形態として、図１１に示すように、共振コイル２１２の上端及び下端におけるコイル離間距離も、中点以外の区間と同様に距離ｄ２とするように共振コイル２１２を構成することができる。すなわち、本実施形態では、共振コイル２１２の中点を含む、上側容器２１０の外周に沿って１巻き分の区間のみについて、コイル離間距離をｄ１としている。
ここで、上述の実施形態では、共振コイル２１２の上端及び下端の近傍で発生するプラズマに比べて中点の近傍で発生するプラズマの方が、上側容器２１０の周方向における密度の均一性において優れる傾向がある。そこで本実施形態では、共振コイル２１２の上端及び下端におけるコイル離間距離を大きくしてこれらの位置から発生する高周波磁界の上側容器２１０内における強度を低下させ、中点の近傍で発生する均一性に優れたプラズマのみを選択的に生成させる。したがって、上側容器２１０の周方向におけるプラズマ密度の均一性を向上させるという観点からは、本実施形態は上述の実施形態よりも一般的に望ましい。但し、反応種の生成効率を重視する観点からは、共振コイル２１２の上端及び下端の近傍で発生するプラズマも利用する上述の実施形態の方が望ましい。
＜本発明の更に他の実施形態＞
上述の実施形態では、プラズマを用いて基板表面に対して窒化処理を行う例について説明したが、その他にも、処理ガスとして酸素含有ガスを用いた酸化処理に対して適用することができる。また、窒化処理や酸化処理に限らず、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することができる。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やドーピング処理、酸化膜の還元処理、当該膜に対するエッチング処理、レジストのアッシング処理、等に適用することができる。さらに、上述の実施形態では、スパッタリングが発生し得る上側容器２１０の材質として石英を用いる例について説明したが、その他にも、Ａｌ２Ｏ３や窒化シリコン（ＳｉＣ）などの他の材質を用いる場合にも適用することができる。すなわち、上側容器２１０を構成する材質に含まれる成分が、被処理対象に取り込まれることを抑制したり、パーティクルが発生することを抑制したりすることができる。
本発明によれば、処理室内において処理ガスをプラズマ励起する際に発生する処理室内壁などに対するスパッタリング発生を低減することができる。
１００…処理装置 ２００…ウエハ ２０１…処理室 ２１２…共振コイル ２１７…サセプタ

Claims (9)

  1. 処理ガスがプラズマ励起されるプラズマ容器と、
    前記プラズマ容器に連通する基板処理室と、
    前記プラズマ容器内に前記処理ガスを供給するよう構成されるガス供給系と、
    前記プラズマ容器の外周に巻回するように設けられ、高周波電力を供給されるように構成されるコイルと、を有し、
    前記コイルは、前記コイルに印加される電圧の定在波の振幅が最大となる前記コイル上の位置における前記コイルの内周から前記プラズマ容器の内周までの距離ｄ２が、前記コイルの一端から他端までの区間中で最大となるように形成され、且つ、前記コイルの一端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、前記コイルの他端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、および前記コイルの中点を中央として前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間において、前記コイルの内周から前記プラズマ容器の内周までの距離ｄ１が前記距離ｄ２よりも小さくなるように形成されている、
    基板処理装置。
  2. 前記コイルは、円筒形に形成された前記プラズマ容器の中心軸位置から見て、前記コイルの中点を中央として前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間が構成する円の中心位置が、前記コイルの中点を中央として前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間の両端が重なり合う位置の方向にずれるように形成されている、請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記コイルは、前記距離ｄ２が３０〜５０ｍｍの範囲の所定の値となるように形成されている、請求項１記載の基板処理装置。
  4. 前記コイルは、前記コイルの一端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、前記コイルの他端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、および前記コイルの中点を中央として前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間において、前記コイルの内周から前記プラズマ容器の内周までの前記距離ｄ１が最小となるように形成されており、且つ、
    前記コイルの一端から他端までのうち、前記コイルの一端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、前記コイルの他端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、および前記コイルの中点を中央として前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間を除く区間において、前記コイルの内周から前記プラズマ容器の内周までの距離が前記距離ｄ１よりも大きくなるように形成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記コイルは、前記コイルに印加される電圧の定在波の振幅が最大となる位置から離れるにしたがって、前記電圧の定在波の振幅に比例して前記コイルの内周から前記プラズマ容器の内周までの距離が小さくなるように形成されている、請求項１に記載の基板処理装置。
  6. 前記コイルに高周波電力を供給するよう構成される高周波電源と、
    前記コイルからの反射電力の値を検出するセンサと、
    前記センサにより検出される前記反射電力の値に基づいて、前記反射電力が最小となる様に前記高周波電源を制御するよう構成される制御部と、
    を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  7. 前記コイルは前記高周波電力の波長の1倍の電気的長さを有している、請求項１に記載の基板処理装置。
  8. プラズマ容器に連通する基板処理室に基板を搬入する工程と、
    処理ガスを前記プラズマ容器内に供給する工程と、
    前記プラズマ容器の外周に巻回するように設けられたコイルに高周波電力を供給することにより、前記プラズマ容器内に供給された前記処理ガスをプラズマ励起する工程と、
    励起されたプラズマにより前記基板を処理する工程と、
    を有し、
    前記コイルは、前記コイルに印加される電圧の定在波の振幅が最大となる前記コイル上の位置における前記コイルの内周から前記プラズマ容器の内周までの距離ｄ２が、前記コイルの一端から他端までの区間中で最大となるように形成され、且つ、前記コイルの一端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、前記コイルの他端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、および前記コイルの中点を中央として前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間において、前記コイルの内周から前記プラズマ容器の内周までの距離ｄ１が前記距離ｄ２よりも小さくなるように形成されている、
    半導体装置の製造方法。
  9. プラズマ容器に連通する基板処理装置の基板処理室に基板を搬入する手順と、
    処理ガスを前記プラズマ容器内に供給する手順と、
    前記プラズマ容器の外周に巻回するように設けられたコイルに高周波電力を供給することにより、前記プラズマ容器内に供給された前記処理ガスをプラズマ励起する手順と、
    励起されたプラズマにより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を記録したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体であって、
    前記コイルは、前記コイルに印加される電圧の定在波の振幅が最大となる前記コイル上の位置における前記コイルの内周から前記プラズマ容器の内周までの距離ｄ２が最大となるように形成され、前記コイルの一端から他端までの区間中で最大となるように形成され、且つ、前記コイルの一端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、前記コイルの他端から前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間、および前記コイルの中点を中央として前記プラズマ容器の外周を１巻きする区間において、前記コイルの内周から前記プラズマ容器の内周までの距離ｄ１が前記距離ｄ２よりも小さくなるように形成されている。
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