WO2015045164A1 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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志有 廣地
豊田　一行
盛満　和広
武敏 佐藤
哲夫 山本
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株式会社日立国際電気
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus and a semiconductor device manufacturing method.
  • a substrate processing apparatus using plasma is used.
  • a substrate processing apparatus using plasma for example, a single-wafer type apparatus is known as described in Patent Document 1.
  • the plasma is turned on in synchronization with the flow of the processing gas reliably. It is desirable that / OFF can be switched at a higher speed.
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method for a substrate processing apparatus and a semiconductor device that can switch ON / OFF of plasma at higher speed in a surely synchronized manner with a flow of a processing gas.
  • a substrate processing apparatus for processing a substrate by alternately supplying a first processing gas and a plasma-processed second processing gas to a processing container.
  • a first gas supply system that supplies a processing gas
  • a second gas supply system that supplies the second processing gas
  • an upstream of the processing container, and at least the second processing gas is converted into plasma.
  • the first gas supply system and the second gas supply system are controlled so that the plasma unit, the first process gas, and the second process gas are alternately supplied, and the second gas supply system
  • a control unit that controls the plasma unit so as to execute power application necessary for plasmification of the second processing gas before the supply of the processing gas is started.
  • a substrate processing apparatus for processing a substrate by supplying at least a first processing gas and a second processing gas to a processing container, wherein the supply of the first processing gas is performed.
  • a control unit for controlling the plasma unit so as to execute application of electric power necessary for converting the second processing gas into plasma.
  • a method for manufacturing a semiconductor device in which a substrate is processed by alternately supplying a first processing gas and a second processing gas converted into plasma by a plasma unit to a processing container.
  • the supply of the second processing gas is started and ended in a state where the application of electric power necessary for the plasma processing of the second processing gas is executed in the plasma unit.
  • a method for manufacturing a semiconductor device wherein a substrate is processed by alternately supplying a second processing gas converted into plasma by a plasma unit to a processing container. Starting the application of electric power necessary for the plasma processing of the second processing gas in the plasma unit when the processing gas is not supplied to the plasma unit, and applying the electric power in the plasma unit. And starting the supply of the second processing gas in a state.
  • the supply of the plasma-processed second processing gas is started before the second step is completed, and the fourth step is performed. After the start of step (2), the supply of the plasma-processed second processing gas is terminated.
  • a first process of supplying a first processing gas to a substrate processing container, and a second processing gas converted into plasma by a plasma unit is generated in the plasma unit by supplying a non-processing gas that does not contribute to the processing of the substrate to the plasma unit in the second step of supplying the substrate to the processing container and the step of excluding the second step And a third step.
  • plasma ON / OFF can be switched at higher speed in synchronization with the flow of the processing gas.
  • FIG. 10 is a time chart of the film forming process shown in FIG. 9. It is a time chart which shows the film-forming process which concerns on a prior art. It is a time chart which shows the timing of the plasma ignition in the film-forming process shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a substrate processing apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus 100 is configured as a single wafer type substrate processing apparatus as shown in the figure.
  • the substrate processing apparatus 100 includes a processing container 202.
  • the processing container 202 is configured as a flat sealed container having a circular cross section, for example.
  • the processing container 202 is comprised, for example with metal materials, such as aluminum (Al) and stainless steel (SUS).
  • a processing space 201 for processing a wafer 200 such as a silicon wafer as a substrate and a transfer space 203 are formed.
  • the processing container 202 includes an upper container 202a and a lower container 202b.
  • a partition plate 204 is provided between the upper container 202a and the lower container 202b.
  • a space surrounded by the upper container 202a and above the partition plate 204 is the processing space 201, and a space surrounded by the lower container 202b and below the partition plate is the transfer space 203. It is.
  • a substrate loading / unloading port 206 adjacent to the gate valve 205 is provided on the side surface of the lower container 202b, and the wafer 200 moves between a transfer chamber (not shown) via the substrate loading / unloading port 203.
  • a plurality of lift pins 207 are provided at the bottom of the lower container 202b.
  • a substrate support unit 210 that supports the wafer 200 is provided.
  • the substrate support unit 210 mainly includes a mounting surface 211 on which the wafer 200 is mounted, a substrate mounting table 212 having the mounting surface 211 on the surface, and a heater 213 as a heating source contained in the substrate mounting table 212.
  • the substrate mounting table 212 is provided with a plurality of through holes 214 through which the lift pins 207 penetrate at positions corresponding to the lift pins 207.
  • the substrate mounting table 212 is supported by the shaft 217.
  • the shaft 217 passes through the bottom of the processing container 202, and is further connected to the lifting mechanism 218 outside the processing container 202.
  • the elevating mechanism 218 By operating the elevating mechanism 218 to elevate and lower the shaft 217 and the substrate mounting table 212, the wafer 200 placed on the substrate placing surface 211 can be raised and lowered.
  • the periphery of the lower portion of the shaft 217 is covered with a bellows 219, so that the processing space 201 is kept airtight.
  • the substrate mounting surface 211 is lowered to the same height (wafer transfer position) as the substrate loading / unloading port 206 when the wafer 200 is transferred, and when the wafer 200 is processed, as shown in FIG. Rises to a processing position (wafer processing position) in the processing space 201.
  • the upper end portion of the lift pins 207 protrudes from the upper surface of the substrate mounting surface 211, and the lift pins 207 support the wafer 200 from below.
  • the lift pins 207 are buried from the upper surface of the substrate mounting surface 211, and the substrate mounting surface 211 supports the wafer 200 from below. Since the lift pins 207 come into contact with the wafer 200, it is desirable to form the lift pins 207 from a material such as quartz or alumina.
  • An exhaust port 221 for exhausting the atmosphere of the processing space 201 is provided on the inner wall side surface of the processing space 201 (upper container 202a).
  • An exhaust pipe 222 is connected to the exhaust port 221, and a pressure regulator 223 such as an APC (Auto Pressure Controller) that controls the inside of the processing space 201 to a predetermined pressure and a vacuum pump 224 are sequentially connected to the exhaust pipe 222.
  • a pressure regulator 223 such as an APC (Auto Pressure Controller) that controls the inside of the processing space 201 to a predetermined pressure and a vacuum pump 224 are sequentially connected to the exhaust pipe 222.
  • An exhaust system 220 is mainly configured by the exhaust port 221, the exhaust pipe 222, the pressure regulator 223, and the vacuum pump 224.
  • a gas inlet 241 for supplying various gases into the processing space 201 is provided on the upper surface (ceiling wall) of a shower head 230 described later provided in the upper portion of the processing space 201.
  • a gas supply system is connected to the gas inlet 241. The configuration of this gas supply system will be described later.
  • a shower head 230 as a gas dispersion mechanism is provided between the gas inlet 241 and the processing space 201.
  • the gas inlet 241 is connected to the lid 231 of the shower head 230.
  • the gas introduced from the gas inlet 241 is supplied to the buffer space 232 of the shower head 230 through a hole 231 a provided in the lid 231.
  • the shower head lid 231 is made of, for example, metal.
  • An insulating block 233 is provided between the lid 231 and the upper container 202a to insulate between the lid 231 and the upper container 202a.
  • a dispersion plate 234 for dispersing the gas introduced from the gas inlet 241 is provided between the buffer space 232 and the processing space 201.
  • the dispersion plate 234 is disposed so as to face the substrate placement surface 211.
  • the dispersion plate 234 has a plurality of through holes 234a.
  • the buffer space 232 is provided with a gas guide 235 that forms a flow of the supplied gas.
  • the gas guide 235 has a conical shape with the hole 231a as the apex, and the diameter increases as it approaches the dispersion plate 234.
  • An exhaust pipe 236 is connected to the side of the buffer space 232.
  • a pressure regulator 238 such as an APC (Auto Pressure Controller) that controls the exhaust buffer space 232 to a predetermined pressure and a vacuum pump 239 are sequentially connected in series to the exhaust pipe 236.
  • APC Auto Pressure Controller
  • the gas supply system is connected to the gas introduction hole 241.
  • the gas supply system includes a common gas supply pipe 242, a first gas supply system 243, a second gas supply system 244, a third gas supply system 245, and a remote plasma unit (RPU) 250.
  • a common gas supply pipe 242 is connected to the gas introduction hole 241, and a first gas supply system 243 and a third gas supply system 245 are connected to the common gas supply pipe 242, and via the remote plasma unit 250.
  • the second gas supply system 244 is connected.
  • the gas supply pipe 243a of the first gas supply system 243 is provided with a gas supply source 243b, a mass flow controller (MFC) 243c that is a flow rate controller (flow rate control unit), and a valve 243d that is an on-off valve in order from the upstream direction. ing.
  • MFC mass flow controller
  • the gas supply source 243b stores a gas containing the first element (hereinafter, “first element-containing gas”).
  • the first element-containing gas passes through the mass flow controller 243c and the valve 243d provided in the gas supply pipe 243a, flows into the common gas supply pipe 242, and is further supplied to the processing container 202 through the shower head 230.
  • the first element-containing gas is a raw material gas, that is, one of the processing gases.
  • the first element is, for example, a metal element
  • the first element-containing gas is a metal-containing gas.
  • titanium (Ti) is used as the metal element.
  • Ti titanium
  • As the titanium-containing gas for example, TDMAT (Tetrakis-Dimethyl-Amino-Titanium: Ti [N (CH3) 2] 4) gas can be used.
  • TDMAT is a liquid source, and can be used as a gas source by providing a vaporizer (not shown) as a component of the gas supply source 243b and vaporizing the liquid source with the vaporizer.
  • TiCl 4 or the like may be used as the titanium-containing gas.
  • the metal element is not limited to titanium, but tungsten (W), tantalum (Ta), zirconium (Zr), hafnium (Hf), ruthenium (Ru), cobalt (Co), nickel (Ni), etc. May be used.
  • the first element-containing gas is not limited to the metal-containing gas, and may be a silicon-containing gas.
  • the gas supply pipe 244a of the second gas supply system 244 is provided with a gas supply source 244b, a mass flow controller (MFC) 244c that is a flow rate controller (flow rate control unit), and a valve 244d that is an on-off valve in order from the upstream direction. ing.
  • MFC mass flow controller
  • the gas supply source 243b stores a gas containing the second element (hereinafter, “second element-containing gas”).
  • the second element-containing gas passes through the mass flow controller 244c and the valve 244d provided in the gas supply pipe 244a, and is supplied to the remote plasma unit 250.
  • the second element-containing gas supplied to the remote plasma unit 250 is plasma-excited when passing through the remote plasma unit 250.
  • the plasma-excited second element-containing gas flows into the common gas supply pipe 242 and is further supplied to the processing container 202 via the shower head 230.
  • the second element-containing gas is one of the processing gases.
  • the second element-containing gas may be considered as a reaction gas or a reformed gas.
  • the second element-containing gas is an oxygen-containing gas as an oxidant and contains an oxygen element (O).
  • oxygen (O 2 ) gas is used as the oxygen-containing gas.
  • the second element-containing gas is not limited to the oxygen-containing gas, and may be a nitrogen-containing gas as a nitriding agent, such as ammonia (NH 3 ). Further, as the second element-containing gas, other gases that can be activated by plasma can be used.
  • the gas supply pipe 245a of the third gas supply system 245 is provided with a gas supply source 245b, a mass flow controller (MFC) 245c, which is a flow rate controller (flow rate control unit), and a valve 245d, which is an on-off valve, in order from the upstream direction. ing.
  • MFC mass flow controller
  • An inert gas is stored in the gas supply source 245b.
  • the inert gas passes through the mass flow controller 245c and the valve 245d provided in the gas supply pipe 245a, flows into the common gas supply pipe 242, and is further supplied to the processing container 202 through the shower head 230.
  • nitrogen (N 2 ) gas is used as the inert gas.
  • a rare gas such as helium (He) gas, neon (Ne) gas, or argon (Ar) gas can be used as the inert gas.
  • the remote plasma unit 250 for example, an ICP (Inductively Coupled Plasma) apparatus can be used.
  • the ICP device includes a dielectric coil and a high-frequency power source that supplies power to the dielectric coil. If power is supplied to the dielectric coil from the high-frequency power source, impedance matching of the remote plasma unit 250 can be obtained (for example, remote plasma If the impedance of the unit 250 is 50 ⁇ or a value in the vicinity thereof, plasma is generated (ignited), and the gas supplied to the remote plasma unit 250 is turned into plasma.
  • the matching state (impedance) of the remote plasma unit 250 varies depending on the gas atmosphere (gas type, pressure, etc.) in the space within the remote plasma unit 250.
  • the remote plasma unit 250 is not limited to an ICP device, and may be an ECR (Electron Cyclotron Resonance) device, a CCP (Capacitively Coupled Plasma), or the like.
  • the substrate processing apparatus 100 includes a controller 260 that controls the operation of each unit of the substrate processing apparatus 100.
  • the controller 260 includes at least a calculation unit 261 and a storage unit 262.
  • the controller 260 calls programs and recipes from the storage unit according to instructions from the host controller and the user, and controls each component according to the contents.
  • the controller 260 may be configured as a dedicated computer or a general-purpose computer.
  • an external storage device for example, a magnetic tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, an optical disk such as a CD or a DVD, a magneto-optical disk such as an MO, a USB memory (USB Flash Drive) or a memory card that stores the above-described program.
  • a program is installed in a general-purpose computer using the external storage device 263, the controller 260 according to this embodiment can be configured.
  • the means for supplying the program to the computer is not limited to supplying the program via the external storage device 263.
  • the program may be supplied without using the external storage device 263 by using communication means such as the Internet or a dedicated line.
  • the storage unit 262 and the external storage device 263 are configured as computer-readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium. Note that when the term “recording medium” is used in this specification, it may include only the storage unit 262 alone, may include only the external storage device 263 alone, or may include both.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a substrate processing process according to the first embodiment of the present invention. In the following description, it is assumed that the operation of each part constituting the substrate processing apparatus 100 is controlled by the controller 260.
  • TDMAT gas and plasma O 2 gas are alternately supplied to form a TiO 2 film as a high dielectric constant insulating film on the wafer 200.
  • a predetermined film may be formed on the wafer 200 in advance.
  • a predetermined pattern may be formed in advance on the wafer 200 or a predetermined film.
  • the substrate mounting table 212 is lowered to the transfer position of the wafer 200, thereby causing the lift pins 207 to pass through the through holes 214 of the substrate mounting table 212.
  • the lift pins 207 protrude from the surface of the substrate mounting table 212 by a predetermined height.
  • the gate valve 205 is opened, the wafer 200 is loaded into the transfer space 203 of the processing container 202 using a wafer transfer machine (not shown), and the wafer 200 is transferred onto the lift pins 207.
  • the wafer 200 is supported in a horizontal posture on the lift pins 207 protruding from the surface of the substrate mounting table 212.
  • the wafer transfer device After the wafer 200 is loaded into the transfer space 203, the wafer transfer device is retracted out of the processing container 202, the gate valve 205 is closed, and the processing container 202 is sealed. Thereafter, by raising the substrate mounting table 212, the wafer 200 is mounted on the substrate mounting surface 211 of the substrate mounting table 212.
  • N 2 gas as an inert gas is supplied from the third gas supply system into the processing container 202 while the processing container 202 is exhausted by the exhaust system.
  • N 2 gas as an inert gas is supplied from the third gas supply system into the processing container 202 while the processing container 202 is exhausted by the exhaust system.
  • the vacuum pump 224 while operating the vacuum pump 224 and opening the APC valve 223 to evacuate the inside of the processing container 202, at least the valve 245d of the third gas supply system is opened, thereby It is preferable to supply N 2 gas.
  • the vacuum pump 224 is always operated at least from the substrate carry-in / placement step (S102) to the substrate carry-out step (S106) described later.
  • the temperature of the wafer 200 is, for example, not less than room temperature and not more than 500 ° C., preferably not less than room temperature and not more than 400 ° C.
  • the temperature of the heater 213 is adjusted by controlling energization to the heater 213 based on temperature information detected by a temperature sensor (not shown).
  • a film formation (thin film formation) step S104 is performed.
  • the film forming step S104 will be described later.
  • the substrate mounting table 212 is lowered, and the wafer 200 is supported on the lift pins 207 protruding from the surface of the substrate mounting table 212. Thereafter, the gate valve 205 is opened, and the wafer 200 is carried out of the processing container 202 using a wafer transfer machine.
  • the substrate processing process is terminated. Note that a cleaning step may be performed before the substrate processing step is completed. On the other hand, if it is determined that the film forming process has not been performed a predetermined number of times, the process returns to the substrate loading / mounting process S102 in order to start processing the next wafer 200 that is on standby.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a film forming process according to the first embodiment of the present invention, and is a detailed flowchart of the film forming process in the flowchart shown in FIG.
  • the details of the film forming step S104 will be described with reference to FIG.
  • the remote plasma unit 250 Prior to supplying various gases, the remote plasma unit 250 is turned on.
  • “ON” of the remote plasma unit 250 means that a constant power is applied to the dielectric coil from the high frequency power source in the remote plasma unit 250.
  • the constant power is specifically the power necessary to turn O 2 gas into plasma (plasma ignition).
  • the remote plasma unit 250 is ON, the plasma is ignited if the remote plasma unit 250 is matched, and the plasma is not ignited if the matching is not achieved.
  • whether or not the remote plasma unit 250 is matched and the plasma is actually ignited and generated is determined if the power is constant, the gas type, the gas flow rate, the pressure in the space in the remote plasma unit 250, Depends on temperature etc.
  • plasma is generated by matching only when O 2 gas is supplied (passed) to the space in the remote plasma unit 250. That is, even if the TDMAT gas passes through the remote plasma unit 250 when the remote plasma unit 250 is ON, plasma is not generated without matching, and plasma is generated by matching when O 2 gas passes.
  • the supply conditions for TDMAT gas and O 2 gas are set.
  • This supply condition includes at least the flow rate, and more preferably includes other parameters (such as the pressure in the processing space 201) that affect the pressure in the space in the remote plasma unit 250, the temperature, and the like. Further, the applied power of the remote plasma unit 250 may be set so that plasma is not generated even when TDMAT gas is supplied, and plasma is generated only when O 2 gas is supplied.
  • valve 243 d When the wafer 200 is heated to reach a desired temperature, the valve 243 d is opened, and supply of TDMAT gas into the processing space 201 of the processing container 202 is started.
  • the mass flow controller 243c is adjusted so that the flow rate of the TDMAT gas becomes a predetermined flow rate.
  • the supply flow rate of the TDMAT gas is, for example, 1 sccm or more and 100 sccm or less.
  • the pressure in the processing container 202 is controlled to a predetermined pressure by adjusting the valve opening degree of the APC valve 223.
  • an inert gas supply system may be connected to the first gas supply system 243 so that N 2 gas flows as a carrier gas together with the TDMAT gas.
  • the first gas supply system 243 may be controlled to a predetermined temperature so that the vaporized TDMAT is not liquefied, and the TDMAT gas may be maintained at a predetermined vaporization temperature.
  • the first gas supply system 243 is disposed downstream of the remote plasma unit 250, even if the TDMAT gas diffuses into the remote plasma unit 250 via the common gas supply pipe 242, as described above, The TDMAT gas is not converted into plasma in the remote plasma unit 250.
  • the TDMAT gas supplied to the processing container 202 is supplied onto the wafer 200.
  • a metal-containing layer (titanium-containing layer) as a “first element-containing layer” is formed on the surface of the wafer 200 by contacting the TDMAT gas.
  • the metal-containing layer has a predetermined thickness according to, for example, the pressure in the processing container 202, the flow rate of the TDMAT gas, the temperature of the susceptor 217, the time required for the TDMAT gas to pass through the processing space 201 (processing time), and the like. And a predetermined distribution.
  • valve 243d When the TDMAT gas is supplied for a predetermined time, the valve 243d is closed and the supply of the TDMAT gas is terminated.
  • the valve 245d is opened to supply N 2 gas to the processing space 201 of the processing container 202.
  • the inside of the processing container 202 is exhausted by the operations of the vacuum pump 224 and the APC valve 223.
  • the N 2 gas supplied to the processing container 202 is processed while removing excess TDMAT gas (which has not contributed to film formation) supplied in the first processing gas supply step S202 from the wafer 200. It is discharged from the container 202.
  • the valve 237 is opened, and the pressure regulator 237 and the vacuum pump 238 are controlled to remove the TDMAT gas remaining in the shower head 230.
  • the valve 245d When purging is performed for a predetermined time, the valve 245d is closed to stop the supply of N 2 gas, and the bubble 237 is closed to shut off the shower head 203 and the vacuum pump 239.
  • the supply flow rate of N 2 gas is, for example, not less than 0.1 sccm and not more than 10 sccm.
  • the N 2 gas supply condition is set so that no plasma is generated even if the N 2 gas passes through the remote plasma unit 250 when the remote plasma unit 250 is ON.
  • the third gas supply system 245 is disposed downstream of the remote plasma unit 250. Even if N 2 gas diffuses into the remote plasma unit 250 via the common gas supply pipe 242, the N 2 gas supply condition Is set as described above, the N 2 gas is not turned into plasma in the remote plasma unit 250.
  • the valve 244 d is opened, O 2 gas is plasma-excited by the remote plasma unit 250, and the plasma O 2 gas is supplied into the processing space 201.
  • the mass flow controller 244c is adjusted so that the flow rate of the O 2 gas becomes a predetermined flow rate.
  • the supply flow rate of O 2 gas is set to, for example, 0.1 sccm or more and 10 sccm.
  • the pressure in the processing container 202 is controlled to a predetermined pressure by appropriately adjusting the valve opening degree of the APC valve 223.
  • an inert gas supply system may be connected to the second gas supply system 244 so that N 2 gas flows as a carrier gas together with the O 2 gas.
  • the O 2 gas converted into plasma by the remote plasma unit 250 is supplied onto the wafer 200 via the shower head 230.
  • An already formed metal-containing layer titanium-containing layer
  • the metal oxide film as the modified layer has a predetermined thickness and a predetermined thickness according to, for example, the pressure in the processing container 202, the flow rate of O 2 gas, the temperature of the substrate mounting table 212, the power supplied to the remote plasma unit 250, and the like. It is formed with a distribution and a penetration depth of a predetermined oxygen component into the metal-containing layer.
  • valve 244d When the O 2 gas is supplied for a predetermined time, the valve 244d is closed and the supply of the O 2 gas is finished. At this time, the supply of O 2 gas to the remote plasma unit 250 ends, matching is lost, and the plasma is rapidly extinguished (disappears).
  • the valve 245 d is opened to supply N 2 gas to the processing space 201 of the processing container 202.
  • the N 2 gas supplied to the processing container 202 removes excess O 2 gas supplied in the second processing gas supply step S206 from the wafer 200 while removing the excess O 2 gas supplied from the wafer 200. Discharged from.
  • the valve 237 is opened, and the pressure regulator 237 and the vacuum pump 238 are controlled to remove O 2 gas remaining in the shower head 230.
  • the valve 245d is closed to stop the supply of N 2 gas, and the bubble 237 is closed to shut off the shower head 203 and the vacuum pump 239.
  • the supply flow rate of N 2 gas is, for example, not less than 0.1 sccm and not more than 10 sccm.
  • the N 2 gas supply conditions are set so that no plasma is generated even if N 2 gas is supplied to the remote plasma unit 250 when the remote plasma unit 250 is ON. The Therefore, even if the N 2 gas is diffused in the remote plasma unit 250 temporarily through a common gas supply pipe 242, there is no possibility that N 2 gas in the remote plasma unit 250 is plasma.
  • the controller 260 determines whether or not one cycle including S202 to S208 described above has been performed a predetermined number of times. When this cycle has not been performed a predetermined number of times (in the case of No in S210), the process returns to the first process gas supply step S202 to repeat the film forming process. When this cycle is performed a predetermined number of times (Yes in S210), the film forming process is terminated. At this time, the remote plasma unit 250 may be turned off to stop the power application.
  • FIG. 4 is a time chart showing the timing of plasma ignition in the film forming process shown in FIG.
  • FIG. 5 is a time chart showing the timing of plasma ignition in the film forming step shown in FIG.
  • FIG. 11 is a time chart showing a film forming process according to the prior art
  • FIG. 12 is a time chart showing the timing of plasma ignition in the film forming process shown in FIG.
  • the remote plasma unit 250 is always turned on during the film forming process.
  • TDMAT gas is supplied (TDMAT Flow) and N 2 gas is supplied (N 2 Charge)
  • plasma ignition is not performed as described above, and plasma ignition is performed only when O 2 gas is supplied.
  • the valve 244d of the second gas supply system 244 is opened the supply of O 2 gas is started, the flow rate of O 2 gas When a predetermined flow rate is reached, matching is achieved and plasma is ignited (plasma ON). Further, when the valve 244d of the second gas supply system 244 is closed and the flow rate of the O 2 gas becomes less than a predetermined flow rate, impedance matching is lost and the plasma is extinguished (plasma OFF). As described above, in the present invention, plasma ON / OFF can be switched at high speed in synchronism with the flow (flow rate or presence / absence of process gas) of the process gas.
  • the ON / OFF operation of the remote plasma unit is generally controlled in synchronization with the supply of the processing gas.
  • the ON timing of the remote plasma unit is delayed from the supply start timing of the processing gas, the delay amount until the plasma is actually ignited becomes large. If the OFF timing of the remote plasma unit is earlier than the supply end timing of the processing gas, the plasma is extinguished and the remaining processing gas cannot be converted into plasma.
  • the remote plasma unit 250 is always in the ON state (the state where the power application necessary to turn the gas into plasma is performed), thereby supplying and stopping the O 2 gas. Since the generation of plasma can be controlled only by opening and closing the valve 244d for performing the ON / OFF of the plasma, it is possible to realize ON / OFF of the plasma surely synchronized with the flow of the processing gas. Further, since the generation of plasma can be controlled only by the flow rate of the processing gas or the presence or absence of the processing gas, the plasma can be switched on and off at high speed. Thereby, the throughput can be improved and the supply amount and supply time of the plasma-ized processing gas can be accurately defined. Further, since it is not necessary to control the remote plasma unit 250 in synchronization with the supply of the processing gas, the control in the control unit 260 can be simplified.
  • the remote plasma unit 250 is always in the ON state during the film forming process, but at least a predetermined time before the start of the O 2 gas supply (during the first process gas supply process S202 and the purge process S204). You may make it turn ON. Further, the ON state may be continued for a predetermined time after the end of the O 2 gas supply, and thereafter, the remote plasma unit 250 may be switched from ON to OFF (during the purge process S208 or the first process gas supply process S202). .
  • a valve is provided between the remote plasma unit 250 and the first gas supply system 243, and the valve is closed during the supply of the TDMAT gas.
  • the supply conditions of the TDMAT gas it is not necessary to consider whether or not the plasma is generated, and supply conditions that can be converted to plasma may be used.
  • a valve is provided between the remote plasma unit 250 and the third gas supply system 245, and the valve during the supply of N 2 gas In the supply condition of N 2 gas, it is not necessary to consider whether or not the plasma is generated, and the supply condition that can be converted to plasma may be used.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the arrangement of the remote plasma unit 250. Only differences from the first embodiment will be described below, and description of similar configurations and processes will be omitted.
  • FIG. 6 is a diagram showing a substrate processing apparatus 1000 according to the second embodiment.
  • the first gas supply system 243, the second gas supply system 244, and the third gas supply system 245 described above are provided upstream of the remote plasma unit 250.
  • the film forming process according to the second embodiment is the same as that shown in FIGS. That is, the remote plasma unit 250 is always turned on, and each gas is supplied to the processing vessel 202 via the remote plasma unit 250 in the order of TDMAT gas, N 2 gas, O 2 gas, and N 2 gas. At this time, matching is achieved only when O 2 gas is supplied (only when O 2 gas passes through the plasma unit 250), and plasma is generated.
  • the third embodiment is different from the previous embodiment in the supply timing of O 2 gas.
  • the configuration of the substrate processing apparatus is the same as that of the first embodiment. Only differences from the first embodiment will be described below, and description of similar configurations and processes will be omitted.
  • FIG. 7 is a time chart showing a film forming process according to the third embodiment of the present invention.
  • the valve 244d is opened during the execution of the N 2 gas purge after the supply of the TDMAT gas and the supply of the O 2 gas is started while the remote plasma unit 250 is always kept in the ON state.
  • the valve 245d starts N 2 gas purge, and terminates the supply of O 2 gas and close the valve 244d in the execution of the N 2 gas purge. That is, in the third embodiment, in the flowchart shown in FIG. 3 described above, the start and end of S206 overlap in time with S204 and S208, respectively.
  • the remote plasma unit 250 Over the supply period of the O 2 gas, O 2 gas into plasma by the remote plasma unit 250.
  • the plasma O 2 gas is discharged from the remote plasma unit 250 and then mixed with N 2 gas.
  • the flow rate of the N 2 gas during the purge is set to a flow rate sufficient to extinguish the O 2 gas plasma.
  • the O 2 gas plasma is extinguished before reaching the processing vessel 202. That is, O 2 gas does not contribute to film formation during the N 2 purge period.
  • the remote plasma unit 250 while maintaining the remote plasma unit 250 is always ON state, starting the supply of O 2 gas in N 2 gas purge execution, the supply of O 2 gas N It was made to end during the execution of the two gas purge. That is, the supply amount (supply time) of the plasma O 2 gas is substantially controlled only by opening and closing the valve 245d that stops the supply of N 2 gas. Thereby, the plasma can be turned on / off at a timing synchronized with the flow of the desired O 2 gas. Moreover, plasma generation can be controlled only by the presence or absence of N 2 gas, and plasma ON / OFF can be switched at high speed.
  • FIG. 8 is a view showing a substrate processing apparatus 1100 according to the fourth embodiment.
  • the substrate processing apparatus 1100 is different from the substrate processing apparatus 100 according to the first embodiment in that a fourth gas supply system 247 is provided and a film forming process using the fourth gas supply system 247 is provided. Only differences from the first embodiment will be described below, and description of similar configurations and processes will be omitted.
  • the fourth gas supply system 247 is provided upstream of the remote plasma unit 250.
  • the fourth gas supply pipe 247a of the fourth gas supply system 247 includes, in order from the upstream direction, a fourth gas supply source 247b, a mass flow controller (MFC) 247c that is a flow rate controller (flow rate control unit), and an on-off valve.
  • MFC mass flow controller
  • a valve 247d is provided.
  • GasX is stored in the gas supply source 247b. GasX passes through a mass flow controller 247c and a valve 247d provided in the gas supply pipe 247a, and is supplied to the remote plasma unit 250. GasX that has passed through the remote plasma unit 250 flows into the common gas supply pipe 242 and is further supplied to the processing vessel 202 via the shower head 230.
  • GasX is a gas that is converted into plasma in the remote plasma unit 250 and does not contribute to film formation of the wafer 200 (at least has no reactivity with the first processing gas) (non-processing) Gas).
  • argon (Ar) is used as GasX.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a film forming process according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the difference from the flowchart shown in FIG. 3 will be mainly described.
  • the remote plasma unit ON step (S200) the TDMAT gas is supplied to the processing vessel 202 in the first processing gas supply step (S302).
  • the valve 247 d is opened, and GasX is supplied to the processing vessel 202 via the remote plasma unit 250.
  • N 2 gas is supplied to the processing container 202, and the valve 247d is opened to supply GasX to the processing container 202 via the remote plasma unit 250.
  • the second process gas supply step only O 2 gas is supplied and GasX is not supplied.
  • FIG. 10 is a time chart of the film forming process shown in FIG.
  • the remote plasma unit 250 by supplying GasX to the remote plasma unit 250 in the first process gas supply process (TDMAT Flow) and the purge process (N 2 Charge), the remote plasma unit 250 always generates plasma. It is kept in the state. Therefore, by supplying O 2 gas, it can be immediately plasma of O 2 gas. Note that plasma generated by supplying GasX to the remote plasma unit 250 does not contribute to film formation.
  • the O 2 gas in addition to the effects obtained in the first embodiment, the O 2 gas can be immediately turned into plasma. As a result, the throughput can be further improved and the supply amount and supply time of the plasma-ized processing gas can be accurately defined.
  • the O 2 gas supply timing in the second embodiment may be combined with the third embodiment or the fourth embodiment.
  • the present invention can also be realized, for example, by modifying a gas supply system of an existing substrate processing apparatus existing in a semiconductor device manufacturing factory and changing a process recipe.
  • the process recipe according to the present invention is installed in an existing substrate processing apparatus via a telecommunication line or a recording medium recording the process recipe, or input / output of the existing substrate processing apparatus It is also possible to operate the apparatus and change the process recipe itself to the process recipe according to the present invention.
  • the present invention can be applied to a case where a film forming process for forming various films such as a nitride film, or other substrate processes such as a diffusion process, an oxidation process, a nitriding process, and a lithography process are performed.
  • the present invention can be applied to other substrate processing apparatuses such as a thin film forming apparatus, an etching apparatus, an oxidation processing apparatus, a nitriding apparatus, a coating apparatus, and a heating apparatus.
  • a substrate processing apparatus for processing a substrate by alternately supplying a first processing gas and a plasma-processed second processing gas to a processing container, and supplying the first processing gas
  • the first gas supply system and the second gas supply system are controlled so that the first process gas and the second process gas are alternately supplied, and the second process gas is supplied.
  • a substrate processing apparatus comprising: a control unit that controls the plasma unit so as to execute application of electric power necessary for converting the second processing gas into plasma before the start.
  • the controller controls the plasma unit to execute the power application even when neither the first process gas nor the second process gas is supplied to the plasma unit. 3.
  • the substrate processing apparatus according to 1 or 2.
  • Appendix 4 The substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 3, wherein the control unit controls the plasma unit so as to always apply the power during the substrate processing step.
  • the supply conditions of the first process gas and the second process gas including at least the flow rate are such that the first process gas is not converted into plasma in the plasma unit, and the second process gas is 5.
  • a third gas supply system for supplying an inert gas which is disposed upstream of the processing vessel and downstream of the plasma unit, the control unit includes the first processing gas and the The third gas supply system is controlled to supply the inert gas so that each processing gas is separated when alternately supplying the second processing gas, and the supply of the inert gas is completed. 6.
  • the substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 5, wherein the second gas supply system is controlled so as to start supplying the second processing gas from the front.
  • control unit starts supplying the inert gas during the supply of the second processing gas after the supply of the inert gas is completed during the supply of the second processing gas.
  • the substrate processing apparatus according to appendix 6, which controls the second gas supply system and the third gas supply system.
  • a fourth gas supply system that supplies a non-processing gas that does not contribute to the processing of the substrate to the plasma unit is provided, and the control unit performs the non-processing before the supply of the second processing gas is started. 6.
  • the substrate processing apparatus according to any one of appendices 1 to 5, wherein the fourth gas supply system is controlled so as to supply a processing gas to the plasma unit.
  • a substrate processing apparatus for processing a substrate by supplying at least a first processing gas and a second processing gas to a processing container, wherein the first valve opens and closes the supply path of the first processing gas
  • a second valve that opens and closes a supply path for the second processing gas, a plasma unit that is disposed upstream of the processing container and downstream of the second valve, and the first processing gas, The opening and closing of the first valve and the second valve are controlled so that the second processing gas is alternately supplied, and the second processing gas is supplied before the second valve is opened.
  • a substrate processing apparatus comprising: a control unit that controls the plasma unit so as to execute application of electric power necessary for turning into plasma.
  • the first valve is disposed upstream of the plasma unit, and the supply conditions of the first processing gas and the second processing gas including at least a flow rate are as follows. 12.
  • a method of manufacturing a semiconductor device wherein a substrate is processed by alternately supplying a first processing gas and a second processing gas converted into plasma by a plasma unit to a processing container.
  • a step of starting application of electric power necessary for plasmification of the second processing gas in the plasma unit when no processing gas is supplied to the plasma unit; and a state in which the electric power application is being performed in the plasma unit And a step of starting the supply of the second processing gas.
  • a first step of supplying a first processing gas to a processing vessel of a substrate, a second step of supplying an inert gas to the processing vessel from a downstream of a plasma unit, and plasma formation in the plasma unit A third step of supplying the second processing gas to the processing container, and a fourth step of supplying an inert gas from the downstream of the plasma unit to the processing container.
  • step 3 the supply of the second plasma process gas is started before the second step is completed, and the second plasma process is started after the fourth step is started.
  • the plasma unit When the plasma unit is not supplied to the plasma unit, and the plasma unit starts the application of power necessary for the plasma processing of the second processing gas, and the power application is performed in the plasma unit.
  • a computer-readable recording medium storing a program for alternately supplying a first processing gas and a second processing gas converted into plasma by a plasma unit to a processing container to process a substrate
  • a computer-readable recording medium in which is stored.
  • a computer-readable recording medium storing a program for alternately supplying a first processing gas and a second processing gas converted into plasma by a plasma unit to a processing container to process the substrate A procedure for starting application of electric power necessary for the plasma processing of the second processing gas in the plasma unit when the second processing gas is not supplied to the plasma unit;
  • a computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the procedure of starting the supply of the second processing gas in a state where electric power is being applied.
  • the present invention can be used for a substrate processing apparatus for processing a substrate and a method for manufacturing a semiconductor device.

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Abstract

第１の処理ガスと、プラズマ化された第２の処理ガスとを交互に処理容器に供給して基板を処理する基板処理装置であって、前記第１の処理ガスを供給する第１のガス供給系と、前記第２の処理ガスを供給する第２のガス供給系と、前記処理容器の上流に配置され、少なくとも前記第２の処理ガスをプラズマ化するプラズマユニットと、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとが交互に供給されるように前記第１のガス供給系と前記第２のガス供給系を制御すると共に、前記第２の処理ガスの供給が開始される前から前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する制御部と、を備える。

Description

基板処理装置および半導体装置の製造方法
本発明は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の製造工程では、プラズマを使用した基板処理装置が用いられる。プラズマを使用した基板処理装置として、例えば特許文献１に記載されるように枚葉式の装置が知られている。
特開２００８－２１１２１１号公報
プラズマを使用した基板処理装置においては、スループットを向上させると共に、プラズマ励起された処理ガスの供給量や供給時間を正確に規定するために、処理ガスの流れに確実に同期して、プラズマのＯＮ／ＯＦＦをより高速に切り替えられることが望ましい。
本発明は、処理ガスの流れに確実に同期して、プラズマのＯＮ／ＯＦＦをより高速に切り替えることのできる基板処理装置および半導体装置に製造方法を提供することにある。
本発明の一態様によれば、第１の処理ガスと、プラズマ化された第２の処理ガスとを交互に処理容器に供給して基板を処理する基板処理装置であって、前記第１の処理ガスを供給する第１のガス供給系と、前記第２の処理ガスを供給する第２のガス供給系と、前記処理容器の上流に配置され、少なくとも前記第２の処理ガスをプラズマ化させるプラズマユニットと、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとが交互に供給されるように前記第１のガス供給系と前記第２のガス供給系を制御すると共に、前記第２の処理ガスの供給が開始される前から前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する制御部と、を備えるように構成した。
また、本発明の他の態様によれば、少なくとも第１の処理ガスと第２の処理ガスを処理容器に供給して基板を処理する基板処理装置であって、前記第１の処理ガスの供給路を開閉する第１のバルブと、前記第２の処理ガスの供給路を開閉する第２のバルブと、前記処理容器の上流であって前記第２のバルブの下流に配置されたプラズマユニットと、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとが交互に供給されるように前記第１のバルブと前記第２のバルブの開閉を制御すると共に、前記第２のバルブが開かれる前から前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する制御部と、を備えるように構成した。
また、本発明の一態様によれば、第１の処理ガスと、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給の開始と終了を行うように構成した。
また、本発明の他の態様によれば、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記第２の処理ガスが前記プラズマユニットに供給されていないときに前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を開始する工程と、前記プラズマユニットにおいて前記電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給を開始する工程と、を有するように構成した。
また、本発明の他の態様によれば、半導体装置の製造方法において、第１の処理ガスを基板の処理容器に供給する第１の工程と、不活性ガスをプラズマユニットの下流から前記処理容器に供給する第２の工程と、前記プラズマユニットにおいてプラズマ化された第２の処理ガスを前記処理容器に向けて供給する第３の工程と、不活性ガスを前記プラズマユニットの下流から前記処理容器に供給する第４の工程と、を有し、前記第３の工程では、前記第２の工程が終了する前に前記プラズマ化された第２の処理ガスの供給を開始すると共に、前記第４の工程が開始した後に前記プラズマ化された第２の処理ガスの供給を終了するように構成した。
また、本発明の他の態様によれば、半導体装置の製造方法において、第１の処理ガスを基板の処理容器に供給する第１の工程と、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２の工程と、前記第２の工程を除く工程において、前記基板の処理に寄与しない非処理ガスを前記プラズマユニットに供給することによって前記プラズマユニットにおいてプラズマを生成させる第３の工程と、を有するように構成した。
本発明に係る基板処理装置および半導体装置の製造方法によれば、処理ガスの流れに確実に同期して、プラズマのＯＮ／ＯＦＦをより高速に切り替えることができる。
本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る基板処理工程を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る成膜工程を示すフローチャートである。 図３に示す成膜工程のタイムチャートである。 図３に示す成膜工程におけるプラズマ着火のタイミングを示すタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る成膜工程を示すタイムチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る基板処理装置を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る成膜工程を示すフローチャートである。 図９に示す成膜工程のタイムチャートである。 従来技術に係る成膜工程を示すタイムチャートである。 図１１に示す成膜工程におけるプラズマ着火のタイミングを示すタイムチャートである。
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。
（１）基板処理装置の構成
まず、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置１００を示す図である。基板処理装置１００は、図示のように、枚葉式の基板処理装置として構成されている。
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、例えば横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と、搬送空間２０３とが形成されている。処理容器２０２は、上部容器２０２ａと下部容器２０２ｂとで構成される。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よりも上方の空間が処理空間２０１であり、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が搬送空間２０３である。
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した基板搬入出口２０６が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口２０３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。
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を表面に持つ基板載置台２１２と、基板載置台２１２に内包された加熱源としてのヒータ２１３とを主に備える。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する複数の貫通孔２１４が、リフトピン２０７のそれぞれに対応する位置に設けられる。
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の外部において昇降機構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及び基板載置台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の下部の周囲はベローズ２１９により覆われており、これによって処理空間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、基板載置面２１１が基板搬入出口２０６と同じ高さ（ウエハ搬送位置）まで下降し、ウエハ２００の処理時には図１で示されるように、ウエハ２００が処理空間２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。
具体的には、基板載置台２１２をウエハ搬送位置まで下降させたときには、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。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。なお、リフトピン２０７は、ウエハ２００と接触するため、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）
処理空間２０１（上部容器２０２ａ）の内壁側面には、処理空間２０１の雰囲気を排気する排気口２２１が設けられている。排気口２２１には排気管２２２が接続されており、排気管２２２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２２３と真空ポンプ２２４とが順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２２、圧力調整器２２３、真空ポンプ２２４により排気系２２０が構成される。
（ガス導入口）
処理空間２０１の上部に設けられる後述のシャワーヘッド２３０の上面（天井壁）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。ガス導入口２４１にはガス供給系が接続される。このガス供給系の構成については後述する。
（シャワーヘッド）
ガス導入口２４１と処理空間２０１との間には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド２３０が設けられる。ガス導入口２４１はシャワーヘッド２３０の蓋２３１に接続される。ガス導入口２４１から導入されるガスは、蓋２３１に設けられた孔２３１ａを介してシャワーヘッド２３０のバッファ空間２３２に供給される。
シャワーヘッドの蓋２３１は例えば金属で形成される。蓋２３１と上部容器２０２ａとの間には絶縁ブロック２３３が設けられ、蓋２３１と上部容器２０２ａとの間を絶縁している。
シャワーヘッド２３０において、バッファ空間２３２と処理空間２０１の間には、ガス導入口２４１から導入されるガスを分散させるための分散板２３４が設けられる。分散板２３４は、基板載置面２１１と対向するように配置される。また、分散板２３４には、複数の貫通孔２３４ａが形成される。
バッファ空間２３２には、供給されたガスの流れを形成するガスガイド２３５が設けられる。ガスガイド２３５は、孔２３１ａを頂点として、分散板２３４に近づくにつれて径が広がる円錐形状とされる。
バッファ空間２３２の側方には、排気管２３６が接続されている。排気管２３６には、排気のオン/オフを切り替えるバルブ２３７、排気バッファ空間２３２内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２３８と真空ポンプ２３９とが順に直列に接続されている。
（ガス供給系）
上述したように、ガス導入孔２４１には、ガス供給系が接続される。ガス供給系は、共通ガス供給管２４２、第１ガス供給系２４３、第２ガス供給系２４４、第３ガス供給系２４５およびリモートプラズマユニット（ＲＰＵ）２５０を備える。ガス導入孔２４１には共通ガス供給管２４２が接続されており、共通ガス供給管２４２には、第１ガス供給系２４３と第３ガス供給系２４５が接続されると共に、リモートプラズマユニット２５０を介して第２ガス供給系２４４が接続される。
（第１ガス供給系２４３）
第１ガス供給系２４３のガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、ガス供給源２４３ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４３ｃ、開閉弁であるバルブ２４３ｄが設けられている。
ガス供給源２４３ｂには第１元素を含有するガス（以下、「第１元素含有ガス」）が貯蔵される。第１元素含有ガスは、ガス供給管２４３ａに設けられたマスフローコントローラ２４３ｃとバルブ２４３ｄとを通過して共通ガス供給管２４２に流入し、さらにシャワーヘッド２３０を介して処理容器２０２に供給される。
第一元素含有ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。ここで、第一元素は、例えば金属元素であり、第一元素含有ガスは、金属含有ガスである。本実施形態では、金属元素としてチタン（Ｔｉ）を用いる。チタン含有ガスとしては、例えばＴＤＭＡＴ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌ－Ａｍｉｎｏ－Ｔｉｔａｎｉｕｍ　：　Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）ガスを用いることができる。なお、ＴＤＭＡＴは液体原料であり、例えば、ガス供給源２４３ｂの構成要素として気化器（図示せず）を設け、当該気化器で液体原料を気化させることによって気体原料として使用することができる。
なお、チタン含有ガスとしては、ＴｉＣｌ４などを用いてもよい。また、金属元素はチタンに限られるものではなく、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）など、他の元素であってもよい。さらに、第一元素含有ガスは、金属含有ガスに限られるものではなく、シリコン含有ガスなどであってもよい。
（第２ガス供給系２４４）
第２ガス供給系２４４のガス供給管２４４ａには、上流方向から順に、ガス供給源２４４ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４４ｃ、開閉弁であるバルブ２４４ｄが設けられている。
ガス供給源２４３ｂには第２元素を含有するガス（以下、「第２元素含有ガス」）が貯蔵される。第２元素含有ガスは、ガス供給管２４４ａに設けられたマスフローコントローラ２４４ｃとバルブ２４４ｄとを通過し、リモートプラズマユニット２５０に供給される。リモートプラズマユニット２５０に供給された第２元素含有ガスは、リモートプラズマユニット２５０を通過する際にプラズマ励起される。プラズマ励起された第２元素含有ガスは、共通ガス供給管２４２に流入し、さらにシャワーヘッド２３０を介して処理容器２０２に供給される。
第２元素含有ガスは、処理ガスの一つである。なお、第２元素含有ガスは、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。
ここで、第２元素含有ガスは、酸化剤としての酸素含有ガスであり、酸素元素（Ｏ）を含む。本実施形態では、酸素含有ガスとして酸素（Ｏ２）ガスを用いる。なお、第２元素含有ガスは酸素含有ガスに限られるものではなく、窒化剤としての窒素含有ガス、例えばアンモニア（ＮＨ３）であってもよい。また、第２元素含有ガスとしては、プラズマによって活性化され得る他のガスを用いることもできる。
（第３ガス供給系２４５）
第３ガス供給系２４５のガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、ガス供給源２４５ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４５ｃ、開閉弁であるバルブ２４５ｄが設けられている。
ガス供給源２４５ｂには不活性ガスが貯蔵される。不活性ガスは、ガス供給管２４５ａに設けられたマスフローコントローラ２４５ｃとバルブ２４５ｄとを通過して共通ガス供給管２４２に流入し、さらにシャワーヘッド２３０を介して処理容器２０２に供給される。
本実施形態では、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）ガスを用いる。なお、不活性ガスとしては、Ｎ２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。
（リモートプラズマユニット２５０）
リモートプラズマユニット２５０としては、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　 Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）装置を用いることができる。ＩＣＰ装置は、誘電コイルと、それに電力を供給する高周波電源などから構成され、誘電コイルに高周波電源から電力を供給した際にリモートプラズマユニット２５０のインピーダンスのマッチングが取れていれば（例えば、リモートプラズマユニット２５０のインピーダンスが５０Ωあるいはその近傍の値であれば）プラズマが生成（着火）され、リモートプラズマユニット２５０に供給されているガスがプラズマ化される。リモートプラズマユニット２５０のマッチング状態（インピーダンス）は、リモートプラズマユニット２５０内の空間のガス雰囲気（ガス種や圧力など）によって変化する。なお、リモートプラズマユニット２５０としては、ＩＣＰ装置に限らず、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置やＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）などを用いてもよい。
（コントローラ）
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は、演算部２６１及び記憶部２６２を少なくとも有する。コントローラ２６０は、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成を制御する。
なお、コントローラ２６０は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。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等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ（ＵＳＢ　Ｆｌａｓｈ　Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）２６３を用意し、外部記憶装置２６３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。
また、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２６３を介して供給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２６３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶部２６２や外部記憶装置２６３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、記憶部２６２単体のみを含む場合、外部記憶装置２６３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、基板処理装置１００でウエハ２００上に薄膜を形成する工程について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態にかかる基板処理工程を示すフローチャートである。なお、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２６０により制御されるものとする。
本実施形態においては、上述したＴＤＭＡＴガスとプラズマ化されたＯ２ガスを交互に供給し、ウエハ２００上に高誘電率絶縁膜であるＴｉＯ２膜を形成する例について説明する。なお、ウエハ２００上には、予め所定の膜が形成されていてもよい。また、ウエハ２００または所定の膜には、予め所定のパターンが形成されていてもよい。
（基板搬入・載置工程Ｓ１０２）
先ず、基板処理装置１００において、基板載置台２１２をウエハ２００の搬送位置まで下降させることにより、基板載置台２１２の貫通孔２１４にリフトピン２０７を貫通させる。その結果、リフトピン２０７が、基板載置台２１２の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２０５を開き、図示しないウエハ移載機を用いて、処理容器２０２の搬送空間２０３にウエハ２００を搬入し、リフトピン２０７上にウエハ２００を移載する。これにより、ウエハ２００は、基板載置台２１２の表面から突出したリフトピン２０７上に水平姿勢で支持される。
搬送空間２０３にウエハ２００を搬入した後、ウエハ移載機を処理容器２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ２０５を閉じて処理容器２０２を密閉する。その後、基板載置台２１２を上昇させることにより、基板載置台２１２の基板載置面２１１上にウエハ２００を載置する。
なお、ウエハ２００を搬送空間２０３に搬入する際には、排気系により処理容器２０２内を排気しつつ、第３ガス供給系から処理容器２０２内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給することが好ましい。すなわち、真空ポンプ２２４を作動させると共に、ＡＰＣバルブ２２３を開弁して処理容器２０２内を排気している状態で、少なくとも第３ガス供給系のバルブ２４５ｄを開弁することにより、処理容器２０２内にＮ２ガスを供給することが好ましい。これにより、処理容器２０２へのパーティクルの侵入や、ウエハ２００上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。また、真空ポンプ２２４は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１０２）から後述する基板搬出工程（Ｓ１０６）までの間は、常に作動させた状態とする。
ウエハ２００を基板載置台２１２の上に載置する際は、基板載置台２１２の内部に埋め込まれたヒータ２１３に電力を供給し、ウエハ２００の表面を所定の温度に制御する。ウエハ２００の温度は、例えば室温以上であって５００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって４００℃以下である。ヒータ２１３の温度は、図示しない温度センサによって検出された温度情報に基づいてヒータ２１３への通電を制御することによって調整される。
（成膜工程Ｓ１０４）
次に、成膜（薄膜形成）工程Ｓ１０４を行う。成膜工程Ｓ１０４については後述する。
（基板搬出工程Ｓ１０６）
次に、基板載置台２１２を下降させ、基板載置台２１２の表面から突出させたリフトピン２０７上にウエハ２００を支持させる。その後、ゲートバルブ２０５を開き、ウエハ移載機を用いてウエハ２００を処理容器２０２の外へ搬出する。
（処理回数判断工程Ｓ１０８）
ウエハ２００を搬出後、成膜工程が所定回数実施されたか否か判断する。成膜工程が所定回数実施されたと判断された場合、基板処理工程を終了する。なお、基板処理工程を終了する前に、クリーニング工程を実施してもよい。一方、成膜工程を所定回数実施していないと判断された場合、次に待機しているウエハ２００の処理を開始するため、基板搬入・載置工程Ｓ１０２に戻る。
（３）成膜工程
次に、成膜工程Ｓ１０４について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る成膜工程を示すフローチャートであり、図２に示すフローチャートにおける成膜工程の詳細フローチャートである。以下、成膜工程Ｓ１０４の詳細について、図３を参照して説明する。
（リモートプラズマユニットＯＮ工程Ｓ２００）
各種ガスの供給に先立ち、リモートプラズマユニット２５０をＯＮにする。ここで、リモートプラズマユニット２５０の「ＯＮ」とは、リモートプラズマユニット２５０において高周波電源から誘電コイルに一定の電力を印加することを意味する。また、一定の電力とは、具体的にはＯ２ガスをプラズマ化（プラズマ着火）させるのに必要な電力である。リモートプラズマユニット２５０がＯＮのとき、リモートプラズマユニット２５０のマッチングが取れていればプラズマが着火し、マッチングが取れていなければプラズマは着火しない。
ここで、リモートプラズマユニット２５０においてマッチングが取れてプラズマが実際に着火して生成されるか否かは、電力が一定であれば、ガス種やガス流量、リモートプラズマユニット２５０内の空間の圧力、温度などに依存する。本発明においては、リモートプラズマユニット２５０内の空間にＯ２ガスが供給されている（通過している）ときにのみマッチングしてプラズマが生成されるようにした。すなわち、リモートプラズマユニット２５０がＯＮのときにＴＤＭＡＴガスがリモートプラズマユニット２５０を通過したとしてもマッチングせずにプラズマが生成されず、Ｏ２ガスが通過したときはマッチングしてプラズマが生成されるようにＴＤＭＡＴガスとＯ２ガスの供給条件は設定される。この供給条件には、少なくとも流量が含まれ、より好適には、リモートプラズマユニット２５０内の空間の圧力に影響するその他パラメータ（処理空間２０１の圧力など）や、温度などが含まれる。また、ＴＤＭＡＴガスが供給されてもプラズマが生成されず、Ｏ２ガスが供給されたときのみにプラズマが生成されるように、リモートプラズマユニット２５０の印加電力等を設定してもよい。
（第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２）
ウエハ２００を加熱して所望の温度に達すると、バルブ２４３ｄを開弁し、処理容器２０２の処理空間２０１内にＴＤＭＡＴガスの供給を開始する。
このとき、ＴＤＭＡＴガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４３ｃを調整する。なお、ＴＤＭＡＴガスの供給流量は、例えば１ｓｃｃｍ以上、１００ｓｃｃｍ以下である。また、ＡＰＣバルブ２２３の弁開度を調整することにより、処理容器２０２内の圧力を所定の圧力に制御する。なお、第１ガス供給系２４３に不活性ガス供給系を接続し、ＴＤＭＡＴガスとともにキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。また、気化したＴＤＭＡＴが液化しないよう、第１ガス供給系２４３を所定温度に制御し、ＴＤＭＡＴガスを所定の気化温度に維持してもよい。
なお、第１ガス供給系２４３はリモートプラズマユニット２５０よりも下流に配置されるが、仮に共通ガス供給管２４２を介してＴＤＭＡＴガスがリモートプラズマユニット２５０内に拡散したとしても、上記したように、リモートプラズマユニット２５０内でＴＤＭＡＴガスはプラズマ化されない。
処理容器２０２に供給されたＴＤＭＡＴガスはウエハ２００上に供給される。ウエハ２００表面の上には、ＴＤＭＡＴガスが接触することによって「第１元素含有層」としての金属含有層（チタン含有層）が形成される。
金属含有層は、例えば、処理容器２０２内の圧力、ＴＤＭＡＴガスの流量、サセプタ２１７の温度、ＴＤＭＡＴガスが処理空間２０１を通過するのに要する時間（処理時間）等に応じて、所定の厚さ及び所定の分布で形成される。
ＴＤＭＡＴガスが所定時間供給されると、バルブ２４３ｄを閉弁してＴＤＭＡＴガスの供給を終了する。
（パージ工程Ｓ２０４）
第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２の後、バルブ２４５ｄを開弁しＮ２ガスを処理容器２０２の処理空間２０１に供給する。このとき、上述したように、真空ポンプ２２４とＡＰＣバルブ２２３の動作によって処理容器２０２内が排気されている。これにより、処理容器２０２に供給されたＮ２ガスは、第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２で供給された余剰な（成膜に寄与しなかった）ＴＤＭＡＴガスをウエハ２００上から除去しつつ、処理容器２０２から排出される。また、バルブ２３７を開弁すると共に、圧力調整器２３７と真空ポンプ２３８を制御することにより、シャワーヘッド２３０内に残留したＴＤＭＡＴガスをも除去する。そして、所定時間パージを実行すると、バルブ２４５ｄを閉弁してＮ２ガスの供給を停止すると共に、バブル２３７を閉弁してシャワーヘッド２０３と真空ポンプ２３９の間を遮断する。尚、Ｎ２ガスの供給流量は、例えば０．１ｓｃｃｍ以上、１０ｓｃｃｍ以下である。
また、Ｎ２ガスの供給条件は、リモートプラズマユニット２５０がＯＮのときにＮ２ガスがリモートプラズマユニット２５０を通過したとしてもプラズマが生成されないように設定される。第３ガス供給系２４５はリモートプラズマユニット２５０よりも下流に配置されるが、仮に共通ガス供給管２４２を介してＮ２ガスがリモートプラズマユニット２５０内に拡散したとしても、Ｎ２ガスの供給条件が上記のように設定されることにより、リモートプラズマユニット２５０内でＮ２ガスがプラズマ化されることはない。
（第２の処理ガス供給工程Ｓ２０６）
パージ工程Ｓ２０４の後、バルブ２４４ｄを開弁し、リモートプラズマユニット２５０でＯ２ガスをプラズマ励起させ、このプラズマ化されたＯ２ガスを処理空間２０１内に供給する。
このとき、Ｏ２ガスの流量が所定の流量となるように、マスフローコントローラ２４４ｃを調整する。なお、Ｏ２ガスの供給流量は、例えば０．１ｓｃｃｍ以上、１０ｓｃｃｍに設定される。また、ＡＰＣバルブ２２３の弁開度を適正に調整することにより、処理容器２０２内の圧力を所定の圧力に制御する。なお、第２ガス供給系２４４に不活性ガス供給系を接続し、Ｏ２ガスとともにキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。
上記したリモートプラズマユニットＯＮ工程Ｓ２００において既にリモートプラズマユニット２５０がＯＮとされ、Ｏ２ガスのプラズマ化に必要で電力印加が開始されていることから、Ｏ２ガスがリモートプラズマユニット２５０に供給されてマッチングが取れることにより、速やかにプラズマが着火して生成される。
リモートプラズマユニット２５０によってプラズマ化されたＯ２ガスは、シャワーヘッド２３０を介してウエハ２００上に供給される。既に形成されている金属含有層（チタン含有層）がこのＯ２ガスのプラズマによって改質（酸化）されることにより、ウエハ２００の上には、金属酸化膜（ＴｉＯ２膜）が形成される。
改質層たる金属酸化膜は、例えば、処理容器２０２内の圧力、Ｏ２ガスの流量、基板載置台２１２の温度、リモートプラズマユニット２５０の供給電力等に応じて、所定の厚さ、所定の分布、金属含有層に対する所定の酸素成分の侵入深さで形成される。
Ｏ２ガスが所定時間供給されると、バルブ２４４ｄを閉弁してＯ２ガスの供給を終了する。このとき、リモートプラズマユニット２５０へのＯ２ガスの供給が終了することにより、マッチングが崩れ、速やかにプラズマが消弧（消失）される。
（パージ工程Ｓ２０８）
第２の処理ガス供給工程Ｓ２０６の後、バルブ２４５ｄを開弁しＮ２ガスを処理容器２０２の処理空間２０１に供給する。処理容器２０２に供給されたＮ２ガスは、第２の処理ガス供給工程Ｓ２０６で供給された余剰な（成膜に寄与しなかった）Ｏ２ガスをウエハ２００上から除去しつつ、処理容器２０２から排出される。また、バルブ２３７を開弁すると共に、圧力調整器２３７と真空ポンプ２３８を制御することにより、シャワーヘッド２３０内に残留したＯ２ガスをも除去する。そして、所定時間パージを実行すると、バルブ２４５ｄを閉弁してＮ２ガスの供給を停止すると共に、バブル２３７を閉弁してシャワーヘッド２０３と真空ポンプ２３９の間を遮断する。尚、Ｎ２ガスの供給流量は、例えば０．１ｓｃｃｍ以上、１０ｓｃｃｍ以下である。
また、前述のパージ工程Ｓ２０４と同様に、Ｎ２ガスの供給条件は、リモートプラズマユニット２５０がＯＮのときにＮ２ガスがリモートプラズマユニット２５０に供給されたとしてもプラズマが生成されないように設定される。したがって、仮に共通ガス供給管２４２を介してＮ２ガスがリモートプラズマユニット２５０内に拡散したとしても、リモートプラズマユニット２５０内でＮ２ガスがプラズマ化されることはない。
（判断工程Ｓ２１０）
次いで、コントローラ２６０は、上記したＳ２０２からＳ２０８からなる１つのサイクルを所定回数実施したか否か判断する。このサイクルを所定回数実施していないとき（Ｓ２１０でＮｏの場合）は、第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２に戻って成膜処理を繰り返す。このサイクルを所定回数実施したとき（Ｓ２１０でＹｅｓの場合）は、成膜工程を終了する。このとき、リモートプラズマユニット２５０をＯＦＦにして電力印加を停止してもよい。
図４、図５、図１１および図１２を参照し、上記した処理について再説する。図４は、図３に示す成膜工程におけるプラズマ着火のタイミングを示すタイムチャートである。図５は、図３に示す成膜工程におけるプラズマ着火のタイミングを示すタイムチャートである。また、図１１は、従来技術に係る成膜工程を示すタイムチャートであり、図１２は、図１１に示す成膜工程におけるプラズマ着火のタイミングを示すタイムチャートである。
図４に示すように、リモートプラズマユニット２５０は、成膜工程中、常にＯＮ状態とされる。しかしながら、ＴＤＭＡＴガスの供給時（ＴＤＭＡＴ　Ｆｌｏｗ）とＮ２ガスの供給時（Ｎ２　Ｐｕｒｇｅ）は、上記したようにプラズマ着火されず、Ｏ２ガス供給時のみプラズマ着火される。
プラズマ着火およびプラズマ消弧のタイミングについて、図５を参照して説明する。図５に示すように、リモートプラズマユニット２５０は常にＯＮ状態に維持されることから、第２ガス供給系２４４のバルブ２４４ｄが開弁されてＯ２ガスの供給が開始され、Ｏ２ガスの流量が所定流量に達することにより、マッチングが取れ、プラズマが着火（プラズマＯＮ）される。また、第２ガス供給系２４４のバルブ２４４ｄが閉弁されてＯ２ガスの流量が所定流量未満となると、インピーダンスのマッチングが崩れ、プラズマが消弧（プラズマＯＦＦ）される。このように、本発明においては、処理ガスの流れ（流量、あるいは、処理ガスの有無）に確実に同期して、プラズマのＯＮ／ＯＦＦを高速に切り替えることができる。
これに対し、従来技術にあっては、図１１に示すように、リモートプラズマユニットのＯＮ／ＯＦＦ動作を処理ガスの供給に同期させて制御するのが一般的であった。しかしながら、リモートプラズマユニットのＯＮ／ＯＦＦ動作と処理ガスの供給・停止を行うバルブの動作を厳密に一致されることは困難であり、プラズマのＯＮ／ＯＦＦを処理ガスの流れに確実に同期させることは困難であった。例えば、図１２に示すように、リモートプラズマユニットのＯＮタイミングが処理ガスの供給開始タイミングより遅れると、実際にプラズマが着火されるまでの遅延量が大きくなる。また、リモートプラズマユニットのＯＦＦタイミングが処理ガスの供給終了タイミングより早まると、プラズマが消弧し、残りの処理ガスをプラズマ化させることができない。
以上のように、本発明においては、リモートプラズマユニット２５０を常にＯＮ状態（ガスをプラズマ化するのに必要な電力印加を実行している状態）とすることにより、Ｏ２ガスの供給とその停止を行うバルブ２４４ｄの開閉のみによってプラズマの生成を制御することができるため、処理ガスの流れに確実に同期させたプラズマのＯＮ／ＯＦＦを実現することができる。また、処理ガスの流量、あるいは、処理ガスの有無のみによってプラズマの生成を制御できるため、プラズマのＯＮ／ＯＦＦの切り替えも高速に行うことができる。これにより、スループットを向上させることができると共に、プラズマ化された処理ガスの供給量や供給時間を正確に規定することができる。また、処理ガスの供給に同期させてリモートプラズマユニット２５０を制御する必要がないため、コントロールユニット２６０における制御を簡素化することもできる。
なお、上記では、成膜工程中、リモートプラズマユニット２５０を常にＯＮ状態としたが、少なくともＯ２ガスの供給開始から所定時間前（第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２中やパージ工程Ｓ２０４中）にＯＮにするようにしてもよい。また、Ｏ２ガスの供給終了後も所定時間ＯＮ状態を継続し、その後（パージ工程Ｓ２０８中や第１の処理ガス供給工程Ｓ２０２中）に、リモートプラズマユニット２５０をＯＮからＯＦＦに切り替えてもよい。
また、リモートプラズマユニット２５０へのＴＤＭＡＴガスの拡散を考慮する必要がない場合（例えばリモートプラズマユニット２５０と第１ガス供給系２４３の間にバルブを設け、ＴＤＭＡＴガスの供給中は当該バルブを閉弁するようにしてもよい）、ＴＤＭＡＴガスの供給条件において、プラズマ化されるか否かは考慮する必要はなく、プラズマ化され得る供給条件であっても良い。同様に、リモートプラズマユニット２５０へのＮ２ガスの拡散を考慮する必要がない場合（例えばリモートプラズマユニット２５０と第３ガス供給系２４５の間にバルブを設け、Ｎ２ガスの供給中は当該バルブを閉弁するようにしてもよい）、Ｎ２ガスの供給条件において、プラズマ化されるか否かは考慮する必要はなく、プラズマ化され得る供給条件であっても良い。
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、リモートプラズマユニット２５０の配置にある。以下では第１の実施形態との相違点のみ説明し、同様な構成や処理については説明を省略する。
図６は、第２の実施形態に係る基板処理装置１０００を示す図である。基板処理装置１０００においては、リモートプラズマユニット２５０の上流に、上述した第１ガス供給系２４３、第２ガス供給系２４４および第３ガス供給系２４５が設けられる。
第２の実施形態に係る成膜工程は上述の図３から図５と同じである。すなわち、リモートプラズマユニット２５０を常にＯＮ状態とし、ＴＤＭＡＴガス、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの順で、各ガスがリモートプラズマユニット２５０を介して処理容器２０２に供給される。この際、Ｏ２ガスの供給時のみ（プラズマユニット２５０をＯ２ガスが通過するときのみ）マッチングが取れ、プラズマが生成される。
したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
＜第３の実施形態＞
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態において、従前の実施形態と異なる点は、Ｏ２ガスの供給タイミングにある。なお、基板処理装置の構成は第１の実施形態のそれと同じである。以下では第１の実施形態との相違点のみ説明し、同様な構成や処理については説明を省略する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る成膜工程を示すタイムチャートである。同図に示すように、リモートプラズマユニット２５０を常にＯＮ状態に維持しつつ、ＴＤＭＡＴガスの供給後のＮ２ガスパージの実行中にバルブ２４４ｄを開弁してＯ２ガスの供給を開始する。また、Ｏ２ガスの供給中にバルブ２４５ｄを開弁してＮ２ガスパージを開始し、当該Ｎ２ガスパージの実行中にバルブ２４４ｄを閉弁してＯ２ガスの供給を終了する。すなわち、第３の実施形態においては、前述の図３に示したフローチャートにおいて、Ｓ２０６の始期と終期が、それぞれＳ２０４とＳ２０８に時間的に重複することになる。
Ｏ２ガスの供給期間にわたり、Ｏ２ガスはリモートプラズマユニット２５０によってプラズマ化される。プラズマ化されたＯ２ガスは、リモートプラズマユニット２５０から排出された後、Ｎ２ガスと混合される。ここで、パージ中のＮ２ガスの流量は、Ｏ２ガスのプラズマを消弧させるのに十分な流量に設定される。これにより、Ｏ２ガスのプラズマは、処理容器２０２に至るまでの間に消弧する。すなわち、Ｎ２パージ期間中は、Ｏ２ガスは成膜に寄与しない。
一方、Ｎ２ガスパージ（前述の図３に示したフローチャートにおけるＳ２０４）が終了すると、Ｏ２ガスのプラズマは消弧されることなく処理容器２０２に供給され、成膜に寄与する。また、Ｏ２ガスの供給中にＮ２ガスパージ（前述の図３に示したフローチャートにおけるＳ２０８）が開始されると、Ｏ２ガスのプラズマは処理容器２０２に至るまでの間に消弧する。
このように、第３の実施形態にあっては、リモートプラズマユニット２５０を常にＯＮ状態に維持しつつ、Ｏ２ガスの供給をＮ２ガスパージの実行中から開始し、Ｏ２ガスの供給をＮ２ガスパージの実行中に終了するようにした。すなわち、プラズマ化されたＯ２ガスの供給量（供給時間）は、実質的に、Ｎ２ガスの供給とのその停止を行うバルブ２４５ｄの開閉のみによって制御される。これにより、所望のＯ２ガスの流れに同期したタイミングでプラズマをＯＮ／ＯＦＦすることができる。また、Ｎ２ガスの有無のみによってプラズマの生成を制御でき、プラズマのＯＮ／ＯＦＦを高速に切り替えることができる。
＜第４の実施形態＞
以下、本発明の第４の実施形態について説明する。
図８は、第４の実施形態に係る基板処理装置１１００を示す図である。基板処理装置１１００において第１の実施形態に係る基板処理装置１００と異なる点は、第４ガス供給系２４７を設けたことと、それを用いた成膜工程にある。以下では第１の実施形態との相違点のみ説明し、同様な構成や処理については説明を省略する。
（第４ガス供給系２４７）
図８に示すように、第４ガス供給系２４７は、リモートプラズマユニット２５０の上流に設けられる。第４ガス供給系２４７の第４ガス供給管２４７ａには、上流方向から順に、第４ガス供給源２４７ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４７ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４７ｄが設けられている。
ガス供給源２４７ｂにはＧａｓＸが貯蔵される。ＧａｓＸは、ガス供給管２４７ａに設けられたマスフローコントローラ２４７ｃとバルブ２４７ｄとを通過し、リモートプラズマユニット２５０に供給される。リモートプラズマユニット２５０を通過したＧａｓＸは、共通ガス供給管２４２に流入し、さらにシャワーヘッド２３０を介して処理容器２０２に供給される。
ここで、ＧａｓＸとは、リモートプラズマユニット２５０においてプラズマ化されるガスであり、かつ、ウエハ２００の成膜には寄与しない（少なくとも第１の処理ガスとは反応性を有しない）ガス（非処理ガス）である。ＧａｓＸとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）などを用いる。
図９は、本発明の第４の実施形態にかかる成膜工程を示すフローチャートである。以下、図３に示したフローチャートとの相違点を中心に説明すると、リモートプラズマユニットＯＮ工程（Ｓ２００）の後、第１の処理ガス供給工程（Ｓ３０２）において、ＴＤＭＡＴガスを処理容器２０２に供給すると共に、バルブ２４７ｄを開弁し、リモートプラズマユニット２５０を介してＧａｓＸを処理容器２０２に供給する。また、パージ工程（Ｓ３０４、Ｓ３０８）において、Ｎ２ガスを処理容器２０２に供給すると共に、バルブ２４７ｄを開き、リモートプラズマユニット２５０を介してＧａｓＸを処理容器２０２に供給する。なお、第２の処理ガス供給工程では、Ｏ２ガスのみ供給し、ＧａｓＸは供給しない。
　　図１０は、図９に示す成膜工程のタイムチャートである。図１０に示すように、第１の処理ガス供給工程（ＴＤＭＡＴ　Ｆｌｏｗ）とパージ工程（Ｎ２ Ｐｕｒｇｅ）においてＧａｓＸがリモートプラズマユニット２５０に供給されることにより、リモートプラズマユニット２５０は常にプラズマが生成された状態に保たれる。従って、Ｏ２ガスを供給すると、直ちにＯ２ガスをプラズマ化することができる。なお、ＧａｓＸがリモートプラズマユニット２５０に供給されることによって生成されるプラズマは、成膜に寄与しない。
　　このように、第４の実施形態においては、第１の実施形態で得られる効果に加え、直ちにＯ２ガスをプラズマ化することができる。これにより、より一層、スループットを向上させることができると共に、プラズマ化された処理ガスの供給量や供給時間を正確に規定することができる。
なお、上記した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、第２の実施形態におけるＯ２ガスの供給タイミングを、第３の実施形態や第４の実施形態に組み合わせてもよい。
また、本発明は、例えば、半導体装置の製造工場に存在する既存の基板処理装置のガス供給系を改造し、プロセスレシピを変更することでも実現できる。プロセスレシピを変更する場合は、本発明に係るプロセスレシピを電気通信回線や当該プロセスレシピを記録した記録媒体を介して既存の基板処理装置にインストールしたり、また、既存の基板処理装置の入出力装置を操作し、そのプロセスレシピ自体を本発明に係るプロセスレシピに変更したりすることも可能である。
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態として成膜技術について説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。例えば、窒化膜等の種々の膜を形成する成膜処理や、拡散処理、酸化処理、窒化処理、リソグラフィ処理等の他の基板処理を行う場合にも適用できる。また、本発明は、アニール処置装置の他、薄膜形成装置、エッチング装置、酸化処理装置、窒化処理装置、塗布装置、加熱装置等の他の基板処理装置にも適用できる。
（本発明の好ましい態様）
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
[付記１]第１の処理ガスと、プラズマ化された第２の処理ガスとを交互に処理容器に供給して基板を処理する基板処理装置であって、前記第１の処理ガスを供給する第１のガス供給系と、前記第２の処理ガスを供給する第２のガス供給系と、前記処理容器の上流に配置され、少なくとも前記第２の処理ガスをプラズマ化させるプラズマユニットと、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとが交互に供給されるように前記第１のガス供給系と前記第２のガス供給系を制御すると共に、前記第２の処理ガスの供給が開始される前から前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する制御部と、を備える基板処理装置。
[付記２]前記制御部は、前記第２の処理ガスの供給が終了した後も前記電力印加を継続するように前記プラズマユニットを制御する付記１に記載の基板処理装置。
[付記３]前記制御部は、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスのいずれも前記プラズマユニットに供給されていないときも前記電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する付記１または２に記載の基板処理装置。
[付記４]前記制御部は、前記基板の処理工程中、常に前記電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する付記１から３のいずれかに記載の基板処理装置。
[付記５]少なくとも流量を含む前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスの供給条件は、前記第１の処理ガスは前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されず、前記第２の処理ガスは前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されるように設定される付記１から４のいずれかに記載の基板処理装置。
[付記６]前記処理容器の上流であって前記プラズマユニットの下流に配置された、不活性ガスを供給する第３のガス供給系を備え、前記制御部は、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを交互供給する際に各処理ガスが分離されるように前記第３のガス供給系を制御して前記不活性ガスを供給すると共に、前記不活性ガスの供給が終了する前から前記第２の処理ガスの供給を開始するように前記第２のガス供給系を制御する付記１から５のいずれかに記載の基板処理装置。
[付記７]前記制御部は、前記第２の処理ガスの供給中に前記不活性ガスの供給を終了した後、前記第２の処理ガスの供給中に前記不活性ガスの供給を開始するように前記第２のガス供給系と前記第３のガス供給系とを制御する付記６に記載の基板処理装置。
[付記８]前記基板の処理に寄与しない非処理ガスを前記プラズマユニットに供給する第４のガス供給系を備え、前記制御部は、前記第２の処理ガスの供給を開始する前に前記非処理ガスを前記プラズマユニットに供給するように前記第４のガス供給系を制御する付記１から５のいずれかに記載の基板処理装置。
[付記９]少なくとも流量を含む前記非処理ガスの供給条件は、前記非処理ガスが前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されるように設定される付記８に記載の基板処理装置。
[付記１０]少なくとも第１の処理ガスと第２の処理ガスを処理容器に供給して基板を処理する基板処理装置であって、前記第１の処理ガスの供給路を開閉する第１のバルブと、前記第２の処理ガスの供給路を開閉する第２のバルブと、前記処理容器の上流であって前記第２のバルブの下流に配置されたプラズマユニットと、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとが交互に供給されるように前記第１のバルブと前記第２のバルブの開閉を制御すると共に、前記第２のバルブが開かれる前から前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する制御部と、を備える基板処理装置。
[付記１１]前記制御部は、前記第２のバルブが閉じられた後も前記電力印加を継続するように前記プラズマユニットを制御する付記１０に記載の基板処理装置。
[付記１２]前記第１のバルブは前記プラズマユニットの上流に配置されると共に、少なくとも流量を含む前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスの供給条件は、前記第１の処理ガスが前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されず、前記第２の処理ガスが前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されるように設定される付記１０または１１に記載の基板処理装置。
[付記１３]第１の処理ガスと、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給の開始と終了を行う半導体装置の製造方法。
[付記１４]第１の処理ガスと、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記第２の処理ガスが前記プラズマユニットに供給されていないときに前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を開始する工程と、前記プラズマユニットにおいて前記電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給を開始する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
[付記１５]前記第２の処理ガスの供給が終了した後も前記プラズマユニットにおいて前記電力印加を継続する工程と、を備える付記１４に記載の半導体装置の製造方法。
[付記１６]第１の処理ガスを基板の処理容器に供給する第１の工程と、不活性ガスをプラズマユニットの下流から前記処理容器に供給する第２の工程と、前記プラズマユニットにおいてプラズマ化された第２の処理ガスを前記処理容器に向けて供給する第３の工程と、不活性ガスを前記プラズマユニットの下流から前記処理容器に供給する第４の工程と、を有し、前記第３の工程では、前記第２の工程が終了する前に前記プラズマ化された第２の処理ガスの供給を開始すると共に、前記第４の工程が開始した後に前記プラズマ化された第２の処理ガスの供給を終了する半導体装置の製造方法。
[付記１７]第１の処理ガスを基板の処理容器に供給する第１の工程と、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２の工程と、前記第２の工程を除く工程において、前記基板の処理に寄与しない非処理ガスを前記プラズマユニットに供給することによって前記プラズマユニットにおいてプラズマを生成させる第３の工程と、を有する半導体装置の製造方法。
[付記１８]第１の処理ガスと、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理するためのプログラムであって、前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給の開始と終了を行う手順をコンピュータに実行させるプログラム。
[付記１９]第１の処理ガスと、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理するためのプログラムであって、前記第２の処理ガスが前記プラズマユニットに供給されていないときに前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を開始する手順と、前記プラズマユニットにおいて前記電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給を開始する手順と、をコンピュータに実行させるプログラム。
[付記２０]第１の処理ガスと、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理するためのプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給の開始と終了を行う手順をコンピュータに実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
[付記２１]第１の処理ガスと、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理するためのプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記第２の処理ガスが前記プラズマユニットに供給されていないときに前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を開始する手順と、前記プラズマユニットにおいて前記電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給を開始する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
本発明は、基板を処理する基板処理装置および半導体装置の製造方法に利用することができる。
１００，１０００，１１００・・・基板処理装置、２４３・・・第１ガス供給系、２４３ｄ・・・バルブ、２４４・・・第２ガス供給系、２４４ｄ・・・バルブ、２４５・・・第３ガス供給系、２４５ｄ・・・バルブ、２４７・・・第４ガス供給系、２４７ｄ・・・バルブ、２５０・・・リモートプラズマユニット、２６０・・・コントローラ、

Claims (17)

  1. 第１の処理ガスと、プラズマ化された第２の処理ガスとを交互に処理容器に供給して基板を処理する基板処理装置であって、前記第１の処理ガスを供給する第１のガス供給系と、前記第２の処理ガスを供給する第２のガス供給系と、前記処理容器の上流に配置され、少なくとも前記第２の処理ガスをプラズマ化させるプラズマユニットと、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとが交互に供給されるように前記第１のガス供給系と前記第２のガス供給系を制御すると共に、前記第２の処理ガスの供給が開始される前から前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する制御部と、を備える基板処理装置。
  2. 前記制御部は、前記第２の処理ガスの供給が終了した後も前記電力印加を継続するように前記プラズマユニットを制御する請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記制御部は、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスのいずれも前記プラズマユニットに供給されていないときも前記電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記制御部は、前記基板の処理工程中、常に前記電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する請求項１から３のいずれかに記載の基板処理装置。
  5. 少なくとも流量を含む前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスの供給条件は、前記第１の処理ガスは前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されず、前記第２の処理ガスは前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されるように設定される請求項１から４のいずれかに記載の基板処理装置。
  6. 前記処理容器の上流であって前記プラズマユニットの下流に配置された、不活性ガスを供給する第３のガス供給系を備え、前記制御部は、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを交互供給する際に各処理ガスが分離されるように前記第３のガス供給系を制御して前記不活性ガスを供給すると共に、前記不活性ガスの供給が終了する前から前記第２の処理ガスの供給を開始するように前記第２のガス供給系を制御する請求項１から５のいずれかに記載の基板処理装置。
  7. 前記制御部は、前記第２の処理ガスの供給中に前記不活性ガスの供給を終了した後、前記第２の処理ガスの供給中に前記不活性ガスの供給を開始するように前記第２のガス供給系と前記第３のガス供給系とを制御する請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 前記基板の処理に寄与しない非処理ガスを前記プラズマユニットに供給する第４のガス供給系を備え、前記制御部は、前記第２の処理ガスの供給を開始する前に前記非処理ガスを前記プラズマユニットに供給するように前記第４のガス供給系を制御する請求項１から５のいずれかに記載の基板処理装置。
  9. 少なくとも流量を含む前記非処理ガスの供給条件は、前記非処理ガスが前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されるように設定される請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 少なくとも第１の処理ガスと第２の処理ガスを処理容器に供給して基板を処理する基板処理装置であって、前記第１の処理ガスの供給路を開閉する第１のバルブと、前記第２の処理ガスの供給路を開閉する第２のバルブと、前記処理容器の上流であって前記第２のバルブの下流に配置されたプラズマユニットと、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとが交互に供給されるように前記第１のバルブと前記第２のバルブの開閉を制御すると共に、前記第２のバルブが開かれる前から前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を実行するように前記プラズマユニットを制御する制御部と、を備える基板処理装置。
  11. 前記制御部は、前記第２のバルブが閉じられた後も前記電力印加を継続するように前記プラズマユニットを制御する請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 前記第１のバルブは前記プラズマユニットの上流に配置されると共に、少なくとも流量を含む前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスの供給条件は、前記第１の処理ガスが前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されず、前記第２の処理ガスが前記プラズマユニットにおいてプラズマ化されるように設定される請求項１０または１１に記載の基板処理装置。
  13. 第１の処理ガスと、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給の開始と終了を行う半導体装置の製造方法。
  14. 第１の処理ガスと、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスとを処理容器に交互に供給して基板を処理する半導体装置の製造方法であって、前記第２の処理ガスが前記プラズマユニットに供給されていないときに前記プラズマユニットにおいて前記第２の処理ガスのプラズマ化に必要な電力印加を開始する工程と、前記プラズマユニットにおいて前記電力印加が実行されている状態で前記第２の処理ガスの供給を開始する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
  15. 前記第２の処理ガスの供給が終了した後も前記プラズマユニットにおいて前記電力印加を継続する工程と、を備える請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
  16. 第１の処理ガスを基板の処理容器に供給する第１の工程と、不活性ガスをプラズマユニットの下流から前記処理容器に供給する第２の工程と、前記プラズマユニットにおいてプラズマ化された第２の処理ガスを前記処理容器に向けて供給する第３の工程と、不活性ガスを前記プラズマユニットの下流から前記処理容器に供給する第４の工程と、を有し、前記第３の工程では、前記第２の工程が終了する前に前記プラズマ化された第２の処理ガスの供給を開始すると共に、前記第４の工程が開始した後に前記プラズマ化された第２の処理ガスの供給を終了する半導体装置の製造方法。
  17. 第１の処理ガスを基板の処理容器に供給する第１の工程と、プラズマユニットによってプラズマ化された第２の処理ガスを前記処理容器に供給する第２の工程と、前記第２の工程を除く工程において、前記基板の処理に寄与しない非処理ガスを前記プラズマユニットに供給することによって前記プラズマユニットにおいてプラズマを生成させる第３の工程と、を有する半導体装置の製造方法。
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