(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６５０℃以下の成膜温度で形成された不純物を含む薄膜と、前記不純物を含む薄膜とは異なる他の薄膜と、が予め形成されている基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内の前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を、前記不純物を含む薄膜の成膜温度及び前記他の薄膜の成膜温度のうち最も低い成膜温度以下の温度の範囲で予め定められた温度まで加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させるように、前記ガス供給部、前記励起部及び前記加熱部を制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
前記薄膜は、前記不純物として水素原子、炭素原子、窒素原子又は塩素原子の少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記処理室内に設けられ、前記基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部の内部に設けられるインピーダンス制御電極と、
前記インピーダンス制御電極に接続され、前記インピーダンス制御電極のインピーダンスを調整して前記基板の電位を調整するインピーダンス制御装置と、を備え、
前記制御部は、励起した処理ガスを前記基板に供給して前記基板に形成された前記薄膜を改質する際、前記基板に対して垂直方向又は水平方向の電界のいずれかの電界が強くなるように、前記インピーダンス制御装置及び前記励起部を制御するよう構成される、請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記薄膜は、酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜のいずれかである、請求項２記載の基板処理装置。
【請求項５】
６５０℃以下の成膜温度で形成された不純物を含む薄膜と、前記不純物を含む薄膜とは異なる他の薄膜と、が予め形成されている基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板の温度を、前記不純物を含む薄膜の成膜温度及び前記他の薄膜の成膜温度のうち最も低い成膜温度以下の温度の範囲で予め定められた温度まで加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板に形成された前記薄膜を改質する工程と、
前記薄膜が改質された前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記薄膜は、前記不純物として水素原子、炭素原子、窒素原子又は塩素原子の少なくともいずれかを含む
請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
６５０℃以下の成膜温度で形成された不純物を含む薄膜と、前記不純物を含む薄膜とは異なる他の薄膜と、が予め形成されている基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板の温度を、前記不純物を含む薄膜の成膜温度及び前記他の薄膜の成膜温度のうち最も低い成膜温度以下の温度の範囲で予め定められた温度まで加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板に形成された前記薄膜を改質する手順と、
前記薄膜が改質された前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータにより基板処理装置に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起した処理ガスを用いて基板を処理する基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ等の半導体装置の製造方法の一工程が、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた基板処理装置により行われる。この基板処理装置は、例えば基板が搬入される処理室と、基板を加熱する加熱部と、処理室内に供給された処理ガスを励起状態とする励起部と、を備える。そして、処理室内に供給された処理ガスが、励起部により励起状態とされた処理ガスが基板に供給されて、基板上に薄膜を形成する熱処理が行われている（例えば特許文献１参照）。このとき、一般的に、半導体装置に使用される各種薄膜は、高温領域で成膜した方がデバイス特性や電気的特性が改善するため、加熱部で基板の温度を例えば７５０℃以上に加熱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５３７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年のデバイス構造の微細化に伴い、サーマルバジェットに対する制限が年々高まってきており、半導体装置の製造プロセスは低温化の傾向にある。このため、例えば６５０℃以下の低温領域にて、ＣＶＤ法を用いて基板上に例えば酸化膜を成膜する方法が近年盛んに研究され、膜質も向上してきている。
【０００５】
しかしながら、高温領域にて成膜された熱酸化膜やラジカル酸化膜等と比較した場合、低温領域にてＣＶＤ法によって基板上に成膜された薄膜は、膜質が非常に悪く、電気特性等が劣る。これは、低温領域での処理では、処理ガス等の成膜材料に含有されている水素原子や炭素原子等の不純物が膜中に多く残る場合があること、元素の結合が元素の拡散に比較して劣るため結晶構造が不安定である場合があること、薄膜と基板との界面や、薄膜のバルク中に欠損が残っていると考えられ、こうした欠陥がホールやトラップになる場合があること等に起因するためと考えられる。
【０００６】
本発明は、低温領域での成膜により基板上に形成された薄膜の膜質を向上させる基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
所定の成膜温度で形成された薄膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内の前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内を排気する排気部と、 
前記加熱部により前記基板を加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板を処理する際、前記基板の温度が前記成膜温度以下の温度となるように、少なくとも前記ガス供
給部、前記励起部、前記加熱部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、
所定の成膜温度で形成された薄膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板の温度が前記成膜温度以下の温度となるように前記基板を加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板を処理する工程と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の更に他の態様によれば、
所定の成膜温度で形成された薄膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板の温度が前記成膜温度以下の温度となるように前記基板を加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板を処理する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムによれば、低温領域での成膜により基板上に形成された薄膜の膜質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の断面概略図である。
【図２】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。
【図３】本発明の一実施例に係る希フッ酸（ＤＨＦ）によるエッチングが施された場合のＳｉＯ２膜のエッチングレートの評価結果を示すグラフ図である。
【図４】各条件で基板処理を施したウエハのＳｉＯ２膜中のＸＰＳ分析による酸素及びシリコンの原子数の比率を示すグラフ図である。
【図５】各条件で基板処理を施したウエハのＳｉＯ２膜中のＸＰＳ分析によるシリコン２ｐと酸素１ｓの半値幅を示すグラフ図である。
【図６】本発明の一実施例に係るＳｉＯ２膜が形成されたウエハのＳｉＯ２膜中のＳＩＭＳにより測定した不純物濃度を示すグラフ図である。
【図７】本発明の一実施例に係るＳｉＯ２膜の欠陥密度を示すグラフ図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るランプ加熱ユニットを備える基板処理装置の断面概略図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る基板処理装置としてのＩＣＰ型プラズマ処理装置の断面概略図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る基板処理装置としてのＥＣＲ型プラズマ処理装置の断面概略図である。
【図１１】本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜本発明の一実施形態＞
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（１）基板処理装置の構成
まず、本実施形態にかかる基板処理装置について、図１を用いて説明する。図１はＭＭＴ装置として構成された基板処理装置の断面概略図である。
【００１４】
ＭＭＴ装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｔｙｐｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ）を用い、例えばシリコン等からなる基板としてのウエハ２００をプラズマ処理する装置である。ＭＭＴ装置は、処理ガスをプラズマ状態として励起させて、例えばウエハ２００の表面又はウエハ２００に形成された薄膜を酸化や窒化したり、ウエハ２００上に薄膜を形成したり、ウエハ２００の表面をエッチングしたりする等、各種のプラズマ処理を施すことができる。
【００１５】
ＭＭＴ装置は、一般のプラズマ装置と比較して、印加する高周波電力の周波数が１０分の１程度であっても効率よくプラズマを発生することが可能である。これにより、プラズマが形成される処理室２０１へのダメージを低減することができることに加え、パーティクルの発生を抑制することができる。また、後述するサセプタ２１７へのバイアス印加調整により圧力や供給電力などのプラズマ条件をさほど変更しなくとも、２ｎｍ〜１５ｎｍ程度の幅広い膜厚を有するウエハ２００を処理することができる。また、後述するサセプタ２１７が備えるヒータ２１７ｂによって、ウエハ２００の加熱温度を室温から７００℃まで制御可能である。このようなＭＭＴ装置の特徴を生かし、例えば６５０℃以下の低温領域でＣＶＤ法によりウエハ２００上に成膜された薄膜の基板処理（改質処理）を、ウエハ２００の加熱温度や膜厚を調整しながら行うことができる。
【００１６】
（処理室）
本実施形態にかかる基板処理装置１００の処理室２０１を構成する処理容器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。そして、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）又は石英（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）等で形成されている。
【００１７】
下側容器２１１の側壁には、仕切弁としてのゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４が開いている時には、搬送機構（図中省略）を用いて処理室２０１内へウエハ２００を搬入し、または処理室２０１外へとウエハ２００を搬出することができるようになっている。そして、ゲートバルブ２４４を閉めることにより、処理室２０１内を気密に閉塞することができるようになっている。
【００１８】
（基板支持部）
処理室２０１内の底側中央には、ウエハ２００を支持する基板支持部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、ウエハ２００の金属汚染を低減することができるように、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。なお、サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。
【００１９】
サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを変化させるインピーダンス制御電極２１７ｃが装備されている。この電極は、インピーダンス制御装置２７４を介して設置されている。インピーダンス制御装置２７４には、コイルや可変コンデンサを備えており、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することにより、インピーダンス制御電
極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。なお、インピーダンス制御装置２７４には、後述する制御部２２１が電気的に接続されている。
【００２０】
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。サセプタ２１７には、貫通孔２１７ａが設けられている。上述の下側容器２１１底面には、ウエハ２００を突き上げるウエハ突き上げピン２６６が、少なくとも３箇所設けられている。そして、貫通孔２１７ａ及びウエハ突き上げピン２６６は、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時に、ウエハ突き上げピン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、互いに配置されている。  
【００２１】
（加熱部）
サセプタ２１７の内部には、加熱部としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるようになっている。ヒータ２１７ｂに電力が供給されると、ウエハ２００の表面が所定温度（例えば室温〜７００℃程度）にまで加熱されるようになっている。なお、サセプタ２１７には、温度センサ（図中省略）が設けられている。ヒータ２１７ｂ及び温度センサには、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。コントローラ２２１は、温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ２１７ｂへの供給電力を制御するように構成されている。
【００２２】
（ガス供給部）
処理室２０１の上部には、処理室２０１内へ処理ガスを供給するシャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３、ガス導入部２３４、バッファ室２３７、遮蔽プレート２４０及びガス吹出口２３９を備えている。
【００２３】
蓋体２３３は、上側容器２１０の上部に開設された開口に気密に設けられている。蓋体２３３の下部には、遮蔽プレート２４０が設けられている。蓋体２３３と遮蔽プレート２４０との間に形成される空間がバッファ室２３７である。バッファ室２３７は、ガス導入部２３４より導入される処理ガスを分散する分散空間として機能する。そして、バッファ室２３７を通過した処理ガスが、遮蔽プレート２４０の側部のガス吹出口２３９から処理室２０１内に供給されるように構成されている。また、蓋体２３３には、開口が設けられている。蓋体２３３の開口には、ガス導入部２３４の下流端が気密に設けられている。ガス導入部２３４の上流端には、封止部材としてのＯリング２０３ｂを介して、ガス供給管２３２の下流端が接続されている。
【００２４】
ガス供給管２３２の上流側には、処理ガスとしての酸素原子を含むガス（以下、「酸素含有ガス」とも言う。）であるＯ２ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、処理ガスとしての窒素原子を含むガス（以下、「窒素含有ガス」とも言う。）であるＮ２ガスを供給する窒素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、不活性ガスとしての希ガスである例えばＡｒガスを供給する希ガス供給管２３２ｃの下流端と、が合流するように接続されている。ガス供給管２３２、酸素含有ガス供給管２３２ａ、窒素含有ガス供給管２３２ｂ、希ガス供給管２３２ｃは、例えば石英、酸化アルミニウム等の非金属材料、及びＳＵＳ等の金属材料等により構成されている。
【００２５】
酸素含有ガス供給管２３２ａには、酸素ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ａ及び開閉弁であるバルブ２５３ａが上流から順に接続されている。窒素含有ガス供給管２３２ｂには、窒素ガス供給源２５０ｂ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ｂ及び開閉弁であるバルブ２５３ｂが上流から順に接続されている。希ガス供給管２３２ｃには、Ａｒガス供給源２５０ｃ、流量制御装置とし
てのマスフローコントローラ２５２ｃ及び開閉弁であるバルブ２５３ｃが上流から順に接続されている。
【００２６】
マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃには、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。コントローラ２２１は、処理室２０１内に供給する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２５２ａ〜２５２ｃ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃの開閉を制御するように構成されている。このように、バルブ２５３ａ〜２５３ｃを開閉させることにより、マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃにより流量制御しながら、ガス供給管２３２、バッファ室２３７及びガス吹出口２３９を介して処理室２０１内に、Ｏ２ガス又はＮ２ガスの少なくともいずれかと、Ａｒガスとを自在に供給できるように構成されている。
【００２７】
主に、シャワーヘッド２３６、Ｏリング２０３ｂ、ガス供給管２３２、酸素含有ガス供給管２３２ａ、窒素含有ガス供給管２３２ｂ、希ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ、及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃにより、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。なお、酸素ガス供給源２５０ａ、窒素ガス供給源２５０ｂ、Ａｒガス供給源２５０ｃをガス供給部に含めて考えてもよい。
【００２８】
（排気部）
下側容器２１１の側壁下方には、処理室２０１内から処理ガス等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、ガスを排気するガス排気管２３１の上流端が接続されている。ガス排気管２３１には、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３、排気装置である真空ポンプ２４６が、上流から順に設けられている。ＡＰＣ２４２、バルブ２４３、真空ポンプ２４６には、後述するコントローラ２２１が電気的に接続されている。真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３を開けることにより、処理室２０１内を排気することが可能なように構成されている。また、ガス排気管２３１には、圧力センサ（図中省略）が設けられ、後述するコントローラ２２１に電気的に接続されている。圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて、ＡＰＣ２４２の開度を調整することにより、処理室２０１内の圧力値を調整できるように構成されている。主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３により、本実施形態に係る排気部が構成されている。なお、真空ポンプ２４６を排気部に含めて考えてもよい。  
【００２９】
（励起部）
処理容器２０３（上側容器２１０）の外周には、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲うように、プラズマ生成電極としての筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極２１５は、インピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して、高周波電力を発生する高周波電源２７３に接続されている。筒状電極２１５は、処理室２０１内に供給されてウエハ２００の表面に供給される処理ガスを励起させる放電機構として機能する。
【００３０】
筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、それぞれ筒状、例えばリング状に形成された永久磁石として構成されている。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂは、処理室２０１の半径方向に沿った両端（すなわち、各磁石の内周端及び外周端）にそれぞれ磁極を有している。上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの磁極の向きは、互いに逆向きになるよう配置されている。すなわち、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂの内周部の磁極同士は異極となっている。これにより、筒状電極２１５の内側表面に沿って、円筒軸方向の磁力線が形成されている。
【００３１】
処理室２０１内にＯ２ガス又はＮ２ガスの少なくともいずれかを供給した後、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂを用いて磁界が形成されたところに、筒状電極２１５に対して高周波電力を印加して電界を形成することにより、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４にマグネトロン放電プラズマが生成されるように構成されている。この際、放出された電子を上述の電界及び磁界が周回運動させることにより、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命の高密度プラズマを生成させることができる。
【００３２】
主に、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、下部磁石２１６ｂにより、本実施形態に係る励起部が構成されている。なお、整合器２７２、高周波電源２７３を励起部に含めて考えてもよい。
【００３３】
なお、筒状電極２１５、上部磁石２１６ａ、及び下部磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電界及び磁界が外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界及び磁界を有効に遮蔽する金属製の遮蔽板２２３が設けられている。  
【００３４】
（制御部）
図１１に示すように、制御部としてのコントローラ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、入出力装置２２５として、例えばタッチパネル、マウス、キーボード、操作端末等が接続されていてもよい。また、コントローラ２２１には、表示部として、例えばディスプレイ等が接続されていてもよい。
【００３５】
記憶装置２２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤ−ＲＯＭ等で構成されている。記憶装置２２１ｃ内には、基板処理装置１００の動作を制御する制御プログラムや、基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ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、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、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。
【００３６】
Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、上述のマスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃ、バルブ２５３ａ〜２５３ｃ，２４３、ゲートバルブ２４４、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４６、ヒータ２１７ｂ、整合器２７２、高周波電源２７３、サセプタ昇降機構２６８、インピーダンス制御装置２７４等に接続されている。
【００３７】
ＣＰＵ２２１ａは、記憶装置２２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２２５からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ２２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２の開度調整動作、バルブ２４３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を通じて温度センサに基づくヒータ２１７ｂへの供給電力量調整動作（温度調整動作）やインピーダンス制御装置２７４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
じて整合器２７２及び高周波電源２７３の動作を、信号線Ｆを通じてマスフローコントローラ２５２ａ〜２５２ｃによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ〜２５３ｃの開閉動作を、それぞれ制御するように構成されている。
【００３８】
なお、コントローラ２２１は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。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メモリやメモリカード等の半導体メモリ）２２６を用意し、係る外部記憶装置２２６を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ２２１を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置２２６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２２６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、記憶装置２２１ｃや外部記憶装置２２６は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置２２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２２６単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００３９】
（２）基板処理工程
続いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程について、図２を用いて説明する。かかる工程は、ＭＭＴ装置として構成された上述の基板処理装置１００により実施される。ここでは、所定の成膜温度で成膜された酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）を備えるウエハ２００を、プラズマを用いて処理する例について説明する。すなわち、ウエハ２００上に形成されたＳｉＯ２膜を改質処理して、ＳｉＯ２膜中の不純物を除去する例について説明する。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２２１により制御される。  
【００４０】
（基板搬入・載置工程（Ｓ１０））
まず、ウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させ、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突き上げピン２６６を貫通させる。その結果、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、図中省略の搬送機構を用いて処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。その結果、ウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突き上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。
【００４１】
なお、ウエハ２００上にはＳｉＯ２膜が所定の成膜温度でＣＶＤ法により予め形成されている。ＳｉＯ２膜の形成は、例えばテトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、略称：ＴＥＯＳ）等の有機原料ガスを含む成膜ガスと酸素（Ｏ２）ガス等の酸化剤とを用い、ウエハ２００を所定の成膜温度以下、好ましくは６５０℃以下の低温領域で加熱して図示しない他のＣＶＤ装置により行われる。このように、上記ＴＥＯＳの例に限らず、低温領域の成膜温度でＣＶＤ法により形成されたＳｉＯ２膜中には、炭素（Ｃ）原子、水素（Ｈ）原子、窒素（Ｎ）原子、塩素（Ｃｌ）原子の少なくともいずれかを含む不純物が残留している場合がある。以下の説明では、ウエハ２００上に形成された薄膜の成膜温度を例えば４５０℃としている。
【００４２】
処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、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を用いてサセプタ２１７を上昇させる。その結果、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に配置される。その後、サセプタ２１７を所定の位置まで上昇させて、ウエハ２００を
所定の処理位置まで上昇させる。
【００４３】
なお、ウエハ２００を処理室２０１内に搬入する際には、排気部により処理室２０１内を排気しつつ、ガス供給部から処理室２０１内にパージガスとしてのＡｒガスを供給することが好ましい。すなわち、真空ポンプ２４６を作動させ、バルブ２４３を開けることにより、処理室２０１内を排気しつつ、バルブ２５３ｃを開けることにより、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＡｒガスを供給することが好ましい。これにより、処理室２０１内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。なお、真空ポンプ２４６は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１０）から後述する基板搬出工程（Ｓ６０）が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。
【００４４】
（昇温・圧力調整工程（Ｓ２０））
続いて、サセプタ２１７の内部に埋め込まれたヒータ２１７ｂに電力を供給し、ウエハ２００の表面を加熱する。ウエハ２００の表面温度は、ウエハ２００上に予め形成された薄膜の上述の成膜温度以下の温度となるように加熱する。なお、ウエハ２００上に複数の薄膜が予め形成されている場合には、最も低い温度で形成された薄膜の成膜温度以下の温度となるように加熱することが好ましい。この際、ヒータ２１７ｂの温度は、図中省略の温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ２１７ｂへの供給電力を制御することによって調整される。
【００４５】
ウエハ２００の加熱処理では、ウエハ２００の表面温度を、ウエハ２００上に予め形成された薄膜の成膜温度よりも高い温度にまで加熱すると、例えばウエハ２００の表面に形成されたソース領域やドレイン領域等に拡散が生じ、回路特性が劣化し、半導体装置の性能が低下してしまう場合がある。ウエハ２００の温度を上述のように制限することにより、ウエハ２００の表面に形成されたソース領域やドレイン領域における不純物の拡散、回路特性の劣化、半導体装置の性能の低下を抑制できる。なお、上述のようにウエハ２００に予め形成された薄膜の成膜温度を４５０℃としたので、以下の説明では、ウエハ２００の表面の加熱温度を、例えば４５０℃と薄膜の成膜温度と同等の温度に設定している。
【００４６】
また、処理室２０１内が所望の圧力（例えば１Ｐａ〜２６０Ｐａ、好ましくは１０Ｐａ〜１００Ｐａ）となるように、処理室２０１内を真空ポンプ２４６によって真空排気する。この際、処理室２０１内の圧力は図中省略の圧力センサで測定され、この測定された圧力に基づきＡＰＣ２４２の開度をフィードバック制御する。  
【００４７】
（改質処理工程（Ｓ３０））
ここでは、処理ガスとしてＯ２ガスを用いる例を説明する。
【００４８】
まず、バルブ２５３ａを開け、処理ガスであるＯ２ガスを、酸素含有ガス供給管２３２ａからバッファ室２３７を介して処理室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２５２ａにより調整する。
【００４９】
また、処理ガスであるＯ２ガスを処理室２０１内に供給する際には、希ガス供給管２３２ｃから不活性ガスとしてのＡｒガスを処理室２０１内に供給してもよい。すなわち、バルブ２５３ｃを開け、マスフローコントローラ２５２ｃにより流量調整しつつ、バッファ室２３７を介して処理室２０１内へＡｒガスを供給してもよい。
【００５０】
処理ガスの供給を開始した後、上部磁石２１６ａ及び下部磁石２１６ｂによる磁界が形成されている所に、筒状電極２１５に対して、高周波電源２７３から整合器２７２を介して所定の高周波電力（例えば５０Ｗ〜３０００Ｗ、好ましくは２００Ｗ〜１０００Ｗ）を
印加する。この結果、処理室２０１内にマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが発生する。このときのインピーダンス制御装置２７４は、予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００５１】
上述のように、処理室２０１内にプラズマを発生させることにより、ウエハ２００の加熱温度が例えば６５０℃以下の低温領域の温度であっても、処理室２０１内に供給されたＯ２ガスが励起されて活性化される。そして、励起状態である酸素（Ｏ）原子（以下、酸素ラジカル（Ｏ＊）とも呼ぶ）がウエハ２００上に予め形成されたＳｉＯ２膜に供給される。
【００５２】
酸素ラジカル（Ｏ＊）がＳｉＯ２膜に供給されることで、ＳｉＯ２膜から炭素原子（Ｃ）、水素原子（Ｈ）、窒素原子（Ｎ）、塩素原子（Ｃｌ）等の不純物を除去することができる。すなわち、酸素ラジカル（Ｏ＊）の持つエネルギーは、ＳｉＯ２膜中に含まれるＳｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｃｌの結合エネルギーよりも高いため、この酸素ラジカル（Ｏ＊）のエネルギーを酸化処理対象のＳｉＯ２膜に与えることで、ＳｉＯ２膜中に含まれるＳｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｈ、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｃｌ結合は切り離される。Ｓｉとの結合を切り離されたＮ、Ｈ、Ｃｌ、Ｃは膜中から除去され、Ｎ２、Ｈ２、Ｃｌ２、ＣＯ２等として排出される。
【００５３】
また、Ｎ、Ｈ、Ｃｌ、Ｃとの結合が切られることで余ったＳｉの結合手は、酸素ラジカル（Ｏ＊）に含まれるＯと結びつきＳｉ−Ｏ結合が形成され、このとき、ＳｉＯ２膜は緻密化されることとなる。
【００５４】
また、酸素ラジカル（Ｏ＊）がＳｉＯ２膜に供給されることで、ＳｉＯ２膜中にて元々欠乏している酸素（Ｏ）原子が補われ、ＳｉＯ２膜の組成比がより化学量論的な組成比を有する膜（ストイキオメトリな膜）となる。すなわち、本実施形態の処理シーケンスにより処理したＳｉＯ２膜中の水素原子（Ｈ）、炭素原子（Ｃ）、窒素原子（Ｎ）、塩素原子（Ｃｌ）等の不純物の濃度が極めて低く、Ｓｉ／Ｏの原子数の比率が化学量論的な組成比である０．５にきわめて近い、良質な膜となる。このようにしてＳｉＯ２膜の改質が行われる。
【００５５】
所定の処理時間、例えば１分〜５分が経過し、ＳｉＯ２膜の改質が終了したら、筒状電極２１５に対する電力供給を停止する。そして、バルブ２５３ａを閉めて処理室２０１内へのＯ２ガスの供給を停止する。
【００５６】
（パージ工程（Ｓ４０））
上述の改質処理工程（Ｓ３０）が完了した後、バルブ２４３を開けたままとし、ガス排気管２３１による排気を継続し、処理室２０１内の残留ガス等を排出する。すなわち、処理室２０１内の処理ガスの濃度が所定値以下となるまで、処理室２０１内を排気して残留ガス等を排出する。例えば、ウエハ２００を処理室２０１の外へ搬出する後述の基板搬出工程（Ｓ６０）を行うことができる処理ガス濃度になるまで処理室２０１内を排気する。また、例えば、少なくともウエハ２００の表面上から処理ガスがなくなるまで処理室２０１内を排気するようにしてもよい。このとき、バルブ２５３ｃを開き、処理室２０１内にパージガスとしてのＡｒガスを供給することで、処理室２０１内からの残留ガスの排出を促すことができる。
【００５７】
（降温・大気圧復帰工程（Ｓ５０））
パージ工程（Ｓ４０）が完了したら、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ２００を所定の温度（例えば室温〜１００℃）に降温させる。具体的には、バルブ２５３ｃを開けたままとして、処理室２０１内に不活性ガ
スであるＡｒガスを供給しつつ、図中省略の圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて排気部のＡＰＣ２４２及びバルブ２４３の開度を制御し、処理室２０１内の圧力を大気圧に昇圧する。そして、ヒータ２１７ｂの供給電力を制御して、ウエハ２００の温度を降温させる。
【００５８】
（基板搬出工程（Ｓ６０））
そして、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突き上げピン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、図中省略の搬送機構を用いてウエハ２００を処理室２０１の外へ搬出し、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。なお、上記において、ウエハ２００の温度、処理室２０１内の圧力、各ガスの流量、筒状電極２１５に印加する電力、処理時間等の条件等は、改質対象の膜の材料や膜厚等によって任意に調整する。  
【００５９】
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
【００６０】
（ａ）本実施形態によれば、ヒータ２１７ｂによりウエハ２００を加熱し、ガス供給部により供給させた処理ガスを励起部により励起し、励起した処理ガスをウエハ２００の表面に供給して処理する際、ウエハ２００の温度がウエハ２００上に予め形成された薄膜の成膜温度以下の温度となるように、ヒータ２１７ｂの温度を調整している。これにより、低いサーマルバジェットで、ウエハ２００上に低温領域で予め形成された薄膜を改質でき、炭素原子（Ｃ）、水素原子（Ｈ）、窒素原子（Ｎ）等の不純物を薄膜中から除去することができる。
【００６１】
（ｂ）本実施形態によれば、励起部としてプラズマ生成電極を備えている。これにより、ウエハ２００を加熱するヒータ２１７ｂの温度が低温領域の温度であっても、ウエハ２００上に予め形成された薄膜を改質し、膜質を向上させることができる。すなわち、ウエハ２００の加熱温度は抑制しつつ、ウエハ２００に予め形成された膜中の不純物の除去や、結晶構造の改善、欠陥の除去をプラズマの持つエネルギーにより行うことができる。そして、ウエハ２００上に形成された薄膜を化学量論的な組成比を有する膜（ストイキオメトリな膜）に改質できる。
【００６２】
（ｃ）本実施形態によれば、処理室２０１内にウエハ２００を支持するサセプタ２１７と、サセプタ２１７の内部に設けられるインピーダンス制御電極２１７ｃと、インピーダンス制御電極２１７ｃに接続され、インピーダンス制御電極２１７ｃのインピーダンスを調整してウエハ２００の電位を調整するインピーダンス制御装置２７４とを備えている。これにより、インピーダンス制御装置２７４及び励起部を調整することで、励起した処理ガスをウエハ２００に供給して処理する際、ウエハ２００に対して垂直方向又は水平方向の電界のいずれかの電界を強くすることができる。従って、例えば、ウエハ２００上に予め形成された薄膜の処理面に、ＭＯＳトランジスタのゲート構造やＤＲＡＭのキャパシタ構造等、所定の形状の凹凸構造が予め形成されていてもよい。
【００６３】
すなわち、表面に凹凸構造が形成されたウエハ２００を処理する場合、ウエハ２００に形成された凹凸構造の表面を均一に処理できない場合がある。例えば、ウエハ２００の表面の凹部の底部より凹部の側壁部の方が処理の進行が遅くなる場合がある。本発明によれば、インピーダンス制御装置２７４を所定のインピーダンス値に制御することにより、例えば、ウエハ２００に対して、垂直方向の電界よりも水平方向の電界を高めることができ、凹部の側壁部の処理速度を向上させることができる。また、例えば、ウエハ２００に対して、水平方向の処理速度よりも垂直方向の処理速度を高めることもできる。このように、凹部の底部及び側壁部への処理速度（すなわち水平方向及び垂直方向の両方向の処理速
度）を均一にし、凹凸構造の表面への均一な処理を施すことができる。
【００６４】
（ｄ）本実施形態によれば、ウエハ２００上に予め形成された薄膜の成膜温度を６５０℃以下、例えば４５０℃としている。そして、薄膜を備えるウエハ２００を加熱するヒータ２１７ｂの温度を、薄膜の成膜温度以下の温度、例えば薄膜の成膜温度と同等の温度である４５０℃としている。これにより、ウエハ２００上に予め形成された薄膜に加わる熱ストレスの発生を抑制させて、基板処理（改質処理）を行うことができる。
【００６５】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００６６】
上述の実施形態では、ウエハ２００上に形成された薄膜が、例えば６５０℃以下の低温領域でＣＶＤ法により成膜される場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ウエハ２００上に予め形成される薄膜は、例えば、プラズマＣＶＤにより成膜されたもの、高温領域でＣＶＤ法（ＨＴＯ：Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ）により成膜されたもの、高温の熱処理（アニール）により成膜されたもの、ＡＬＤ法により成膜されたもの等であってもよい。なお、ＨＴＯはカバレッジ特性が悪いといわれている。
【００６７】
また、上述の実施形態では、ウエハ２００上に酸化膜であるＳｉＯ２膜が所定の成膜温度で予め形成されている場合について説明した。本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ウエハ２００上にＳｉＮ膜等の窒化膜が所定の成膜温度で予め形成されていてもよい。この場合、処理ガスとして、少なくとも窒素含有ガス（Ｎ２ガス）を処理室２０１内に供給することが好ましい。すなわち、図１に示すように、まず、バルブ２５３ｂを開け、処理ガスであるＮ２ガスを、窒素含有ガス供給管２３２ｂからバッファ室２３７を介して処理室２０１内に供給する。このとき、Ｎ２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２５２ｂの開度を調整する。窒素ラジカル（Ｎ＊）は、高いエネルギーを有するため、ＳｉＮ膜中から水素（Ｈ）原子、炭素（Ｃ）原子、塩素（Ｃｌ）原子等の不純物を脱離させて排出する効果を有する。そして、不純物が脱離することで生じた未結合手に窒素（Ｎ）原子が結合し、ＳｉＮ膜の窒化がより促され、ＳｉＮ膜の膜質がさらに改善される。また、膜中に窒素（Ｎ）原子を導入することによって、不純物の拡散を防止することができる。このように、ウエハ２００上に窒化膜が予め形成されている場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また、例えばウエハ２００上にＳｉＯＮ膜等、酸窒化膜が所定の成膜温度で予め形成されていてもよい。この場合、処理ガスとして、酸素原子（Ｏ）及び窒素原子（Ｎ）を含むガスである例えば一酸化窒素（ＮＯ）ガスや亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス等を処理室２０１内に供給することが好ましい。これにより酸窒化膜中の不純物を除去することができ、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ウエハ２００上に予め形成されたＳｉＯ２膜を改質する処理ガスとして、一酸化窒素（ＮＯ）ガスや亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス等の酸素原子及び窒素原子を含有するガスを用いてもよい。Ｏ２ガス等に比べて、ＳｉＯ２膜の不純物除去効果は劣るものの、低温領域で形成された膜中の不純物を除去することができる。
【００６９】
また、上述の実施形態では、酸素含有ガスとしてＯ２ガスを用いる場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ウエハ２００上に形成された薄膜の成膜温度以下の温度で加熱処理を行えば、例えばオゾン（Ｏ３）ガスや水蒸気（Ｈ２Ｏ）を用いて、アニール処理を行ってもよい。また、酸素ガス及び水素ガスを処理室２０１内に供給してアニール処理を施してもよく、ＢＩＯ処理を施してもよい。
【００７０】
また、上述の実施形態では、有機原料ガスを含む成膜ガスであるＴＥＯＳを用いてウエハ２００上にＳｉＯ２膜が予め形成されている。本発明は、これに限定されるものではなく、例えばＤＣＳやＴＳＡ等の有機原料ガスを含む成膜ガス等を用い、水素（Ｈ）原子、炭素（Ｃ）原子、窒素（Ｎ）原子又は塩素（Ｃｌ）原子の少なくともいずれかを含む薄膜が、ウエハ２００上に予め形成されていてもよい。これにより、例えば薄膜に上述の実施形態と同様の処理が施されることにより、薄膜中の不純物を低減する効果を得ることができる。
【００７１】
また、上述した実施形態では、サセプタ２１７の内部に設けたヒータ２１７ｂによってウエハ２００を加熱するようにしていたが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、図８に例示するように、ヒータ２１７ｂに加えて、ランプ加熱ユニット２８０からも赤外線等を照射することでウエハ２００を加熱するようにしてもよい。この場合、ランプ加熱機構２８０は、処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上面に設けられた光透過窓２７８を介して処理室２０１内に光を照射するような構成とするとよい。また、ヒータ２１７ｂとランプ加熱ユニット２８０とを併用することで、ヒータ２１７ｂのみを用いて加熱する場合と比較して、より短時間でウエハ２００を昇温させることが可能である。また、ヒータ２１７ｂを設けずに、ランプ加熱ユニット２８０のみを用いてウエハ２００を加熱するようにしてもよい。なお、ランプ加熱ユニット２８０は、信号線Ｇを通じて制御部２２１により制御するように構成されている。
【００７２】
また、上述した実施形態では、ＭＭＴ装置として構成された基板処理装置１００を用いて実施する場合を説明したが、本発明は、それに限らずその他の装置、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）装置、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置を用いても実施可能である。  
【００７３】
図９は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置であるＩＣＰ方式プラズマ処理装置３００を示している。本実施形態にかかる構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＩＣＰ方式プラズマ処理装置３００は、整合器２７２ａ、２７２ｂ、高周波電源２７３ａ、２７３ｂ及び誘電コイル３１５ａ，３１５ｂを介してそれぞれ電力が供給されることで、プラズマが生成される。誘電コイル３１５ａは、処理容器２０３の天井側の外側に敷設されている。誘電コイル３１５ｂは、処理容器２０３の外周壁の外側に敷設されている。本実施形態においても、酸素原子又は窒素原子の少なくともいずれかを含む処理ガスをガス供給管２３２から、ガス導入部２３４を経由して処理室２０１内へ供給する。また、ガス供給と前後して、励起部である誘電コイル３１５ａ，３１５ｂへ高周波電力を流すと、電磁誘導により電界が生じる。この電界をエネルギーとして、供給された処理ガスをプラズマ状態として励起させて、活性種を生成することができる。
【００７４】
図１０は、本発明の更に他の実施形態に係る基板処理装置であるＥＣＲ方式プラズマ処理装置４００を示している。本実施形態にかかる構成の詳細な説明は、前記実施形態と同様の機能を有する構成要件に同一の符号を付して省略する。また、ガス供給部についても図示を省略している。本実施形態に係るＥＣＲ方式プラズマ処理装置４００は、マイクロ波を供給してプラズマを生成する整合器２７２ｂ、高周波電源２７３ｂ、マイクロ波導入管４１５ａ及び誘電コイル４１５ｂを備えている。マイクロ波導入管４１５ａは、処理容器２０３の天井壁に敷設されている。誘電コイル４１５ｂは、処理容器２０３の外周壁の外側に敷設されている。本実施形態においても、酸素原子又は窒素原子の少なくともいずれかを含む処理ガスをガス供給管２３２から、ガス導入部２３４を経由して処理室２０１内へ供給する。また、ガス供給と前後して、マイクロ波導入管４１５ａへマイクロ波４１
８ａを導入し、マイクロ波４１８ａを処理室２０１へ放射させる。このマイクロ波４１８ａと、誘電コイル４１５ｂからの高周波電力とにより、供給された処理ガスをプラズマ状態として励起させ、活性種を生成することができる。なお、マイクロ波として、例えば可変周波数マイクロ波（ＶＦＭ）、固定周波数マイクロ波（ＦＦＭ）等を用いることができる。
【００７５】
この他、ＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）装置を用いたり、紫外線を照射することで、ウエハ２００上に予め形成された薄膜の改質処理を行ってもよい。
【実施例】
【００７６】
次に、本発明の実施例を図３〜図７を参照しながら説明する。本実施例として、成膜ガスとしてＴＥＯＳを用い、低温領域の成膜温度（４５０℃）で、ＳｉＯ２膜が予め形成されたウエハ２００を用い、このウエハ２００にプラズマ生成電極により励起させた酸素ガス（Ｏ２ガス）を供給して基板処理、すなわち改質処理を施す場合について説明する。
【００７７】
図３は、希フッ酸（ＤＨＦ）によるエッチングが施された場合において、各条件にて改質処理が施されたＳｉＯ２膜のエッチングレートの評価結果を示すグラフ図である。図４は、各条件で基板処理を施したウエハのＳｉＯ２膜中のＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析による酸素及びシリコンの原子数の比率を示すグラフ図である。図５は、各条件で基板処理を施したウエハのＳｉＯ２膜中のＸＰＳ分析によるシリコン２ｐと酸素１ｓの半値幅を示すグラフ図である。図６は、ＳｉＯ２膜が形成されたウエハのＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定したＳｉＯ２膜中の不純物濃度を示すグラフ図である。図７は、ウエハ上のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）の欠陥密度を示すグラフ図である。
【００７８】
ここで、図３〜図７中の、「温度：８０℃、時間：６０秒」とは、ウエハ２００の加熱温度を８０℃とし、処理ガスを６０秒間供給してウエハ２００の改質処理を行った場合を示す（実施例１）。「温度：４５０℃、時間：６０秒」とは、ウエハ２００の加熱温度を４５０℃、すなわちＳｉＯ２膜の成膜温度とほぼ同等の温度とし、処理ガスを６０秒間供給してウエハ２００の改質処理を行った場合を示す（実施例２）。「温度：４５０℃、バイアス高、時間：６０秒」とは、ウエハ２００の加熱温度を４５０℃とし、他の実施例よりもバイアスを高めて、処理ガスを６０秒間供給してウエハ２００の改質処理を行った場合を示す（実施例３）。「温度：４５０℃、時間：１２０秒」とは、ウエハ２００の加熱温度を４５０℃とし、処理ガスを１２０秒間供給してウエハ２００の改質処理を行った場合を示す（実施例４）。
【００７９】
また、「温度：６５０℃、時間：６０秒」とは、ウエハ２００の加熱温度をＳｉＯ２膜の成膜温度よりも高い６５０℃とし、処理ガスを６０秒間供給してウエハ２００の改質処理を行った場合を示す（参考例１）。さらに、図７中の「アニール処理、温度：４５０℃」とは、Ｏ２ガスを励起させずに、温度４５０℃でアニール処理（熱処理）を施してウエハ２００の改質処理を行った場合を示す（参考例２）。
【００８０】
また、「処理なし」とは、ウエハ２００に改質処理を行っていない場合を示し、比較例とした。
【００８１】
図３によれば、比較例のエッチングレートを１．０としたとき、実施例１では、エッチングレートが約０．８倍まで改善したことが分かる。実施例２では、エッチングレートが約０．２倍まで改善したことが分かる。実施例３では、比較例と比較すると、エッチングレートが約０．２倍まで改善するが、実施例２と比較すると、エッチングレートは殆ど変
らないことが分かる。実施例４では、比較例と比較すると、エッチングレートが約０．２倍まで改善するが、実施例２及び実施例３と比較すると、エッチングレートはわずかに改善されるのみであることが分かる。参考例１のように、ウエハ２００の温度を成膜温度よりも高くして改質したとしても、特に実施例２〜４と比較すると、エッチングレートは殆ど変らないことが分かる。これらから、ウエハ２００に改質処理を行う際は、ウエハ２００の加熱温度をウエハ２００上に予め形成された薄膜の成膜温度以下とすることがよく、成膜温度とほぼ同等の温度にするとより好ましいことが分かる。
【００８２】
図４によれば、ウエハ２００上に予め形成されたＳｉＯ２膜の改質処理後の膜中のシリコン原子（Ｓｉ）と酸素原子（Ｏ）の原子数の比率が分かる。すなわち、比較例と比較すると、改質処理を施した実施例１、実施例２及び参考例１は、ＳｉＯ２の理想的な化学量論比（Ｓｉ：Ｏ＝１：２）に近づき、結晶構造がよりストイキオメトリになっていることが分かる。これは、シリコン原子（Ｓｉ）の量が変化することは考えられないので、余分な酸素原子（Ｏ）の量が減ったためと考えられる。また、改質前のＳｉＯ２膜中の酸素原子（Ｏ）が欠乏している場合は、酸素原子（Ｏ）が供給されることで、ＳｉＯ２の理想的な化学量論比に近づけることができると考えられる。
【００８３】
図５は、ＸＰＳにより測定したＳｉ２ｐ及びＯ１ｓのピークの半値幅を示したものである。半値幅が小さいほど結晶構造がより安定していることを示す。すなわち、半値幅が小さいほど、ＳｉＯ２膜の改質処理後の膜中の結合状態が良いことが分かる。図５によれば、比較例では、Ｓｉ２ｐの半値幅が約１．７であり、Ｏ１ｓの半値幅が約１．８であったが、ＳｉＯ２膜の成膜温度と同等の温度で改質処理を行う実施例２では、Ｓｉ２ｐの半値幅が１．６５になり、Ｏ１ｓの半値幅が１．６になり、結晶構造が安定して良質の酸化膜となっていることが分かる。なお、参考例では、実施例２と比較して半値幅がさらに小さくなり、改質後のＳｉＯ２膜の結晶構造がより安定していることが分かる。
【００８４】
図６は、ＳＩＭＳにより測定した深さ２ｎｍ〜８ｎｍにおけるドーズ量を示しており、比較例の膜中の水素（Ｈ）原子、炭素（Ｃ）原子、窒素（Ｎ）原子の各原子のドーズ量を１．０としたときの実施例１〜４及び参考例１の各原子のドーズ量の比率を示している。図６によれば、プラズマで改質処理を行った実施例１〜４及び参考例１は、改質処理を行わない比較例と比べて、膜中の不純物が減少していることが分かる。すなわち、比較例と比べて、例えば実施例２では、改質処理後のＳｉＯ２膜中の水素（Ｈ）原子のドーズ量が約０．８倍、炭素（Ｃ）原子のドーズ量は約０．７倍、窒素（Ｎ）原子のドーズ量は約０．７５倍に、不純物が減少していることが分かる。このようにプラズマによる改質処理後のＳｉＯ２膜中の不純物が低減しているため、膜質が向上していることが裏付けられ、デバイス特性の向上が期待できる。
【００８５】
図７は、ウエハ２００上のＳｉＯ２膜の欠陥密度を示すグラフ図であり、電気検出ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）により、ＳｉＯ２膜のトラップ密度の測定結果を示し、デバイス特性改善の指標とした。電気検出ＥＳＲとは、通常のＥＳＲにマイクロ波による原子スピン操作機能を追加することでＥＳＲの測定感度や精度をより高感度にした測定方法である。なお、図７中のＳｉＯ２膜中のバルクトラップとは、ＳｉＯ２膜中の欠陥の測定結果を示したものであり、Ｓｉ基板／ＳｉＯ２界面トラップとは、ウエハ２００とＳｉＯ２膜との界面に存在する欠陥の測定結果を示したものであり、ＳｉＯ２膜中の酸素欠損とは、ＳｉＯ２膜中のシリコン原子（Ｓｉ）が酸素原子（Ｏ）と結合していないホール欠損の測定結果を示したものである。図７によれば、ウエハ２００上に形成されたＳｉＯ２膜中のトラップ密度が、プラズマによる改質処理を施すことで低減していることが分かる。すなわち、ＳｉＯ２膜中のバルクトラップは、比較例では３Ｅ１０であったが、実施例２では６Ｅ９に低減したことが分かる。また、Ｓｉ基板／ＳｉＯ２界面トラップは、比較例では５Ｅ１１であったが、実施例２では１Ｅ１１に低減したこ
とが分かる。また、ＳｉＯ２膜中の酸素欠損は、比較例では７Ｅ１１であったが、実施例２では検出下限まで低減したことが分かる。なお、参考例２として、プラズマ処理を行わずに、温度４５０℃でアニール処理（熱処理）を行ってウエハ２００の改質処理をした例を示す。このように、Ｏ２ガスを励起させることなく、ＳｉＯ２膜を４５０℃でアニール処理しても、ＳｉＯ２膜中のトラップ密度を改善する効果は確認できないことが分かる。これにより、４５０℃という低温領域の成膜温度で形成されたＳｉＯ２膜の改質処理は、加熱温度だけではなく、プラズマ処理することが重要であることが分かり、プラズマ処理により、ＳｉＯ２膜中の欠陥を低減することができることが分かる。この結果、デバイスのリーク電流の低減が期待でき、デバイス特性の向上が見込まれる。
【００８６】
図３〜図７から、ＳｉＯ２膜の改質効果においては、参考例１が最も良い結果が得られることが分かる。しかしながら、参考例１のように、ＳｉＯ２膜の成膜温度よりも高い温度で改質処理を行うと、サーマルバジェット等の問題がある。これに対し、実施例１〜実施例４のように、ウエハ２００上に低温領域の成膜温度で予め形成された薄膜の成膜温度以下の温度で処理を行っても、薄膜中の不純物の除去効果が得られることが分かる。特に、図３に示す本発明の総合的な改質の効果であるＤＨＦによるエッチングレートは、実施例２〜実施例４のように、薄膜の成膜温度と同等の温度で処理を行っても、参考例１と遜色ない効果を得ることができることに加え、サーマルバジェット等の問題もない。
【００８７】
＜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。
【００８８】
本発明の一態様によれば、
所定の成膜温度で形成された薄膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内の前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板を処理する際、前記基板の温度が前記成膜温度以下の温度となるように、少なくとも前記ガス供給部、前記励起部、前記加熱部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【００８９】
好ましくは、
前記処理室内に設けられ、前記基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部の内部に設けられるインピーダンス制御電極と、
前記インピーダンス制御電極に接続され、前記インピーダンス制御電極のインピーダンスを調整して前記基板の電位を調整するインピーダンス制御装置と、を備え、
前記制御部が、励起した処理ガスを前記基板に供給して前記基板を処理する際、前記基板に対して垂直方向又は水平方向の電界のいずれかの電界が強くなるように、前記インピーダンス制御装置及び前記励起部を制御する。
【００９０】
また好ましくは、
前記薄膜は、酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜のいずれかである。
【００９１】
また好ましくは、
前記薄膜の処理面には、所定の形状の凹凸構造が予め形成されている。
【００９２】
また好ましくは、
前記励起部は、マグネトロン放電により処理ガスを励起させる。
【００９３】
また好ましくは、
前記基板には、マグネトロン放電によって生成された処理ガスの活性種が供給される。
【００９４】
また好ましくは、
前記成膜温度は６５０℃以下である。
【００９５】
また好ましくは、
前記薄膜は、水素原子、炭素原子、窒素原子又は塩素原子の少なくともいずれかを含む。
【００９６】
本発明の他の態様によれば、
所定の成膜温度で形成された薄膜を有する基板を処理室内に搬入する工程と、
前記基板の温度が前記成膜温度以下の温度となるように前記基板を加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板を処理する工程と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００９７】
本発明の更に他の態様によれば、
所定の成膜温度で形成された薄膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板の温度が前記成膜温度以下の温度となるように前記基板を加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板を処理する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
【００９８】
本発明の更に他の態様によれば、
所定の成膜温度で形成された薄膜を有する基板を処理室内に搬入する手順と、
前記基板の温度が前記成膜温度以下の温度となるように前記基板を加熱し、前記処理室内を排気しつつ、前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給する手順と、
前記処理室内に供給した処理ガスを励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板を処理する手順と、
処理した前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、をコンピュータに実行させるためのプログラムが記録された記録媒体が提供される。
【００９９】
本発明の更に他の態様によれば、
所定の成膜温度で形成された薄膜を有する基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に酸素又は窒素の少なくともいずれかを含む処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に供給された処理ガスを励起する励起部と、
前記処理室内の前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内を排気する排気部と、
前記加熱部により前記基板を加熱させ、前記ガス供給部により供給された処理ガスを前記励起部により励起させ、励起した処理ガスを前記基板の表面に供給して前記基板を処理する際、前記基板の温度が前記成膜温度以下の温度となるように、少なくとも前記ガス供給部、前記励起部、前記加熱部及び前記排気部を制御する制御部と、を備える半導体装置の製造装置が提供される。
【符号の説明】
【０１００】
２００    ウエハ（基板）
２０１    処理室
２１７    サセプタ（基板支持部）
２１７ｂ  ヒータ（加熱部）
２２１    コントローラ（制御部）
２３１    排気管
【図１】
0005933394.tif 000002
【図２】
0005933394.tif 000003
【図３】
0005933394.tif 000004
【図４】
0005933394.tif 000005
【図５】
0005933394.tif 000006
【図６】
0005933394.tif 000007
【図７】
0005933394.tif 000008
【図８】
0005933394.tif 000009
【図９】
0005933394.tif 000010
【図１０】
0005933394.tif 000011
【図１１】
0005933394.tif 000012