(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に酸化膜が形成された製品用基板を収容し、前記酸化膜を窒化処理する処理室と、
窒素含有ガスと酸素含有ガスとを、前記処理室内へ供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排出するガス排気部と、
前記処理室内へ供給された前記窒素含有ガス及び前記酸素含有ガスを励起する励起部と、
前記ガス供給部と前記ガス排気部と前記励起部とを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
製品用でないダミー基板を前記処理室内へ搬入し、その後、前記ガス供給部から前記窒素含有ガス及び前記酸素含有ガスを前記処理室内へ供給して前記励起部により励起して、少なくとも前記ダミー基板及び前記処理室内の内壁表面を窒化及び酸化する第１の励起ステップを行った後、前記処理室内への前記窒素含有ガス及び前記酸素含有ガスの供給を停止し前記処理室内のガスを前記ガス排気部により排出する第１の排気ステップを行い、前記第１の排気ステップの後、前記ガス供給部から前記窒素含有ガスを前記処理室内へ供給し、該供給された前記窒素含有ガスを励起して、少なくとも前記ダミー基板及び前記処理室内の内壁表面を窒化する第２の励起ステップを行い、前記第２の励起ステップの後、前記処理室内のガスを前記ガス排気部により排出する第２の排気ステップを行い、その後、前記ダミー基板を前記処理室内から搬出するダミー基板処理工程と、
前記ダミー基板処理工程の後、製品用基板を前記処理室内へ搬入し、その後、前記ガス供給部から前記窒素含有ガスを前記処理室内へ供給し前記励起部により励起して前記製品用基板を窒化処理した後、前記処理室内のガスを前記ガス排気部により排出し、その後、前記製品用基板を前記処理室内から搬出する製品用基板処理工程とを行うよう制御する基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された基板処理装置であって、
前記ダミー基板は、表面に成膜がなされていないベア基板で構成されており、
前記処理室内における酸素濃度を測定するガス濃度計を備え、
前記制御部は、前記第１の排気ステップにおいて、前記処理室内における前記酸素濃度を前記ガス濃度計により測定し、前記酸素濃度が所定の閾値以下である場合は、前記酸素濃度が前記閾値より高くなるまで、前記第１の励起ステップと前記第１の排気ステップとを繰り返し行い、
前記第１の排気ステップにおいて前記酸素濃度が前記閾値より高い場合は、前記第１の排気ステップの後、前記第２の励起ステップを行うよう制御する基板処理装置。
【請求項３】
表面に酸化膜が形成された製品用基板を処理室内へ搬入するステップと、
窒素含有ガスを前記処理室内へ供給し、該供給された前記窒素含有ガスを励起して、前記酸化膜を窒化する励起ステップと、
前記励起ステップの後、前記処理室内のガスを排出する排気ステップと、
前記排気ステップの後、前記製品用基板を前記処理室内から搬出するステップと、を行う製品用基板処理工程と、
製品用でないダミー基板を処理室内へ搬入するステップと、
前記窒素含有ガスと酸素含有ガスとを前記処理室内へ供給し、該供給された前記窒素含有ガス及び前記酸素含有ガスを励起して、少なくとも前記ダミー基板及び前記処理室内の内壁表面を窒化及び酸化する第１の励起ステップと、
前記第１の励起ステップの後、前記処理室内への前記窒素含有ガス及び前記酸素含有ガスの供給を停止し前記処理室内のガスを排出する第１の排気ステップと、
前記第１の排気ステップの後、前記窒素含有ガスを前記処理室内へ供給し、該供給された前記窒素含有ガスを励起して、少なくとも前記ダミー基板及び前記処理室内の内壁表面を窒化する第２の励起ステップと、
前記第２の励起ステップの後、前記処理室内のガスを排出する第２の排気ステップと、
前記第２の排気ステップの後、前記ダミー基板を前記処理室内から搬出するステップと、を行うダミー基板処理工程とを備え、
前記ダミー基板処理工程後に、前記製品用基板処理工程を行う半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記ダミー基板は、表面に成膜がなされていないベア基板で構成されており、
前記第１の排気ステップにおいて前記処理室内における酸素濃度が所定の閾値以下である場合は、前記酸素濃度が前記閾値より高くなるまで、前記第１の励起ステップと前記第１の排気ステップとを繰り返し行い、
前記第１の排気ステップにおいて前記酸素濃度が前記閾値より高い場合は、前記第１の排気ステップの後、前記第２の励起ステップを行う半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理装置等の基板処理装置や、該基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法に係り、例えば、プラズマを用いて半導体ウエハ（以下、ウエハという。）等の基板を複数連続して処理する際に、該複数の基板間の処理を均一に行うことを可能にする基板処理装置や半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエハなどの表面を処理する方法として、プラズマ処理が行われ、このようなプラズマ処理の為の装置として、例えば１回の処理において処理室にウエハ１枚を投入し、１枚のウエハを処理する枚葉装置が用いられている。このような枚葉装置においては、ウエハ処理の開始時において、処理室内のガス雰囲気や温度を安定させるために、半導体チップ生産用の製品ウエハ（プロダクトウエハ）でないダミーウエハを数枚連続処理した後に、製品ウエハを処理する方法が用いられている。一般的にこのダミーウエハは、ベアシリコン基板である。また、ダミーウエハを使用しないで製品ウエハを窒化処理した場合に、最初の数枚は窒素濃度が低くなることがある。そのため、適切なダミー処理方法が必要となる。
【０００３】
ところが、例えばシリコン基板表面に酸化膜が形成された製品ウエハを窒化処理する場合において、ダミーウエハ処理直後における処理開始時の製品ウエハの酸化膜中の窒素濃度が高く、その後処理する製品ウエハの酸化膜中の窒素濃度が、数枚処理後に安定する現象が見出された。これでは、各製品ウエハに対し均一な窒化処理を行うことができない。
【０００４】
特許文献１には、装置立上げ時等における初期金属汚染を低減するため、処理室内に設けたサセプタ上にプロダクトウエハを載置しない状態で、処理室内に窒素ガスを供給しつつプラズマ放電するステップと、処理室内に酸素ガスを供給しつつプラズマ放電するステップとを行うことが開示されている。
また、特許文献２には、ダミーウエハの煩わしい管理をなくすために、ダミーウエハ専用ロードポートを設けず、ウエハ搬送機の設置された搬送室内に、ダミーウエハを収容するダミーウエハ棚を設けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９７９９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５３４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、ダミー基板処理を前処理として行う従来の製品用基板処理においては、最初に処理される製品用基板や、ダミーとして最初に処理される基板に形成された膜中の成分比率が、後で処理される製品用基板に形成された膜中の成分比率と異なるために、各製品用基板に対し均一な処理を行うことができない場合がある。
本発明の目的は、ダミー基板処理を前処理として行う製品用基板処理において、各製品用基板に対しより均一な処理を行うことのできる基板処理技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
製品用基板を収容し、該製品用基板に形成された膜を改質処理する処理室と、
前記改質処理を行う改質処理ガスと、前記製品用基板に形成された膜を構成する元素を含む膜構成ガスとを、前記処理室内へ供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排出するガス排気部と、
前記処理室内へ供給された改質処理ガス及び膜構成ガスを励起する励起部と、
前記ガス供給部と前記ガス排気部と前記励起部とを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
製品用でないダミー基板を前記処理室内へ搬入し、その後、前記ガス供給部から前記改質処理ガス及び膜構成ガスを前記処理室内へ供給して前記励起部により励起する第１の励起ステップを行った後、前記処理室内のガスを前記ガス排気部により排出する第１の排気ステップを行い、その後、前記ダミー基板を前記処理室内から搬出するダミー基板処理工程と、
前記ダミー基板処理工程の後、製品用基板を前記処理室内へ搬入し、その後、前記ガス供給部から前記改質処理ガスを前記処理室内へ供給し前記励起部により励起して前記製品用基板を改質処理した後、前記処理室内のガスを前記ガス排気部により排出し、その後、前記製品用基板を前記処理室内から搬出する製品用基板処理工程とを行うよう制御する基板処理装置。
【０００８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
製品用基板を処理室内へ搬入するステップと、
前記製品用基板に形成された膜を改質処理する改質処理ガスを前記処理室内へ供給し、該供給された改質処理ガスを励起する励起ステップと、
前記励起ステップの後、前記処理室内のガスを排出する排気ステップと、
前記排気ステップの後、前記製品用基板を前記処理室内から搬出するステップと、を行う製品用基板処理工程と、
製品用でないダミー基板を処理室内へ搬入するステップと、
前記改質処理ガスと前記製品用基板に形成された膜を構成する元素を含む膜構成ガスとを前記処理室内へ供給し、該供給された改質処理ガス及び膜構成ガスを励起する第１の励起ステップと、
前記第１の励起ステップの後、前記処理室内のガスを排出する第１の排気ステップと、
前記第１の排気ステップの後、前記ダミー基板を前記処理室内から搬出するステップと、を行うダミー基板処理工程とを備え、
前記ダミー基板処理工程後に、前記製品用基板処理工程を行う半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
上述のように基板処理装置や半導体装置の製造方法を構成すると、ダミー基板処理を前処理として行う製品用基板処理において、各製品用基板に対しより均一な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＭＭＴ方式プラズマ処理装置の基板搬入時における垂直断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＭＭＴ方式プラズマ処理装置の基板処理時における垂直断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るＩＣＰ方式プラズマ処理装置の垂直断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るＥＣＲ方式プラズマ処理装置の垂直断面図である。
【図５】従来方法により窒化処理した場合の窒素濃度データを示す図である。
【図６】本発明の実施形態により窒化処理した場合の窒素濃度データを示す図である。
【図７】従来方法の窒素濃度データと、本発明の実施形態により窒化処理した場合の窒素濃度データとを併せて表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
（１）基板処理装置の構成
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置について、図１と図２を用いて以下に説明する。図１と図２は、第１実施形態に係る基板処理装置としての変形マグネトロン型プラズマ処理装置の図であって、図１は基板の搬入時の様子を示す断面図であり、図２は基板の処理時の様子を示す断面図である。
【００１２】
第１実施形態に係る基板処理装置は、電界と磁界とにより高密度プラズマを生成する変形マグネトロン型プラズマ源（Modified  Magnetron  Typed  Plasma  Source）を用いて、シリコン（Ｓｉ）基板等のウエハ２００をプラズマ処理する変形マグネトロン型プラズマ処理装置（以下、ＭＭＴ装置と記載）である。ＭＭＴ装置１００は、気密性を保持した処理室２０１内にウエハ２００を搬入し、処理室２０１内に供給した各種のガスに、一定の圧力下で高周波電圧をかけてマグネトロン放電を起こすように構成されている。ＭＭＴ装置１００によれば、係る機構により例えば処理ガス等を励起させて、ウエハ２００に酸化、窒化等の拡散処理を行なったり、薄膜を形成したり、またはウエハ２００の表面をエッチングしたり等の各種プラズマ処理を施すことができる。
【００１３】
（処理室）
ＭＭＴ装置１００は、ウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２には、処理室２０１を構成する処理容器２０３が設けられている。処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被さることにより、処理室２０１が形成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または石英（ＳｉＯ２）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
【００１４】
また、下側容器２１１の下部側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４は、開いているときには、搬送機構（図示せず）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外へウエハ２００を搬出することができるように構成されている。ゲートバルブ２４４は、閉まっているときには、処理室２０１内の気密性を保持する仕切弁となるように構成されている。
【００１５】
（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を支持するサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料から形成されており、ウエハ２００上に形成される膜等への金属汚染を低減することができるように構成されている。
【００１６】
サセプタ２１７の内部には、加熱機構としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれている。ヒータ２１７ｂは、電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃〜７００℃程度に加熱することができるように構成されている。
【００１７】
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７内部にはインピーダンス調整電極２１７ｃが装備されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、インピーダンス調整部としてのインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、後述する第１の電極としての筒状電極２１５に対する第２の電極として機能する。インピーダンス可変機構２７４はコイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのインダクタンス及び抵抗並びに可変コンデンサの容量値を制御することにより、インピーダンス調整電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御できるように構成されている。
【００１８】
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。また、サセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、一方、下側容器２１１の底面には、第１基板支持部としてのウエハ突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａとウエハ突上げピン２６６とは互いに対向する位置に、少なくとも各３箇所ずつ設けられている。図１に示すように、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、ウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けることで、ウエハ突上げピン２６６により、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００を一時的に支持するように構成されている。また、図２に示すように、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が上昇させられたときには、ウエハ突上げピン２６６からサセプタ２１７へとウエハ２００を移載するように構成されている。
主に、サセプタ２１７により、本実施形態に係る第２基板支持部が構成されている。
【００１９】
（ランプ加熱ユニット）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上面には、光透過窓２７８が設けられ、光透過窓２７８上の処理容器２０３外側には、ランプ加熱装置としてのランプ加熱ユニット２８０が設置されている。ランプ加熱ユニット２８０は、サセプタ２１７と対向する位置に設けられ、ウエハ２００の上方からウエハ２００を加熱するよう構成されている。ランプ加熱ユニット２８０を点灯することで、ヒータ２１７ｂと比較してより短時間でウエハ２００を加熱することができるよう構成されている。また、ヒータ２１７ｂを併用することで基板表面の温度を９００℃にすることができる。
【００２０】
（ガス供給部）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、ガス供給管２３２やシャワーヘッド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と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備え、各種のガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入されるガスを分散する分散空間として構成されている。
【００２１】
ガス供給管２３２には、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、窒素含有ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスを供給する窒素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、酸素含有ガスとしての酸素（Ｏ２）ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ｃの下流端とが合流するように接続されている。水素含有ガス供給管２３２ａには、上流側から順にＨ２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、開閉弁としてのバルブ２５３ａが設けられている。窒素含有ガス供給管２３２ｂには、上流側から順にＮ２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、開閉弁としてのバルブ２５３ｂが設けられている。酸素含有ガス供給管２３２ｃには、上流側から順にＯ２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、開閉弁としてのバルブ２５３ｃが設けられている。
【００２２】
水素ガスは、処理室２０１内の酸素濃度の調整や、基板表面の酸化膜の窒化効率を向上させるためや、基板に塩素や酸素といった不純物を含む金属膜が形成されている場合に、塩素や酸素を除去しながら窒化したい場合等に用いられるもので、使用しない場合もある。また、窒素ガスは、製品ウエハに形成された酸化膜を窒化するための改質ガスとしての窒化ガスや、不活性ガスとして用いられる。また、酸素ガスは、製品ウエハに形成された酸化膜を構成する元素（本例では酸素）を含む膜構成ガスであり、後述するダミーウエハのＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程で用いられる。
酸化膜を窒化するための窒化ガスとして、ＮＨ３ガス等の不活性ガスとして使用できない窒素含有ガスを用いる場合は、窒素含有ガス供給管２３２ｂとは別に、不活性ガス供給管を設け、該不活性ガス供給管に、不活性ガス供給源、マスフローコントローラ、バルブを設ける。
【００２３】
水素含有ガス供給管２３２ａと窒素含有ガス供給管２３２ｂと酸素含有ガス供給管２３２ｃとが合流した下流側には、バルブ２５４が設けられ、ガスケット２０３ｂを介してガス導入口２３４に接続されている。バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２５４を開くことによって、マスフローコントローラ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃを介して、水素含有ガス、酸素含有ガス、及び窒素含有ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
【００２４】
主に、シャワーヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、ガス供給管２３２、水素含有ガス供給管２３２ａ、窒素含有ガス供給管２３２ｂ、酸素含有ガス供給管２３２ｃ、Ｈ２ガス供給源２５０ａ、Ｎ２ガス供給源２５０ｂ、Ｏ２ガス供給源２５０ｃ、マスフローコントローラ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２５４により、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。
【００２５】
（ガス排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内からガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５には、ガス排気管２３１ａの上流端が接続されている。ガス排気口２３５には、例えばキャパシタンスマノメータ等の圧力制御センサとしてのダイアフラムゲージ（不図示）が設けられている。ダイアフラムゲージは、例えば上限の圧力として２Ｔｏｒr（２６６Ｐａ）まで計測可能に構成されている。
ガス排気管２３１ａには、上流側から順に、ガス濃度計２４５、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）２４２、真空排気装置としてのターボ分子ポンプ２４６ａ、開閉弁としての主要バルブ２４３ａ、真空排気装置としてのドライポンプ２４６ｂが設けられている。
ガス濃度計２４５は、製品ウエハ表面に形成された膜を構成する元素を含むガスの濃度を測定するものであって、例えば、処理室２０１内のガスの酸素濃度を測定する酸素濃度計であり、酸素原子又は酸素を含む分子（ＯＨ、Ｈ２Ｏ、ＮＯＸ等）の濃度を測定するものであり、処理室２０１内に設けることもできる。
【００２６】
ＡＰＣ２４２は、弁を開閉することで真空排気・排気停止ができ、さらに、ダイアフラムゲージにより計測された圧力情報に基づき弁を開度調節することで、処理室２０１内圧力の調整が可能な開閉弁である。ＭＭＴ装置１００を用いた基板処理は、例えば２４０Ｐａ以下の圧力下で実施される。ダイアフラムゲージの上限の圧力を例えば２Ｔｏｒr（２６６Ｐａ）とすることで、基板処理の圧力領域での計測精度が向上し、基板処理時に高い圧力制御性及び分解能を得ることができる。
【００２７】
ターボ分子ポンプ２４６ａには、例えば広帯域型を用いることができ、その場合、ターボ分子ポンプ２４６ａの上流側、すなわち、ターボ分子ポンプ２４６ａの１次側の最大圧力として４００Ｐａまで対応可能に構成されている。
【００２８】
ターボ分子ポンプ２４６ａの下流側、すなわち、ターボ分子ポンプ２４６ａの２次側には、スロー排気ラインが設けられている。具体的には、ガス排気管２３１ａのターボ分子ポンプ２４６ａと主要バルブ２４３ａとの間には、ガス排気管２３１ｂの上流端が接続されている。また、ガス排気管２３１ａの主要バルブ２４３ａとドライポンプ２４６ｂとの間には、ガス排気管２３１ｂの下流端が接続されている。ガス排気管２３１ｂには、例えば３／８インチ配管が用いられ、開閉弁としてのスロー排気バルブ２４３ｂが設けられている。
【００２９】
主に、ガス排気口２３５、ダイアフラムゲージ、ガス排気管２３１ａ、ガス排気管２３１ｂ、ＡＰＣ２４２、ターボ分子ポンプ２４６ａ、主要バルブ２４３ａ、ドライポンプ２４６ｂ、ガス排気管２３１ｂ、スロー排気バルブ２４３ｂにより、本実施形態に係るガス排気部が構成されている。
【００３０】
（励起部）
次に、励起部としてのプラズマ生成部を説明する。
処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外側には、処理室２０１を囲うように、第１の電極としての筒状電極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なう整合器２７２を介して、高周波電力を印加する、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電源２７３に接続されている。
【００３１】
筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上側磁石２１６ａ及び下側磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂは、ともに筒状、例えば円筒状に形成された永久磁石により構成されている。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂは、処理室２０１に向いた面側とその反対の面側とに磁極を有している。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの磁極の向きは、逆向きになるよう配置されている。すなわち、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの処理室２０１に向いた面側の磁極同士は互いに異極となっている。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る。
【００３２】
上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより磁界を発生させ、さらに処理室２０１内に各種のガスを導入した後、筒状電極２１５に高周波電力を供給して電界を形成することで、図２に示すように、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。放出された電子を上述の電磁界が周回運動させることによって、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命かつ高密度のプラズマを生成させることができる。
【００３３】
なお、筒状電極２１５、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電界や磁界が他の装置や外部環境に悪影響を及ぼさないように、電界や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。
主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより、本実施形態に係る励起部としてのプラズマ生成部が構成されている。
【００３４】
（制御部）
制御部としてのコントローラ１２１は、基板処理装置を構成するガス供給部やガス排気部や励起部等の各構成部を制御するもので、信号線Ａを通じてダイアフラムゲージ、酸素濃度計２４５、ＡＰＣ２４２、ターボ分子ポンプ２４６ａ、ドライポンプ２４６ｂ、主要バルブ２４３ａ、スロー排気バルブ２４３ｂを、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてヒータ２１７ｂ及びインピーダンス可変機構２７４を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｅを通じて整合器２７２及び高周波電源２７３を、信号線Ｆを通じてマスフローコントローラ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ及びバルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２５４を、信号線Ｇを通じてランプ加熱ユニット２８０を、それぞれ制御するように構成されている。
【００３５】
（基板搬送室）
またＭＭＴ装置１００には、ゲートバルブ２４４を介し処理室２０１に隣接して、基板搬送室（不図示）が設けられている。基板搬送室には搬送機構が設けられ、基板を処理炉２０２に搬入・搬出自在に構成されている。なお、基板搬送室内の温度は室温、圧力は、０．１Ｐａ以上２６６Ｐａ以下、例えば１００Ｐａ程度に保たれており、基板搬送室内にパーティクルが発生したとしても、搬送機構の動作により、パーティクルが舞う事の無いように構成されている。
【００３６】
（２）基板処理工程
次に、第１実施形態に係る基板処理装置を用いた基板の処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、ダミー基板を処理する前処理工程（ダミー基板処理工程）と、製品用基板を処理する本処理工程（製品用基板処理工程）とから構成される。この基板処理工程は、例えば半導体装置の製造工程の一工程として、上述のＭＭＴ装置１００により実施される。本処理工程においては、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなるウエハ２００の表面に形成された酸化膜に改質処理としての窒化処理を施す。なお以下の説明において、ＭＭＴ装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ１２１により制御される。
【００３７】
（２‐１）製品用基板の処理工程
まず、製品用基板の処理工程（本処理工程）について説明する。本処理工程は、以下に説明するＡ基板搬入工程、Ｂ基板昇温工程、Ｃ基板移載工程、Ｄ処理ガス供給工程、Ｅプラズマ処理工程、Ｆ排気工程、Ｇ基板搬出工程から構成される。
【００３８】
（Ａ基板搬入工程）
まずは、処理室２０１内を基板搬送室内の圧力と同じ圧力、例えば、１００Ｐａにした後、ウエハ２００を基板搬送室から処理室２０１内に搬入する。具体的には、ターボ分子ポンプ２４６ａとドライポンプ２４６ｂを用いて処理室２０１内を真空排気すると共に、ウエハ２００及びウエハ２００に施す処理に対して不活性なガス、例えばＮ２ガスを供給し、圧力を調整する。
次に、ウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、ウエハ突上げピン２６６が、サセプタ２１７上面よりも所定の高さ分だけ例えば、０．５〜３．０ｍｍ程度、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に隣接する基板搬送室（不図示）から処理室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の上面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入した後、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。
【００３９】
ヒータ２１７ｂには予め電力が供給され、ヒータ２７１ｂ及びサセプタ２１７は、例えば２５℃以上７００℃以下の範囲内の所定温度に加熱されている。ここで、搬入したウエハ２００を直ちにサセプタ２１７上に移載すると、ウエハ２００のサセプタ２１７との接触面の方が加熱され易く、ウエハ２００の反対側の面との昇温速度に差が生じてしまう。その結果、ウエハ２００両面の熱膨張の差によりウエハ２００が反ってしまうおそれがある。ウエハ２００の反りは、例えば７００℃以上で起こり易い。
そこで本実施形態においては、ウエハ２００をサセプタ２１７に移載する前に以下の基板昇温工程を実施することで、ウエハ２００の反りを抑制する。
【００４０】
（Ｂ基板昇温工程）
基板昇温工程では、処理室２０１内に搬入したウエハ２００の昇温を行う。具体的には、例えば２５℃以上９００℃以下の範囲内の所定温度に加熱されたサセプタ２１７の上方に、ウエハ突上げピン２６６によりウエハ２００をサセプタ２１７から離して支持させる。また、ターボ分子ポンプ２４６ａ及びドライポンプ２４６ｂによりガス排気管２３１ａを介して処理室２０１内を排気し、処理室２０１内の圧力を例えば０．１Ｐａ以上２６６Ｐａ以下の範囲内の所定値とする。ターボ分子ポンプ２４６ａ及びドライポンプ２４６ｂは、少なくとも後述のＧ基板搬出工程が終了するまで作動させておく。
【００４１】
上記の状態を所定時間、例えば４０秒間〜６０秒間保つことで、サセプタ２１７からの熱の輻射により、ウエハ２００は、サセプタ２１７側の面から徐々に昇温されて所定温度となる。このとき、ウエハ２００をサセプタ２１７から離して支持させているので、ウエハ２００のサセプタ２１７側の面が急激に昇温されてしまうことを抑制し、ウエハ２００のサセプタ２１７側の面（以降、下面ともいう）と反対側の面（以降、上面ともいう）との昇温速度の差を低減して、ウエハ２００の反りを抑制することができる。
【００４２】
また、ウエハ２００とサセプタ２１７との距離は、搬入時のウエハ２００の温度（例えば常温）と所定温度に加熱されたサセプタ２１７の温度との差に応じて調整することが好ましい。すなわち、ウエハ２００の温度とサセプタ２１７の温度との差が大きいときは、ウエハ２００とサセプタ２１７との距離を大きく取ることで、ウエハ２００の下面が急激に昇温されて上面との昇温速度差が生じることを抑制する。また、ウエハ２００の温度とサセプタ２１７の温度との差が小さいときは、ウエハ２００とサセプタ２１７との距離を小さく取ることで、ウエハ２００の昇温を加速し、ウエハ２００が所定温度に到達するまでの時間を短縮することができる。ウエハ２００とサセプタ２１７との距離は、例えばサセプタ昇降機構２６８によるサセプタ２１７の昇降により調整することができる。
【００４３】
（Ｃ基板移載工程）
所定時間が経過した後に、所定温度まで昇温されたウエハ２００をウエハ突上げピン２６６からサセプタ２１７へと移載する。つまり、サセプタ昇降機構２６８を用いてサセプタ２１７を上昇させ、ウエハ２００をサセプタ２１７の上面に支持させる。その後、ウエハ２００を所定の処理位置まで上昇させる。
【００４４】
（Ｄ処理ガス供給工程）
次に、処理室２０１内に改質処理ガスとしての窒素含有ガス、本実施形態ではＮ２ガスの供給を行う。具体的には、バルブ２５３ｂ，２５４を開け、マスフローコントローラ２５２ｂにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＮ２ガスを供給する。このとき、Ｎ２ガスの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。また、処理室２０１内の圧力が、例えば１Ｐａ以上２６６Ｐａ以下の範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内を排気する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のＥプラズマ処理工程の終了時までＮ２ガスの供給を継続する。
【００４５】
（Ｅプラズマ処理工程）
処理室２０１内の圧力が安定した後、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、例えば１５０Ｗ以上１０００Ｗ以下の範囲内の所定の出力値の高周波電力の印加を開始する。このとき、インピーダンス可変機構２７４は、予め所定のインピーダンス値に制御しておく。これにより、処理室２０１内、より具体的にはウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４内にプラズマ放電を起こしてＮ２ガスを励起する。Ｎ２ガスは例えばプラズマ化されて解離し、窒素（Ｎ）を含む窒素活性種等の反応種を生成する。Ｎ２ガスが励起して生じた窒素活性種により、ウエハ２００の表面に改質処理である窒化処理が施される。
【００４６】
その後、所定の処理時間が経過した後、高周波電源２７３からの電力の印加を停止して、処理室２０１内のプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ｂ，２５４を閉めて、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、Ｅプラズマ処理工程が終了する。
【００４７】
（Ｆ排気工程）
Ｎ２ガスの供給を停止した後、ガス排気管２３１ａを用いて処理室２０１内を排気する。これにより、処理室２０１内のＮ２ガスや、Ｎ２ガスが反応した後のガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する基板搬送室（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
【００４８】
（Ｇ基板搬出工程）
処理室２０１内が所定の圧力となった後、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出する。以上により、本処理工程を終了する。
【００４９】
（２‐２）ダミー基板の処理工程
次に、本実施形態におけるダミーウエハの処理工程（前処理工程）について説明する。
前処理工程は、本処理工程において、特に製品ウエハ処理の開始時において、処理室内のガス雰囲気や温度を安定させ、処理後の製品ウエハの品質、例えば酸化膜中の窒素濃度が所定の基準内に収まり、製品ウエハ毎に大きくばらつくことのないようにするために、本処理工程の前段階で行う。前処理工程においては、ダミーウエハ処理により、処理室内壁やサセプタやシャワーヘッド等に付着している微量の酸素の量を調整する。
処理室内壁等に付着している酸素は、通常のガス置換工程で除去することは困難であり、製品ウエハの窒化処理時において、処理室内の空間へ出てきて、製品ウエハに形成される酸窒化膜中に取り込まれ、酸窒化膜の特性に影響を与える。
【００５０】
ダミーウエハによる前処理工程は、本処理工程の前に必ず行うようにすることもできるが、例えば本処理工程のＡ基板搬入工程において、基板搬入前の圧力調整中に処理室２０１内から排気されるガス中の酸素濃度を酸素濃度計２４５により測定し、酸素濃度が所定の閾値以下である場合に行うようにすることもできる。このようにすると、不要な前処理工程を省略でき、スループットが向上する。
また、例えばダミーウエハによる前処理工程の後述するＤＫ排気工程において、処理室２０１内から排気されるガス中の酸素濃度を酸素濃度計２４５により測定し、酸素濃度が所定の閾値以下である場合には、再度、ダミーウエハによる前処理工程を行うようにすることもできる。このようにすると、本処理工程において確実に、最初に窒化処理されるウエハに形成された膜中の窒素比率と、後で処理されるウエハに形成された膜中の窒素比率との差を小さくすることができる。
【００５１】
本実施形態においては、ダミーウエハとして、酸化膜や窒化膜等の成膜がなされていない状態のベアシリコン基板を用いる。なお、ダミーウエハを用いる理由は、ダミーウエハなしの状態でプラズマ処理すると、サセプタ２１７がプラズマに晒されることによりダメージを受け、サセプタ２１７から窒素や酸素が放出されるのを抑制するためである。
【００５２】
ダミーウエハの処理工程（前処理工程）においては、ＤＡ基板搬入工程、ＤＢ基板昇温工程、ＤＣ基板移載工程、ＤＤ酸素及び窒素含有ガス供給工程、ＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程、ＤＦ排気工程、ＤＧ窒素含有ガス供給工程、ＤＨ窒素含有ガスでのプラズマ処理工程、ＤＫ排気工程、ＤＬ基板搬出工程を行う。
ＤＡ基板搬入工程、ＤＢ基板昇温工程、ＤＣ基板移載工程、ＤＫ排気工程、ＤＬ基板搬出工程は、製品ウエハの代わりにダミーウエハを使用する点以外は、それぞれ、製品ウエハの本処理工程におけるＡ基板搬入工程、Ｂ基板昇温工程、Ｃ基板移載工程、Ｆ排気工程、Ｇ基板搬出工程と同様であるので、説明を省略する。
【００５３】
（ＤＤ酸素及び窒素含有ガス供給工程）
製品ウエハのＡ基板搬入工程、Ｂ基板昇温工程、Ｃ基板移載工程と同様に、ＤＡ基板搬入工程、ＤＢ基板昇温工程、ＤＣ基板移載工程を行った後、ＤＤ酸素及び窒素含有ガス供給工程において、処理室２０１内に、改質処理ガスとしての窒素含有ガスと、製品ウエハに形成された酸化膜を構成する元素である酸素を含む膜構成ガスとしての酸素含有ガス、本実施形態ではＮ２ガスとＯ２ガスの混合ガスの供給を行う。具体的には、バルブ２５３ｂ，２５３ｃ，２５４を開け、マスフローコントローラ２５２ｂ，２５２ｃにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＮ２ガスとＯ２ガスの混合ガスを供給する。このとき、Ｎ２ガスの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とし、Ｏ２ガスの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。また、処理室２０１内の圧力が、例えば１Ｐａ以上２６６Ｐａ以下の範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内を排気する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程の終了時まで、Ｎ２ガスとＯ２ガスの混合ガスの供給を継続する。
【００５４】
（ＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程）
ＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程においては、製品ウエハのＥプラズマ処理工程と同様に、処理室２０１内の圧力が安定した後、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、例えば１５０Ｗ以上１０００Ｗ以下の範囲内の所定の出力値の高周波電力の印加を開始する。このとき、インピーダンス可変機構２７４は、予め所定のインピーダンス値に制御しておく。これにより、処理室２０１内、より具体的にはダミーウエハの上方のプラズマ生成領域２２４内にプラズマ放電を起こしてＮ２ガスとＯ２ガスを励起する。Ｎ２ガスとＯ２ガスは例えばプラズマ化されて解離し、窒素（Ｎ）を含む窒素活性種等の反応種や、酸素（Ｏ）を含む酸素活性種等の反応種を生成する。Ｎ２ガスとＯ２ガスが励起されて生じた窒素活性種と酸素活性種により、ダミーウエハ表面や処理室２０１の内壁表面等に窒化処理及び酸化処理が施される。
【００５５】
その後、所定の処理時間が経過した後、高周波電源２７３からの電力の印加を停止して、処理室２０１内のプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ｂ，２５３ｃ，２５４を閉めて、Ｎ２ガスとＯ２ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、ＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程が終了する。
【００５６】
（ＤＦ排気工程）
Ｎ２ガスとＯ２ガスの供給を停止した後、ガス排気管２３１ａを用いて処理室２０１内を排気する。これにより、処理室２０１内のＮ２ガスやＮ２ガスが反応した後のガス、Ｏ２ガスやＯ２ガスが反応した後のガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＤＧ窒素含有ガス供給工程を行う。
【００５７】
（ＤＧ窒素含有ガス供給工程）
ＤＧ窒素含有ガス供給工程においては、処理室２０１内に処理ガスとしての窒素含有ガス、本実施形態ではＮ２ガスの供給を行う。具体的には、バルブ２５３ｂ，２５４を開け、マスフローコントローラ２５２ｂにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＮ２ガスを供給する。このとき、Ｎ２ガスの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。また、処理室２０１内の圧力が、例えば１Ｐａ以上２６６Ｐａ以下の範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内を排気する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のＤＨ窒素含有ガスでのプラズマ処理工程の終了時までＮ２ガスの供給を継続する。
【００５８】
（ＤＨ窒素含有ガスでのプラズマ処理工程）
ＤＨ窒素含有ガスでのプラズマ処理工程においては、処理室２０１内の圧力が安定した後、製品ウエハのＥプラズマ処理工程と同様に、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、例えば１５０Ｗ以上１０００Ｗ以下の範囲内の所定の出力値の高周波電力の印加を開始する。このとき、インピーダンス可変機構２７４は、予め所定のインピーダンス値に制御しておく。これにより、処理室２０１内、より具体的にはダミーウエハの上方のプラズマ生成領域２２４内にプラズマ放電を起こしてＮ２ガスを励起する。Ｎ２ガスは例えばプラズマ化されて解離し、窒素（Ｎ）を含む窒素活性種等の反応種を生成する。Ｎ２ガスが励起されて生じた窒素活性種により、ダミーウエハ表面や処理室２０１の内壁表面等に窒化処理が施される。
【００５９】
その後、所定の処理時間が経過した後、高周波電源２７３からの電力の印加を停止して、処理室２０１内のプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ｂ，２５４を閉めて、Ｎ２ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、ＤＨ窒素含有ガスでのプラズマ処理工程が終了する。その後、製品ウエハのＦ排気工程とＧ基板搬出工程と同様に、ＤＫ排気工程とＤＬ基板搬出工程を行う。
【００６０】
上述のように、ＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程の後に、ＤＨ窒素含有ガスでのプラズマ処理工程を行うことにより、製品ウエハのＥプラズマ処理工程における処理室２０１内の酸素量を、ｐｐｍオーダー又はそれ以下の量となるよう調整することができる。本出願の発明者の実験によれば、ダミーウエハのＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程において酸素流量を制御することにより、製品ウエハのＥプラズマ処理工程における処理室２０１内の酸素量を、ｐｐｍオーダー又はそれ以下の量となるよう調整することは、不可能ではないが容易ではない。そこで、本出願の発明者は、上述したように、ＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程の後に、ＤＨ窒素含有ガスでのプラズマ処理工程を行うことを考案したものである。
【００６１】
（３）比較例１
次に、上述のダミーウエハ処理において、ＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程を行わず、ＤＨ窒素含有ガスでのプラズマ処理工程を行った比較例、つまり、ダミーウエハのプラズマ処理工程においてＯ２ガスを供給せず、Ｎ２ガスを供給した比較例について説明する。
図５は、ダミーウエハ１枚に対して、酸素を含まず窒素を含むプラズマ処理を、前処理として行った直後に、製品ウエハと同一組成のモニタウエハ１５枚に対して、順に１枚ずつ、上述の本処理を行った場合の、蛍光Ｘ線測定結果である。ダミーウエハとしては、ベアシリコンウエハを用いた。モニタウエハは、製品ウエハと同一組成となるよう、ベアシリコンウエハの表面に、酸化膜を１０ｎｍ（ナノメータ）の厚さで形成したものである。図５において、横軸はモニタウエハの処理枚数、縦軸は蛍光Ｘ線の窒素強度、つまり、モニタウエハの酸化膜中の窒素濃度を示す。
【００６２】
図５に示すように、本処理開始初期のモニタウエハの窒素強度は高く、モニタウエハの処理枚数を重ねると、その窒素強度は、一定の値に近づく。例えば、１１枚目から１５枚目までのモニタウエハにおける窒素強度の最大値と最小値との差５１を１とすると、１枚目から１５枚目までにおける窒素強度の最大値と最小値との差５２は、約３となるとなる。
【００６３】
このように、モニタウエハの処理枚数を重ねると、本処理開始初期の窒素強度が減少していく原因は、ダミーウエハとモニタウエハの表面の材料の差に因るものと考えられる。すなわち、モニタウエハ表面の酸化膜を窒化する場合は、酸化膜中の酸素とガス中の窒素を置き換える反応モデルであると考えられ、この場合は、酸化膜中からガス中に酸素が吐き出されることになる。一方、ベアシリコンであるダミーウエハに対し窒化処理を行っても、酸素が吐き出されることはない。このようにして、モニタウエハ表面の酸化膜から吐き出された酸素が、処理室内壁等に付着する酸素の量を多くする。すると、次のモニタウエハの窒化処理時において、処理室内壁等に付着した酸素が処理室内に吐き出され、処理室内のガス中の活性化された窒素濃度が低くなり、モニタウエハ表面の酸化膜中の窒素濃度が低くなるものと考えられる。
【００６４】
（４）比較例２
したがって、上述の比較例１のように本処理開始初期のモニタウエハの窒素強度が高くなることを抑制するには、モニタウエハと同様に表面に酸化膜を形成したダミーウエハを、前工程において５〜１０枚使用する（比較例２）ことが考えられる。しかしながら、酸化膜を形成したダミーウエハは、一度使用すると、次に使用するときは、酸化膜を形成していないベアシリコンに近い効果しか出せない。すなわち、酸化膜を形成したダミーウエハを二度目に使用すると、本処理開始初期のモニタウエハの窒素強度が高くなる。これは、一度使用するとダミーウエハの酸化膜が窒化されることで、ダミーウエハから吐き出される酸素の量が減少するためと考えられる。
【００６５】
このため、比較例２のように酸化膜を形成したダミーウエハを使用する方法を採用した場合は、本処理開始初期の窒素強度が減少しないような、安定した窒素強度を提供できるプラズマ窒化を行うために、定期的にダミーウエハに酸化膜を形成する必要があり、コストの増加を招くことになる。
【００６６】
（５）実施例
次に、第１実施形態に係る前処理工程と本処理工程とを合わせた基板処理工程を行った実施例について説明する。
図６は、ダミーウエハ１枚に対して上述の前処理工程を行った直後に、製品ウエハと同一組成のモニタウエハ５枚に対して、順に１枚ずつ、上述の本処理を行った場合の、蛍光Ｘ線測定結果である。ダミーウエハとしては、ベアシリコンウエハを用いた。モニタウエハは、ベアシリコンウエハの表面に、酸化膜を１０ｎｍの厚さで形成したものである。図６において、横軸はモニタウエハの処理枚数、縦軸は蛍光Ｘ線の窒素強度、つまり、モニタウエハの酸化膜中の窒素濃度を示す。
【００６７】
図６に示すように、最初に処理したモニタウエハの窒素強度と、後で処理したモニタウエハの窒素強度に、大きな差は見られない。図６におけるモニタウエハの窒素強度の最大値と最小値との差６１は、図５における安定時の窒素強度の最大値と最小値との差５１と同程度である。さらに、この実施例において、ダミーウエハ１枚に対して前処理を行うために要した時間は、上述の比較例２において、酸化膜を表面に形成したダミーウエハ５枚に対して前処理を行うために要した時間よりも少ない時間であった。
【００６８】
図７は、図５と図６の結果を、同じスケールで重ね合わせたものである。図７において、横軸はモニタウエハの処理枚数、縦軸は蛍光Ｘ線の窒素強度を示す。図７に示すように、図６の実施例結果の窒素強度は、図５の比較例結果の安定時の窒素強度と、絶対値においても差は見られない。
【００６９】
第１の実施形態によれば、少なくとも次の（１）〜（５）の効果を得ることができる。
（１）ダミーウエハ処理を前処理として行った後の製品ウエハ処理において、ウエハ表面に形成された酸化膜に窒化処理を行う際に、最初に窒化処理されるウエハに形成された膜中の窒素比率と、後で処理されるウエハに形成された膜中の窒素比率との差を、ダミーウエハの前処理を行わない場合よりも小さくすることができる。
（２）ＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程の後に、ＤＨ窒素含有ガスでのプラズマ処理工程を行うことにより、製品ウエハのＥプラズマ処理工程における処理室２０１内の酸素量を、ｐｐｍオーダー又はそれ以下の量となるよう調整することができる。
（３）比較例２のように表面に酸化膜が形成されたダミーウエハに窒化処理を行う前処理と比べ、処理時間を短縮でき、また、前処理に要するコストを低減できる。本実施例のダミーウエハは、上述したようにベアシリコンウエハであり、比較例２のように特定の膜を形成しておく必要はなく、繰り返して使用できる。
（４）本処理工程の基板搬入時における処理室内のガス中の酸素濃度が所定の閾値以下であるときに、ダミーウエハによる前処理工程を行うように構成した場合は、不要な前処理工程を省略でき、スループットが向上する。
（５）ダミーウエハ搬出前の排気工程における処理室内のガス中の酸素濃度が所定の閾値以下であるときに、再度、ダミーウエハによる前処理工程を行うように構成した場合は、その後の本処理工程において確実に、最初に窒化処理されるウエハに形成された膜中の窒素比率と、後で処理されるウエハに形成された膜中の窒素比率との差を小さくすることができる。
【００７０】
なお、上述した実施形態では、処理ガスとしての窒素含有ガスとしてＮ２ガスを用い、酸素含有ガスとしてＯ２ガスを用いたが、それぞれ、窒化作用のある他のガス、例えばＮＨ３ガスや、酸化作用のある他のガス、例えばＯ３ガス等を用いることもできる。また、不活性ガスとしてＮ２ガスを用いたが、Ａｒ（アルゴン）ガスやＮｅ（ネオン）等の希ガスを用いることもできる。
また、上述した実施形態では、酸化膜が形成された製品ウエハを窒化処理する場合について述べたが、本発明は、窒化膜が形成された製品ウエハを酸化処理する場合に適用することも可能である。その場合は、前処理においてベアシリコンウエハであるダミーウエハを、窒素含有ガスと酸素含有ガスを含む雰囲気中でプラズマ処理した後、本処理において製品ウエハを酸素含有ガスを含む雰囲気中でプラズマ処理する。
また、高誘電体である金属酸化膜をプラズマ窒化処理により改質するような場合にも、適用することが可能であり、予め前処理において酸素プラズマで処理室内壁等に酸素を付着させておくことにより、本処理における処理室内の雰囲気を整えることは、被処理金属酸化膜に対する窒化力の安定化に有効である。
【００７１】
また、上述した実施形態では、ベアシリコンのダミーウエハを用いる前処理の直後に、製品ウエハの本処理を行ったが、該前処理と本処理の間において、酸化膜が表面に形成されたテストウエハを用いるテスト処理を行うようにすることも可能である。テスト処理に用いるテストウエハは、例えば、上述の比較例におけるモニタウエハと同じものを用いることができる。また、テスト処理は、製品ウエハの本処理と同じ処理を行うものである。このようにすると、複数の製品ウエハに形成される膜中の窒素比率をより均一とすることが容易となる。
【００７２】
また、上述の実施形態では、ＤＤ酸素及び窒素含有ガス供給工程やＤＥ酸素及び窒素含有ガスでのプラズマ処理工程では、Ｎ２ガスとＯ２ガスの混合ガスを供給しているが、Ｎ２ガスとＯ２ガスの流量比をＮ２ガスの流量がＯ２ガスの流量よりも多くなるように調整しても良い。このように調整することによって、処理室内の酸素濃度の微調整が容易になる。
【００７３】
また、上記と逆に、Ｏ２ガスの流量をＮ２ガスの流量よりも多くするようにしても良い。Ｏ２ガスの流量を多くすることで、活性な酸素量を増やすことができ、処理室の内壁や処理室内に存在する部材表面への酸素付着量を多くすることができる。また、Ｎ２ガスの流量を０ｓｃｃｍとしてＯ２ガスだけを流すようにしても良い。
【００７４】
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、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。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１２１により制御するように構成されている。
【００７５】
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。
【００７６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２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。第２実施形態にかかる構成の詳細な説明は、第１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。
第２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。
【００７７】
第２実施形態においても、本処理において、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、ガス導入口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。
このとき、本処理により製品ウエハ上に形成された薄膜の改質処理を行う前に、前処理として本発明のダミーウエハ処理を行う。
【００７８】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第３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。第３実施形態にかかる構成の詳細な説明は、第１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。
第３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。
【００７９】
第３実施形態においても、本処理において、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、ガス導入口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４１８ａ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。
このとき、本処理により製品ウエハ上に形成された薄膜の改質処理を行う前に、前処理として本発明のダミーウエハ処理を行う。
【００８０】
この他、本処理としてＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置を用いたり、紫外線を照射することで、処理室内に導入されたガスを励起し、ウエハ上に形成された薄膜の改質処理を行う前に、前処理として本発明のダミーウエハ処理を行うことができる。ただし、これらの場合、プラズマ処理に比べてガスの活性度が低いので、ダミーウエハ処理に要する時間は、プラズマ処理におけるダミーウエハ処理時間よりも長くなる。
【００８１】
なお、本発明は、上述の各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に変更が可能であることはいうまでもない。
また、上述の各実施形態では、ウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００８２】
本明細書には、少なくとも次の構成が含まれる。すなわち、第１の構成は、
製品用基板を収容し、該製品用基板に形成された膜を改質処理する処理室と、
前記改質処理を行う改質処理ガスと、前記製品用基板に形成された膜を構成する元素を含む膜構成ガスとを、前記処理室内へ供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排出するガス排気部と、
前記処理室内へ供給された改質処理ガス及び膜構成ガスを励起する励起部と、
前記ガス供給部と前記ガス排気部と前記励起部とを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
製品用でないダミー基板を前記処理室内へ搬入し、その後、前記ガス供給部から前記改質処理ガス及び膜構成ガスを前記処理室内へ供給して前記励起部により励起する第１の励起ステップを行った後、前記処理室内のガスを前記ガス排気部により排出する第１の排気ステップを行い、その後、前記ダミー基板を前記処理室内から搬出するダミー基板処理工程と、
前記ダミー基板処理工程の後、製品用基板を前記処理室内へ搬入し、その後、前記ガス供給部から前記改質処理ガスを前記処理室内へ供給し前記励起部により励起して前記製品用基板を改質処理した後、前記処理室内のガスを前記ガス排気部により排出し、その後、前記製品用基板を前記処理室内から搬出する製品用基板処理工程とを行うよう制御する基板処理装置。
【００８３】
第２の構成は、前記第１の構成の基板処理装置であって、
前記制御部は、前記ダミー基板処理工程において、
前記第１の排気ステップの後、前記ガス供給部から前記改質処理ガスを前記処理室内へ供給して前記励起部により励起する第２の励起ステップを行い、その後、前記処理室内のガスを前記ガス排気部により排出する第２の排気ステップを行い、その後、前記ダミー基板を前記処理室内から搬出するよう制御する基板処理装置。
【００８４】
第３の構成は、前記第１の構成の基板処理装置であって、
前記処理室内における前記膜構成ガスの濃度を測定するガス濃度計を備え、
前記制御部は、前記ダミー基板処理工程において、
前記第１の排気ステップにおいて、前記処理室内における前記膜構成ガスの濃度を前記ガス濃度計により測定し、前記膜構成ガスの濃度が所定の閾値以下である場合は、再度、前記第１の励起ステップと前記第１の排気ステップとを行うよう制御する基板処理装置。
【００８５】
第４の構成は、前記第１の構成ないし第３の構成の基板処理装置であって、
前記製品用基板に形成された膜はシリコン酸化膜であり、前記膜構成ガスは酸素含有ガスであり、前記改質処理ガスは窒素含有ガスである基板処理装置。
【００８６】
第５の構成は、前記第１の構成ないし第３の構成の基板処理装置であって、
前記製品用基板に形成された膜はシリコン窒化膜であり、前記膜構成ガスは窒素含有ガスであり、前記改質処理ガスは酸素含有ガスである基板処理装置。
【００８７】
第６の構成は、
製品用基板を処理室内へ搬入するステップと、
前記製品用基板に形成された膜を改質処理する改質処理ガスを前記処理室内へ供給し、該供給された改質処理ガスを励起する励起ステップと、
前記励起ステップの後、前記処理室内のガスを排出する排気ステップと、
前記排気ステップの後、前記製品用基板を前記処理室内から搬出するステップと、を行う製品用基板処理工程と、
製品用でないダミー基板を処理室内へ搬入するステップと、
前記改質処理ガスと前記製品用基板に形成された膜を構成する元素を含む膜構成ガスとを前記処理室内へ供給し、該供給された改質処理ガス及び膜構成ガスを励起する第１の励起ステップと、
前記第１の励起ステップの後、前記処理室内のガスを排出する第１の排気ステップと、
前記第１の排気ステップの後、前記ダミー基板を前記処理室内から搬出するステップと、を行うダミー基板処理工程とを備え、
前記ダミー基板処理工程後に、前記製品用基板処理工程を行う半導体装置の製造方法。
【００８８】
第７の構成は、前記第６の構成の半導体装置の製造方法であって、
前記ダミー基板処理工程において、
前記第１の排気ステップの後、前記改質処理ガスを前記処理室内へ供給し、該供給された改質処理ガスを励起する第２の励起ステップと、
前記第２の励起ステップの後、前記処理室内のガスを排出する第２の排気ステップと、
前記第２の排気ステップの後、前記ダミー基板を前記処理室内から搬出するステップと、を行う半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００８９】
１００…ＭＭＴ装置、１２１…コントローラ、２００…ウエハ、２０１…処理室、２０２…処理炉、２０３…処理容器、２０３ｂ…ガスケット、２１０…上側容器、２１１…下側容器、２１５…筒状電極、２１６ａ…上側磁石、２１６ｂ…下側磁石、２１７…サセプタ、２１７ａ…貫通孔、２１７ｂ…ヒータ、２１７ｃ…インピーダンス調整電極、２２３…遮蔽板、２２４…プラズマ生成領域、２３１ａ…ガス排気管、２３１ｂ…ガス排気管、２３２…ガス供給管、２３２ａ…水素含有ガス供給管、２３２ｂ…窒素含有ガス供給管、２３２ｃ…酸素含有ガス供給管、２３３…蓋体、２３４…ガス導入口、２３５…ガス排気口、２３６…シャワーヘッド、２３７…バッファ室、２３８…開口、２３９…ガス吹出口、２４０…遮蔽プレート、２４２…ＡＰＣ、２４３ａ…主要バルブ、２４３ｂ…スロー排気バルブ、２４４…ゲートバルブ、２４５…ガス濃度計、２４６ａ…ターボ分子ポンプ、２４６ｂ…ドライポンプ、２５０ａ…Ｈ２ガス供給源、２５０ｂ…Ｎ２ガス供給源、２５０ｃ…Ｏ２ガス供給源、２５２ａ…マスフローコントローラ、２５２ｂ…マスフローコントローラ、２５２ｃ…マスフローコントローラ、２５３ａ…バルブ、２５３ｂ…バルブ、２５３ｃ…バルブ、２５４…バルブ、２６６…ウエハ突き上げピン、２６８…サセプタ昇降機構、２７２…整合器、２７２ａ…整合器、２７２ｂ…整合器、２７３…高周波電源、２７３ａ…高周波電源、２７３ｂ…高周波電源、２７４…インピーダンス可変機構、２７８…光透過窓、２８０…ランプ加熱ユニット、３００…ＩＣＰ方式プラズマ処理装置、３１５ａ…放電コイル、３１５ｂ…放電コイル、４００…ＥＣＲ方式プラズマ処理装置、４１５ａ…マイクロ波導入管、４１５ｂ…誘電コイル、４１８ａ…マイクロ波。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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