(57)【要約】      （修正有）【課題】基板毎の処理後の膜特性の均一性を向上する半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置を提供する。【解決手段】基板を処理室に搬入する工程と、基板に処理ガスを供給する工程と、基板に供給されたガスを排気する工程と、活性化された処理ガスを基板に供給すると共に、基板から脱離する不純物を測定する第１測定工程と、活性化工程後に処理室から排気されるガスを測定する第２測定工程と、を有する処理工程と、第１測定工程と第２測定工程とを繰り返し、第１測定工程で生成される第１測定データと第２測定工程で生成される第２測定データを基に処理データを算出する工程と、処理データに基づいて、処理工程の終了判定する工程と、を有する。【選択図】図４
2018010891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板に処理ガスを供給する工程と、
前記基板に供給されたガスを排気する工程と、
活性化された前記処理ガスを前記基板に供給すると共に、前記基板から脱離する不純物を測定する第１測定工程と、
前記活性化工程後に前記処理室から排気されるガスを測定する第２測定工程と、を有する処理工程と、
前記第１測定工程と前記第２測定工程とを繰り返し、前記第１測定工程で生成される第１測定データと前記第２測定工程で生成される第２測定データを基に処理データを算出する工程と、
前記処理データに基づいて、前記処理工程の終了判定する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記終了判定する工程の前に、前記処理データに基づいて、前記活性化工程中に前記ガスに供給される電力が調整される工程を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１測定工程は、
前記排気する工程の間に、前記処理室から排気されたガスが測定チャンバに導入されるガスを分析する請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１測定工程は、
前記活性化工程の間に、前記処理室内の前記不純物のプラズマ発光の強度を測定する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記活性化工程の前と後で、前記基板の応力を測定する工程を行い、
前記活性化工程の前と後の応力データを基に、前記処理工程を終了させる工程と、
を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
基板を処理室に搬入させる手順と、
前記基板に処理ガスを供給させる手順と、
前記基板に供給されたガスを排気させる手順と、
活性化された前記処理ガスを前記基板に供給すると共に、前記基板から脱離する不純物を測定させる第１測定手順と、
前記活性化手順後に前記処理室から排気されるガスを測定させる第２測定手順と、を有する処理手順と、
前記第１測定手順と前記第２測定手順とを繰り返し、前記第１測定手順で生成される第１測定データと前記第２測定手順で生成される第２測定データを基に処理データを算出させる手順と、
前記処理データに基づいて、前記処理手順の終了判定させる手順と、
をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
【請求項７】
前記第１測定手順は、
前記排気する手順の間に、前記処理室から排気されたガスが測定チャンバに導入されるガスを分析させる
請求項６に記載のプログラム。
【請求項８】
前記第１測定手順は、
前記活性化手順の間に、前記不純物の前記不純物のプラズマ発光の強度を測定させる請求項６または７に記載のプログラム。
【請求項９】
前記活性化手順の前と後で、前記基板の応力を測定させる手順を行い、
前記活性化手順の前と後の応力データを基に、前記処理手順を終了させる手順と、
を有する請求項６乃至８のいずれか一項に記載のプログラム。
【請求項１０】
基板を処理する処理室と、
前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記基板に供給されたガスを排気するガス排気部と、
前記処理ガスを活性化させる活性化部と、
前記基板から脱離する不純物を測定し測定データを生成する測定部と、
前記測定部に接続され、測定データから処理データを算出する処理データ生成部と、
を有し、
前記処理ガスを活性化し、前記活性化中に前記基板から脱離する不純物を測定する第１工程と、前記活性化後に前記処理室から排気されるガスを測定する第２工程とを有する処理工程と、
前記第１測定工程と前記第２測定工程とを繰り返し、前記第１測定工程で生成される第１測定データと前記第２測定工程で生成される第２測定データとを基に処理データを算出する工程と、
前記処理データに基づいて、前記処理工程を終了させる工程とを、前記ガス供給部と前記ガス排気部と前記活性化部と前記測定部と前記処理データ生成部とに行わせるように制御する制御部と、
を有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置の製造方法、プログラムおよび基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：以下ＬＳＩ）、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙなどに代表される半導体装置の高集積化に伴って、回路パターンや製造過程で形成される構造物の微細化が進められている。半導体装置の製造工程では、微細化を実現する処理として、処理後に膜の特性を変化させる処理が行われている。例えば、特許文献１に記載の技術が有る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２―１９３４５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
膜の特性を変化させる処理では、膜の状態によって、処理後の膜特性が基板に変化してしまう課題が有る。
【０００５】
そこで本開示では、基板の処理後の膜特性の均一性を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様によれば、
基板を処理室に搬入する工程と、基板に処理ガスを供給する工程と、基板に供給されたガスを排気する工程と、活性化された処理ガスを基板に供給すると共に、基板から脱離する不純物を測定する第１測定工程と、活性化工程後に処理室から排気されるガスを測定する第２測定工程と、を有する処理工程と、第１測定工程と第２測定工程とを繰り返し、第１測定工程で生成される第１測定データと第２測定工程で生成される第２測定データを基に処理データを算出する工程と、処理データに基づいて、処理工程の終了判定する工程と、を有する技術が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る技術によれば、基板の処理後の膜特性の均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態に係る基板処理装置の概略構成図である。
【図２】本開示の一実施形態に係るガス供給系の概略構成図である。
【図３】本開示の一実施形態に係る基板処理装置のコントローラの概略構成図である。
【図４】本開示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５】本開示の一実施形態に係る基板処理工程のシーケンス例である。
【図６】本開示の一実施形態に係る測定値と処理時間との関係および累積測定値と処理時間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本開示の実施の形態について説明する。
【００１０】
＜一実施形態＞
以下、本開示の一実施形態を図面に即して説明する。
【００１１】
（１）基板処理装置の構成
まず、本開示の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。
【００１２】
本実施形態に係る処理装置１００について説明する。基板処理装置１００は、例えば、絶縁膜形成ユニットであり、図１に示されているように、枚葉式基板処理装置として構成されている。
【００１３】
図１に示すとおり、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、例えば水平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）などの金属材料または、石英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（処理室）２０１、移載空間（移載室）２０３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。上部処理容器２０２ａに囲まれた空間であって、仕切り板２０４よりも上方の空間を処理室２０１と呼び、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を移載室２０３と呼ぶ。
【００１４】
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９０に隣接した基板搬入出口１４８０が設けられており、ウエハ２００は基板搬入出口１４８０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。更に、下部容器２０２ｂは接地されている。
【００１５】
処理室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を表面に持つ載置台２１２、加熱部としてのヒータ２１３を主に有する。基板載置台２１２には、リフトピン２０７が貫通する貫通孔２１４が、リフトピン２０７と対応する位置にそれぞれ設けられている。また、基板載置台２１２には、ウエハ２００や処理室２０１にバイアスを印加するバイアス電極２５６が設けられていても良い。バイアス電極２５６は、バイアス調整部２５７に接続され、バイアス調整部２５７によって、バイアスが調整可能に構成される。
【００１６】
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の外部で昇降機構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及び支持台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下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、処理室２０１内は気密に保持されている。
【００１７】
基板載置台２１２は、ウエハ２００の搬送時には、図１の破線で示すウエハ移載位置まで下降し、ウエハ２００の処理時には図１の示した処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。
【００１８】
具体的には、基板載置台２１２をウエハ移載位置まで下降させた時には、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ようになっている。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ようになっている。なお、リフトピン２０７は、ウエハ２００と直接触れるため、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。
【００１９】
（第１測定部）
上部容器２０２ａの側方には、第１測定部２７１ａとしての分光器を接続するための、窓２７１ｂが設けられている。窓２７１ｂは、紫外光〜遠赤外光の光を透過させる窓が設けられている。第１測定部２７１ａとしての分光器は、処理室２０１に生成されるプラズマが発する発光の内、ウエハ２００から脱離するガスの発光強度を測定可能に構成されている。測定され、生成された測定データは、コントローラ２６０や処理データ生成部としてのロックインアンプ２７４に出力可能に構成される。
【００２０】
（排気系） 
処理室２０１（上部容器２０２ａ）の内壁側面には、処理室２０１の雰囲気を排気する第１排気部としての排気口２２１が設けられている。排気口２２１には排気管２２４が接続されており、排気管２２４には、処理室２０１内を所定の圧力に制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の圧力調整器２２７と真空ポンプ２２３が順に直列に接続されている。主に、排気口２２１、排気管２２４、圧力調整器２２７により第一の排気系（排気ライン）が構成される。なお、真空ポンプ２２３も第一の排気系の構成としても良い。また、移載室２０３の内壁側面には、移載室２０３の雰囲気を排気する排気管１４８１が設けられている。排気管１４８１には、圧力調整器２２８が設けられ、移載室２０３内の圧力を所定の圧力に排気可能に構成されている。また、移載室２０３を介して処理室２０１内の雰囲気を排気することもできる。
【００２１】
（第２測定部）
また、排気管２２４には、第２測定部２７２ａに排気ガスの一部を供給するための第２測定部導入管２２５と測定チャンバ２７２ｃが接続されている。第２測定部導入管２２５にはバルブ２３８が設けられ、第２測定部２７２ａでガスを分析する際に、開く様に構成される。なおバルブ２３８は、オリフィスやニードルバルブ、ＭＦＣ等で構成しても良い。なお、測定チャンバ２７２ｃは、バルブ２３９を介して、真空ポンプ２２３に接続され、測定チャンバ２７２ｃ内が所定の圧力となるよう排気制御される。測定チャンバ２７２ｃ内は、例えば、０．１〜１０−５Ｐａ程度に排気される。第２測定部２７２ａは、質量分析装置で構成され、測定チャンバ２７２ｃに導入された排気ガス中のガス分子量が測定される。測定され、生成されたデータは、コントローラ２６０やロックインアンプ２７４に出力可能に構成される。
【００２２】
（ガス導入口） 
処理室２０１の上部に設けられるシャワーヘッド２３４の上面（天井壁）には、処理室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。ガス供給部であるガス導入口２４１と連通するように接続される各ガス供給ユニットの構成については後述する。
【００２３】
（ガス分散ユニット）
ガス分散ユニットとしてのシャワーヘッド２３４は、バッファ室２３２、活性化部としての電極部２４４を有する。電極部２４４には、ガスをウエハ２００に分散供給する孔２３４ａが複数設けられている。シャワーヘッド２３４は、ガス導入口２４１と処理室２０１との間に設けられている。ガス導入口２４１から導入されるガスは、シャワーヘッド２３４のバッファ室２３２（分散部）に供給され、孔２３４ａを介して処理室２０１に供給される。
【００２４】
なお、電極部２４４は、導電性の金属で構成され、ガスを励起するための活性化部（励起部）の一部として構成される。電極部２４４には、整合器２５１と高周波電源２５２が接続され、電磁波（高周波電力やマイクロ波）が供給可能に構成されている。なお、蓋２３１を導電性部材で構成する場合には、蓋２３１と電極部２４４との間に絶縁ブロック２３３が設けられ、蓋２３１と電極部２４４の間を絶縁する構成となる。また、電極部２４４は、上部容器２０２ａに支持されるように構成される。励起部は、少なくとも電極部２４４、整合器２５１、高周波電源２５２で構成される。また、高周波電源２５２とアースとの間には、パルス生成部２５４が設けられている。
【００２５】
なお、バッファ室２３２に、ガスガイド２３５が設けられていても良い。ガスガイド２３５は、ガス導入孔２４１を中心としてウエハ２００の径方向に向かうにつれ径が広がる円錐形状である。ガスガイド２３５の下端の水平方向の径は孔２３４ａが設けられる領域の端部よりも更に外周にまで延びて形成される。ガスガイド２３５が設けられていることによって、複数の孔２３４ａそれぞれに均一にガスを供給することができ、ウエハ２００の面内に供給される活性種の量を均一化させることができる。
【００２６】
（第３測定部）
蓋２３１には、第３測定部２７３ａとしての変位測定部が設けられている。変位測定部は、ウエハ２００にレーザー光等を照射することで、ウエハ２００の表面の高さを測定可能に構成される。なお、蓋２３１、電極部２４４には、このレーザー光等を通過させる孔若しくは窓が設けられている。第３測定部２７３ａで、第３測定部２７３ａからウエハ２００の表面までの距離を測定することによって、ウエハ２００の変形（反り）を測定することができる。測定され生成されたデータは、コントローラ２６０やロックインアンプ２７４に出力可能に構成される。なお、距離で無く、ウエハ２００の表面の位置を測定する様に構成しても良い。
【００２７】
（ガス供給系）
ガス導入孔２４１には、ガス供給管１５０が接続されている。ガス供給管１５０からは、後述の第１ガス、第２ガス、不活性ガスが供給される。
【００２８】
図２に、第１ガス供給部、第２ガス供給部、不活性ガス供給部、第３ガス供給部の概略構成図を示す。
【００２９】
図２に示す様に、ガス供給管１５０には、ガス供給管集合部１４０が接続されている。ガス供給管集合部１４０には、第１ガス供給管１１３ａ、第２ガス供給管１２３ａ、不活性ガス供給管１３３ａ、第３ガス（トリートメントガス）供給管１４３ａが接続される。
【００３０】
（第１ガス供給部）
第１ガス供給部は、第１ガス供給管１１３ａを有し、上流から順にマスフロ―コントローラ（ＭＦＣ）１１５、バルブ１１６が設けられている。なお、第１ガス供給部には、第１ガス供給管１１３ａに接続される第１ガス供給源１１３を含めて構成しても良い。また、処理ガスの原料が液体や固体の場合には、気化器１８０が設けられていても良い。
【００３１】
（第２ガス供給部）
第２ガス供給部は、第２ガス供給管１２３ａを有し、上流から順にＭＦＣ１２５、バルブ１２６が設けられている。なお、第２ガス供給部には、第２ガス供給管１２３ａに接続される第２ガス供給源１２３を含めて構成しても良い。
また、リモートプラズマユニット（ＲＰＵ）１２４を設けて、第２ガスを活性化させるように構成しても良い。
【００３２】
（不活性ガス供給部）
不活性ガス供給部には、不活性ガス供給管１３３ａ、ＭＦＣ１３５、バルブ１３６が設けられている。なお、不活性ガス供給管１３３ａに接続される不活性ガス供給源１３３を不活性ガス供給部に含めて構成しても良い。
【００３３】
（第３ガス供給部）
第３ガス供給部（トリートメントガス供給部，改質ガス供給部とも呼ぶ。）は、第３ガス供給管１４３ａを有し、上流から順にＭＦＣ１４５、バルブ１４６が設けられている。なお、第３ガス供給部には、第３ガス供給管１４３ａに接続される第３ガス供給源１４３を含めて構成しても良い。
【００３４】
本実施形態においては、第１ガス供給部、第２ガス供給部、第３ガス供給部、不活性ガス供給部の少なくともいずれか、または組み合わせた構成をガス供給部と呼ぶ。
【００３５】
（制御部）
図１に示すように基板処理装置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。
【００３６】
コントローラ２６０の概略を図３に示す。制御部（制御手段）であるコントローラ２６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２６０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ２６０ｂ、記憶装置２６０ｃ、Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、内部バス２６０ｅを介して、ＣＰＵ２６０ａ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２６０には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置２６１や、外部記憶装置２６２、受信部２８５などが接続可能に構成されている。
【００３７】
記憶装置２６０ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置２６０ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ、ウエハ２００への処理に用いるプロセスレシピを設定するまでの過程で生じる演算データや処理データ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２６０に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプログラムレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プログラムレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ２６０ｂは、ＣＰＵ２６０ａによって読み出されたプログラム、演算データ、処理データ等のデータ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。
【００３８】
Ｉ／Ｏポート２６０ｄは、ゲートバルブ１４９０、昇降機構２１８、ヒータ２１３、圧力調整器２２７、真空ポンプ２２３、整合器２５１、高周波電源２５２、ＭＦＣ１１５，１２５，１３５，１４５、バルブ１１６，１２６，１３６，２２８，２３８，２３９、（ＲＰＵ１２４，気化器１８０）バイアス制御部２５７、パルス生成部２５４、第１測定部２７１ａ、第２測定部２７２ａ、第３測定部２７３ａ、ロックインアンプ２７４等に接続されている。
【００３９】
演算部としてのＣＰＵ２６０ａは、記憶装置２６０ｃからの制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２６１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２６０ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。また、受信部２８５から入力された設定値と、記憶装置２６０ｃに記憶されたプロセスレシピや制御データとを比較・演算して、演算データを算出可能に構成されている。また、演算データから対応する処理データ（プロセスレシピ）の決定処理等を実行可能に構成されている。そして、ＣＰＵ２６０ａは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ゲートバルブ１４９０の開閉動作、昇降機構２１８の昇降動作、ヒータ２１３への電力供給動作、圧力調整器２２７の圧力調整動作、真空ポンプ２２３のオンオフ制御、ＭＦＣ１１５，１２５，１３５，１４５でのガス流量制御動作、ＲＰＵ１２４のガスの活性化動作、バルブ１１６，１２６，１３６，２２８，２３８，２３９でのガスのオンオフ制御、整合器２５１の電力の整合動作、高周波電源２５２の電力制御、バイアス制御部２５７の制御動作、等を制御するように構成されている。第１測定部、第２測定部、第３測定部、パルス生成部２５４等の少なくともいずれかの情報に基づく、整合器２５１と高周波電源２５２の動作等を制御する様に構成されていても良い。各構成の制御を行う際は、ＣＰＵ２６０ａ内の送受信部が、プロセスレシピの内容に沿った制御情報を送信/受信することで制御する。
【００４０】
なお、コントローラ２６０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良い。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などの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）２６２を用意し、係る外部記憶装置２６２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２６０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２６２を介して供給する場合に限らない。例えば、受信部２８５やネットワーク２６３（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２６２を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置２６０ｃや外部記憶装置２６２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２６０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置２６２単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合が有る。
【００４１】
（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に例えば窒化膜としてのシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を成膜するフローとシーケンス例について図４と図５を参照して説明する。ＳｉＮ膜は例えば絶縁膜として用いられる。なお、以下の説明において、基板処理装置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。
【００４２】
なお、本明細書において、「ウエハ」という言葉を用いた場合には、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等とその積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合）がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハに形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
【００４３】
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハに形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合が有る。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（又は膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（又は膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハに形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハ最表面の上に所定の層（又は膜）を形成する」ことを意味する場合が有る。
【００４４】
なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も「ウエハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。
【００４５】
以下に、図４を用いて基板処理工程について説明する。
【００４６】
（基板搬入工程Ｓ２０１）
成膜処理に際しては、先ず、ウエハ２００を処理室２０１に搬入させる。具体的には、基板支持部２１０を昇降機構２１８によって下降させ、リフトピン２０７が貫通孔２１４から基板支持部２１０の上面側に突出させた状態にする。また、処理室２０１内や移載室２０３を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ１４９０を開放し、ゲートバルブ１４９０からリフトピン２０７上にウエハ２００を載置させる。ウエハ２００をリフトピン２０７上に載置させた後、ゲートバルブ１４９０を閉じ、昇降機構２１８によって基板支持部２１０を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ２００が、リフトピン２０７から基板支持部２１０へ載置されるようになる。
【００４７】
（減圧・昇温工程Ｓ２０２）
続いて、処理室２０１内が所定の圧力（真空度）となるように、排気管２２４を介して処理室２０１内を排気する。この際、圧力センサ（不図示）が計測した圧力値に基づき、圧力調整器２２７としてのＡＰＣバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ（不図示）が測定した温度値に基づき、処理室２０１内が所定の温度となるようにヒータ２１３への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部２１０をヒータ２１３により予め加熱しておき、ウエハ２００又は基板支持部２１０の温度変化が無くなってから一定時間置く。この間、処理室２０１内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気やＮ２ガスの供給による不活性によって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室２０１内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
【００４８】
このときのヒータ２１３の温度は、１００〜６００℃、好ましくは１００〜５００℃、より好ましくは２５０〜４５０℃の範囲内の一定の温度となるように設定する。
【００４９】
また、ウエハ２００の電位が所定の電位となるように、バイアス調整部２５７とバイアス電極２５６によって、調整されても良い。
【００５０】
また、ウエハ２００が所定温度に安定した時に、第１測定部２７１ａ、第２測定部２７２ａ、第３測定部２７３ａのいずれか若しくは複数で、ウエハ２００や処理室２０１内の状態を測定して、初期値をコントローラ２６０の記憶装置２６０ｃやＲＡＭ２６０ｂ等に記録する様に構成しても良い。具体的には、第３測定部２７３ａでウエハ２００の面の位置（高さ）の情報を記録装置２６０ｃとＲＡＭ２６０ｂのいずれか又は両方に記憶させる。
【００５１】
処理室２０１内の雰囲気やウエハ２００の状態（温度、電位等）が安定した後、Ｓ２０３〜Ｓ２０７のステップが行われる。
【００５２】
（処理工程Ｓ３０１）
ウエハ２００上に形成されたＳｉＮ膜を改質処理（処理工程Ｓ３０１）の詳細について、図５、図６を用いて説明する。処理工程Ｓ３０１は、少なくとも、プラズマ処理工程Ｓ２０４、第１測定工程Ｓ２０５、第２測定工程Ｓ２０６を有し、第１ガス供給工程Ｓ２０３も処理工程Ｓ３０１に含めて考えても良い。なお、処理工程は、改質工程、トリートメント工程等とも言う。なお、ウエハ２００上に形成されたＳｉＮ膜は、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２，ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ：ＤＣＳ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガス等のガスを用いて形成されており、膜中に塩素等の不純物が残留した状態となっている。
【００５３】
（第１ガス供給工程Ｓ２０３）
第１ガス供給工程Ｓ２０３では、第１ガス供給系から処理室２０１内に第１ガス（処理ガス）としての水素含有ガスを供給する。具体的には、第１ガス供給源１１３から供給された水素含有ガスをＭＦＣ１１５で流量調整した後、基板処理装置１００に供給する。流量調整された水素含有ガスは、バッファ室２３２を通り、孔２３４ａから、減圧状態の処理室２０１内に供給される。また、排気系による処理室２０１内の排気を継続し、処理室２０１内の圧力を所定の圧力範囲（第１圧力）となるように制御する。このとき、処理室２０１内の圧力（第１圧力：例えば、１０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下）で処理室２０１内に供給される。このようにして、ウエハ２００上に水素含有ガスが供給される。なお、処理ガスは、例えば、ウエハ２００上に形成された膜中の不純物を除去する不純物除去を目的とするガスと、ウエハ２００上に形成される膜を構成する元素を補うことや膜質を変化させることを目的とするガスのいずれか若しくは、両方を含むガスで構成される。本実施形態の水素含有ガスは、例えば、水素（Ｈ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、等のいずれか又は複数を含む様に構成されていても良い。水素元素は、ウエハ２００上に形成された膜中の塩素を除去し、窒素元素は、ウエハ２００上に形成された膜の窒素を補うことができる。この第１ガスの供給は、搬送圧力調整工程Ｓ２０９の開始前まで継続される。なお、第１ガスの供給と並行して、希釈ガスを供給するように構成しても良い。ここでは、ＮＨ３ガスを例にして説明する。
【００５４】
（プラズマ処理工程Ｓ２０４）
ウエハ２００上に第１ガスの供給が開始された後、高周波電源２５２から、整合器２５１を介して、電極部２４４に高周波電力を供給する。電源部２４４に高周波電力が供給されることによって、処理室２０１内に、第１ガスのプラズマ（第１ガスの活性種）が生成される。この様にして、活性化工程としてのプラズマ処理工程Ｓ２０４が行われる。活性化された水素含有ガスが、ウエハ２００上に形成されているＳｉＮ膜に供給されると、ＳｉＮ膜中の塩素が除去され、ＳｉＮ膜が改質される。また、プラズマの生成は、高周波電源２５２に接続されたパルス生成部２５４の出力によって、所定の周期でＯＮ／ＯＦＦされる様に構成される。また、パルス生成部２５４のパルス信号は、高周波電源２５２の他に、コントローラ２６０やロックインアンプ２７４にも供給され、後述の第１測定部２７１ａ、第２測定部２７２ａ、第３測定部２７３ａ等で得られる測定情報を処理する信号としても使用される。
【００５５】
改質は、例えば、処理室２０１内の圧力、ＮＨ３ガスの流量、ウエハ２００の温度、高周波電源２５２の電力等に応じて、所定の厚さ、所定の分布、ＳｉＮ膜に対する所定の窒素成分等の侵入深さで行われる。
【００５６】
また、プラズマ処理工程Ｓ２０４では、基板載置台２１２内に設けられたバイアス電極２５６の電位をバイアス調整部２５７によって調整させることによって、ウエハ２００への荷電粒子の供給量を調整させることもできる。
【００５７】
（第１測定工程Ｓ２０５）
プラズマの生成と平行して、第１測定工程Ｓ２０５が行われる。第１測定工程では、第１測定部２７１ａと第２測定部２７２ａのいずれか又は両方でウエハ２００に形成された膜中から脱離する不純物の量を測定し、第１測定データを取得する。具体的には、第１測定部２７１ａでは、処理室２０１内に生成されるプラズマの発光スペクトルから、不純物に起因する発光強度を測定し、第１測定データを生成する。第１測定データは、ロックインアンプ２７４と、コントローラ２６０に送られる。
【００５８】
第２測定部２７２ａでは、排気管２２４に接続された第２測定部導入管２２５に設けられたバルブ２３８、バルブ２７２ｂを開き、測定チャンバ２７２ｃに処理室２０１から排気されたガスの一部を取り込む。測定チャンバ２７２ｃに取り込まれたガスは、第２測定器２７２ａとしての質量分析装置で分析され、不純物に起因する第１測定データを得る。測定チャンバ２７２ｃを用いて、測定することによって、処理室２０１内のプラズマに起因する測定ノイズを低減することができる。なお、測定チャンバ２７２ｃ内は、真空ポンプ２２３で排気され、所定の圧力に維持される。
【００５９】
（第２測定工程Ｓ２０６）
第２測定工程Ｓ２０６は、上述のプラズマがＯＦＦの状態で、第１測定部２７１ａと第２測定部２７２ａと第３測定部２７３ａのいずれか若しくは、２つ以上を組み合わせで測定される。第１測定部２７１ａと第２測定部２７２ａでは、第１測定工程Ｓ２０５と同様の測定が行われ、第２測定データを生成する。第２測定データは、ロックインアンプ２７４とコントローラ２６０に送られる。
プラズマＯＮ状態の第１測定工程Ｓ２０５で得られる測定データと、プラズマＯＦＦ状態の第２測定工程Ｓ２０６で得られる測定データとに基づいて演算処理することで、第１測定工程Ｓ２０５で得られる測定データに含まれるノイズ成分を低減させることができる。なお、第３測定部２７３ａとしての、変位測定装置を用いた場合は、ウエハ２００にレーザー光等を照射して、ウエハ２００表面までの距離を測定する。ウエハ２００表までの距離を測定することで、ウエハ２００の反りを測定することができる。ウエハ２００上に形成された膜種によっては、膜の特性が変化することで、膜応力が変化することが有る。膜の応力が変化することで、ウエハ２００が反ることが有り、ウエハ２００の反りから、膜特性の現状を調べることができる。
【００６０】
ここで、ロックインアンプ２７４での測定データの演算について説明する。ロックインアンプ２７４に送られた第１測定データと第２測定データは、パルス生成部２５４から送られるパルスに基づいて演算され、測定データ（測定値）を生成する。生成された測定データは、コントローラ２６０に送られる。コントローラ２６０では、受信した測定データを基に、処理データ（累積測定値）を算出する。
【００６１】
（第１判定工程Ｓ２０７）
第２測定工程Ｓ２０６の終了後、コントローラ２６０では、処理データを基に、ウエハ２００上に形成されたＳｉＮ膜が、改質され始めているかを判定する。例えば、ウエハ２００上に形成されたＳｉＮ膜の特性が変わり始めたか否かを判定する。
【００６２】
ＳｉＮ膜によっては、膜中の不純物の濃度が、ＳｉＮ膜の表面側から膜の最下層まで一様で無い場合が有る。例えば、ＳｉＮ膜の表面側の不純物量が膜の最下層側よりも少ない場合が有る。また、ＳｉＮ膜中の不純物量が、他のウエハ２００に形成されたＳｉＮ膜よりも少ない場合が有る。これらの場合、処理開始直後に脱離する不純物量が少なくなり、処理を所定時間行ったとしても、所望の膜特性に到達する前に処理が終わることになり、ウエハ２００毎の膜特性が異なってしまう課題を生じる。ＳｉＮ膜が改質され始めているかを判定することによって、ウエハ２００毎の膜特性の均一性を構成させることができる。
【００６３】
ここで、第１判定は、第１測定データと、第２測定データとを基に演算した処理データ（累積測定値）に基づいて行われ、累積測定値が第１規定値以上になったか否かを判定する。累積測定値が第１規定値以上になっていれば、Ｙ判定とし、第２処理工程Ｓ３０２を行わせる。第１規定の値以上になっていなければ、Ｎ判定とし、第１処理工程Ｓ３０１のプラズマ処理工程Ｓ２０４、第１測定工程Ｓ２０５、第２測定工程Ｓ２０６を行わせる。
【００６４】
また、図６に示す処理時間と測定値のデータから、測定値の増加グラフの傾きデータを算出して判定させても良い。例えば、グラフの傾きが所定範囲内の場合にＹ判定とし、所定範囲内で無い場合に、Ｎ判定とする。例えば、グラフの傾きが正の値になっていれば、Ｙ判定とする。
【００６５】
なお、ここでは累積測定値に基づいて判定する例を示したが、測定値で判定しても良い。しかしながら、上述した様に、膜の深さ方向での不純物量が偏在している場合には、測定値だけでは、正常に判定できない可能性が有るため、累積測定値で判定することが好ましい。
【００６６】
（処理条件判定工程Ｓ４０１）
また、第１判定工程Ｓ２０７でＮ判定した後、処理条件判定工程Ｓ４０１と、処理条件調整工程Ｓ４０２とを行わせるように構成しても良い。処理条件判定工程Ｓ４０１では、累積測定値データと測定値データとのいずれか又は両方と、処理時間データと繰り返し回数データの少なくとも一つ以上を用いて判定される。例えば、所定の処理時間の間に、累積測定値データと測定値データのいずれか又は両方が、所定値に達していない場合、所望の処理が進んでいないと判定（Ｙ判定）し、処理条件調整工程Ｓ４０２を行わせる。所定値に達している場合は、処理が進んでいると判定（Ｎ判定）し、処理工程Ｓ３０１を行わせる。
【００６７】
（処理条件調整工程Ｓ４０２）
処理条件調整工程Ｓ４０２では、例えば、プラズマ処理工程Ｓ２０４で供給する高周波電力を増やすように高周波電源２５２を制御する。また、ヒータ２１３に供給する電力を増やしても良い。また、バイアス電極２５６に供給するバイアスを調整する様にバイアス調整部２５７を制御しても良い。
【００６８】
（第２処理工程Ｓ３０２）
第２処理工程Ｓ３０２では、第２プラズマ処理工程Ｓ２０８、第１測定工程Ｓ２０５、第２測定工程Ｓ２０６が行われる。なお、第２プラズマ処理工程Ｓ２０８では、第１プラズマ処理工程Ｓ２０８と同じ処理が行われていても良いし、異なる処理が行われても良い。異なる処理を行う場合は、例えば、高周波電力を第１プラズマ処理工程Ｓ２０４の時よりも小さくする。
【００６９】
（第２判定工程Ｓ２０９）
第２処理工程Ｓ３０２の後に、第２判定工程Ｓ２０９が行われる。第２判定工程では、第２処理工程Ｓ３０２で得られた第１測定データと第２測定データとを基に演算された第２処理データが、第２規定値以上になっているか否かを判定する。即ち、ウエハ２００上に形成されたＳｉＮ膜が十分に改質されているか否かを判定する。第２処理データが、第２規定値以上になっていない場合は、第２処理工程Ｓ３０２を行わせる。第２処理データが、第２規定値以上になっている場合は、Ｙ判定として、搬送圧力調整工程Ｓ２１２を行わせる第２処理データが、第２所定値以上のときは、Ｎ判定とし、第２処理工程Ｓ３０２を行わせる。なお、Ｎ判定の後に、第３判定工程Ｓ２１０を行わせても良い。
【００７０】
また、図６に示す処理時間と測定値のデータから、測定値の増加グラフの傾きデータを算出して判定させても良い。例えば、グラフの傾きが所定範囲内の場合にＹ判定とし、所定範囲内で無い場合に、Ｎ判定とする。例えば、グラフの傾きが負の値になっている場合にＹ判定とする。
【００７１】
（第３判定工程Ｓ２１０）
第３判定工程Ｓ２１０では、第３測定部２７３ａを用いて、ウエハ２００が変形しているか否かを判定する。判定は、減圧・昇温工程Ｓ２０２で測定された、初期値データと比較することで行われる。初期値データとの差が、所定の範囲内の場合、Ｙ判定として、上記の第２処理工程Ｓ３０２を行わせる。また、初期値データとの差が、所定の範囲内で無い場合、Ｎ判定として処理を中止し、搬送圧力調整工程Ｓ２１１を行わせる。なお、プラズマ処理工程Ｓ２０４，Ｓ２０８の間に、プラズマのエネルギーや反応熱によって、ウエハ２００が一時的に変形する（反る）場合がある。この場合には、第２処理工程Ｓ３０２を繰り返し行う途中で、変形が戻るまでの待ち工程を行わせるようにしても良い。
【００７２】
（搬送圧力調整工程Ｓ２１１）
搬送圧力調整工程Ｓ２１１では、高周波電源２５２の出力ＯＦＦ、処理ガスの供給ＯＦＦとし、不活性ガス供給部から処理室２０１に不活性ガスを供給し、処理室２０１内の雰囲気を置換し、所定の搬送圧力となるように圧力調整が行われる。
【００７３】
（基板搬出工程Ｓ２１２）
搬送圧力調整工程Ｓ２１１の後、基板載置台２１２を昇降機構２１８によって移載位置に下降させ、リフトピン２０７が貫通孔２１４から基板支持部２１０の上面側に突出させた状態にする。また、ゲートバルブ１４９０を解放し、ウエハ２００をリフトピン２０７上からゲートバルブ１４９０の外へ搬送する。
この様にして、基板処理工程が行われる。
【００７４】
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。
【００７５】
また、上述では、ウエハ２００に成膜済のＳｉＮ膜をプラズマ処理する例について記したが、これに限らず、ＳｉＮ膜の形成中に、トリートメント工程として上記の処理工程Ｓ３０１を行わせても良い。例えば、上記第１ガスと第２ガスの２種類のガスを交互にサイクル供給して成膜する方法であって、２種類のガス供給のサイクル毎に、上記の処理工程Ｓ３０１と処理工程Ｓ３０２のいずれか若しくは両方を行わせるようにしても良い。
【００７６】
また、上述では、改質処理の例として不純物の脱離について記したが、他の処理にも適用可能である。例えば、プラズマを用いた拡散処理、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理、還元処理、酸化還元処理、加熱処理などが有る。例えば、反応ガスのみを用いて、基板表面や基板に形成された膜をプラズマ酸化処理や、プラズマ窒化処理する際にも本発明を適用することができる。また、反応ガスのみを用いたプラズマアニール処理にも適用することができる。
【００７７】
また、上述では、半導体装置の製造工程について記したが、実施形態に係る発明は、半導体装置の製造工程以外にも適用可能である。例えば、液晶デバイスの製造工程、太陽電池の製造工程、発光デバイスの製造工程、ガラス基板の処理工程、セラミック基板の処理工程、導電性基板の処理工程、などの基板処理が有る。
【００７８】
また、上述では、ＤＣＳガスとＮＨ３ガスを用いて形成されたＳｉＮ膜を改質する例を示したが、他のガスを用いて形成された膜を改質する場合にも適用可能である。例えば、酸素含有膜、窒素含有膜、炭素含有膜、ホウ素含有膜、金属含有膜とこれらの元素が複数含有した膜等が有る。なお、これらの膜としては、例えば、ＡｌＯ膜、ＺｒＯ膜、ＨｆＯ膜、ＨｆＡｌＯ膜、ＺｒＡｌＯ膜、ＳｉＣ膜、ＳｉＣＮ膜、ＳｉＢＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＣ膜、ＴｉＡｌＣ膜などが有る。
【００７９】
また、上述では、一つの処理室で一枚の基板を処理する装置構成を示したが、これに限らず、複数枚の基板を水平方向又は垂直方向に並べた装置であっても良い。
【符号の説明】
【００８０】
２００      ウエハ（基板） 
２０１      処理室 
２０２      処理容器 
２１２      基板載置台 
２１３      ヒータ 
２２１      排気口（第１排気部） 
２３４      シャワーヘッド
２４４      電極部材
２５２      高周波電源
２５４      パルス生成部
２５７      バイアス制御部
【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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