(57)【要約】      （修正有）【課題】凹凸を有する被処理基板に生じる処理の不均一さを低減することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】サセプタ２１７に載置するように処理室２０１内にウエハ１０を搬送し、ウエハ１０を加熱し、処理室２０１内を排気し、処理室２０１に反応ガスを供給し、プラズマ生成部２１４が処理室２０１内に形成した電界で反応ガスを励起させ、複数の凹凸を有するウエハ１０を処理する。ウエハ１０を処理する際には、まず、インピーダンス可変機構２７４がウエハ１０に励起された反応ガスを引き込ませた状態でウエハを処理させ、この処理よりも少ない量の反応ガスをウエハ１０へ引き込ませた状態でウエハ１０に次の処理をする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板載置部に被処理基板を載置するように、被処理基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
前記処理室内に搬入された被処理基板を加熱部が加熱する加熱工程と、
ガス排気部が前記処理室内を排気する排気工程と、
ガス供給部が前記処理室内に反応ガスを供給する供給工程と、
プラズマ生成部が前記処理室内に形成した電界で反応ガスを励起させ、複数の凹凸を有する被処理基板を処理する処理工程と、
を有し、
前記処理工程は、
プラズマ制御部が、被処理基板へ励起された反応ガスを引き込ませ、被処理基板を処理させる第１の処理工程と、
前記プラズマ制御部が、前記第１の処理工程よりも少ない量の反応ガスを被処理基板へ引き込ませ、被処理基板を処理させる第２の処理工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項２】
基板載置部に被処理基板を載置するように、被処理基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
前記処理室内に搬入された被処理基板を加熱部が加熱する加熱工程と、
ガス排気部が前記処理室内を排気する排気工程と、
ガス供給部が前記処理室内に反応ガスを供給する供給工程と、
プラズマ生成部が前記処理室内に形成した電界で反応ガスを励起させ、複数の凹凸を有し、前記複数の凹凸を覆うように膜が形成された被処理基板を処理する処理工程と、
を有し、
前記処理工程は、前記膜を変形させる変形工程を有する基板処理方法。
【請求項３】
凹凸が形成され、前記凹凸を覆うように膜が形成された被処理基板を処理する処理室と、
前記処理室内に配置されていて、被処理基板が載置される基板載置部と、
前記処理室内で被処理基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に反応ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内で反応ガスを励起するプラズマ生成部と、
前記処理室内を排気するガス排気部と、
前記処理室内における励起した供給ガスの挙動を制御するプラズマ制御部と、
前記加熱部、前記ガス供給部、前記プラズマ制御部、及び前記排気部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記プラズマ生成部により励起された反応ガスを前記基板載置部に引き込ませ、被処理基板を処理させる第１の処理工程と、
前記基板載置部に引き込む励起された反応ガスの引き込み量を前記第１の処理工程よりも少なくさせて、被処理基板を処理させる第２の処理工程と、
を行わせるように制御する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、基板を収容して処理する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内にてプラズマを生成させて前記処理ガスを励起させる高周波電力が印加される一対の電極と、前記処理室内に配置されて前記処理室内のプラズマの生成状態を検出するプラズマ検出手段と、を備えていることを特徴とする基板処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５６６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板処理方法及び基板処理装置において、凹凸を有する被処理基板を処理する場合、例えば、膜を形成する際に膜厚が不均一になる等の処理が不均一になるとの問題点があった。このため、基板のアスペクト比が高い基板に膜を形成する場合、膜厚が不均一になりやすく、基板のカバレッジが悪くなることがあった。ここで、アスペクト比とは、基板に形成される配線パターンにおける配線幅に対する配線の厚さ（高さ）の比率をいう。また、カバレッジとは、ステップカバレッジとも称され、段差部をもつ材料表面に金属膜や絶縁膜を成膜したときの段差部分の皮膜状態を示す指標であり、平坦部の膜厚に対する段差部の膜厚のパーセンテージとして定義される。
【０００５】
本発明の目的は、凹凸を有する被処理基板に生じる処理の不均一さを低減することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る本発明は、基板載置部に被処理基板を載置するように、被処理基板を処理室内に搬入する搬入工程と、前記処理室内に搬入された被処理基板を加熱部が加熱する加熱工程と、ガス排気部が前記処理室内を排気する排気工程と、ガス供給部が前記処理室内に反応ガスを供給する供給工程と、プラズマ生成部が前記処理室内に形成した電界で反応ガスを励起させ、複数の凹凸を有する被処理基板を処理する処理工程と、を有し、前記処理工程は、プラズマ制御部が、被処理基板へ励起された反応ガスを引き込ませ、被処理基板を処理させる第１の処理工程と、前記プラズマ制御部が、前記第１の処理工程よりも少ない量の反応ガスを被処理基板へ引き込ませ、被処理基板を処理させる第２の処理工程と、を有する基板処理方法である。
【０００７】
請求項２に係る本発明は、基板載置部に被処理基板を載置するように、被処理基板を処理室内に搬入する搬入工程と、前記処理室内に搬入された被処理基板を加熱部が加熱する加熱工程と、ガス排気部が前記処理室内を排気する排気工程と、ガス供給部が前記処理室内に反応ガスを供給する供給工程と、プラズマ生成部が前記処理室内に形成した電界で反応ガスを励起させ、複数の凹凸を有し、前記複数の凹凸を覆うように膜が形成された被処理基板を処理する処理工程と、を有し、前記処理工程は、前記膜を変形させる変形工程を有する基板処理方法である。
【０００８】
請求項３に係る本発明は、凹凸が形成され、前記凹凸を覆うように膜が形成された被処理基板を処理する処理室と、前記処理室内に配置されていて、被処理基板が載置される基板載置部と、前記処理室内で被処理基板を加熱する加熱部と、前記処理室内に反応ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内で反応ガスを励起するプラズマ生成部と、前記処理室内を排気するガス排気部と、前記処理室内における励起した供給ガスの挙動を制御するプラズマ制御部と、前記加熱部、前記ガス供給部、前記プラズマ制御部、及び前記排気部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記プラズマ生成部により励起された反応ガスを前記基板載置部に引き込ませ、被処理基板を処理させる第１の処理工程と、前記基板載置部に引き込む励起された反応ガスの引き込み量を前記第１の処理工程よりも少なくさせて、被処理基板を処理させる第２の処理工と、を行わせるように制御する基板処理装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、凹凸を有する被処理基板に生じる処理の不均一さを低減することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置の断面を示す図である。
【図２】図１に示す基板処理装置で処理される被処理基板の一例を示す図である。
【図３】図１に示す基板処理装置が被処理基板を処理する工程を示す第１の図である。
【図４】図１に示す基板処理装置が被処理基板を処理する工程を示す第２の図である。
【図５】図１に示す基板処理装置の処理室内に形成される電界の様子を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る基板処理装置で処理される被処理基板の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における基板処理工程での処理を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における基板処理工程が終了した後の被処理基板を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に本発明実施形態に係る基板処理装置及び半導体装置の製造方法の第１の形態を説明する。図１には、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置２００が示されている。基板処理装置２００は、変形マグネトロン型プラズマ処理装置であり、電界と磁界とにより高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｔｙｐｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ）を用いて、シリコン（Ｓｉ）基板等のウエハ１０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である。
【００１２】
基板処理装置２００は、気密性を保持した処理室２０１を有し、処理室２０１内に被処理基板として用いられるウエハ１０を載置し、処理室２０１内で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。基板処理装置２００によれば、処理室２０１内に供給した反応ガスを励起させ、励起させた反応ガスをウエハ１０に供給して、ウエハ１０に酸化、窒化等の処理を行ったり、薄膜を形成したり、又はウエハ１０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】
基板処理装置２００は、ウエハ１０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）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）で形成されている。
【００１４】
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１０を搬入でき、又は処理室２０１外へとウエハ１０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。また、基板処理装置２００は、基板載置部として用いられるサセプタ２１７を有する。
【００１５】
サセプタ２１７は、処理室２０１の底側中央に配置されていて、ウエハ１０を支持する。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１０上に形成される膜等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、インピーダンス制御部として用いられているとともに、プラズマ制御部として用いられている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、インピーダンスを約０Ω〜処理室２０１の寄生インピーダンス値又は寄生インピーダンス以上の値の範囲内で変化させることができるように構成されている。寄生インピーダンスは装置によって異なるが、例えば約６８Ωとなっている。これによって、インピーダンス調整電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介して、ウエハ１０の電位（バイアス電圧）を制御できる。
【００１７】
サセプタ２１７には、サセプタを昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。そしてサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、一方、下側容器２１１の底面にはウエハ突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａとウエハ突上げピン２６６とは互いに対向する位置に、少なくとも各３箇所ずつ設けられている。サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、ウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で、貫通孔２１７ａを突き抜けるように構成されている。
【００１８】
また、サセプタ２１７の内部には、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１０表面を例えば室温７００℃程度まで加熱することができるように構成されている。
【００１９】
基板処理装置２００は、ランプ加熱ユニット２８０を有する。ランプ加熱ユニット２８０は、処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上面に、光透過窓２７８が設けられ、光透過窓２７８上の処理容器２０３外側に配置されている。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１０の上部からウエハ１０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、ウエハ１０表面を７００℃〜９００℃に調整することができる。また、ヒータ２１７ｂと比較してより短時間でウエハ１０を加熱することができる。この実施形態においては、ランプ加熱ユニット２８０とヒータ２１７ｂとが、被処理基板を加熱する加熱部として用いられている。
【００２０】
また、基板処理装置２００は、処理室２０１に反応ガスを供給するがガス供給部２４８を有する。ガス供給部２４８は、それぞれ後述するシャワーヘッド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）、酸素含有ガス供給管２３２ａ、水素含有ガス供給管２３２ｂ、不活性ガス供給管２３２ｃ、マスフローコントローラ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、バルブ２５３ａ、バルブ２５３ｂ、バルブ２５３ｃ、及びバルブ２４３ａにより構成されている。尚、ガス供給部２４８に、酸素含有ガス供給源２５０ａ、水素含有ガス供給源２５０ｂ、不活性ガス供給源２５０ｃを設けても良い。
【００２１】
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、反応ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入される反応ガスを分散する分散空間としての機能を持つ。
【００２２】
ガス導入口２３４には、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２３２ａの下流端と、水素含有ガスとしての水素（Ｈ２）ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、不活性ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｃとが合流するように接続されている。酸素含有ガス供給管２３２ａには、上流側から順に、酸素含有ガス供給源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。水素含有ガス供給管２３２ｂには、上流側から順に、水素含有ガス供給源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。不活性ガス供給管２３２ｃには、上流側から順に、アルゴンガス供給源２５０ｃ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ｃ、開閉バルブとしての２５３ｃが設けられている。酸素含有ガス供給管２３２ａと水素含有ガス供給管２３２ｂと不活性ガス供給管２３２ｃとが合流した下流側には、バルブ２４３ａが設けられ、ガスケット２０３ｂを介してガス導入口２３４の上流端に接続されている。バルブ２５３ａ、２５３ｂ、２５３ｃ、２４３ａを開閉させ、また、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、酸素含有ガス、水素ガス含有ガス、不活性ガス等の反応ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
【００２３】
また、基板処理装置２００は、処理室２０１内のガスを排気するガス排気部２３０を有する。ガス排気部２３０は、処理室２０１内から反応ガスを排気するように下側容器２１１の側壁に形成されたガス排気口２３５に上流側が接続されているガス排気管２３１と、ガス排気管２３１に、上流側から順に設けられた圧力調整器（圧力調整部）として用いられているＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２４２と、開閉弁として用いられているバルブ２４３ｂとを有する。なお、別途、真空排気装置として用いられている真空ポンプ２４６を設けても良い。
【００２４】
また、基板処理装置２００は、プラズマ生成部２１４を有する。プラズマ生成部２１４は、それぞれ後述する筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上側磁石２１６ａ、下側磁石２１６ｂを主として構成されている。筒状電極２１５は、処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外側は、処理室２０１を囲うように配置されている。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、高周波電力を出力する高周波電源２７３に接続されている。
【００２５】
上側磁石２１６ａ及び下側磁石２１６ｂは、筒状電極２１５の外側表面の上下端部にそれぞれが取り付けられている。上側磁石２１６ａ及び下側磁石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及び下側磁石２１６ｂは、処理室２０１に向いた面側とその反対の面側に磁極を有している。上側磁石２１６ａ及び下側磁石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及び下側磁石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。
【００２６】
上側磁石２１６ａ及び下側磁石２１６ｂにより磁界を発生させ、さらに処理室２０１内に反応ガスを導入した後、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、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界と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。
【００２７】
尚、筒状電極２１５、上側磁石２１６ａ及び下側磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電界と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、電界と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。
【００２８】
基板処理装置２００は、制御部として用いられているコントローラ２２１を有する。コントローラ２２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ及び真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてヒータ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、マスフローコントローラ２５２ｂ、マスフローコントローラ２５２ｃ及びバルブ２５３ａ、バルブ２５３ｂ、バルブ２５３ｃ、バルブ２４３ａ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。
【００２９】
図２には、基板処理装置２００で処理されるウエハ１０の一例が示されている。
ウエハ１０は、シリコン（Ｓｉ）の基板部１２と、基板部１２の上に形成された複数の凸部１４とを有し、互いに隣り合う凸部１４の間に凹部１８が形成されている。
【００３０】
凸部１４は、例えばトランジスタのゲート電極やキャパシタ電極等であり、例えば、シリコンを含有するシリコン含有膜と金属元素を含有する金属元素含有膜とを有する。ここでシリコン含有膜としては、例えば、Ｐｏｌｙ-Ｓｉ膜を挙げることができる。また、金属元素含有膜としては、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）からなるバリアメタル膜やタングステン（Ｗ）を含む膜を挙げることができる。
【００３１】
図２に示すウエハ１０のような複数の凹凸を有する被処理基板を処理する場合、処理が不均一になりやすい。より具体的には、例えば、凹凸を有する被処理基板に膜を形成する場合、膜厚が不均一になりやすい。
【００３２】
図３及び図４には、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程であって、基板処理装置２００を用いてウエハ１０を処理する際の工程が示されている。本実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程は、例えばフラッシュメモリ等の半導体デバイスの製造工程の一工程として、基板処理装置２００により実施される。尚以下の説明において、基板処理装置２００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。
【００３３】
図３に示されているように、まず、搬入工程Ｓ１０がなされる。搬入工程Ｓ１０は、処理室２０１内に被処理基板として用いられているウエハ１０を搬入させる工程であり、具体的には、まず、ウエハ１０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表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。
【００３４】
搬入工程Ｓ１０では、さらにゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いて処理室２０１に隣接する真空搬送室（図示せず）から処理室２０１内にウエハ１０を搬入する。その結果、ウエハ１０は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ１０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１０はサセプタ２１７の上面に支持される。その後、ウエハ１０を所定の処理位置まで上昇させる。尚、搬入工程Ｓ１０は、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながら行ってもよい。
【００３５】
次に加熱工程Ｓ２０がなされる。加熱工程Ｓ２０は、搬入工程Ｓ１０において処理室２０１内に搬送されたウエハ１０を加熱する工程である。加熱工程Ｓ２０においては、ヒータ２１７ｂは予め加熱されており、ヒータ２１７ｂが埋め込まれたサセプタ２１７上に、搬入されたウエハ１０を保持することで、例えば１５０℃以上５００℃以下の範囲内の所定値にウエハ１０を加熱する。このとき、ランプ加熱ユニット２８０を点灯し、ランプ加熱ユニット２８０を補助的に用いれば、より迅速にウエハ１０を昇温することができる。
【００３６】
次に排気工程Ｓ３０がなされる。排気工程Ｓ３０は、処理室２０１内を排気する工程であり、具体的には、ガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内の圧力を例えば０．１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の所定値とする。排気工程Ｓ３０は、加熱工程Ｓ２０においてウエハ１０の加熱を開始すると同時に開始しても良い。また、排気工程Ｓ３０で作動を開始させた真空ポンプ２４６は、処理済のウエハ１０が処理室２０１から搬出されるまで作動させておくことが望ましい。
【００３７】
次に供給工程Ｓ４０がなされる。供給工程Ｓ４０は、処理室２０１内に反応ガスが供給される工程である。具体的には、バルブ２５３ａを開け、マスフローコントローラ２５２ａにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内への酸素ガスの供給を開始する。このとき、ガス酸素ガスの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ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１０００Ｐａ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酸素ガスを供給する。
【００３８】
次に処理工程Ｓ５０がなされる。処理工程Ｓ５０では、処理室２０１に形成した電界で、供給工程Ｓ４０において処理室２０１内に供給された反応ガスを励起させ、基板を処理する。処理工程Ｓ５０は、図４に示すように第１の処理工程Ｓ５２と、第２の処理工程Ｓ５４とを有する。
【００３９】
第１の処理工程Ｓ５２では、ウエハ１０に対して励起された反応ガスが引き込まれて、ウエハ１０が処理される。この際、処理室２０１内の圧力が安定したら、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３０００Ｗ以下の出力値の高周波電力の印加を開始する。
【００４０】
これにより、処理室２０１内に高周波電界が形成され、係る電界でウエハ１０の上方のプラズマ生成領域２２４内にプラズマ放電を発生させる。酸素は電界によって励起され、酸素（Ｏ）原子を含む酸素活性種等の反応種を生成する。反応ガスが励起して生じた酸素活性種により、凸部１４と凹部１８とのそれぞれの表面に酸化処理が施される。
【００４１】
またこのとき、プラズマ制御部として用いられている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となり、インピーダンス可変機構２７４により処理室２０１内の電界は、プラズマ処理を促進させる方向、ここではウエハ１０の処理面に対して垂直方向に強められるように制御される。
【００４２】
次に第２の処理工程Ｓ５４がなされる。第２の処理工程Ｓ５４では、インピーダンス可変機構２７４は、ウエハ１０に対する励起された反応ガスの引き込み量が第１の励起制御ステップと比較して少なくなるように処理室２０１内の電界を制御する。ウエハ１０に対して引き込まれる励起された反応ガスの引き込み量が第１のステップよりも少ない点を除き、第２の励起制御ステップにおいては、第１の励起制御ステップと同様の処理がなされる。
【００４３】
第１の処理工程Ｓ５２と第２の処理工程Ｓ５４とを通じて、所定の処理時間、例えば１０秒〜３００秒が経過したら、高周波電源２７３からの電力の出力を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ａを閉めて、酸素ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、処理工程Ｓ５０が終了する。
【００４４】
以上のように、第１の処理工程Ｓ５２と第２の処理工程Ｓ５４とを経てウエハ１０を処理することにより、ウエハ１０に対して引き込まれる励起された反応ガスの引き込み量を基板処理工程を通じて一定とする場合と比較して、ウエハ１０に対して均一な処理を施すことが可能となる。
【００４５】
次に、真空排気工程Ｓ６０がなされる。真空排気工程Ｓ６０では、酸素ガスの供給を停止した後、ガス排気管２３１を用いて処理室２０１内を真空排気する。これにより、処理室２０１内の酸素ガスや、酸素ガスが反応した排ガス等を処理室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に隣接する真空搬送室（ウエハ１０の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。
【００４６】
次に搬出工程Ｓ７０がなされる。搬出工程Ｓ７０では、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１０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１０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１０を処理室２０１外へ搬出する。このとき、処理室２０１内を不活性ガス等でパージしながらウエハ１０の搬出を行ってもよい。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００４７】
図５には、第１の処理工程Ｓ５２と第２の処理工程Ｓ５４とにおける処理室２０１内の電界を調整する具体的な手法の説明として、処理室２０１内に形成される電界の様子が模式的に示されている。第１の処理工程Ｓ５２と第２の処理工程Ｓ５４とでは、インピーダンス可変機構２７４と併せて高周波電源２７３を用いて処理室２０１内の電界を調整する。
【００４８】
図５に示すように、高周波電源２７３から高周波電力が出力されると、処理室２０１内には高周波電界が形成される。図５は、ある瞬間の処理室２０１内の電界Ｅの様子を例示したものである。筒状電極２１５側壁の内側面から処理室２０１の中央方向に向かう電界Ｅは、反対側から向かってくる電界Ｅとの相互作用により処理室２０１中央部で反発を受ける。このため電界Ｅは処理室２０１を横断することなく、処理室２０１の半径の範囲内で上方と下方に向かう。上方に向かう電界Ｅは、処理室２０１中央部で緩い弧を描いて上昇し、シャワーヘッド２３６を構成する遮蔽プレート２４０を通って接地電位にある蓋体２３３に向かう。下方に向かう電界Ｅは、処理室２０１中央部で緩い弧を描いて下降し、ウエハ１０を通過して、インピーダンス可変機構２７４を介して接地されるサセプタ２１７に向かう。
【００４９】
このような電界Ｅの強度や向きは、特にウエハ１０の近傍において、主にインピーダンス可変機構２７４と高周波電源２７３とで制御することができる。すなわち、インピーダンス可変機構２７４のインピーダンスで、ウエハ１０に加わる電界Ｅの少なくとも垂直成分の強度を調整しつつ、高周波電源２７３による電力を制御することで、少なくとも水平成分の強度を調整し、これによって、プラズマ処理を促進させる方向の電界を強める等の制御をすることができる。
【００５０】
例えば、ウエハ１０の処理面に対して垂直方向のプラズマ処理を促進させる場合、予めインピーダンス可変機構２７４のインピーダンス値をゼロに近づけて、サセプタ２１７の電位、ひいてはウエハ１０の電位が接地電位に近づくようにしておき、高周波電源２７３によって所定の高周波電力を出力すれば良い。この場合、ウエハ１０に引き込まれる反応ガスの量が増える。すなわち、ウエハ１０の処理面に対して垂直に入射する反応種（ここでは主にイオン）の数やエネルギーが増して酸化反応が促進される。
【００５１】
また、ウエハ１０の処理面に対して水平方向のプラズマ処理を促進させる場合、予めインピーダンス可変機構２７４のインピーダンス値を増大させ、処理室２０１の寄生インピーダンスに近づけて、サセプタ２１７の電位、ひいてはウエハ１０の電位が処理室２０１内の電位に近づくようにしておき、高周波電源２７３によって同様に高周波電力を出力すれば、垂直方向の電界Ｅが弱まり、相対的に水平方向の電界Ｅを強めることができる。
【００５２】
上述のようにインピーダンス値を制御することにより電界Ｅの強度を制御することで、インピーダンス可変機構２７４は、第２の処理工程Ｓ５４でウエハ１０に対して引き込まれる反応ガスの引き込み量を、第１の処理工程Ｓ５２と比較して少なくなるようにしている。より具体的には、例えば、第１の処理工程Ｓ５２でサセプタ２１７側の電位を低くし、第２の処理工程Ｓ５４では、サセプタ２１７側の電位を第１の励起ステップよりも高くなるようにインピーダンス可変機構２７４が制御をする。
【００５３】
図６には、本発明の第２の実施形態で処理されるウエハ１０の一例が示されている。
本発明の第１の実施形態で処理されるウエハ１０（図２参照）は、シリコンの基板部１２と、基板部１２の上に形成された複数の凸部１４とを有し、互いに隣り合う凸部１４の間に凹部１８が形成されていた。これに対して、この第２の実施形態で処理されるウエハ１０は、第１の実施形態で処理されるウエハ１０が有する構成に加えて、複数の凹凸を覆うように形成された膜１６を有する。
【００５４】
膜１６は、それぞれの凸部１４を絶縁するための絶縁膜やキャパシタ膜であり、凸部１４と基板部１２の凸部が形成されていない部分とを覆うように成膜されている。また、膜１６は、例えば、シリコンを含有するシリコン含有膜や高誘電率材料膜からなる。このように、ウエハ１０は、複数の凸部１４を有するとともに、複数の凸部１４の間に複数の凹部１８が形成されていて、複数の凹凸を上部に膜１６が形成されている。
【００５５】
膜１６は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及びＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の少なくともいずれか一方を用いて形成されたものである。また、膜１６は、基板部１２に複数の凸部１４が形成された状態で、凸部１４の上方から基板部１２に向かって膜１６を形成する材料を堆積させるようにして形成されるものである。このため膜１６を均一に形成することは一般に困難である。具体的には、図６に示すように凸部１４の先端部１４ａ近傍の膜厚が最も厚くなり、凸部１４の側面部の膜厚と、凹部１８における膜厚とが薄くなる。このようにウエハ１０には、厚さが不均一な膜１６が形成されている。
【００５６】
また、先述の第１の実施形態における基板処理装置２００は、酸素含有ガス供給源２５０ａと、水素含有ガス供給源２５０ｂとを有し、処理室２０１に、反応ガスとして酸素含有ガスと水素含有ガスとを供給した。これに対して、この第２の実施形態では、ガス供給源２５０ａとガス供給源２５０ｂとを有し、ガス供給源２５０ａから第１の処理ガスが処理室２０１に供給され、ガス供給源２５０ｂから第２の処理ガスが処理室２０１に供給される。第１の処理ガス、及び第２の処理ガスとしてどのようなガスを用いるかは、ウエハ１０に形成された膜１６を形成する材料に応じて定められる。
【００５７】
より具体的には、励起した状態で膜１６を変形させることができるか、膜１６を改質することができるように第１の処理ガスと第２の処理ガスとが定められる。さらには、励起した状態で、基板部１２、凸部１４、及び膜１６の機能を損なわせることがないように、第１の処理ガスと第２の処理ガスとが定められる。第２の実施形態に係る基板処理装置２００は、以上で第１の実施形態に係る基板処理装置２００との違いを説明した部分を除き、第１の実施形態に係る基板処理装置２００と同じ構成である。
【００５８】
この第２の処理装置においても、先述の第１の実施形態に係る基板処理装置２００と同様に（図３を参照）、被処理基板を処理するにあたり、搬入工程Ｓ１０がなされ、加熱工程Ｓ２０がなされ、排気工程Ｓ３０がなされ、供給工程Ｓ４０がなされ、処理工程Ｓ５０がなされ、真空排気工程Ｓ６０がなされ、搬出工程Ｓ７０がなされる。
【００５９】
図７は、第２の実施形態における処理工程Ｓ５０での処理を説明する図である。先述の第１の実施形態においては、処理工程Ｓ５０で凸部１４と凹部１８とのそれぞれの表面を酸化する酸化処理がなされた。これに対して、この第２の実施形態においては、膜１６を変形させる処理がなされる。尚、この第２の実施形態においても、基板処理装置２００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。
【００６０】
処理工程Ｓ５０においては、図７に矢印で示すように、ウエハ１０の凹凸が形成された側であり、膜１６が形成された側から、例えば凹部１８の深さ方向に略水平にプラズマが供給される。供給されるプラズマは、第１の処理ガス又は第２の処理ガスの少なくともいずれか一方を励起することにより生成されたものである。処理工Ｓ５０における処理室２１でのプラズマの挙動は、ダンス可変機構２７４によって制御される。
【００６１】
膜１６が形成された側からウエハ１０にプラズマが供給されると、入射したプラズマは、その入射エネルギーに応じて、例えば、膜１６をスパッタしたり、膜１６に圧縮応力を加えたりすることで膜１６の形状を変更させる。この際、プラズマが有する化学的な作用を利用して膜１６の形状を変更するようにしても良い。
【００６２】
図８は、第２の実施形態において処理工程Ｓ５０が終了し、膜１６の形状が変更した後のウエハ１０を示す図である。図８に示されるように、凸部１４の先端部１４ａ近傍の膜厚が最も厚かった部分が、スパッタされることにより薄くなっている。また、凹部１８に形成された膜１６と、凸部１４の側面に形成された膜１６とは、スパッタにより削られた膜１６の材料が再び堆積したり、プラズマから応力を加えられて押し込まれたりすることで、処理前と比較して厚くなっている。このような膜１６の変形により、ウエハ１０における凹部１８であって、膜１６によって覆われずに基板部１２が露出していた部分や、凸部１４の側面部分の膜１６によるカバレッジが良好になる。
【００６３】
膜１６を変形させる際に、インピーダンス可変機構２７４でインピーダンス値を変化させることによりウエハ１０に引き込まれる反応ガスの引き込み量を調整することで膜１６の変形量を調整することができる
【００６４】
励起した第１の処理ガス及び励起した第２の処理ガスの少なくとも１つが、基板部１２、凸部１４、及び膜１６の少なくとも１つを改質することができるように第１の処理ガス及び第２の処理ガスの少なくとも１つを定めても良い。また、励起した第１の処理ガス及び励起した第２の処理ガスの少なくとも１つが基板部１２と凸部１４との界面、基板部１２と膜１６と界面、及び凸部１４と膜１６との界面の少なくとも１つを改質することができるように第１の処理ガス及び第２の処理ガスの少なくとも１つを定めても良い。
【００６５】
また、処理工程Ｓ５０が、先述の第１の実施形態と同様に、第１の処理工程Ｓ５２と第２の処理工程Ｓ５４とを有するようにしても良い。例えば、第１の実施形態と同様に、第２処理工程Ｓ５４でウエハ１０に引き込まれる反応ガスの量を第１の処理工程よりも少なくするとともに、第１の処理工程Ｓ５２で膜１６を変形させ、第２の処理工程Ｓ５２で、基板部１２、凸部１４、及び膜１６の少なくとも１つを改質するか、基板部１２と凸部１４との界面、基板部１２と膜１６と界面、及び凸部１４と膜１６との界面の少なくとも１つを改質するようにしても良い。
【００６６】
以上、本発明の実施の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。
【００６７】
例えば、上述の実施形態において、基板処理装置２００はプラズマ生成部の一部として筒状電極２１５を有するものとしたが、筒状電極２１５に加えて、例えば上側容器２１０の天井壁に平板状の上部電極を有するものとしてもよい。
【００６８】
また、上述の実施形態においては、酸素ガスを用いた酸化処理について説明したが、酸素ガス等の酸素含有ガスに、水素（Ｈ２）ガスや希ガス等を添加することも可能である。希ガスには、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガス等を用いることができる。
【００６９】
また、酸化処理のみならず、窒化処理や、酸化と窒化とを一緒に行う酸窒化処理、拡散処理、成膜（膜の堆積）処理、エッチング処理等にも本発明が適用可能である。例えば窒化処理には、窒素（Ｎ２）ガス等の窒素（Ｎ）含有ガス単体や、窒素含有ガスにＨ２ガスや希ガス等を添加した混合ガスを用い、酸窒化処理には、酸素（Ｏ２）ガス等の酸素含有ガス単体や、酸素含有ガスに窒素含有ガス、水素（Ｈ２）ガス等の水素含有ガスや希ガス等を添加した混合ガスを用い、成膜処理にはモノシラン（ＳｉＨ４）ガスやジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス等のシリコン（Ｓｉ）含有ガスを酸素含有ガスや窒素含有ガス等と組み合わせて用いるなど、使用する反応ガスは各処理内容に応じて適宜選択することができる。これにより被処理基板の窒化処理や酸窒化処理、拡散処理、成膜処理、エッチング処理を行うことができる。
【００７０】
本発明は、特許請求の範囲に記載した通りであり、さらに次に付記した事項を含む。
【００７１】
〔付記１〕
基板載置部に被処理基板を載置するように、被処理基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
前記処理室内に搬入された被処理基板を加熱部が加熱する加熱工程と、
ガス排気部が前記処理室内を排気する排気工程と、
ガス供給部が前記処理室内に反応ガスを供給する供給工程と、
プラズマ生成部が前記処理室内に形成した電界で反応ガスを励起させ、複数の凹凸を有する被処理基板を処理する処理工程と、
を有し、
前記処理工程は、
プラズマ制御部が、被処理基板へ励起された反応ガスを引き込ませ、被処理基板を処理させる第１の処理工程と、
前記プラズマ制御部が、前記第１の処理工程よりも少ない量の反応ガスを被処理基板へ引き込ませ、被処理基板を処理させる第２の処理工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【００７２】
〔付記２〕
前記第１の処理工程では、前記プラズマ制御部が前記基板載置部側の電位を低くさせ、
前記第２の処理工程では、前記プラズマ制御部が前記基板載置部側の電位を前記第１の処理工程よりも高くする付記１記載の半導体装置の製造方法。
【００７３】
〔付記３〕
前記凹凸の凸部分はシリコン含有膜と金属元素含有膜とを有し、
前記反応ガスは、酸素元素及び窒素元素の少なくともいずれか一方を含むガスである付記１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【００７４】
〔付記４〕
前記凹凸の凸部分はシリコン含有膜と金属元素含有膜とを有し、
前記反応ガスは、還元性ガス及び酸化性ガスを含むガスである付記１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【００７５】
〔付記５〕
基板載置部に被処理基板を載置するように、被処理基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
前記処理室内に搬入された被処理基板を加熱部が加熱する加熱工程と、
ガス排気部が前記処理室内を排気する排気工程と、
ガス供給部が前記処理室内に反応ガスを供給する供給工程と、
プラズマ生成部が前記処理室内に形成した電界で反応ガスを励起させ、複数の凹凸を有し、前記複数の凹凸を覆うように膜が形成された被処理基板を処理する処理工程と、
を有し、
前記処理工程は、前記膜を変形させる変形工程を有する半導体装置の製造方法。
【００７６】
〔付記６〕
前記処理工程は、前記凹凸の凹部の底面と側面とを改質する改質工程をさら有する付記５記載の半導体装置の製造方法。
【００７７】
〔付記７〕
前記膜は、ＣＶＤ及びＡＬＤの少なくともいずれか一方で形成されている付記５乃至７いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【００７８】
〔付記８〕
凹凸が形成され、前記凹凸を覆うように膜が形成された被処理基板を処理する処理室と、
前記処理室内に配置されていて、被処理基板が載置される基板載置部と、
前記処理室内で被処理基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内に反応ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内で反応ガスを励起するプラズマ生成部と、
前記処理室内を排気するガス排気部と、
前記処理室内における励起した供給ガスの挙動を制御するプラズマ制御部と、
前記加熱部、前記ガス供給部、前記プラズマ制御部、及び前記排気部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記プラズマ生成部により励起された反応ガスを前記基板載置部に引き込ませ、被処理基板を処理させる第１の処理工程と、
前記基板載置部に引き込む励起された反応ガスの引き込み量を前記第１の処理工程よりも少なくさせて、被処理基板を処理させる第２の処理工と、
を行わせるように制御する基板処理装置。
【００７９】
〔付記９〕
基板載置部に被処理基板を載置するように、被処理基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
前記処理室内に搬入された被処理基板を加熱部が加熱する加熱工程と、
ガス排気部が前記処理室内を排気する排気工程と、
ガス供給部が前記処理室内に反応ガスを供給する供給工程と、
プラズマ生成部が前記処理室内に形成した電界で反応ガスを励起させ、複数の凹凸を有する被処理基板を処理する処理工程と、
を有し、
前記処理工程は、
プラズマ制御部が、被処理基板へ励起された反応ガスを引き込ませ、被処理基板を処理させる第１の処理工程と、
前記プラズマ制御部が、前記第１の処理工程よりも少ない量の反応ガスを被処理基板へ引き込ませ、被処理基板を処理させる第２の処理工程と、
を有する基板処理方法。
【００８０】
〔付記１０〕
基板載置部に被処理基板を載置するように、被処理基板を処理室内に搬入する搬入工程と、
前記処理室内に搬入された被処理基板を加熱部が加熱する加熱工程と、
ガス排気部が前記処理室内を排気する排気工程と、
ガス供給部が前記処理室内に反応ガスを供給する供給工程と、
プラズマ生成部が前記処理室内に形成した電界で反応ガスを励起させ、複数の凹凸を有し、前記複数の凹凸を覆うように膜が形成された被処理基板を処理する処理工程と、
を有し、
前記処理工程は、前記膜を変形させて、前記膜の被処理基板に対するカバレッジを改善するカバレッジ改善工程を有する基板処理方法。
【００８１】
〔付記１１〕
前記カバレッジ改善工程において、前記基板載置部のインピーダンスを変化させ、被処理基板へのプラズマの引き込み量を調整することにより前記膜の変形量を調整する付記１０記載の基板処理方法。
【００８２】
〔付記１２〕
前記処理工程で、前記膜の改質をあわせて行う付記１０又は１１記載の基板処理方法。
【００８３】
〔付記１３〕
前記処理工程で、前膜と被処理基板との界面の改質をあわせて行う付記１０乃至１２いずれか記載の基板処理方法。
【００８４】
〔付記１４〕
前記膜が、ＤＲＡＭのキャパシタ絶縁膜である付記１０乃至１３いずれか記載の基板処理方法。
【符号の説明】
【００８５】
１０・・・ウエハ
１４・・・凸部
１６・・・膜
１８・・・凹部
２００・・・基板処理装置
２０１・・・処理室
２１４・・・プラズマ生成部
２１７・・・サセプタ
２１７ｂ・・・ヒータ
２１７ｃ・・・インピーダンス調整電極
２２１・・・コントローラ
２３０・・・ガス排気部
２４８・・・ガス供給部
２７３・・・高周波電源
２７４・・・インピーダンス可変機構
２８０・・・ランプ加熱ユニット
【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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【図８】
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