(57)【要約】  基板上に供給される酸化種の面内分布を制御することができる。  基板を処理室内に収容する工程と、処理室内に酸素を含有する第１ガスを供給する工程と、第１ガスを励起して処理室内にプラズマを生成する工程と、処理室内に水素を含有する第２ガスを供給し、プラズマの処理室内における密度分布に応じて処理室内における水素の濃度分布を調整する工程と、プラズマにより生成された酸化種により基板を処理する工程と、を有する。
2020188744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理室内に収容する工程と、
前記処理室内に酸素を含有する第１ガスを供給する工程と、
前記第１ガスを励起して前記処理室内にプラズマを生成する工程と、
前記処理室内に水素を含有する第２ガスを供給し、前記プラズマの前記処理室内における密度分布に応じて前記処理室内における水素の濃度分布を調整する工程と、
前記プラズマにより生成された酸化種により前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記プラズマを生成する工程では、前記プラズマは、前記プラズマの前記処理室内における密度分布が前記基板の面方向において不均一となるように生成される請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１ガスを供給する工程では、前記第１ガスは、処理室内の第１の領域に供給され、
前記処理室内における水素の濃度分布を調整する工程では、前記第２ガスは、前記基板の処理面の上方領域であって、且つ前記第１の領域とは前記基板の面方向において異なる領域である第２の領域に供給される請求項1又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１ガスを供給する工程では、前記第１ガスは前記プラズマが生成されるプラズマ生成領域に供給され、
前記処理室内における水素の濃度分布を調整する工程では、前記第２ガスは前記プラズマが生成されないプラズマ非生成領域に供給される請求項1又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記プラズマ非生成領域における水素の濃度分布は、前記プラズマ生成領域からの距離に応じて調整される請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２ガスの供給流量を調整することにより、前記処理室内における水素の濃度分布を制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２ガスの水素の含有率を調整することにより、前記処理室内における水素の濃度分布を制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記処理室内の空間は、前記処理室の内壁に沿った外周領域と、前記外周領域に囲まれた中央領域を有し、前記外周領域における前記プラズマの密度が、前記中央領域における前記プラズマの密度よりも高くなるように前記プラズマが生成される請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記外周領域には前記処理室の内壁に沿ったリング状のプラズマが生成される請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記処理室内における水素の濃度分布を調整する工程では、前記基板に供給される前記酸化種の密度分布が、前記基板の面上において面方向に均一となるように前記処理室内における水素の濃度分布が調整される請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１ガスは酸素ガスと水素ガスの混合ガスである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２ガスは酸素ガスと水素ガスの混合ガスである請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に酸素を含有する第１ガスを供給する第１ガス供給系と、
前記処理室内に水素を含有し、前記第１ガスとは水素の含有率が異なる第２ガスを供給する第２ガス供給系と、
前記処理室内のガスを励起するプラズマ生成部と、を有し、
前記第１ガス供給系は、プラズマが第１のプラズマ密度で生成される前記処理室内の第１の領域に前記第１ガスを供給するように構成され、
前記第２ガス供給系は、前記プラズマが前記第１のプラズマ密度よりも低い第２のプラズマ密度で生成される前記処理室内の第２の領域に前記第２ガスを供給するよう構成された、
基板処理装置。
【請求項１４】
前記第２の領域は、前記基板の処理面の上方領域であって、且つ前記第１の領域とは前記基板の面方向において異なる領域である請求項１３記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記第２の領域は、前記プラズマが生成されない領域である請求項１３又は１４記載の基板処理装置。
【請求項１６】
基板を基板処理装置の処理室内に収容する手順と、
前記処理室内に酸素を含有する第１ガスを供給する手順と、
前記第１ガスを励起して前記処理室内にプラズマを生成する手順と、
前記処理室内に水素を含有する第２ガスを供給し、前記プラズマの前記処理室内における密度分布に応じて前記処理室内における水素の濃度分布を調整する手順と、
前記プラズマにより生成された酸化種により前記基板を処理する手順と、
をコンピュータにより前記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】
本開示は、半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリ等の半導体装置のパターンを形成する際、製造工程の一工程として、基板に酸化処理や窒化処理等の所定の処理を行う工程が実施される場合がある。【０００３】
例えば、特許文献１には、プラズマ励起した処理ガスを用いて基板上に形成されたパターン表面を改質処理することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７５５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の目的は、基板上に供給される酸化種の面内分布を制御することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様によれば、
基板を処理室内に収容する工程と、
前記処理室内に酸素を含有する第１ガスを供給する工程と、
前記第１ガスを励起して前記処理室内にプラズマを生成する工程と、
前記処理室内に水素を含有する第２ガスを供給し、前記プラズマの前記処理室内における密度分布に応じて前記処理室内における水素の濃度分布を調整する工程と、
前記プラズマにより生成された酸化種により前記基板を処理する工程と、
を有する技術が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、基板上に供給される酸化種の面内分布を制御す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断面図。
【図２】本開示の実施形態に係る基板処理装置のプラズマ生成原理を説明する説明図。
【図３】本開示の一実施形態に係る基板処理装置の制御部（制御手段）の構成を示す図。
【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。
【図５】基板上に形成されるプラズマを説明するための模式図である。
【図６】（Ａ）は、水素濃度分布が一定の場合のプラズマＰ１からの距離と、このプラズマＰ１により生成される酸化種の密度との関係を示す図であり、（Ｂ）は、水素濃度分布が一定の場合のプラズマＰ２からの距離と、このプラズマＰ２により生成される酸化種の密度との関係を示す図であり、（Ｃ）は、水素濃度分布が一定の場合のプラズマＰ１，Ｐ２により基板上に生成される酸化種の分布を示す図である。
【図７】水素濃度と、プラズマＰからの距離と、このプラズマＰにより生成される酸化種の密度との関係を示す図である。
【図８】処理室２０１内の水素濃度分布を調整前と調整後のプラズマＰからの距離と、このプラズマＰにより生成される酸化種の密度との関係を説明するための図である。
【図９】（Ａ）は、水素濃度分布を調整後のプラズマＰ１からの距離と、このプラズマＰ１により生成される酸化種の密度との関係を示す図であり、（Ｂ）は、水素濃度分布を調整後のプラズマＰ２からの距離と、このプラズマＰ２により生成される酸化種の密度との関係を示す図であり、（Ｃ）は、水素濃度分布を調整後のプラズマＰ１，Ｐ２により基板上に生成される酸化種の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本開示の第一の実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本開示の第１実施形態に係る基板処理装置について、図１及び図２を用いて以下に説明する。本実施形態に係る基板処理装置は、主に基板面上に形成された膜に対して酸化処理を行うように構成されている。
【００１０】
（処理室）
基板処理装置１００は、ウエハ２００をプラズマを用いて処理する処理炉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。
【００１１】
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、搬送機構（図示せず）を用いて、搬入出口２４５を介して、処理室２０１内へウエハ２００を搬入したり、処理室２０１外へとウエハ２００を搬出したり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。
【００１２】
処理室２０１は、周囲にコイル２１２が設けられているプラズマ生成空間２０１ａと、プラズマ生成空間２０１ａに連通し、ウエハ２００が処理される基板処理空間２０１ｂを有する。プラズマ生成空間２０１ａはプラズマが生成される空間であって、処理室の内、コイル２１２の下端より上方であって、且つコイル２１２の上端より下方の空間を言う。一方、基板処理空間２０１ｂは、基板がプラズマを用いて処理される空間であって、コイル２１２の下端より下方の空間を言う。本実施形態では、プラズマ生成空間２０１ａと基板処理空間２０１ｂの水平方向の径は略同一となるように構成されている。
【００１３】
（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を載置する基板載置部（基板載置台）を構成するサセプタ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いる。
【００１４】
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℃から７５０℃程度まで加熱することができるように構成されている。
【００１５】
サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。インピーダンス調整電極２１７ｃはサセプタ２１７内部に設けられており、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２７５を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７５はコイルや可変コンデンサにより構成されており、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、インピーダンスを変化させることができるように構成されている。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２００の電位（バイアス電圧）を制御できる。なお、本実施形態においてインピーダンス調整電極２１７ｃを用いたバイアス電圧制御を行うか、もしくは行わないかは任意に選択することができる。
【００１６】
サセプタ２１７には、サセプタを昇降させる駆動機構を備え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が設けられるとともに、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が貫通孔２１７ａを突き抜けるように構成されている。
主に、サセプタ２１７及びヒータ２１７ｂ、電極２１７ｃにより、本実施形態に係る基板載置部が構成されている。
【００１７】
（第１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、ガス供給ヘッド２３６が設けられている。ガス供給ヘッド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。ガス吹出口２３９は、処理室２０１の内周に沿って設けられたスリット状の開口として構成されており、処理室２０１の内周壁近傍に向けて、その周方向において均等に反応ガスを供給できるように構成されている。
【００１８】
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窒素（Ｎ2）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、Ｏ2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（ＭＦＣ）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、Ｈ2ガス供給源２５０ｂ、ＭＦＣ２５２ｂ、バルブ２５３ｂが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｃには、Ｎ2ガス供給源２５０ｃ、ＭＦＣ２５２ｃ、バルブ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、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、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、不活性ガス等の処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
【００１９】
主に、ガス供給ヘッド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、ＭＦＣ２５２ａ，２５２ｂ，２５２ｃ、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５３ｃ，２４３ａにより、本実施形態に係る第１ガス供給部（第１ガス供給系）が構成されている。第１ガス供給部は、処理室２０１内に、酸素を含有する酸化種源としてのガスを供給するよう構成されている。以下において、第１ガス供給部から供給されるガスを第１ガスと称する。
【００２０】
（第２ガス供給部）
処理室２０１の中央上方には、ガス供給リング３００が設けられている。ガス供給リング３００は、リング形状のノズルであるガス供給管３０１と、ガス導入口３０２と、複数のガス吹出孔３０３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。複数のガス吹出孔３０３は、例えばガス供給管３０１の下面に、リング形状の周方向に沿って均等な間隔をなすように配置され、処理室２０１の周方向において均等に反応ガスを供給できるように構成されている。
【００２１】
ガス導入口３０２には、酸素含有ガスとしてのＯ2ガスを供給する酸素含有ガス供給管２３２ｄの下流端と、水素含有ガスとしてのＨ2ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ｅの下流端と、不活性ガスとしてのＮ2ガスを供給する不活性ガス供給管２３２ｆ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２３２ｄには、Ｏ2ガス供給源２５０ｄ、ＭＦＣ２５２ｄ、バルブ２５３ｄが設けられている。水素含有ガス供給管２３２ｅには、Ｈ2ガス供給源２５０ｅ、ＭＦＣ２５２ｅ、バルブ２５３ｅが設けられている。不活性ガス供給管２３２ｆには、Ｎ2ガス供給源２５０ｆ、ＭＦＣ２５２ｆ、バルブ２５３ｆが設けられている。酸素含有ガス供給管２３２ｄと水素含有ガス供給管２３２ｅと不活性ガス供給管２３２ｆとが合流した下流側には、バルブ２４３ｃが設けられ、ガス導入口３０２の上流端に接続されている。バルブ２５３ｄ，２５３ｅ，２５３ｆ，２４３ｃを開閉させ、ＭＦＣ２５２ｄ，２５２ｅ，２５２ｆによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、酸素含有ガス供給管２３２ｄ、水素含有ガス供給管２３２ｅ、不活性ガス供給管２３２ｆを介して、酸素含有ガス、水素ガス含有ガス、不活性ガス等の処理ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。
【００２２】
主に、ガス供給リング３００、酸素含有ガス供給管２３２ｄ、水素含有ガス供給管２３２ｅ、不活性ガス供給管２３２ｆ、ＭＦＣ２５２ｄ，２５２ｅ，２５２ｆ、バルブ２５３ｄ，２５３ｅ，２５３ｆ，２４３ｃにより、本実施形態に係る第２ガス供給部（第２ガス供給系）が構成されている。第２ガス供給部は、処理室２０１内に、水素を含有する水素濃度を調整するための水素濃度調整ガスを供給するよう構成されている。以下において、第２ガス供給部から供給されるガスを第２ガスと称する。
【００２３】
第１ガス供給部は、処理室２０１の内壁に沿ったプラズマ生成空間２０１ａ（後述）内の第１の領域である外周領域に、第１ガスを供給するよう構成されている。また、第２ガス供給部は、外周領域に囲まれた領域であって、プラズマ生成空間２０１ａ内の第２の領域である中央領域に、第２ガスを供給するよう構成されている。つまり、第１ガスは、処理室２０１内の外周領域に供給され、第２ガスは、ウエハ２００の処理面の上方領域を含み、且つ外周領域とはウエハ２００の面方向において異なる領域である中央領域に供給される。処理室２０１内の空間は、処理室２０１の内壁に沿った外周領域と、外周領域に囲まれた中央領域とで構成されている。
【００２４】
第１ガス供給部と第２ガス供給部によれば、第１ガスおよび第２ガスそれぞれについて、Ｏ2ガスとＨ2ガスの混合比（流量比）やその総流量を調整することが可能である。よって、処理室２０１内の外周領域と中央領域との各領域に供給されるＯ2ガスとＨ2ガスの混合比やその総流量を調整することが可能である。
【００２５】
（排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内から反応ガスなど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、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４２、開閉弁としてのバルブ２４３ｂ、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が設けられている。
主に、ガス排気口２３５、ガス排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４２、バルブ２４３ｂにより、本実施形態に係る排気部が構成されている。尚、真空ポンプ２４６を排気部に含めても良い。
【００２６】
（プラズマ生成部）
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、高周波電極としての、螺旋状の共振コイル２１２が設けられている。共振コイル２１２には、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、高周波電源２７３のインピーダンスや出力周波数の整合を行う整合器２７４が接続される。
【００２７】
高周波電源２７３は、共振コイル２１２に高周波電力（ＲＦ電力）を供給するものである。ＲＦセンサ２７２は高周波電源２７３の出力側に設けられ、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタする。ＲＦセンサ２７２によってモニタされた反射波電力は整合器２７４に入力され、整合器２７４は、ＲＦセンサ２７２から入力された反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源２７３のインピーダンスや出力される高周波電力の周波数を制御する。
【００２８】
共振コイル２１２は、所定の波長の定在波を形成するため、一定の波長で共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル２１２の電気的長さは、高周波電源２７３から供給される高周波電力の所定周波数における１波長の整数倍に相当する長さに設定される。
【００２９】
具体的には、印加する電力や発生させる磁界強度または適用する装置の外形などを勘案し、共振コイル２１２は、例えば、８００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ、０．１〜５ＫＷの高周波電力によって０．０１〜１０ガウス程度の磁場を発生し得る様に、５０〜３００ｍｍ2の有効断面積であって且つ２００〜５００ｍｍのコイル直径とされ、プラズマ生成空間２０１ａの外周側に２〜６０回程度巻回される。なお、本明細書における「８００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。例えば、「８００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ」とは「８００ｋＨｚ以上５０ＭＨｚ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。
【００３０】
本実施形態では、高周波電力の周波数を２７．１２ＭＨｚ、共振コイル２１２の電気的長さを１波長の長さ（約１１メートル）に設定している。共振コイル２１２の巻回ピッチは、例えば、２４．５ｍｍ間隔で等間隔となるように設けられる。また、共振コイル２１２の巻径（直径）はウエハ２００の直径よりも大きくなるように設定される。本実施形態では、ウエハ２００の直径を３００ｍｍとし、共振コイル２１２の巻径はウエハ２００の直径よりも大きい５００ｍｍとなるように設けられる。
【００３１】
共振コイル２１２の両端は電気的に接地され、そのうちの少なくとも一端は、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に共振コイル２１２の電気的長さを微調整するため、可動タップ２１３を介して接地される。図１中の符号２１４は他方の固定グランドを示す。可動タップ２１３は、共振コイル２１２の共振特性を高周波電源２７３と略等しくするように位置が調整される。さらに、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に共振コイル２１２のインピーダンスを微調整するため、共振コイル２１２の接地された両端の間には、可動タップ２１５によって給電部が構成される。
【００３２】
遮蔽板２２３は、共振コイル２１２の外側の電界を遮蔽するために設けられる。
【００３３】
主に、共振コイル２１２、ＲＦセンサ２７２、整合器２７４により、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。尚、プラズマ生成部として高周波電源２７３を含めても良い。
【００３４】
ここで、本実施形態に係る装置のプラズマ生成原理および生成されるプラズマの性質について図２を用いて説明する。
本実施形態におけるプラズマ生成部は、以下の通り、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式によりプラズマを生成するように構成されている。共振コイル２１２によって構成されるプラズマ発生回路はＲＬＣの並列共振回路で構成される。上記プラズマ発生回路においては、プラズマを発生させた場合、共振コイル２１２の電圧部とプラズマとの間の容量結合の変動や、プラズマ生成空間２０１ａとプラズマとの間の誘導結合の変動、プラズマの励起状態、等により、実際の共振周波数は僅かながら変動する。
【００３５】
そこで、本実施形態においては、プラズマ発生時の共振コイル２１２における共振のずれを電源側で補償するため、プラズマが発生した際の共振コイル２１２からの反射波電力をＲＦセンサ２７２において検出し、検出された反射波電力に基づいて整合器２７４が高周波電源２７３の出力を補正する機能を有する。
【００３６】
具体的には、整合器２７４は、ＲＦセンサ２７２において検出されたプラズマが発生した際の共振コイル２１２からの反射波電力に基づいて、反射波電力が最小となる様に高周波電源２７３のインピーダンス或いは出力周波数を増加または減少させる。
【００３７】
本実施形態における共振コイル２１２では、図２に示す様に、プラズマを含む当該共振コイルの実際の共振周波数による高周波電力が供給されるので（或いは、プラズマを含む当該共振コイルの実際のインピーダンスに整合するように高周波電力が供給されるので）、位相電圧と逆位相電圧が常に相殺される状態の定在波が形成される。共振コイル２１２の電気的長さが高周波電力の波長と同じ場合、コイルの電気的中点（電圧がゼロのノード）に最も高い位相電流が生起される。従って、電気的中点の近傍においては、処理室壁やサセプタ２１７との容量結合が殆どなく、電気的ポテンシャルの極めて低いリング状の誘導プラズマが形成される。
【００３８】
かかる構成により、処理室２０１の外周に巻回するように共振コイル２１２が設けられている為、共振コイル２１２に高周波電力が供給されることにより、共振コイル２１２に近傍であって、処理室２０１の内周に沿った領域にリング状のプラズマが生成される。すなわち、このリング状のプラズマは処理室２０１内の外周領域内に生成される。特に本実施形態では、共振コイル２１２の電気的中点が位置する高さ、すなわち共振コイル２１２の上端と下端の中間高さ位置にこのリング状のプラズマが生成される。
【００３９】
（制御部）
制御部としてのコントローラ２２１は、信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２、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を通じてヒータ電力調整機構２７６及びインピーダンス可変機構２７５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ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３及び整合器２７４を、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２ａ〜２５２ｆ及びバルブ２５３ａ〜２５３ｆ，２４３ａ，２４３ｃを、それぞれ制御するように構成されている。
【００４０】
図３に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ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、例えばタッチパネルやディスプレイ等として構成された入出力装置２２２が接続されている。
【００４１】
記憶装置２２１ｃ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２２１ｃ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グラムレシピ等が読み出し可能に格納されている。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、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。
【００４２】
Ｉ／Ｏポート２２１ｄは、上述のＭＦＣ２５２ａ〜２５２ｆ、バルブ２５３ａ〜２５３ｆ，２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ、ゲートバルブ２４４、ＡＰＣバルブ２４２、真空ポンプ２４６、ＲＦセンサ２７２、高周波電源２７３、整合器２７４、サセプタ昇降機構２６８、インピーダンス可変機構２７５、ヒータ電力調整機構２７６、等に接続されている。
【００４３】
ＣＰＵ２２１ａは、記憶装置２２１ｃ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２２２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、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、Ｉ／Ｏポート２２１ｄ及び信号線Ａを通じてＡＰＣバルブ２４２の開度調整動作、バルブ２４３ｂ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を通じてヒータ電力調整機構２７６によるヒータ２１７ｂへの供給電力量調整動作や、インピーダンス可変機構２７５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ＲＦセンサ２７２、整合器２７４及び高周波電源２７３の動作を、信号線Ｆを通じてＭＦＣ２５２ａ〜２５２ｆによる各種ガスの流量調整動作、及びバルブ２５３ａ〜２５３ｆ，２４３ａ，２４３ｃの開閉動作、等を制御するように構成されている。
【００４４】
コントローラ２２１は、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）２２３に格納された上述のプログラムをコンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置２２１ｃや外部記憶装置２２３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ている。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。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２２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置２２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
【００４５】
（２）基板処理工程
次に、本実施形態に係る基板処理工程について、主に図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。本実施形態に係る基板処理工程は、上述の基板処理装置１００を用いて、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、シリコン（Ｓｉ）含有膜が形成されたウエハ２００の表面を酸化してシリコン酸化（ＳｉＯ）膜を形成する方法の例について説明する。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。
【００４６】
（基板搬入工程Ｓ１１０）
まず、上記のウエハ２００を処理室２０１内に搬入して収容する。具体的には、サセプタ昇降機構２６８がウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させる。その結果、ウエハ突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ貫通孔２１７ａから突出した状態となる。
【００４７】
続いて、ゲートバルブ２４４を開き、処理室２０１に隣接する真空搬送室から、ウエハ搬送機構（図示せず）を用いて処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。搬入されたウエハ２００は、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を搬入したら、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がサセプタ２１７を上昇させることにより、ウエハ２００はサセプタ２１７の上面に支持される。
【００４８】
（昇温・真空排気工程Ｓ１２０）
続いて、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の昇温を行う。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上にウエハ２００を保持することで、例えば１５０〜７５０℃の範囲内の所定値にウエハ２００を加熱する。ここでは、ウエハ２００の温度が６００℃となるよう加熱する。また、ウエハ２００の昇温を行う間、真空ポンプ２４６によりガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内の圧力を所定の値とする。真空ポンプ２４６は、少なくとも後述の基板搬出工程Ｓ１６０が終了するまで作動させておく。
【００４９】
（反応ガス供給工程Ｓ１３０）
次に、第１ガス供給部から処理室２０１の外周領域に、酸素を含有する酸化種源ガスである第１ガスとしてのＯ2ガスとＨ2ガスの混合ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ａ及びバルブ２５３ｂを開け、ＭＦＣ２５２ａ及びＭＦＣ２５２ｂにて流量制御しながら、ガス吹出口２３９を介して処理室２０１内へ第１ガスの供給を開始する。
【００５０】
ＭＦＣ２５２ａ及びＭＦＣ２５２ｂにて流量制御を行うことにより、第１ガスの総流量および第１ガスの組成（特に水素の含有率）の少なくとも一方が調整される。本実施形態では、Ｈ2ガスとＯ2ガスの混合比（流量比）を変えることで第１ガスの組成を容易に調整することが可能である。
【００５１】
このとき、第１ガスの総流量を、例えば１０００〜５０００ｓｃｃｍとし、第１ガス中のＯ2ガスの流量を、例えば２０〜２０００ｓｃｃｍ、好ましくは２０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。また、第１ガス中のＨ2ガスの流量を、例えば２０〜１０００ｓｃｃｍ、好ましくは２０〜５００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。第１ガスに含まれるＨ2ガスとＯ2ガスの含有比率は、０：１００〜９５：５の範囲の所定の値とする。すなわち、Ｈ2ガスの比率（第１ガスに含まれる水素の含有率）を０〜９５％の範囲内の所定値とする。より具体的には、例えば、第１ガスの総流量を１０００ｓｃｃｍ、Ｈ2ガスとＯ2ガスの含有比率を１０：９０（水素の含有率１０％）とする。
【００５２】
処理室２０１の外周領域であって、後述するプラズマ処理工程Ｓ１４０において形成されるリング状のプラズマが生成される領域に対して直接第１ガスを供給することが望ましい。
【００５３】
同時に、第２ガス供給部から処理室２０１の中央領域に、水素濃度調整ガスである第２ガスとしてのＯ2ガスとＨ2ガスの混合ガスの供給を開始する。具体的には、バルブ２５３ｄ及びバルブ２５３ｅを開け、ＭＦＣ２５２ｄ及びＭＦＣ２５２ｅにて流量制御しながら、ガス供給リング３００に設けられたガス吹出孔３０３を介して処理室２０１内へ第２ガスの供給を開始する。
【００５４】
ＭＦＣ２５２ｄ及びＭＦＣ２５２ｅにて流量制御を行うことにより、第２ガスの総流量および第２ガスの組成（特に水素の含有率）の少なくとも一方が調整される。第１ガスと同様に、Ｈ2ガスとＯ2ガスの混合比を変えることで第２ガスの組成を容易に調整することが可能である。
【００５５】
このとき、第２ガスの総流量を、第１ガスの総流量と同等又はそれ以下であって、例えば１００〜５０００ｓｃｃｍとし、第２ガス中のＯ2ガスの流量を、例えば０〜５０００ｓｃｃｍ、好ましくは０〜５００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。また、第２ガス中のＨ2ガスの流量を、例えば０〜５０００ｓｃｃｍ、好ましくは０〜５００ｓｃｃｍの範囲内の所定値とする。本実施形態では、第２ガスに含まれるＨ2ガスの比率（すなわち第１ガスの水素含有率）を０〜１００％の範囲内の所定値とする。第２ガスの総流量は、第１ガスと同等、又はそれ以下であることが好ましい。第２ガスの流量が第１ガスの流量よりも大きい場合、処理室２０１内のプラズマ生成領域（後述）におけるＨ2ガスとＯ2ガスの濃度や含有比率が第２ガスによる影響を大きく受けるため、プラズマ生成領域におけるプラズマ励起の制御やプラズマにより生成される酸化種の生成制御などが困難となるためである。したがって、特に好適な例としては、例えば、第２ガスの総流量は１００ｓｃｃｍ、Ｈ2ガスとＯ2ガスの含有比率は２０：８０（水素含有率２０％）とする。
【００５６】
（水素の濃度分布制御）
本工程においては、第１ガス、第２ガスのそれぞれについて、流量および水素含有率の少なくとも一方を制御することにより、処理室２０１内の水素濃度分布を制御することが可能である。水素濃度分布は、後述するプラズマ処理工程における酸化種の密度分布が所望のものとなるように制御される。
第２ガスの水素含有率は、第１ガスの水素含有率と異なるように調整されることが望ましい。第１ガスとは水素含有率が異なる第２ガスを用いることにより、第１ガスと第２ガスの流量をそれぞれ制御して、処理室２０１内の水素濃度分布を調整することが容易になる。第２ガスの水素含有率を第１ガスの水素含有率よりも高くして調整することもでき、第１ガスに含まれる水素の含有率よりも低くして調整することもできる。
【００５７】
処理室２０１内の圧力は、例えば５〜２６０Ｐａの範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣバルブ２４２の開度を調整して処理室２０１内の排気を制御する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のプラズマ処理工程Ｓ１４０の終了時まで第１ガスおよび第２ガスの供給を継続する。
【００５８】
（プラズマ処理工程Ｓ１４０）
処理室２０１内の圧力が安定したら、共振コイル２１２に対して高周波電源２７３から高周波電力の印加を開始する。これにより、Ｏ2ガス及びＨ2ガスが供給されているプラズマ生成空間２０１ａ内に高周波電界が形成され、係る電界により、プラズマ生成空間の共振コイル２１２の電気的中点に相当する高さ位置に、最も高いプラズマ密度を有するリング状の誘導プラズマが励起される。プラズマ状のＯ2ガス及びＨ2ガスは解離し、Ｏを含むＯラジカルやヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）等の酸素ラジカル、原子状酸素（Ｏ）、オゾン（Ｏ3）、酸素イオン等の酸化種が生成される。
【００５９】
本工程において、第１ガスは、プラズマが第１のプラズマ密度で生成される領域であるプラズマ生成領域に供給される。本実施形態では、共振コイル２１２に近い処理室２０１内の外周領域内であって、リング状のプラズマが励起される領域であるプラズマ生成領域に対して第１ガスが供給され、主に第１ガスがプラズマ励起されることによって、上述の酸化種が生成される。
【００６０】
一方、本工程において、第２ガスは、プラズマが第１のプラズマ密度よりも低い第２のプラズマ密度で生成される領域、又はプラズマが生成されない領域（第２のプラズマ密度が実質的に０である領域）であるプラズマ非生成領域に供給される。すなわち、第２ガスは、第１ガスとはプラズマの密度が異なる領域に供給される。本実施形態では特に、リング状のプラズマの内側に形成されるプラズマ非生成領域に第２ガスが供給される。
【００６１】
つまり本実施形態においては、処理室２０１の外周領域の少なくとも一部が、処理室２０１の内壁に沿ったリング状のプラズマが生成されるプラズマ生成領域となり、処理室２０１の中央領域が、プラズマ非生成領域となる。
【００６２】
（酸化種の密度分布制御）
ここで、プラズマによって生成された酸化種は、雰囲気中の水素と反応するとその酸化種としての能力（酸化能力）を失うか、又は低下させる（すなわち失活する）。そのため、酸化種が存在する雰囲気中の水素濃度に応じて、その雰囲気中における酸化種の密度（濃度）の減衰速度（減衰量）が変化する。水素濃度が高いほど酸化種の減衰量は増大し、水素濃度が低いほど酸化種の減衰量は低下する。
【００６３】
本実施形態では、プラズマ生成領域で生成された酸化種がプラズマ非生成領域において拡散する際に、プラズマ非生成領域中の水素と反応して徐々に失活していく。したがって、プラズマ非生成領域で拡散する酸化種の密度は、当該領域内の水素濃度によってその減衰量が調整されうる。すなわち、プラズマ非生成領域における酸化種の密度分布は、当該領域内の水素濃度分布を制御することによって任意に調整されうる。
【００６４】
具体的には、上述の反応ガス供給工程において、プラズマ非生成領域に主に供給される第２ガスの流量又は水素の含有率の少なくともいずれかを調整することにより、当該領域内におけるウエハ２００の面内方向における水素濃度分布を制御する。そして、この水素濃度分布を制御することにより、ウエハ２００の上方空間で拡散する酸化種の密度分布を調整する。このようにしてウエハ２００の面内方向における密度分布が調整された酸化種がウエハ２００表面に供給される。本実施形態におけるプラズマ非生成領域内における水素濃度分布の制御の仕方は、後述する本実施形態に係る実施例の説明において詳述する。
【００６５】
なお、プラズマ非生成領域における水素の濃度分布は、プラズマ生成領域からの距離、より具体的には、処理室２０１の外周から中央に向かう方向におけるリング状のプラズマが形成された領域からの距離に応じて制御される。
【００６６】
外周領域において形成されたリング状のプラズマにより生成された酸化種は、ウエハ２００の外周から中心方向に向かってウエハ２００の処理面の上方領域（上方空間）で拡散されながらウエハ２００に供給される。本実施形態においては、リング状のプラズマが処理室２０１の内周方向において略均一な密度（強度）で形成され、そのプラズマにより生成される酸化種の密度も、処理室２０１の内周方向においては略均一とみなすことが可能である。したがって、処理室２０１の径方向（すなわちウエハ２００の径方向）におけるプラズマ生成領域からの距離に応じて水素の濃度分布に勾配をつけることによって、処理室２０１の内周方向において酸化種の密度分布を均一としながら、ウエハ２００の面内方向における酸化種の密度分布を任意の分布となるように制御することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、密度分布が制御される酸化種の種類は特に限定されないが、処理室２０１内において電磁界により加速されずに拡散する酸素ラジカルや原子状酸素（Ｏ）の密度分布を制御するのに本実施形態は好適である。
【００６８】
その後、所定の処理時間、例えば１０〜９００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，２５３ｂ，２５３ｄ，２５３ｅを閉めて、第１ガス及び第２ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、プラズマ処理工程Ｓ１４０が終了する。
【００６９】
（真空排気工程Ｓ１５０）
第１ガス及び第２ガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１を介して処理室２０１内を真空排気する。これにより、処理室２０１内のＯ2ガスやＨ2ガス、これらガスの反応により発生した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣバルブ２４２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と同じ圧力に調整する。
【００７０】
（基板搬出工程Ｓ１６０）
その後、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、ウエハ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、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
【００７１】
（３）雰囲気中の水素濃度とプラズマからの距離と酸化種密度（酸化種濃度）との関係
図５は、ウエハ２００上に生成されるプラズマを説明するための図である。上述のように、本実施形態に係るプラズマ生成部により生成されるプラズマは、共振コイル２１２に近い処理室２０１内の外周領域において、ウエハ２００の外縁又はその外側の上方にリング状に形成される。この場合、ウエハ２００の外周領域においてプラズマ密度（強度）が高くなり、ウエハ２００が載置されている中央領域においてプラズマ密度が低くなるか、又は実質的に０となる。すなわち、プラズマの密度分布が、プラズマ生成空間２０１ａ内のウエハ２００の面方向において不均一となる。具体的には、外周領域におけるプラズマの密度が、中央領域におけるプラズマの密度よりも高くなるようにプラズマが形成される。
【００７２】
そして、プラズマが形成されるウエハ２００の外周領域において酸化種が生成され、中央領域において拡散されてウエハ２００に到達し、成膜に寄与する。
【００７３】
酸化種の発生源であるリング状のプラズマＰはウエハ２００の外周領域に偏っており、酸化種が拡散する過程において雰囲気中の水素（本実施形態ではＨ2ガス）と反応して徐々に失活していく。したがって、酸化種の密度はプラズマＰからの距離に応じて減少していく傾向となる。
【００７４】
＜比較例＞
図６は、酸化種が拡散するウエハ２００の上方空間内（例えば中央領域内）における水素濃度分布を一様にした場合（比較例）における、プラズマからの距離と酸化種の密度との関係を示す図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）におけるプラズマＰ１とプラズマＰ２はそれぞれ、図５に示されているように、ウエハ２００の中心を挟んで互いに対向する位置に生成されたプラズマＰの一部である。
【００７５】
比較例においては、図６（Ａ）に示されているように、プラズマＰ１により生成される酸化種の密度は、ウエハ２００の上方において、プラズマＰ１からの距離に従って凸の曲線形状に減少（減衰）する。また、図６（Ｂ）に示されるように、プラズマＰ１と対向する側のプラズマＰ２により生成される酸化種の密度も同様に、ウエハ２００の上方において、プラズマＰ２からの距離に従って凸の曲線形状に減少する。ウエハ２００の外縁又はその外側の上方に形成されるリング状のプラズマＰにより生成されて拡散するウエハ２００の上方における酸化種の密度の分布は、図６（Ｃ）に示されているように、図６（Ａ）と図６（Ｂ）の酸化種の密度分布が足し合された結果となる。つまり、ウエハ２００の中央上方において酸化種密度が高くなるため、ウエハ２００の面内中央に対して相対的により多くの酸化種が供給されることとなり、結果として、ウエハ２００上に凸形状に酸化膜が形成される。つまり、酸化種が拡散するウエハ２００の上方空間内の雰囲気中の水素濃度を均一とすると、酸化種の密度分布がウエハの面内方向において不均一となることがある。
【００７６】
＜本実施形態に係る実施例＞
一方、本実施形態における基板処理装置１００によれば、処理室２０１内の水素の濃度分布を以下のように制御することにより、ウエハ２００の面方向に不均一なプラズマによって生成された酸化種の密度分布がウエハの面内方向において均一になるようにすることができる。
【００７７】
ここで、図７は、酸化種が拡散する空間内の雰囲気中の水素濃度の分布を一様に５％にした場合と、水素濃度の分布を一様に２０％にした場合における、のプラズマからの距離と、このプラズマにより生成される酸化種の密度との関係を示す図である。
【００７８】
図７に示されているように、雰囲気中の水素濃度の分布を一様に５％とした場合、プラズマからの距離に対する酸化種の密度の減少の度合いは比較的小さく、酸化種の密度分布は傾斜の小さい緩やかな曲線となる傾向がある。一方、雰囲気中の水素濃度を更に高くして、その分布を一様に２０％とした場合、プラズマからの距離が大きくなるほど酸化種の密度の減少の度合いは大きくなり、酸化種の密度分布は傾斜の大きい、上に凸の曲線形状となる傾向がある。
【００７９】
また、図８は、酸化種が拡散する空間内の水素濃度分布をプラズマからの距離に応じて調整することにより、酸化種の密度分布を制御する例を示す図である。図８における破線は、酸化種が拡散する空間内の水素濃度を一様に１０％とした場合（調整前）の酸化種の密度とプラズマからの距離との関係を示している。また実線は、酸化種が拡散する空間内の水素濃度の分布を破線の場合（調整前）から調整した場合（調整後）における、酸化種の密度とプラズマからの距離との関係を示している。破線で示される調整前の例では、プラズマからの距離に対する酸化種の密度分布が上に凸な曲線状となる。
【００８０】
ここで、図７を用いて上述したように、プラズマからの距離に対して酸化種の密度が減少する度合いは、水素濃度が高い空間においては、低い空間における場合よりも相対的に大きくなる。そこで、実線で示される調整後の例では、酸化種が拡散する空間内の特定の領域に対して、水素濃度調整ガスである水素濃度の異なる他のガスを供給することにより、酸化種の密度分布がプラズマからの距離に対して直線状（線形）になるように調整する。
【００８１】
より具体的には、この調整後の例では、酸化種が拡散する空間内に配置されたウエハ２００の中心付近の上方空間（以下、ウエハ中心上方空間と称する）に対して、局所的に水素濃度調整ガスとして水素濃度が２０％のガスを供給する。これにより、ウエハ中心上方空間における水素濃度を局所的に増加させるとともに、ウエハ中心上方空間から離れるにしたがって水素濃度が低くなるように水素濃度の分布に勾配を付ける。そして、プラズマからの距離に対する酸化種の密度分布が直線状（線形）になるように、ウエハ中心上方空間における水素濃度や、ウエハ中心上方空間から離れるにしたがって変化する水素濃度の勾配が調整される。これらの調整は、たとえば水素濃度調整ガスの水素濃度および流量の少なくとも一方を制御することにより行うことができる。
【００８２】
以下、本実施形態における基板処理装置１００の装置形態に即して本実施例をより具体的に説明する。
【００８３】
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、本実施形態における基板処理装置１００を用いて、処理室２０１内における水素濃度分布を調整した場合のプラズマからの距離と酸化種密度との関係を示す図である。本実施例では、上述した基板処理工程における反応ガス供給工程Ｓ１３０において、外周領域に供給される酸化種源ガスとしての第１ガス中の水素含有比率を１０％、中央領域に供給される水素濃度調整ガスとしての第２ガス中の水素含有比率を２０％とした。
【００８４】
ここで、第２ガスはガス供給リング３００に設けられたガス吹出孔３０３の直下の空間に対して供給される。当該直下の空間は上述したウエハ中心上方空間に相当するものとして考えることができる。すなわち、本実施例では、第１ガスよりも水素含有比率の高い第２ガスを局所的に供給することによって、当該直下の空間における水素濃度を局所的に増加させる。また、当該直下の空間から離れるにしたがって水素濃度が低くなるように（すなわち第１ガスの水素濃度である１０％に近づいていくように）水素濃度の分布に勾配を付ける。
【００８５】
これらの水素濃度分布の調整は、主に第２ガスの流量および水素含有比率の少なくとも一方を制御することにより行うことができる。また、第２ガスの流量や水素含有比率に加えて、第１ガスの流量および水素含有比率の少なくとも一方を制御することにより調整を行うことが望ましい。また、第１ガスおよび第２ガスの少なくとも一方の供給流速や供給方向を調整することにより調整を行うこともできる。
【００８６】
図９（Ａ）に示されているように、本実施例では、プラズマＰ１により生成された酸化種の密度分布が、ウエハ２００の上方において、プラズマＰ１からの距離が大きくなるにつれて直線状に減衰するように、水素濃度分布の調整が行われる。また、図９（Ｂ）に示されるように、本実施例では、プラズマＰ１と対向する側のプラズマＰ２により生成された酸化種の密度分布がウエハ２００上方において、プラズマＰ２からの距離が大きくなるにつれて直線状に減衰するように、水素濃度分布の調整が行われる。図９（Ｃ）に示されているように、プラズマＰ１とプラズマＰ２を含むリング状のプラズマＰにより生成される酸化種のウエハ２００の上方における密度分布は、図９（Ａ）と図９（Ｂ）の酸化種の密度分布が足し合された結果となる。したがって、リング状のプラズマＰにより生成される酸化種のウエハ２００の上方における密度分布は、ウエハ２００の面内方向において平らで均一となり、ウエハ２００の処理面に対して面内方向で均一となるように酸化種が供給される。すなわち、ウエハ２００上に面内均一性のよい酸化膜を形成することができる。
【００８７】
このように、上述した基板処理装置１００を用いて、酸化種密度の減衰特性が線形となるように、処理室２０１中央（ウエハ２００中央）付近における第２ガス中の水素濃度を高くする。つまり、中央領域に供給される第２ガス中の水素濃度を、外周領域に供給される第１ガス中の水素濃度よりも高くして処理室２０１内における水素濃度分布を調整して水素濃度分布に勾配をつけることにより、ウエハの面内方向に均一な膜を形成することが可能となる。
【００８８】
すなわち、処理室２０１内の第１ガスと第２ガスの供給流量や混合比、水素の含有率等を調整することで、処理室２０１内の水素濃度の分布を調整することができる。すなわち、処理室２０１内の水素の濃度分布を調整することで、ウエハ２００に供給される酸化種の密度分布（濃度分布）を任意の分布となるように制御することが可能となる。
【００８９】
＜本開示の他の実施形態＞
上述の実施形態では、処理室２０１内の水素濃度分布を調整することで、ウエハ２００の上方における酸化種の密度分布をウエハ２００の面内方向において均一になるように制御する例について説明した。しかしこれに限らず、上述した基板処理装置１００及び基板処理工程によりウエハ２００の上方における酸化種の密度分布が、ウエハ２００の面内方向において中央凸形状となるように処理室２０１内の水素の濃度分布を制御することもできる。また、ウエハ２００の上方における酸化種の密度分布が、ウエハ２００の面内方向において中央凹形状となるように処理室２０１内の水素の濃度分布を制御することもできる。すなわち、本開示の技術によれば、ウエハ２００の処理面に対して供給される酸化種の面内分布を、均一な分布、中央凸状分布、中央凹状分布、等の任意の分布となるよう制御することが可能となる。
【００９０】
また、上述の実施形態では、第２ガス中の水素の含有率を第１ガス中の水素の含有率よりも高くする例について説明したが、これに限らず、第２ガス中の水素含有率を第１ガス中の水素含有率よりも低くなるように制御してもよい。これにより、処理室２０１内の中央領域の水素濃度を外周領域に比べて低くして、中央領域の酸化種の減衰を抑制するように酸化種の密度分布を調整することも可能となる。つまり、ウエハ２００の面内方向における酸化種の密度分布を、均一な分布を中央凸分布とする、又は中央凹分布を均一な分布に近づけるように処理室内の水素濃度分布を調整することができる。第１ガスと第２ガスとの水素の含有率が異なるように制御することにより、酸化種の密度分布を制御することが可能となる。
【００９１】
また、上述の実施形態では、処理室２０１内のプラズマ生成領域とプラズマ非生成領域のそれぞれに酸化種源ガスとしての第１ガスと水素濃度調整ガスとしての第２ガスを供給して、処理室２０１内の水素濃度分布を調整する例について説明した。しかし本開示における技術は、これに限らず、プラズマ生成空間内のプラズマ密度が不均一である（すなわち偏りがある）場合に好適に用いることができる。このような場合においては、プラズマ密度の偏りに起因して、プラズマにより生成される酸化種の密度分布にも偏りが生じるため、処理室内における酸化種の密度分布を所望の分布（特にウエハの面内方向において均一な分布）に調整することが求められる。そこで、本開示における技術によれば、処理室内のプラズマ密度の分布に応じて、酸化種源ガスとは別に水素濃度調整ガスを処理室内に個別に供給し、処理室内の水素濃度分布を調整することで、酸化種の密度分布を所望の分布となるように制御することができる。
【００９２】
また、上述の実施形態では、プラズマを用いて基板表面に対して酸化処理を行う例について説明したが、これらの処理に限らず、プラズマを用いて基板に対して処理を施すあらゆる技術に適用することができる。例えば、プラズマを用いて行う基板表面に形成された膜に対する改質処理やドーピング処理、酸化膜の還元処理、当該膜に対するエッチング処理、レジストのアッシング処理、等に適用することができる。
【００９３】
また、上述の実施形態では、処理室２０１の外周領域の他に中央領域に水素濃度調整ガスを供給する１つのガス供給部を設ける例について説明したが、これに限らず、処理室２０１の中央領域に対して水素濃度調整ガスを供給する複数のガス供給部を設け、供給される水素濃度調整ガスの流量及びガス混合比（水素含有比率）の少なくとも一方を個別に制御するようにしてもよい。これにより、中央領域内における水素濃度分布をより細かく（制御性良く）調整することができる。
【００９４】
また、プラズマが円周方向に均一に形成されない場合には、円周方向における酸化種密度の偏りを補正するように、円周方向の特定の位置に対して水素濃度調整ガスを供給するガス供給部を更に設けるようにしてもよい。
【００９５】
また、上述の実施形態では、処理室２０１の外周領域の他に中央領域に１つのリング形状のガスノズルを設けることにより、水素の濃度分布を調整する例について説明したが、これに限らず、他の種々の形状のノズルを１又は複数設けるようにしてもよい。
【００９６】
また、上述の実施形態では、第１ガスと第２ガスを同時供給する例を用いて説明したが、これに限らず、異なるタイミングで供給してもよい。
【００９７】
また、上述の実施形態では、ＩＣＰ方式の基板処理装置を用いる例について説明したが、これに限らず、例えばＭＭＴ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  Ｔｙｐｅｄ）方式の基板処理装置等に適用することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１００    基板処理装置
２００    ウエハ
２０１    処理室
２２１    コントローラ
【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】
2020188744.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020188744.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年7月30日(2021.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理室内に収容する工程と、
前記処理室内に酸素を含有する第１ガスを供給する工程と、
前記第１ガスを励起して前記処理室内にプラズマを生成する工程と、
前記処理室内に水素を含有する第２ガスを供給し、前記プラズマの前記処理室内における密度分布に応じて前記処理室内における水素の濃度分布を調整する工程と、
前記プラズマにより生成された酸化種により前記基板を処理する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記プラズマを生成する工程では、前記プラズマは、前記プラズマの前記処理室内における密度分布が前記基板の面方向において不均一となるように生成される請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１ガスを供給する工程では、前記第１ガスは、処理室内の第１の領域に供給され、
前記処理室内における水素の濃度分布を調整する工程では、前記第２ガスは、前記基板の処理面の上方領域であって、且つ前記第１の領域とは前記基板の面方向において異なる領域である第２の領域に供給される請求項1又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１ガスを供給する工程では、前記第１ガスは前記プラズマが生成されるプラズマ生成領域に供給され、
前記処理室内における水素の濃度分布を調整する工程では、前記第２ガスは前記プラズマが生成されないプラズマ非生成領域に供給される請求項1又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記プラズマ非生成領域における水素の濃度分布は、前記プラズマ生成領域からの距離に応じて調整される請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２ガスの供給流量を調整することにより、前記処理室内における水素の濃度分布を制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２ガスの水素の含有率を調整することにより、前記処理室内における水素の濃度分布を制御する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記処理室内の空間は、前記処理室の内壁に沿った外周領域と、前記外周領域に囲まれた中央領域を有し、前記外周領域における前記プラズマの密度が、前記中央領域における前記プラズマの密度よりも高くなるように前記プラズマが生成される請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記外周領域には前記処理室の内壁に沿ったリング状のプラズマが生成される請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記処理室内における水素の濃度分布を調整する工程では、前記基板に供給される前記酸化種の密度分布が、前記基板の面上において面方向に均一となるように前記処理室内における水素の濃度分布が調整される請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１ガスは酸素ガスと水素ガスの混合ガスである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２ガスは酸素ガスと水素ガスの混合ガスである請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１ガスの水素含有率は、前記第２ガスの水素含有率と異なる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に酸素を含有する第１ガスを供給する第１ガス供給系と、
前記処理室内に水素を含有し、前記第１ガスとは水素の含有率が異なる第２ガスを供給する第２ガス供給系と、
前記処理室内のガスを励起するプラズマ生成部と、を有し、
前記第１ガス供給系は、プラズマが第１のプラズマ密度で生成される前記処理室内の第１の領域に前記第１ガスを供給するように構成され、
前記第２ガス供給系は、前記プラズマが前記第１のプラズマ密度よりも低い第２のプラズマ密度で生成される前記処理室内の第２の領域に前記第２ガスを供給するよう構成された、
基板処理装置。
【請求項１５】
前記第２の領域は、前記基板の処理面の上方領域であって、且つ前記第１の領域とは前記基板の面方向において異なる領域である請求項１４記載の基板処理装置。
【請求項１６】
前記第２の領域は、前記プラズマが生成されない領域である請求項１４又は１５記載の基板処理装置。
【請求項１７】
基板を基板処理装置の処理室内に収容する手順と、
前記処理室内に酸素を含有する第１ガスを供給する手順と、
前記第１ガスを励起して前記処理室内にプラズマを生成する手順と、
前記処理室内に水素を含有する第２ガスを供給し、前記プラズマの前記処理室内における密度分布に応じて前記処理室内における水素の濃度分布を調整する手順と、
前記プラズマにより生成された酸化種により前記基板を処理する手順と、
をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
【国際調査報告】
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