JP6906490B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

半導体装置を製造する半導体製造装置においては、生産性の向上が求められている。それを実現するために、基板を均一に処理して歩留まりを向上させている。

基板を処理する方法として、プラズマを用いる方法がある。プラズマは高いエネルギーを有し、例えば基板上の膜や前駆体と反応させる場合に用いる。プラズマを使用する装置としては、特許文献１に記載の装置がある。

これらの装置では、様々な制約から、基板の径方向に対して供給されるラジカルの量を制御することが求められている。そこで本発明では、プラズマを供給して処理する装置において、基板の径方向に対して供給されるラジカルの量を制御可能な技術を提供することを目的とする。

特開２０１５−１４４２２５

上記課題を解決するための本発明の一態様は、基板を処理する処理室と、前記処理室で基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部の基板支持面と対向する前記処理室の壁に設けられた複数の反応ガス供給孔と、前記処理室に固定され、前記反応ガス供給孔のそれぞれに連通する反応ガス供給管と、前記反応ガス供給管の上流に設けられたプラズマ生成部とを有する複数の反応ガス供給部と、前記プラズマ生成部に接続され、複数の前記プラズマ生成部を個別に制御するプラズマ制御部とを有する技術である。

本発明に係る技術によれば、プラズマを供給して処理する装置において、基板の径方向に対して供給されるラジカルの量を制御可能な技術を提供できる。

基板処理装置を説明する説明図である。 第一ガス供給部を説明する説明図である。 第二ガス供給部を説明する説明図である。 基板処理装置のコントローラを説明する説明図である。 基板処理フローを説明する説明図である。

図1を用いて、プラズマを供給して基板を処理する基板処理装置２００の一例について説明する。

（チャンバ）
基板処理装置２００はチャンバ２０２を有する。チャンバ２０２は、例えば横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、チャンバ２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。チャンバ２０２内には、基板としてのシリコンウエハ等の基板１００を処理する処理空間２０５と、基板１００を処理空間２０５に搬送する際に基板１００が通過する搬送空間２０６とが形成されている。チャンバ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２０８が設けられる。

下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９に隣接した基板搬入出口１４８が設けられており、基板１００は基板搬入出口１４８を介して図示しない真空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。

処理空間２０５を構成する処理室２０１は、例えば後述する基板載置台２１２とシャワーヘッド２３０とで構成される。処理空間２０５内には、基板１００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、基板１００を載置する基板載置面２１１と、基板載置面２１１を表面に持つ基板載置台２１２、基板載置台２１２に内包された加熱源としてのヒータ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。ヒータ２１３には、ヒータ２１３の温度を制御する温度制御部２２０が接続される。

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の支持部はチャンバ２０２の底壁に設けられた穴を貫通しており、更には支持板２１６を介してチャンバ２０２の外部で昇降回転部２１８に接続されている。昇降回転部２１８を作動させてシャフト２１７及び基板載置台２１２を昇降させることにより、基板載置面２１１上に載置される基板１００を昇降させることが可能である。さらには、昇降回転部２１８を作動させて、基板載置台２１２を回転させることが可能である。なお、シャフト２１７下端部の周囲はベローズ２１９により覆われている。チャンバ２０２内は気密に保持されている。

昇降回転部２１８はシャフト２１７を支持する支持軸２１８ａと、支持軸２１８ａを昇降させたり回転させたりする作動部２１８ｂを主に有する。作動部２１８ｂは、例えば昇降を実現するためのモータを含む昇降部２１８ｃと、支持軸２１８ａを回転させるための歯車等の回転機構２１８ｄを有する。これらには、動作を円滑にするようにグリス等が塗布されている。

昇降回転部２１８には、昇降回転部２１８の一部として、作動部２１８ｂに昇降・回転指示するための指示部２１８ｅを設けても良い。指示部２１８ｅはコントローラ４００に電気的に接続される。指示部２１８ｅはコントローラ４００の指示に基づいて、作動部２１８ｂを制御する。作動部２１８は、後述するように、基板載置台２１２が、ウエハ搬送ポジションやウエハ処理ポジションの位置に移動するよう、制御する。

基板載置台２１２は、基板１００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口１４８に対向する位置まで下降し、基板１００の処理時には、図１で示されるように、基板１００が処理空間２０５内の処理位置となるまで上昇する。

処理空間２０５の上部（上流側）には、シャワーヘッド２３０が設けられている。
シャワーヘッド２３０は、蓋２３１を有する。蓋２３１はフランジ２３２を有し、フランジ２３２は上部容器２０２ａ上に支持される。更に、蓋２３１は位置決め部２３３を有する。位置決め部２３３が上部容器２０２ａに勘合されることで、蓋２３１が固定される。

シャワーヘッド２３０は、バッファ空間２３４を有する。バッファ空間２３４は、蓋２３１と位置決め部２３２で構成される空間をいう。バッファ空間２３４と処理空間２０５は連通している。バッファ空間２３４に供給されたガスはバッファ空間２３４で拡散し、処理空間２０５に均一に供給される。ここではバッファ空間２３４と処理空間２０５を別の構成として説明したが、それに限るものではなく、バッファ空間２３４を処理空間２０５に含めてもよい。

（供給部）
蓋２３１には、原料ガスまたはパージガスが供給される第一ガス供給孔２３５と、反応ガスが供給される第二ガス供給孔２３６が設けられる。後述するように、反応ガスは原料ガスと反応するガスである。基板１００のエッジに供給可能なよう、第二ガス供給孔２３６は径方向に複数設けられる。第二ガス供給孔２３６は反応ガス供給孔とも呼ぶ。

第一ガス供給孔２３５には、第一ガス供給部２４０の一部である共通ガス供給管２４１と連通するように構成される。共通ガス供給管２４１は天井２３１に固定される。

それぞれの第二ガス供給孔２３６には、第二ガス供給部２６０の一部である反応ガス供給管２６１と連通するように構成される。反応ガス供給管２６１は天井２３１に固定される。

図1に記載の「Ａ」は図２に記載の「Ａ」と連通する。また、「Ｂ」は図３に記載の「Ｂ」と連通する。

少なくとも第二ガス供給孔２３６の中心軸は、基板１００の中心軸と同軸とならないよう構成される。両者の中心軸をずらし、且つ基板１００を回転させることで、プラズマ状の反応ガスが基板１００表面に偏りなく供給可能となる。

（第一ガス供給部）
続いて、図２を用いて第一ガス供給部２４０の詳細を説明する。共通ガス供給管２４１には、第一ガス供給管２４３、パージガス供給管２４９が接続されている。

第一ガス供給管２４３からは第一元素含有ガスが主に供給され、パージガス供給管２４９からはパージガスが供給される。

（原料ガス供給部２４２）
共通ガス供給管２４１には、第一ガス供給管２４３が接続される。第一ガス供給管２４３には、上流方向から順に、第一ガス供給源２４４、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４５、及び開閉弁であるバルブ２４６が設けられている。

第一ガス供給管２４３から共通ガス供給管２４１を介して、第一元素を含有するガス（以下、「第一元素含有ガス」）が、マスフローコントローラ２４５、バルブ２４６、共通ガス供給管２４１を介してシャワーヘッド２３０に供給される。

第一元素含有ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。ここで、第一元素は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。すなわち、第一元素含有ガスは、例えばシリコン含有ガスである。具体的には、シリコン含有ガスとして、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２。ＤＣＳとも呼ぶ。）ガスが用いられる。

第一元素含有ガスが常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源２４４とＭＦＣ２４５との間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは気体として説明する。

主に、第一ガス供給管２４３、ＭＦＣ２４５、バルブ２４６により、第一元素含有ガス供給系２４２（シリコン含有ガス供給系ともいう）が構成される。

更には、第一ガス供給源２４４を、第一元素含有ガス供給系２４２に含めて考えてもよい。

（パージガス供給部）
共通ガス供給管２４１と第一ガス供給管２４３の合流部２４７には、パージガス供給部２４８の一部であるパージガス供給管２４９の下流端が接続されている。パージガス供給管２４９には、上流方向から順に、パージガス供給源２５０、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２５１、及び開閉弁であるバルブ２５２が設けられている。

パージガスは、後述するパージ工程にて、処理空間２０５の雰囲気をパージするものである。例えば窒素ガスが用いられる。

主に、パージガス供給管２４９、ＭＦＣ２５１、バルブ２５２によりパージガス供給部２４８が構成される。

更には、パージガス供給源２５０を、パージガス供給部２４８に含めて考えてもよい。

（第二ガス供給部）
続いて図３を用いて、第二ガス供給部２６０を説明する。
それぞれの反応ガス供給管２６１には、上流方向から順に、反応ガス供給源２６２、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２６３、プラズマ生成部であるリモートプラズマユニット（ＲＰＵ）２６５、バルブ２６６が設けられる。

そして、反応ガス供給管２６１からは、反応ガスが、ＭＦＣ２６３、ＲＰＵ２６５を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。反応ガスはＲＰＵ２６５によりプラズマ状態とされる。ＲＰＵ２６５はプラズマ制御部２６４により制御される。

それぞれのＲＰＵ２６５は個別に制御可能である。制御方法としては、例えば一つのＲＰＵに対応した一つのプラズマ制御部２６４を設ける構成とし、それぞれのプラズマ制御部が対応するＲＰＵ２６５を制御してもよい。また、複数のＲＰＵ２６５に対して、一つのプラズマ制御部２６４を接続し、プラズマ制御部２６４がそれぞれのＲＰＵ２６５を個別に制御してもよい。

ＲＰＵ２６５の制御としては、例えばＲＰＵ２６５に供給するパワーを制御する。パワーを制御することで、生成されるラジカルの量を調整する。例えば高パワーを供給すると多くのラジカルが生成され、低パワーを供給すると少量のラジカルが生成される。

反応ガスは、処理ガスの一つであり、例えば窒素含有ガスである。窒素含有ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスが用いられる。

バルブ２６６よりも下流側の合流部２６７には、不活性ガス供給管２６８の下流端が接続される。不活性ガス供給管２６８には、上流方向から順に、不活性ガス供給源２６９、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２７０、及び開閉弁であるバルブ２７１が設けられている。そして、不活性ガス供給管２６８からは、不活性ガスが、ＭＦＣ２７０、バルブ２７１、反応ガス供給管２６１を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。不活性ガスは、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスである。

本実施形態においては、特許文献１に記載の分散板が存在しないので、シャワーヘッド２３０内で失活することなく、基板１００上に供給される。

不活性ガス供給管２６８から供給される不活性ガスは、反応ガス供給管２６１に原料ガスやパージガスが侵入しないよう、ガスカーテンの役割を有する。

ＲＰＵ２６５と合流部２６７の間には、合流部２７２、バルブ２６６が設けられる。合流部２７２には、バイパス管２７３が接続される。バイパス管２７３には、バルブ２７４が設けられ、更にプラズマモニタ部２７５が設けられる。バイパス管２６７の下流は、後述する排気管２８１に接続され、バイパス管２７３中の雰囲気を排気可能なよう構成している。

主に、反応ガス供給管２６１、ＭＦＣ２６３、バルブ２６４、ＲＰＵ２６５、不活性ガス供給管２６８、ＭＦＣ２６９、バルブ２７１、バイパス管２７３、バルブ２７４で第二ガス供給部２６０が構成される。なお、第二ガス供給部２６０は、反応ガスを供給する構成であるので、反応ガス供給部とも呼ぶ。

また、反応ガス供給源２６２、不活性ガス供給源２６９、プラズマモニタ部２７５を第二ガス供給部２６０に含めてもよい。

第二ガス供給部２６０においては、バルブ２６６を第一のバルブ、バルブ２７１を第二のバルブ、バルブ２７４を第三のバルブとも呼ぶ。

ここで、プラズマ生成に関する比較例として、処理室の天井でプラズマを生成する構造について説明する。具体的には、処理室の天井に電極等のプラズマ生成部を埋め込むと共に、それに隣接して供給孔と兼ねたプラズマ生成室を形成し、ガスが天井を通過する際にプラズマを生成する構造である。このような構造では、プラズマを生成した際にプラズマ生成室の壁をエッチングする恐れがあり、そうなると基板に被エッチング物が付着することが懸念される。複数のプラズマ生成室を天井に設ける構造の場合、プラズマ生成室の数に応じて被エッチング物が増加するため、歩留まりの低下が著しい。

さらにプラズマを供給する方法に関する比較例として、例えば特許文献１のように一つのプラズマ生成部を用い、生成されたプラズマをガスガイドおよび分散板を用いて分散させ、供給する方法がある。

特許文献１の場合、プラズマ生成部と基板との距離が遠いために被エッチング物の影響を受けにくいが、プラズマがガスガイドや分散板に衝突して失活することが考えられる。その結果ラジカル量が少なくなるため、反応不足等により所望の膜を形成できない恐れがある。

特に、プラズマがガスガイドの先端に向かうほど失活量が多くなるので、基板の外周では基板中央に比べてプラズマの量が少なくなる。すなわち、基板全体でラジカルが少なくなることに加え、基板中央と基板外周とではラジカルの量が異なる。したがって、基板中央と基板外周とで処理がばらついてしまう。

以上説明したように、本実施形態では、処理室２０１の外側にプラズマ生成部であるＲＰＵ２６５を複数設けているので、比較例に比べて失活せずに基板の径方向にラジカル量を制御できる。

（排気部）
図１に戻って説明する。処理室２０１の雰囲気を排気する排気部２８０は、処理空間２０５に連通する排気管２８１を有する。排気管２８１には、処理空間２０５内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８２、処理空間２０５の圧力を計測する圧力検出部２８３が設けられる。ＡＰＣ２８２は開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、後述するコントローラ４００からの指示に応じて排気管２８１のコンダクタンスを調整する。また、排気管２８１においてＡＰＣ２８２の上流側にはバルブ２８４が設けられる。さらに、ＡＰＣ２８２の下流には、バイパス管２７３が接続される。排気管２８１とバルブ２８４、ＡＰＣ２８２、圧力検出部２８３をまとめて排気部２８０と呼ぶ。

排気管２８１の下流側には、ポンプ２８５が設けられる。ポンプ２８５は、排気管２８１を介して、処理室２０１内の雰囲気や、バイパス管２７３内の雰囲気を排気する。

（コントローラ）
基板処理装置２００は、基板処理装置２００の各部の動作を制御するコントローラ４００を有している。コントローラ４００は、図４に記載のように、演算部（ＣＰＵ）４０１、一時記憶部４０２、記憶部４０３、送受信部４０４を少なくとも有する。コントローラ４００は、送受信部４０４を介して基板処理装置２００の各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部４０２からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。なお、コントローラ４００は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）４１２を用意し、外部記憶装置４１２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により、本実施形態に係るコントローラ４００を構成できる。また、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４１２を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用いても良いし、上位装置４２０から送受信部４１１を介して情報を受信し、外部記憶装置４１２を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。また、キーボードやタッチパネル等の入出力装置４１３を用いて、コントローラ４００に指示をしても良い。

なお、記憶部４０２や外部記憶装置４１２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、記憶部４０２単体のみを含む場合、外部記憶装置４１２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。

（基板処理工程）
図５を用いて基板処理装置２００を用いた基板処理工程について説明する。本基板処理工程を行うことで、基板上に薄膜を形成する。なお、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４００により制御される。

（プラズマ生成部調整工程）
プラズマ生成部調整工程を説明する。図５においては、本工程の説明を省略する。プラズマ生成部調整工程では、それぞれのＲＰＵ２６５に供給するパワーを、様々な制約に対応可能なよう調整する。

ここで、制約の例を説明する。一つは基板処理装置の個体差の問題である。個体差は、例えばプラズマ供給の均一性に関連する。それぞれのＭＦＣ２６３を同様に調整したとしても、各基板処理装置では基板面内に対するプラズマの供給量にばらつきがある場合がある。組み立ての精度や、部品の癖等が原因である。プラズマの供給の均一性とは、例えばラジカルの供給量の均一性である。

本実施形態では個体差を解消すべく、プラズマ供給を均一にするために、あらかじめプラズマの供給量が少ない箇所を特定し、その部分に対応したＲＰＵ２４６に高いパワーを供給するなどして、プラズマの供給量を調整する。個別に調整することで、基板１００に対して均一にプラズマを供給できる。

また、基板の状態も制約の一つである。例えば電極等の金属が形成されている基板を処理する場合、金属への影響を抑える必要がある。また、搬入された基板に形成された膜厚等に偏りがあった場合、その偏りを補正すべく、部分的にラジカル供給量を制御してもよい。近年、多くの品種の膜種を処理するため、種類の異なる基板を一つの基板処理装置で処理することがある。多くの種類の基板処理に対応すべく、基板の種類に応じてプラズマを制御する。

（基板搬入工程）
基板搬入工程を説明する。図５においては、本工程の説明を省略する。基板処理装置２００では基板載置台２１２を基板１００の搬送位置（搬送ポジション）まで下降させることにより、基板載置台２１２の貫通孔２１４にリフトピン２０７を貫通させる。その結果、リフトピン２０７が、基板載置台２１２表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ１４９を開いて搬送空間２０６を真空搬送室（図示せず）と連通させる。そして、この移載室からウエハ移載機（図示せず）を用いて基板１００を搬送空間２０６に搬入し、リフトピン２０７上に基板１００を移載する。これにより、基板１００は、基板載置台２１２の表面から突出したリフトピン２０７上に水平姿勢で支持される。

チャンバ２０２内に基板１００を搬入したら、ウエハ移載機をチャンバ２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ１４９を閉じてチャンバ２０２内を密閉する。その後、基板載置台２１２を上昇させることにより、基板載置面２１１上に基板１００を載置させ、さらに基板載置台２１２を上昇させることにより、前述した処理空間２０５内の処理位置（基板処理ポジション）まで基板１００を上昇させる。

基板１００が搬送空間２０６に搬入された後、バルブ２８４を開き、処理空間２０５とＡＰＣ２８２の間を連通させる。ＡＰＣ２８２は、排気管２６３のコンダクタンスを調整することで、ポンプ２８５による処理空間２０５の排気流量を制御し、処理空間２０５を所定の圧力（例えば１０⁻⁵〜１０⁻¹Ｐａの高真空）に維持する。

また、基板１００を基板載置台２１２の上に載置する際は、基板載置台２１２の内部に埋め込まれたヒータ２１３に電力を供給し、基板１００の表面が所定の温度となるよう制御される。基板１００の温度は、例えば室温以上８００℃以下であり、好ましくは、室温以上であって５００℃以下である。この際、ヒータ２１３の温度は、図示しない温度センサにより検出された温度情報に基づいてコントローラ４００が制御値を抽出し、温度制御部２２０によってヒータ２１３への通電具合を制御することによって調整される。

基板１００を基板処理温度に昇温した後、基板１００を所定温度に保ちつつ加熱処理を伴う以下の基板処理を行う。すなわち、各ガス供給管からチャンバ２０２内に処理ガスを供給し、基板１００を処理する。

以下、第一の処理ガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称ＤＣＳ）ガスを用い、第二の処理ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いて、基板１００上に薄膜としてシリコン窒化膜を形成する例について説明する。ここでは、異なる処理ガスを交互に供給する工程を繰り返す交互供給処理を行う。

（第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２）
続いて、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２を説明する。基板載置台２１２が図１のようにウエハ処理ポジションに移動したら、排気管２８１を介して処理室２０１から雰囲気を排気して、処理室２０１内の圧力を調整する。所定の圧力に調整しつつ、基板１００の温度が所定の温度、例えば５００℃から６００℃に加熱する。

続いて、第一ガス供給部２４０の動作を説明する。
原料ガス供給部２４２では、バルブ２４６を開にすると共に、ＭＦＣ２４５で処理ガスの流量を調整する。パージガス供給部２４８では、バルブ２５２を閉にする。このような動作により、共通ガス供給管２４１から処理室２０１に処理ガス、例えばＤＣＳガスを処理室に供給する。供給されたＤＣＳガスは基板１００上にシリコン含有層を形成する。

第二ガス供給部２６０の動作を説明する。プラズマ制御部２６４はＲＰＵ２６５に電力を供給し、ＲＰＵ２６５内を通過するガスをプラズマ状態とするよう、設定する。さらに、ＭＦＣ２７０で不活性ガスの流量を制御すると共に、バルブ２７１を開とする。このとき、バルブ２６６を閉とし、バルブ２７４を開とする。

このような動作とすることで、第一ガス供給部２４０からは処理ガスが処理空間２０５供給される。さらに、第二ガス供給部２６０からはプラズマ状態の反応ガスが処理空間２０５供給されることなく、不活性ガスが供給される。反応ガスは、バイパス管２７３を介して排気されるので、処理空間２０５に侵入しない。

ここで、本工程が原料ガスを供給する工程であるにも関わらず、ＲＰＵ２６５を稼働する理由について説明する。
本実施形態においては交互供給方法にて基板１００を処理している。交互供給法では、第一の処理ガス供給工程と後述する第二の処理ガス供給工程を交互に行うが、第二の処理ガス供給工程にてプラズマ状の処理ガスを基板に供給する。

枚葉装置では処理室２０５の容量が小さいので、各工程は短時間で切り替えられるが、ＲＰＵ２６５のオン／オフはその切り替えに追従できないことが考えられる。プラズマ生成が安定するまでには時間がかかるため、オン／オフに追従できたとしても、安定したプラズマの供給は追従できない。

そこでＲＰＵ２６５を稼働し続けるが、プラズマ状のガスを本工程にて供給すると、処理室２０１内で処理ガスが反応して気相反応が起きる。この場合、深溝等アスペクト比の高いデバイスパターンに対しては膜を形成できない。

そこで、本実施形態では、ＲＰＵ２６５にガスを供給すると共に、ＲＰＵ２６５を稼働させている。さらには、バルブ２６６を閉とすると共に、バルブ２７４を開として、プラズマ状のガスを、バイパス管２７３を介して排気する。このようにして、安定したプラズマを生成しつつ、生成したプラズマ状のガスを処理室に供給しないようにしている。

また、不活性ガス供給管２６８を介して不活性ガスを処理室２０１に供給することで、ＤＣＳガスが反応ガス供給管２６１に侵入することを防ぐ。侵入を防ぐことで、反応ガスが供給管内で原料ガスと反応ガスとが反応し、副生成物が発生することを防ぐ。

このとき、プラズマモニタ部２７５でプラズマの状態を検出すると共に、コントローラ２８０に検出状態を送信する。コントローラ２８０は、検出された状態を読み込み、所望のプラズマが生成されているかを確認できる。例えば基板処理前にＲＰＵを稼働させ、プラズマの状態を検出し、プラズマ状態が所望の状態であると判断されたら、成膜工程を実施してもよい。

また、プラズマモニタ部２７５で検出した検出値が所望の状態でないとコントローラが判断したら、プラズマ制御部２６４を制御して、正常な状態になるよう制御してもよい。
例えば、ラジカルの量が少ないと判断したら、より多くのパワーをＲＰＵ２６５に供給するよう制御する。

このように、それぞれのバイパス菅２７５でプラズマ状態を検出すると共に、その状態に応じてそれぞれのバイパス菅２７５に対応したＲＰＵ２６５を制御することで、より安定に、基板の径方向に対して供給されるラジカルの量を制御可能とする。

所定時間経過したら、バルブ２４６を閉にして、ＤＣＳガスの供給を停止する。第二の処理ガス供給部２６０においては、引き続きバルブ２７１を開、バルブ２６６を閉、バルブ２７４とする。

（パージ工程Ｓ２０４）
続いて、パージ工程Ｓ２０４を説明する。ＤＣＳガスの供給を停止した後は、パージガス供給管２４９からパージガスを供給し、処理室２０１内の雰囲気のパージを行う。ここでは、バルブ２４６およびバルブ２６６は閉とされると共に、バルブ２５２、バルブ２７１、バルブ２７４を開とする。

処理室２０１は、ＡＰＣ２７６によって処理室２０１の圧力が所定圧力となるように制御される。これにより、第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２で基板１００に結合できなかったＤＣＳガスは、ＤＰ２７８により、排気管２８１を介して処理室２０１から除去される。

パージ工程Ｓ２０４では、基板１００に付着できなかったり、処理室２０１、シャワーヘッドバッファ室２３２で残留したりするＤＣＳガスを排除するために、大量のパージガスを供給して排気効率を高める。

所定時間経過したら、バルブ２５２を閉として、パージ処理を終了する。

（第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６）
続いて、第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６を説明する。処理室２０１のパージが完了したら、続いて、第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６を行う。第二ガス供給部２６０では、バルブ２６６を開、バルブ２７４、バルブ２７１を閉として、ＲＰＵ２６５、シャワーヘッド２３０を介して、処理室２０１内に第二の処理ガスとして第二元素含有ガスであるＮＨ_３ガスを供給する。このとき、ＮＨ_３ガスの流量が所定流量となるように、ＭＦＣ２６３を調整する。ＮＨ_３ガスの供給流量は、例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍである。

バルブ２７１を閉じて反応ガス供給管２６１に不活性ガスが入らないようにすることで、不活性ガスと反応ガスとの衝突を回避でき、プラズマの失活を防ぐ。また、ＲＰＵ２６５を稼働し続けた状態でガスの供給を切り替えるので、安定したプラズマを生成できる。

第一ガス供給部２４０では、バルブ２４６を閉としてＤＣＳガスが処理空間２０５に供給されないようにする。さらに、バルブ２５２を閉として、大量の不活性ガスが供給されないようにする。

ＲＰＵ２６５でプラズマ状態とされたＮＨ_３ガスは、シャワーヘッド２３０を介して、処理室２０１内に供給される。供給されたＮＨ_３ガスは、基板１００上のシリコン含有層と反応する。そして、既に形成されているシリコン含有層がＮＨ_３ガスのプラズマによって改質される。これにより、基板１００上には、例えばシリコン元素および窒素元素を含有する層であるシリコン窒化層（SｉＮ層）が形成されることになる。

ＮＨ_３ガスの供給を開始してから所定時間経過後、バルブ２６６を閉じ、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。ＮＨ_３ガスの供給時間は、例えば２〜２０秒である。

なお、より良くは基板載置台２１０を回転させてもよい。基板載置台２１０と共に基板１００を回転させることで、より均一に基板面内にプラズマを供給できる。さらに、本実施形態のように基板１００の回転軸と供給孔２３６が偏心することで、基板中心部にプラズマが集中することなく、均一に供給できる。

（パージ工程Ｓ２０８）
続いて、パージ工程Ｓ２０８を説明する。ＮＨ_３ガスの供給を停止した後は、上述したパージ工程Ｓ２０４と同様のパージ工程Ｓ２０８を実行する。パージ工程Ｓ２０８における各部の動作は、上述したパージ工程Ｓ２０４と同様であるので、ここでの説明を省略する。

（判定工程Ｓ２１０）
続いて、判定工程Ｓ２１０を説明する。第一の処理ガス供給工程Ｓ２０２、パージ工程Ｓ２０４、第二の処理ガス供給工程Ｓ２０６、パージ工程Ｓ２０８を１サイクルとして、コントローラ４００は、このサイクルを所定回数（ｎサイクル）実施したか否かを判定する。サイクルを所定回数実施すると、基板１００上には、所望膜厚のSｉＮ層が形成される。所定回数実施したとき（Ｓ２１０でＹｅｓの場合）、図５に示す処理を終了する。

（基板搬出工程）
続いて基板搬出工程を説明する。所望の膜厚のSｉＮ層が形成されたら、基板載置台２１２を下降させ、基板１００を搬送ポジションに移動する。その後、ゲートバルブ１４９を開き、アーム（不図示）を用いて基板１００をチャンバ２０２の外へ搬出する。

上述の実施形態では、第二の処理ガス供給工程で均一にラジカルを供給している。そのため、基板１００上に形成された原料の前駆体を均一に改質できるので、膜中の結合度や密度等の組成が均一な層を形成できる。また、それを所定層積層することで、ピンホール等が無い緻密な膜を形成できる。

尚、上述の実施形態では、第一元素含有ガスとしてシリコン含有ガスを用い、第二元素含有ガスとして窒素含有ガスを用いた場合について説明したが、それに限るものではなく、金属含有ガスや酸素含有ガスを用いてもよい。

また、不活性ガスとしてＮ_２ガスを例に説明したが、処理ガスと反応しないガスであればそれに限るものではない。例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。

１００ 基板
２００ 基板処理装置
２６５ プラズマ生成部

Claims (10)

1. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室で基板を支持する基板支持部と、
   前記基板支持部の基板支持面と対向する前記処理室の壁に設けられた複数の反応ガス供給孔と、
   前記処理室に固定され、前記反応ガス供給孔のそれぞれに連通する反応ガス供給管と、
   前記反応ガス供給管の上流に設けられ、反応ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、
   前記プラズマ生成部と前記処理室との間で、前記反応ガス供給管に接続される不活性ガス供給管と、
   前記不活性ガス供給管と前記プラズマ生成部との間で前記反応ガス供給管に接続されるバイパス管と
   を有する複数の反応ガス供給部と、
   前記プラズマ生成部に接続され、複数の前記プラズマ生成部を個別に制御可能なプラズマ制御部と、
   を有する基板処理装置。
2. 前記反応ガス供給管には、前記バイパス管の接続部と前記不活性ガス供給管の合流部の間に第一のバルブが設けられ、
   前記不活性ガス供給管には第二のバルブが設けられ、
   前記バイパス管には第三のバルブが設けられる、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記バイパス管には、プラズマモニタ部が設けられ、前記プラズマモニタ部が検出したプラズマの状態は、前記プラズマ制御部に送信される請求項１または請求項２に記載の基板処理装置。
4. さらに、前記プラズマ制御部を制御可能なコントローラとを有し、
   前記プラズマ生成部には前記プラズマ制御部が接続され、
   前記コントローラは、それぞれの前記プラズマモニタ部で検出した検出値が所望の状態でないと判断したら、所望の状態となるよう、前記プラズマモニタ部に対応した前記プラズマ制御部を制御する請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記基板支持部は、回転可能な構造である請求項１から請求項４のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記反応ガス供給孔は、前記基板の中心と偏心するよう構成される請求項１から請求項５のうち、いずれか一項に記載の基板処理装置。
7. 前記処理室は、前記反応ガスと反応する原料ガスを供給する原料ガス供給部と連通され、
   前記原料ガス供給部から前記原料ガスを供給する際は、前記第二のバルブ、前記第三のバルブを開にすると共に、前記第一のバルブを閉とし、
   前記原料ガス供給部から前記原料ガスを供給せずに、前記反応ガス供給部から反応ガスを供給する際は、前記第二のバルブ、前記第三のバルブを閉にすると共に、前記第一のバルブを開とするよう制御する請求項２に記載の基板処理装置。
8. 前記処理室は、前記処理室の雰囲気をパージするパージガス供給部と連通され、
   前記パージガス供給部からパージガスを供給する際は、
   前記第二のバルブ、前記第三のバルブを開にすると共に、前記第一のバルブを閉とし、
   前記パージガス供給部から前記パージガスを供給せずに、前記反応ガス供給部から反応ガスを供給する際は、前記第二のバルブ、前記第三のバルブを閉にすると共に、前記第一のバルブを開とするよう制御する請求項２または請求項７に記載の基板処理装置。
9. 処理室に基板を搬入して基板支持部に載置する工程と、
   前記基板支持部の基板支持面と対向する前記処理室の壁に設けられた複数の反応ガス供給孔のそれぞれと対応して設けられた前記処理室に固定される反応ガス供給管と、前記反応ガス供給管の上流に設けられ、反応ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部と前記処理室との間で、前記反応ガス供給管に接続される不活性ガス供給管と、前記不活性ガス供給管と前記プラズマ生成部との間で前記反応ガス供給管に接続されるバイパス管とを有する複数の反応ガス供給部から、反応ガスを供給する工程と
   を有する半導体装置の製造方法。
10. 処理室に基板を搬入して基板支持部に載置する手順と、
    前記基板支持部の基板支持面と対向する前記処理室の壁に設けられた複数の反応ガス供給孔のそれぞれと対応して設けられた前記処理室に固定される反応ガス供給管と、前記反応ガス供給管の上流に設けられ、反応ガスをプラズマ状態とするプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部と前記処理室との間で、前記反応ガス供給管に接続される不活性ガス供給管と、前記不活性ガス供給管と前記プラズマ生成部との間で前記反応ガス供給管に接続されるバイパス管とを有する複数の反応ガス供給部から、反応ガスを供給する手順と、
    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。

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