JP6262115B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。

半導体装置の製造においては、被処理体である半導体ウエハ（以下、ウエハと呼ぶ）に対して、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法等の方法によって、各種成膜処理が施される。

近年、ＡＬＤ法を実施する成膜装置として、所謂回転テーブル式の成膜装置の研究開発が進められている。この成膜装置は、真空容器内に回転可能に配置され、複数のウエハが各々載置される、ウエハよりも僅かに大きい径を有する凹部が形成された回転テーブルを有する。そして、この回転テーブルの上方に区画される反応ガスＡの供給領域と、反応ガスＢの供給領域と、これらの供給領域を分離する分離領域とを有している。

また、回転テーブル式の成膜装置では、例えば特許文献１に示すような、プラズマ発生部が搭載されることがある。プラズマ発生部により生成したプラズマを利用して、基板上への各種（機能）膜の成膜処理等が実施される。

特開２０１３−１６１８７４号公報

しかしながら、特許文献１等の基板処理装置を用いた成膜処理においては、ウエハ上のパターンの表面積に依存して、ウエハ面内の成膜量が変動する、所謂、ローディング効果が発生する。

上記課題に対して、ローディング効果の発生を抑制でき、所望の膜質の薄膜を形成できる基板処理方法を提供する。

真空容器と、
前記真空容器内に回転可能に設けられ、表面に基板を載置する基板載置部が形成されている、回転テーブルと、
前記基板の表面に吸着する第１の処理ガスを供給する、第１の処理ガス供給手段と、
前記基板の表面に第１のプラズマ処理用ガス及び第２のプラズマ処理用ガスを各々供給する、第１のプラズマ処理用ガス供給手段及び第２のプラズマ処理用ガス供給手段と、
前記第１の処理ガスと前記第１のプラズマ処理用ガスとを分離する分離ガスを供給する、第１の分離ガス供給手段と、
前記第１の処理ガスと前記第２のプラズマ処理用ガスとを分離する分離ガスを供給する、第２の分離ガス供給手段と、
前記第１のプラズマ処理用ガス及び前記第２のプラズマ処理用ガスを各々プラズマ化する、同一の平面形状を有するアンテナを備えた第１のプラズマ発生手段及び第２のプラズマ発生手段と、
を有し、
前記第１の処理ガス供給手段から、前記回転テーブルの回転方向において、第１の分離ガス供給手段、第１のプラズマ処理用ガス供給手段、第２のプラズマ処理用ガス供給手段、第２の分離ガス供給手段とがこの順番に設けられた基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
前記基板に、前記第１の処理ガスを供給する工程と、
前記第１の処理ガスが供給された前記基板に、前記分離ガスを供給する工程と、
前記分離ガスが供給された前記基板に、前記第１のプラズマ発生手段と前記回転テーブルとの間の距離が第１の距離の状態で、前記第１のプラズマ処理用ガスを供給する工程と、
前記第１のプラズマ処理用ガスが供給された前記基板に、前記第２のプラズマ発生手段と前記回転テーブルとの間の距離が前記第１の距離より小さい第２の距離の状態で、前記第１のプラズマ発生手段のアンテナと同一の平面形状を有するアンテナを用いて、前記第２のプラズマ処理用ガスをプラズマ化して供給する工程と、
前記第２のプラズマ処理用ガスが供給された前記基板に、前記分離ガスを供給する工程と、
を有する、基板処理方法が提供される。

また、他の一態様として、処理室内に設けられた基板に、シリコン含有ガスを供給して前記基板の表面に前記シリコン含有ガスを吸着させる工程と、
前記シリコン含有ガスが吸着した前記基板に、アンモニアガス及び水素ガスを含む第１のプラズマ処理用ガスから生成された第１のプラズマを用いて第１のプラズマ処理を施し、前記基板の表面にＮＨを吸着させ、該ＮＨにＳｉを吸着させ、終端をＨとする工程と、
該第１のプラズマ処理が施された前記基板に、水素ガスを含まず、アンモニアガスを含む第２のプラズマ処理用ガスから生成された第２のプラズマを用いて第２のプラズマ処理を施し、終端をＮＨ _２ とし、前記シリコン含有ガスの吸着サイトを形成する工程と、を含む基板処理方法が提供される。

ローディング効果の発生を抑制でき、所望の膜質の薄膜を形成できる基板処理方法を提供できる。

本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略縦断面図である。 本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略平面図である。 本実施形態に係る基板処理装置の回転テーブルの同心円に沿った断面図である 本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の縦断面図である。 本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の分解斜視図である。 本実施形態に係るプラズマ発生部に設けられる筐体の一例の斜視図である。 本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の平面図である。 本実施形態に係るプラズマ発生部に設けられるファラデーシールドの一部を示す斜視図である。 本実施形態に係る基板処理方法の一例のフロー図である。 本実施形態に係る基板処理方法の効果の一例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る基板処理方法の効果の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る基板処理方法の効果の他の例を説明するための概略図である。 本実施形態に係る基板処理方法の効果の他の例を説明するための概略図である。 本発明の実施形態に係る基板処理方法の一例の処理フローを示した図である。 図１４で示す処理フローを行った場合に、ウエハの表面で発生する化学反応のモデルを示した図である。図１５（ａ）は、第１のプラズマ処理領域で、ウエハに第１のプラズマ処理が施された状態を示した図である。図１５（ｂ）は、第２のプラズマ処理領域で、ウエハに第２のプラズマ処理が施された状態を示した図である。図１５（ｃ）は、第１の処理領域で、ウエハに第１の処理ガスが供給された状態を示した図である。 比較例に係る基板処理方法の一例を示した処理フローを示した図である。 図１６に示した比較例に係る基板処理方法の処理フローを行った場合に、ウエハＷの表面で発生する化学反応のモデルを示した図である。図１７（ａ）は、第２のプラズマ処理領域で、ウエハに第１のプラズマ処理が施された状態を示した図である。図１７（ｂ）は、第１のプラズマ処理領域で、ウエハＷに第２のプラズマ処理が施された状態を示した図である。図１７（ｃ）は、第１の処理領域で、ウエハに第１の処理ガスが供給された状態を示した図である。 ウエハにパターンが形成され、平坦面よりも１０倍の表面積を有する場合の第３の実施形態に係る基板処理方法と比較例に係る基板処理方法のＸラインにおける比較結果を示した図である。 ウエハにパターンが形成され、平坦面よりも１０倍の表面積を有する場合の第３の実施形態に係る基板処理方法と比較例に係る基板処理方法のＹラインにおける比較結果を示した図である。

以下、添付図面を参照して、本実施形態に係る基板処理方法を実施するのに好適な基板処理装置について説明する。本実施形態に係る基板処理装置は、ＡＬＤ法によりウエハＷの表面に反応生成物を積層して薄膜を成膜すると共に、この薄膜の成膜途中においてウエハＷに対してプラズマ処理を行うように構成されている。

（基板処理装置の構成）
図１に、本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略縦断面図を示す。また、図２に、本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略平面図を示す。なお、図２では、説明の便宜上、天板１１の描画を省略している。

図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置は、平面形状が概ね円形である真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有すると共にウエハＷを公転させるための回転テーブル２と、を備えている。

真空容器１は、回転テーブル２の後述する凹部２４に対向する位置に設けられた天板（天井部）１１と、容器本体１２とを備えている。また、容器本体１２の上面の周縁部には、リング状に設けられたシール部材１３が設けられている。そして、天板１１は、容器本体１２から着脱可能に構成されている。平面視における真空容器１の直径寸法（内径寸法）は、限定されないが、例えば１１００ｍｍ程度とすることができる。

真空容器１内の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために分離ガスを供給する、分離ガス供給管５１が接続されている。

回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２に対して、鉛直軸周り、図２に示す例では時計回りに、駆動部２３によって回転自在に構成されている。回転テーブル２の直径寸法は、限定されないが、例えば１０００ｍｍ程度とすることができる。

回転軸２２及び駆動部２３は、ケース体２０に収納されており、このケース体２０は、上面側のフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域に窒素ガス等をパージガス（分離ガス）として供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。

真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａを為している。

回転テーブル２の表面部には、直径寸法が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置するための円形状の凹部２４が基板載置領域として形成されている。この凹部２４は、回転テーブル２の回転方向に沿って、複数箇所、例えば５箇所に設けられている。凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに、具体的には１ｍｍ乃至４ｍｍ程度大きい内径を有する。また、凹部２４の深さは、ウエハＷの厚さにほぼ等しいか、又はウエハＷの厚さよりも大きく構成される。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面と、回転テーブル２のウエハＷが載置されない領域の表面とが同じ高さになるか、ウエハＷの表面が回転テーブル２の表面よりも低くなる。なお、凹部２４の深さは、ウエハＷの厚さよりも深い場合であっても、あまり深くすると成膜に影響が出ることがあるので、ウエハＷの厚さの３倍程度の深さまでとすることが好ましい。

凹部２４の底面には、ウエハＷを下方側から突き上げて昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する、図示しない貫通孔が形成されている。

図２に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と対向する位置には、例えば石英からなる複数本、例えば５本のノズル３１、３２、３４、４１、４２が真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各々のノズル３１、３２、３４、４１、４２は、回転テーブル２と天板１１との間に配置される。また、これら各々のノズル３１、３２、３４、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように取り付けられている。

図２に示す例では、第１の処理ガスノズル３１から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４２、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、第２のプラズマ処理用ガスノズル３４、分離ガスノズル４１がこの順番で配列されている。しかしながら、本実施形態に係る基板処理装置は、この形態に限定されず、回転テーブル２の回転方向は反時計回りであっても良く、この場合、第１の処理ガスノズル３１から反時計回りに、分離ガスノズル４２、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、第２のプラズマ処理用ガスノズル３４、分離ガスノズル４１がこの順番で配列されている。

第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、第２のプラズマ処理用ガスノズル３４の上方側には、図２に示すように、各々のプラズマ処理用ガスノズルから吐出されるガスをプラズマ化するために、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂが各々設けられている。これらプラズマ発生部８１ａ、８１ｂについては、後述する。

なお、本実施形態においては、各々の処理領域に１つのノズルを配置する例を示したが、各々の処理領域に複数のノズルを配置する構成であっても良い。例えば、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２は、複数のプラズマ処理用ガスノズルから構成され、各々、後述するアルゴン（Ａｒ）ガス、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、水素（Ｈ_２）ガス等を供給する構成であっても良いし、１つのプラズマ処理用ガスノズルのみを配置し、アルゴンガス、アンモニアガス及び水素ガスの混合ガスを供給する構成であっても良い。

第１の処理ガスノズル３１は、第１の処理ガス供給部をなしている。また、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２は、第１のプラズマ処理用ガス供給部をなしており、第２のプラズマ処理用ガスノズル３４は、第２のプラズマ処理用ガス供給部をなしている。さらに、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。

各ノズル３１、３２、３４、４１、４２は、流量調整バルブを介して、図示しない各々のガス供給源に接続されている。

第１の処理ガスノズル３１から供給される第１の処理ガスの一例としては、ＤＣＳ［ジクロロシラン］、ＨＣＤ［ヘキサクロロジシラン］、ＤＩＰＡＳ［ジイソプロピルアミノシラン］、３ＤＭＡＳ［トリスジメチルアミノシラン］ガス、ＢＴＢＡＳ［ビスターシャルブチルアミノシラン］等のシリコン含有ガスや、ＴｉＣｌ_４［四塩化チタン］、Ｔｉ(ＭＰＤ)(ＴＨＤ)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]、ＴＭＡ［トリメチルアルミニウム］、ＴＥＭＡＺ［テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム］、ＴＥＭＨＦ［テトラキスエチルメチルアミノハフニウム］、Ｓｒ(ＴＨＤ)_２［ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト］等の金属含有ガスを使用しても良い。

第１のプラズマ処理用ガスノズル３２及び第２のプラズマ処理用ガスノズル３４から供給されるプラズマ処理用ガスとしては、プラズマの利用用途等に応じて適宜選択することができるが、例えば主にプラズマ発生のためのアルゴンガス又はヘリウム（Ｈｅ）ガスと、ウエハＷ上に吸着した第１の処理ガスを窒化すると共に、得られた窒化膜を改質するためのアンモニアガス及び水素ガスとの混合ガス等が挙げられる。なお、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２及び第２のプラズマ処理用ガスノズル３４から吐出されるプラズマ処理用ガスは、同じガス種であっても良いし、異なるガス種であっても良い。所望のプラズマ処理に応じて、各々のプラズマ処理用ガスを選択することができる。

分離ガスノズル４１、４２から供給される分離ガスとしては、例えば窒素（Ｎ_２）ガス等が挙げられる。

前述したように、図２に示す例では、第１の処理ガスノズル３１から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４２、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、第２のプラズマ処理用ガスノズル３４、分離ガスノズル４１がこの順番で配列されている。即ち、ウエハＷの実際の処理においては、第１の処理ガスノズル３１から供給された第１の処理ガスが供給されたウエハＷは、分離ガスノズル４２からの分離ガス、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２からのプラズマ処理用ガス、第２のプラズマ処理用ガスノズル３４からのプラズマ処理用ガス、分離ガスノズル４１からの分離ガスの順番で、ガスに曝される。

これらのノズル３１、３２、３４、４１、４２の下面側（回転テーブル２に対向する側）には、前述の各ガスを吐出するためのガス吐出孔３３が回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に形成されている。各ノズル３１、３２、３４、４１、４２の各々の下端縁と回転テーブル２の上面との離間距離が例えば１〜５ｍｍ程度となるように配置されている。

第１の処理ガスノズル３１の下方領域は、第１の処理ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１である。また、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２の下方領域は、ウエハＷ上の薄膜の第１のプラズマ処理を行うための第２の処理領域Ｐ２となり、第２のプラズマ処理用ガスノズル３４の下方領域は、ウエハＷ上の薄膜の第２のプラズマ処理を行うための第３の処理領域Ｐ３となる。

図３に、本実施形態に係る基板処理装置の回転テーブルの同心円に沿った断面図を示す。なお、図３は、分離領域Ｄから第１の処理領域Ｐ１を経て分離領域Ｄまでの断面図である。

分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、概略扇形の凸状部４が設けられている。凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられており、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが形成される。

天井面４４を形成する凸状部４は、図２に示すように、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、凸状部４には、周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４１、４２がこの溝部４３内に収容されている。なお、凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。

第１の処理ガスノズル３１の上方側には、第１の処理ガスをウエハＷに沿って通流させるために、且つ分離ガスがウエハＷの近傍を避けて真空容器１の天板１１側を通流するように、ノズルカバー２３０が設けられている。ノズルカバー２３０は、図３に示すように、第１の処理ガスノズル３１を収納するために下面側が開口する概略箱形のカバー体２３１と、このカバー体２３１の下面側開口端における回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側に各々接続された板状体である整流板２３２とを備えている。なお、回転テーブル２の回転中心側におけるカバー体２３１の側壁面は、第１の処理ガスノズル３１の先端部に対向するように回転テーブル２に向かって伸び出している。また、回転テーブル２の外縁側におけるカバー体２３１の側壁面は、第１の処理ガスノズル３１に干渉しないように切り欠かれている。

次に、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２、３４の上方側に各々配置される、第１のプラズマ発生部８１ａ及び第２のプラズマ発生部８１ｂについて、詳細に説明する。なお、本実施形態においては、第１のプラズマ発生部８１ａ及び第２のプラズマ発生部８１ｂは、各々独立したプラズマ処理を実行することができるが、各々の具体的構成については、同様のものを使用することができる。

図４に、本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の縦断面図を示す。また、図５に、本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の分解斜視図を示す。さらに、図６に、本実施形態に係るプラズマ発生部に設けられる筐体の一例の斜視図を示す。

プラズマ発生部８１ａ、８１ｂは、金属線等から形成されるアンテナ８３をコイル状に例えば鉛直軸回りに３重に巻回して構成されている。また、プラズマ発生部８１は、平面視で回転テーブル２の径方向に伸びる帯状体領域を囲むように、且つ回転テーブル２上のウエハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。

アンテナ８３は、整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に接続されている。そして、このアンテナ８３は、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように設けられている。なお、参照符号８６は、アンテナ８３と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極である。

図４及び図５に示すように、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２の上方側における天板１１には、平面視で概略扇形に開口する開口部１１ａが形成されている。

開口部１１ａには、図４に示すように、開口部１１ａの開口縁部に沿って、この開口部１１ａに気密に設けられる環状部材８２を有する。後述する筐体９０は、この環状部材８２の内周面側に気密に設けられる。即ち、環状部材８２は、外周側が天板１１の開口部１１ａに臨む内周面１１ｂに対向すると共に、内周側が後述する筐体９０のフランジ部９０ａに対向する位置に、気密に設けられる。そして、この環状部材８２を介して、開口部１１ａには、アンテナ８３を天板１１よりも下方側に位置させるために、例えば石英等の誘導体により構成された筐体９０が設けられる。

また、環状部材８２は、図４に示すように、鉛直方向に伸縮可能なベローズ８２ａを有している。また、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂは、電動アクチュエータ等の図示しない駆動機構（昇降機構）により、各々独立して昇降可能に形成されている。プラズマ発生部８１ａ、８１ｂの昇降に対応して、ベローズ８２ａを伸縮させることで、プラズマ処理時における、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂの各々とウエハＷ（即ち、回転テーブル２）との間の距離、即ち、（以後、プラズマ生成空間の距離と呼ぶことがある）を変更可能に構成されている。

筐体９０は、図６に示すように、上方側の周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出してフランジ部９０ａをなすと共に、平面視において、中央部が下方側の真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されている。

筐体９０は、この筐体９０の下方にウエハＷが位置した場合に、回転テーブル２の径方向におけるウエハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。なお、環状部材８２と天板１１との間には、Ｏ−リング等のシール部材１１ｃが設けられる。

真空容器１の内部雰囲気は、環状部材８２及び筐体９０を介して気密に設定されている。具体的には、環状部材８２及び筐体９０を開口部１１ａ内に落とし込み、次いで環状部材８２及び筐体９０の上面であって、環状部材８２及び筐体９０の接触部に沿うように枠状に形成された押圧部材９１によって筐体９０を下方側に向かって周方向に亘って押圧する。さらに、この押圧部材９１を図示しないボルト等により天板１１に固定する。これにより、真空容器１の内部雰囲気は気密に設定される。なお、図５においては、簡単のため、環状部材８２を省略して示している。

図６に示すように、筐体９０の下面には、当該筐体９０の下方側の処理領域Ｐ２、Ｐ３の各々を周方向に沿って囲むように、回転テーブル２に向かって垂直に伸び出す突起部９２が形成されている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、前述した第１のプラズマ処理用ガスノズル３２及び第２のプラズマ処理用ガスノズル３４が収納されている。なお、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２及び第２のプラズマ処理用ガスノズル３４の基端部（真空容器１の内壁側）における突起部９２は、第２のプラズマ処理用ガスノズル３４の外形に沿うように概略円弧状に切り欠かれている。

筐体９０の下方側には、図４に示すように、突起部９２が周方向に亘って形成されている。シール部材１１ｃは、この突起部９２によって、プラズマに直接曝されず、即ち、プラズマ生成領域から隔離されている。そのため、プラズマ生成領域からプラズマが例えばシール部材１１ｃ側に拡散しようとしても、突起部９２の下方を経由して行くことになるので、シール部材１１ｃに到達する前にプラズマが失活することとなる。

筐体９０の上方側には、当該筐体９０の内部形状に概略沿うように形成された導電性の板状体である金属板例えば銅などからなる、接地されたファラデーシールド９５が収納されている。このファラデーシールド９５は、筐体９０の底面に沿うように水平に形成された水平面９５ａと、この水平面９５ａの外終端から周方向に亘って上方側に伸びる垂直面９５ｂと、を備えており、平面視で例えば概略六角形となるように構成されていても良い。

図７に本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の平面図を示し、図８に本実施形態に係るプラズマ発生部に設けられるファラデーシールドの一部を示す斜視図を示す。

回転テーブル２の回転中心からファラデーシールド９５を見た場合の右側及び左側におけるファラデーシールド９５の上端縁は、各々、右側及び左側に水平に伸び出して支持部９６を為している。そして、ファラデーシールド９５と筐体９０との間には、支持部９６を下方側から支持すると共に筐体９０の中心部領域Ｃ側及び回転テーブル２の外縁部側のフランジ部９０ａに各々支持される枠状体９９が設けられている。

アンテナ８３によって生成した電界がウエハＷに到達する場合、ウエハＷの内部に形成されているパターン（電気配線等）が電気的にダメージを受けてしまう場合がある。そのため、図８に示すように、水平面９５ａには、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるために、多数のスリット９７が形成されている。

スリット９７は、図７及び図８に示すように、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように、周方向に亘ってアンテナ８３の下方位置に形成されている。ここで、スリット９７は、アンテナ８３に供給される高周波に対応する波長の１／１００００以下程度の幅寸法となるように形成されている。また、各々のスリット９７の長さ方向における一端側及び他端側には、これらスリット９７の開口端を塞ぐように、接地された導電体等から形成される導電路９７ａが周方向に亘って配置されている。ファラデーシールド９５においてこれらスリット９７の形成領域から外れた領域、即ち、アンテナ８３の巻回された領域の中央側には、当該領域を介してプラズマの発光状態を確認するための開口部９８が形成されている。なお、前述した図２においては、簡単のために、スリット９７を省略しており、スリット９７の形成領域例を、一点鎖線で示している。

図５に示すように、ファラデーシールド９５の水平面９５ａ上には、ファラデーシールド９５の上方に載置されるプラズマ発生部８１ａ、８１ｂとの間の絶縁性を確保するために、厚み寸法が例えば２ｍｍ程度の石英等から形成される絶縁板９４が積層されている。即ち、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂは、各々、筐体９０、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４を介して真空容器１の内部（回転テーブル２上のウエハＷ）を臨むように配置されている。

再び、本実施形態に係る基板処理装置の他の構成要素について、説明する。

回転テーブル２の外周側において、回転テーブル２よりも僅かに下位置には、図２に示すように、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。サイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように例えば２箇所に排気口６１、６２が形成されている。別の言い方をすると、真空容器１の床面には、２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００には、排気口６１、６２が形成されている。

本明細書においては、排気口６１、６２のうち一方及び他方を、各々、第１の排気口６１、第２の排気口６２と呼ぶ。ここでは、第１の排気口６１は、分離ガスノズル４２と、この分離ガスノズル４２に対して、回転テーブルの回転方向下流側に位置する第１のプラズマ発生部８１ａとの間に形成されている。また、第２の排気口６２は、第２のプラズマ発生部８１ｂと、このプラズマ発生部８１ｂよりも回転テーブル２の回転方向下流側の分離領域Ｄとの間に形成されている。

第１の排気口６１は、第１の処理ガスや分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、プラズマ処理用ガスや分離ガスを排気するためのものである。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、各々、バタフライバルブ等の圧力調整部６５が介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

前述したように、中心部領域Ｃ側から外縁側に亘って筐体９０を配置しているため、プラズマ処理領域Ｐ２、Ｐ３に対して回転テーブル２の回転方向上流側から通流してくるガスは、この筐体９０によって排気口６２に向かおうとするガス流が規制されてしまうことがある。そのため、筐体９０よりも外周側におけるサイドリング１００の上面には、ガスが流れるための溝状のガス流路１０１（図１及び図２参照）が形成されている。

天板１１の下面における中央部には、図１に示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて各種ガスが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。

前述したように筐体９０は中心部領域Ｃ側に寄った位置まで形成されているので、回転テーブル２の中央部を支持するコア部２１は、回転テーブル２の上方側の部位が筐体９０を避けるように回転中心側に形成されている。そのため、中心部領域Ｃ側では、外縁部側よりも、各種ガス同士が混ざりやすい状態となっている。そのため、コア部２１の上方側にラビリンス構造を形成することにより、ガスの流路を稼ぎ、ガス同士が混ざり合うことを防止することができる。

より具体的には、ラビリンス構造部１１０は、回転テーブル２側から天板１１側に向かって垂直に伸びる壁部と、天板１１側から回転テーブル２に向かって垂直に伸びる壁部とが、各々周方向に亘って形成されると共に、回転テーブル２の半径方向において交互に配置された構造を有する。ラビリンス構造部１１０では、例えば第１の処理ガスノズル３１から吐出されて中心部領域Ｃに向かおうとする第１の処理ガスは、ラビリンス構造部１１０を乗り越えていく必要がある。そのため、中心部領域Ｃに向かうにつれて流速が遅くなり、拡散しにくくなる。結果として、処理ガスが中心部領域Ｃに到達する前に、中心部領域Ｃに供給される分離ガスにより、処理領域Ｐ１側に押し戻されることになる。また、中心部領域Ｃに向かおうとする他のガスについても、同様にラビリンス構造部１１０によって中心部領域Ｃに到達しにくくなる。そのため、処理ガス同士が中心部領域Ｃにおいて互いに混ざり合うことが防止される。

一方、分離ガス供給管５１からこの中心部領域Ｃに供給された分離ガスは、周方向に勢いよく拡散しようとするが、ラビリンス構造部１１０を設けているため、ラビリンス構造部１１０を乗り越えるうちに流速が抑えられていく。この場合、窒素ガスは、例えば回転テーブル２と突起部９２との間の極めて狭い領域へも侵入しようとするが、ラビリンス構造部１１０により流速が抑えられているので、例えば搬送アーム１０の進退領域等の比較的広い領域へと流れていく。そのため、筐体９０の下方側への窒素ガスの流入が抑えられる。

回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられている。ヒータユニット７は、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを例えば室温〜７６０℃程度に加熱することができる構成となっている。なお、図１における参照符号７１ａは、ヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材であり、参照符号７ａは、このヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材である。また、真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が、周方向に亘って複数個所に設けられている。

真空容器１の側壁には、図２に示すように、搬送アーム１０と回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は、ゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。そして、搬送アーム１０が真空容器１に対して進退する領域における天板１１の上方には、ウエハＷの周縁部を検知するためのカメラユニット１０ａが設けられている。このカメラユニット１０ａは、ウエハＷの周縁部を撮像することにより、例えば搬送アーム１０上にウエハＷの有無や、回転テーブル２に載置されたウエハＷの位置ずれや、搬送アーム１０上のウエハＷの位置ずれを検知するために使用される。カメラユニット１０ａは、ウエハＷの直径寸法に対応する程度の幅広い視野を有するように構成されている。

回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われる。そのため、回転テーブル２の下方側の受け渡し位置に対応する箇所には、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための図示しない昇降ピン及び昇降機構が設けられている。

また、本実施形態に係る基板処理装置には、装置全体の動作を制御するためのコンピュータからなる制御部１２０が設けられている。この制御部１２０のメモリ内には、後述の基板処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、装置の各種動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスク等の記憶媒体である記憶部１２１から制御部１２０内にインストールされる。

（基板処理方法）
次に、本実施形態に係る基板処理装置を使用した基板処理方法について、説明する。

プラズマを利用した、回転式の基板処理装置を用いたＡＬＤ法においては、一般的に、ウエハＷに所定の処理ガスを吸着させた後、プラズマにより生成したラジカル及びイオンのエネルギーを利用して、比較的低温で所定の膜の成膜及び膜質改善を実施する。しかしながら、ウエハＷ上に例えば窒化シリコン膜等の窒化膜を成膜する場合、ウエハＷへの処理ガスの吸着は、比較的短時間で容易に実施されるが、吸着した処理ガスの窒化には、非常に多くの窒化ガスを要すると共に、長時間の反応時間を必要とする。回転式の基板処理装置では、装置サイズや装置コストの問題から、設置できるプラズマ発生部の数、プラズマ処理領域の範囲（電極サイズ等に依存）に制限があり、限られたプラズマ発生部の数、プラズマ処理領域の範囲で、所望の膜質を、所望の生産性を有して得る必要がある。

また、成膜処理においては、ウエハＷ上に予め形成された電気配線パターンの表面積によって、成膜速度が変動する現象（ローディング効果）が発生する。特に、近年の半導体装置の電気配線パターンの微細化への要求に伴い、ローディング効果の発生を抑制でき、所望の膜質の薄膜を形成できる基板処理装置が求められている。窒化膜を形成する反応系におけるローディング効果については、窒化部の圧力が高い場合に生じやすく、窒化部の圧力が低いほど抑制されることが知られている。しかしながら、回転式の基板処理装置では、窒化部の圧力を低圧化すると、処理ガスを吸着させる吸着部も同時に低圧化され、処理ガスの吸着効率が低下し、生産性及び生産コストが高くなる。また、真空ポンプを大型化、高真空能のポンプの設置等が必要となるため、装置コストも上昇する。

そこで、本実施形態に係る基板処理方法は、
真空容器と、
前記真空容器内に回転可能に設けられ、表面に基板を載置する基板載置部が形成されている、回転テーブルと、
前記基板の表面に吸着する第１の処理ガスを供給する、第１の処理ガス供給手段と、
前記基板の表面に第１のプラズマ処理用ガス及び第２のプラズマ処理用ガスを各々供給する、第１のプラズマ処理用ガス供給手段及び第２のプラズマ処理用ガス供給手段と、
前記第１の処理ガスと前記第１のプラズマ処理用ガスとを分離する分離ガスを供給する、第１の分離ガス供給手段と、
前記第１の処理ガスと前記第２のプラズマ処理用ガスとを分離する分離ガスを供給する、第２の分離ガス供給手段と、
前記第１のプラズマ処理用ガス及び前記第２のプラズマ処理用ガスを各々プラズマ化する、第１のプラズマ発生手段及び第２のプラズマ発生手段と、
を有し、
前記第１の処理ガス供給手段から、前記回転テーブルの回転方向において、第１の分離ガス供給手段、第１のプラズマ処理用ガス供給手段、第２のプラズマ処理用ガス供給手段、第２の分離ガス供給手段とがこの順番に設けられた基板処理装置を用いて、下記に示す基板処理方法を実施する。

具体的には、本実施形態に係る基板処理方法は、
前記基板に、前記第１の処理ガスを供給する工程（Ｓ１００）と、
前記第１の処理ガスが供給された前記基板に、前記分離ガスを供給する工程（Ｓ１１０）と、
前記分離ガスが供給された前記基板に、前記第１のプラズマ発生手段と前記回転テーブルとの間の距離が第１の距離の状態で、前記第１のプラズマ処理用ガスを供給する工程（Ｓ１２０）と、
前記第１のプラズマ処理用ガスが供給された前記基板に、前記第２のプラズマ発生手段と前記回転テーブルとの間の距離が前記第１の距離より小さい第２の距離の状態で、前記第２のプラズマ処理用ガスを供給する工程（Ｓ１３０）と、
前記第２のプラズマ処理用ガスが供給された前記基板に、前記分離ガスを供給する工程（Ｓ１４０）と、
を有する。

本実施形態に係る基板処理方法は、プラズマ処理において、プラズマ発生手段と回転テーブルとの間の距離が第１の距離となるように、続いて、第１の距離よりも小さい第２の距離となるようにプラズマ処理エリアを通過させる。即ち、イオンエネルギーが小さく、ラジカル濃度が低いエリア（第２の処理領域Ｐ２）を通過させてから、イオンエネルギーが大きく、ラジカル濃度が高いエリア（第３の処理領域Ｐ３）を通過させる。これにより、ローディング効果の発生を抑制でき、所望の膜質の薄膜を形成することができる。

各々の工程の詳細について、ウエハＷの搬入から具体的な実施形態を挙げて説明する。

先ず、上述した基板処理装置へのウエハＷの搬入に際しては、先ず、ゲートバルブＧを開放する。そして、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、搬送アーム１０により搬送口１５を介して回転テーブル２上に載置する。

次いで、ゲートバルブＧを閉じて、ヒータユニット７により、ウエハＷを所定の温度に加熱する。続いて、第１の処理ガスノズル３１から第１の処理ガスを、所定の流量で吐出すると共に、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２及び第２のプラズマ処理用ガスノズル３４から、所定の流量でプラズマ処理用ガスを供給する。

続いて、第１のプラズマ発生部８１ａと回転テーブル２との間の距離を所定の第１の距離に設定する。そして、第２のプラズマ発生部８１ｂと回転テーブル２との間の距離を、前記第１の距離より小さい第２の距離に設定する。

そして、圧力調整部６５により真空容器１内を所定の圧力に調整する。また、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂでは、各々、アンテナ８３に対して、所定の出力の高周波電力を印加する。

ウエハＷの表面では、回転テーブル２の回転によって第１の処理領域Ｐ１において第１の処理ガスが吸着する（Ｓ１００）。第１の処理ガスが吸着したウエハＷは、回転テーブル２の回転により、分離領域Ｄを通過する（Ｓ１１０）。この分離領域Ｄでは、ウエハＷの表面に分離ガスが供給され、第１の処理ガスに関する、不要な物理吸着分が除去される。

ウエハＷは次に、回転テーブル２の回転により、第２の処理領域Ｐ２を通過する（Ｓ１２０）。第２の処理領域Ｐ２では、第１のプラズマ処理用ガスノズル３２から供されたプラズマ処理用ガスのプラズマによって、第１の処理ガスが窒化され、形成した窒化膜が改質処理される。

一般的に、プラズマ処理用のガスのプラズマによって発生する活性種としては、イオン及びラジカルが知られており、イオンは、主として窒化膜の改質処理に寄与し、ラジカルは、主として窒化膜の形成処理に寄与する。また、イオンは、ラジカルと比較して、寿命が短く、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂと、回転テーブル２との間の距離を長くすることにより、ウエハＷに到達するイオンエネルギーが大きく減少することが知られている。

ここで、第２の処理領域Ｐ２では、第１のプラズマ発生部８１ａと回転テーブル２との間の距離が、後述する第２の距離と比較して大きい第１の距離に設定されている（Ｓ１２０参照）。この比較的大きい第１の距離によって、第２の処理領域Ｐ２において、ウエハＷに到達するイオンは大きく低減され、ウエハＷには主としてラジカルが供給される。即ち、第２の処理領域Ｐ２においては、ウエハＷ上の第１の処理ガスは、比較的イオンエネルギーが小さいプラズマによって、（初期）窒化され、薄膜成分である窒化膜の分子層が１層又は複数層形成される。また、形成された窒化膜は、プラズマによって改質処理される。

また、成膜プロセスの初期においては、活性種のウエハへの影響が大きく、例えばイオンエネルギーが大きいプラズマを使用した場合、ウエハ自身が窒化されてしまうことがある。この観点からも、第２の処理領域Ｐ２における処理では、先ず、比較的イオンエネルギーが小さいプラズマによってプラズマ処理を行うことが好ましい。

第１の距離としては、限定されないが、比較的イオンエネルギーが小さいプラズマによって、効率的にウエハＷ上に窒化膜を成膜する観点から、４５〜１２０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。

次に、第２の処理領域Ｐ２を通過したウエハＷは、回転テーブル２の回転により、第３の処理領域Ｐ３を通過する（Ｓ１３０）。第３の処理領域Ｐ３では、第２のプラズマ処理用ガスノズル３４から供されたプラズマ処理用ガスのプラズマによって、第２の処理領域Ｐ２と同様に、第１の処理ガスが窒化され、形成した窒化膜が改質処理される。

ここで、第３の処理領域Ｐ３では、第２のプラズマ発生部８１ｂと回転テーブル２との間の距離が、前述した第１の距離よりも小さい第２の距離に設定されている（Ｓ１３０参照）。第１の距離よりも相対的に小さい第２の距離によって、第３の処理領域Ｐ３においては、ウエハＷに到達するイオン量が、第２の処理領域Ｐ２と比較して多くなる。なお、留意すべきことは、第３の処理領域Ｐ３においては、ウエハＷに到達するラジカル量も、第２の処理領域Ｐ２と比較して多くなるということである。したがって、第３の処理領域Ｐ３においては、ウエハＷ上の第１の処理ガスは、比較的イオンエネルギーが大きく、高密度のラジカルを有するプラズマによって、窒化され、形成された窒化膜は、第２の処理領域Ｐ２と比較して、より効率的に改質処理される。

第２の距離としては、第１の距離よりも小さければ限定されないが、より効率的に窒化膜を改質する観点から、２０〜６０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。

プラズマ処理されたウエハＷは、回転テーブル２の回転により、分離領域Ｄを通過する（Ｓ１４０）。この分離領域Ｄは、不要な窒化ガス、改質ガスが、第１の処理領域Ｐ１へと侵入されないように、第１の処理領域Ｐ１と第３の処理領域Ｐ３とを分離する領域である。

本実施形態においては、回転テーブル２の回転を続けることにより、ウエハＷ表面への第１の処理ガスの吸着、ウエハＷ表面に吸着した処理ガス成分の窒化、及び反応生成物のプラズマ改質が、この順番で多数回に亘って行われる。即ち、ＡＬＤ法による成膜処理と、形成された膜の改質処理とが、回転テーブル２の回転よって、多数回に亘って行われる。

なお、本実施形態に係る基板処理装置における処理領域Ｐ１、Ｐ２の間には、回転テーブル２の周方向両側に分離領域Ｄを配置している。そのため、分離領域Ｄにおいて、処理ガスとプラズマ処理用ガスとの混合が阻止されながら、各ガスが排気口６１、６２に向かって排気されていく。

次に、例えばウエハＷ上への窒化膜の成膜、及び形成された窒化膜の改質処理を実施する場合の、好ましい実施条件例について、説明する。

成膜工程における第１の処理ガスの流量は、限定されないが、例えば９００ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ程度とすることができる。

プラズマ処理用ガスに含まれるアンモニア含有ガスの流量は、限定されないが、例えば４０００ｓｃｃｍ〜５０００ｓｃｃｍ程度とすることができる。

真空容器１内の圧力は、限定されないが、例えば０．７５Ｔｏｒｒ〜０．９Ｔｏｒｒ程度とすることができる。

ウエハＷの温度は、限定されないが、例えば３５０℃〜４５０℃程度とすることができる。

回転テーブル２の回転速度は、限定されないが、例えば６０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍ程度とすることができる。

次に、具体的な実施形態を挙げて、本発明をより詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態に係る基板処理方法のプラズマ処理において、イオンエネルギーが小さく、ラジカル濃度が低いエリア（第２の処理領域Ｐ２）を通過させてから、イオンエネルギーが大きく、ラジカル濃度が高いエリア（第３の処理領域Ｐ３）を通過させることにより、ローディング効果の発生を抑制でき、所望の膜質の薄膜を形成できることを確認した実施形態について、説明する。

図１乃至図８を用いて説明した本実施形態に係る基板処理装置を用いて、シリコンウエハＷに対して、図９を用いて説明した基板処理方法により、下記の条件で成膜処理を実施した。

実施例１の成膜条件としては、
第１の処理ガス：ＤＣＳ（ジクロロシラン）
ステップＳ１２０における処理ガス：ＮＨ_３＝４０００ｓｃｃｍ
ステップＳ１２０における第１の距離：９０ｍｍ
ステップＳ１３０における処理ガス：ＮＨ_３／Ａｒ／Ｈ_２＝３００／１９００／６００ｓｃｃｍ
ステップＳ１３０における第２の距離：３７．５ｍｍ
とした。

また、比較例１として、
ステップＳ１３０における第２の距離を９０ｍｍとした以外は、実施例１と同様の方法により、比較例１の成膜処理を実施した。

さらに、比較例２として、
ステップＳ１２０における第１の距離を３７．５ｍｍとし、ステップＳ１３０における第２の距離を９０ｍｍとした以外は、実施例１と同様の方法により、比較例２の成膜処理を実施した。

実施例１及び比較例１、２後に得られたウエハについて、反応生成物（窒化膜）の膜厚を測定することにより、ステップＳ１００からステップＳ１４０までの１サイクルあたりの成膜速度と、成膜に関する面内均一性について求めた。

図１０に、本実施形態に係る基板処理方法の効果の一例を説明するための概略図を示す。より具体的には、図１０の棒グラフは、成膜速度に関する結果であり、折れ線グラフは、面内均一性に関する結果である。なお、面内均一性のデータは、ウエハ面内の最大膜厚から最少膜厚を引いた差を、最大膜厚で割った値であり、数値が低い程、面内均一性に優れることを意味する。

図１０で示される成膜速度から明らかであるように、実施例１、比較例１、２との間では、１サイクルあたりの成膜速度には大きな違いがないことがわかる。第１の距離及び第２の距離が共に９０ｍｍの比較例１においても、他の実施形態と成膜速度が同程度であったことから、吸着された第１の処理ガスは、全ての実施形態において、良好に窒化されたと考えられる。

一方、図１０で示される面内均一性の結果から、実施例１の基板処理方法は、比較例１、２の基板処理方法と比較して、面内均一性が非常に優れた膜を形成できる基板処理方法であることがわかる。

即ち、以上の結果から、本実施形態に係る基板処理方法は、プラズマ処理において、イオンエネルギーが小さく、ラジカル濃度が低いエリア（第２の処理領域Ｐ２）を通過させてから、イオンエネルギーが大きく、ラジカル濃度が高いエリア（第３の処理領域Ｐ３）を通過させることにより、成膜速度を維持した上で、面内均一性に優れた膜を形成できることがわかった。

また、得られた膜について、０．５％希フッ酸（ＤＦＨ）を用いてウエットエッチングした。

図１１に、本実施形態に係る基板処理方法の効果の他の例を説明するための概略図を示す。より具体的には、図１１は、得られた膜のウエットエッチングレートを示す図である。

図１１に示されるように、実施例１により得られたシリコン窒化膜は、比較例１、２により得られたシリコン窒化膜と比較して、エッチングレートが低かった。即ち、本実施形態の基板処理方法により得られるシリコン窒化膜は、例えばエッチングにおけるマスク等の用途に好適に使用可能であることがわかった。これは、本実施形態に係る基板処理方法は、プラズマ処理において、イオンエネルギーが小さく、ラジカル濃度が低いエリア（第２の処理領域Ｐ２）を通過させてから、イオンエネルギーが大きく、ラジカル濃度が高いエリア（第３の処理領域Ｐ３）を通過させるため、より効率的に窒化膜を改質処理できたためであると考えられる。

本実施形態に係る基板処理方法によって、ローディング効果が抑制可能であるかについての評価を行った。

図１２に、本実施形態に係る基板処理方法の効果の他の例を説明するための概略図を示す。より具体的には、図１２は、Ｘ軸方向（図１２（ａ））及びＹ軸方向（図１２（ｂ））における、目標膜厚からの膜厚の減少率をプロットした図である。なお、本実施形態において、Ｙ軸方向とは、ウエハＷの中心と、回転テーブル２の回転中心と、をつなぐ直線方向（この向きを正とする）であり、Ｙ軸の中心は、ウエハの中心である。また、Ｘ軸方向とは、このＹ軸に直交すると共に、ウエハの主表面を通る軸方向であり、Ｘ軸の中心は、ウエハの中心であり、Ｘ軸の正の向きは、回転テーブル２の回転上流から回転下流へと向かう向きである。

図１２に示されるように、実施例１の減少率は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に、比較例２の減少率と比較して小さく、即ち、本実施形態に係る基板処理方法は、ローディング効果の発生を抑制できることがわかった。

（第２の実施形態）
プラズマ発生部とウエハＷとの間の距離と、ウエハ自身の窒化量との関係を確認した実施形態について、説明する。

図１乃至図８を用いて説明した本実施形態に係る基板処理装置を用いて、シリコンウエハＷに対して、図９を用いて説明した基板処理方法により、下記の条件で成膜処理を実施した。

成膜条件としては、ステップＳ１２０における第１の距離及びステップＳ１３０における第２の距離を同じ値とし、具体的には、３０ｍｍ、３７．５ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍとし、各々の距離における、成膜処理後の、ウエハの窒化量を測定した。

図１３に、本実施形態に係る基板処理方法の効果の他の例を説明するための概略図を示す。

図１３に示されるように、プラズマ発生手段とウエハとの間の距離が小さくなるほど、ウエハの窒化量が大きくなっている。このことは、プラズマ発生手段とウエハとの間の距離が小さいほど、プラズマのイオンエネルギーが高く、ラジカルの密度が大きいことを意味する。特に、成膜プロセスの初期においては、活性種のウエハへの影響が大きく、ウエハ自身が窒化されやすいため、本実施形態の基板処理方法のように、イオンエネルギーが小さく、ラジカル濃度が低いエリア（第２の処理領域Ｐ２）を通過させてから、イオンエネルギーが大きく、ラジカル濃度が高いエリア（第３の処理領域Ｐ３）を通過させることが好ましい。

以上、第１の実施形態及び第２の実施形態により、イオンエネルギーが小さく、ラジカル濃度が低いエリア（第２の処理領域Ｐ２）を通過させてから、イオンエネルギーが大きく、ラジカル濃度が高いエリア（第３の処理領域Ｐ３）を通過させることにより、ローディング効果の発生を抑制でき、所望の膜質の薄膜を形成できることがわかった。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る基板処理方法においては、図１〜８において説明した基板処理装置を用いて、図２の矢印に示す反時計回りの回転方向に回転テーブル２を回転させた場合と、図２の矢印と反対方向の時計回りの回転方向に回転テーブル２を回転させた場合とで成膜量、膜質等の比較実験を行った。

図１４は、本発明の第３の実施形態に係る基板処理方法の一例の処理フローを示した図であり、図２の矢印と同じく反時計回りの回転方向に回転テーブル２を回転させた場合に行われる処理フローである。なお、本実施形態においては、第１の処理ガスとしてシリコン含有ガスであるＤＣＳ、第１のプラズマ処理用ガスとしてアンモニアガス、水素ガス及びアルゴンガスからなる混合ガス、第２のプラズマ処理用ガスとしてアンモニアガスを用いた例を挙げて説明する。なお、第１のプラズマ処理用ガスの各ガスの流量はアンモニアガスが０．３ｓｌｍ、水素ガスが０．６ｓｌｍ、アルゴンガスが１．９ｓｌｍの水素リッチの混合ガスである。また、第２のプラズマ処理用ガスは、アンモニアガスが１００％で、流量は４ｓｌｍである。回転テーブル２を反時計回りの回転方向に回転させることにより、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ、第１のプラズマ発生部８１ａ（以下、「第１のプラズマ処理領域」と呼んでもよいこととする。）、第２のプラズマ発生部８１ｂ（以下、「第２のプラズマ処理領域」と呼んでもよいこととする。）、分離領域Ｄを順に通過し、図１４に示すような順序の処理フローを周期的に繰り返すことになる。

図１５は、図１４で示す処理フローを行った場合に、ウエハＷの表面で発生する化学反応のモデルを示した図である。図１５（ａ）は、第１のプラズマ発生部８１ａで、ウエハＷに第１のプラズマ処理が施された状態を示した図である。第１のプラズマ処理では、ＤＣＳが吸着したウエハＷの表面に、（ＮＨ_３＋Ｈ_２＋Ａｒ）からなる第１のプラズマでプラズマ処理が施されることにより、ウエハＷの表面にはＮＨが吸着し、ＮＨにＳｉが吸着し、終端はＨとなる。なお、ＤＣＳのＣｌとＨが反応し、ＨＣｌとなって抜ける。

図１５（ｂ）は、第２のプラズマ発生部８１ｂで、ウエハＷに第２のプラズマ処理が施された状態を示した図である。第２のプラズマ処理では、ＮＨ_３からなる第２のプラズマでプラズマ処理が施されることにより、終端のＨとＮＨが反応し、終端がＮＨ_２になる。

図１５（ｃ）は、第１の処理領域Ｐ１で、ウエハＷに第１の処理ガスであるＤＣＳが供給された状態を示した図である。ＤＣＳが供給された時、図１５（ｂ）に示した通り、吸着サイトの終端はＮＨ_２であるので、終端のＨとＤＣＳのＣｌが反応し、ＨＣｌとなって抜けることにより、ＳｉがＮＨに容易に吸着することができる。

このように、水素ガスを含む第１のプラズマで窒化及びＳｉ含有膜の改質を行い、次いで、水素ガスを含まず、アンモニアガスを含む第２のプラズマで窒化及び吸着サイトの形成を行うことにより、ＤＣＳが供給されたときに、容易に吸着サイトにＤＣＳを吸着することができる。これにより、ローディング効果が良好となり、Ｓｉ含有膜の成膜が効率良く行われる。

図１６は、比較例に係る基板処理方法の一例を示した処理フローを示した図であり、図２の矢印と反対に時計回りの回転方向に回転テーブル２を回転させた場合に行われる処理フローである。図１４と比較すると、第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理の順序が反対となり、アンモニアガス単独による第２のプラズマ処理を行ってから、水素ガス、アンモニアガス及びアルゴンガスの混合ガスによる第１のプラズマ処理を行う順序となる。

図１７は、図１６に示した比較例に係る基板処理方法の処理フローを行った場合に、ウエハＷの表面で発生する化学反応のモデルを示した図である。図１７（ａ）は、第２のプラズマ発生部８１ｂで、ウエハＷに第１（第１回目）のプラズマ処理が施された状態を示した図である。第１のプラズマ処理では、ＤＣＳがウエハＷの表面に吸着した状態で、ＮＨ_３からなる第１のプラズマでプラズマ処理が施されることにより、終端のＨとＮＨが反応し、終端がＮＨ_２になる。

図１７（ｂ）は、第１のプラズマ発生部８１ａで、ウエハＷに第２（第２回目）のプラズマ処理が施された状態を示した図である。ＤＣＳが吸着したウエハＷ上に、（ＮＨ_３＋Ｈ_２＋Ａｒ）からなる第２のプラズマでプラズマ処理が施されることにより、終端のＮＨ_２とＣｌが反応してＨＣｌが抜け、終端がＨとなる。

図１７（ｃ）は、第１の処理領域Ｐ１で、ウエハＷに第１の処理ガスであるＤＣＳが供給された状態を示した図である。ＤＣＳが供給された時、図１７（ｂ）に示した通り、吸着サイトの終端はＨであるので、ＤＣＳの吸着が困難となる。

このように、水素ガスを含まず、アンモニアガスを含む第１のプラズマでＳｉ含有膜の窒化を行い、次いで、水素ガスを含む第２のプラズマで窒化及びＳｉ含有膜の改質を行っても、吸着サイトが形成されずＨ終端となり、ＤＣＳが供給されても吸着が困難となる。これにより、ローディング効果が良好とならず、Ｓｉ含有膜の成膜が効率良く行われないこととなる。

表１は、本発明の第３の実施形態に係る基板処理方法と、比較例に係る基板処理方法による平坦なウエハＷ面への均一全面膜（いわゆるベタ膜）の成膜後の結果を示している。なお、プロセス条件は、基板温度が４００℃、真空容器１内の圧力が０．７５Ｔｏｒｒ、ＤＣＳの流量が１０００ｓｃｃｍ（更にＮ_２の５００ｓｃｃｍを供給）、第１のプラズマ処理領域８１ａにおけるアンモニアガスの流量が３００ｓｌｍ、水素ガスの流量が６００ｓｃｃｍ、アルゴンガスの流量が１９００ｓｃｃｍであり、第２のプラズマ処理領域８１ｂにおけるアンモニアガスの流量が４０００ｓｌｍである。また、分離領域ＤにおけるＮ_２ガスの流量は３０００ｓｃｃｍである。

表１に示すように、１周期における成膜レートは、第３の実施形態に係る基板処理方法が０．０６５ｎｍ／周期、比較例に係る基板処理方法が０．０６０ｎｍ／周期であり、第３の実施形態に係る基板処理方法の方が、８％程度高かった。また、面内均一性は、第３の実施形態に係る基板処理方法が１．７６％、比較例に係る基板処理方法が２．９３％であり、第３の実施形態に係る基板処理方法の方が、良好な面内均一性が得られた。

図１８は、ウエハＷにパターンが形成され、平坦面よりも１０倍の表面積を有する場合の第３の実施形態に係る基板処理方法と比較例に係る基板処理方法のＸラインにおける比較結果を示した図である。図１８に示されるように、面内均一性は、第３の実施形態に係る基板処理方法におけるＡｘ曲線の方が、比較例に係る基板処理方法におけるＢｘ曲線よりも大幅に低下し、良好な面内均一性が得られている。

図１９は、ウエハＷにパターンが形成され、平坦面よりも１０倍の表面積を有する場合の第３の実施形態に係る基板処理方法と比較例に係る基板処理方法のＹラインにおける比較結果を示した図である。図１９に示されるように、面内均一性は、第３の実施形態に係る基板処理方法におけるＡｙ曲線の方が、比較例に係る基板処理方法におけるＢｙ曲線よりも大幅に低下し、良好な面内均一性が得られている。

このように、第３の実施形態に係る基板処理方法は、比較例に係る基板処理方法よりも、成膜速度及び面内均一性の双方において優れた結果が得られた。

なお、実施形態３に係る基板処理方法は、図１〜８に示した基板処理装置で実施可能であるが、それだけでなく、第１のプラズマ発生部８１ａと第２のプラズマ発生部８１ｂの高さが等しい場合にも適用できる。実施形態３に係る基板処理方法は、プラズマ処理用ガスの供給順序に着目したものであるので、プラズマ発生部８１ａ、８１ｂの高さの如何に関わらず、適用することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ 真空容器
２ 回転テーブル
１１ 天板
１２ 容器本体
１５ 搬送口
２０ ケース体
２１ コア部
２２ 回転軸
２３ 駆動部
２４ 凹部
３１ 第１の処理ガスノズル
３２ 第１のプラズマ処理用ガスノズル
３３ ガス吐出孔
３４ 第２のプラズマ処理用ガスノズル
４１ 分離ガスノズル
４２ 分離ガスノズル
４３ 溝部
４４ 天井面
４５ 天井面
５１ 分離ガス供給管
６４ 真空ポンプ
６５ 圧力調整部
７２ パージガス供給管
７３ パージガス供給管
８１ａ 第１のプラズマ発生部
８１ｂ 第２のプラズマ発生部
８２ 環状部材
８２ａ ベローズ
８３ アンテナ
８４ 整合器
８５ 高周波電源
９０ 筐体
９１ 押圧部材
９２ 突起部
９４ 絶縁板
９５ ファラデーシールド
９６ 支持部
９７ スリット
９８ 開口部
９９ 枠状体
１１０ ラビリンス構造
１２０ 制御部
１２１ 記憶部

Claims (13)

1. 真空容器と、
   前記真空容器内に回転可能に設けられ、表面に基板を載置する基板載置部が形成されている、回転テーブルと、
   前記基板の表面に吸着する第１の処理ガスを供給する、第１の処理ガス供給手段と、
   前記基板の表面に第１のプラズマ処理用ガス及び第２のプラズマ処理用ガスを各々供給する、第１のプラズマ処理用ガス供給手段及び第２のプラズマ処理用ガス供給手段と、
   前記第１の処理ガスと前記第１のプラズマ処理用ガスとを分離する分離ガスを供給する、第１の分離ガス供給手段と、
   前記第１の処理ガスと前記第２のプラズマ処理用ガスとを分離する分離ガスを供給する、第２の分離ガス供給手段と、
   前記第１のプラズマ処理用ガス及び前記第２のプラズマ処理用ガスを各々プラズマ化する、同一の平面形状を有するアンテナを備えた第１のプラズマ発生手段及び第２のプラズマ発生手段と、
   を有し、
   前記第１の処理ガス供給手段から、前記回転テーブルの回転方向において、第１の分離ガス供給手段、第１のプラズマ処理用ガス供給手段、第２のプラズマ処理用ガス供給手段、第２の分離ガス供給手段とがこの順番に設けられた基板処理装置を用いた基板処理方法であって、
   前記基板に、前記第１の処理ガスを供給する工程と、
   前記第１の処理ガスが供給された前記基板に、前記分離ガスを供給する工程と、
   前記分離ガスが供給された前記基板に、前記第１のプラズマ発生手段と前記回転テーブルとの間の距離が第１の距離の状態で、前記第１のプラズマ処理用ガスを供給する工程と、
   前記第１のプラズマ処理用ガスが供給された前記基板に、前記第２のプラズマ発生手段と前記回転テーブルとの間の距離が前記第１の距離より小さい第２の距離の状態で、前記第１のプラズマ発生手段のアンテナと同一の平面形状を有するアンテナを用いて、前記第２のプラズマ処理用ガスをプラズマ化して供給する工程と、
   前記第２のプラズマ処理用ガスが供給された前記基板に、前記分離ガスを供給する工程と、
   を有する、基板処理方法。
2. 前記第１の距離は、４５〜１２０ｍｍの範囲内であり、
   前記第２の距離は、前記第１の距離よりも短く、かつ、２０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲内である、
   請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記第１の処理ガスは、ジイソプロピルアミノシラン、トリスジメチルアミノシラン、ビスターシャルブチルアミノシラン、ジクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、四塩化チタン、チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト、トリメチルアルミニウム、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム、ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナトの群から選択される１つ以上のガスを含み、
   前記第１のプラズマ処理用ガス及び前記第２のプラズマ処理用ガスは、少なくともアンモニアガスを含む、
   請求項１又は２に記載の基板処理方法。
4. 処理室内に設けられた基板に、シリコン含有ガスを供給して前記基板の表面に前記シリコン含有ガスを吸着させる工程と、
   前記シリコン含有ガスが吸着した前記基板に、アンモニアガス及び水素ガスを含む第１のプラズマ処理用ガスから生成された第１のプラズマを用いて第１のプラズマ処理を施し、前記基板の表面にＮＨを吸着させ、該ＮＨにＳｉを吸着させ、終端をＨとする工程と、
   該第１のプラズマ処理が施された前記基板に、水素ガスを含まず、アンモニアガスを含む第２のプラズマ処理用ガスから生成された第２のプラズマを用いて第２のプラズマ処理を施し、終端をＮＨ _２ とし、前記シリコン含有ガスの吸着サイトを形成する工程と、を含む基板処理方法。
5. 前記基板の表面に前記シリコン含有ガスを吸着させる工程、前記基板に前記第１のプラズマ処理を施す工程及び前記基板に前記第２のプラズマ処理を施す工程は、周期的に繰り返される請求項４に記載の基板処理方法。
6. 前記基板の表面に前記シリコン含有ガスを吸着させる工程の前後に、前記基板にパージガスを供給する工程を更に有する請求項５に記載の基板処理方法。
7. 前記処理室内には、上面に前記基板を載置可能な回転テーブルが設けられるとともに、該回転テーブルの周方向に沿って前記シリコン含有ガスを前記基板に供給可能な第１の処理領域と、前記第１のプラズマ処理が可能な第１のプラズマ処理領域と、前記第２のプラズマ処理が可能な第２のプラズマ処理領域とが設けられ、
   前記回転テーブルを回転させて前記基板を前記第１の処理領域、前記第１のプラズマ処理領域、前記第２のプラズマ処理の順に通過させることにより、前記基板の表面に前記シリコン含有ガスを吸着させる工程、前記基板に前記第１のプラズマ処理を施す工程及び前記基板に前記第２のプラズマ処理を施す工程を周期的に繰り返す請求項５に記載の基板処理方法。
8. 前記第１の処理領域の前記周方向両側には、前記基板にパージガスを供給するパージガス供給領域が設けられ、前記基板の表面に前記シリコン含有ガスを吸着させる工程の前後に、パージガス供給工程が行われる請求項７に記載の基板処理方法。
9. 前記第１のプラズマ処理用ガスは、水素ガス、アンモニアガス及びアルゴンガスを含む混合ガスである請求項４乃至８のいずれか一項に記載の基板処理方法。
10. 前記第２のプラズマ処理用ガスは、アンモニアガスのみからなるガスである請求項４乃至９のいずれか一項に記載の基板処理方法。
11. 前記シリコン含有ガスは、ジイソプロピルアミノシラン、トリスジメチルアミノシラン、ビスターシャルブチルアミノシラン、ジクロロシラン、ヘキサクロロジシランの群から選択される１つ以上のガスを含むガスである請求項４乃至１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。
12. 真空容器と、
    前記真空容器内に回転可能に設けられ、表面に基板を載置する基板載置部が形成されている、回転テーブルと、
    前記基板の表面に吸着する第１の処理ガスを供給する、第１の処理ガス供給手段と、
    前記基板の表面に第１のプラズマ処理用ガス及び第２のプラズマ処理用ガスを各々供給する、第１のプラズマ処理用ガス供給手段及び第２のプラズマ処理用ガス供給手段と、
    前記第１の処理ガスと前記第１のプラズマ処理用ガスとを分離する分離ガスを供給する、第１の分離ガス供給手段と、
    前記第１の処理ガスと前記第２のプラズマ処理用ガスとを分離する分離ガスを供給する、第２の分離ガス供給手段と、
    前記第１のプラズマ処理用ガス及び前記第２のプラズマ処理用ガスを各々プラズマ化する、同一の平面形状を有するアンテナを備えた第１のプラズマ発生手段及び第２のプラズマ発生手段と、
    制御部と、
    を有する基板処理装置であって、
    前記第１の処理ガス供給手段から、前記回転テーブルの回転方向において、第１の分離ガス供給手段、第１のプラズマ処理用ガス供給手段、第２のプラズマ処理用ガス供給手段、第２の分離ガス供給手段とがこの順番に設けられ、
    前記制御部は、
    前記基板に、前記第１の処理ガスを供給し、
    前記第１の処理ガスが供給された前記基板に、前記分離ガスを供給し、
    前記分離ガスが供給された前記基板に、前記第１のプラズマ発生手段と前記回転テーブルとの間の距離が第１の距離の状態で、前記第１のプラズマ処理用ガスを供給し、
    前記第１のプラズマ処理用ガスが供給された前記基板に、前記第２のプラズマ発生手段と前記回転テーブルとの間の距離が前記第１の距離より小さい第２の距離の状態で、前記第１のプラズマ発生手段のアンテナと同一の平面形状を有するアンテナを用いて、前記第２のプラズマ処理用ガスをプラズマ化して供給し、
    前記第２のプラズマ処理用ガスが供給された前記基板に、前記分離ガスを供給するよう、
    前記基板処理装置を制御する、
    基板処理装置。
13. 前記第１の距離は、４５〜１２０ｍｍの範囲内であり、
    前記第２の距離は、前記第１の距離よりも短く、かつ、２０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲内である、
    請求項１２に記載の基板処理装置。

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