半导体器件的制造方法、衬底处理装置及程序与流程

1.本发明涉及半导体器件的制造方法、衬底处理装置及程序。


背景技术：

2.形成闪存等半导体器件的图案时，作为制造工序的一个工序，存在实施对衬底进行氧化处理、氮化处理等规定处理的工序的情况。
3.例如，在专利文献1中公开了使用等离子体激发的处理气体对衬底上形成的图案表面进行改性处理。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2014
‑
75579号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.本发明的目的在于，提供可对向衬底供给的氧化种的面内分布进行控制的技术。
9.用于解决课题的手段
10.根据本发明的一方式，提供有如下技术，其具有：
11.将衬底收容至处理室内的工序，
12.向前述处理室内供给含有氧的第1气体的工序，
13.激发前述第1气体而在前述处理室内生成等离子体的工序，
14.向前述处理室内供给含有氢的第2气体，根据前述等离子体在前述处理室内的密度分布对前述处理室内的氢的浓度分布进行调节的工序，和
15.利用借助前述等离子体生成的氧化种对前述衬底进行处理的工序。
16.发明效果
17.根据本发明，可对向衬底供给的氧化种的面内分布进行控制。
附图说明
18.图1是本发明的一实施方式中涉及的衬底处理装置的概略剖视图。
19.图2是说明本发明的实施方式中涉及的衬底处理装置的等离子体生成原理的说明图。
20.图3是示出本发明的一实施方式中涉及的衬底处理装置的控制部(控制手段)的构成的图。
21.图4是示出本发明的一实施方式中涉及的衬底处理工序的流程图。
22.图5是用于说明在衬底上形成的等离子体的示意图。
23.图6的(a)是示出氢浓度分布一定的情况下的距等离子体p1的距离与借助该等离子体p1生成的氧化种的密度之间的关系的图；图6的(b)是示出氢浓度分布一定的情况下的
距等离子体p2的距离与借助该等离子体p2生成的氧化种的密度之间的关系的图；图6的(c)是示出氢浓度分布一定的情况下的借助等离子体p1、p2在衬底上生成的氧化种的分布的图。
24.图7是示出氢浓度、距等离子体p的距离、和借助该等离子体p生成的氧化种的密度之间的关系的图。
25.图8是用于说明将处理室201内的氢浓度分布调节前和调节后的距等离子体p的距离与借助该等离子体p生成的氧化种的密度之间的关系的图。
26.图9的(a)是示出将氢浓度分布调节后的距等离子体p1的距离、与借助该等离子体p1生成的氧化种的密度之间的关系的图；图9的(b)是示出将氢浓度分布调节后的距等离子体p2的距离、与借助该等离子体p2生成的氧化种的密度之间的关系的图；图9的(c)是示出将氢浓度分布调节后的借助等离子体p1、p2在衬底上生成的氧化种的分布的图。
具体实施方式
27.<本发明的第一实施方式>
28.(1)衬底处理装置的构成
29.以下，针对本发明的第1实施方式中涉及的衬底处理装置，使用图1及图2进行说明。本实施方式涉及的衬底处理装置以对主要在衬底面上形成的膜进行氧化处理的方式构成。
30.(处理室)
31.衬底处理装置100具备使用等离子体对晶片200进行处理的处理炉202。处理炉202中，设置有构成处理室201的处理容器203。处理容器203具备作为第1容器的圆顶型的上侧容器210和作为第2容器的碗型的下侧容器211。上侧容器210载置于下侧容器211之上，从而形成处理室201。上侧容器210由例如氧化铝(al2o3)或石英(sio2)等非金属材料形成，下侧容器211由例如铝(a1)形成。
32.另外，在下侧容器211的下部侧壁设置有闸阀244。闸阀244构成为能够在打开时使用搬送机构(未示出)经由搬入搬出口245向处理室201内搬入晶片200，或向处理室201外搬出晶片200。闸阀244以成为在关闭时保持处理室201内的气密性的分隔阀的方式构成。
33.处理室201具有：在周围设有线圈212的等离子体生成空间201a；以及与等离子体生成空间201a连通并进行晶片200处理的衬底处理空间201b。等离子体生成空间201a是生成等离子体的空间，是指在处理室内的相比于线圈212的下端位于上方且相比于线圈212的上端位于下方的空间。另一方面，衬底处理空间201b是指使用等离子体对衬底进行处理的空间，且是比线圈212的下端更靠下方的空间。在本实施方式中，等离子体生成空间201a与衬底处理空间201b的水平方向的直径构成为大致相同。
34.(衬托器)
35.在处理室201的底侧中央配置有构成载置晶片200的衬底载置部(衬底载置台)的衬托器217。衬托器217由例如氮化铝(aln)、陶瓷、石英等非金属材料形成。
36.在衬托器217的内部，一体地埋入有作为加热机构的加热器217b。加热器217b构成为能够在被供给电力时将晶片200表面加热至例如25℃至750℃左右。
37.衬托器217与下侧容器211电绝缘。阻抗调节电极217c设置于衬托器217内部，并经
由作为阻抗调节部的阻抗可变机构275接地。阻抗可变机构275由线圈、可变电容器构成，构成为通过对线圈的电感及电阻以及可变电容器的电容值进行控制，而能够使阻抗变化。由此，能够经由阻抗调节电极217c及衬托器217而对晶片200的电位(偏置电压)进行控制。需要说明的是，本实施方式中能够对使用阻抗调节电极217c进行或不进行偏置电压控制进行任意地选择。
38.衬托器217上，设置有具备使衬托器升降的驱动机构的衬托器升降机构268。另外，在衬托器217上设置有贯通孔217a，并在下侧容器211的底面设置有晶片顶起销266。贯通孔217a与晶片顶起销266在彼此相对的位置上设置有至少各3处。在通过衬托器升降机构268使衬托器217下降时，晶片顶起销266构成为从贯通孔217a中穿过。
39.主要由衬托器217及加热器217b、电极217c构成本实施方式涉及的衬底载置部。
40.(第1气体供给部)
41.在处理室201的上方即上侧容器210的上部，设置有气体供给头236。气体供给头236构成为，具备盖状的盖体233、气体导入口234、缓冲室237、开口238、遮蔽板240和气体吹出口239，能够向处理室201内供给反应气体。缓冲室237具有作为使自气体导入口234导入的反应气体分散的分散空间的功能。气体吹出口239构成为沿着处理室201的内周设置的狭缝状的开口，并构成为能够朝向处理室201的内周壁附近在其周方向上均等地供给反应气体。
42.在气体导入口234上，供给作为含氧气体的氧(o2)气体的含氧气体供给管232a的下游端、供给作为含氢气体的氢(h2)气体的含氢气体供给管232b的下游端及供给作为非活性气体的氮(n2)气体的非活性气体供给管232c以合流的方式被连接。在含氧气体供给管232a上，设置有o2气体供给源250a、作为流量控制装置的质量流量控制器(mfc)252a、作为开闭阀的阀253a。在含氢气体供给管232b上，设置有h2气体供给源250b、mfc252b、阀253b。在非活性气体供给管232c上，设置有n2气体供给源250c、mfc252c、阀253c。在含氧气体供给管232a、含氢气体供给管232b和非活性气体供给管232c合流的下游侧，设置阀243a，并与气体导入口234的上游端连接。通过使阀253a、253b、253c、243a开闭，从而能够构成为利用mfc252a、252b、252c对各气体的流量进行调节，并经由含氧气体供给管232a、含氢气体供给管232b、非活性气体供给管232c向处理室201内供给含氧气体、含氢气体、非活性气体等处理气体。
43.主要由气体供给头236(盖体233、气体导入口234、缓冲室237、开口238、遮蔽板240、气体吹出口239)、含氧气体供给管232a、含氢气体供给管232b、非活性气体供给管232c、mfc252a、252b、252c、阀253a、253b、253c、243a构成本实施方式涉及的第1气体供给部(第1气体供给系统)。第1气体供给部构成为向处理室201内供给含有氧的作为氧化种源的气体。以下，将由第1气体供给部供给的气体称为第1气体。
44.(第2气体供给部)
45.在处理室201的中央上方设置有气体供给环300。气体供给环300具备作为环形状喷嘴的气体供给管301、气体导入口302和多个气体吹出孔303，并能够构成为向处理室201内供给反应气体。多个气体吹出孔303以例如在气体供给管301的下表面、沿着环形状的周方向以成为均等的间隔的方式配置，并构成为能够在处理室201的周方向上均等地供给反应气体。
46.在气体导入口302上，供给作为含氧气体的o2气体的含氧气体供给管232d的下游端、供给作为含氢气体的h2气体的含氢气体供给管232e的下游端、和供给作为非活性气体的n2气体的非活性气体供给管232f以合流的方式被连接。在含氧气体供给管232d上，设置有o2气体供给源250d、mfc252d、阀253d。在含氢气体供给管232e上，设置有h2气体供给源250e、mfc252e、阀253e。在非活性气体供给管232f上，设置有n2气体供给源250f、mfc252f、阀253f。在含氧气体供给管232d、含氢气体供给管232e和非活性气体供给管232f合流的下游侧，设置阀243c，并与气体导入口302的上游端连接。使阀253d、253e、253f、243c开闭，而构成为利用mfc252d、252e、252f对各气体的流量进行调节，并经由含氧气体供给管232d、含氢气体供给管232e、非活性气体供给管232f向处理室201内供给含氧气体、含氢气体、非活性气体等处理气体。
47.主要由气体供给环300、含氧气体供给管232d、含氢气体供给管232e、非活性气体供给管232f、mfc252d、252e、252f、阀253d、253e、253f、243c构成为本实施方式涉及的第2气体供给部(第2气体供给系统)。第2气体供给部构成为向处理室201内供给含有氢的用于调节氢浓度的氢浓度调节气体。以下，将由第2气体供给部供给的气体称为第2气体。
48.第1气体供给部构成为：向沿着处理室201的内壁的等离子体生成空间201a(后述)内的作为第1区域的外周区域供给第1气体。另外，第2气体供给部构成为，向由外周区域包围的区域并作为等离子体生成空间201a内的第2区域的中央区域供给第2气体。即，第1气体被供给至处理室201内的外周区域，第2气体被供给至包括晶片200的处理面的上方区域、且在晶片200的面方向上为与外周区域不同的区域的中央区域。处理室201内的空间由沿着处理室201的内壁的外周区域、与被外周区域包围的中央区域构成。
49.根据第1气体供给部和第2气体供给部，可针对第1气体及第2气体中的各自，对o2气体与h2气体的混合比(流量比)、其总流量进行调节。因此，成为可对被供给至处理室201内的外周区域与中央区域的各区域的o2气体与h2气体的混合比、其总流量进行调节。
50.(排气部)
51.在下侧容器211的侧壁设置有从处理室201内将反应气体等进行排气的气体排气口235。在气体排气口235上，连接有气体排气管231的上游端。在气体排气管231上，设置有作为压力调节器的apc(auto pressure controller：自动压力控制器)阀242、作为开闭阀的阀243b、作为真空排气装置的真空泵246。
52.主要由气体排气口235、气体排气管231、apc阀242、阀243b构成本实施方式涉及的排气部。需要说明的是，也可以在排气部中包含真空泵246。
53.(等离子体生成部)
54.在处理室201的外周部、即上侧容器210的侧壁的外侧，以包围处理室201的方式设置有作为高频电极的、螺旋状的共振线圈212。在共振线圈212上连接有rf传感器272、高频电源273、进行高频电源273的阻抗、输出频率之匹配的匹配器274。
55.高频电源273向共振线圈212供给高频电力(rf电力)。rf传感器272设置在高频电源273的输出侧，对所供给的高频的行波、反射波的信息进行监控(monitor)。由rf传感器272监控的反射波电力被输入匹配器274，匹配器274基于从rf传感器272输入的反射波的信息，以反射波成为最小的方式对高频电源273的阻抗、所输出的高频电力的频率进行控制。
56.共振线圈212按照以恒定的波长共振的方式设置卷绕直径、卷绕间距、匝数以形成
规定波长的驻波。即，共振线圈212的电气长度设定为与从高频电源273供给的高频电力的规定频率时的一个波长的整数倍相当的长度。
57.具体而言，考虑所施加的电力、所产生的磁场强度或所应用的装置的外形等，共振线圈212例如设为50～300mm2的有效截面积且为200～500mm的线圈直径，并且在等离子体生成空间201a的外周侧卷绕2～60次左右，以使得能够通过800khz～50mhz、0.1～5kw的高频电力产生0.01～10高斯左右的磁场。需要说明的是，本说明书中的“800khz～50mhz”这样的数值范围的表述意味着下限值及上限值包含在其范围中。例如，“800khz～50mhz”意味着“800khz以上且50mhz以下”。针对其他数值范围也是相同的。
58.在本实施方式中，将高频电力的频率设定为27.12mhz，将共振线圈212的电气长度设定为一个波长的长度(约11米)。共振线圈212的卷绕间距例如以24.5mm间隔按照等间隔的方式设置。另外，共振线圈212的卷绕直径(直径)按照大于晶片200的直径的方式设定。在本实施方式中，晶片200的直径设为300mm，共振线圈212的卷绕直径按照成为500mm而大于晶片200的直径的方式设置。
59.共振线圈212的两端电接地，为了对在装置最初设置时或处理条件的变更时共振线圈212的电气的长度进行微调，其中的至少一端经由可动抽头213接地。图1中的符号214表示另一侧的固定地线。可动抽头213以使得共振线圈212的共振特性与高频电源273大致相等的方式调节位置。此外，为了在装置最初设置时或处理条件的变更时对共振线圈212的阻抗进行微调节，在共振线圈212的接地的两端之间由可动抽头215构成给电部。
60.设置遮蔽板223的目的在于遮蔽共振线圈212的外侧的电场。
61.主要由共振线圈212、rf传感器272、匹配器274构成本实施方式的等离子体生成部。需要说明的是，作为等离子体生成部也可以包含高频电源273。
62.在此，使用图2说明本实施方式的装置的等离子体生成原理及所生成的等离子体的性质。
63.如下所述，本实施方式中的等离子体生成部构成为通过icp(inductively coupled plasma，电感耦合等离子体)方式生成等离子体。由共振线圈212构成的等离子体产生电路由rlc的并联谐振电路构成。上述等离子体产生电路中，在使等离子体产生的情况下，由于共振线圈212的电压部与等离子体之间的电容耦合的变化、等离子体生成空间201a与等离子体之间的电感耦合的变化、等离子体的激发状态等，实际的共振频率变化，尽管该变化是微小的。
64.因此，在本实施方式中，为了在电源侧对等离子体产生时的共振线圈212中的共振的偏移进行补偿，具有下述功能：在rf传感器272中检测等离子体产生时的来自共振线圈212的反射波电力并由匹配器274基于检测到的反射波电力对高频电源273的输出进行修正。
65.具体而言，匹配器274基于rf传感器272中检测到的等离子体产生时的来自共振线圈212的反射波电力，以反射波电力变为最小的方式使高频电源273的阻抗或输出频率增加或减少。
66.在本实施方式的共振线圈212中，如图2所示，由于供给由包含等离子体的该共振线圈的实际共振频率产生的高频电力(或以与包含等离子体的该共振线圈的实际阻抗匹配的方式供给高频电力)，因此形成相位电压与反相电压始终抵消的状态的驻波。在共振线圈
212的电气长度与高频电力的波长相同的情况下，在线圈的电气中点(电压为零的节点)产生最高相位电流。因此，在电气中点附近，基本没有与处理室壁、衬托器217的电容耦合，形成电势非常低的环状的感应等离子体。
67.根据该构成，由于以卷绕在处理室201的外周的方式设置有共振线圈212，因此通过向共振线圈212供给高频电力，在共振线圈212附近且沿着处理室201的内周的区域生成环状的等离子体。即，该环状的等离子体在处理室201内的外周区域内生成。特别地，在本实施方式中，在共振线圈212的电气中点所处的高度、即共振线圈212的上端与下端的中间高度位置，生成上述环状的等离子体。
68.(控制部)
69.作为控制部的控制器221构成为，经由信号线a控制apc阀242、阀243b及真空泵246，经由信号线b控制衬托器升降机构268，经由信号线c控制加热器电力调节机构276及阻抗可变机构275，经由信号线d控制闸阀244，经由信号线e控制rf传感器272、高频电源273及匹配器274，经由信号线f控制mfc252a～252f及阀253a～253f、243a、243c。
70.如图3所示，作为控制部(控制单元)的控制器221采用具备cpu(central processing unit：中央处理器单元)221a、ram(random access memory：随机存取存储器)221b、存储装置221c、i/o端口221d的计算机构成。ram221b、存储装置221c、i/o端口221d以能够经由内部总线221e与cpu221a进行数据交换的方式构成。控制器221与构成为例如触摸面板、显示器等的输入输出装置222连接。
71.储装置221c由例如闪存、hdd(hard disk drive：硬盘驱动器)等构成。在存储装置221c内以能够读取的方式保存有对衬底处理装置的动作进行控制的控制程序、记载有后述的衬底处理的步骤、条件等的程序制程等。工艺制程是将后述的衬底处理工序中的各步骤以使控制器221执行并能够获得规定结果的方式组合而得到，作为程序发挥功能。以下，也将该程序制程、控制程序等简单地统称为程序。需要说明的是，本说明书中使用程序这一用语的情况存在仅包含程序制程的情况、仅包含控制程序的情况或包含该二者的情况。另外，ram221b构成为暂时保存由cpu221a读取的程序、数据等的存储区域(工作区域)。
72.i/o端口221d与上述mfc252a～252f、阀253a～253f、243a、243b、243c、闸阀244、apc阀242、真空泵246、rf传感器272、高频电源273、匹配器274、衬托器升降机构268、阻抗可变机构275、加热器电力调节机构276等连接。
73.cpu221a构成为，读取来自存储装置221c的控制程序并执行，并根据来自输入输出装置222的操作命令的输入等从存储装置221c读取工艺制程。并且，cpu221a构成为，按所读取的工艺制程的内容，经由i/o端口221d及信号线a控制apc阀242的开度调节动作、阀243b的开闭动作及真空泵246的起动/停止，经由信号线b控制衬托器升降机构268的升降动作，经由信号线c控制由加热器电力调节机构276针对加热器217b进行的供给电力量调节动作、由阻抗可变机构275进行的阻抗值调节动作，经由信号线d控制闸阀244的开闭动作，经由信号线e控制rf传感器272、匹配器274及高频电源273的动作，经由信号线f控制由mfc252a～252f进行的各种气体的流量调节动作及阀253a～253f、243a、243c的开闭动作，等等。
74.控制器221能够通过将保存在外部存储装置(例如磁带、软盘、硬盘等磁盘、cd、dvd等光盘、mo等光磁盘、usb存储器、存储卡等半导体存储器)223中的上述程序安装于计算机而构成。存储装置221c、外部存储装置223构成为计算机能够读取的记录介质。以下，也将以
上述部件简单地统称为记录介质。本说明书中使用记录介质这一用语时，存在仅包含存储装置221c的情况，仅包含外部存储装置223的情况，或包含该二者的情况。需要说明的是，向计算机提供程序也可以不使用外部存储装置223而使用网络、专用线路等通信手段进行。
75.(2)衬底处理工序
76.接下来，主要使用图4来针对本实施方式涉及的衬底处理工序进行说明。图4为示出本实施方式涉及的衬底处理工序的流程图。本实施方式涉及的衬底处理工序中，例如作为闪存等半导体器件的制造工序的一个工序，针对使用上述衬底处理装置100而将形成有含硅(si)的膜的晶片200的表面氧化而形成硅氧化(sio)膜的方法的例子进行说明。在以下说明中，构成衬底处理装置100的各部分的动作由控制器221进行控制。
77.(衬底搬入工序s110)
78.首先，将上述晶片200搬入处理室201内进行收容。具体而言，衬托器升降机构268使衬托器217下降至晶片200的搬送位置。结果，晶片顶起销266成为与衬托器217表面相比从贯通孔217a突出规定高度的状态。
79.接下来，将闸阀244打开，使用晶片搬送机构(未示出)，将晶片200从与处理室201邻接的真空搬送室搬入处理室201内。搬入的晶片200在晶片顶起销266上以水平姿势被支承。将晶片200搬入处理室201内后，关闭闸阀244以使处理室201内密闭。并且，衬托器升降机构268使衬托器217上升，由此，晶片200被支承在衬托器217的上表面。
80.(升温
·
真空排气工序s120)
81.接下来，使搬入处理室201内的晶片200升温。加热器217b被预先加热，通过将晶片200保持在埋入有加热器217b的衬托器217上，从而将晶片200加热为例如150～750℃范围内的规定值。这里，晶片200的温度加热成600℃。另外，晶片200进行升温时，利用真空泵246而经由气体排气管231对处理室201内进行真空排气，将处理室201内的压力设为规定的值。真空泵246在至少直到后述的衬底搬出工序s160结束为止而工作。
82.(反应气体供给工序s130)
83.接下来，开始从第1气体供给部向处理室201的外周区域供给含有氧的作为氧化种源气体即第1气体的、o2气体与h2气体的混合气体。具体而言，打开阀253a及阀253b，一边利用mfc252a及mfc252b进行流量控制，一边开始经由气体吹出口239向处理室201内供给第1气体。
84.通过利用mfc252a及mfc252b进行流量控制，对第1气体的总流量及第1气体的组成(特别是氢的含有率)中的至少一者进行调节。在本实施方式中，通过改变h2气体与o2气体的混合比(流量比)，可容易地调节第1气体的组成。
85.此时，将第1气体的总流量设为例如1000～5000sccm，将第1气体中的o2气体的流量设为例如20～2000sccm，优选为20～1000sccm范围内的规定值。另外，将第1气体中的h2气体的流量设为例如20～1000sccm，优选为20～500sccm范围内的规定值。第1气体中所含的h2气体与o2气体的含有比率设为0∶100～95∶5的范围的规定值。即，将h2气体的比率(第1气体中所含的氢的含有率)设为0～95％范围内的规定值。更具体而言，例如，将第1气体的总流量设为1000sccm，将h2气体与o2气体的含有比率设为10：90(氢的含有率10％)。
86.理想的是，直接向下述区域供给第1气体：处理室201的外周区域，且为在后述的等离子体处理工序s140中形成的产生环状的等离子体的区域。
87.同时地，开始从第2气体供给部向处理室201的中央区域供给作为氢浓度调节气体即第2气体的、o2气体与h2气体的混合气体。具体而言，打开阀253d及阀253e，一边利用mfc252d及mfc252e进行流量控制，一边经由设置于气体供给环300的气体吹出孔303开始向处理室201内供给第2气体。
88.通过利用mfc252d及mfc252e进行流量控制，对第2气体的总流量及第2气体的组成(特别是氢的含有率)中的至少一者进行调节。与第1气体同样地，通过改变h2气体与o2气体的混合比，可容易地调节第2气体的组成。
89.此时，将第2气体的总流量设为与第1气体的总流量相等或在其以下、例如设为100～5000sccm，将第2气体中的o2气体的流量设为例如0～5000sccm，优选设为0～500sccm范围内的规定值。另外，将第2气体中的h2气体的流量设为例如0～5000sccm，优选设为0～500sccm范围内的规定值。在本实施方式中，将第2气体中所含的h2气体的比率(即第1气体的含氢率)设为0～100％范围内的规定值。第2气体的总流量优选为与第1气体相等或在其以下。这是由于，在第2气体的流量大于第1气体的流量的情况下，处理室201内的等离子体生成区域(后述)中的h2气体与o2气体的浓度、含有比率较大地受到由第2气体带来的影响，因此等离子体生成区域中的等离子体激发的控制、借助等离子体产生的氧化种的生成控制等变得困难。因此，作为特别优选的例子，例如第2气体的总流量设为100sccm，h2气体与o2气体的含有比率设为20∶80(含氢率20％)。
90.(氢的浓度分布控制)
91.在本工序中，针对第1气体、第2气体中的各自，通过对流量及含氢率中的至少一者进行控制，可对处理室201内的氢浓度分布进行控制。氢浓度分布以使后述的等离子体处理工序中的氧化种的密度分布成为所期望的分布的方式进行控制。
92.第2气体的含氢率优选以与第1气体的含氢率不同的方式进行调节。通过使用与第1气体的含氢率不同的第2气体而分别地对第1气体与第2气体的流量进行控制，对处理室201内的氢浓度分布的调节变得容易。既能够将第2气体的含氢率调节为比第1气体的含氢率高，也能够调节为比第1气体中所含的氢的含有率低。
93.以处理室201内的压力成为例如5～260pa范围内的规定压力的方式，调节apc阀242的开度而控制处理室201内的排气。如此，将处理室201内适度地进行排气，并且持续供给第1气体及第2气体直至后述等离子体处理工序s140结束时为止。
94.(等离子体处理工序s140)
95.在处理室201内的压力稳定后，开始由高频电源273对共振线圈212施加高频电力。由此，在被供给了o2气体及h2气体的等离子体生成空间201a内形成高频电场，利用该电场，在等离子体生成空间的与共振线圈212的电气中点相当的高度位置处，激发出等离子体密度最高的环状的感应等离子体。等离子体状的o2气体及h2气体解离，生成包含o的o自由基、羟基自由基(oh自由基)等氧自由基、原子状氧(o)、臭氧(o3)、氧离子等氧化种。
96.本工序中，第1气体被供给至以第1等离子体密度生成等离子体的区域的等离子体生成区域。在本实施方式中，对靠近共振线圈212的处理室201内的外周区域内且为激发出环状的等离子体的区域的、等离子体生成区域供给第1气体，主要通过第1气体被等离子体激发而生成上述氧化种。
97.另一方面，在本工序中，第2气体被供给至以比第1等离子体密度低的第2等离子体
密度生成等离子体的区域、或不生成等离子体的区域(第2等离子体密度实质上为0的区域)即等离子体非生成区域。即，第2气体被供给至等离子体密度与第1气体不同的区域。本实施方式中，特别地，向在环状的等离子体内侧形成的等离子体非生成区域供给第2气体。
98.即，本实施方式中，处理室201的外周区域的至少一部分成为生成沿着处理室201的内壁的环状的等离子体的、等离子体生成区域，处理室201的中央区域成为等离子体非生成区域。
99.(氧化种的密度分布控制)
100.这里，对于借助等离子体所生成的氧化种而言，若与气氛中的氢反应，则会失去其作为氧化种的能力(氧化能力)，或使该能力下降(即失活)。因此，根据氧化种所存在的气氛中的氢浓度，该气氛中的氧化种的密度(浓度)的衰减速度(衰减量)变化。氢浓度越高，氧化种的衰减量越增大，氢浓度越低，氧化种的衰减量越下降。
101.在本实施方式中，在等离子体生成区域中生成的氧化种在等离子体非生成区域中扩散时，与等离子体非生成区域中的氢进行反应而逐渐失活。因此，对于在等离子体非生成区域中扩散的氧化种的密度而言，可由该区域内的氢浓度来调节其衰减量。即，等离子体非生成区域中的氧化种的密度分布可通过控制该区域内的氢浓度分布而任意地调节。
102.具体而言，在上述反应气体供给工序中，通过对主要被供给至等离子体非生成区域中的第2气体的流量或氢的含有率中的至少任一者进行调节，从而对该区域内的晶片200的面内方向上的氢浓度分布进行控制。并且，通过控制该氢浓度分布，从而对在晶片200的上方空间扩散的氧化种的密度分布进行调节。像这样在晶片200的面内方向上的密度分布被调节后的氧化种被供给至晶片200表面。本实施方式中的等离子体非生成区域内的氢浓度分布的控制方法在后述的本实施方式涉及的实施例的说明中进行详述。
103.需要说明的是，等离子体非生成区域中的氢的浓度分布根据如下距离而被控制：距等离子体生成区域的距离，更具体而言，距从处理室201的外周起朝向中央的方向上的、形成有环状的等离子体的区域的距离。
104.对于由在外周区域中形成的环状的等离子体生成的氧化种而言，其在从晶片200的外周朝向中心方向而在晶片200的处理面的上方区域(上方空间)扩散的同时，被供给至晶片200。在本实施方式中，环状的等离子体可在处理室201的内周方向上以大致均匀的密度(强度)形成，并且借助该等离子体而生成的氧化种的密度也可在处理室201的内周方向上被视为大致均匀。因此，通过距处理室201的径向(即晶片200的径向)上的等离子体生成区域的距离而使氢的浓度分布带有梯度，由此，能够在于处理室201的内周方向上使氧化种的密度分布均匀的同时，以晶片200的面内方向上的氧化种的密度分布成为任意的分布的方式进行控制。
105.另外，在本实施方式中，密度分布被控制的氧化种的种类没有特别限定，本实施方式中优选的是，对在处理室201内不会被电磁场加速而扩散的氧自由基、原子状氧(o)的密度分布进行控制。
106.然后，在经过规定的处理时间，例如10～900秒后，停止从高频电源273的电力输出，以停止处理室201内的等离子体放电。另外，将阀253a、253b、253d、253e关闭，以停止第1气体及第2气体向处理室201内的供给。由此，等离子体处理工序s140结束。
107.(真空排气工序s150)
108.停止第1气体及第2气体的供给后，经由气体排气管231对处理室201内进行真空排气。由此，将处理室201内的o2气体、h2气体、由这些气体的反应而产生的排气体等向处理室201外排气。然后，调节apc阀242的开度，将处理室201内的压力调节为与处理室201邻接的真空搬送室相同的压力。
109.(衬底搬出工序s160)
110.然后，使衬托器217下降至晶片200的搬送位置，并使晶片200支承在晶片顶起销266上。然后，打开闸阀244，使用晶片搬送机构将晶片200向处理室201外搬出。由此，使本实施方式涉及的衬底处理工序结束。
111.(3)气氛中的氢浓度和距等离子体的距离与氧化种密度(氧化种浓度)之间的关系
112.图5为用于对在晶片200上生成的等离子体进行说明的图。如上所述，对于利用本实施方式涉及的等离子体生成部生成的等离子体而言，其在靠近共振线圈212的处理室201内的外周区域中，在晶片200的外缘或其外侧的上方以环状形成。此时，在晶片200的外周区域中，等离子体密度(强度)变高，在载置有晶片200的中央区域中，等离子体密度变低，或实质上变为0。即，等离子体的密度分布在等离子体生成空间201a内的晶片200的面方向上变得不均匀。具体而言，以外周区域中的等离子体的密度变为比中央区域中的等离子体的密度高的方式形成等离子体。
113.并且，在形成有等离子体的晶片200的外周区域生成氧化种，并在中央区域处扩散而到达晶片200，参与成膜。
114.作为氧化种的发生源的环状的等离子体p偏在于晶片200的外周区域，在氧化种扩散的过程中，与气氛中的氢(在本实施方式中为h2气体)反应而逐渐失活。因此，氧化种的密度具有根据距等离子体p的距离而逐渐减少的倾向。
115.<比较例>
116.图6为示出将氧化种扩散的晶片200的上方空间内(例如中央区域内)的氢浓度分布设为相同的情况下(比较例)的、距等离子体的距离与氧化种的密度之间关系的图。对于图6的(a)～图6的(c)中的等离子体p1和等离子体p2而言，分别地，如图5所示，其为在以夹着晶片200的中心而彼此相对的位置生成的等离子体p的一部分。
117.在比较例中，如图6的(a)所示，对于借助等离子体p1生成的氧化种的密度而言，在晶片200的上方，随着距等离子体p1的距离而以凸曲线形状减少(衰减)。另外，如图6的(b)所示，对于与等离子体p1相对的一侧的借助等离子体p2生成的氧化种的密度而言，也同样地，在晶片200的上方，随着距等离子体p2的距离而以凸曲线形状减少。如图6的(c)所示，对于借助在晶片200的外缘或其外侧的上方形成的环状的等离子体p而生成并扩散的晶片200的上方的氧化种的密度的分布而言，成为图6的(a)与图6的(b)的氧化种的密度分布经加和后的结果。即，由于在晶片200的中央上方氧化种密度变高，因此将会向晶片200的面内中央供给相对而言更多的氧化种，结果，在晶片200上以凸形状形成氧化膜。即，若将氧化种扩散的晶片200的上方空间内的气氛中的氢浓度设为均匀，则有氧化种的密度分布在晶片的面内方向上变得不均匀的情况。
118.<本实施方式涉及的实施例>
119.另一方面，根据本实施方式中的衬底处理装置100，通过将处理室201内的氢的浓度分布如下进行控制，能够使借助在晶片200的面方向上不均匀的等离子体所生成的氧化
种的密度分布在晶片的面内方向上变均匀。
120.这里，图7是示出在使氧化种扩散的空间内的气氛中的氢浓度的分布相同地为5％的情况和使氢浓度的分布相同地为20％的情况下的、距等离子体的距离和借助该等离子体所生成的氧化种的密度之间的关系的图。
121.如图7所示，在使气氛中的氢浓度的分布相同地为5％的情况下，相对于距等离子体的距离而言的、氧化种的密度减少的程度较小，氧化种的密度分布具有成为倾斜小的平缓的曲线的倾向。另一方面，在进一步提高气氛中的氢浓度，使其分布相同地为20％的情况下，存在如下倾向：距等离子体的距离越大，氧化种的密度减少的程度越大，氧化种的密度分布倾斜越大，成为向上凸的曲线形状。
122.另外，图8是示出根据距等离子体的距离而调节氧化种扩散的空间内的氢浓度分布，由此对氧化种的密度分布进行控制的例子的图。图8中的虚线表示在氧化种扩散的空间内的氢浓度相同地为10％的情况下(调节前)的氧化种的密度与距等离子体的距离之间的关系。另外，实线表示将氧化种扩散的空间内的氢浓度的分布从虚线的情况(调节前)进行调节的情况(调节后)的、氧化种的密度与距等离子体的距离之间的关系。在虚线所示的调节前的例子中，相对于距等离子体的距离而言，氧化种的密度分布成为向上凸的曲线状。
123.这里，如使用图7所述的那样，对于相对于距等离子体的距离而言的、氧化种的密度减少的程度而言，在氢浓度高的空间中比在氢浓度低的空间的情况下相对变大。因此，在实线所示的调节后的例子中，对氧化种扩散的空间内的特定的区域供给作为氢浓度调节气体的氢浓度不同的其他气体，由此以使得氧化种的密度分布相对于距等离子体的距离而言变为直线状(线形)的方式进行调节。
124.更具体而言，在该调节后的例子中，向配置于氧化种扩散的空间内的晶片200的中心附近的上方空间(以下，称为晶片中心上方空间)，局部地供给氢浓度为20％的气体作为氢浓度调节气体。由此，以使晶片中心上方空间中的氢浓度局部地增加、并且随着从晶片中心上方空间远离而氢浓度变低的方式，对氢浓度的分布赋予梯度。并且，以相对于距等离子体的距离而言的氧化种的密度分布变为直线状(线形)的方式，将晶片中心上方空间中的氢浓度、随着从晶片中心上方空间远离而变化的氢浓度的梯度进行调节。上述的调节能够通过例如对氢浓度调节气体的氢浓度及流量中的至少一者进行控制而进行。
125.以下，结合在本实施方式中的衬底处理装置100的装置形态，对本实施例更具体地进行说明。
126.图9的(a)～图9的(c)是示出使用本实施方式中的衬底处理装置100而对处理室201内的氢浓度分布进行调节了的情况下的、距等离子体的距离和氧化种密度之间的关系的图。在本实施例中，在上述的衬底处理工序中的反应气体供给工序s130中，将被供给至外周区域的作为氧化种源气体的第1气体中的含氢比率设为10％，将作为被供给至中央区域的氢浓度调节气体的第2气体中的含氢比率设为20％。
127.这里，第2气体被供给至设置于气体供给环300的气体吹出孔303的正下方的空间。可将该正下方的空间作为相当于上述晶片中心上方空间的空间来考虑。即，在本实施例中，通过局部地供给含氢比率比第1气体高的第2气体，使该正下方的空间中的氢浓度局部地增加。另外，以随着从该正下方的空间远离而氢浓度变低的方式(即，以使其接近作为第1气体的氢浓度即10％的方式)，对氢浓度的分布赋予梯度。
128.就上述的氢浓度分布的调节而言，能够主要利用对第2气体的流量及含氢比率中的至少一者进行控制而进行。另外，理想的是，除了第2气体的流量、含氢比率之外，还通过对第1气体的流量及含氢比率中的至少一者进行控制而进行调节。另外，也能够通过调节第1气体及第2气体中的至少一者的供给流速、供给方向，而进行调节。
129.如图9的(a)所示，在本实施例中，以借助等离子体p1生成的氧化种的密度分布在晶片200的上方处随着距等离子体p1的距离变大而以直线状衰减的方式，进行氢浓度分布的调节。另外，如图9的(b)所示，在本实施例中，以借助与等离子体p1相对的一侧的等离子体p2生成的氧化种的密度分布在晶片200上方处随着距等离子体p2的距离变大而以直线状衰减的方式，进行氢浓度分布的调节。如图9的(c)所示，就借助包含等离子体p1与等离子体p2的环状的等离子体p而生成的氧化种在晶片200的上方处的密度分布而言，成为图9的(a)与图9的(b)的氧化种的密度分布经加和后的结果。因此，以使借助环状的等离子体p而生成的氧化种在晶片200的上方处的密度分布在晶片200的面内方向上变得平坦且均匀、且相对于晶片200的处理面而在面内方向变得均匀的方式供给氧化种。即，能够在晶片200上形成面内均匀性良好的氧化膜。
130.如上述这样，使用上述的衬底处理装置100，以氧化种密度的衰减特性成为线形的方式使处理室201中央(晶片200中央)附近处的第2气体中的氢浓度变高。即，通过使供给至中央区域的第2气体中的氢浓度比供给至外周区域的第1气体中的氢浓度高而对处理室201内的氢浓度分布进行调节而对氢浓度分布赋予梯度，由此能够在晶片的面内方向上形成均匀的膜。
131.即，通过对处理室201内的第1气体与第2气体的供给流量、混合比、氢的含有率等进行调节，能够调节处理室201内的氢浓度的分布。即，通过调节处理室201内的氢的浓度分布，可将供给至晶片200的氧化种的密度分布(浓度分布)控制为任意的分布。
132.<本发明的其他实施方式>
133.在上述实施方式中，针对通过对处理室201内的氢浓度分布进行调节，以在晶片200的面内方向上变得均匀的方式对晶片200的上方处的氧化种的密度分布进行控制的例子进行说明。然而，不限于此，也能够通过上述的衬底处理装置100及衬底处理工序而以晶片200的上方的氧化种的密度分布在晶片200的面内方向上成为中央凸形状的方式，对处理室201内的氢的浓度分布进行控制。另外，也能够以晶片200的上方的氧化种的密度分布在晶片200的面内方向上成为中央凹形状的方式，对处理室201内的氢的浓度分布进行控制。即，根据本发明的技术，可将对晶片200的处理面供给的氧化种的面内分布以成为均匀的分布、中央凸状分布、中央凹状分布等任意的分布的方式进行控制。
134.另外，在上述实施方式中，对使第2气体中的氢的含有率比第1气体中的氢的含有率高的例子进行了说明，但不限于此，也可以将第2气体中的含氢率控制为比第1气体中的含氢率低。由此，也可使处理室201内的中央区域的氢浓度比外周区域低，以抑制中央区域的氧化种的衰减的方式对氧化种的密度分布进行调节。即，能够使晶片200的面内方向上的氧化种的密度分布以从均匀的分布成为中央凸分布、或使中央凹分布接近均匀的分布的方式来对处理室内的氢浓度分布进行调节。通过以第1气体和第2气体之间的氢的含有率不同的方式进行控制，可控制氧化种的密度分布。
135.另外，在上述实施方式中，针对向处理室201内的等离子体生成区域和等离子体非
生成区域的各自供给作为氧化种源气体的第1气体和作为氢浓度调节气体的第2气体，以对处理室201内的氢浓度分布进行调节的例子进行说明。然而，本发明中的技术不限于此，其能够适宜地用于等离子体生成空间内的等离子体密度为不均匀(即，存在偏在(不均))的情况。在这样的情况下，由于等离子体密度的偏在，借助等离子体生成的氧化种的密度分布也产生偏差，因此，要求将处理室内的氧化种的密度分布调节为所期望的分布(特别地，在晶片的面内方向上均匀的分布)。因此，根据本发明中的技术，根据处理室内的等离子体密度的分布，相对于氧化种源气体另行地向处理室内单独地供给氢浓度调节气体，对处理室内的氢浓度分布进行调节，由此能够将氧化种的密度分布以成为所期望的分布的方式进行控制。
136.另外，在上述实施方式中，针对使用等离子体对衬底表面进行氧化处理的例子进行了说明，但并不限于上述处理，能够适用于使用等离子体对衬底实施处理的任意技术。例如，能够适用于使用等离子体进行的对形成于衬底表面的膜的改性处理、掺杂处理、氧化膜的还原处理、对该膜的蚀刻处理、抗蚀剂的灰化处理，等等。
137.另外，在上述实施方式中，针对设置有除了处理室201的外周区域以外还向中央区域供给氢浓度调节气体的1个气体供给部的例子进行了说明，但不限于此，也可以构成为设置向处理室201的中央区域供给氢浓度调节气体的多个气体供给部，单独地对所供给的氢浓度调节气体的流量及气体混合比(含氢比率)中的至少一者进行控制。由此，能够对中央区域内的氢浓度分布进行更精细地(控制性良好地)进行调节。
138.另外，在等离子体在圆周方向上没有均匀地形成的情况下，也可以进一步设置气体供给部，该气体供给部以对圆周方向上的氧化种密度的偏在进行修正的方式，对圆周方向的特定位置供给氢浓度调节气体。
139.另外，在上述实施方式中，针对通过除了处理室201的外周区域外还在中央区域设置1个环形状的气体喷嘴从而调节氢的浓度分布的例子进行了说明，但不限于此，也可以设置1个或多个其他各种形状的喷嘴。
140.另外，在上述实施方式中，使用同时供给第1气体与第2气体的例子进行了说明，但不限于此，也可以在不同的定时进行供给。
141.另外，在上述实施方式中，针对使用icp方式的衬底处理装置的例子进行了说明，但不限于此，例如能够适用于mmt(modified magnetron typed(改进磁控管型))方式的衬底处理装置等。
142.附图标记说明
143.100 衬底处理装置
144.200 晶片
145.201 处理室
146.221 控制器