特開 2023-62369 着火制御方法、成膜方法及び成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023062369

(43)【公開日】2023-05-08

(54)【発明の名称】着火制御方法、成膜方法及び成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20230426BHJP

   H01L 21/318 20060101ALI20230426BHJP

   C23C 16/509 20060101ALI20230426BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230426BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 C

H01L21/318 B

C23C16/509

H05H1/46 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021172297

(22)【出願日】2021-10-21

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 健

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

5F045

5F058

【Ｆターム（参考）】

2G084AA05

2G084BB06

2G084BB11

2G084CC04

2G084CC12

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD12

2G084DD57

2G084FF07

2G084FF08

2G084FF22

2G084FF33

2G084HH07

2G084HH22

2G084HH24

2G084HH32

2G084HH55

2G084HH56

4K030AA03

4K030AA06

4K030AA13

4K030AA17

4K030AA18

4K030BA38

4K030BA40

4K030CA12

4K030FA01

4K030GA06

4K030JA17

4K030KA14

4K030KA30

4K030KA41

5F045AA08

5F045AA15

5F045AB33

5F045AC00

5F045AC03

5F045AC05

5F045AC07

5F045AC12

5F045AD08

5F045AD09

5F045AD10

5F045AE17

5F045AE19

5F045AE21

5F045AF03

5F045BB17

5F045DP19

5F045DP28

5F045DQ05

5F045EE17

5F045EF03

5F045EH13

5F045EH18

5F045EH20

5F045EK06

5F058BA06

5F058BA20

5F058BC08

5F058BD10

5F058BF07

5F058BF24

5F058BF30

5F058BF37

5F058BG10

5F058BJ01

(57)【要約】

【課題】基板上に形成された膜の膜厚及び膜質の制御性を高める。
【解決手段】基板を収容する処理容器と、前記処理容器に形成されたプラズマボックスと、前記プラズマボックスを挟むように配置された電極対と、可変コンデンサを有する整合器を介して前記電極対に接続されたＲＦ電源とを有する成膜装置にて実行される着火制御方法であって、前記電極対に第１周波数の高周波電圧を印加したときの前記可変コンデンサの複数の調整位置のそれぞれに対する前記電極間の電圧を示す第１情報と前記電極及び基板間の電圧を示す第２情報とを記憶部に記憶する工程と、前記記憶部を参照して前記第１情報と前記第２情報とに基づき前記可変コンデンサの初期位置を決定する工程と、前記可変コンデンサの調整位置を前記初期位置に設定し、プラズマ着火させる領域を前記プラズマボックスと前記処理容器とから選択する工程と、を含む着火制御方法が提供される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を収容する処理容器と、
前記処理容器に形成されたプラズマボックスと、
前記プラズマボックスを挟むように配置された一対の電極と、
可変コンデンサを有する整合器を介して前記一対の電極に接続されたＲＦ電源と、
を有する成膜装置にて実行される着火制御方法であって、
前記ＲＦ電源から前記一対の電極に第１周波数の高周波電圧を印加したときの前記可変コンデンサの複数の調整位置のそれぞれに対する前記電極間の電圧を示す第１情報と前記電極及び基板間の電圧を示す第２情報とを予め記憶部に記憶する工程と、
前記記憶部を参照して、前記第１情報と前記第２情報とに基づき前記可変コンデンサの初期位置を決定する工程と、
前記可変コンデンサの調整位置を前記初期位置に設定し、プラズマ着火させる領域を前記プラズマボックスと前記処理容器とから選択する工程と、を含む着火制御方法。

【請求項2】

前記初期位置を決定する工程は、前記プラズマボックスにおける第１整合位置の情報、前記処理容器における第２整合位置の情報、前記第１情報及び前記第２情報に基づき前記可変コンデンサの初期位置を決定する、
請求項１に記載の着火制御方法。

【請求項3】

前記記憶部に記憶する工程は、前記一対の電極に前記第１周波数と異なる第２周波数の高周波電圧を印加したときの前記可変コンデンサの複数の調整位置のそれぞれに対する前記電極間の電圧を示す第３情報と前記電極及び基板間の電圧を示す第４情報と、を予め記憶し、
前記ＲＦ電源は周波数を可変に制御可能であり、前記ＲＦ電源の周波数を前記第２周波数に制御する工程を有し、
前記初期位置を決定する工程は、前記ＲＦ電源の周波数が前記第２周波数に制御された場合、前記記憶部を参照して、前記第３情報及び前記第４情報に基づき前記可変コンデンサの初期位置を更新し、
前記選択する工程は、前記可変コンデンサの調整位置を、更新した前記初期位置に設定し、プラズマ着火させる領域を前記プラズマボックスと前記処理容器とから選択する、
請求項１又は２に記載の着火制御方法。

【請求項4】

前記初期位置を決定する工程は、前記プラズマボックスにおける第１整合位置の情報、前記処理容器における第２整合位置の情報、前記第３情報及び前記第４情報に基づき前記可変コンデンサの初期位置を更新する、
請求項３に記載の着火制御方法。

【請求項5】

（ａ）窒化される元素を含む原料ガスを基板に供給し、前記元素を含む層を前記基板に形成する工程と、
（ｂ）前記原料ガスを基板に供給した後、プラズマにより活性化した窒素ガス、水素ガス又はアンモニアガスを供給し、前記元素を含む層を改質する工程と、
（ｃ）プラズマにより活性化した窒素を含むガスを供給し、前記元素を窒化する工程と、を有し、基板に窒化膜を成膜する成膜方法において、
前記（ｂ）の工程において、請求項１～４のいずれか一項に記載の着火制御方法を使用してプラズマ着火させる領域をプラズマボックスと処理容器とから選択する、成膜方法。

【請求項6】

基板を収容する処理容器と、
前記処理容器に形成されたプラズマボックスと、
前記プラズマボックスを挟むように配置された一対の電極と、
可変コンデンサを有する整合器を介して前記一対の電極に接続されたＲＦ電源と、
制御部と、を有する成膜装置であって、
前記制御部は、
前記ＲＦ電源から前記一対の電極に第１周波数の高周波電圧を印加したときの前記可変コンデンサの複数の調整位置のそれぞれに対する前記電極間の電圧を示す第１情報と前記電極及び基板間の電圧を示す第２情報とを予め記憶部に記憶する工程と、
前記記憶部を参照して、前記第１情報と前記第２情報とに基づき前記可変コンデンサの初期位置を決定する工程と、
前記可変コンデンサの調整位置を前記初期位置に設定し、プラズマ着火させる領域を前記プラズマボックスと前記処理容器とから選択する工程と、を制御する、成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、着火制御方法、成膜方法及び成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１及び特許文献２は、複数の基板を処理容器に収容し、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で複数の基板に窒化膜を成膜するバッチ式の成膜装置を開示する。

【0003】

特許文献１は、シリコンを含む原料ガスを供給する工程と、プラズマにより活性化した水素ガスを供給する工程と、熱により活性化した窒化ガスを供給し、シリコン元素を窒化する工程と、プラズマにより活性化した窒化ガスを供給し、シリコン元素を窒化する工程と、各工程の間にパージガスを供給する工程とを有する成膜方法を提案する。これにより、所望の膜厚分布となるようにシリコン窒化膜を成膜できる。

【0004】

特許文献２は、シリコンを含む原料ガスを供給する工程と、プラズマにより活性化した水素ガスを含む改質ガスを供給する工程と、熱により活性化した窒化ガスを供給し、シリコン元素を窒化する工程と、各工程の間にパージガスを供給する工程とを有する成膜方法を提案する。これにより、シリコン窒化膜が形成される下地膜のダメージを低減できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１６１７２２号公報

【特許文献2】特開２０２０－１１３７４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、基板上に形成された膜の膜厚及び膜質の制御性を高めることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一の態様によれば、基板を収容する処理容器と、前記処理容器に形成されたプラズマボックスと、前記プラズマボックスを挟むように配置された電極対と、可変コンデンサを有する整合器を介して前記電極対に接続されたＲＦ電源と、を有する成膜装置にて実行される着火制御方法であって、前記ＲＦ電源から前記電極対に第１周波数の高周波電圧を印加したときの前記可変コンデンサの複数の調整位置のそれぞれに対する前記電極間の電圧を示す第１情報と前記電極及び基板間の電圧を示す第２情報とを予め記憶部に記憶する工程と、前記記憶部を参照して、前記第１情報と前記第２情報とに基づき前記可変コンデンサの初期位置を決定する工程と、前記可変コンデンサの調整位置を前記初期位置に設定し、プラズマ着火させる領域を前記プラズマボックスと前記処理容器とから選択する工程と、を含む着火制御方法が提供される。

【発明の効果】

【0008】

一の側面によれば、基板上に形成された膜の膜厚及び膜質の制御性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る成膜装置の構造図。

【図2】実施形態に係る電極間電圧及び電極－ウェハ間電圧の説明図。

【図3】実施形態に係る成膜装置のガス供給源及び制御部の説明図。

【図4】パッシェン曲線を示す図。

【図5】１３．５６ＭＨｚのＲＦを印加したときの可変コンデンサの各調整位置における電極間電圧及び電極－ウェハ間電圧を示すテーブル例。

【図6】１４．５６ＭＨｚのＲＦを印加したときの可変コンデンサの各調整位置における電極間電圧及び電極－ウェハ間電圧を示すテーブル例。

【図7】可変コンデンサの初期位置の説明図。

【図8】可変コンデンサの初期位置の説明図。

【図9】実施形態に係る着火制御方法を示すフローチャート。

【図10】実施形態に係る着火制御方法を示すタイムチャート。

【図11】実施形態に係る成膜方法を示すフローチャート。

【図12】実施形態に係る成膜方法を示すタイムチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0011】

［成膜装置］
まず、本実施形態に係る成膜装置１０について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る成膜装置１０を示す図である。成膜装置１０は、複数のウェハを処理容器１１に収容し、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））法により複数のウェハに窒化膜を成膜する。成膜装置１０は、係る成膜方法を実行する装置の一例である。

【0012】

成膜装置１０は、複数のウェハを処理するバッチ式の縦型熱処理装置である。ただし、成膜装置１０は、係る熱処理装置に限らない。例えば、成膜装置１０は、ウェハを１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってもよい。また、成膜装置１０は、セミバッチ式の装置であってもよい。セミバッチ式の装置は、回転テーブルの回転中心線の周りに配置した複数枚のウェハを、回転テーブルと共に回転させ、異なるガスが供給される複数の領域を順番に通過させる装置でもよい。

【0013】

窒化膜は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）であるがこれに限らない。本実施形態に係る成膜装置１０が実行する成膜方法で形成するシリコン窒化膜は、原料ガス（例えばジクロロシランガス）と、窒化ガス（例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガス）のプラズマとを交互にウェハに供給することにより、ウェハ上に形成される。

【0014】

係る成膜方法では、ウェハの面内に形成される窒化膜の膜厚がウェハのエッジにおいて厚くなる傾向がある。これを抑制するためにアンモニアガスのプラズマを供給する工程の前に窒素（Ｎ_２）ガスのプラズマを供給することでウェハのエッジの膜厚を抑制する方法があるが、更なる膜厚調整が望まれている。そこで、本実施形態に係る成膜方法では、膜厚及び膜質の制御性を更に高めることができる技術を提供する。

【0015】

成膜装置１０は、ウェハ２を収容し、ウェハ２が処理される空間を内部に形成する処理容器１１と、処理容器１１の下端の開口を気密に塞ぐ蓋体２０と、ウェハ２を保持する基板保持具３０とを有する。ウェハ２は、例えば半導体基板であって、より詳細には例えばシリコンウェハである。基板保持具３０は、ウェハボートとも呼ばれる。

【0016】

処理容器１１は、下端が開放された有天井の円筒形状の処理容器本体１２を有する。処理容器本体１２は、例えば石英により形成される。処理容器本体１２の下端には、フランジ部１３が形成される。また、処理容器１１は、例えば円筒形状のマニホールド１４を有する。マニホールド１４は、例えばステンレス鋼により形成される。マニホールド１４の上端にはフランジ部１５が形成され、そのフランジ部１５には処理容器本体１２のフランジ部１３が設置される。フランジ部１５とフランジ部１３との間には、Ｏリング等のシール部材１６が配置される。

【0017】

蓋体２０は、マニホールド１４の下端の開口に、Ｏリング等のシール部材２１を介して気密に取り付けられる。蓋体２０は、例えばステンレス鋼により形成される。蓋体２０の中央部には、蓋体２０を鉛直方向に貫通する貫通穴が形成される。その貫通穴には、回転軸２４が配置される。蓋体２０と回転軸２４の隙間は、磁性流体シール部２３によってシールされる。回転軸２４の下端部は、昇降部２５のアーム２６に回転自在に支持される。回転軸２４の上端部には、回転プレート２７が設けられる。回転プレート２７上には、保温台２８を介して基板保持具３０が設置される。

【0018】

基板保持具３０は、複数枚のウェハ２を鉛直方向に間隔をおいて保持する。複数枚のウェハ２は、それぞれ、水平に保持される。基板保持具３０は、例えば石英（ＳｉＯ_２）または炭化珪素（ＳｉＣ）により形成される。昇降部２５を上昇させると、蓋体２０および基板保持具３０が上昇し、基板保持具３０が処理容器１１の内部に搬入され、処理容器１１の下端の開口が蓋体２０で密閉される。また、昇降部２５を下降させると、蓋体２０および基板保持具３０が下降し、基板保持具３０が処理容器１１の外部に搬出される。また、回転軸２４を回転させると、回転プレート２７と共に基板保持具３０が回転する。

【0019】

成膜装置１０は、３本のガス供給管４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを有する。ガス供給管４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、例えば石英（ＳｉＯ_２）により形成される。ガス供給管４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、処理容器１１の内部にガスを供給する。ガスの種類については後述する。なお、１本のガス供給管が１種類又は複数種類のガスを順番に吐出してもよい。また、複数本のガス供給管が同じ種類のガスを吐出してもよい。

【0020】

ガス供給管４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃは、マニホールド１４を水平に貫通する水平管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃと、処理容器１１の内部に鉛直に配置される鉛直管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを有する。鉛直管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、鉛直方向に間隔をおいて複数の給気口４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを有する。水平管４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃに供給されたガスは、鉛直管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃに送られ、複数の給気口４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃから水平に吐出される。鉛直管４１Ｃは、プラズマボックス１９内に配置されている。鉛直管４１Ａ、４１Ｂは、処理容器１１内に配置されている。

【0021】

成膜装置１０は、排気管４５を有する。排気管４５は、図示しない排気装置に接続される。排気装置は、真空ポンプを含み、処理容器１１の内部を排気する。処理容器１１の内部を排気すべく、処理容器本体１２には排気口１８が形成される。その排気口１８は、給気口４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃと対向するように配置される。給気口４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃから水平に吐出されたガスは、排気口１８を通った後、排気管４５から排気される。排気装置は、処理容器１１の内部のガスを吸引して除害装置に送る。除害装置は、排気ガスの有害成分を除去したうえで排気ガスを大気に放出する。

【0022】

成膜装置１０は、更に加熱部６０を有する。加熱部６０は、処理容器１１の外部に配置され、処理容器１１の外側から処理容器１１の内部を加熱する。例えば、加熱部６０は、処理容器本体１２を取り囲むように円筒形状に形成される。加熱部６０は、例えば電気ヒータで構成される。加熱部６０は、処理容器１１の内部を加熱することにより、処理容器１１内に供給されるガスの処理能力を向上させる。

【0023】

［プラズマボックス］
図２は、実施形態に係る成膜装置１０の電極間電圧及び電極－ウェハ間電圧の説明図である。図１及び図２に示すように、処理容器本体１２の周方向の一部には開口部１７が形成される。その開口部１７を囲むように、プラズマボックス１９が処理容器１１の側面に形成される。プラズマボックス１９は、処理容器本体１２から径方向外方に突き出すように形成され、例えば鉛直方向視でＵ字状に形成される。

【0024】

プラズマボックス１９を挟むように一対の電極（電極対）９１、９２が配置される。電極対９１、９２は、プラズマボックス１９の外側に対面して設置した一対の並行電極である。電極対９１、９２は、鉛直管４１Ｃと同様に、互いに対向して鉛直方向に細長く形成される。電極対９１、９２は、整合器５３を介してＲＦ電源５５に接続され、ＲＦ電源５５から高周波電圧を印加される。

【0025】

整合器５３は、電圧供給ライン５１、５２、５４を介してＲＦ電源５５と電極対９１、９２との間に直列接続されている。整合器５３は、第１可変コンデンサ５７（Ｃ１）、第２可変コンデンサ５８（Ｃ２）及びコイル（固定インダクタンス）Ｌ１、Ｌ２を含む。図１に示す制御部１００は、後述する着火制御方法により第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の変化量を求め、その変化量に応じて第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の機械調整位置（単に調整対値ともいう）を変更する。機械調整位置の変更は、図示しない第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８用のそれぞれのモータの回動を制御する。これにより、第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の容量Ｃ１，Ｃ２をそれぞれ調整する。これにより、整合器５３は自身のインピーダンスを調節することで、ＲＦ電源５５の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合を行う。なお、整合器５３には、センサー５６が設けられ、電極対９１、９２の間にかかる電圧（図２の距離Ｄ１間の電圧、以下、「電極間電圧」ともいう。）を測定する。また、センサー５９は、電極対９１とグラウンド間にかかる電圧を測定する。センサー５９で測定した電圧は、ウェハはグラウンド電位とみなせば、電極９１の処理容器１１側の端部からウェハ２の端部までの間にかかる電圧（図２の距離Ｄ２間の電圧、以下、「電極－ウェハ間電圧」ともいう。）とみなす。

【0026】

［ガス供給］
プラズマボックス１９は、改質ガス及び窒化ガス用の鉛直管４１Ｃを収容する。改質ガスは、鉛直管４１Ｃの給気口４２Ｃから開口部１７に向けて水平に吐出され、開口部１７を介して処理容器本体１２の内部に供給される。同様に、窒化ガスは、鉛直管４１Ｃの給気口４２Ｃから開口部１７に向けて水平に吐出され、開口部１７を介して処理容器本体１２の内部に供給される。

【0027】

原料ガス用の鉛直管４１Ａ、４１Ｂは、プラズマボックス１９の外部であって、処理容器本体１２の内部の開口部１７の外側に配置される。なお、鉛直管４１Ｂを窒化ガス用としてプラズマボックス１９の内部に配置し、改質ガス用の鉛直管４１Ｃと分けて各ガスを供給してもよい。

【0028】

電極対９１、９２の間に高周波電圧を印加することにより、プラズマボックス１９の内部空間に高周波電界が印加される。改質ガスは、プラズマボックス１９の内部空間において、高周波電界によってプラズマ化される。改質ガスが窒素ガスを含む場合、窒素ガスがプラズマ化され、窒素ラジカルが生成される。改質ガスが水素ガスを含む場合、水素ガスがプラズマ化され、水素ラジカルが生成される。改質ガスがアンモニアガスを含む場合、アンモニアガスがプラズマ化され、アンモニアラジカルが生成される。これらの活性種は、開口部１７を介して処理容器本体１２の内部に供給され、Ｓｉ含有層を改質する。

【0029】

Ｓｉ含有層の改質は、例えば、Ｓｉ含有層に含まれるハロゲン元素を除去することを含む。ハロゲン元素を除去することで、Ｓｉの未結合手を形成できる。その結果、Ｓｉ含有層を活性化でき、Ｓｉ含有層の窒化を促進できる。Ｓｉ含有層の窒化は、本実施形態ではＳｉ含有層の改質の後に行われる。

【0030】

図３は、実施形態に係る成膜装置１０のガス供給部及び制御部の説明図である。成膜装置１０では、ガス供給部は、原料ガス供給源７０と、改質ガス供給源７５と、窒化ガス供給源８０とを有する。原料ガス供給源７０は、処理容器１１の内部に原料ガスを供給する。原料ガスは、窒化される元素（例えばシリコン）を含むものである。

【0031】

原料ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスが用いられる。なお、本実施形態の原料ガスはＤＣＳガスであるが、本開示の技術はこれに限定されない。原料ガスとして、ＤＣＳガスの他にモノクロロシラン（ＭＣＳ：ＳｉＨ_３Ｃｌ）ガス、トリクロロシラン（ＴＣＳ：ＳｉＨＣｌ_３）ガス、シリコンテトラクロライド（ＳＴＣ：ＳｉＣｌ_４）ガス、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ：Ｓｉ_２Ｃｌ_６）ガス等を使用できる。これらのガスをウェハ２に供給することにより、シリコン（Ｓｉ）を含む層（Ｓｉ含有層）をウェハ２に形成できる。原料ガスがハロゲン元素を含むため、Ｓｉ含有層はＳｉの他にハロゲン元素を含む。

【0032】

原料ガス配管７２は、原料ガス供給源７０とガス供給管４０Ａ、４０Ｂとを接続し、原料ガス供給源７０からガス供給管４０Ａ、４０Ｂに原料ガスを送る。原料ガスは、鉛直管４１Ａ、４１Ｂの給気口４２Ａ、４２Ｂから、ウェハ２に向けて水平に吐出される。原料ガス流量制御弁７３は、原料ガス配管７２の途中に設けられ、原料ガスの流量を制御する。

【0033】

改質ガス供給源７５は、処理容器１１の内部に改質ガスを供給することにより、Ｓｉ含有層を改質する。Ｓｉ含有層の改質は、例えば、Ｓｉ含有層に含まれるハロゲン元素を除去することを含む。ハロゲン元素を除去することで、Ｓｉの未結合手（Ｄａｎｇｌｉｎｇ Ｂｏｎｄ）を形成できる。その結果、Ｓｉ含有層を活性化でき、Ｓｉ含有層の窒化を促進できる。改質ガスは、窒素ガス、水素ガス、アンモニアガス、又はこれらのガスのいずれかを含むガスを用いることができる。

【0034】

改質ガス配管７７は、改質ガス供給源７５とガス供給管４０Ｃとを接続し、改質ガス供給源７５からガス供給管４０Ｃに改質ガスを送る。改質ガスは、鉛直管４１Ｃの給気口４２Ｃから、ウェハ２に向けて水平に吐出される。改質ガス流量制御弁７８は、改質ガス配管７７の途中に設けられ、改質ガスの流量を制御する。

【0035】

窒化ガス供給源８０は、処理容器１１の内部に窒化ガスを供給することにより、Ｓｉ含有層を窒化する。窒化ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、有機ヒドラジン化合物ガス、アミン系ガス、ＮＯガス、Ｎ_２Ｏガス、またはＮＯ_２ガスが用いられる。有機ヒドラジン化合物ガスとしては、例えば、ヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガス、ジアゼン（Ｎ_２Ｈ_２）ガス、またはモノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）ガスなどが用いられる。アミン系ガスとしては、例えば、モノメチルアミンガスなどが用いられる。

【0036】

窒化ガス配管８２は、窒化ガス供給源８０とガス供給管４０Ｃとを接続し、窒化ガス供給源８０からガス供給管４０Ｃに窒化ガスを送る。窒化ガスは、鉛直管４１Ｃの給気口４２Ｃから、ウェハ２に向けて水平に吐出される。窒化ガス流量制御弁８３は、窒化ガス配管８２の途中に設けられ、窒化ガスの流量を制御する。

【0037】

更に、図示しないパージガス供給源が設けられてもよい。処理容器１１の内部にパージガスを供給することにより、処理容器１１の内部に残留する原料ガス、改質ガス、および窒化ガスを除去する。パージガスとしては、例えば不活性ガスが用いられる。不活性ガスとしては、Ａｒガス等の希ガス、またはＮ_２ガスが用いられる。

【0038】

図３に示すように、成膜装置１０は、成膜装置１０を制御する制御部１００を備える。制御部１００は、例えばコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリ１０２とを備える。メモリ１０２には、成膜装置１０において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１００は、メモリ１０２に記憶されたプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることにより、成膜装置１０の動作を制御する。また、制御部１００は、入力インターフェース１０３と、出力インターフェース１０４とを備える。制御部１００は、入力インターフェース１０３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース１０４で外部に信号を送信する。

【0039】

かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されていたものであって、その記憶媒体から制御部１００のメモリ１０２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、例えば、ハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。なお、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御部１００のメモリ１０２にインストールされてもよい。

【0040】

［パッシェン曲線］
図４は、パッシェン曲線を示す図であり。横軸は処理容器１１内の圧力ｐと電極間距離ｄとの乗算値ｐｄを示し、縦軸は放電電圧Ｖ_Ｂを示す。図２に示すように、電極９１，９２間距離はＤ１であり、電極－ウェハ間距離はＤ２であり、Ｄ１＜Ｄ２の関係にある。よって、横軸の乗算値ｐｄは、ｐＤ１＜ｐＤ２の関係が成り立つ。

【0041】

プラズマボックス１９及び処理容器１１内に窒素（Ｎ_２）ガスを供給した場合を想定する。Ｎ_２ガスのパッシェン曲線ＮとｐＤ１を示す点線との交点Ａの放電電圧Ｖ_Ｂは１０００Ｖになる。つまり、窒素ガス雰囲気のプラズマボックス１９では、パッシェン曲線Ｎによる放電開始電圧以上の電圧、つまり、１０００Ｖ以上の電圧を電極９１、９２間に印加することによりプラズマボックス１９内でプラズマ着火し、プラズマを生成できる。つまり、プラズマボックス１９では、電極９１，９２間の最低着火電圧は１０００Ｖであり、１０００Ｖよりも小さい電圧を電極９１，９２間に印加してもプラズマボックス１９内でプラズマ着火しないことがわかる。

【0042】

これに対して、Ｎ_２ガスのパッシェン曲線ＮとｐＤ２を示す破線との交点Ｂの放電電圧Ｖ_Ｂは５００Ｖになる。つまり、窒素ガス雰囲気の処理容器１１では、パッシェン曲線Ｎによる放電開始電圧以上の電圧、つまり、５００Ｖ以上の電圧を電極９１とウェハ間に印加することにより処理容器１１内でプラズマ着火し、プラズマを生成できる。つまり、処理容器１１では、電極９１－ウェハ間の最低着火電圧は５００Ｖであり、５００Ｖよりも小さい電圧を電極９１－ウェハ間に印加しても処理容器１１内でプラズマ着火しないことがわかる。

【0043】

従来はプラズマボックス１９内で生成した活性ガス（例えば窒素ガスのプラズマ）を処理容器１１へリモート供給するため処理容器１１内のウェハ２のよりエッジに近い側への膜厚が厚くなることや膜質への課題が生じていた。これに対して、本実施形態に係る着火制御方法では、処理容器１１側でプラズマを生成することとプラズマボックス１９側でプラズマを生成することを選択できる方法を提供する。これにより、ウェハ２のエッジ及びセンターへの膜厚及び膜質の制御を行うことが可能となる。

【0044】

プラズマボックス１９でのプラズマ着火及び処理容器１１でのプラズマ着火の選択は「電極間電圧」若しくは「電極－ウェハ間電圧」をパッシェン曲線で得られる放電電圧に対して制御することで可能となる。

【0045】

そこで、着火時の「電極間電圧」及び「電極－ウェハ間電圧」をパッシェン曲線で得られる放電電圧に対して制御するために、整合器５３内の第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の機械的調整位置（以下、調整位置という）を制御する。これにより、第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の容量Ｃ１、Ｃ２を調整する。この容量Ｃ１、Ｃ２の調整に加えて、ＲＦ電源５５の周波数を可変に制御してもよい。この場合、ＲＦ電源５５は周波数可変ＲＦ電源を用いる。

【0046】

［テーブル］
「電極間電圧」及び「電極－ウェハ間電圧」は、プラズマ生成時の整合位置を中心にＲＦ電源５５が供給する高周波の周波数毎に、第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の調整位置毎の電圧を測定し、その測定値を格納したテーブルを作成する。作成したテーブルは予めメモリ１０２に記憶しておく。これにより、メモリ１０２に記憶したテーブルを参照して、着火時の反射波を抑制した第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の調整位置であって、プラズマボックス１９又は処理容器１１でのプラズマ着火を選択できる調整位置を決定できる。第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置をプラズマボックス１９又は処理容器１１でのプラズマ着火を選択できる調整位置に設定することで、プラズマ着火させる領域をプラズマボックス１９と処理容器１１とから選択できる。

【0047】

図５は、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加したときの第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の各調整位置における電極間電圧（図５（ａ））及び電極－ウェハ間電圧（図５（ｂ））を測定し、測定値を記憶したテーブル例である。図６は、周波数が１４．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加したときの第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の各調整位置における電極間電圧（図６（ａ））及び電極－ウェハ間電圧（図６（ｂ）を測定し、測定値を記憶したテーブル例である。

【0048】

図５（ａ）のテーブルに記憶した測定値は、ＲＦ電源５５から電極対９１、９２に第２周波数の一例である１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加したときの可変コンデンサの複数の調整位置のそれぞれに対する電極間電圧を示す第１情報の一例である。

【0049】

図５（ｂ）のテーブルに記憶した測定値は、ＲＦ電源５５から電極－ウェハ間に１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加したときの可変コンデンサの複数の調整位置のそれぞれに対する電極－ウェハ間電圧を示す第２情報の一例である。このとき、ウェハはグラウンド電位であるとみなす。

【0050】

図６（ａ）のテーブルに記憶した測定値は、ＲＦ電源５５から電極対９１、９２に第１周波数の一例である１４．５６ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加したときの可変コンデンサの複数の調整位置のそれぞれに対する電極間電圧を示す第３情報の一例である。

【0051】

図６（ｂ）のテーブルに記憶した測定値は、ＲＦ電源５５から電極－ウェハ間に１４．５６ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加したときの可変コンデンサの複数の調整位置のそれぞれに対する電極－ウェハ間の電圧を示す第４情報の一例である。第１情報～第４情報は、メモリ１０２に予め記憶される。メモリ１０２は、第１情報～第４情報を記憶する記憶部の一例である。第１情報～第４情報は、本例ではテーブル形式で示すが、テーブル形式に記憶されていなくてもよい。

【0052】

図５及び図６のいずれも、テーブルに記憶した測定値の測定する際、窒素ガスを鉛直管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの給気口４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃから供給した。ただし、窒素ガスを鉛直管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの給気口４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの少なくともいずれかから供給すればよい。

【0053】

ＲＦ電源５５から１３．５６ＭＨｚの周波数、１００Ｗのパワーの高周波電圧を電極９１，９２間に印加したときの電極間電圧の測定値を図５（ａ）のテーブルに示し、電極－ウェハ間電圧の測定値を図５（ｂ）のテーブルに示す。第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の調整位置は最小位置の０％から最大位置の１００％までの範囲を５％刻みでずらし、これにより調整位置毎に第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の容量Ｃ１、Ｃ２を変化させる。５％刻みで容量Ｃ１、Ｃ２を変化させたときの電極間電圧の測定値を図５（ａ）のテーブルに記憶し、電極－ウェハ間電圧の測定値を図５（ｂ）のテーブルに記憶する。図６（ａ）及び（ｂ）のテーブルの作成条件は、ＲＦ電源５５から出力する高周波の周波数を１４．５６ＭＨｚに変更した点が異なり、その他の点は図５（ａ）及び（ｂ）のテーブルの作成条件と同じである。ただし、図５及び図６において、５％刻みで容量Ｃ１、Ｃ２を変化させたが、これに限らず、１％刻みで容量Ｃ１、Ｃ２を変化させる等、刻み値を変えてもよい。

【0054】

図５（ａ）及び（ｂ）、図６（ａ）及び（ｂ）のいずれのテーブルの作成時にも、プラズマボックス１９及び処理容器１１でのプラズマ着火は生じていない。つまり、プラズマボックス１９及び処理容器１１においてプラズマ放電が生じていない状態での電極間電圧、電極－ウェハ間電圧を測定した。このように電極間電圧及び電極－ウェハ間電圧の測定時はプラズマが生成しない低い高周波電圧及び圧力を用いることで安定した電圧測定が可能となる。

【0055】

また、電極間でプラズマが安定整合したときの整合位置ＭＰ１の情報と、電極－ウェハ間でプラズマが安定整合したときの整合位置ＭＰ２の情報と、をメモリ１０２に記憶する。

【0056】

図５（ａ）及び（ｂ）のテーブルのＣ１が６０％、Ｃ２が２５％の位置は、電極間でプラズマ着火（放電）が生じ、プラズマが安定整合したときの整合位置ＭＰ１である。図５（ａ）及び（ｂ）のテーブルのＣ１が８０％、Ｃ２が３０％の位置は、電極－ウェハ間でプラズマ着火（放電）が生じ、プラズマが安定整合したときの整合位置ＭＰ２である。

【0057】

図６（ａ）及び（ｂ）のテーブルにおいても、図５（ａ）及び（ｂ）のテーブルと同位置に電極間の整合位置ＭＰ１及び電極－ウェハ間の整合位置ＭＰ２が示されている。なお、図５及び図６のテーブルから、高周波の周波数を上げると電極間電圧及び電極－ウェハ間電圧のいずれも、１０００Ｖ以上の高い電圧の領域が中央から左側に移ることがわかる。

【0058】

図７（ａ）及び（ｂ）は、周波数が１４．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加したときに、図６（ａ）及び（ｂ）のテーブルを参照して、第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置を決定する説明図である。図８（ａ）及び（ｂ）は、高周波の周波数を１４．５６ＭＨｚから１３．５６ＭＨｚに変更したときに、図５（ａ）及び（ｂ）のテーブルを参照して、第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置を決定する説明図である。

【0059】

１４．５６ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚの各周波数について、第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の調整位置毎に測定したテーブルを作成する（図５及び図６）。これにより、各周波数について、整合位置ＭＰ１、ＭＰ２を中心にプラズマボックス１９と、処理容器１１と、のそれぞれにおいてプラズマ着火時の反射波を抑制した制御位置（調整位置）を第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置として決定できる。

【0060】

例えば、周波数が１４．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加するとき、図６（ａ）及び（ｂ）のテーブルを参照して、整合位置ＭＰ１、ＭＰ２に比較的近い領域Ａｒを反射波の少ない領域として特定する。特定した結果を図７（ａ）及び（ｂ）に示す。そして、領域Ａｒ内でプラズマボックス１９において安定放電する領域、つまり、反射波がほぼ出ない状態で電極間においてプラズマ着火する可変コンデンサの調整位置の領域ＢＡを特定する。図７（ａ）において領域は電極間電圧が１０００Ｖ以上であるため、電極間においてプラズマ着火が可能である。電極間でプラズマ着火し、安定放電する場合、電極－ウェハ間電圧は問わない。

【0061】

以上から、周波数が１４．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加するとき、図７（ａ）のテーブルを参照して、容量Ｃ１及びＣ２が領域ＢＡのいずれかになるように第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置を決定する。これにより、１４．５６ＭＨｚの周波数の高周波を印加する場合、容量Ｃ１、Ｃ２が図７（ａ）の領域ＢＡ内になるように第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の調整位置の初期位置を制御する。これにより、プラズマボックス１９内でプラズマ着火させることができる。

【0062】

つぎに、高周波の周波数が１４．５６ＭＨｚから１３．５６ＭＨｚに変更されたとき、図５（ａ）及び（ｂ）のテーブルを参照して、整合位置ＭＰ１、ＭＰ２に比較的近い領域Ａｒを特定する。特定した結果を図８（ａ）及び（ｂ）に示す。なお、高周波の周波数は瞬時（数ｍｓｅｃ程度）に１４．５６ＭＨｚから１３．５６ＭＨｚに変更できるが、この時間では第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８は追従できずほとんど動かない。この状態において、領域Ａｒ内で処理容器１１において安定放電する領域、つまり、反射波がほぼ出ない状態で電極－ウェハ間においてプラズマ着火する可変コンデンサの調整位置の領域ＲＡを特定する。図８（ｂ）において領域ＲＡ内に電極－ウェハ間電圧が５００Ｖ以上の位置があるため、電極－ウェハ間においてプラズマ着火が可能である。電極－ウェハ間でプラズマ着火し、安定放電する場合、電極間電圧は最低着火電圧の１０００Ｖ未満とする。

【0063】

そこで、図８（ａ）のテーブルを参照すると、図８（ａ）において領域ＲＡ内において電極間電圧は１０００Ｖ未満である。これにより、１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波を印加する場合、容量Ｃ１、Ｃ２が図８（ｂ）の領域ＲＡ内の電極－ウェハ間電圧が５００Ｖ以上の位置になるように第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の調整位置の初期位置を制御する。これにより、処理容器１１内でプラズマ着火させることができる。

【0064】

また、ＲＦ電源５５の高周波の周波数を１３．５６ＭＨｚと１４．５６ＭＨｚの間で切り替え、かつ第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の調整位置の初期位置を制御することで、プラズマ着火させる領域を高速に切り替えることができる。

【0065】

以上に説明したように、ＲＦ電源５５の高周波の周波数を第１周波数（例えば１４．５６ＭＨｚ）としたとき、第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置を決定する際、各周波数の高周波電圧を印加するときのテーブル内の電極間電圧（第１情報）及び電極－ウェハ間電圧（第２情報）を使用する。ただし、第１情報及び第２情報に加えて、第１整合位置ＭＰ１及び第２整合位置Ｍｐ２の情報を用いることが好ましい。

【0066】

また、ＲＦ電源５５の高周波の周波数を第１周波数と異なる第２周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）としたとき、第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置を決定する際、各周波数の高周波電圧を印加するときのテーブル内の電極間電圧（第３情報）及び電極－ウェハ間電圧（第４情報）を使用する。ただし、第３情報及び第４情報に加えて、第１整合位置ＭＰ１及び第２整合位置Ｍｐ２の情報を用いることが好ましい。

【0067】

［着火制御方法］
次に、上記のようにして決定した第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置を用いた着火制御方法について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、実施形態に係る着火制御方法を示すフローチャートである。図１０は、実施形態に係る着火制御方法を示すタイムチャートである。実施形態に係る着火制御方法は制御部１００により制御される。

【0068】

本例では、図１０（ｂ）に示すように、時刻Ｔ_０から時刻Ｔ_１までＲＦ電源５５がオフされ、時刻Ｔ_１においてＲＦ電源５５がオンされ、１４．５６ＭＨｚの周波数の高周波電圧が印加される。そして、時刻Ｔ_２において周波数が１４．５６ＭＨｚから１３．５６ＭＨｚに変更され、ＲＦ電源５５から１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電圧が印加される。

【0069】

図９の処理は、成膜装置１０の電源がオンされたときに開始される。ＲＦ電源５５から出力される高周波の周波数は予め第１周波数に設定される（工程Ｓ１）。第１周波数は、本例では１４．５６ＭＨｚである。アイドルモードでは高周波電圧がオフされた状態であり（工程Ｓ３）、制御部１００は、この状態で鉛直管４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの複数の給気口４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃから窒素ガスを供給する。

【0070】

制御部１００は、ＲＦ電源５５がオンされ、電極９１，９２間に高周波電圧が印加されたかを判定する（工程Ｓ５）。高周波電圧が電極９１，９２間に印加されるまでアイドルモードが続き、時刻Ｔ_１においてＲＦ電源５５がオンされ、高周波電圧が電極９１，９２間に印加されると、着火モードとなる（工程Ｓ７）。着火モードでは、制御部１００は、第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサの調整位置を決定した初期位置に制御する。制御部１００は、決定した初期位置をプラズマボックス１９における着火が可能な位置又は処理容器１１における着火が可能な位置のいずれかから選択して第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサの初期位置を制御する。可変コンデンサの初期位置をこのように制御することで、プラズマ着火させる領域をプラズマボックス１９と処理容器１１とから選択することができる。

【0071】

次に、制御部１００は、ＲＦ電源５５がオフされたかを判定する（工程Ｓ９）。ＲＦ電源５５がオフされた場合、工程Ｓ３に戻りアイドルモードに遷移する。

【0072】

ＲＦ電源５５がオフされていない場合、着火時間（着火モードから所定時間）が経過したかを判定する（工程Ｓ１１）。時刻Ｔ_１から着火時間が経過した時刻Ｔ_２には、ＲＦ電源５５から出力される高周波の周波数が第２周波数に変更される（工程Ｓ１３）。本例では、第２周波数は１３．５６ＭＨｚである。時刻Ｔ_１から時刻Ｔ_２までの着火時間は、例えば、１．０ｍｓ～４００ｍｓである。図１０（ａ）に示すように、時刻Ｔ_１から時刻Ｔ_２までの着火時間は高周波の反射波が増える。その後、高周波の周波数を１３．５６ＭＨｚに変更すると安定モードとなる（工程Ｓ１５）。

【0073】

次に、制御部１００は、ＲＦ電源５５がオフされたかを判定する（工程Ｓ１７）。ＲＦ電源５５がオンしている間安定モードが維持され（工程Ｓ１５）、ＲＦ電源５５がオフされた場合、工程Ｓ３に戻りアイドルモードに遷移する。

【0074】

以上に説明した着火制御方法によれば、プラズマ着火させる領域をプラズマボックス１９と処理容器１１とから選択することができる。これにより、ウェハ２上の膜の膜厚の制御性を高めることができる。例えば、ウェハ２上の膜の膜厚を中央が厚い山型から中央が薄いボウル型にする等、ウェハ２上に形成されるシリコン窒化膜等の膜厚分布を制御できる。例えば、プラズマボックス１９側でプラズマ着火させることでウェハ２上の膜のエッジ側の膜厚を厚くしたり、処理容器１１側でプラズマ着火させることでウェハ２上の膜のセンター側の膜厚を厚くしたり、全体の膜厚を厚くしたりすることができる。また、プラズマ着火させる領域をプラズマボックス１９と処理容器１１とから選択することで、ウェハ２上の膜のストレス等の膜質を制御することができる。

【0075】

以上の説明では、ＲＦ電源５５から出力される高周波の周波数と可変コンデンサの容量との両方を変更したが、高周波の周波数は変えずに可変コンデンサの容量のみを変更してプラズマ着火させる領域をプラズマボックス１９と処理容器１１とから選択してもよい。これによってもウェハ上に形成された膜の膜厚及び膜質の制御性を高めることができる。

【0076】

［成膜方法］
次に、実施形態に係る成膜方法について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。図１１は、実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。図１２は、実施形態に係る成膜方法を示すタイムチャートである。実施形態に係る成膜方法は制御部１００により制御される。

【0077】

成膜方法が開始されると、制御部１００は、ウェハ２を処理容器１１の内部に搬入し、準備する（工程Ｓ２０）。工程Ｓ２０では、先ず、処理容器１１の外部で、搬送装置が複数のウェハ２を基板保持具３０に載せる。基板保持具３０は、複数のウェハ２を鉛直方向に間隔をおいて水平に保持する。次いで、昇降部２５を上昇させ、蓋体２０および基板保持具３０を上昇させる。基板保持具３０と共にウェハ２が処理容器１１の内部に搬入され、処理容器１１の下端の開口が蓋体２０で密閉される。

【0078】

次に、制御部１００は、Ｓｉ含有層を形成する（工程Ｓ２１）。この工程Ｓ２１は、図１２に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２まで行われる。この工程Ｓ２１では、排気管４５に接続された排気装置によって処理容器１１の内部を排気しつつ、原料ガス供給源７０から原料ガスを処理容器１１の内部に供給する。原料ガスは、例えばＤＣＳガスである。これにより、Ｓｉ含有層がウェハ２上に形成される。この工程Ｓ２１の時間は、例えば１秒以上１０秒以下である。

【0079】

次に、制御部１００は、パージ工程を行う（工程Ｓ２３）。この工程Ｓ２３は、図１２に示す時刻ｔ２から時刻ｔ３まで行われる。この工程Ｓ２３では、排気装置によって処理容器１１の内部を排気しつつ、パージガスを処理容器１１の内部に供給する。これにより、処理容器１１の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。パージガスは、窒素ガスであってもよいし、アルゴンガスであってもよいし、その他の不活性ガス又はこれらの組み合わせであってもよい。この工程Ｓ２３の時間は、例えば３秒以上１０秒以下である。パージガスは、窒化ガス供給源８０等から供給されてよい。

【0080】

次に、制御部１００は、Ｓｉ含有層の改質工程を行う（工程Ｓ２５）。この工程Ｓ２５は、図１２に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４まで行われる。この工程Ｓ２５では、排気装置によって処理容器１１の内部を排気しつつ、改質ガス供給源７５によって改質ガスを処理容器１１の内部に供給する。また、この工程Ｓ２５では、プラズマボックス１９又は処理容器１１のいずれかにおいてプラズマ着火させ、改質ガスをプラズマ化する。この工程Ｓ２５において、実施形態に係る着火制御方法が実行され、制御部１００は、プラズマ着火する領域が、プラズマボックス１９又は処理容器１１のいずれかに選択されるように第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置を制御する。

【0081】

改質ガスは、例えば窒素ガスである。改質ガスは、水素ガスまたはアンモニアガスであってもよい。改質ガスは、窒素ガスを含むガス又は水素ガスを含むガスであってもよい。プラズマ化した改質ガスで、Ｓｉ含有層を改質する。Ｓｉ含有層の改質は、例えば、Ｓｉ含有層に含まれるハロゲン元素を除去することを含む。ハロゲン元素を除去することで、Ｓｉの未結合手を形成できる。その結果、Ｓｉ含有層を活性化でき、Ｓｉ含有層の窒化を促進できる。ＲＦ電源５５の高周波の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚ又は１４．５６ＭＨｚである。工程Ｓ２５の時間は、例えば３秒以上６０秒以下である。

【0082】

次に、制御部１００は、パージ工程を行う（工程Ｓ２７）。この工程Ｓ２７は、図１２に示す時刻ｔ４から時刻ｔ５まで行われる。この工程Ｓ２７では、排気装置によって処理容器１１の内部を排気しつつ、パージガスを処理容器１１の内部に供給する。これにより、処理容器１１の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。この工程Ｓ２７の時間は、例えば３秒以上１０秒以下である。パージガスは、窒素ガス等であってよく、窒化ガス供給源８０等から供給されてよい。

【0083】

次に、制御部１００はＳｉ含有層の窒化工程を行う（工程Ｓ２９）。この工程Ｓ２９は、図１２に示す時刻ｔ５から時刻ｔ６まで行われる。この工程Ｓ２９では、排気装置によって処理容器１１の内部を排気しつつ、窒化ガス供給源８０によって窒化ガスを処理容器１１の内部に供給する。また、この工程Ｓ２９では、プラズマボックス１９又は処理容器１１のいずれかにおいてプラズマ着火させ、窒化ガスをプラズマ化する。この工程Ｓ２９において、実施形態に係る着火制御方法が実行され、制御部１００は、プラズマ着火する領域が、プラズマボックス１９又は処理容器１１のいずれかに選択されるように第１可変コンデンサ５７及び第２可変コンデンサ５８の初期位置を制御する。窒化ガスは、例えばアンモニアガスである。プラズマ化したアンモニアガスで、Ｓｉ含有層を窒化する。工程Ｓ２９の時間は、例えば５秒以上１２０秒以下である。

【0084】

次に、制御部１００は、パージ工程を行う（工程Ｓ３１）。この工程Ｓ３１は、図１２に示す時刻ｔ６から時刻ｔ７まで行われる。この工程Ｓ３１では、排気装置によって処理容器１１の内部を排気しつつ、パージガスを処理容器１１の内部に供給する。これにより、処理容器１１の内部に残留するガスを、パージガスで置換する。この工程Ｓ３１の時間は、例えば３秒以上１０秒以下である。パージガスは、窒素ガス等であってよく、窒化ガス供給源８０等から供給されてよい。

【0085】

次に、制御部１００は、設定回数繰り返したかを判定する（工程Ｓ３３）。設定回数は予め設定され、制御部１００は、設定回数繰り返していないと判定すると、工程Ｓ２１に戻り、工程Ｓ２１～工程Ｓ３１のサイクルを繰り返す。サイクルを繰り返し実施する間、ウェハ２の温度は例えば４００℃以上６００℃以下であり、処理容器１１の内部の気圧は例えば１３Ｐａ以上６６５Ｐａ以下である。

【0086】

制御部１００は、設定回数繰り返したと判定すると、所望の膜厚及び膜質のシリコン窒化膜が形成されたので、本処理を終了する。

【0087】

以上に説明した成膜方法では、パージ工程は省略できる。実施形態に係る成膜方法は、以下の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の工程を含む。
（ａ）窒化される元素を含む原料ガスを基板に供給し、前記元素を含む層を前記基板に形成する工程
（ｂ）前記原料ガスを基板に供給した後、プラズマにより活性化した窒素ガス、水素ガス又はアンモニアガスを供給する工程
（ｃ）プラズマにより活性化した窒素を含むガスを供給し、前記元素を窒化する工程
そして、（ｂ）の工程において、前述した着火制御方法を使用してプラズマ着火させる領域をプラズマボックスと処理容器とから選択する。

【0088】

［効果］
従来は、処理容器１１の側面に配置された石英製のプラズマボックス１９内でプラズマを生成し、処理容器１１内に活性化したガスを供給する。これに対して、本実施形態では、プラズマ着火時の電極間電圧、電極－ウェハ間電圧をコントロールすることにより処理容器１１内でプラズマを生成することができる。また、プラズマボックス１９及び処理容器１１で交互にプラズマ着火を行ったり、又は、プラズマボックス１９又は処理容器１１の少なくともいずれかでプラズマ着火を行ったりすることができる。これにより、ウェハ上のシリコン窒化膜の基板上の膜厚及び膜質の制御性を高めることができる。

【0089】

なお、処理容器１１の壁面等へのシリコン窒化膜の累積膜厚や処理容器１１内のクリーニング、成膜装置１０のメンテナンスなどの影響によりプラズマ生成（着火）時の整合位置が変化する場合がある。この場合、整合位置の変化量に従って、着火時の可変コンデンサの初期位置及びＲＦ電源５５の周波数を補正してもよい。予め作成したテーブルと変化後の整合位置とを用いることで、整合位置が変化した後においても反射波を抑制したプラズマボックス１９又は処理容器１１におけるプラズマ着火が可能となる。

【0090】

以上に説明したように、本実施形態の着火制御方法、成膜方法及び成膜装置によれば、プラズマ着火させる領域をプラズマボックスと処理容器とから選択できる。これにより、ウェハ上に形成された膜の膜厚及び膜質の制御性を高めることができる。

【0091】

今回開示された実施形態に係る着火制御方法、成膜方法及び成膜装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0092】

１０ 成膜装置
１１ 処理容器
１９ プラズマボックス
５３ 整合器
５７ 第１可変コンデンサ
５８ 第２可変コンデンサ
１００ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】