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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-24
(45)【発行日】2024-10-02
(54)【発明の名称】着火方法及びプラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20240925BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240925BHJP
H01L 21/316 20060101ALI20240925BHJP
H01L 21/318 20060101ALI20240925BHJP
C23C 16/505 20060101ALI20240925BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 R
H01L21/31 C
H01L21/316 X
H01L21/318 B
H05H1/46 M
C23C16/505
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021039651
(22)【出願日】2021-03-11
(65)【公開番号】P2022139328
(43)【公開日】2022-09-26
【審査請求日】2023-12-14
(73)【特許権者】
【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
(72)【発明者】
【氏名】安藤 武
(72)【発明者】
【氏名】五十嵐 一将
【審査官】藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－０６４６９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００５／０３１８３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／００２５９０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１６－５２８６６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１８２９６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５９９７６８７（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３１６
Ｈ０１Ｌ ２１／３１８
Ｃ２３Ｃ １６／５０５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
可変に制御された周波数の高周波を印加する高周波電源と、前記高周波が印加される電極を有し、ガスからプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記高周波電源と前記電極との間に設けられた整合器と、を有するプラズマ処理装置における着火方法であって、前記高周波電源から第１周波数の高周波を前記電極に印加し、前記プラズマ生成部にてプラズマを着火する工程と、
前記高周波電源から前記第１周波数の高周波を印加してから所定時間後、前記第１周波数の高周波と異なる第２周波数の高周波を印加する工程と、
を含み、
予め設定された条件テーブルを参照して、異なるプロセス条件の複数のプロセスを順に実行する場合、前記プラズマを着火する工程は、プロセス毎に前記条件テーブルに設定された動作開始周波数に前記第１周波数を可変に制御し、プラズマを着火し、
特定のプロセス条件のプロセスにおける反射波の検出値と、前記条件テーブルに保存されている前記特定のプロセス条件の反射波の更新値とを比較し、前記反射波の検出値が前記反射波の更新値よりも小さい場合、前記反射波の更新値に対応づけて前記条件テーブルに保存している可変コンデンサのプリセット位置と前記反射波の更新値を、前記プロセスにおける前記整合器内の可変コンデンサの整合位置と前記反射波の検出値により更新する、着火方法。
【請求項2】
前記第２周波数は、前記第１周波数よりも低い、請求項１に記載された着火方法。
【請求項3】
前記所定時間は、１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下である、請求項１又は２に記載された着火方法。
【請求項4】
前記条件テーブルに保存している可変コンデンサのプリセット位置と前記プロセスにおける前記整合器の可変コンデンサの整合位置との差分が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記条件テーブルに保存している可変コンデンサのプリセット位置と前記反射波の更新値を更新しない、請求項１に記載された着火方法。
【請求項5】
前記差分が前記閾値よりも大きい場合、警告を出力する、請求項４に記載された着火方法。
【請求項6】
可変に制御された周波数の高周波を印加する高周波電源と、前記高周波が印加される電極を有し、ガスからプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記高周波電源と前記電極との間に設けられた整合器と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記高周波電源から第１周波数の高周波を前記電極に印加し、前記プラズマ生成部にてプラズマを着火する工程と、
前記高周波電源から前記第１周波数の高周波を印加してから所定時間後、前記第１周波数の高周波と異なる第２周波数の高周波を印加する工程と、
を含む処理を実行し、
予め設定された条件テーブルを参照して、異なるプロセス条件の複数のプロセスを順に実行する場合、前記プラズマを着火する工程は、プロセス毎に前記条件テーブルに設定された動作開始周波数に前記第１周波数を可変に制御し、プラズマを着火し、
特定のプロセス条件のプロセスにおける反射波の検出値と、前記条件テーブルに保存されている前記特定のプロセス条件の反射波の更新値とを比較し、前記反射波の検出値が前記反射波の更新値よりも小さい場合、前記反射波の更新値に対応づけて前記条件テーブルに保存している可変コンデンサのプリセット位置と前記反射波の更新値を、前記プロセスにおける前記整合器内の可変コンデンサの整合位置と前記反射波の検出値により更新する、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、着火方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献１は、対向配置される上部電極とサセプタとの間においてプラズマを発生させ、確実に維持することができるプラズマ処理方法を開示する。特許文献１は、プラズマの着火前後にＶＦ電源から発せられる高周波電流が流れる第１の経路Ｌ１の反射最小周波数Ｆ１と、第２の経路Ｌ２の反射最小周波数Ｆ２との差を減少させる補助回路を設け、プラズマを着火し、維持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－１２２１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、安定したプラズマ着火を実現できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一の態様によれば、可変に制御された周波数の高周波を印加する高周波電源と、前記高周波が印加される電極を有し、ガスからプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記高周波電源と前記電極との間に設けられた整合器と、を有するプラズマ処理装置における着火方法であって、前記高周波電源から第１周波数の高周波を前記電極に印加し、前記プラズマ生成部にてプラズマを着火する工程と、前記高周波電源から前記第１周波数の高周波を印加してから所定時間後、前記第１周波数の高周波と異なる第２周波数の高周波を印加する工程と、を含み、予め設定された条件テーブルを参照して、異なるプロセス条件の複数のプロセスを順に実行する場合、前記プラズマを着火する工程は、プロセス毎に前記条件テーブルに設定された動作開始周波数に前記第１周波数を可変に制御し、プラズマを着火し、特定のプロセス条件のプロセスにおける反射波の検出値と、前記条件テーブルに保存されている前記特定のプロセス条件の反射波の更新値とを比較し、前記反射波の検出値が前記反射波の更新値よりも小さい場合、前記反射波の更新値に対応づけて前記条件テーブルに保存している可変コンデンサのプリセット位置と前記反射波の更新値を、前記プロセスにおける前記整合器内の可変コンデンサの整合位置と前記反射波の検出値により更新する、着火方法が提供される。
【発明の効果】
【0006】
一の側面によれば、安定したプラズマ着火を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図。
【図2】一実施形態に係るプラズマ処理装置の横断面図。
【図3】一実施形態に係るＲＦ電源及び整合器の内部構成図。
【図4】一実施形態に係る制御部のハードウェア構成図。
【図5】一実施形態に係る条件テーブルの一例を示す図。
【図6】ＲＦ電源の周波数と電極間電圧との相関を示すグラフ。
【図7】一実施形態に係る成膜方法を示すフローチャート。
【図8】一実施形態に係る成膜方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
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。
【0009】
［プラズマ処理装置］
はじめに、本開示におけるプラズマ処理装置１００の構成の一例について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００の縦断面図である。図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００の横断面図である
プラズマ処理装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有する。処理容器１の全体は、例えば石英により形成されている。処理容器１内の上端近傍には、石英により形成された天井板２が設けられており、天井板２の下側の領域が封止されている。処理容器１の下端の開口には、円筒体状に成形された金属製のマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
はじめに、本開示におけるプラズマ処理装置１００の構成の一例について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００の縦断面図である。図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００の横断面図である
プラズマ処理装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有する。処理容器１の全体は、例えば石英により形成されている。処理容器１内の上端近傍には、石英により形成された天井板２が設けられており、天井板２の下側の領域が封止されている。処理容器１の下端の開口には、円筒体状に成形された金属製のマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
【0010】
マニホールド３は、処理容器１の下端を支持しており、マニホールド３の下方から多数枚（例えば、２５枚～１５０枚）の基板Ｗを多段に載置したボート５が処理容器１内に挿入される。このように処理容器１内には、上下方向に沿って間隔を有して多数枚の基板Ｗが略水平に収容される。ボート５は、例えば石英により形成されている。ボート５は、３本のロッド６を有し、ロッド６に形成された溝（図示せず）により多数枚の基板Ｗが支持される。基板Ｗは、例えば半導体ウエハであってよい。
【0011】
ボート５は、石英により形成された保温筒７を介してテーブル８上に載置されている。テーブル８は、回転軸１０上に支持される。回転軸１０は、マニホールド３の下端の開口を開閉する金属（ステンレス）製の蓋体９を貫通する。
【0012】
回転軸１０の貫通部には、磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密に封止し、且つ回転可能に支持している。蓋体９の周辺部とマニホールド３の下端との間には、処理容器１内の気密性を保持するためのシール部材１２が設けられている。
【0013】
回転軸１０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１３の先端に取り付けられており、ボート５と蓋体９とは一体として昇降し、処理容器１内に対して挿脱される。なお、テーブル８を蓋体９側へ固定して設け、ボート５を回転させることなく基板Ｗの処理を行うようにしてもよい。
【0014】
プラズマ処理装置１００は、処理容器１内へ処理ガス、パージガス等の所定のガスを供給するガス供給部２０を有する。ガス供給部２０は、ガス供給管２１～２３を有する。
【0015】
ガス供給管２１～２３は、例えば石英により形成されており、マニホールド３の側壁を内側へ貫通して上方へ屈曲されて垂直に延びる。ガス供給管２１～２３の垂直部分には、ボート５の基板支持範囲に対応する上下方向の長さに亘って、それぞれ複数のガス孔２１ａ～２３ａが所定間隔で形成されている（図２参照）。各ガス孔２１ａ～２３ａは、水平方向にガスを吐出する。ガス供給管２４は、例えば石英により形成されており、マニホールド３の側壁を貫通して設けられた短い石英管からなる。
【0016】
ガス供給管２１は、その垂直部分が処理容器１内に設けられている。ガス供給管２１には、ガス配管を介してガス供給源から原料ガスが供給される。ガス配管には、流量制御器及び開閉弁が設けられている。これにより、原料ガスは、ガス供給源からガス配管及びガス供給管２１を介して、所定の流量で処理容器１内に供給される。
【0017】
ガス供給管２２は、その垂直部分がプラズマ生成空間Ｓに設けられている。ガス供給管２２には、ガス配管を介してガス供給源から窒化ガス又は酸化ガスが供給される。ガス配管には、流量制御器及び開閉弁が設けられている。これにより、窒化ガス又は酸化ガスは、ガス供給源からガス配管及びガス供給管２２を介して、所定の流量でプラズマ生成空間Ｓに供給され、プラズマ生成空間Ｓにおいてプラズマ化されて処理容器１内に供給される。
【0018】
ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法を用いてＳｉＯ２膜を成膜する場合、原料ガスの一例であるジプロピルアミノシラン（ＤＰＡＳ）をガス供給管２１から供給し、酸素（Ｏ２）ガスをガス供給管２２から供給してもよい。ＡＬＤ法を用いてＳｉＮ膜を成膜する場合、原料ガスの一例であるトリシリルアミン（ＴＳＡ：（ＳｉＨ３）３Ｎ）をガス供給管２１から供給し、アンモニア（ＮＨ３）ガスをガス供給管２２から供給してもよい。
【0019】
ＮＨ３ガスを供給した後、ＴＳＡを吸着させる前に、サイクルレートを上げるために、水素プラズマ及び塩素プラズマに曝露してもよい。一例では、ガス供給管２１はＴＳＡを処理容器１内に供給する。ガス供給管２２は、アンモニア（ＮＨ３）ガスを供給する。また、ガス供給管２２は、水素ガス（Ｈ２）ガスを供給する。
【0020】
ガス供給管２３は、その垂直部分がプラズマ生成空間Ｓに設けられている。ガス供給管２３には、ガス配管を介してガス供給源から塩素（Ｃｌ２）ガスが供給される。ガス配管には、流量制御器及び開閉弁が設けられている。これにより、塩素ガスは、ガス供給源からガス配管及びガス供給管２３を介して、所定の流量でプラズマ生成空間Ｓに供給され、プラズマ生成空間Ｓにおいてプラズマ化されて処理容器１内に供給される。
【0021】
ガス供給管２４には、ガス配管を介してパージガス供給源からパージガスが供給される。ガス配管には、流量制御器及び開閉弁が設けられている。これにより、パージガスは、パージガス供給源からガス配管及びガス供給管２４を介して、所定の流量で処理容器１内に供給される。パージガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを利用できる。なお、パージガスは、ガス供給管２１～２３の少なくとも１つから供給されるようにしてもよい。
【0022】
処理容器１の側壁の一部には、プラズマ生成部３０が形成されている。プラズマ生成部３０は、ＮＨ３ガスをプラズマ化して窒化のための活性種を生成する。プラズマ生成部３０は、Ｈ２ガスをプラズマ化して水素（Ｈ）ラジカルを生成する。プラズマ生成部３０は、Ｃｌ２ガスをプラズマ化して塩素（Ｃｌ）ラジカルを生成する。
【0023】
プラズマ生成部３０は、プラズマ区画壁３２、一対のプラズマ電極３３、給電ライン３４、整合器３５、同軸ケーブル３６、ＲＦ電源３７及び絶縁保護カバー３８を有する。プラズマ区画壁３２は、処理容器１の外壁に気密に溶接されている。プラズマ区画壁３２は、例えば石英により形成される。プラズマ区画壁３２は上面視したときの断面が凹状をなし、処理容器１の側壁に形成された開口３１を覆う。開口３１は、ボート５に支持されている全ての基板Ｗを上下方向にカバーできるように、上下方向に細長く形成される。プラズマ区画壁３２により規定されると共に処理容器１内と連通する内側空間、すなわち、プラズマ生成空間Ｓには、ガス供給管２２，２３が配置されている。ガス供給管２１は、プラズマ生成空間Ｓの外の処理容器１の内側壁に沿った基板Ｗに近い位置に設けられている。
【0024】
一対のプラズマ電極３３は、それぞれ細長い形状を有し、図２に示すようにプラズマ区画壁３２の凹状の対向する両壁の外面に、上下方向に沿って対向配置されている。各プラズマ電極３３には給電ライン３４が接続されている。
【0025】
給電ライン３４は、各プラズマ電極３３と整合器３５とを電気的に接続する。整合器３５は同軸ケーブル３６を介してＲＦ電源３７に接続される。各プラズマ電極３３にはＲＦ電源３７からＲＦ電力が供給される。これにより、例えばガス供給管２２から吐出されたＮＨ３ガスは、ＲＦ電力が印加されたプラズマ生成空間Ｓ内においてプラズマ化され、これにより生成された窒化のための活性種が開口３１を介して処理容器１の内部へと供給される。また、例えば次にガス供給管２２から吐出されたＨ２ガスは、ＲＦ電力が印加されたプラズマ生成空間Ｓ内においてプラズマ化され、これにより生成された水素ラジカルが開口３１を介して処理容器１の内部へと供給される。また、例えば次にガス供給管２３から吐出されたＣｌ２ガスは、ＲＦ電力が印加されたプラズマ生成空間内においてプラズマ化され、これにより生成された塩素ラジカルが開口３１を介して処理容器１の内部へと供給される。
【0026】
絶縁保護カバー３８は、プラズマ区画壁３２の外側に、該プラズマ区画壁３２を覆うようにして取り付けられている。絶縁保護カバー３８の内側部分には、冷媒通路（図示せず）が設けられており、冷媒通路に冷却されたＮ２ガス等の冷媒を流すことによりプラズマ電極３３が冷却される。
【0027】
開口３１に対向する処理容器１の側壁部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口４０が設けられている。排気口４０は、ボート５に対応して上下に細長く形成されている。処理容器１の排気口４０に対応する部分には、排気口４０を覆うように断面Ｕ字状に成形された排気口カバー部材４１が取り付けられている。排気口カバー部材４１は、処理容器１の側壁に沿って上方に延びている。排気口カバー部材４１の下部には、排気口４０を介して処理容器１を排気するための排気配管４２が接続されている。排気配管４２には、処理容器１内の圧力を制御する圧力制御バルブ４３及び真空ポンプ等を含む排気装置４４が接続されており、排気装置４４により排気配管４２を介して処理容器１内が排気される。処理容器１の周囲には、円筒体状の加熱機構５０が設けられている。加熱機構５０は、処理容器１及びその内部の基板Ｗを加熱する。
【0028】
プラズマ処理装置１００は、制御部６０を有する。制御部６０は、例えばプラズマ処理装置１００の各部の動作の制御することにより、成膜方法を実施する。
【0029】
［ＲＦ電源／整合器］
図３を参照しながら、ＲＦ電源３７及び整合器３５の内部構成について説明する。ＲＦ電源３７は、ＲＦ（高周波）の周波数を可変にできる機能を有する可変周波数ＲＦ電源として実現可能である。ＲＦ電源３７は、電源３７ａ、周波数制御回路３７ｂ及びセンサ３７ｃを有する。ＲＦ電源３７は、可変に制御された周波数の高周波を印加する高周波電源の一例である。
図３を参照しながら、ＲＦ電源３７及び整合器３５の内部構成について説明する。ＲＦ電源３７は、ＲＦ（高周波）の周波数を可変にできる機能を有する可変周波数ＲＦ電源として実現可能である。ＲＦ電源３７は、電源３７ａ、周波数制御回路３７ｂ及びセンサ３７ｃを有する。ＲＦ電源３７は、可変に制御された周波数の高周波を印加する高周波電源の一例である。
【0030】
整合器３５は、インダクタＬ、固定コンデンサＣ、可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２を有する。更に、整合器３５は、センサ３５ａを有する。インダクタＬは、給電ライン３４のうちの一方の給電ライン３４ａ及び一方のプラズマ電極３３に直列に接続される。固定コンデンサＣは、他方の給電ライン３４ｂ及び他方のプラズマ電極３３に直列に接続される。センサ３５ａは、給電ライン３４ａ及びインダクタＬに直列に接続され、同軸ケーブル３６を介してＲＦ電源３７に接続される。可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２は、給電ライン３４ａ、３４ｂを跨いでプラズマ電極３３に並列に接続される。可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２は、インダクタＬ及び固定コンデンサＣを挟んで、可変コンデンサＶＣ１がセンサ３５ａに接続され、可変コンデンサＶＣ２がプラズマ電極３３（つまり負荷側）に接続される。
【0031】
可変コンデンサＶＣ１は、負荷側のインピーダンス制御を行い、可変コンデンサＶＣ２は、位相制御を行う。可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２は、ＲＦ電源３７からプラズマ電極３３へ供給されるＲＦ電力が使用時（プラズマ生成時）に最大となるようにインピーダンスが調整されるように機械的に整合位置を自動調整する。つまり、センサ３７ａが検出する反射波が最小となるように可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２の整合位置を合わせることで、ＲＦ電力が使用時（プラズマ生成時）に最大となるようにインピーダンスが調整される。可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２の整合位置は、センサ３５ａにて確認できるようになっている。
【0032】
ＲＦ電源３７は、電源３７ａ、周波数制御回路３７ｂ、センサ３７ｃを有する。電源３７ａは、周波数制御回路３７ｂにより可変に制御された周波数の高周波（ＲＦ）を出力する。センサ３７ｃは、プラズマ電極３３に印加したＲＦ電力に対して負荷側からの反射波を検出する。このようにＲＦ電源３７内のセンサ３７ｃによって反射波の状態がモニタされる。
【0033】
整合器３５の制御では、ＲＦをオンする際に可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２を所定の容量に設定（以下、プリセットという。）する。プリセットされた整合位置でＲＦ電力を印加した場合、プラズマ電極３３間の電圧が低くなるときにプラズマ着火しない場合がある。このため、従来、プリセットされた整合位置から整合位置を変更し、プラズマ電極３３間の電圧が、プラズマ着火が可能な電圧となるように制御していた。しかしながら、可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２はモータ制御なので、可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の整合位置が初期位置から変更後の位置まで移動するのに時間がかかる。このため、ＡＬＤプロセスにおいてＲＦ電源３７からＲＦ電力でＲＦをオン（プラズマ電極３３に印加）するタイミングで反射波が発生する課題があった。
【0034】
この課題を解決するために、本開示の制御部６０は、プラズマを生成するためにＲＦをオンする際、モータ制御のために整合位置までの移動が遅い可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２はプリセットされた位置を整合位置として制御する。一方、電子制御のために周波数の高速可変が可能なＲＦ電源３７は、ＲＦをオンしてから数ｍｓｅｃ程度はプラズマ電極３３間の電圧が高くなるようにＲＦの周波数を１３．５６ＭＨｚよりも高く制御する。パッシェンの法則により電極間の電圧を高くすることでプラズマ着火を容易にすることができる。ＲＦのオンから数ｍｓｅｃの短時間でプラズマ着火させた後、直ちにＲＦ電源３７から出力するＲＦの周波数を１３．５６ＭＨｚに変更する。
【0035】
可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２が、数ｍｓｅｃ程度の周波数可変制御に追従すると反射波が大きくなる懸念がある。しかし、可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２は、モータ制御であるため、数ｍｓｅｃ程度の周波数可変制御に追従できない。これにより、ＲＦ電源３７の電子制御と整合器３５の機械制御の速度差を利用して安定したプラズマ着火と、反射波の抑制とを両立できる。なお、ＲＦをオンしてから数ｍｓｅｃの時間は、１３．５６ＭＨｚよりも高い周波数を印加してから所定時間の一例である。所定時間は、例えば１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下であってもよい。また、１３．５６ＭＨｚよりも高い周波数は、第１周波数の高周波の一例であり、１３．５６ＭＨｚの周波数は、第２周波数の高周波の一例である。以下、係る制御を行う制御部６０の構成及び具体的制御について説明する。
【0036】
［制御部］
制御部６０は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、Ｉ／Ｏポート１０４、操作パネル１０５、ＨＤＤ１０６（Hard Disk Drive）を有する。各部はバスＢによって接続されている。
制御部６０は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、Ｉ／Ｏポート１０４、操作パネル１０５、ＨＤＤ１０６（Hard Disk Drive）を有する。各部はバスＢによって接続されている。
【0037】
ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３に読み込まれた各種のプログラムや、成膜処理、クリーニング処理等の処理の手順を規定した情報であるレシピに基づき、プラズマ処理装置１００が実行する成膜処理等の基板処理、クリーニング処理等を制御する。レシピには、本開示の着火方法を含む成膜方法の処理手順を定義したレシピが含まれる。ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３に読み込まれたレシピ又はプログラムに基づき、着火方法を含む成膜方法等を実行する。
【0038】
ＲＯＭ１０２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスク等により構成され、ＣＰＵ１０１のプログラムやレシピ等を記憶する記憶媒体である。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１のワークエリア等として機能する。
【0039】
Ｉ／Ｏポート１０４は、温度、圧力、ガス流量等を検出する各種センサの値をプラズマ処理装置１００に取り付けられた各種センサから取得し、ＣＰＵ１０１に送信する。また、Ｉ／Ｏポート１０４は、ＣＰＵ１０１が出力する制御信号をプラズマ処理装置１００の各部へ出力する。また、Ｉ／Ｏポート１０４には、操作者がプラズマ処理装置１００を操作する操作パネル１０５が接続されている。ＨＤＤ１０６には、補助記憶装置であり、レシピやプログラム等が格納されてもよい。また、ＨＤＤ１０６又はＲＡＭ１０３には、条件テーブル１１０が記憶されている。
【0040】
図５は、一実施形態に係る条件テーブル１１０の一例を示す。一実施形態に係る条件テーブル１１０は、プロセス条件Ａ～Ｅに対するプリセット、閾値、動作開始条件、設定電力の各種情報が設定され、プロセス実行前に用意されている。例えば、プロセス条件Ａ～Ｅは、プラズマ処理装置１００にてＡＬＤプロセスを実行する際の各工程（ＮＨ３ガスのプラズマ生成工程等）における整合器３５及びＲＦ電源３７の制御に関する条件が予め設定されている。
【0041】
プリセット情報には、可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２がプリセットされる位置ＶＣ１ｐ、ＶＣ２ｐ（％）と、センサ３７ｃが検出した反射波Ｐｒ（Ｗ）の値（以下、更新Ｐｒ値という。）が保存される。閾値ΔＶＣ１、ΔＶＣ２（％）は、可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２がプリセットされる位置の更新判定に使用される。なお、可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２がプリセットされる位置及び閾値ΔＶＣ１、ΔＶＣ２の単位が％表示されているのは、可変容量範囲の０％～１００％を示す。
【0042】
動作開始条件には、プロセス条件毎のＲＦ電源３７の動作開始時の周波数（ＭＨｚ）及び時間（ｍｓｅｃ）が予め設定されている。設定電力には、ＲＦ電源３７から出力する動作開始時のＲＦ電力を示す進行波Ｐｒ（Ｗ）の値が予め設定されている。
【0043】
図６は、横軸に示すＲＦの周波数と、縦軸に示すプラズマ電極３３間の電圧の相関を示すグラフである。ＲＦの周波数が１３．５６ＭＨｚの場合、プラズマ電極３３間の電圧が６００（Ｖｐｐ）よりも低く、ガスの種類や圧力によってはプラズマ着火しない。これに対して、ＲＦの周波数が１３．５６ＭＨｚよりも大きい場合、例えばＲＦの周波数を１４．０６～１４．５６（ＭＨｚ）に変更した場合、プラズマ電極３３間の電圧を８００～１６００（Ｖｐｐ）に上げることができ、確実にプラズマ着火を実現できる。そこで、本開示に係る着火方法では、プロセス開始の数ｍｓｅｃ程度、ＲＦ電源３７から出力するＲＦの周波数を瞬間的に高くし、確実にプラズマ着火させる。
【0044】
［成膜方法］
次に、図７及び図８を参照しながら着火方法を含む成膜方法について説明する。図７は、一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８は、一実施形態に係る成膜方法を説明するための図である。
次に、図７及び図８を参照しながら着火方法を含む成膜方法について説明する。図７は、一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８は、一実施形態に係る成膜方法を説明するための図である。
【0045】
図７は、本開示の成膜方法の一例であるＡＬＤ法により、プロセス条件Ａ→プロセス条件Ｂ→プロセス条件Ｃ→・・・の各処理（各工程）をサイクリックに繰り返す成膜処理を示す。例えば、ＡＬＤ法を用いてＳｉＮ膜を成膜する場合、ＮＨ３ガスを供給した後、ＴＳＡを吸着させる前に、サイクルレートを上げるために、基板Ｗを水素プラズマ及び塩素プラズマに曝露する場合がある。この場合、図７の成膜方法を使用してプロセス条件Ａではガス供給管２２からＮＨ３ガスを処理容器１内に供給し、ＮＨ３ガスのプラズマを生成する。プロセス条件Ｂではガス供給管２２からＨ２ガスを処理容器１内に供給し、Ｈ２ガスのプラズマを生成する。プロセス条件Ｃではガス供給管２３からＣｌ２ガスを処理容器１内に供給し、Ｃｌ２ガスのプラズマを生成する。その後、ガス供給管２１からＴＳＡを処理容器１内に供給する。そして、この処理の順番でサイクリックに原子層の成膜処理を繰り返す。
【0046】
なお、本開示の成膜処理の前提として、反射波Ｐｒは、ＲＦ電源３７内のセンサ３７ｃにて常にモニタされており、反射波Ｐｒの状態に応じて整合器３５内のセンサ３５ａにて反射を小さくするように可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２の整合位置が自動制御される。
【0047】
本処理が開始されると、制御部６０は、図５の条件テーブル１１０を参照してプロセス条件Ａを読み込む（ステップＳ１）。制御部６０は、プロセス条件Ａ中のプリセット（プリセットＡ）の位置Ｃ１ａ、Ｃ２ａを設定し、可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の整合位置を位置Ｃ１ａ、Ｃ２ａに制御する（ステップＳ２）。
【0048】
次に、制御部６０は、条件テーブル１１０を参照してプロセス条件Ａに定められた動作開始条件の周波数（動作開始周波数ｆａ）にＲＦ電源３７の周波数を制御し、プロセス条件Ａに定められた設定電力ＰｆａのＲＦをオン（印加）する（ステップＳ３）。ステップＳ２及びＳ３は同時に行われてよい。これにより、図８に示すアイドル時間Ｔａ経過後、ＲＦ電源３７の周波数を動作開始周波数に制御し、プロセス条件Ａに定められた設定電力ＰｆａでＲＦがオンされる。
【0049】
次に、制御部６０は、条件テーブル１１０を参照してプロセス条件Ａに定められた動作開始条件の時間Ａ（条件テーブル１１０では時間ｔａ）を設定し、ＲＦをオンしてから時間Ａが経過したかを判定する（ステップＳ４）。制御部６０は、ＲＦをオンしてから時間Ａが経過したと判定すると、ＲＦ電源３７の周波数を予め設定されたプロセス周波数である１３．５６ＭＨｚへ変更し（ステップＳ５）、設定電力ＰｆａでＲＦの出力を続ける。これにより、図８に示す着火時間Ｔｂ（＝時間Ａ）の経過後にＲＦ電源３７の周波数がプロセス周波数に制御される。
【0050】
プロセス条件Ａの工程では、プロセス条件Ａに設定されたガスＡからプラズマを生成する。本開示において処理容器１内にガスＡを供給するとともにＲＦ電源３７からプラズマ電極３３に数ｍｓｅｃの間、動作開始周波数のＲＦ電力を印加する。着火時間Ｔｂは、数ｍｓｅｃの短時間である。動作開始周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも高く、例えば、１４．０６ＭＨｚ～１４．５６ＭＨｚである。これにより、Ａガスを確実にプラズマ化してＡガスの活性種を生成して基板Ｗに供給する。
【0051】
これにより、着火時間Ｔｂの間、１３．５６ＭＨｚよりも高い動作開始周波数のＲＦ電力を印加することで、プラズマ電極３３間電圧を高め、プラズマ着火を確実に行うことができる。加えて、ＲＦをオンしてから１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下、例えば数ｍｓｅｃ～約１０ｍｓｅｃの短時間に発生していた反射波Ｐｒの発生を抑制できる。
【0052】
次に、制御部６０は、所定時間経過後の反射波の検出値が異常であるかを判定する（ステップＳ６）。例えば、センサ３７ｃが着火時間Ｔｂ後（図８では時刻ｔｓ）に検出した反射波の検出値が異常判定用の閾値よりも大きい場合、制御部６０は、反射波の値が異常であると判定する。この場合、制御部６０は、プロセス終了処理を行い（ステップＳ７）、本処理を終了する。なお、異常判定用の閾値には、周波数が１３．５６ＭＨｚのＲＦに対する異常値が予め設定されており、例えば図５の条件テーブル１１０又は別テーブルに記憶されている。
【0053】
制御部６０は、所定時間経過後の反射波の検出値が異常判定用の閾値以下であれば、反射波の値は正常であると判定し、反射波の値が更新Ｐｒ値よりも小さいかを判定する（ステップＳ８）。制御部６０は、反射波の値が更新Ｐｒ値以上と判定した場合、条件テーブル１１０のプリセットの更新は行わないと判断し、ステップＳ１２に進む。
【0054】
制御部６０は、反射波の値が更新Ｐｒ値よりも小さい場合、条件テーブル１１０に記憶されている可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２のプリセット位置ＶＣ１Ｐ、ＶＣ２Ｐと現在の可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２の整合位置との差分を算出する。制御部６０は、その差分と閾値ΔＶＣ１、ΔＶＣ２とを比較する（ステップＳ９）。図５の条件テーブルのプロセス条件Ａの場合、制御部６０は、閾値ΔＶＣ１、ΔＶＣ２として閾値ΔＳ１ａ、ΔＳ２ａを使用する。
【0055】
制御部６０は、可変コンデンサＶＣ１のプリセット位置ＶＣ１Ｐと現在の整合位置の差分が閾値ΔＳ１ａよりも大きい、又は可変コンデンサＶＣ２Ｐのプリセット位置と現在の整合位置の差分が閾値ΔＳ２ａよりも大きい場合、警告を出力する（ステップＳ１１）。そして、ステップＳ１２に進む。なお、警告の出力は、表示による警告でもよいし、音声による警告でもよい。
【0056】
制御部６０は、可変コンデンサＶＣ１のプリセット位置ＶＣ１Ｐと現在の整合位置の差分が閾値ΔＳ１ａ以上、又は可変コンデンサＶＣ２Ｐのプリセット位置と現在の整合位置の差分が閾値ΔＳ２ａ以上の場合、プリセットＡを更新する（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ１２に進む。このとき、図５の条件テーブルのプロセス条件Ａのプリセットの値ＶＣ１ｐ、ＶＣ２ｐ、更新Ｐｒ値のうち、プリセットＡに対応するＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｐｒａが更新される。これにより、次のプロセスにおいて反射波がより小さい整合位置を可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２のプリセット位置とすることができ、より反射波の発生を抑制できる。
【0057】
ステップＳ１２において、制御部６０は、ＲＦ電源３７から出力されるＲＦがオフされたかを判定する。制御部６０は、ＲＦがオフされるまでステップＳ６～Ｓ１２の処理を繰り返す。制御部６０は、ＲＦがオフされたと判定したとき、次のプロセス条件Ｂの処理に進み、条件テーブル１１０からプロセス条件Ｂを読み込み（ステップＳ１３）、プロセス条件Ｂに従いステップＳ１４～Ｓ２４の処理を実行する。なお、ステップＳ１４～Ｓ２４の処理は、ステップＳ２～Ｓ１２の処理に対応し、プロセス条件が条件テーブル１１０に設定されたプロセス条件Ａからプロセス条件Ｂに変わった点のみ異なる。よって、ステップＳ１４～Ｓ２４の各処理の説明は省略する。
【0058】
ＡＬＤ法による成膜処理において、プロセス条件Ａ→プロセス条件Ｂ→プロセス条件Ｃ→・・・の処理をサイクリックに繰り返す。例えば、ＳｉＮ膜を成膜する場合、プロセス条件ＡではＮＨ３ガスのプラズマ、プロセス条件Ｂでは水素プラズマ、プロセス条件Ｃでは塩素プラズマを生成する場合がある。この場合、各プラズマの着火を確実に行うことができる。なお、プロセス条件Ｃの処理の後、原料ガス（例えばＴＳＡ）が供給される。
【0059】
以上に説明した成膜方法によれば、プラズマを生成するためにＲＦをオンする際、機械制御のために電子制御と比較して整合位置までの移動が遅い可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２は予め設定されたプリセット位置を整合位置として制御する。また、電子制御のために周波数の高速可変が可能なＲＦ電源３７は、ＲＦをオンしてから数ｍｓｅｃはプラズマ電極３３間の電圧が高くなるようにＲＦの周波数を１３．５６ＭＨｚよりも高く制御する。これにより、パッシェンの法則により電極間の電圧を高くすることで安定したプラズマ着火を実現することができる。ＲＦをオンしてから数ｍｓｅｃ後、ＲＦ電源３７から出力されるＲＦの周波数を１３．５６ＭＨｚに変更する。
【0060】
本開示の制御では、ＲＦのオン時から数ｍｓｅｃだけ瞬間的にＲＦの周波数を１３．５６ＭＨｚよりも大きい周波数に制御し、数ｍｓｅｃ後には１３．５６ＭＨｚに変更する。可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２が、数ｍｓｅｃ程度の周波数可変制御に追従すると反射波が大きくなる懸念がある。しかし、可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２は、モータ制御であるため、数ｍｓｅｃ程度の周波数可変制御に追従できない。このため、可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２の整合動作に影響を与えず、反射波が大きくなる懸念がない。以上から、ＲＦ電源３７の電子制御と整合器３５の機械制御の制御スピードの差を利用して安定したプラズマ着火と、反射波の抑制とを実現できる。
【0061】
更に、成膜処理により処理容器１に膜が堆積した場合やクリーニング処理により堆積した膜を除去した場合に可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２のプリセット位置が変化する。この変化を、条件テーブル１１０のプリセット（ＶＣ１ｐ、ＶＣ２ｐ、更新Ｐｒ）を更新することにより次のＲＦのオン時のプリセット位置にフィードバックすることができる。これにより、更に安定したプラズマ着火と反射波の抑制とを実現できる。
【0062】
以上では、図１に示す構成の複数枚の同時成膜を可能とするバッチ式のプラズマ処理装置１００において、複数のプラズマガス及び圧力条件で実行するＡＬＤプロセスについて説明した。しかし、これに限らず、枚葉式のプラズマ処理装置又は数枚の同時成膜を可能とするセミバッチ式のプラズマ処理装置にて実行するＡＬＤプロセスにも使用できる。さらにＡＬＤプロセスに限らず、これらのプラズマ処理装置にて実行するＡＬＥプロセス、ＣＶＤプロセス等のプラズマプロセスに使用できる。プラズマプロセスには、各種のガスをプラズマ化して使用するエッチングプロセス、成膜プロセス、クリーニングプロセスが含まれる。本開示の着火方法では、これらのプラズマプロセスにおいて安定したプラズマ着火を実現し、かつ、ＲＦの反射波の発生を抑制できる。
【0063】
なお、枚葉式のプラズマ処理装置を使用する場合、ＲＦ電源からのＲＦは上部電極に印加してもよい、下部電極に印加してもよいし、上部電極と下部電極とに印加してもよいし、下部電極に２つの周波数のＲＦを印加してもよい。いずれの場合も本開示の着火方法により安定したプラズマ着火を実現できる。プラズマ処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。
【0064】
以上に説明したように、本開示に係る着火方法及び当該着火方法を実行するプラズマ処理装置によれば、安定したプラズマ着火制御を実現しつつ、高周波の反射波の発生を抑制することができる。
【0065】
今回開示された実施形態に係る着火方法及びプラズマ処理装置は、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】
【0066】
１ 処理容器
２０ ガス供給部
３０ プラズマ生成部
３５ 整合器
３６ 同軸ケーブル
３７ ＲＦ電源
６０ 制御部
１００ プラズマ処理装置
１１０ 条件テーブル
Ｗ 基板
２０ ガス供給部
３０ プラズマ生成部
３５ 整合器
３６ 同軸ケーブル
３７ ＲＦ電源
６０ 制御部
１００ プラズマ処理装置
１１０ 条件テーブル
Ｗ 基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】