(57)【要約】【課題】成膜される膜の膜ストレスを制御すること。【解決手段】ガス供給部からチタン含有ガスと酸化ガス、または、シリコン含有ガスと窒化ガスを交互に供給し、酸化ガスまたは窒化ガスの供給に合わせて電源から第１電極および第２電極に高周波電力を供給してプラズマを生成して成膜を行う際に、第１電極および第２電極に供給される高周波電力のパワーを制御する。【選択図】図３
2020066764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜対象の基板が載置される載置部が内部に設けられた処理容器と、
前記処理容器内に前記載置部と対向して配置された第１電極と、
前記載置部に対向すると共に前記第１電極の周囲に配置された第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に高周波電力を供給する電源と、
前記電源から前記第１電極および前記第２電極に供給される高周波電力のパワーを調整する調整部と、
前記処理容器内にチタン含有ガスとチタンを酸化する酸化ガス、または、シリコン含有ガスとシリコンを窒化する窒化ガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部から前記チタン含有ガスと前記酸化ガス、または、前記シリコン含有ガスと前記窒化ガスを交互に供給し、前記酸化ガスまたは前記窒化ガスの供給に合わせて前記電源から前記第１電極および前記第２電極に高周波電力を供給してプラズマを生成して成膜を行う際に、前記調整部により前記第１電極および前記第２電極に供給される高周波電力のパワーを制御する制御部と、
を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記制御部は、プラズマの密度分布が均一となるように、前記調整部により前記第１電極および前記第２電極に供給される高周波電力のパワーを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記調整部により、膜ストレスが高い部分の高周波電力のパワーを低下させる制御、および膜ストレスが低い部分の高周波電力のパワーを上昇させる制御の何れか一方または両方を行う
ことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記調整部により、膜ストレスが高い部分の高周波電力のパワーを低下させる制御、または、前記調整部により、膜ストレスが低い部分の高周波電力のパワーを上昇させると共にプラズマの生成時間を短縮する制御を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記ガス供給部は、前記処理容器内にＴｉＣｌ４ガスとＯ２ガスを交互に供給して酸化チタン膜を成膜する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記ガス供給部は、前記処理容器内に前記チタン含有ガスと前記酸化ガスを供給し、
前記載置部は、ヒーターが内蔵され、前記基板を２００℃以下で加熱する
ことを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
成膜対象の基板が載置される載置部が内部に設けられた処理容器内に、チタン含有ガスとチタンを酸化する酸化ガス、または、シリコン含有ガスとシリコンを窒化する窒化ガスを供給し、
前記酸化ガスまたは前記窒化ガスの供給に合わせて、前記処理容器内に前記載置部と対向して配置された第１電極および当該第１電極の周囲に配置された第２電極に電源から高周波電力を供給してプラズマを生成して成膜を行う際に、前記第１電極および前記第２電極に供給される高周波電力のパワーを調整して成膜される膜の膜ストレスを制御する
ことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２には、基板を載置する下部電極と対向して配置される内側上部電極および外側上部電極に高周波電力を分配供給する容量結合型のプラズマ処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２６４７５号公報
【特許文献２】特開２０１４−９３４３６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、成膜される膜の膜ストレスを制御する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様による成膜装置は、処理容器と、第１電極と、第２電極と、電源と、調整部と、ガス供給部と、制御部とを有する。処理容器は、成膜対象の基板が載置される載置部が内部に設けられている。第１電極は、処理容器内に載置部と対向して配置されている。第２電極は、載置部に対向すると共に第１電極の周囲に配置されている。電源は、第１電極および第２電極に高周波電力を供給する。調整部は、電源から第１電極および第２電極に供給される高周波電力のパワーを調整する。ガス供給部は、処理容器内にチタン含有ガスとチタンを酸化する酸化ガス、または、シリコン含有ガスとシリコンを窒化する窒化ガスを供給する。制御部は、ガス供給部からチタン含有ガスと酸化ガス、または、シリコン含有ガスと窒化ガスを交互に供給し、酸化ガスまたは窒化ガスの供給に合わせて電源から第１電極および第２電極に高周波電力を供給してプラズマを生成して成膜を行う際に、調整部により第１電極および第２電極に供給される高周波電力のパワーを制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、成膜される膜の膜ストレスを制御できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係る成膜装置を概略的に示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係るシャワーヘッドを簡略的に示した図である。
【図３】図３は、実施形態に係るプラズマＡＬＤの流れの一例を示す図である。
【図４】図４は、座屈の発生の一例を示した図である。
【図５】図５は、高周波電力のパワーおよびプラズマ照射時間による膜ストレスの変化の一例を示した図である。
【図６】図６は、デバイスの性能の局所的な変化の一例を示した図である。
【図７】図７は、高周波電力のパワーの調整の一例を示す図である。
【図８】図８は、高周波電力のパワーの調整の一例を示す図である。
【図９】図９は、高周波電力のパワーの調整の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、高周波電力のパワーの調整による膜ストレスおよびＬＥＲの変化の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、チタン含有ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを用いて酸化チタン膜を成膜した場合の成膜レートの一例を示す図である。
【図１２】図１２は、チタン含有ガスとしてＴＤＭＡＴガスを用いて酸化チタン膜を成膜した場合の成膜レートの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、サセプタに複数のヒーターを設けた一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本願の開示する成膜装置および成膜方法の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示する成膜装置および成膜方法が限定されるものではない。
【０００９】
ところで、電子デバイスの製造では、半導体ウエハなどの基板上に酸化膜や窒化膜の成膜が行われる。成膜された膜の膜ストレスは、最終的なデバイスに大きな影響を与えることがある。例えば、成膜された膜の膜ストレスが基板面内で不均一である場合、基板面内で電子デバイスの性能が変化する。そこで、成膜される膜の膜ストレスを制御することが期待されている。
【００１０】
［成膜装置の構成］
最初に、実施形態に係る成膜装置１００の構成について説明する。図１は、実施形態に係る成膜装置を概略的に示す図である。図１には、実施形態に係る成膜装置１００の縦断面における構造が概略的に示されている。図１に示す成膜装置１００は、容量結合型平行平板のプラズマ装置である。成膜装置１００は、処理容器１と、処理容器１内で被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す。）Ｗを水平に支持するためのサセプタ２と、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給するためのシャワーヘッド３とを有する。また、成膜装置１００は、処理容器１の内部を排気する排気部４と、シャワーヘッド３に処理ガスを供給するガス供給部５と、制御部７とを有する。
【００１１】
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器１の側壁には、半導体ウエハなどの基板Ｗを搬入出するための搬入出口１１が形成されている。搬入出口１１は、ゲートバルブ１２により開閉可能とされている。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。また、排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。天壁１４の外周には、絶縁リング１６が嵌め込まれており、絶縁リング１６と排気ダクト１３の間は、シールリング１５で気密にシールされている。
【００１２】
サセプタ２は、基板Ｗに対応した大きさの円板状に形成され、上面に基板Ｗが載置される。サセプタ２は、底面の中央部分を支持部材２３により支持されている。サセプタ２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル基合金等の金属材料で構成されており、内部に基板Ｗを加熱するためのヒーター２１が埋め込まれている。ヒーター２１は、ヒーター電源（図示せず）から給電に応じて発熱する。制御部７は、サセプタ２の上面のウエハ載置面近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒーター２１の出力を制御することにより、基板Ｗを所定の温度に制御する。
【００１３】
サセプタ２には、ウエハ載置面の外周領域、およびサセプタ２の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスからなるカバー部材２２が設けられている。
【００１４】
支持部材２３は、柱状とされ、処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４は、サセプタ２および支持部材２３を昇降する。サセプタ２は、昇降機構２４により、図１に示す処理位置と、下方の一点鎖線で示すウエハの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能とされている。また、支持部材２３の処理容器１の下方位置には、鍔部材２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部材２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、サセプタ２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
【００１５】
処理容器１の底面近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降可能とされており、搬送位置にあるサセプタ２に設けられた貫通孔２ａに挿通されてサセプタ２の上面に対して突没可能とされている。このようにウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、ウエハ搬送機構（図示せず）とサセプタ２との間で基板Ｗの受け渡しが行われる。
【００１６】
シャワーヘッド３は、サセプタ２に対向するように設けられており、サセプタ２とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有している。本体部３１とシャワープレート３２との間には、ガス拡散空間３３が形成されている。ガス拡散空間３３には、本体部３１および処理容器１の天壁１４の中央を貫通するように設けられたガス導入孔３６が接続されている。シャワープレート３２は、サセプタ２に対向するように配置されている。シャワープレート３２には、サセプタ２に対向する対向面に多数のガス吐出孔３５が形成されている。サセプタ２が処理位置に存在した状態では、シャワープレート３２とサセプタ２との間に処理空間３７が形成される。
【００１７】
シャワープレート３２は、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの導電性材料により構成されている。また、シャワープレート３２は、周囲に絶縁部材３８が配置されており、絶縁部材３８の周囲に、導電性材料により構成された周辺電極３９が配置されている。周辺電極３９は、サセプタ２に対向すると共にシャワープレート３２の周囲に配置されている。シャワープレート３２は、直径が基板Ｗの直径と同等か若干大きく形成されている。これにより、シャワープレート３２と周辺電極３９との境界は、基板Ｗの外側に位置する。シャワープレート３２と周辺電極３９との境界には、デポ等の副生成物が付着しやすいが、境界に付着した副生成物が落下した場合でも基板Ｗに付着することを抑制できる。シャワープレート３２および周辺電極３９には、プラズマを生成する際に高周波電力が供給される。本実施形態では、シャワープレート３２が第１電極に対応し、周辺電極３９が第２電極に対応する。
【００１８】
図２は、実施形態に係るシャワーヘッドを簡略的に示した図である。シャワーヘッド３は、シャワープレート３２および周辺電極３９を有する。シャワープレート３２および周辺電極３９は、サセプタ２に対向して配置されている。サセプタ２は、接地された配線５５が接続されている。配線５５には、インピーダンスを調節可能なインピーダンス制御機構５６が設けられている。シャワーヘッド３には、給電線５０ａが接続されている。周辺電極３９には、給電線５０ｂが接続されている。給電線５０ａ、５０ｂは、マッチング回路５１に接続されている。マッチング回路５１には、給電線５０ｃを介して高周波電源５２が接続されている。
【００１９】
高周波電源５２は、所定の周波数の高周波電力をマッチング回路５１を介してシャワープレート３２および周辺電極３９に供給する。高周波電源５２が供給する高周波電力の周波数は、２００ｋＨｚ〜２２０ＭＨｚであることが好ましく、例えば、４５０ｋＨｚが用いられる。高周波電源５２からシャワープレート３２および周辺電極３９への給電経路には、シャワープレート３２および周辺電極３９に供給される高周波電力のパワーを調整する調整部が設けられている。例えば、給電線５０ａには、バリアブルコンデンサ５３ａが設けられている。給電線５０ｂには、バリアブルコンデンサ５３ｂが設けられている。バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂは、静電容量の変更が可能とされており、高周波電源５２からシャワープレート３２および周辺電極３９に供給される高周波電力のパワーの比を調整する。
【００２０】
図１に戻る。排気部４は、排気ダクト１３の排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された、真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを備えている。処理に際しては、処理容器１内のガスはスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気部４の排気機構４２により排気配管４１を通って排気される。
【００２１】
シャワーヘッド３のガス導入孔３６には、ガス配管６６を介してガス供給部５が接続されている。ガス供給部５は、成膜に用いる各種のガスをガス拡散空間３３に供給する。例えば、ガス供給部５は、複数のガスソース、マスフローコントローラといった複数の流量制御器、及び、複数のバルブを有する。複数のガスソースの各々は、複数の流量制御器のうち対応の流量制御器、及び、複数のバルブのうち対応のバルブを介して、ガス拡散空間３３に接続されている。ガス供給部５は、複数のガスソースのうち選択されたガスソースからのガスの流量を調整し、当該ガスをガス拡散空間３３に供給する。ガス拡散空間３３に供給されたガスは、複数のガス吐出孔３５から処理空間３７に供給される。
【００２２】
上記のように構成された成膜装置１００は、制御部７によって、動作が統括的に制御される。制御部７は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムや、成膜のプロセス条件に基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。例えば、制御部７は、各ガスの供給の開始、停止、各ガスの流量制御、基板Ｗの搬入、搬出の制御、サセプタ２の温度の制御、処理容器１内の圧力制御、高周波電源５２から供給する高周波電力の制御、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂの静電容量を制御する。なお、制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体に記憶されていてもよい。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。また、制御部７は、成膜装置１００の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部７が外部に設けられている場合、制御部７は、有線又は無線等の通信手段によって、成膜装置１００を制御することができる。
【００２３】
次に、制御部７の制御により成膜装置１００が実行する成膜処理の流れを簡単に説明する。
【００２４】
成膜装置１００は、ゲートバルブ１２を開放する。成膜装置１００は、搬送装置（図示せず）により搬入出口１１を介して処理容器１内に基板Ｗが搬入され、サセプタ２上に載置される。成膜装置１００は、搬送装置の退避後、サセプタ２を処理位置まで上昇させる。そして、成膜装置１００は、ゲートバルブ１２を閉じ、処理容器１内を所定の減圧状態に保持するとともに、ヒーター２１によりサセプタ２の温度を所定温度（例えば、２００℃）に制御して基板Ｗを加熱する。基板Ｗの温度は、２００℃以下であればよい。
【００２５】
成膜装置１００は、プラズマＡＬＤ（Atomic  Layer  Deposition）により基板Ｗに酸化膜や窒化膜を成膜する。本実施形態では、成膜装置１００が基板Ｗに酸化膜を成膜する場合を例に説明する。例えば、制御部７は、ガス供給部５を制御して、ガス供給部５からチタン含有ガスとチタンを酸化する酸化ガスを交互に供給する。また、制御部７は、酸化ガスの供給に合わせて高周波電源５２からシャワープレート３２および周辺電極３９に高周波電力を供給してプラズマを生成して、酸化チタン（ＴｉＯ２）膜を成膜する。チタン含有ガスとしては、例えば、ＴｉＣｌ４、テトラ（イソプロポキシ）チタン（ＴＴＩＰ）、四臭化チタン（ＴｉＢｒ４）、四ヨウ化チタン（ＴｉＩ４）、テトラキスエチルメチルアミノチタン（ＴＥＭＡＴ）、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）等が挙げられる。酸化ガスとしては、例えば、Ｏ２ガス等の酸素含有ガスが挙げられる。制御部７は、チタン含有ガスの供給と酸化ガスの供給のとの間、および酸化ガスの供給とチタン含有ガスの供給のとの間には、残留するガスを除去する処理、例えばパージ処理を行うってもよい。
【００２６】
ここで、制御部７の制御の元、成膜装置１００が実施するプラズマＡＬＤの流れを説明する。図３は、実施形態に係るプラズマＡＬＤの流れの一例を示す図である。例えば、図３に示すプラズマＡＬＤでは、工程Ｓ１〜Ｓ４を順に実施する。
【００２７】
工程Ｓ１では、チタン含有ガス、例えば、ＴｉＣｌ４ガスを供給する。これにより、基板Ｗには、チタン含有ガスによる前駆体が吸着する。なお、工程Ｓ１では、シリコン含有ガスと共に、プラズマ生成用のガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを供給してもよい。
【００２８】
次に、工程Ｓ２では、チタン含有ガスの供給を停止し、パージガスを供給すると共に排気を行って、処理容器１内からチタン含有ガスを排気する。
【００２９】
次に、工程Ｓ３では、パージガスの供給を停止し、酸化ガス、例えば、Ｏ２ガスを供給すると共に高周波電源５２から高周波電力（ＲＦ）を印加して処理容器１内にプラズマを生成する。これにより、基板Ｗ上の前駆体と酸化ガスとが反応して基板Ｗ上に酸化チタンが成膜される。
【００３０】
次に、工程Ｓ４では、酸化ガスの供給および高周波電力の印加を停止し、パージガスを供給すると共に排気を行って、処理容器１内から酸化ガスを排気する。
【００３１】
成膜装置１００は、工程Ｓ１〜Ｓ４を繰り返して所望の膜厚の酸化チタン膜を基板Ｗに成膜する。
【００３２】
なお、プラズマＡＬＤの流れはこれに限定されるものではない。チタン含有ガスを供給して基板Ｗに前駆体を吸着させた後、酸化ガスを供給しつつ高周波周電力を印加してプラズマを生成して成膜を行うものであれば、ガスの供給、停止タイミングは、異なってもよい。例えば、プラズマＡＬＤでは、工程Ｓ１〜Ｓ４において、ＡｒガスおよびＯ２ガスを継続的に供給してもよい。
【００３３】
ところで、成膜された膜の膜ストレスは、最終的なデバイスに大きな影響を与えることがある。例えば、酸化チタン膜は、絶縁膜や誘電体膜として広く用いられており、シリコン上に酸化チタン膜を形成するプロセスが存在する。例えば、ダブルパターニングでは、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて所定のパターン幅で、例えば、シリコンからなる芯材を形成し、芯材の上に最上層のハードマスクとなる酸化チタン膜を成膜する。次いで酸化チタン膜をエッチングして、芯材の側壁に酸化チタン膜からなる側壁スペーサが形成された状態とする。次いで、芯材をエッチング除去することにより、酸化チタン膜からなる側壁スペーサがハードマスクとして残存する。これをエッチングマスクとして、その下に形成された加工対象膜を異方性エッチングする。これにより、芯材の半分のパターン幅で加工対象膜をエッチングすることができる。
【００３４】
酸化チタン膜は、膜ストレスによりエッチング後のパターンに座屈が生じる場合がある。酸化チタン膜のパターンに座屈が発生すると、ＬＥＲ（Line  Edge  Roughness）が悪化したり、パターンが倒壊したりする場合がある。図４は、座屈の発生の一例を示した図である。図４では、加工対象膜１１０の上部に酸化チタン膜１１１が形成されている。酸化チタン膜１１１のパターンには、圧縮応力により座屈が生じている。
【００３５】
プラズマＡＬＤによる酸化チタン膜の成膜では、膜ストレスは、プラズマ照射時間が長く、高周波電力のパワーが高くなるほど圧縮応力側へシフトする。図５は、高周波電力のパワーおよびプラズマ照射時間による膜ストレスの変化の一例を示した図である。図５には、高周波電力のパワーの２００Ｗ、３００Ｗ、４００Ｗとした場合のプラズマ照射時間による膜ストレスの変化が示されている。膜ストレス（stress）は、マイナス側を圧縮応力（Compressive）側とし、プラス側を引張応力（Tensile）側として示している。図５に示すように、膜ストレスは、プラズマ照射時間が同じ場合、高周波電力のパワーが大きいほど圧縮応力側へシフトする。また、膜ストレスは、プラズマ照射時間が長くなるほど圧縮応力側へシフトする。
【００３６】
プラズマＡＬＤによる酸化チタン膜の成膜において、膜ストレスは、プラズマ密度とプラズマ照射時間の積に応じて変化する。このため、プラズマ密度分布が不均一な状態で基板Ｗに酸化チタン膜の成膜を行うと、プラズマ密度分布がストレス分布に転写されて基板Ｗ上の酸化チタン膜のストレス分布が不均一となり、基板Ｗ上に製造されたデバイスの性能が局所的に変化する。図６は、デバイスの性能の局所的な変化の一例を示した図である。図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す各グラフの横軸は、基板Ｗの面内の径方向の位置であり、横軸の中央が基板Ｗの中心部分に対応し、横軸の左右端部が基板Ｗの周辺部分に対応している。プラズマ照射時間を一定とし、プラズマ密度分布が基板Ｗの中央部分で高く、周辺部分で低い場合、プラズマＡＬＤによるプラズマ密度とプラズマ照射時間の積は、図６（Ａ）に示すように、中央部分で高く、周辺部分で低くなる。このようなプラズマＡＬＤで基板Ｗに酸化チタン膜の成膜した場合、酸化チタン膜の膜ストレスは、図６（Ｂ）に示すように、周辺部分よりも中央部分が圧縮応力（Compressive）側になる。この場合、基板Ｗ上のデバイスのＬＥＲは、図６（Ｃ）に示すように、基板Ｗの周辺部分と中央部分で異なることになる。
【００３７】
そこで、制御部７は、成膜を行う際に、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂの静電容量を制御して高周波電源５２からシャワープレート３２および周辺電極３９に供給される高周波電力のパワーを調整して成膜される膜の膜ストレス分布を制御する。例えば、制御部７は、シャワープレート３２および周辺電極３９に供給される高周波電力のパワーの比を調整することで、プラズマの密度分布が均一となるように、シャワープレート３２および周辺電極３９に供給される高周波電力のパワーを調整する。
【００３８】
図７〜９は、高周波電力のパワーの調整の一例を示す図である。図７（Ａ）では、高周波電源５２から供給される高周波電力の７０％をシャワープレート３２に供給し、高周波電力の３０％を周辺電極３９に供給している。この場合、プラズマ密度分布は、基板Ｗの中央部分で高く、周辺部分で低くなる。図７（Ｂ）には、基板Ｗに形成されたスピンオンカーボン（ＳＯＣ）をエッチングしたエッチングレート（Ｅ／Ｒ）により、プラズマ密度分布を示している。スピンオンカーボンは、プラズマ密度分布が高いほどエッチングレートが高くなる。よって、エッチングレートが高いほどプラズマ密度分布が高い。図７（Ｂ）では、エッチングレートが基板Ｗの中央部分で高く、周辺部分で低いため、プラズマ密度分布は、基板Ｗの中央部分で高く、周辺部分で低くなっている。
【００３９】
図８（Ａ）では、高周波電源５２から供給される高周波電力の５０％をシャワープレート３２に供給し、高周波電力の５０％を周辺電極３９に供給している。この場合、プラズマ密度分布は、基板Ｗの中央部分と周辺部分で同等になる。図８（Ｂ）には、基板Ｗに形成されたスピンオンカーボン（ＳＯＣ）をエッチングしたエッチングレートにより、プラズマ密度分布を示している。図８（Ｂ）では、エッチングレートが基板Ｗの中央部分と周辺部分で同等のため、プラズマ密度分布は、基板Ｗの中央部分と周辺部分で同等となっている。
【００４０】
図９（Ａ）では、高周波電源５２から供給される高周波電力の３０％をシャワープレート３２に供給し、高周波電力の７０％を周辺電極３９に供給している。この場合、プラズマ密度分布は、基板Ｗの中央部分で低く、周辺部分で高くなる。図９（Ｂ）には、基板Ｗに形成されたスピンオンカーボン（ＳＯＣ）をエッチングしたエッチングレートにより、プラズマ密度分布を示している。図９（Ｂ）では、エッチングレートが基板Ｗの中央部分で低く、周辺部分で高いため、プラズマ密度分布は、基板Ｗの中央部分で低く、周辺部分で高くなっている。
【００４１】
制御部７は、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂにより、膜ストレスが相対的に圧縮応力となる部分の高周波電力のパワーを低下させる調整、および膜ストレスが相対的に引張応力となる部分の高周波電力のパワーを上昇させる調整の何れか一方または両方を行う。例えば、制御部７は、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂにより、膜ストレスが相対的に圧縮応力となる部分の高周波電力のパワーを低下させる調整を行う。また、制御部７は、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂにより、膜ストレスが相対的に引張応力となる部分の高周波電力のパワーを上昇させる調整と共にプラズマの生成時間を短縮する制御を行う。
【００４２】
図１０は、高周波電力のパワーの調整による膜ストレスおよびＬＥＲの変化の一例を示す図である。図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示す各グラフの横軸は、基板Ｗの面内の径方向の位置であり、横軸の中央が基板Ｗの中心部分に対応し、横軸の左右端部が基板Ｗの周辺部分に対応している。図１０（Ａ）〜（Ｃ）には、基板Ｗ上のプラズマ密度の分布、基板Ｗ上に成膜された酸化チタン膜の膜ストレスの分布、基板Ｗ上に成膜された酸化チタン膜のＬＥＲがそれぞれ示されている。例えば、プラズマ照射時間を一定とし、プラズマ密度分布が基板Ｗの中央部分で高く、周辺部分で低い場合、プラズマＡＬＤによるプラズマ密度とプラズマ照射時間の積は、図１０（Ａ）に示すように、中央部分で高く、周辺部分で低くなる。この場合、膜ストレスの分布は、周辺部分よりも中央部分が圧縮応力（Compressive）側となる。また、基板Ｗ上のデバイスのＬＥＲは、基板Ｗの周辺部分と中央部分で異なる。
【００４３】
例えば、制御部７は、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂにより、膜ストレスが相対的に引張応力である基板Ｗの周辺部分の高周波電力のパワーを上昇させる調整を行う。基板Ｗの周辺部分の高周波電力のパワーを上昇させたことにより、基板Ｗの周辺部分のプラズマ密度分布が上昇してプラズマ密度分布が均一な状態となる。これにより、プラズマＡＬＤによるプラズマ密度とプラズマ照射時間の積は、図１０（Ｂ）に示すように、基板Ｗの周辺部分が上昇して、中央部分と周辺部分で同等になる。この場合、膜ストレスの分布は、基板Ｗの周辺部分が上昇して、周辺部分と中央部分で同等となっている。また、基板Ｗ上のデバイスのＬＥＲも、基板Ｗの周辺部分が上昇して、基板Ｗの周辺部分と中央部分で同等となっている。
【００４４】
しかし、基板Ｗの周辺部分のプラズマ密度が上昇したことで、膜ストレスおよびＬＥＲは、平均的には上昇している。
【００４５】
そこで、制御部７は、プラズマの生成時間を短縮する制御を行う。例えば、制御部７は、高周波電源５２から高周波電力を供給する時間を短縮する。これにより、プラズマ照射時間の積は、全体的に低下する。この結果、プラズマＡＬＤによるプラズマ密度とプラズマ照射時間の積は、図１０（Ｃ）に示すように、全体的に低下する。この場合、膜ストレスの分布は、全体的に引張応力（Tensile）側にシフトする。基板Ｗ上のデバイスのＬＥＲは、全体的に低下する。
【００４６】
なお、制御部７は、膜ストレスが相対的に圧縮応力である部分の高周波電力のパワーを低下させる調整を行ってもよい。この場合、膜ストレスは平均的には引張応力に変化し、ＬＥＲは平均的には低下するため、制御部７は、プラズマの生成時間を短縮する制御を行わなくてもよい。
【００４７】
ところで、プラズマＡＬＤによる酸化チタン膜の成膜では、使用するガスによっては、プラズマのイオンエネルギーやプラズマ照射時間に対して成膜レートが変化する場合がある。
【００４８】
図１１は、チタン含有ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを用いて酸化チタン膜を成膜した場合の成膜レートの一例を示す図である。図１１（Ａ）、（Ｂ）は、図３に示した工程Ｓ１でＴｉＣｌ４ガスを０．０５秒供給し、工程Ｓ２を１．２秒とし、工程Ｓ３においてＯ２ガスを供給しつつ高周波電力を供給してプラズマを照射するプラズマ照射時間を変えており、工程Ｓ４を０．１秒としている。図１１（Ａ）、（Ｂ）の横軸はプラズマ照射時間である。また、図１１（Ａ）と（Ｂ）では、高周波電力のパワーを３００Ｗとしているが、高周波電力の周波数を変えてプラズマのイオンエネルギーを変えている。図１１（Ａ）では、高周波電力の周波数を例えば、４５０ＫＨｚとしており、プラズマのイオンエネルギーを高い状態としている。図１１（Ｂ）では、高周波電力の周波数を、例えば、１３ＭＨｚとしており、プラズマのイオンエネルギーを低い状態としている。図１１（Ａ）、（Ｂ）には、プラズマ照射時間の変化による基板Ｗへの酸化チタン膜の成膜レート（ＧＰＣ）と、基板Ｗ上での酸化チタン膜の膜厚分布が１σの値により示されている。
【００４９】
図１２は、チタン含有ガスとしてＴＤＭＡＴガスを用いて酸化チタン膜を成膜した場合の成膜レートの一例を示す図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）は、図３に示した工程Ｓ１でＴＤＭＡＴガスを０．４秒供給し、工程Ｓ２を１．２秒とし、工程Ｓ３においてＯ２ガスを供給しつつ高周波電力を供給してプラズマを照射するプラズマ照射時間を変えており、工程Ｓ４を０．１秒としている。図１２（Ａ）、（Ｂ）の横軸はプラズマ照射時間である。また、図１２（Ａ）と（Ｂ）では、高周波電力のパワーを３００Ｗとしているが、インピーダンス制御機構５６により処理容器１の下部のインピーダンスを調節し、プラズマのイオンエネルギーを変えている。図１２（Ａ）では、プラズマのイオンエネルギーを高い状態としている。図１２（Ｂ）では、プラズマのイオンエネルギーを低い状態としている。図１２（Ａ）、（Ｂ）には、プラズマ照射時間の変化による基板Ｗへの酸化チタン膜の成膜レート（ＧＰＣ）と、基板Ｗ上での酸化チタン膜の膜厚分布が１σの値により示されている。なお、インピーダンス制御機構５６ではなく、周波数を変化させることによりイオンエネルギーを変えてもよい。この場合、より高周波とした方がイオンエネルギーが低くなる。
【００５０】
図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＴｉＣｌ４ガスは、プラズマ照射時間を変えても成膜レートや膜厚分布の変化が小さく、均一性よく成膜できる。一方、ＴＤＭＡＴガスは、プラズマ照射時間を変えると成膜レートや膜厚分布が変わり、膜厚が変わってしまう。よって、成膜装置１００は、チタン含有ガスとして、ＴｉＣｌ４ガスを用いることで、プラズマ照射時間を変えた場合でも、膜厚変化を小さく抑えて、膜ストレスを変えることができる。
【００５１】
このように、本実施形態に係る成膜装置１００は、処理容器１と、シャワープレート３２と、周辺電極３９と、高周波電源５２と、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂと、ガス供給部５と、制御部７とを有する。処理容器１は、成膜対象の基板Ｗが載置されるサセプタ２が内部に設けられている。シャワープレート３２は、処理容器１内にサセプタ２と対向して配置されている。周辺電極３９は、サセプタ２に対向すると共にシャワープレート３２の周囲に配置されている。高周波電源５２は、シャワープレート３２および周辺電極３９に高周波電力を供給する。バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂは、高周波電源５２からシャワープレート３２および周辺電極３９に供給される高周波電力のパワーを調整する。ガス供給部５は、処理容器１内にチタン含有ガスとチタンを酸化する酸化ガスを供給する。成膜装置１００は、ガス供給部５からチタン含有ガスと酸化ガスを交互に供給し、酸化ガスの供給に合わせて高周波電源５２からシャワープレート３２および周辺電極３９に高周波電力を供給してプラズマを生成して成膜を行う。制御部７は、プラズマを生成して成膜を行う際に、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂによりシャワープレート３２および周辺電極３９に供給される高周波電力のパワーを制御する。これにより、成膜装置１００は、成膜される膜の膜ストレスを制御できる。
【００５２】
また、制御部７は、プラズマの密度分布が均一となるように、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂによりシャワープレート３２および周辺電極３９に供給される高周波電力のパワーを制御する。これにより、成膜装置１００は、成膜される膜の膜ストレスの分布を均一化できる。この結果、成膜装置１００は、基板Ｗ面内で電子デバイスの性能の変化を抑制できる。
【００５３】
また、制御部７は、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂにより、膜ストレスが高い部分の高周波電力のパワーを低下させる制御、および膜ストレスが低い部分の高周波電力のパワーを上昇させる制御の何れか一方または両方を行う。これにより、成膜装置１００は、成膜される膜の膜ストレスの分布を均一化できる。
【００５４】
また、制御部７は、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂにより、膜ストレスが高い部分の高周波電力のパワーを低下させる制御を行う。また、制御部７は、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂにより、膜ストレスが低い部分の高周波電力のパワーを上昇させると共にプラズマの生成時間を短縮する制御を行う。これにより、成膜装置１００は、成膜される膜の膜ストレスを全体的に低下させることができる。
【００５５】
また、ガス供給部５は、処理容器１内にＴｉＣｌ４ガスとＯ２ガスを交互に供給して酸化チタン膜を成膜する。これにより、成膜装置１００は、膜ストレスを制御するためにプラズマ照射時間を変えた場合でも、成膜レートや膜厚分布の変化を小さく抑えることができる。
【００５６】
また、サセプタ２は、ヒーター２１が内蔵され、基板Ｗを２００℃以下で加熱する。ＴｉＯ２膜は、２００℃よりも高い温度で成膜されると結晶化して強度が変化する。よって、ＴｉＯ２膜の成膜では、基板Ｗを２００℃以下とすることが好ましい。
【００５７】
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で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。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００５８】
例えば、実施形態では、基板Ｗを半導体ウエハとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。基板Ｗは、シリコンであっても、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体でもあってもよい。また、基板Ｗは、液晶表示装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるガラス基板や、セラミック基板等でもあってもよい。
【００５９】
また、実施形態では、成膜装置１００が基板Ｗに酸化膜を成膜する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。成膜装置１００は、シリコン含有ガスと、シリコンを窒化する窒化ガスとを交互に供給し、窒化ガスの供給に合わせて高周波電源５２からシャワープレート３２および周辺電極３９に高周波電力を供給してプラズマを生成して基板Ｗに窒化膜の成膜を行ってもよい。制御部７は、プラズマを生成して窒化膜の成膜を行う際に、バリアブルコンデンサ５３ａ、５３ｂによりシャワープレート３２および周辺電極３９に供給される高周波電力のパワーを制御してもよい。シリコン含有ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＤＣＳ）等が挙げられる。窒化ガスとしては、例えば、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガス等が挙げられる。成膜装置１００は、窒化膜を成膜する場合、ヒーター２１によりサセプタ２の温度を所定温度（例えば、６００℃）に制御して基板Ｗを加熱する。基板Ｗの温度は、６００℃以下であればよい。
【００６０】
また、実施形態では、シャワープレート３２の周囲に周辺電極３９を１つ設けた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、周辺電極３９は、シャワープレート３２の周囲に、径を変えて複数設けられてもよい。また、周辺電極３９は、周方向に分割して複数設けられても良い。
【００６１】
また、実施形態では、成膜装置１００が基板Ｗに酸化膜を膜厚分布が均一となるように成膜する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、成膜装置１００により酸化膜や窒化膜が成膜された基板Ｗがエッチング装置に搬送されてエッチングが行われる。このエッチング装置は、基板Ｗの中央部分と周辺部分でエッチングレートの分布が不均一であるものとする。このような場合、成膜装置１００は、エッチングレートの分布に対応させて、エッチングレートが高い部分に厚く、エッチングレートが低い部分に薄く成膜してもよい。例えば、酸化チタンの成膜レートは、基板Ｗの温度が高いほど低下する。そこで、成膜装置１００は、サセプタ２の中央部分および周辺部分にヒーター２１をそれぞれ設けて基板Ｗの温度を制御することで、基板Ｗの中央部分と周辺部分の成膜レートを制御して、成膜される酸化膜や窒化膜の膜厚分布を制御してもよい。図１３は、サセプタ２に複数のヒーターを設けた一例を示す図である。サセプタ２には、中央部分にヒーター２１ａが設けられている。また、サセプタ２は、ヒーター２１ａを囲むように円盤状のヒーター２１ｂ〜２１ｄが設けられている。ヒーター２１ａ〜２１ｄは、サセプタ２の面内の中央の円状ゾーン、および、円状ゾーンを囲む３つの環状のゾーンをそれぞれ加熱する。例えば、酸化チタンの成膜において、基板Ｗの中央部分を厚く、基板Ｗの周辺部分を薄く成膜する場合、制御部７は、周辺部分ほどヒーター２１の温度を高く制御すればよい。また、酸化チタンの成膜において、基板Ｗの中央部分を薄く、基板Ｗの周辺部分を厚く成膜する場合、制御部７は、中央部分ほどヒーター２１の温度を高く制御すればよい。これにより、成膜装置１００は、膜ストレスの変化を小さく抑えつつ、膜厚分布を変えることができる。
【００６２】
また、実施形態では、酸化チタン膜を、ダブルパターニングの際の上層のハードマスクの形成に使用した場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、酸化チタン膜は、Ｓｉ上に所定パターンのハードマスクを形成する場合に使用可能である。また、ハードマスクの形成に限らず、Ｓｉ上にＴｉＯ２膜を成膜する必要がある用途全般に適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  処理容器
２  サセプタ
５  ガス供給部
７制御部
３２  シャワープレート
３９  周辺電極
５２  高周波電源
５３ａ、５３ｂ  バリアブルコンデンサ
１００  成膜装置
Ｗ  基板 
【図１】
2020066764.tif 000003
【図２】
2020066764.tif 000004
【図３】
2020066764.tif 000005
【図４】
2020066764.tif 000006
【図５】
2020066764.tif 000007
【図６】
2020066764.tif 000008
【図７】
2020066764.tif 000009
【図８】
2020066764.tif 000010
【図９】
2020066764.tif 000011
【図１０】
2020066764.tif 000012
【図１１】
2020066764.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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