(57)【要約】【課題】高速でプラズマを着火できる成膜装置および成膜方法を提供する。【解決手段】成膜装置は、高周波電源と、整合器とを備える。高周波電源は、周波数を変更可能な高周波電源である。整合器は、高周波電源の内部インピーダンスと、プラズマを含む負荷の負荷インピーダンスとを整合させる整合器であって、負荷と直列に接続されるコンデンサの静電容量が固定された整合器である。高周波電源は、第１の周波数で高周波電力の供給を開始すると、負荷からの反射波が最小となるように周波数を掃引し、プラズマが着火したと判定した場合、供給する高周波電力の周波数を、プラズマが着火した第２の周波数から、プラズマを維持する第３の周波数に変更し、第３の周波数において負荷からの反射波が最小となるように整合器に調整を指令する。【選択図】図２
2020158814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数を変更可能な高周波電源と、
前記高周波電源の内部インピーダンスと、プラズマを含む負荷の負荷インピーダンスとを整合させる整合器であって、前記負荷と直列に接続されるコンデンサの静電容量が固定された整合器と、を備え、
前記高周波電源は、第１の周波数で高周波電力の供給を開始すると、前記負荷からの反射波が最小となるように周波数を掃引し、前記プラズマが着火したと判定した場合、供給する前記高周波電力の周波数を、前記プラズマが着火した第２の周波数から、前記プラズマを維持する第３の周波数に変更し、前記第３の周波数において前記負荷からの反射波が最小となるように前記整合器に調整を指令する、
成膜装置。
【請求項２】
前記整合器は、前記負荷と並列に接続された、静電容量が変更可能なバリアブルコンデンサを有し、
前記高周波電源は、前記整合器に対して前記バリアブルコンデンサの調整を指令する、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記整合器は、前記負荷と並列に接続された、静電容量が固定されたコンデンサ、および、インダクタンスが変更可能なバリアブルリアクタを有し、
前記高周波電源は、前記整合器に対して前記バリアブルリアクタの調整を指令する、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記整合器は、前記負荷と並列に接続された、複数のコンデンサを切り替え可能なソリッドステート回路を有し、
前記高周波電源は、前記整合器に対して前記ソリッドステート回路の調整を指令する、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第３の周波数は、前記第２の周波数と異なる周波数である、
請求項１〜４のいずれか１つに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記第３の周波数は、前記第２の周波数と同一であり、前記高周波電源は、前記第２の周波数において前記負荷からの反射波が最小となるように、前記整合器に調整を指令する、
請求項３または４に記載の成膜装置。
【請求項７】
周波数を変更可能な高周波電源と、
前記高周波電源の内部インピーダンスと、プラズマを含む負荷の負荷インピーダンスとを整合させる整合器であって、前記負荷と直列に接続されるコンデンサの静電容量が固定された整合器と、を備える成膜装置による成膜方法であって、
前記高周波電源が、第１の周波数で高周波電力の供給を開始すると、前記負荷からの反射波が最小となるように周波数を掃引することと、
前記高周波電源が、前記プラズマが着火したと判定した場合、供給する前記高周波電力の周波数を、前記プラズマが着火した第２の周波数から、前記プラズマを維持する第３の周波数に変更することと、
前記高周波電源が、前記第３の周波数において前記負荷からの反射波が最小となるように前記整合器に調整を指令することと、
を有する成膜方法。
【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】
半導体装置の製造工程において、複数の処理ガスを切り替えて、基板に対してほぼ単分子層である薄い単位膜の積層を繰り返す原子層堆積法（ＡＬＤ法：Atomic  Layer  Deposition）がある。また、成膜時にプラズマを用いるＰＥＡＬＤ（Plasma  Enhanced  Atomic  Layer  Deposition）法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１６−５２８６６７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、高速でプラズマを着火できる成膜装置および成膜方法を提供する。
【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、高周波電源と、整合器とを備える。高周波電源は、周波数を変更可能な高周波電源である。整合器は、高周波電源の内部インピーダンスと、プラズマを含む負荷の負荷インピーダンスとを整合させる整合器であって、負荷と直列に接続されるコンデンサの静電容量が固定された整合器である。高周波電源は、第１の周波数で高周波電力の供給を開始すると、負荷からの反射波が最小となるように周波数を掃引し、プラズマが着火したと判定した場合、供給する高周波電力の周波数を、プラズマが着火した第２の周波数から、プラズマを維持する第３の周波数に変更し、第３の周波数において負荷からの反射波が最小となるように整合器に調整を指令する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、高速でプラズマを着火できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本開示の一実施形態における成膜装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、本実施形態における高周波電源および整合器の接続の一例を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態におけるプラズマ着火からプラズマ維持までの過程の一例を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態におけるプラズマ着火時およびプラズマ維持時における周波数と反射率との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態におけるプラズマ着火の繰り返しの一例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態における着火周波数と規定の周波数との経時変化の一例を示す図である。
【図７】図７は、変形例１における高周波電源および整合器の接続の一例を示す図である。
【図８】図８は、変形例２における高周波電源および整合器の接続の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、開示する成膜装置および成膜方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。
【０００９】
ＰＥＡＬＤ法では、材料ガスや反応ガスの高速な切り替えに加え、反応ガスの効果を向上させるために反応ガスをプラズマ化させることが求められる。しかしながら、反応室において、高周波を印加して反応ガスを高速にプラズマ化させる場合、異なるガス種の切り替えや圧力変動により、高周波電源の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとの整合を高速化することが困難である。また、何層にも緻密な膜を成膜するＰＥＡＬＤ法では、１回の成膜に要する時間が、処理全体のスループットに影響する。そこで、１回の成膜に要する時間を短縮するために、高速でプラズマを着火することが期待されている。
【００１０】
［成膜装置１００の全体構成］
図１は、本開示の一実施形態における成膜装置の一例を示す図である。図１に示す成膜装置１００は、容量結合型プラズマ処理装置である。成膜装置１００は、チャンバ１と、チャンバ１内で被処理基板の一例としてウェハＷを水平に支持するサセプタ２と、チャンバ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、チャンバ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処理ガス供給機構５と、プラズマ生成機構６と、制御部７とを有する。
【００１１】
チャンバ１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状に形成されている。チャンバ１の側壁にはウェハＷを搬入出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２で開閉可能となっている。チャンバ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の上面にはチャンバ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、ウェハＷよりも大きい直径を有する円板状をなし、支持部材２３に支持されている。このサセプタ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、内部にウェハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１はヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱するようになっている。そして、サセプタ２の上面のウェ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２１の出力を制御することにより、ウェハＷを所定の温度に制御するようになっている。
【００１３】
サセプタ２を支持する支持部材２３は、サセプタ２の底面中央からチャンバ１の底壁に形成された孔部を貫通してチャンバ１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。サセプタ２は、支持部材２３を介した昇降機構２４により、図１に示す処理位置と、その下方のウェハの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能となっている。また、支持部材２３のチャンバ１の下方位置には、鍔部材２５が取り付けられている。チャンバ１の底面と鍔部材２５との間には、チャンバ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。
【００１４】
チャンバ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）のウェハ支持ピン２７が設けられている。ウェハ支持ピン２７は、チャンバ１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降可能になっている。ウェハ支持ピン２７は、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なっている。このようにウェハ支持ピン２７を昇降させることにより、ウェハ搬送機構（図示せず）とサセプタ２との間でウェハＷの受け渡しが行われる。
【００１５】
シャワーヘッド３は、金属製であり、サセプタ２に対向するように設けられている。シャワーヘッド３は、チャンバ１の天壁１４に固定され、内部にガス拡散空間を有する本体部３１と、ガス拡散空間３３の内部に配置されたバッフル板３４とを有している。
【００１６】
本体部３１の上壁中央には、ガス拡散空間３３に繋がるガス導入孔３６が形成されている。また、ガス導入孔３６は、天壁１４にも連続して形成されている。ガス導入孔３６には、処理ガス供給機構５の配管（後述）が接続されている。本体部３１の下面は、複数のガス吐出孔３５を有するシャワープレート３２で構成されている。ガス拡散空間３３は、ウェハＷの直径よりも大きい直径を有していることが好ましい。
【００１７】
バッフル板３４は円板状をなし、本体部３１の上壁下面および側壁内面、ならびにシャワープレート３２の内面に接しないように設けられている。バッフル板３４は、中央のガス導入孔３６から導入された処理ガスをその上面に沿ってガス拡散空間３３の周縁側に導く機能を有する。ガス拡散空間３３のバッフル板３４の上面に沿って周縁部に流れた処理ガスは、さらに周縁部からバッフル板３４とシャワープレート３２の間の空間を中心に向かって流れてガス吐出孔３５からウェハＷに向けて吐出されるようになっている。バッフル板３４は、ウェハＷの直径以上の直径を有していることが好ましい。
【００１８】
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、チャンバ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。
【００１９】
処理ガス供給機構５は、ＡＬＤ成膜する際の処理ガスを供給するものである。処理ガス供給機構５は、形成しようとする膜の構成元素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給源５１と、原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給源５２と、パージガスを供給する第１パージガス供給源５３および第２パージガス供給源５４とを有する。さらに、処理ガス供給機構５は、原料ガス供給源５１から延びる原料ガス供給配管６１と、反応ガス供給源５２から延びる反応ガス供給配管６２とを有する。また、処理ガス供給機構５は、第１パージガス供給源５３から延びる第１パージガス供給配管６３と、第２パージガス供給源５４から延びる第２パージガス供給配管６４とを有する。
【００２０】
原料ガス供給配管６１と反応ガス供給配管６２とは、配管６６に合流している。配管６６は、上述したガス導入孔３６に接続されている。また、第１パージガス供給配管６３は原料ガス供給配管６１に接続され、第２パージガス供給配管６４は反応ガス供給配管６２に接続されている。原料ガス供給配管６１には、流量制御器であるマスフローコントローラ７１ａおよび開閉バルブ７１ｂが設けられている。反応ガス供給配管６２には、マスフローコントローラ７２ａおよび開閉バルブ７２ｂが設けられている。第１パージガス供給配管６３には、マスフローコントローラ７３ａおよび開閉バルブ７３ｂが設けられている。第２パージガス供給配管６４には、マスフローコントローラ７４ａおよび開閉バルブ７４ｂが設けられている。そして、処理ガス供給機構５は、開閉バルブ７１ｂ，７２ｂの切り替えにより、後述するような所望のＡＬＤプロセスを行えるようになっている。
【００２１】
なお、処理ガス供給機構５は、第１パージガス供給配管６３および第２パージガス供給配管６４からそれぞれ分岐してパージのときのみパージガスの流量を増加する配管を設けることで、パージ工程の際にパージガス流量を増加させてもよい。パージガスとしては、不活性ガス、例えばＡｒガス、Ｈｅガス等の希ガスや、Ｎ２ガスを用いることができる。
【００２２】
また、原料ガスおよび反応ガスは、成膜しようとする膜に応じて種々のものを用いることができる。原料ガスをウェハ表面に吸着させ、反応ガスを吸着した原料ガスと反応させることにより、所定の膜を成膜することができる。
【００２３】
プラズマ生成機構６は、反応ガスを供給して吸着された原料ガスと反応させる際に、反応ガスをプラズマ化するためのものである。プラズマ生成機構６は、シャワーヘッド３の本体部３１に接続された給電線８１と、給電線８１に接続された整合器８２および高周波電源８３と、サセプタ２に埋設された電極８４とを有している。電極８４は、接地されている。この高周波電源８３からシャワーヘッド３に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド３と電極８４との間に高周波電界が形成され、この高周波電界により、反応ガスのプラズマが生成される。整合器８２は、高周波電源８３の内部（または出力）インピーダンスにプラズマを含む負荷インピーダンスを整合させるものである。整合器８２は、チャンバ１内にプラズマが生成されている時に高周波電源８３の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００２４】
ここで、図２を用いて整合器８２および高周波電源８３について説明する。図２は、本実施形態における高周波電源および整合器の接続の一例を示す図である。整合器８２および高周波電源８３と、シャワーヘッド３と電極８４との間に形成される高周波電界およびプラズマを含む負荷９０とは、図２に示すような回路を形成している。本実施形態では、整合器８２は、負荷９０と並列に接続されるバリアブルコンデンサ（以下、バリコンともいう。）Ｃ１と、負荷９０と直列に接続されるコンデンサＣ２とを有する逆Ｌ型整合回路である。バリコンＣ１は、例えば、ステッピングモータを制御することにより静電容量が変更可能である。コンデンサＣ２は、静電容量が固定された、いわゆる固定コンデンサである。整合器８２は、コンデンサＣ２の静電容量を固定することで、高周波電源８３と整合器８２が互いに整合しようとして収束しない状態を防止する。つまり、整合器８２では、従来の整合器において周波数を大きく変動させる、負荷と直列に接続されるコンデンサの役割を、周波数可変電源である高周波電源８３に委ねている。なお、図２では、補助的な他のインダクタやコンデンサ等の素子は省略している。
【００２５】
整合器８２は、高周波電源８３から出力される高周波電力の負荷９０からの反射波が最小となるように、バリコンＣ１が自動で調整される。整合器８２は、高周波電源８３がプラズマの着火を判定した後に、例えば、高周波電源８３からの指令に基づいて当該調整を行う。なお、整合器８２は、高周波電源８３がプラズマを着火するまでの時間を待機した後に、バリコンＣ１の調整を自動で行うようにしてもよい。整合器８２は、初回の調整では、プラズマを安定して維持できる規定周波数ｆｐにおいて整合が行われ、整合位置を保持する。整合器８２は、２回目以降の調整では、規定周波数ｆｐにおける整合位置を保持しているため、規定周波数ｆｐにおける整合条件の経時変化、例えばプラズマ着火回数の増加によるチャンバ１内の長期的なインピーダンスの変化分を補正する。つまり、プラズマ安定時には、高周波電源８３から出力される高周波電力の周波数が規定周波数ｆｐに固定されるので、整合器８２は、チャンバ１内の長期的なインピーダンスの変化分に相当するわずかな整合条件の変化を補正することになる。
【００２６】
高周波電源８３は、出力する高周波電力の周波数を変更可能な可変周波数電源（ＶＦ（Variable  Frequency）電源）である。高周波電源８３は、スタート周波数である第１の周波数で高周波電力の供給を開始すると、負荷９０からの反射波が最小となるように周波数を掃引する。スタート周波数は、例えば３９ＭＨｚが挙げられる。高周波電源８３は、プラズマが着火したと判定した場合、供給する高周波電力の周波数を、プラズマが着火した着火時周波数ｆｓである第２の周波数から、プラズマを安定して維持できる規定周波数ｆｐである第３の周波数に変更する。なお、高周波電源８３は、着火時周波数ｆｓから規定周波数ｆｐへの変更をμｓオーダーで行えるので大幅な時間遅延は発生しない。高周波電源８３は、規定周波数ｆｐにおいて負荷９０からの反射波が最小となるように整合器８２に調整を指令する。規定周波数ｆｐは、例えば４０．６８ＭＨｚが挙げられる。なお、高周波電源８３が出力する高周波電力の周波数は、原料ガスや反応ガスに応じて４５０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの間で適宜設定することができる。
【００２７】
図１の説明に戻る。制御部７は、主制御部、入力装置、出力装置、表示装置、および、記憶装置を有する。主制御部は、成膜装置１００の各構成部、例えば、開閉バルブ７１ｂ〜７４ｂ、マスフローコントローラ７１ａ〜７４ａ、高周波電源８３、ヒータ２１、および、排気機構４２の真空ポンプ等を制御する。主制御部は、例えば、コンピュータ（ＣＰＵ：Central  Processing  Unit）を用いて制御を行う。記憶装置には、成膜装置１００で実行される各種処理のパラメータが記憶されている。また、記憶装置には、成膜装置１００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされるようになっている。主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１００により所定の処理が行われるように制御する。例えば、制御部７は、開閉バルブ７１ｂ，７２ｂの開閉時間を制御して１回の原料ガスの供給時間を制御する。
【００２８】
このように構成された成膜装置１００においては、まず、ゲートバルブ１２を開放して搬送装置（図示せず）により搬入出口１１を介してチャンバ１内にウェハＷを搬入し、サセプタ２上に載置させる。搬送装置を退避させ、制御部７は、サセプタ２を処理位置まで上昇させる。そして、制御部７は、ゲートバルブ１２を閉じ、チャンバ１内を所定の減圧状態に保持し、ヒータ２１によりサセプタ２の温度をＡＬＤ成膜する際の成膜反応に応じて所定温度に制御する。
【００２９】
この状態で、制御部７は、開閉バルブ７３ｂおよび７４ｂを開き、第１パージガス供給源５３および第２パージガス供給源５４から第１パージガス供給配管６３および第２パージガス供給配管６４を介してパージガスを連続的に供給する。制御部７は、パージガスを連続的に供給しつつ、原料ガス供給配管６１の開閉バルブ７１ｂおよび反応ガス供給配管６２の開閉バルブ７２ｂを交互に間欠的に開閉させる。また、制御部７は、反応ガスの供給タイミングでプラズマ生成機構６の高周波電源８３をオンにする。
【００３０】
制御部７は、原料ガス供給ステップ（原料ガス＋パージガス）、パージステップ（パージガスのみ）、反応ガス供給ステップ（反応ガス＋パージガス＋プラズマ）、パージステップ（パージガスのみ）を順次繰り返し行う。これにより、ＰＥＡＬＤによる所定の成膜が行われる。なお、反応ガスがプラズマにより反応性を有するものである場合には、成膜期間中、反応ガスを常時流して、プラズマのみをオン／オフするようにしてもよい。
【００３１】
次に、図３から図６を用いてプラズマ着火からプラズマ維持までの過程について説明する。図３は、本実施形態におけるプラズマ着火からプラズマ維持までの過程の一例を示す図である。図３に示すグラフ１１０は、プラズマの着火から安定するまでの周波数、高周波電力（投下電力）および反射率を示すグラフである。グラフ１１１は、高周波電源８３が出力する高周波電力の周波数を示す。グラフ１１２は、高周波電源８３が出力する高周波電力（投下電力）を示す。グラフ１１３は、負荷９０からの高周波電力の反射率を示す。なお、グラフ１１０では、オーバーシュートやアンダーシュートは省略している。
【００３２】
制御部７は、時刻ｔ１において、高周波電源８３に高周波電力の出力開始を指令する。高周波電源８３は、時刻ｔ１からｔ２までの区間１１４において、供給する高周波電力を規定値まで上昇させる。なお、高周波電源８３は、この場合に反射波に対応する分の電力を進行波に加えた高周波電力を出力するようにしてもよい。高周波電源８３は、高周波電力が規定値まで上昇すると、負荷９０からの反射が最小になるように周波数を掃引する。グラフ１１０の例では、時刻ｔ２からｔ３の区間１１５において、周波数を表すグラフ１１１が上昇し、反射率を表すグラフ１１３が下降していることがわかる。
【００３３】
高周波電源８３は、反射率がプラズマ着火を判定する閾値未満であるか否かを判定する。なお、当該閾値は、反射波が進行波の５０％〜１０％程度となる任意の値とすることができる。高周波電源８３は、反射率が閾値以上であると判定した場合、引き続き、周波数を掃引する。高周波電源８３は、時刻ｔ３において、反射率が閾値未満であると判定した場合、判定時の周波数である着火時周波数ｆｓでプラズマが着火したと判定する。高周波電源８３は、プラズマが着火したと判定すると、時刻ｔ３からｔ４の区間１１６において、高周波電力の周波数を着火時周波数ｆｓから規定周波数ｆｐに変更する。
【００３４】
高周波電源８３は、高周波電力の周波数を規定周波数ｆｐに変更後、つまり、時刻ｔ４以降の区間１１７において、整合器８２に対して、規定周波数ｆｐにおいて負荷９０からの反射波が最小となるように調整を指令する。整合器８２は、高周波電源８３からの指令を受け付けると、プラズマが維持されている間、負荷９０からの反射波が最小となるようにバリコンＣ１の調整を行う。制御部７は、プラズマを用いる処理が終了すると、高周波電源８３に高周波電力の出力停止を指令する。整合器８２は、高周波電源８３の高周波電力の出力が停止された場合、バリコンＣ１の整合位置を保持する。すなわち、本実施形態では、高周波電源８３の高速な周波数可変応答でプラズマ着火を行い、整合器８２は高速応答せずに成膜装置１００の経時的変化に追従することになる。
【００３５】
図４は、本実施形態におけるプラズマ着火時およびプラズマ維持時における周波数と反射率との関係の一例を示す図である。図４に示すグラフ１２０では、プラズマ着火時の反射率をグラフ１２１で表し、プラズマ維持時の反射率をグラフ１２２で表している。グラフ１２１で示すように、プラズマ着火時には、着火時周波数ｆｓが最も反射率が低く、プラズマが着火しやすい。一方、プラズマが着火した後には、規定周波数ｆｐが最も反射率が低く、プラズマが安定する。つまり、高周波電源８３は、着火時周波数ｆｓでプラズマ着火を行った後に、規定周波数ｆｐに周波数を変更することでプラズマを安定して維持することができる。
【００３６】
図５は、本実施形態におけるプラズマ着火の繰り返しの一例を示す図である。図５に示すグラフ１３０は、上述の反応ガス供給ステップ（反応ガス＋パージガス＋プラズマ）におけるプラズマ着火の繰り返しにおける高周波電力を表すグラフである。グラフ１３１は、高周波電源８３から出力される高周波電力を示す。グラフ１３２は、反射波の電力を示す。グラフ１３０では、時刻ｔ１からプラズマが着火する時刻ｔ３までの区間１１４,１１５では、高周波電力の増加に応じて反射波の電力も増加している。なお、グラフ１３０は、プラズマ着火まで高周波電力の出力を上昇させている場合の一例である。
【００３７】
高周波電源８３は、時刻ｔ３においてプラズマが着火すると、時刻ｔ４までの区間１１６において、高周波電力の周波数を着火時周波数ｆｓから規定周波数ｆｐに周波数を変更する。時刻ｔ４からｔ５までの区間１１７は、プラズマが維持されている。区間１１７では、高周波電力の進行波と反射波との整合は整合器８２が行う。整合器８２は、主にチャンバ１内の経時変化による整合条件の変化を補正する。なお、グラフ１３０の例では、時刻ｔ１からｔ３の間は数十ｍｓ程度であり、時刻ｔ１からｔ５までの間は数秒、例えば２秒〜４秒程度である。このように、本実施形態では、プラズマ着火時のマッチングを高周波電源８３が行うので、高速でプラズマを着火できる。
【００３８】
図６は、本実施形態における着火周波数と規定の周波数との経時変化の一例を示す図である。図６に示すグラフ１４０は、チャンバ１内の経時変化（プラズマ着火回数）による着火時周波数ｆｓの変化を示すグラフである。グラフ１４０に示すように、成膜処理を繰り返し行うと、デポの堆積等によってチャンバ１内の状態が変化する。このため、時間が経つにつれ、着火時周波数ｆｓが規定周波数ｆｐから変化していくことになる。なお、着火時周波数ｆｓの変化は着火時のごく短時間であるのでプロセス特性に影響を与えることはない。
【００３９】
［変形例１］
整合器８２における整合回路では、バリコンＣ１の代わりにインダクタンスを電気的に変更できるバリアブルリアクタを用いることができる。図７は、変形例１における高周波電源および整合器の接続の一例を示す図である。図７に示す変形例１の整合器８２ａおよび高周波電源８３ａでは、バリコンＣ１に代えて、コンデンサＣ１’と、バリアブルリアクタ（バリアブルインダクタ）Ｌ１（以下、バリＬ１ともいう。）とを有する点が異なる。コンデンサＣ１’とバリＬ１とは、直列に接続されている。コンデンサＣ１’は、静電容量が固定されたコンデンサである。バリＬ１は、例えば、電気的に制御することによりインダクタンスが変更可能なインダクタである。
【００４０】
整合器８２ａは、高周波電源８３ａから出力される高周波電力の負荷９０からの反射波が最小となるように、高周波電源８３ａとともに、高周波電源８３ａからの指令に基づいて自動で調整される。
【００４１】
高周波電源８３ａは、出力する高周波電力の周波数を変更可能なＶＦ電源である。高周波電源８３ａは、スタート周波数で高周波電力の供給を開始すると、負荷９０からの反射波が最小となるように周波数を掃引する。このとき、高周波電源８３ａは、自身と整合器８２ａのバリＬ１とを一体として整合が取れるように調整を行う。高周波電源８３ａは、プラズマが着火したと判定した場合、供給する高周波電力の周波数を、プラズマが着火した着火時周波数ｆｓから、プラズマを安定して維持できる規定周波数ｆｐに変更する。また、高周波電源８３ａは、規定周波数ｆｐにおいて負荷９０からの反射波が最小となるように、整合器８２ａに対して、例えばプラズマ安定時の値に調整するように指令する。
【００４２】
変形例１では、バリアブルリアクタを電気的に制御するため、高速に動作が可能であるとともに、高周波電力の周波数が２７ＭＨｚ程度までの場合に有効である。
【００４３】
［変形例２］
整合器８２における整合回路では、バリコンＣ１の代わりに複数のコンデンサを電気的スイッチングで切り替えるソリッドステート回路を用いることができる。図８は、変形例２における高周波電源および整合器の接続の一例を示す図である。図８に示す変形例２の整合器８２ｂおよび高周波電源８３ｂでは、バリコンＣ１に代えて、ソリッドステート回路Ｃ１”を有する点が異なる。ソリッドステート回路Ｃ１”は、複数のコンデンサを電気的スイッチングで切り替えることにより、静電容量が変更可能なコンデンサとみなすことができる。
【００４４】
整合器８２ｂは、高周波電源８３ｂから出力される高周波電力の負荷９０からの反射波が最小となるように、高周波電源８３ｂとともに、高周波電源８３ｂからの指令に基づいて自動で調整される。
【００４５】
高周波電源８３ｂは、出力する高周波電力の周波数を変更可能なＶＦ電源である。高周波電源８３ｂは、スタート周波数で高周波電力の供給を開始すると、負荷９０からの反射波が最小となるように周波数を掃引する。このとき、高周波電源８３ｂは、自身と整合器８２ｂのソリッドステート回路Ｃ１”とを一体として整合が取れるように調整を行う。高周波電源８３ｂは、プラズマが着火したと判定した場合、供給する高周波電力の周波数を、プラズマが着火した着火時周波数ｆｓから、プラズマを安定して維持できる規定周波数ｆｐに変更する。また、高周波電源８３ｂは、規定周波数ｆｐにおいて負荷９０からの反射波が最小となるように、整合器８２ｂに対して、例えばプラズマ安定時の値に調整するように指令する。
【００４６】
変形例２では、ソリッドステート回路Ｃ１”を高周波電源８３ｂと一体的に制御するため、高速に動作が可能であり、立ち上がり時でも反射波を抑えることができる。
【００４７】
なお、変形例１，２では、整合器８２ａ，８２ｂも高速な応答が可能であるため、着火時周波数ｆｓから規定周波数ｆｐに変更せずに、着火時周波数ｆｓにおいて整合が取れ、着火時周波数ｆｓでプラズマを安定して維持することができる。この場合、高周波電源８３ａ，８３ｂは、反射波に対応する分だけ進行波電力を増大させることで、より高速にプラズマを着火することができる。すなわち、変形例１，２では、成膜処理において、規定周波数ｆｐに変更する必要がない場合には、着火時周波数ｆｓでプラズマ処理を行うことができる。
【００４８】
以上、本実施形態によれば、成膜装置１００は、高周波電源８３と、整合器８２とを備える。高周波電源８３は、周波数を変更可能な高周波電源である。整合器８２は、高周波電源８３の内部インピーダンスと、プラズマを含む負荷９０の負荷インピーダンスとを整合させる整合器であって、負荷９０と直列に接続されるコンデンサの静電容量が固定された整合器である。高周波電源８３は、第１の周波数で高周波電力の供給を開始すると、負荷９０からの反射波が最小となるように周波数を掃引し、プラズマが着火したと判定した場合、供給する高周波電力の周波数を、プラズマが着火した第２の周波数から、プラズマを維持する第３の周波数に変更し、第３の周波数において負荷９０からの反射波が最小となるように整合器８２に調整を指令する。その結果、高速でプラズマを着火できる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、整合器８２は、負荷９０と並列に接続された、静電容量が変更可能なバリアブルコンデンサを有する。高周波電源８３は、整合器８２に対してバリアブルコンデンサの調整を指令する。その結果、プラズマ維持時のマッチングを整合器８２で行うことができる。
【００５０】
また、変形例１によれば、整合器８２ａは、負荷９０と並列に接続された、静電容量が固定されたコンデンサ、および、インダクタンスが変更可能なバリアブルリアクタを有する。高周波電源８３ａは、整合器８２ａに対してバリアブルリアクタの調整を指令する。その結果、高速に動作が可能であるとともに、高周波電力の周波数が２７ＭＨｚ程度までの場合に有効である。
【００５１】
また、変形例２によれば、整合器８２ｂは、負荷９０と並列に接続された、複数のコンデンサを切り替え可能なソリッドステート回路を有する。高周波電源８３ｂは、整合器８２ｂに対してソリッドステート回路の調整を指令する。その結果、高速に動作が可能であり、立ち上がり時でも反射波を抑えることができる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、第３の周波数は、第２の周波数と異なる周波数である。その結果、規定周波数ｆｐでプラズマを維持することができる。
【００５３】
また、変形例１，２によれば、第３の周波数は、第２の周波数と同一であり、高周波電源８３ａ，８３ｂは、第２の周波数において負荷からの反射波が最小となるように、整合器８２ａ，８２ｂに調整を指令する。その結果、着火時周波数ｆｓでプラズマを維持することができる。
【００５４】
［ＡＬＤ成膜の具体例］
本開示のＡＬＤ成膜においては、成膜する膜に特に制限はなく、通常ＡＬＤで成膜される膜には全て適用可能である。原料ガスとしては、Ｓｉ含有ガスやＢ含有ガス、またはＴｉ、Ａｌ，Ｈｆ等の金属を含む金属含有ガスが用いられる。反応ガスとしては、酸化ガス、窒化ガス、炭化ガス、還元ガス等が用いられる。酸化ガスを用いた場合は酸化膜を形成することができ、窒化ガスを用いた場合は窒化膜を形成することができ、炭化ガスを用いた場合は炭化膜を形成することができ、還元ガスを用いた場合は金属膜等の単体膜を形成することができる。
【００５５】
原料ガスおよび反応ガスは、成膜しようとする膜の組成に応じて決定され、上記実施形態では、１種類の原料ガスと１種類の反応ガスとを交互に供給した例を示したが、組成によってはこれらのいずれかを複数用いてもよい。この場合は、３種類以上のガスを供給する処理ガス供給機構を用いればよく、これらガスは、成膜しようとする膜の組成に応じて適宜の供給パターンでシーケンシャルに供給すればよい。供給パターンによっては複数種類の原料ガスまたは複数種類の反応ガスを続けて供給する場合もあり得るが、このような場合でも、全体としては原料ガスと反応ガスの交互供給が維持される。原料ガスまたは反応ガスを複数用いる場合は、複合膜を形成することができる。
【００５６】
成膜される膜の具体例としては、酸化膜としてＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２等を挙げることができる。窒化膜としては、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＴａＮ、ＢＮ、ＳｉＢＮ等を挙げることができる。炭化膜としては、ＳｉＣ、ＴｉＡｌＣ等を挙げることができる。金属膜のような単体膜としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ等を挙げることができる。その他、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＢＣＮ等を挙げることができる。
【００５７】
今回開示された実施形態は、すべ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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。
【００５８】
また、上記した実施形態では、プラズマ源として容量結合型プラズマを用いてウェハＷに対して成膜等の処理を行う成膜装置１００を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いてウェハＷに対して処理を行う装置であれば、プラズマ源は容量結合プラズマに限られず、例えば、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマ等、任意のプラズマ源を用いることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  チャンバ
２  サセプタ
３  シャワーヘッド
４  排気部
５  処理ガス供給機構
６  プラズマ生成機構
７  制御部
８１  給電線
８２，８２ａ，８２ｂ  整合器
８３，８３ａ，８３ｂ  高周波電源
８４  電極
９０  負荷
１００  成膜装置
Ｃ１  バリアブルコンデンサ
Ｃ１’，Ｃ２  コンデンサ
Ｃ１”  ソリッドステート回路
Ｌ１  バリアブルリアクタ
Ｗ  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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