CN113820290A - 成膜方法和成膜装置 - Google Patents

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film formation
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大槻友志
加贺谷宗仁
铃木悠介
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Abstract

本发明提供一种成膜方法和成膜装置，用于检测在形成有包括凹部的图案的基板上成膜出的膜的状态。在第一测定工序中，通过红外光谱法来测定形成有包括凹部的图案的基板。在成膜工序中，在第一测定工序之后，对基板进行膜的成膜。在第二测定工序中，在成膜工序之后，通过红外光谱法来测定基板。在提取工序中，提取第一测定工序的测定数据与第二测定工序的测定数据的差数据。

Description

成膜方法和成膜装置
技术领域
本公开涉及一种成膜方法和成膜装置。
背景技术
专利文献1公开了一种载置成膜用基板和监视用基板来进行成膜、通过红外光谱法对形成于监视用基板的薄膜进行分析并基于分析值对形成于成膜用基板的膜的膜质量进行优化的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-56010号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种检测在形成有包括凹部的图案的基板上成膜出的膜的状态的技术。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式的成膜方法包括第一测定工序、成膜工序、第二测定工序以及提取工序。在第一测定工序中，通过红外光谱法来测定形成有包括凹部的图案的基板。在成膜工序中，在第一测定工序之后，对基板进行膜的成膜。在第二测定工序中，在成膜工序之后，通过红外光谱法来测定基板。在提取工序中，提取第一测定工序的测定数据与第二测定工序的测定数据的差数据。
发明的效果
根据本公开，能够检测在形成有包括凹部的图案的基板上成膜出的膜的状态。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的成膜装置的一例的概要截面图。
图2是说明实施方式所涉及的利用等离子体进行的成膜的图。
图3A是说明通过TEM-EDX进行的分析的图。
图3B是说明通过TEM-EDX进行的分析的图。
图4是说明以往的FT-IR分析的图。
图5是说明实施方式所涉及的成膜方法的流程的图。
图6是说明实施方式所涉及的差数据的图。
图7是表示实施方式所涉及的等离子体ALD的处理工艺的一例的图。
图8A是表示实施方式所涉及的成膜有SiN膜的基板的一例的图。
图8B是表示比较例所涉及的成膜有SiN膜的硅基板的一例的图。
图9是表示红外光的每个波数的吸光度的一例的图。
图10A是表示红外光的每个波数的吸光度的一例的图。
图10B是表示红外光的每个波数的吸光度的一例的图。
图10C是表示红外光的每个波数的吸光度的一例的图。
图11是表示实施方式所涉及的成膜装置的另一例的概要结构图。
附图标记说明
W：基板；1：腔室；2：载置台；10：高频电源；15：气体供给部；16：喷淋头；60：控制部；61：用户接口；62：存储部；80a：窗；80b：窗；81：照射部；82：检测部；90：图案；90a：凹部；91：SiN膜；95：硅基板；96：SiN膜；100：成膜装置；200：成膜装置；201～204：腔室。
具体实施方式
下面，参照附图来详细地说明本申请公开的成膜方法和成膜装置的实施方式。此外，并不通过本实施方式来限定公开的成膜方法和成膜装置。
在半导体器件的制造中，通过成膜装置对形成有包括凹部的图案的半导体晶圆等基板进行成膜。成膜装置将基板配置于被设为规定的真空度的腔室(处理容器)内，向腔室内供给成膜原料气体并且在腔室内生成等离子体来对基板进行成膜。作为成膜技术，例如已知等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)、等离子体ALD(AtomicLayer Deposition：原子层沉积)等。
另外，随着形成于基板的图案不断微细化，在利用等离子体进行的成膜中，图案中包括的凹部的侧壁、底部的膜质量容易变差。因此，除了用于制造半导体器件的实际的基板，另外还对平坦的监视用基板进行成膜，通过红外光谱法对形成于监视用基板的膜进行分析，由此类推成膜于实际的基板的膜的状态。
但是，在实际的基板和监视用基板中，成膜出的膜的状态不同，即使通过红外光谱法对成膜于监视用基板的膜进行分析，也无法求出成膜于实际的基板的膜的状态。
因此，期待一种检测在形成有包括凹部的图案的基板上成膜出的膜的状态的技术。
[实施方式]
[成膜装置的结构]
接着，对实施方式进行说明。首先，对实施方式所涉及的成膜装置100进行说明。图1是表示实施方式所涉及的成膜装置100的概要结构的一例的概要截面图。在一个实施方式中，成膜装置100为对基板W进行成膜的装置。图1所示的成膜装置100气密地构成，具有电气上被设为接地电位的腔室1。该腔室1设为圆筒状，由例如在表面形成有阳极氧化覆膜的铝、镍等构成。在腔室1内设置有载置台2。
载置台2例如由铝、镍等金属形成。在载置台2的上表面载置半导体晶圆等基板W。载置台2将所载置的基板W水平地支承。载置台2的下表面与由导电性材料形成的支承构件4电连接。载置台2被支承构件4支承。支承构件4被支承于腔室1的底面。支承构件4的下端与腔室1的底面电连接，经由腔室1接地。支承构件4的下端经由被调整为使载置台2与接地电位之间的阻抗降低的电路而与腔室1的底面电连接。
在载置台2中内置有加热器5，通过加热器5能够将被载置于载置台2的基板W加热至规定的温度。可以在载置台2的内部形成有用于流通制冷剂的流路(未图示)，将通过设置于腔室1的外部的冷却装置被进行了温度控制的制冷剂循环地供给至流路内。载置台2可以通过利用加热器5进行的加热和利用从冷却装置供给的制冷剂进行的冷却，来将基板W控制为规定的温度。此外，也可以不搭载加热器5，仅通过从冷却装置供给的制冷剂来进行载置台2的温度控制。
此外，可以在载置台2中埋入电极。载置台2能够利用通过被供给至该电极的直流电压产生的静电力来吸附被载置于载置台2的上表面的基板W。另外，在载置台2中设置有用于与设置于腔室1的外部的未图示的搬送机构之间进行基板W的交接的升降销(未图示)。
在载置台2的上方且腔室1的内侧面设置有形成为大致圆盘状的喷淋头16。喷淋头16经由陶瓷等的绝缘构件45被支承于载置台2的上部。由此，腔室1与喷淋头16电绝缘。喷淋头16例如由镍等导电性的金属形成。
喷淋头16具有顶板构件16a和喷淋板16b。顶板构件16a以从腔室1的上侧将该腔室1内封闭的方式设置。喷淋板16b以与载置台2相向的方式设置在顶板构件16a的下方。在顶板构件16a形成有气体扩散空间16c。在顶板构件16a和喷淋板16b分散地形成有朝向气体扩散空间16c开口的大量的气体喷出孔16d。
在顶板构件16a形成有用于向气体扩散空间16c导入各种气体的气体导入口16e。气体导入口16e与气体供给路15a连接。气体供给路15a与气体供给部15连接。
气体供给部15具有与用于成膜的各种气体的气体供给源分别连接的气体供给线路。各气体供给线路以与成膜的工艺相对应的方式适当地分支，在各气体供给线路上设置有用于控制气体的流量的控制设备，例如开闭阀等阀、质量流量控制器等流量控制器。气体供给部15通过控制在各气体供给线路上设置的开闭阀、流量控制器等控制设备，能够控制各种气体的流量。
气体供给部15向气体供给路15a供给用于成膜的各种气体。例如，气体供给部15向气体供给路15a供给成膜的原料气体。另外，气体供给部15向气体供给路15a供给吹扫气体、与原料气体反应的反应气体。被供给至气体供给路15a的气体在气体扩散空间16c中扩散并从各气体喷出孔16d喷出。
由喷淋头16b的下表面和载置台2的上表面围成的空间构成用于进行成膜处理的处理空间。另外，喷淋头16b和经由支承构件4及腔室1接地的载置台2构成为用于在处理空间中形成电容耦合等离子体(CCP)的成对的电极板。喷淋头16经由匹配器11而与高频电源10连接，从高频电源10向经由喷淋头16被供给至处理空间40的气体供给高频电力(RF电力)，由此形成上述的CCP。此外，也可以是，高频电源10与载置台2连接来代替与喷淋头16连接，喷淋头16接地。在本实施方式中，喷淋头16、气体供给部15、高频电源10等实施成膜的部分与本公开的成膜部对应。
在腔室1的底部形成有排气口71，该排气口71经由排气管72而与排气装置73连接。排气装置73具有真空泵、压力调整阀，通过使该真空泵、压力调整阀工作，能够将腔室1内减压、调整至规定的真空度。
在腔室1的侧壁且隔着载置台2彼此相向的位置设置有窗80a、窗80b。窗80a、窗80b例如被嵌入石英等针对红外光具有透过性的构件而被密封。在窗80a的外侧设置有照射红外光的照射部81。在窗80b的外侧设置有能够检测红外光的检测部82。调整窗80a及照射部81的位置，以使得从照射部81照射出的红外光能够经由窗80a照射到基板W上。另外，调整窗80b及检测部82的位置，以使得被基板W反射的红外光经由窗80b入射至检测部82。另外，在腔室1的与设置有窗80a、窗80b的侧壁不同的侧壁设置有用于进行基板W的搬入和搬出的未图示的搬入搬出口。在该搬入搬出口设置有将该搬入搬出口进行开闭的闸阀。
照射部81以照射出的红外光经由窗80a到达基板W的中央附近的规定的区域的方式配置。例如，照射部81向基板W的1mm～10mm左右的范围的区域照射红外光。检测部82以被基板W的规定的区域反射的红外光经由窗80b入射至该检测部82的方式配置。
本实施方式所涉及的成膜装置100通过红外光谱法(IR：infrared spectroscopy)针对被基板W反射的红外光的每个波数求出吸光度，由此检测成膜于基板W的膜的状态。具体地说，成膜装置100通过傅立叶变换红外光谱法(FT-IR：Fourier transform Infraredspectroscopy)针对反射的红外光的每个波数求出吸光度，由此检测成膜于基板W的膜中包含的物质。
在照射部81中内置有发出红外光的光源、镜、透镜等光学元件，该照射部81能够照射发生干涉后的红外光。例如，通过半透半反镜等将从光源产生的红外光的直到被射出至外部为止的光路的中间部分分离成两个光路，使一个光路长度相对于另一个光路长度发生变动来改变光路差，来使得两个光路发生干涉，从而照射部81照射出光路差不同的各种干涉波的红外光。此外，也可以是，在照射部81中设置多个光源，通过光学元件来控制各个光源的红外光，以能够照射光路差不同的各种干涉波的红外光。
检测部82检测被基板W反射的各种干涉波的红外光的信号强度。在本实施方式中，照射部81、检测部82等实施红外光谱法的测定的部分与本公开的测量部对应。
如上述那样构成的成膜装置100的动作由控制部60统一地控制。控制部60与用户接口61、存储部62连接。
用户接口61包括供工序管理者进行命令的输入操作以管理成膜装置100的键盘等操作部、可视化地显示成膜装置100的运转状况的显示器等显示部。用户接口61接受各种动作。例如，用户接口61接受指示等离子体处理的开始的规定操作。
在存储部62中保存有用于在控制部60的控制下实现由成膜装置100执行的各种处理的程序(软件)、处理条件、工艺参数等数据。此外，程序、数据可以在被保存在计算机可读的计算机记录介质(例如硬盘、CD、软盘、半导体存储器等)等中的状态下被利用。或者，程序、数据还可以通过例如经由专用线路从其它装置随时传输来在线利用。
控制部60例如为具备处理器、存储器等的计算机。控制部60基于来自用户接口61的指示等从存储部62中读出程序、数据并控制成膜装置100的各部，由此执行后述的成膜方法的处理。
控制部60经由用于进行数据的输入和输出的未图示的接口而与照射部81及检测部82连接，输入和输出各种信息。控制部60控制照射部81和检测部82。例如，照射部81基于来自控制部60的控制信息来照射出光路差不同的各种干涉波。另外，向控制部60输入由检测部82检测出的红外光的信号强度的信息。
另外，随着半导体器件不断微细化，形成于基板W的图案也具有纳米级的复杂形状。在利用等离子体进行的成膜中，纳米级的微细图案中包括的凹部的侧壁、底部的膜质量容易变差。图2是说明实施方式所涉及的利用等离子体进行的成膜的图。在图2中示出基板W。在基板W形成有纳米级的包括凹部90a的图案90。在利用等离子体进行的成膜中，离子、自由基难以到达凹部90a的侧壁、底部，凹部90a的侧壁、底部的膜质量容易变差。为了改善膜质量，需要分析凹部90a的侧壁、底部的膜的组成。
作为对成膜出的膜进行分析的技术，例如能够列举TEM-EDX等能量色散型X射线光谱法(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)、傅立叶变换红外光谱法(FT-IR：Fouriertransform Infrared spectroscopy)等红外光谱法。
图3A和图3B是说明利用TEM-EDX进行的分析的图。在图3A中示意性地示出通过等离子体ALD对具有凹部90a的图案90成膜出SiN膜91的状态。通过TEM-EDX分别对凹部90a的底部90b(Bottom)、侧壁90c(Side)、图案90的上表面90d(Top)的部分的SiN膜91进行分析。在图3B中示出通过TEM-EDX对底部90b(Bottom)、侧壁90c(Side)、上表面90d(Top)的部分的SiN膜91分别进行分析得到的各分析结果的一例。通过TEM-EDX，能够获知SiN膜91的元素组成。
在图3B中示出底部90b(Bottom)、侧壁90c(Side)、上表面90d(Top)处的N(氮)、O(氧)、Si(硅)的比例。上表面90d的N的比例比底部90b和侧壁90c的N的比例高。另外，按照上表面90d、侧壁90c、底部90b的顺序，O的比例逐渐变高。另外，上表面90d的Si的比例比底部90b和侧壁90c的Si的比例低。根据该结果可知：在底部90b、侧壁90c、上表面90d观察到元素组成不同，因此需要进行更详细的分析。但是，TEM-EDX虽然能够检测元素，但无法检测化学键。例如，不知道N与O和Si中的哪一方进行了键合。另外，在利用TEM-EDX进行的分析中，无法检测H(氢)等轻原子。
图4是说明以往的FT-IR分析的图。以往，FT-IR分析除了对用于制造半导体器件的实际的基板W进行成膜以外，另外还对平坦的监视用基板进行成膜，对监视用基板照射红外光，对透过监视用基板或被监视用基板反射的光进行分析，由此类推成膜于实际的基板W的膜的状态。在图4中示意性地示出通过等离子体ALD在监视用的平坦的硅基板95上成膜出SiN膜96的状态。在图4中，向硅基板95照射红外光，通过检测器来检测透过了硅基板95的光并进行FT-IR分析。在FT-IR分析中得到化学键的信息。另外，在FTIR分析中，能够观测氢原子的振动，从能够检测氢等轻原子。例如，在SiN膜96中，吸收红外光而分子产生振动，因此通过FT-IR分析能够检测SiN、SiO、SiH、NH等化学键。
但是，在用于制造半导体器件的实际的基板W和监视用的硅基板95中，成膜出的膜的状态不同，即使通过红外光谱法对成膜于硅基板95的SiN膜96进行分析，也无法求出成膜于基板W的SiN膜91的状态。
因此，在实施方式所涉及的成膜装置100中，控制部60控制各部来实施以下的成膜方法的处理，来对成膜于基板W的膜的组成进行分析。
图5是说明实施方式所涉及的成膜方法的流程的图。首先，通过红外光谱法来测定成膜前的形成有包括凹部的图案的基板(步骤S10)。例如，将在表面形成有包括凹部90a的图案90的作为成膜对象的基板W载置于载置台2。在成膜装置100中，控制部60在成膜前控制照射部81使得从照射部81向基板W照射红外光，使检测部82检测被基板W反射的红外光，在控制部60中进行FT-IR分析。
接着，使用等离子体CVD、等离子体ALD等等离子体来对基板进行膜的成膜(步骤S11)。例如，控制部60控制气体供给部15、高频电源10，使得通过等离子体ALD在基板W的表面上成膜出SiN膜91。
接着，通过红外光谱法来测定成膜后的基板(步骤S12)。例如，在成膜装置100中，控制部60在成膜后控制照射部81使得从照射部81向基板W照射红外光，使检测部82检测被基板W反射的红外光，在控制部60中进行FT-IR分析。
接着，提取通过步骤S10测定出的测定数据与通过步骤S12测定出的测定数据的差数据(步骤S13)。例如，控制部60提取成膜后的测定数据与成膜前的测定数据的差数据。图6是说明实施方式所涉及的差数据的图。在图6中，作为“成膜前”，示出形成有包括凹部90a的图案90的基板W。另外，作为“成膜后”，示出在图案90上形成有SiN膜91的基板W。通过提取成膜后的测定数据与成膜前的测定数据的差，能够以差数据提取SiN膜91的信号。
接着，基于提取出的差数据来显示成膜于基板W的膜的状态(步骤S14)。例如，控制部60基于差数据来检测SiN膜91中包含的化学键，在用户接口61中显示检测出的化学键。
另外，基于提取出的差数据来控制成膜的工艺参数(步骤S15)。例如，控制部60基于差数据来检测SiN膜91中包含的化学键，根据检测出的化学键来控制工艺参数。
在此，对具体的检测结果的一例进行说明。通过实施方式所涉及的成膜方法，利用等离子体ALD在形成有包括凹部90a的图案90的基板W上成膜出SiN膜91。图7是表示实施方式所涉及的等离子体ALD的处理工艺的一例的图。在等离子体ALD中，首先，供给DCS(DiChloroSilane：SiH2Cl2)气体来使前体吸附于基板W，之后，吹扫DCS气体。接着，一边供给H2气体，一边供给13MHz的高频电力来生成等离子体，来进行改性。接着，一边供给NH3气体一边供给13MHz的高频电力来生成等离子体，来进行氮化。等离子体ALD通过重复进行这样的各工序来成膜出期望厚度的SiN膜。
图8A是表示实施方式所涉及的成膜出SiN膜91的基板W的一例的图。在基板W中，在单晶硅(c-Si)上形成有包括凹部90a的图案90。图案90的凹部90a的深度与直径的深宽比设为8。在基板W的图案90上成膜出SiN膜91。
控制部60提取成膜后的FT-IR分析的测定数据与成膜前的FT-IR分析的测定数据的差数据。例如，控制部60根据成膜前的测定数据和成膜后的测定数据，针对红外光的每个波数分别求出红外光的吸光度。而且，控制部60针对每个波数，通过从成膜后的红外光的吸光度减去成膜前的红外光的吸光度来以差数据提取SiN膜91针对红外光的每个波数的吸光度。
另外，作为比较例，通过实施方式所涉及的成膜方法利用等离子体ALD在平坦的硅基板上成膜出SiN膜。图8B是表示比较例所涉及的成膜出SiN膜96的硅基板95的一例的图。硅基板95为上表面平坦的硅晶圆，在硅基板95的上表面成膜有SiN膜96。同样地，在比较例中也是，控制部60提取成膜后的FT-IR分析的测定数据与成膜前的FT-IR分析的测定数据的差数据。例如，控制部60根据成膜前的测定数据和成膜后的测定数据，针对红外光的每个波数分别求出红外光的吸光度。而且，控制部60针对每个波数，通过从成膜后的红外光的吸光度减去成膜前的红外光的吸光度来以差数据提取SiN膜96针对红外光的每个波数的吸光度。
图9是表示红外光的每个波数的吸光度的一例的图。图9的横轴为红外光的波数。纵轴为红外光的吸光度。在图9中示出表示在基板W的图案90上成膜出的SiN膜91针对每个波数的吸光度的波形L1。另外，作为比较例，示出表示在平坦的硅基板95上成膜出的SiN膜96针对每个波数的吸光度的波形L2。红外光的波长越短则波数越大。另外，吸收的红外光的波数根据物质的不同而不同。因而，FT-IR分析能够根据红外光的波数来确定包括怎样的物质。另外，FT-IR分析能够根据针对每个波数的吸光度来确定物质的含有量。另外，FT-IR分析能够根据针对每个波数的吸光度来估计成膜出的膜的沉积(膜厚)。
如图8A、8B所示，SiN膜91还成膜在图案90的凹部90a的侧壁、底部，因此SiN膜91的体积比平坦的硅基板95上的SiN膜96大。因此，SiN膜91的波形L1的吸光度比SiN膜96的波形L2的吸光度大。波形L1还检测到比波形L2微弱的信号，因此波形L1还能够检测到微量的物质。
SiN膜91的图案90的凹部90a的深宽比越大，则凹部90a的侧壁的SiN的体积越大。因而，凹部90a的深宽比越大，则在波形L1中凹部90a的侧壁的成分越处于支配地位。即，凹部90a的深宽比越大，则波形L1越表示凹部90a的侧壁的状态。
图10A～10C是表示针对红外光的每个波数的吸光度的一例的图。图10A～10C的横轴为红外光的波数。纵轴为基于SiN膜的面积标准化了的红外光的吸光度。在图10A～10C中示出表示在基板W的图案90上成膜出的SiN膜91针对每个波数的吸光度的波形L1、以及表示在作为比较例的平坦的硅基板95上成膜出的SiN膜96针对每个波数的吸光度的波形L2。另外，在图10A～10C中，针对每个化合物、化学键示出吸收的红外光的波数的位置。如波形L1、L2所示，在图案90上成膜出的SiN膜91和在硅基板95上成膜出的SiN膜96的状态不同。例如，如图10A所示，在Si-N的位置处，波形L2的吸光度比波形L1的吸光度大。另一方面，在Si-N、Si-O、NH的各个位置处，波形L1的吸光度比波形L2的吸光度大。因而，在图案90上成膜出的SiN膜91中除了Si-N以外还包含Si-O、NH。另外，如图10B所示，波形L2中的NH2的位置处的吸光度小。另一方面，波形L2中的NH2的位置处的吸光度大。因而，在图案90上成膜出的SiN膜91中也包含NH2。另外，如图10C所示，波形L1相比于波形L2，在N-H的位置处的吸光度大。因而，在图案90上成膜出的SiN膜91中包含很多N-H。像这样，在形成有图案90的基板W和平坦的硅基板95中，成膜出的SiN膜91和SiN膜96的状态不同。例如，在图10A～10C的情况下，在SiN膜91中存在很多NH，存在SiO，存在NH2。这成为使WER(Wet Etching Rate：湿蚀刻速率)恶化的原因。像这样在SiN膜91中存在NH、SiO、NH2的理由是因为离子、自由基不能充分到达凹部90a的侧壁，导致氮化不足。这样，能够根据差数据来求出SiN膜91中包含的物质、化学键等SiN膜91的状态。例如，能够根据差数据来检测NHx、SiHx、SiO等对SiN膜91的膜质量产生影响的物质。
控制部60基于差数据来显示成膜于基板W的SiN膜91的状态。例如，控制部60使得在用户接口中61显示如图9、图10A～10C那样的表示SiN膜91针对每个波数的吸光度的波形L1。另外，例如控制部60根据每个物质、化学键在所吸收的红外光的波数的位置处的吸光度，来确定SiN膜91中包含的物质、化学键，在用户接口61中显示确定出的物质、化学键。此外，控制部60可以根据针对每个波数的吸光度来估计成膜出的SiN膜91的膜厚，在用户接口61中显示估计出的膜厚。
另外，控制部60基于差数据来检测SiN膜91中包含的化学键，并且根据检测出的化学键来控制工艺参数。例如，在如图10A～10C那样SiN膜91氮化不足的情况下，控制部60控制成膜的工艺参数以促进氮化。例如，控制部60控制工艺参数，以使通过氮化供给的NH3气体的流量增加，并使氮化的时间变长。由此，成膜装置100能够促进之后的成膜中的氮化，从而能够改善成膜于图案90上的SiN膜91的膜质量。
此外，在本实施方式中，以在SiN膜91的成膜前和成膜后进行FT-IR分析的情况为例进行了说明，但并不限定于此。也可以在等离子体ALD的特定的工序的前后进行FT-IR分析来分别获取测定数据，提取特定的工序中的差数据。例如，可以在图7所示的等离子体ALD的前体的吸附工序、改性工序、氮化工序的前后进行FT-IR分析来获取测定数据，并提取差数据。另外，也可以在各工序中始终进行FT-IR分析，实时地监视各工序前的数据与实时数据的差。由此，能够根据吸附工序、改性工序、氮化工序的差数据来实时地检测吸附工序、改性工序、氮化工序的状态。例如，能够检测吸附工序中的前体的吸附程度，能够实时地检测是否吸附到期望的量的前体。另外，能够在改性工序中检测改性的程度，能够实时地检测是否进行了期望的改性。另外，能够在氮化工序中检测氮化的程度，能够实时地检测是否进行了期望的等离子体氮化。控制部60基于差数据来控制工艺参数。例如，在吸附工序、改性工序、氮化工序中，根据差数据来检测吸附、改性、氮化的状态，在吸附、改性、氮化不足的情况下，控制部60控制工艺参数以实施不足的工序。由此，能够抑制吸附、改性、氮化的不足，能够改善成膜出的SiN膜91的膜质量。另外，在不必要地进行了长时间处理的情况下，能够缩短工艺时间，提高生产率。另外，例如可以在图7所示的等离子体ALD的各工序之前或之后进行FT-IR分析来获取测定数据，提取与之前的工序的测定数据之间的差数据，由此获取各工序的差数据。由此，能够根据各工序的差数据来实时地检测各工序的状态。
像这样，实施方式所涉及的成膜方法包括第一测定工序(步骤S10)、成膜工序(步骤S11)、第二测定工序(步骤S12)以及提取工序(步骤S13)。在第一测定工序中，通过红外光谱法来测定形成有包括凹部90a的图案90的基板W。在成膜工序中，在第一测定工序之后，对基板W进行膜的成膜。该成膜工序可以包括改性工序。另外，成膜工序也可以为改性工序。在第二测定工序中，在成膜工序之后，通过红外光谱法来测定基板W。在提取工序中，提取第一测定工序的测定数据与第二测定工序的测定数据的差数据。由此，实施方式所涉及的成膜方法能够检测在形成有包括凹部90a的图案90的基板W上成膜出的膜的状态。
另外，在提取工序中，根据通过第一测定工序得到的成膜前的测定数据与通过第二测定工序得到的成膜后的测定数据，针对红外光的每个波数分别求出红外光的吸光度。在提取工序中，针对每个波数，通过从成膜后的红外光的吸光度减去成膜前的红外光的吸光度来以差数据提取膜针对每个波数的红外光的吸光度。由此，实施方式所涉及的成膜方法能够根据以差数据提取的、针对每个波数的红外光的吸光度，来检测成膜于基板W的膜的状态。
另外，实施方式所涉及的成膜方法还包括显示工序(步骤S14)，在该显示工序(步骤S14)在，基于通过提取工序提取出的差数据，来显示通过成膜工序成膜于基板W的膜的状态。由此，实施方式所涉及的成膜方法能够向工序管理者提示实际成膜于基板W的膜的状态。
另外，实施方式所涉及的成膜方法还包括控制工序(步骤S15)，在该控制工序(步骤S15)中，基于通过提取工序提取出的差数据，来控制成膜工序的工艺参数。由此，实施方式所涉及的成膜方法能够根据实际成膜于基板W的膜的状态来调整工艺参数，能够改善在之后的成膜中成膜于基板W的膜的膜质量。
在以上说明了实施方式，但应当认为，次公开的实施方式在所有方面均为例示，而非限制性的。实际上，上述的实施方式能够通过多种方式来具体实现。另外，上述的实施方式在不脱离权利要求书及其主旨的情况下能够以各种方式进行省略、置换以及变更。
例如，在上述的实施方式中，说明了使红外光在基板W的中央附近反射来检测基板W的中央附近的膜的状态的情况，但并不限定于此。例如，也可以在腔室1内设置反射红外光的镜、透镜等光学元件，通过检测从光学元件照射至基板W的中央附近、周边附近等多个部位并被各个部位反射的红外光，来检测基板W的多个部位处的膜的状态。例如，在成膜前和成膜后，在基板W的面内的多个部位进行FT-IR分析来获取测定数据。控制部60关于多个部位的各部位提取成膜后的测定数据与成膜前的测定数据的差数据。控制部60基于提取出的多个部位的差数据来控制工艺参数。例如，在任一部位处的SiN膜91为氮化不足的情况下，控制部60控制成膜的工艺参数，以促进氮化。控制部60可以基于多个部位的差数据来估计基板W的多个部位处的膜厚，检测膜厚的分布。而且，控制部60可以控制工艺参数，以使膜厚的分布均匀化并且成为规定的膜质量。例如，在SiN膜91的膜厚的分布不均匀并且任意部位处的SiN膜91氮化不足的情况下，控制部60控制成膜的工艺参数，以使SiN膜91均匀化并且促进氮化。
另外，在上述的实施方式中，以根据一个基板W的差数据来控制成膜的工艺参数的情况为例进行了说明，但并不限定于此。也可以根据多个基板W的差数据，基于基板W间的差数据的比较来控制成膜工序的工艺参数。例如，当成膜装置100对多个基板W进行成膜时，有时成膜出的膜的状态随着时间的变化而发生变化。控制部60基于基板W间的差数据的比较来变更成膜工序的工艺参数，以使膜的状态的变化得到抑制。例如，在SiN膜91为氮化不足的情况下，控制部60控制成膜的工艺参数以促进氮化。由此，能够抑制成膜于多个基板W的膜的状态的变化。
另外，在上述的实施方式中，以根据一个基板W的差数据来控制成膜的工艺参数的情况为例进行了说明，但并不限定于此。成膜装置100的状况会随着时间发生变化，即使以相同的成膜条件(制程)实施成膜，成膜出的膜的状态也有时发生变化。因此，成膜装置100每隔几天、规定的定时等，定期地以相同的成膜条件进行成膜，并在成膜前后进行FT-IR分析，根据FT-IR分析的结果来进行成膜装置100的状况诊断。例如，成膜装置100定期地以相同的成膜条件对基板W进行膜的成膜。控制部60根据以相同的成膜条件进行了成膜的多个基板W的差数据，基于基板W间的差数据的比较来对成膜装置100的状况进行诊断。由此，成膜装置100能够根据以相同的成膜条件成膜出的膜的状态的变化来检测状况的变化。
另外，在上述的实施方式中，以将本公开的成膜装置设为具有一个腔室的单腔室类型的成膜装置100的情况为例进行了说明，但并不限于此。本公开的成膜装置可以为具有多个腔室的多腔室类型的成膜装置。
图11是表示实施方式所涉及的成膜装置200的另一例的概要结构图。如图11所示，成膜装置200为具有四个腔室201～204的多腔室类型的成膜装置。在成膜装置200中，在四个腔室201～204中分别实施等离子体ALD。
腔室201～腔室204分别经由闸阀G而与俯视时形状呈七边形的真空搬送室301的四个壁部连接。通过真空泵将真空搬送室301内进行排气来保持为规定的真空度。三个加载互锁真空室302经由闸阀G1而与真空搬送室301的其余的三个壁部连接。在隔着加载互锁真空室302与真空搬送室301相反的一侧设置有大气搬送室303。三个加载互锁真空室302经由闸阀G2而与大气搬送室303连接。当在大气搬送室303与真空搬送室301之间搬送基板W时，将加载互锁真空室302的压力控制为大气压和真空中的一方。
在大气搬送室303的与安装有加载互锁真空室302的壁部相反一侧的壁部设置有三个载体安装端口305，所述载体安装端口305用于安装收容基板W的载体(FOUP等)C。另外，在大气搬送室303的侧壁设置有用于进行基板W的对准的对准腔室304。在大气搬送室303内形成清洁空气的下降流。
在真空搬送室301内设置有搬送机构306。搬送机构306相对于腔室201～腔室204、加载互锁真空室302搬送基板W。搬送机构306具有能够独立地移动的两个搬送臂307a、307b。
在大气搬送室303内设置有搬送机构308。搬送机构308相对于载体C、加载互锁真空室302、对准腔室304搬送基板W。
成膜装置200具有控制部310。成膜装置200的动作由控制部310统一地控制。
在像这样构成的成膜装置200中，除腔室201～腔室204以外还可以设置通过红外光谱法来测定基板W的测定部。例如，在成膜装置200中，将通过红外光谱法来测定基板W的测定部设置于真空搬送室301或任一加载互锁真空室302。例如，在测定部中，将照射红外光的照射部和检测红外光的检测部沿上下方向配置。成膜装置200在进行FT-IR分析的情况下，通过搬送机构306将基板W配置于测定部。在测定部中，从照射部向基板W照射红外光，通过检测部来检测透过了基板W的红外光。
控制部310通过测定部来测定成膜前的基板W。控制部310通过腔室201～腔室204中的任一腔室对基板W进行膜的成膜。控制部310通过测定部来测定成膜后的基板W。控制部310提取成膜前通过测定部得到的测定数据与成膜后通过测定部得到的测定数据的差数据。由此，通过成膜装置200也能够检测在形成有包括凹部的图案的基板W上成膜出的膜的状态。
如上述那样，说明了在成膜工序中应用本公开的技术来检测膜的状态的例子，但并不限定于此。检测膜的状态的工序不限于成膜工序，例如可以为蚀刻工序、抗蚀工序等与制造半导体器件的半导体制造工序有关的任意的工序，也可以为包括任意的工序的组合的多个工序。另外，从与半导体制造工序有关的任意的工序以及/或者包括任意的工序的组合的多个工序的观点出发，通过在任意的工序、多个工序的前后应用本公开的技术，可以应用本公开的技术来进行工序内、工序间的诊断、监视。例如，可以应用于与半导体制造的生产率(运转率、成品率等)有关的各种触发(微粒、面内/面间分布等)。另外，如上述那样，本公开的成膜装置公开了单腔室、具有多个腔室的多腔室类型的成膜装置为例，但并不限定于此。例如，也可以为能够统一地处理多张基板的批式的成膜装置，也可以为转盘式的半批式的成膜装置。
此外，应当认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，而非限制性的。实际上，上述的实施方式能够通过多种方式来具体实现。另外，上述的实施方式在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下能够以各种方式进行省略、置换以及变更。

Claims (9)

1.一种成膜方法，包括：
第一测定工序，通过红外光谱法来测定形成有包括凹部的图案的基板；
成膜工序，在所述第一测定工序之后，对所述基板进行膜的成膜；
第二测定工序，在所述成膜工序之后，通过红外光谱法来测定所述基板；以及
提取工序，提取所述第一测定工序的测定数据与所述第二测定工序的测定数据的差数据。
2.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，
所述提取工序还包括：根据通过所述第一测定工序得到的成膜前的测定数据和通过所述第二测定工序得到的成膜后的测定数据，针对红外光的每个波数分别求出红外光的吸光度，针对每个波数，通过从成膜后的红外光的吸光度减去成膜前的红外光的吸光度来以差数据提取所述膜针对每个波数的红外光的吸光度。
3.根据权利要求1或2所述的成膜方法，其特征在于，
还包括显示工序，在该显示工序中，基于通过所述提取工序提取出的差数据，来显示通过所述成膜工序成膜于所述基板的膜的状态。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
还包括控制工序，在该控制工序中，基于通过所述提取工序提取出的差数据，来控制所述成膜工序的工艺参数。
5.根据权利要求4所述的成膜方法，其特征在于，
在所述控制工序中，根据多个基板的所述差数据，基于基板间的差数据的比较来控制所述成膜工序的工艺参数。
6.根据权利要求4所述的成膜方法，其特征在于，
在所述基板的面内的多个部位的各部位实施所述第一测定工序和所述第二测定工序，
在所述控制工序中，针对所述多个部位的各部位提取所述第一测定工序的测定数据与所述第二测定工序的测定数据的差数据，基于提取出的所述多个部位的差数据来控制工艺参数。
7.根据权利要求6所述的成膜方法，其特征在于，
在所述控制工序中，根据所述多个部位的差数据求出成膜于所述基板的膜的膜厚的分布和膜质量，控制工艺参数，以使膜厚的分布均匀化并且成为规定的膜质量。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的成膜方法，其特征在于，
在所述成膜工序中，定期地以相同的成膜条件对基板进行膜的成膜，
所述成膜方法还包括诊断工序，在该诊断工序中，根据以相同的成膜条件进行了成膜的多个基板的所述差数据，基于基板间的差数据的比较来对实施所述成膜工序的装置的状况进行诊断。
9.一种成膜装置，具有：
载置台，其用于载置形成有包括凹部的图案的基板；
成膜部，其对所述基板进行成膜；
测定部，其通过红外光谱法来测定所述基板；以及
控制部，其进行以下控制：使所述测定部测定成膜前的所述基板，使所述成膜部对所述基板进行膜的成膜，使所述测定部测定成膜后的所述基板，以及由控制部提取在成膜前通过所述测定部得到的测定数据与在成膜后通过所述测定部得到的测定数据的差数据。
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