JP2001118797A

JP2001118797A - 基板処理方法

Info

Publication number: JP2001118797A
Application number: JP29944099A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokawa; 孝士余川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス流量を調整して真空容器内の圧力を低圧
力に制御する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１０の真空容器１１
内のカソード電極１３とアノード電極１７との間に基板
１が配置され、真空容器１１内にガス供給源から多種類
のガスがガス流量制御装置２３を介して導入され、両電
極間に高周波電源２２から高周波電圧が印加されてプラ
ズマが生成され、基板１上にＣＶＤ膜が堆積される過程
で、圧力検出器１９の検出圧力と設定圧力とが比較さ
れ、検出圧力が設定圧力よりも大きいときにはガス総流
量値ＭからＭ／２を減ずるように、検出圧力が設定圧力
よりも小さいときにはガス総流量値ＭにＭ／２を加える
ようにガス流量制御装置２３が制御される。【効果】検出圧力と設定圧力との比較結果で真空容器
へのガス総流量を制御するため、可変コンダクタンスバ
ルブを省略しても真空容器内圧力を低圧に制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理方法、特
に、基板が配置された真空容器内にガスを導入して高周
波エネルギーの印加よりプラズマを生成し、このプラズ
マによって基板に処理を施す基板処理方法に関し、例え
ば、半導体ウエハやＬＣＤ装置の液晶パネルに成膜する
のに利用して有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程やＬＣＤ装置の製
造工程においては、プラズマＣＶＤ装置を使用して半導
体ウエハや液晶パネル等の基板の上にＣＶＤ膜を堆積さ
せる基板処理方法が実施される。

【０００３】従来のこの種のプラズマＣＶＤ処理装置と
して、排気装置によって真空排気される真空容器と、真
空容器内に設置されたカソード電極およびアノード電極
と、真空容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給源と
を備えているものがある。このプラズマＣＶＤ装置によ
って半導体ウエハに成膜処理が実施される際には、半導
体ウエハが真空容器内のサセプタ上に配置された状態
で、原料ガス供給源からの原料ガスがガス流量制御手段
を介して真空容器内に導入される。そして、真空容器内
の圧力と目標圧力とが比較され、この比較結果に基づい
て真空容器の排気装置に設けられた可変コンダクタンス
バルブが調整され、真空容器内の圧力が目標圧力になる
ように制御される。真空容器内の圧力が目標の圧力に保
たれた時に、カソード電極とアノード電極との間に高周
波電圧が高周波電源により印加され、真空容器内の原料
ガスが励起されてカソード電極とアノード電極との間に
プラズマが生成される。このプラズマによりガス分子の
一部がラジカルとして発生され、このラジカルが半導体
ウエハの上に堆積されて成膜される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の高集積化
に伴って、半導体ウエハに形成されるＣＶＤ膜において
は不純物が限りなく少ない高純度の膜質が要求されるこ
とにより、プラズマＣＶＤ装置による成膜方法において
はより低い圧力での成膜が要求されている。ここで、従
来のプラズマＣＶＤ装置においては真空容器の排気系に
可変コンダクタンスバルブが配置されているため、この
可変コンダクタンスバルブを調整することにより、ガス
流量を考慮することなく真空容器内の圧力を目標の圧力
にすることができる。

【０００５】しかしながら、より低い圧力で成膜が行わ
れると、可変コンダクタンスバルブの制御範囲の低圧力
側限界付近で圧力が制御されることになるため、可変コ
ンダクタンスバルブを調整しても真空容器内の圧力を低
圧力に制御することができない場合が発生する。しか
も、可変コンダクタンスバルブ自体のコンダクタンスが
障害となり、真空容器内の圧力を目標圧力に制御するこ
とができない場合も発生する。

【０００６】なお、ガス流量だけで成膜を行うときに
は、真空容器内に導入されるガスの流量を調整するだけ
で真空容器内の圧力は結果的に適当な圧力になるため、
圧力を制御する直接的な作業はない。そして、調圧時の
ガス流量を保持したままプラズマ処理に移行すると、プ
ラズマによるガスの分解が進むため、調圧時とは異なっ
た圧力でプラズマ処理が行われることになる。

【０００７】本発明の目的は、供給ガスの流量を調整す
るだけで真空容器内の圧力を低圧力に制御することがで
きる基板処理方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ための手段は、ガス供給手段および真空排気手段が接続
された真空容器内に前記ガス供給手段のガスをその流量
をガス流量調節手段により調節しながら供給して、前記
真空容器内に設置された基板に処理を施す基板処理方法
において、前記真空容器内の圧力が前記真空容器内に供
給するガスの総流量を変化させることによって制御され
ることを特徴とする。

【０００９】前記した手段によれば、真空容器内の圧力
と設定圧力との比較結果に応じて真空容器内に供給され
るガスの総流量が制御されるため、排気装置に可変コン
ダクタンスバルブを用いることなく真空容器内の圧力を
低圧力に制御することができる。そして、多種類の原料
ガスを真空容器内に供給するに際しては、各ガス個々の
ガス流量配分比率を変化させることなく供給ガス全体の
総流量を制御することにより、プラズマ生成のためによ
り良いガス状態を創出することができるとともに、圧力
パラメータを主体とした処理が可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。

【００１１】本実施形態において、本発明に係る基板処
理方法は、図１に示されているプラズマＣＶＤ装置を使
用して半導体ウエハ（以下、基板という。）の上にＣＶ
Ｄ膜を形成するものとして構成されている。図１に示さ
れているように、プラズマＣＶＤ処理装置１０は処理室
を形成した真空容器１１を備えている。真空容器１１の
底壁には排気口１２が開設されており、排気口１２には
真空ポンプ等によって構成された真空排気装置１２Ａが
接続されている。真空容器１１の処理室内にはシャワー
板１４を有したカソード電極１３が設置されており、カ
ソード電極１３にはガス通路１５がシャワー板１４に供
給されたガスを導くように形成されている。シャワー板
１４には多数の小孔が供給ガスをシャワー状に吹き出す
ように開設されている。カソード電極１３のガス通路１
５にはガス導入管１６が接続されており、ガス通路１５
にはガス導入管１６から多種類のガスが導入されるよう
になっている。

【００１２】一方、真空容器１１の処理室の下部にはア
ノード電極１７が設置されており、アノード電極１７に
は基板１を保持して加熱するサセプタ１８が設置されて
いる。真空容器１１の側壁には圧力検出器１９が配置さ
れており、圧力検出器１９は真空容器１１内の圧力を検
出し検出出力をコントローラ２０に出力するようになっ
ている。

【００１３】カソード電極１３とアノード電極１７との
間にはインピーダンス整合器２１を介して高周波電源２
２が接続されている。高周波電源２２はコントローラ２
０に接続されており、コントローラ２０からの指令に応
答してインピーダンス整合器２１を介してカソード電極
１３とアノード電極１７との間に高周波電圧を印加する
ようになっている。

【００１４】また、ガス導入管１６の管路端にはガス流
量制御装置２３が接続されている。このガス流量制御装
置２３は五系統（原料ガス供給系以外にキャリアガス供
給系を含む。）の流路を構成するために、第一〜第五の
入力バルブ２４、２５、２６、２７、２８、第一〜第五
のマスフローコントローラ２９、３０、３１、３２、３
３、第一〜第五の出力バルブ３４、３５、３６、３７、
３８によって構成されており、第一〜第五の入力バルブ
２４〜２８は相異なるガス供給源（図示せず）に接続さ
れている。第一〜第五の入力バルブ２４〜２８、第一〜
第五の出力バルブ３４〜３８はコントローラ２０からの
信号に従ってそれぞれ開閉されるようになっており、第
一〜第五のマスフローコントローラ２９〜３３はコント
ローラ２０からの信号に従って各流路を流れる供給ガス
の流量を制御するようになっている。

【００１５】図２に示されているように、コントローラ
２０は演算部３９、記憶部４０、デジタルＩ／Ｏ制御部
４１、アナログ信号入力部４２、アナログ信号出力部４
３を備えている。デジタルＩ／Ｏ制御部４１は第一〜第
五の入力バルブ２４〜２８、第一〜第五の出力バルブ３
４〜３８に接続され、アナログ信号入力部４２およびア
ナログ信号出力部４３は第一〜第五のマスフローコント
ローラ２９〜３３にそれぞれ接続されている。なお、便
宜上、図２では、ガス流量制御装置２３のうち三系統の
流路を使用するときの構成のみが示されている。

【００１６】第一〜第五の入力バルブ２４〜２８、第一
〜第五の出力バルブ３４〜３８はデジタルＩ／Ｏ制御部
４１からデジタルＩ／Ｏ制御線４６を介して出力される
信号に従って開閉されるようになっている。すなわち、
デジタルＩ／Ｏ制御部４１からの開指令信号により各バ
ルブが開かれ、閉指令信号により各バルブが閉じるよう
になっている。第一〜第五のマスフローコントローラ２
９〜３３はアナログ信号出力部４３に内蔵された出力バ
ッファからの信号を目標値として、各流路を流れる供給
ガスの流量を調整し、実際の制御量すなわち第一〜第五
のマスフローコントローラ２９〜３３の制御に伴う実際
の流量に関する信号をアナログ信号入力線４５を介して
アナログ信号入力部４２に出力するようになっている。

【００１７】また、コントローラ２０は入力装置（図示
省略）から設定圧力値、初期流量値等の各種の設定値が
入力されたときに、入力された値と圧力検出器１９の検
出出力値とを基に高周波電源２２の駆動を制御するとと
もに、第一〜第五の入力バルブ２４〜２８、第一〜第五
の出力バルブ３４〜３８、第一〜第五のマスフローコン
トローラ２９〜３３の駆動を制御するようになってい
る。

【００１８】以上の構成に係るプラズマＣＶＤ装置にお
いては、真空容器１１内にはガス供給源から多種類のガ
スがガス流量制御装置２３を介して導入され、カソード
電極１３とアノード電極１７との間に高周波電源２２か
ら高周波電圧が印加されて真空容器１１内のガスが励起
されると、両電極１３、１７間にプラズマが生成され
る。このプラズマにより供給ガスの一部がラジカルとな
り、このラジカルが基板１の上に堆積される。この過程
において、圧力検出器１９の検出による検出圧力と設定
圧力とが比較され、検出圧力が設定圧力よりも大きいと
きには、ガス総流量値ＭからＭ／２を減ずるようにガス
流量制御装置２３が制御され、検出圧力が設定圧力より
も小さいときには、ガス総流量値ＭにＭ／２を加えるよ
うにガス流量制御装置２３が制御される。

【００１９】次に、前記構成に係るプラズマＣＶＤ装置
による具体的な処理方法を図３に示されているフローチ
ャートに従って説明する。但し、本実施形態において
は、高真空に排気された真空容器１１内にガス流量制御
装置２３から三種類のガスを導入し、三種類のガスのガ
ス流量を変化させる場合について説明する。このとき、
レシピ上の個々のガス流量として、第一のガスＡ：ａ
（ｓｃｃｍ）、第二のガスＢ：ｂ（ｓｃｃｍ）、第三の
ガスＣ：ｃ（ｓｃｃｍ）とし、レシピの設定圧力をＰ
ｓ、真空容器１１内の検出圧力（実際の圧力）をＰｍと
する。

【００２０】まず、第一ステップ１（以下、Ｓ１とい
う。各ステップについて同じ。）において、プラズマＣ
ＶＤ装置が起動されると、キーボード等を有する入力装
置（図示省略）から真空容器１１内の設定圧力Ｐｓが目
標値として入力されるとともに、第一のガスＡ、第二の
ガスＢ、第三のガスＣの初期流量値ａ０、ｂ０、ｃ０が
それぞれ入力される（Ｓ２〜Ｓ５）。

【００２１】これらの値がコントローラ２０に入力され
ると、演算部３９は記憶部４０に格納されたプログラム
に従って初期ガス流量値を出力バッファに適した値ａ
０’、ｂ０’、ｃ０’にそれぞれ変換し、これらの値ａ
０’、ｂ０’、ｃ０’をアナログ信号出力部４３のＤ／
Ａ出力バッファａ、ｂ、ｃにそれぞれ格納する（Ｓ６〜
Ｓ８）。

【００２２】次に、演算部３９は制御偏差流量値ｓａ、
ｓｂ、ｓｃに対して初期値ａ０’、ｂ０’、ｃ０’を代
入し（Ｓ９）、制御偏差流量値ｓａ、ｓｂ、ｓｃの値か
ら「ｓａ」、「ｓｂ」、「ｓｃ」それぞれの「１／２」
を乗じた値を計算し、「ｓａ／２」を「ｓａ」に、「ｓ
ｂ／２」を「ｓｂ」に、「ｓｃ／２」を「ｓｃ」にそれ
ぞれ再設定する（Ｓ１０）。

【００２３】この後、Ｄ／Ａ出力バッファａ、ｂ、ｃに
格納されている値である設定流量値ａ、ｂ、ｃ（第一回
目は初期値ａ０’、ｂ０’、ｃ０’）がアナログ信号出
力部４３の出力ポートに設定され、この設定値に従った
アナログ信号がアナログ信号出力線４４を介して第一〜
第三のマスフローコントローラ２９、３０、３１に出力
される。すなわち、第一〜第三のマスフローコントロー
ラ２９、３０、３１に対して、第一〜第三のガスＡ、
Ｂ、Ｃを導入するための流量が設定される。

【００２４】そして、圧力検出器１９によって真空容器
１１内の検出圧力Ｐｍが入力される（Ｓ１４）。コント
ローラ２０においては設定圧力Ｐｓと検出圧力（現在の
圧力値）Ｐｍとが比較される（Ｓ１５）。この比較結果
に対応して、次の三通りの制御が実行される。

【００２５】1) 設定圧力Ｐｓ＜検出圧力Ｐｍの場合第一のガスＡの設定流量値ａ（第一回目は初期値ａ
０’）から第一のガスＡの制御偏差流量値ｓａが減算さ
れ、設定流量ａとして再設定される（Ｓ１６）。同様
に、第二のガスＢの設定流量値ｂおよび第三のガスＣの
設定流量値ｃについてもそれぞれ再設定される（Ｓ１
７、Ｓ１８）。この再設定終了後、Ｓ１０に戻り、同様
な処理が実行される。すなわち、制御開始時点における
ガス総流量値をＭとしたとき、検出圧力Ｐｍが設定圧力
Ｐｓよりも大きいときにはガス総流量値Ｍから「Ｍ／
２」を減算する処理が実行される。

【００２６】2) 設定圧力Ｐｓ＞検出圧力Ｐｍの場合第一のガスＡの設定流量値ａ（第一回目は初期値ａ
０’）に第一のガスＡの制御偏差流量値ｓａが加算さ
れ、設定流量ａとして再設定される（Ｓ１９）。同様
に、第二のガスＢの設定流量値ｂおよび第三のガスＣの
設定流量値ｃについてもそれぞれ再設定される（Ｓ２
０、Ｓ２１）。そして、再設定終了後はＳ１０に戻り、
同様な処理が実行される。すなわち、制御開始時点にお
けるガス総流量値をＭとしたとき、検出圧力Ｐｍが設定
圧力Ｐｓよりも小さいときには、ガス総流量値Ｍに「Ｍ
／２」を加算する処理が実行される。

【００２７】3) 設定圧力Ｐｓ＝検出圧力Ｐｍの場合検出圧力Ｐｍと設定圧力Ｐｓとが一致したときには、こ
のルーチンでの処理が終了される（Ｓ２２）。

【００２８】次に、前述したガス流量の制御によるガス
流量の変化と真空容器内の圧力変化との関係を図４につ
いて説明する。

【００２９】図４は真空容器内に供給されたガス流量の
変化と、真空容器内の実際の圧力である検出圧力の変化
との関係を示している。縦軸には検出圧力（左側軸）お
よびガス流量（右側軸）が取られている。横軸にはサン
プリング時間が取られており、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・
はサンプリング時点すなわち制御機会を示している。図
４において、線グラフは検出圧力（以下、Ｐｍとい
う。）の変化を示しており、一点鎖線は目標圧力（設定
圧力。以下、Ｐｓという。）を示している。棒グラフは
各制御機会（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・）におけるガス流
量を示しており、αは制御開始時点（以下、Ｔ０とい
う。）におけるガス流量を示している。

【００３０】図４に示されているように、一回目の制御
機会（以下、Ｔ１という。各回の制御機会について同
じ。）において、Ｐｍの値がＰｓよりも高いので、Ｔ１
においてはＴ０のガス流量αからα／２を減じたガス流
量〔α−α／２〕が設定されて真空容器内に導入され
る。

【００３１】Ｔ２においては、Ｐｍの値がＰｓよりも低
いので、Ｔ１において設定されたガス流量〔α−α／
２〕の１／２すなわちＴ０のガス流量αの１／４を加え
たガス流量〔α−α／２＋α／４〕が設定されて真空容
器内に導入される。

【００３２】Ｔ３においては、Ｐｍの値がＰｓよりも低
いので、Ｔ２において設定されたガス流量〔α−α／２
＋α／４〕の１／２すなわちＴ０のガス流量αの１／８
を加えたガス流量〔α−α／２＋α／４＋α／８〕が設
定されて真空容器内に導入される。

【００３３】Ｔ４においては、Ｐｍの値がＰｓよりも高
いので、Ｔ３において設定されたガス流量〔α−α／２
＋α／４＋α／８〕の１／２すなわちＴ０のガス流量α
の１／１６を減じたガス流量〔α−α／２＋α／４＋α
／８−α／１６〕が設定されて真空容器内に導入され
る。

【００３４】Ｔ５においては、Ｐｍの値がＰｓよりも高
いので、Ｔ４において設定されたガス流量〔α−α／２
＋α／４＋α／８−α／１６〕の１／２すなわちＴ０の
ガス流量αの１／３２を減じたガス流量〔α−α／２＋
α／４＋α／８−α／１６−α／３２〕が設定されて真
空容器内に導入される。

【００３５】Ｔ６においては、Ｐｍの値がＰｓに一致し
ているので、Ｔ５において設定されたガス流量〔α−α
／２＋α／４＋α／８−α／１６−α／３２〕がそのま
ま設定されて真空容器内に導入される。

【００３６】以上のように真空容器内に供給されるガス
流量が制御されることにより、真空容器内のＰｍの値が
Ｐｓに制御されることになる。

【００３７】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。

【００３８】1) 検出圧力Ｐｍが設定圧力Ｐｓよりも大
きいときには制御開始時点におけるガス総流量値Ｍから
「Ｍ／２」を減じ、検出圧力Ｐｍが設定圧力Ｐｓよりも
小さくなったときにはガス総流量値Ｍに「Ｍ／２」を加
える処理を「Ｐｓ＝Ｐｍ」になるまで回帰的に繰り返す
ことにより、真空容器の排気系に可変コンダクタンスバ
ルブを設けることなく、真空容器内の圧力を設定圧力Ｐ
ｓに制御することができる。

【００３９】2) 前記1)においては、真空容器内の供給
ガスの比率は各ガスの初期流量値の比率と一致している
ので、可変コンダクタンスバルブを使用したときと同じ
効果を得ることができる。

【００４０】3) プラズマ処理中に前記1)の処理を実行
することにより、調圧時の圧力と同じ圧力でプラズマ処
理を実行することができる。

【００４１】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、
種々の変更が可能であることはいうまでもない。

【００４２】例えば、基板は半導体ウエハに限らず、Ｌ
ＣＤ装置の液晶パネル等であってもよい。

【００４３】また、基板処理方法はプラズマＣＶＤ装置
を使用した成膜方法に適用する場合に限らず、他のＣＶ
Ｄ装置による成膜方法やドライエッチング装置によるエ
ッチング処理方法等の基板処理方法全般に適用すること
ができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、真空容器内の圧力
と設定圧力との比較結果に応じて真空容器内に導入され
るガスの総流量を制御することにより、排気装置に可変
コンダクタンスバルブを用いることなく真空容器内の圧
力を低圧力に制御することができる。また、多種類のガ
スが真空容器内に導入される場合には、各ガス個々のガ
ス流量配分比率を変化させることなくガス全体の総流量
を制御することにより、プラズマ生成のために好適なガ
ス状態を創出することができるとともに、圧力パラメー
タを主体とした処理を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である基板処理方法に使
用されるプラズマＣＶＤ処理装置を示す正面断面図であ
る。

【図２】その制御装置とガス流量制御装置のブロック図
である。

【図３】その作用説明するためのフローチャートであ
る。

【図４】ガス流量と検出圧力との関係を示す線図であ
る。

【符号の説明】

１…半導体ウエハ（基板）、１０…プラズマＣＶＤ装
置、１１…真空容器、１２…排気口、１２Ａ…真空排気
装置（真空排気手段）、１３…カソード電極、１４…シ
ャワー板、１５…ガス通路、１６…ガス導入管、１７…
アノード電極、１８…サセプタ、１９…圧力検出器、２
０…コントローラ、２１…インピーダンス整合器、２２
…高周波電源、２３…ガス流量制御装置、２４〜２８…
第一〜第五の入力バルブ、２９〜３３…第一〜第五のマ
スフローコントローラ、３４〜３８…第一〜第五の出力
バルブ、３９…演算部、４０…記憶部、４１…デジタル
Ｉ／Ｏ制御部、４２…アナログ信号入力部、４３…アナ
ログ信号出力部、４４…アナログ信号出力線、４５…ア
ナログ信号入力線、４６…デジタルＩ／Ｏ制御線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス供給手段および真空排気手段が接続
された真空容器内に前記ガス供給手段のガスをその流量
をガス流量調節手段により調節しながら供給して、前記
真空容器内に設置された基板に処理を施す基板処理方法
において、前記真空容器内の圧力が前記真空容器内に供
給するガスの総流量を変化させることによって制御され
ることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】前記ガスが前記基板へ所定の処理を施す
複数種類の反応ガスであり、前記真空容器内に供給する
全ての種類のガスの個々の流量配分比率を変化させるこ
となく前記ガスの総流量を変化させながら前記ガスを前
記真空容器内に供給することを特徴とする請求項１に記
載の基板処理方法。