KR20230114707A - 착화 제어 방법, 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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다케시 고바야시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 보다 안정된 플라즈마 착화를 행할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기에 형성된 플라즈마 박스와, 상기 플라즈마 박스를 사이에 두도록 배치된 한 쌍의 전극과, 가변 콘덴서를 갖는 정합기를 통해 상기 한 쌍의 전극에 접속된 RF 전원을 갖는 성막(成膜) 장치에서 실행되는 착화 제어 방법으로서, (a) 상기 기판의 처리 조건을 특정하는 프로세스 타입을 설정하고, (b) 상기 프로세스 타입마다, 상기 RF 전원으로부터 상기 한 쌍의 전극에 제1 주파수의 고주파 전압을 인가했을 때의 상기 가변 콘덴서의 복수의 조정 위치의 각각에 대한 상기 전극 간의 전압을 나타내는 제1 정보를 측정하며, (c) 측정한 상기 제1 정보에 기초하여 상기 가변 콘덴서의 프리셋값을 결정하고, (d) 상기 가변 콘덴서의 조정 위치의 초기 위치를, 결정한 상기 프리셋값으로 설정하는 것을 포함하는 착화 제어 방법이 제공된다.

Description

착화 제어 방법, 성막 방법 및 성막 장치{IGNITION CONTROL METHOD, FILM FORMING METHOD, AND FILM FORMING APPARATUS}
본 개시는 착화 제어 방법, 성막(成膜) 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
예컨대, 특허문헌 1은, 복수의 기판을 처리 용기에 수용하여, ALD(Atomic Layer Deposition)법으로 복수의 기판에 질화막을 성막하는 배치(batch)식의 성막 장치를 개시한다. 특허문헌 1의 성막 방법은, 실리콘을 포함하는 원료 가스를 공급하는 공정과, 플라즈마에 의해 활성화한 수소 가스를 공급하는 공정과, 열에 의해 활성화한 질화 가스를 공급하여, 실리콘 원소를 질화하는 공정과, 플라즈마에 의해 활성화한 질화 가스를 공급하여, 실리콘 원소를 질화하는 공정과, 각 공정 사이에 퍼지 가스를 공급하는 공정을 갖는다. 이에 의해, 원하는 막 두께 분포가 되도록 실리콘 질화막을 성막할 수 있다.
예컨대, 특허문헌 2는, 기계적 요소를 포함하지 않고, 임피던스 정합을 고속으로 행하는 것이 가능한 전자 매처(matcher)를 개시한다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2020-161722호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2017-118434호 공보
본 개시는 보다 안정된 플라즈마 착화를 행할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기에 형성된 플라즈마 박스와, 상기 플라즈마 박스를 사이에 두도록 배치된 한 쌍의 전극과, 가변 콘덴서를 갖는 정합기를 통해 상기 한 쌍의 전극에 접속된 RF 전원을 갖는 성막 장치에서 실행되는 착화 제어 방법으로서, (a) 상기 기판의 처리 조건을 특정하는 프로세스 타입을 설정하고, (b) 상기 프로세스 타입마다, 상기 RF 전원으로부터 상기 한 쌍의 전극에 제1 주파수의 고주파 전압을 인가했을 때의 상기 가변 콘덴서의 복수의 조정 위치의 각각에 대한 상기 전극 간의 전압을 나타내는 제1 정보를 측정하며, (c) 측정한 상기 제1 정보에 기초하여 상기 가변 콘덴서의 프리셋값을 결정하고, (d) 상기 가변 콘덴서의 조정 위치의 초기 위치를, 결정한 상기 프리셋값으로 설정하는 것을 포함하는 착화 제어 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 보다 안정된 플라즈마 착화를 행할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 성막 장치의 구성예를 도시한 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 전자 매처의 구성 및 플라즈마 박스를 도시한 도면이다.
도 3은 실시형태에 따른 성막 장치의 가스 공급원 및 제어부의 설명도이다.
도 4는 파센 곡선을 도시한 도면이다.
도 5는 13.56 ㎒의 RF를 인가했을 때의 가변 콘덴서의 각 조정 위치에서의 전극 간 전압을 도시한 테이블예이다.
도 6은 실시형태에 따른 프로세스 타입마다의 프리셋값 등의 설정 정보의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 실시형태에 따른 착화 제어 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 8은 실시형태에 따른 성막 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 9는 실시형태에 따른 성막 방법을 도시한 타임차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 명세서에서 평행, 직각, 직교, 수평, 수직, 상하, 좌우 등의 방향에는, 실시형태의 효과를 손상시키지 않을 정도의 어긋남이 허용된다. 모서리부의 형상은, 직각에 한정되지 않고, 궁상(弓狀)으로 둥그스름해도 좋다. 평행, 직각, 직교, 수평, 수직, 원, 일치에는, 대략 평행, 대략 직각, 대략 직교, 대략 수평, 대략 수직, 대략 원, 대략 일치가 포함되어도 좋다.
[성막 장치]
먼저, 본 실시형태에 따른 성막 장치(10)에 대해, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 성막 장치(10)를 도시한 도면이다. 성막 장치(10)는, 복수의 웨이퍼를 처리 용기(11)에 수용하여, ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의해 복수의 웨이퍼에 질화막 등의 소정막을 성막한다. 성막 장치(10)는, 이러한 성막 방법을 실행하는 장치의 일례이다.
성막 장치(10)는, 복수의 웨이퍼를 처리하는 배치식의 종형 열처리 장치이다. 단, 성막 장치(10)는, 이러한 열처리 장치에 한하지 않는다. 예컨대, 성막 장치(10)는, 웨이퍼를 1장씩 처리하는 매엽식(枚葉式)의 장치여도 좋다. 또한, 성막 장치(10)는, 세미 배치식의 장치여도 좋다. 세미 배치식의 장치는, 회전 테이블의 회전 중심선 주위에 배치한 복수 장의 웨이퍼를, 회전 테이블과 함께 회전시켜, 상이한 가스가 공급되는 복수의 영역을 순서대로 통과시키는 장치여도 좋다.
소정막은, 예컨대 실리콘 질화막(SiN)이지만 이것에 한하지 않는다. 본 실시형태에 따른 성막 장치(10)가 실행하는 성막 방법으로 형성하는 실리콘 질화막은, 원료 가스(예컨대 디클로로실란 가스)와, 질화 가스[예컨대 암모니아(NH3) 가스]의 플라즈마를 교대로 웨이퍼에 공급함으로써, 웨이퍼 상에 형성된다. 이러한 성막 방법에서는, 웨이퍼의 면내에 형성되는 질화막의 막 두께가 웨이퍼의 에지에 있어서 두꺼워지는 경향이 있다. 이것을 억제하기 위해서 암모니아 가스의 플라즈마를 공급하는 공정 전에 질소(N2) 가스의 플라즈마를 공급함으로써 웨이퍼의 에지의 막 두께를 억제하는 방법이 있다.
플라즈마를 사용한 성막에서는, 더욱 높은 막질, 막 두께의 제어가 요구되고 있고, 단일의 가스에 의한 플라즈마 처리로부터 복수의 가스를 이용한 플라즈마 처리까지 플라즈마의 생성에 다종의 가스가 사용되게 되고 있다.
각각의 가스의 최저 착화 전압은 파센 곡선(Paschen's Curve) 등에서 알려진 바와 같이 사용하는 상이한 가스에 따라 개개로 상이하다. 이 때문에, 상이한 가스를 사용함으로써 플라즈마 착화에 필요한 최저 착화 전압은 달라진다. 따라서, 각각의 상이한 가스마다 반사파가 없이 안정된 플라즈마 착화가 요구되고 있다. 또한, 플라즈마에 의한 온도 변화나 성막에 의해 생성되는 반응 생성물의 영향, 및 반응 생성물의 제거를 위한 프로세스 챔버의 정기 클리닝의 영향에도 대응한, 안정된 플라즈마 착화가 요망되고 있다. 그래서, 본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 보다 안정된 플라즈마 착화 및 정합 동작을 행할 수 있는 기술을 제공한다.
성막 장치(10)는, 웨이퍼(2)를 수용하고, 웨이퍼(2)가 처리되는 공간을 내부에 형성하는 처리 용기(11)와, 처리 용기(11)의 하단의 개구를 기밀하게 막는 덮개(20)와, 웨이퍼(2)를 유지하는 기판 유지구(30)를 갖는다. 웨이퍼(2)는, 예컨대 반도체 기판이며, 보다 상세하게는 예컨대 실리콘 웨이퍼이다. 기판 유지구(30)는, 웨이퍼 보트라고도 불린다.
처리 용기(11)는, 하단이 개방된 천장이 있는 원통 형상의 처리 용기 본체(12)를 갖는다. 처리 용기 본체(12)는, 예컨대 석영에 의해 형성된다. 처리 용기 본체(12)의 하단에는, 플랜지부(13)가 형성된다. 또한, 처리 용기(11)는, 예컨대 원통 형상의 매니폴드(14)를 갖는다. 매니폴드(14)는, 예컨대 스테인리스강에 의해 형성된다. 매니폴드(14)의 상단에는 플랜지부(15)가 형성되고, 그 플랜지부(15)에는 처리 용기 본체(12)의 플랜지부(13)가 설치된다. 플랜지부(15)와 플랜지부(13) 사이에는, O링 등의 시일 부재(16)가 배치된다.
덮개(20)는, 매니폴드(14)의 하단의 개구에, O링 등의 시일 부재(21)를 통해 기밀하게 부착된다. 덮개(20)는, 예컨대 스테인리스강에 의해 형성된다. 덮개(20)의 중앙부에는, 덮개(20)를 연직 방향으로 관통하는 관통 구멍이 형성된다. 그 관통 구멍에는, 회전축(24)이 배치된다. 덮개(20)와 회전축(24)의 간극은, 자성 유체 시일부(23)에 의해 시일된다. 회전축(24)의 하단부는, 승강부(25)의 아암(26)에 회전 가능하게 지지된다. 회전축(24)의 상단부에는, 회전 플레이트(27)가 설치된다. 회전 플레이트(27) 상에는, 보온대(28)를 통해 기판 유지구(30)가 설치된다.
기판 유지구(30)는, 복수 장의 웨이퍼(2)를 연직 방향으로 간격을 두고 유지한다. 복수 장의 웨이퍼(2)는, 각각, 수평으로 유지된다. 기판 유지구(30)는, 예컨대 석영(SiO2) 또는 탄화규소(SiC)에 의해 형성된다. 승강부(25)를 상승시키면, 덮개(20) 및 기판 유지구(30)가 상승하여, 기판 유지구(30)가 처리 용기(11)의 내부에 반입되고, 처리 용기(11)의 하단의 개구가 덮개(20)로 밀폐된다. 또한, 승강부(25)를 하강시키면, 덮개(20) 및 기판 유지구(30)가 하강하여, 기판 유지구(30)가 처리 용기(11)의 외부로 반출된다. 또한, 회전축(24)을 회전시키면, 회전 플레이트(27)와 함께 기판 유지구(30)가 회전한다.
성막 장치(10)는, 3개의 가스 공급관(40A, 40B, 40C)을 갖는다. 가스 공급관(40A, 40B, 40C)은, 예컨대 석영(SiO2)에 의해 형성된다. 가스 공급관(40A, 40B, 40C)은, 처리 용기(11)의 내부에 가스를 공급한다. 가스의 종류에 대해서는 후술한다. 또한, 1개의 가스 공급관이 1종류 또는 복수 종류의 가스를 순서대로 토출해도 좋다. 또한, 복수 개의 가스 공급관이 동일한 종류의 가스를 토출해도 좋다.
가스 공급관(40A, 40B, 40C)은, 매니폴드(14)를 수평으로 관통하는 수평관(43A, 43B, 43C)과, 처리 용기(11)의 내부에 연직으로 배치되는 연직관(41A, 41B, 41C)을 갖는다. 연직관(41A, 41B, 41C)은, 연직 방향으로 간격을 두고 복수의 급기구(42A, 42B, 42C)를 갖는다. 수평관(43A, 43B, 43C)에 공급된 가스는, 연직관(41A, 41B, 41C)에 보내지고, 복수의 급기구(42A, 42B, 42C)로부터 수평으로 토출된다. 연직관(41C)은, 플라즈마 박스(19) 내에 배치되어 있다. 연직관(41A, 41B)은, 처리 용기(11) 내에 배치되어 있다.
성막 장치(10)는, 배기관(45)을 갖는다. 배기관(45)은, 도시하지 않은 배기 장치에 접속된다. 배기 장치는, 진공 펌프를 포함하고, 처리 용기(11)의 내부를 배기한다. 처리 용기 본체(12)에는 배기구(18)가 형성된다. 그 배기구(18)는, 급기구(42A, 42B, 42C)와 대향하도록 배치된다. 급기구(42A, 42B, 42C)로부터 수평으로 토출된 가스는, 배기구(18)를 통과한 후, 배기관(45)으로부터 배기된다. 배기 장치는, 처리 용기(11)의 내부의 가스를 흡인하여 제해(除害) 장치에 보낸다. 제해 장치는, 배기 가스의 유해 성분을 제거한 후에 배기 가스를 대기에 방출한다.
성막 장치(10)는, 또한 가열부(60)를 갖는다. 가열부(60)는, 처리 용기(11)의 외부에 배치되고, 처리 용기(11)의 외측으로부터 처리 용기(11)의 내부를 가열한다. 예컨대, 가열부(60)는, 처리 용기 본체(12)를 둘러싸도록 원통 형상으로 형성된다. 가열부(60)는, 예컨대 전기 히터로 구성된다. 가열부(60)는, 처리 용기(11)의 내부를 가열함으로써, 처리 용기(11) 내에 공급되는 가스의 처리 능력을 향상시킨다.
[플라즈마 박스]
도 2는 실시형태에 따른 전자 매처(53)의 구성 및 플라즈마 박스(19)를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 처리 용기 본체(12)의 둘레 방향의 일부에는 개구부(17)가 형성된다. 그 개구부(17)를 둘러싸도록, 플라즈마 박스(19)가 처리 용기(11)의 측면에 형성된다. 플라즈마 박스(19)는, 처리 용기 본체(12)로부터 직경 방향 외측으로 돌출하도록 형성되고, 예컨대 연직 방향에서 보아 대략 U자형으로 형성된다.
플라즈마 박스(19)를 사이에 두도록 한 쌍의 전극(전극쌍)(91, 92)이 배치된다. 전극(91, 92)은, 플라즈마 박스(19)의 외측에 대면하여 설치한 한 쌍의 병행 전극이다. 전극(91, 92)은, 연직관(41C)과 마찬가지로, 서로 대향하여 연직 방향으로 가늘고 길게 형성된다. 전극(91, 92)은, 전자 매처(53)를 통해 RF 전원(55)에 접속되고, RF 전원(55)으로부터 고주파 전압이 인가된다.
전자 매처(53)는, 전압 공급 라인(51, 52, 54)을 통해 RF 전원(55)과 전극(91, 92) 사이에 직렬 접속되어 있다. 전자 매처(53)는, 제1 가변 콘덴서(57)[용량 소자(C1)], 제2 가변 콘덴서(58)[용량 소자(C2)] 및 코일(L1, L2)을 포함한다.
전자 매처(53)는, RF 전원(55)으로부터 부하측[플라즈마 박스(19)측]에 RF 전력을 공급할 때, RF 전원(55)과 부하 사이에서 임피던스를 정합시켜, RF 전력의 공급 효율을 높인다.
플라즈마 착화의 안정성은, 플라즈마가 여기하고 나서 안정될 때까지 고속으로 응답하여 단시간에 수속함으로써 높여진다. 또한, 플라즈마 착화의 안정성은, 플라즈마에의 RF 전력을 안정시켜 플라즈마 변동을 억제함으로써 실현된다. 이를 위해서는, 임피던스 정합을 고속으로 행하여, 반사파를 억제하는 것이 필요하다.
기계적 요소를 포함하는 정합기에서는, 가변 콘덴서를 모터로 구동하는 기계적 동작을 행하여 RF 전원(55)과 부하 사이에서 임피던스를 정합시키기 때문에, 임피던스 정합이 완료될 때까지 수초의 시간을 요하는 경우가 있다.
본 실시형태에 따른 성막 방법에서는, 기계적 요소를 포함하지 않는 전자 매처(53)를 이용하여 임피던스 정합을 행한다. 즉, 플라즈마 착화 직전의 단시간(예컨대 1초 이내)에 임피던스 변화에 의한 전자 매처(53)의 출력단 전압[전극(91, 92) 간의 전압, 이하, 전극 간 전압이라고도 함]의 변화를 파악하여, 플라즈마 착화에 필요한 값 이상의 마진을 가진 전극 간 전압을 인가한다. 이에 의해, 반사파를 억제하여, 보다 안정된 플라즈마 착화 및 정합 동작을 행할 수 있는 기술을 제공한다.
전자 매처(53)는, 가변 콘덴서를 갖는 정합기이다. 가변 콘덴서는, 제어 전압을 인가하는 제어선과, RF 전류를 흘리는 주선(主線)에 의해 구성되는 가변 용량 다이오드를 이용함으로써, 제어 전압을 인가하는 제어선에 의해 공핍층의 두께를 변화시켜, 콘덴서 용량을 가변으로 하는 가변 콘덴서에 적응할 수 있다.
본 실시형태에서는, 가변 콘덴서의 일례로서 제1 가변 콘덴서(57)[용량 소자(C1)], 제2 가변 콘덴서(58)[용량 소자(C2)]를 이용한 구성의 전자 매처(53)를 사용한다. 단, 코일(L1, L2)의 가변 인덕터를 가변 리액터로서 가변 콘덴서 대신에 이용해도 좋다. 또한, 자성체 코어에 교류 권선과 제어 권선을 감고, 제어 권선에 직류 전류를 흘리면, 자성체의 비선형 자기 특성으로 인해 교류 권선의 인덕턴스가 변화하는 가변 인덕턴스를 회로 구성으로서 이용해도 좋다.
도 1에 도시된 제어부(100)는, 후술하는 착화 제어 방법에 의해 전자 매처(53)를 사용하여 제1 가변 콘덴서(57) 및 제2 가변 콘덴서(58)의 조정 위치를 변경한다. 이에 의해, 제1 가변 콘덴서(57) 및 제2 가변 콘덴서(58)의 용량 소자(C1, C2)를 각각 조정한다. 이에 의해, 전자 매처(53)는 자신의 임피던스를 조절함으로써, RF 전원(55)의 출력 임피던스와 부하 임피던스의 정합을 행한다. 또한, 전자 매처(53)에는, 센서(56)가 설치되어, 전극 간 전압[도 2의 거리(D1) 간의 전압]을 측정한다. 제1 가변 콘덴서(57) 및 제2 가변 콘덴서(58)의 조정 위치를, 이하, 용량 소자(C1, C2)의 조정 위치라고도 표기한다. 제1 가변 콘덴서(57) 및 제2 가변 콘덴서(58)의 조정 위치의 초기 위치를, 이하, 용량 소자(C1, C2)의 초기 위치라고도 표기한다.
[가스 공급]
플라즈마 박스(19)는, 개질 가스 및 질화 가스용의 연직관(41C)을 수용한다. 개질 가스는, 연직관(41C)의 급기구(42C)로부터 개구부(17)를 향해 수평으로 토출되고, 개구부(17)를 통해 처리 용기 본체(12)의 내부에 공급된다. 마찬가지로, 질화 가스는, 연직관(41C)의 급기구(42C)로부터 개구부(17)를 향해 수평으로 토출되고, 개구부(17)를 통해 처리 용기 본체(12)의 내부에 공급된다.
원료 가스용의 연직관(41A, 41B)은, 플라즈마 박스(19)의 외부이며, 처리 용기 본체(12)의 내부의 개구부(17)의 외측에 배치된다. 또한, 연직관(41B)을 질화 가스용으로서 플라즈마 박스(19)의 내부에 배치하여, 개질 가스용의 연직관(41C)과 나누어 각 가스를 공급해도 좋다.
전극(91, 92) 사이에 고주파 전압을 인가함으로써, 플라즈마 박스(19)의 내부 공간에 고주파 전계가 인가된다. 개질 가스는, 플라즈마 박스(19)의 내부 공간에 있어서, 고주파 전계에 의해 플라즈마화된다. 개질 가스가 질소 가스를 포함하는 경우, 질소 가스가 플라즈마화되어, 질소 라디칼이 생성된다. 개질 가스가 수소 가스를 포함하는 경우, 수소 가스가 플라즈마화되어, 수소 라디칼이 생성된다. 개질 가스가 암모니아 가스를 포함하는 경우, 암모니아 가스가 플라즈마화되어, 암모니아 라디칼이 생성된다. 이들의 활성종은, 개구부(17)를 통해 처리 용기 본체(12)의 내부에 공급되어, Si 함유층을 개질한다.
Si 함유층의 개질은, 예컨대, Si 함유층에 포함되는 할로겐 원소를 제거하는 것을 포함한다. 할로겐 원소를 제거함으로써, Si의 미결합수(未結合手)를 형성할 수 있다. 그 결과, Si 함유층을 활성화할 수 있고, Si 함유층의 질화를 촉진할 수 있다. Si 함유층의 질화는, 본 실시형태에서는 Si 함유층의 개질 후에 행해진다.
도 3은 실시형태에 따른 성막 장치(10)의 가스 공급부 및 제어부의 설명도이다. 성막 장치(10)에서는, 가스 공급부는, 원료 가스 공급원(70)과, 개질 가스 공급원(75)과, 질화 가스 공급원(80)을 갖는다. 원료 가스 공급원(70)은, 처리 용기(11)의 내부에 원료 가스를 공급한다. 원료 가스는, 질화되는 원소(예컨대 실리콘)를 포함하는 것이다.
원료 가스로서는, 예컨대, 디클로로실란(DCS: SiH2Cl2) 가스가 이용된다. 또한, 본 실시형태의 원료 가스는 DCS 가스이지만, 본 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 원료 가스로서, DCS 가스 외에 모노클로로실란(MCS: SiH3Cl) 가스, 트리클로로실란(TCS: SiHCl3) 가스, 실리콘테트라클로라이드(STC: SiCl4) 가스, 헥사클로로디실란(HCDS: Si2Cl6) 가스 등을 사용할 수 있다. 이들 가스를 웨이퍼(2)에 공급함으로써, 실리콘(Si)을 포함하는 층(Si 함유층)을 웨이퍼(2)에 형성할 수 있다. 원료 가스가 할로겐 원소를 포함하기 때문에, Si 함유층은 Si 외에 할로겐 원소를 포함한다.
원료 가스 배관(72)은, 원료 가스 공급원(70)과 가스 공급관(40A, 40B)을 접속하여, 원료 가스 공급원(70)으로부터 가스 공급관(40A, 40B)에 원료 가스를 보낸다. 원료 가스는, 연직관(41A, 41B)의 급기구(42A, 42B)로부터, 웨이퍼(2)를 향해 수평으로 토출된다. 원료 가스 유량 제어 밸브(73)는, 원료 가스 배관(72)의 도중에 설치되어, 원료 가스의 유량을 제어한다.
개질 가스 공급원(75)은, 처리 용기(11)의 내부에 개질 가스를 공급함으로써, Si 함유층을 개질한다. Si 함유층의 개질은, 예컨대, Si 함유층에 포함되는 할로겐 원소를 제거하는 것을 포함한다. 할로겐 원소를 제거함으로써, Si의 미결합수(Dangling Bond)를 형성할 수 있다. 그 결과, Si 함유층을 활성화할 수 있고, Si 함유층의 질화를 촉진할 수 있다. 개질 가스는, 질소 가스, 수소 가스, 암모니아 가스, 또는 이들 가스 중 어느 하나를 포함하는 가스를 이용할 수 있다.
개질 가스 배관(77)은, 개질 가스 공급원(75)과 가스 공급관(40C)을 접속하여, 개질 가스 공급원(75)으로부터 가스 공급관(40C)에 개질 가스를 보낸다. 개질 가스는, 연직관(41C)의 급기구(42C)로부터, 웨이퍼(2)를 향해 수평으로 토출된다. 개질 가스 유량 제어 밸브(78)는, 개질 가스 배관(77)의 도중에 설치되어, 개질 가스의 유량을 제어한다.
질화 가스 공급원(80)은, 처리 용기(11)의 내부에 질화 가스를 공급함으로써, Si 함유층을 질화한다. 질화 가스로서는, 예컨대, 암모니아(NH3) 가스, 유기 히드라진 화합물 가스, 아민계 가스, NO 가스, N2O 가스, 또는 NO2 가스가 이용된다. 유기 히드라진 화합물 가스로서는, 예컨대, 히드라진(N2H4) 가스, 디아젠(N2H2) 가스, 또는 모노메틸히드라진(MMH) 가스 등이 이용된다. 아민계 가스로서는, 예컨대, 모노메틸아민 가스 등이 이용된다.
질화 가스 배관(82)은, 질화 가스 공급원(80)과 가스 공급관(40C)을 접속하여, 질화 가스 공급원(80)으로부터 가스 공급관(40C)에 질화 가스를 보낸다. 질화 가스는, 연직관(41C)의 급기구(42C)로부터, 웨이퍼(2)를 향해 수평으로 토출된다. 질화 가스 유량 제어 밸브(83)는, 질화 가스 배관(82)의 도중에 설치되어, 질화 가스의 유량을 제어한다.
또한, 도시하지 않은 퍼지 가스 공급원이 설치되어도 좋다. 처리 용기(11)의 내부에 퍼지 가스를 공급함으로써, 처리 용기(11)의 내부에 잔류하는 원료 가스, 개질 가스, 및 질화 가스를 제거한다. 퍼지 가스로서는, 예컨대 불활성 가스가 이용된다. 불활성 가스로서는, Ar 가스 등의 희가스, 또는 N2 가스가 이용된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 성막 장치(10)는, 성막 장치(10)를 제어하는 제어부(100)를 구비한다. 제어부(100)는, 예컨대 컴퓨터로 구성되고, CPU(Central Processing Unit)(101)와, 메모리(102)를 구비한다. 메모리(102)에는, 성막 장치(10)에 있어서 실행되는 각종의 처리를 제어하는 프로그램이 저장된다. 제어부(100)는, 메모리(102)에 기억된 프로그램을 CPU(101)에 실행시킴으로써, 성막 장치(10)의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(100)는, 입력 인터페이스(103)와, 출력 인터페이스(104)를 구비한다. 제어부(100)는, 입력 인터페이스(103)로 외부로부터의 신호를 수신하고, 출력 인터페이스(104)로 외부로 신호를 송신한다.
이러한 프로그램은, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체에 기억되어 있던 것이며, 그 매체로부터 제어부(100)의 메모리(102)에 인스톨된 것이어도 좋다. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 매체로서는, 예컨대, 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등을 들 수 있다. 또한, 프로그램은, 인터넷을 통해 서버로부터 다운로드되어, 제어부(100)의 메모리(102)에 인스톨되어도 좋다.
[파센 곡선]
도 4는 NH3 가스, H2 가스, N2 가스의 각각의 파센 곡선을 도시한 도면이다. 횡축은 처리 용기 본체(12) 내의 압력(p)과 전극 간 거리(d)의 곱셈값(pd)을 나타내고, 종축은 플라즈마 착화에 필요한 방전 전압(최저 착화 전압)(VB)이 가스마다 규정되어 있다.
플라즈마 박스(19) 내에 질소(N2) 가스를 공급한 경우를 상정한다. N2 가스의 파센 곡선과 pD1[D1: 전극(91, 92) 간의 거리, 도 2 참조]을 나타내는 점선과의 교점의 방전 전압(VB)은 1000 V가 된다. 즉, 질소 가스 분위기의 플라즈마 박스(19)에서는, 파센 곡선에 의한 방전 개시 전압 이상의 전압, 즉, 1000 V 이상의 전압을 전극(91, 92) 사이에 인가함으로써 플라즈마 박스(19) 내에서 플라즈마 착화하여, 플라즈마를 생성할 수 있다. 즉, 플라즈마 박스(19)에서는, 전극 간의 최저 착화 전압[방전 전압(VB)]은 1000 V이고, 1000 V보다 작은 전압을 전극(91, 92) 사이에 인가해도 플라즈마 박스(19) 내에서 플라즈마 착화하지 않는 것을 알 수 있다.
본 실시형태에 따른 착화 제어 방법에서는, 전자 매처(53)를 이용하여, 반사파를 억제하여, 보다 안정된 플라즈마 착화를 행할 수 있는 기술을 제공한다. 이에 의해, 웨이퍼(2)의 막 두께 및 막질의 제어성을 보다 높이는 것이 가능해진다.
플라즈마 박스(19)에서의 안정된 플라즈마 착화는 전극(91, 92) 간의 전압(전극 간 전압)을 파센 곡선으로 얻어지는 최저 착화 전압(방전 전압)(VB)에 대해 제어함으로써 가능해진다. 그래서, 플라즈마 착화 시의 「전극 간 전압」을 파센 곡선으로 얻어지는 방전 전압에 대해 제어하기 위해서, 전자 매처(53) 내의 제1 가변 콘덴서(57) 및 제2 가변 콘덴서(58)의 조정 위치를 제어한다. 이에 의해, 제1 가변 콘덴서(57) 및 제2 가변 콘덴서(58)의 용량 소자(C1, C2)를 조정한다. 이 용량 소자(C1, C2)의 조정에 더하여, RF 전원(55)의 주파수를 가변으로 제어해도 좋다. 이 경우, RF 전원(55)은 주파수를 가변으로 제어 가능한 주파수 가변 RF 전원을 이용한다.
[테이블]
RF 전원(55)이 공급하는 고주파의 주파수마다 및 상이한 가스마다, 제1 가변 콘덴서(57) 및 제2 가변 콘덴서(58)의 각 조정 위치의 전극 간 전압을 센서(56)에 의해 측정한다. 그 측정값으로부터 각 조정 위치(도 5의 C1, C2의 매트릭스의 각 위치)에서의 전극 간 전압을 저장한 테이블이 작성된다.
13.56 ㎒, 14.56 ㎒ 등의 제1 주파수, 및 플라즈마가 착화하지 않을 정도(예컨대 5 W)의 파워의 고주파 전압을 RF 전원(55)으로부터 전극(91, 92) 사이에 인가했을 때의 C1, C2의 매트릭스의 각 위치에서의 전극 간 전압을 측정한다. 도 5는 그 측정값으로부터 제1 주파수, 및 플라즈마가 착화할 정도(예컨대 100 W)의 파워의 고주파 전압을 RF 전원(55)으로부터 전극(91, 92) 사이에 인가했을 때의 C1, C2의 매트릭스의 각 위치에서의 전극 간 전압을 산출한 테이블예이다. 테이블은, 예컨대 메모리(102)에 기억된다.
전극 간 전압을 측정할 때, 질소 가스를 연직관(41A, 41B, 41C)의 급기구(42A, 42B, 42C)로부터 공급하였다. 단, 질소 가스를 연직관(41A, 41B, 41C)의 급기구(42A, 42B, 42C) 중 적어도 어느 하나로부터 공급하면 된다.
C1, C2의 매트릭스의 각 위치는 최소 위치인 0%로부터 최대 위치인 100%까지의 범위를 5% 간격으로 어긋나게 한다. 5% 간격으로 C1, C2의 조정 위치를 변화시켰을 때의 전극 간 전압의 측정값으로부터, C1, C2의 각 위치에 있어서 플라즈마 착화에 필요한 전극 간 전압을 산출하여, 도 5의 테이블에 기억한다. 도 5에서는, 5% 간격으로 변화시켰으나, 이것에 한하지 않고, 간격값은 변경해도 좋다.
이러한 테이블은, 프로세스 타입마다 작성된다. 프로세스 타입은, RF 전원(55)으로부터 출력되는 고주파의 주파수, 처리 용기 내에 공급되는 가스종, 처리 용기 내의 온도 및 압력별로 부여된 기판의 처리 조건을 특정하는 식별 정보이다.
프로세스 타입마다, RF 전원(55)으로부터 한 쌍의 전극(91, 92)에 제1 주파수의 고주파 전압을 인가했을 때의 각 가변 콘덴서의 복수의 조정 위치의 각각에 대한 전극 간 전압을 제1 정보로서 플라즈마 착화 직전에 측정한다. 도 5를 일례로 한 테이블은, 측정값인 제1 정보로부터 C1, C2의 각 위치에 있어서 플라즈마 착화에 필요한 전극 간 전압을 산출한 것이다. 또한, 테이블에 설정한 C1, C2의 각 위치의 전극 간 전압이, 방전 전압과 동일 또는 방전 전압보다 약간 높은 전압이면 미착화의 리스크가 있고, 전극 간 전압이, 방전 전압보다 지나치게 높으면 큰 반사파가 나온다. 이 때문에, 테이블에는, 제1 정보에 기초하여, 방전 전압으로부터 어느 정도의 마진을 가진 전극 간 전압이 C1, C2의 위치마다 산출되어 있다.
도 5의 테이블의 작성 시, 제1 정보는, 플라즈마 박스(19)에 있어서 플라즈마가 착화하고 있지 않은 상태에서의 전극 간 전압을 측정한다. 이와 같이 전극 간 전압의 측정 시는 플라즈마가 생성되지 않는 낮은 고주파 전압 및 압력을 이용함으로써 안정된 전압 측정이 가능해진다. 플라즈마 방전이 발생하지 않는 파워로 RF 전원(55)으로부터 고주파 전압을 인가한 상태에서의 전극 간 전압을 나타내는 제1 정보에 기초하여, 플라즈마 착화하는 100 W의 파워로 RF 전원(55)으로부터 고주파 전압을 인가한 상태에서의 전극 간 전압으로 환산한다. 환산한 전극 간 전압은, 도 5의 테이블에 나타내는 C1, C2의 매트릭스의 각 위치에 기억한다.
작성한 테이블을 참조하여, N2 가스의 경우, 도 4에 도시된 방전 전압(VB)인 1000 V 이상이며, 전압이 지나치게 높지 않은 전극 간 전압을 갖는 C1, C2의 매트릭스의 위치를 정하여, C1, C2의 프리셋값으로 결정한다. 제1 가변 콘덴서(57)(C1) 및 제2 가변 콘덴서(58)(C2)의 조정 위치의 초기 위치를, 결정한 프리셋값으로 설정함으로써, 반사파를 억제하여, 안정적으로 플라즈마 착화시킬 수 있다.
도 5의 테이블은, 플라즈마 착화 직전에 측정하는 것에 한하지 않고, 그보다 전에 제1 정보를 측정하는 조건과 동일한 조건으로 미리 측정해도 좋다. 미리 측정한 측정값을 사전 정보로 하고, 사전 정보의 측정 후, 제1 정보가 플라즈마 착화 직전에 측정되며, 제1 정보에 기초하여 사전 정보로부터 작성한 테이블을 갱신해도 좋다.
이 경우, 플라즈마 착화 직전에 측정하는 제1 정보의 범위는, 사전 정보의 측정 범위(도 5의 C1, C2의 매트릭스의 전위치)보다 좁은 범위여도 좋다. 제1 정보의 측정 범위는, 플라즈마 착화의 정합 위치를 포함하는 범위이면 바람직하다. N2 가스의 경우, 도 4에 도시된 방전 전압(VB)인 1000 V 이상이며, 전압이 지나치게 높지 않은 플라즈마 착화의 정합 위치를 중심으로 한 범위를 제1 정보의 측정 범위로 해도 좋다. 단, 사전 정보로부터 작성한 테이블이 미리 준비되어 있지 않은 경우, 최초의 제1 정보의 측정 범위는, C1 및 C2 모두 0∼100%의 범위, 즉, 도 5의 C1, C2의 매트릭스의 전위치의 범위이다.
제1 정보의 측정 범위가 사전 정보의 측정 범위보다 좁은 경우, 미리 기억한 사전 정보의 테이블 중, 제1 정보의 측정 범위와 중복되는 C1, C2의 매트릭스의 각 위치의 전압을 제1 정보로부터 산출한 전극 간 전압으로 갱신한다. 갱신한 테이블을 제1 정보의 테이블로서 참조하여, N2 가스의 경우, 도 4에 도시된 방전 전압(VB)인 1000 V 이상이며, 전압이 지나치게 높지 않은 전극 간 전압을 갖는 C1, C2의 매트릭스의 위치를 정하여, C1, C2의 프리셋값으로 결정한다.
사전 정보의 측정은 반드시 필요하지 않다. 도 5의 테이블의 작성 시, 플라즈마를 착화하기 직전에, 전자 매처(53)의 정합 회로를 가변으로 하여, 플라즈마 착화하지 않을 정도의 고주파 전압을 인가하여 전극 간 전압(또는 전극 간 전류)을 측정한다. 그 측정값으로부터, 플라즈마 착화할 정도의 고주파 전압을 인가했을 때에 얻어지는 전극 간 전압을 산출해도 좋다. 전자 매처(53)의 정합 회로를 이용함으로써 플라즈마 착화 직전에 예컨대 1초 이내에 산출 결과를 얻을 수 있다. 이에 의해 프리셋값을 결정하고, 각 가변 콘덴서의 조정 위치의 초기 위치를, 결정한 프리셋값으로 설정함으로써, 반사파를 억제하여, 안정된 플라즈마 착화를 행할 수 있다. 정합 회로의 가변을 메커니컬하게 행하면 수초 등의 시간이 걸리기 때문에, 전자 제어 가능한 전자 매처(53)의 가변 콘덴서를 이용함으로써, 플라즈마 착화 직전에 단시간에 C1, C2의 각 위치에서의 전극 간 전압의 최적값을 얻어, 제1 정보의 테이블의 작성이 가능해진다. 이에 의해, 플라즈마 착화 시의 전극 간 전압의 상태를 가장 좋게 나타내는 최신 테이블에 기초하여 프리셋값을 결정할 수 있기 때문에, 보다 반사파가 적은 정합 위치로의 각 가변 콘덴서의 고속 제어가 가능해진다.
도 6은 메모리(102)에 기억하는 프로세스 타입마다의 프리셋값 등의 설정 정보의 일례를 도시한 도면이다. 도 5의 테이블예가 프로세스 타입 A인 경우, 도 5의 테이블에 있어서 결정한 프리셋값이 정합 위치(MP1)이며, 도 6의 프리셋(Preset)값의 C1 및 C2에는 60% 및 20%가 기억된다.
RF 전원(55)이 주파수를 가변으로 제어 가능한 주파수 가변 RF 전원이며, 착화 시의 고주파의 주파수를 예컨대 제1 주파수로부터 제2 주파수로 변경했을 때, 제2 주파수의 테이블도 작성한다. 제2 주파수의 고주파이며 플라즈마를 착화하지 않을 정도의 고주파 전압을 인가했을 때에, 도 5의 C1, C2의 매트릭스의 각 위치의 전극 간 전압을 측정하여, 제2 정보로 한다. 제1 정보의 테이블을 작성할 때와 마찬가지로, 제2 정보의 테이블을 작성한다. 작성한 제2 정보의 테이블을 참조하여, N2 가스의 경우, 도 4에 도시된 방전 전압(VB)인 1000 V 이상이며, 전압이 지나치게 높지 않은 전극 간 전압을 갖는 C1, C2의 매트릭스의 위치를 정하여, C1, C2의 프리셋값으로 결정한다. 제1 가변 콘덴서(57)(C1) 및 제2 가변 콘덴서(58)(C2)의 조정 위치의 초기 위치를, 결정한 프리셋값으로 설정함으로써, 제2 주파수의 고주파 전압을 인가한 경우에도 반사파를 억제하여, 안정적으로 플라즈마 착화시킬 수 있다.
도 6의 설정 정보의 스타트 정보의 Frequency에는, 상기 설정한 고주파의 주파수가 프로세스 타입마다 기억된다. 스타트 정보에는, 그 외에, 착화 시의 제2 주파수 계속 시간(Time), 방전 전압(최저 착화 전압)(VB), 압력(P)이 기억된다. 또한, Pf에는 고주파의 진행파의 파워값이 기억되고, 도 5의 매트릭스를 작성 시의 환산값으로서 이용한다. 또한, 프리셋 업데이트 워닝(Preset update warning)에는, 이번의 프리셋값과 전회의 프리셋값의 어긋남의 임계값이 기억된다.
[착화 제어 방법]
다음으로, 본 실시형태에 따른 착화 제어 방법에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 실시형태에 따른 착화 제어 방법을 도시한 플로우차트이다. 실시형태에 따른 착화 제어 방법은 제어부(100)에 의해 제어된다.
본 예에서는, RF 전원(55)이 온되어, 제1 주파수(예컨대 13.56 ㎒)의 주파수의 고주파 전압이 인가된다. 그 후, 주파수가 제1 주파수로부터 제2 주파수(예컨대 14.56 ㎒)로 변경되어, RF 전원(55)으로부터 제2 주파수의 고주파 전압이 인가되어도 좋다.
도 7의 처리는, 성막 장치(10)의 전원이 온되었을 때에 개시된다. RF 전원(55)으로부터 출력되는 고주파의 주파수는 미리 제1 주파수로 설정되어, 아이들 모드가 실행된다(공정 S1). 아이들 모드에서는 RF 전원(55)으로부터의 고주파 전압은 오프된 상태이다. 제어부(100)는, 이 상태에서 연직관(41A, 41B, 41C)의 복수의 급기구(42A, 42B, 42C)로부터 질소 가스를 공급한다. 또한, 기판 유지구(30)에 실은 웨이퍼(2)를 처리 용기(11) 내에 반입, 처리의 준비를 행한다(공정 S2). 공정 S2에서는, 먼저, 처리 용기(11)의 외부에서, 반송 장치가 복수의 웨이퍼(2)를 기판 유지구(30)에 싣는다. 기판 유지구(30)는, 복수의 웨이퍼(2)를 연직 방향으로 간격을 두고 수평으로 유지한다. 계속해서, 승강부(25)를 상승시켜, 덮개(20) 및 기판 유지구(30)를 상승시킨다. 기판 유지구(30)와 함께 웨이퍼(2)가 처리 용기(11)의 내부에 반입되고, 처리 용기(11)의 하단의 개구가 덮개(20)로 밀폐된다.
다음으로, 제어부(100)는, 웨이퍼(2)에 실시하는 처리의 프로세스 타입을 설정한다(공정 S3). 다음으로, 제어부(100)는, 플라즈마 방전(착화)이 발생하지 않는 파워로 RF 전원(55)으로부터 저전압의 고주파 전압을 인가한 상태에서의 전극 간 전압을 측정한다. 이에 의해, 도 5의 C1, C2의 매트릭스의 각 위치의 전극 간 전압을 측정하는 스캔 모드가 실행된다(공정 S4). 제어부(100)는, C1 및 C2 모두 0∼100%의 범위를 예컨대 5% 간격으로 스캔하여, 도 5에 도시된 바와 같은 제1 정보의 테이블을 작성한다. 사전 정보의 테이블이 작성되어 있는 경우, 제1 정보의 측정 범위는 보다 좁은 범위여도 좋다. 측정 후, RF 전원(55)으로부터의 저전압의 출력을 정지한다. 제어부(100)는, 측정한 전극 간 전압의 제1 정보에 기초하여 적절한 전극 간 전압을 산출하고, 방전 전압(VB) 이상의 전압이며 지나치게 높지 않은 전극 간 전압을 얻을 수 있는 C1, C2의 위치를 프리셋값으로서 결정한다(공정 S5). 또한, 사전 정보의 테이블을 작성하고 있는 경우, 사전 정보의 테이블을 이용하여 공정 S4 및 S5에서 사전 정보의 테이블을 제1 정보에 기초하여 갱신하여, 제1 정보의 테이블을 작성해도 좋다.
다음으로, 제어부(100)는, RF 전원(55)이 온되어, 플라즈마 착화가 가능한 파워의 고주파 전압이 인가되었는지를 판정한다(공정 S6). 제어부(100)는, 예컨대 프로세스 레시피에 설정된 파워의 고주파 전압이 인가된 경우, RF 전원(55)으로부터 플라즈마 착화가 가능한 파워의 고주파 전압이 인가되었다고 판정한다.
이상에 의해 프로세스 타입에 따라 각 가스종의 온도·압력별의 방전 개시 전압 및 정합 위치를 갖는 테이블로서, 제1 정보의 테이블이 작성된다. 공정 S4, S5는 플라즈마 착화 직전의 측정이다. 모두 플라즈마가 착화하는 일이 없는 낮은 파워의 고주파 전압을 RF 전원(55)으로부터 인가한다. 이때의 RF 전원(55)으로부터의 고주파 전압의 인가는, RF 전원(55)의 온으로는 판정하지 않는다.
공정 S4, S5에서는, 플라즈마가 착화하는 일이 없는 낮은 파워의 고주파 전압을 RF 전원(55)으로부터 인가한 상태에서, 전자 매처(53)의 가변 범위에서 임피던스를 가변시켰을 때의 전극 간 전압(또는 전류)이 측정된다.
상기 측정한 값으로부터 환산하여, RF 전원(55)이 플라즈마 착화 시의 파워로 고주파 전압을 인가한 상태에서, 프로세스 타입마다 각 가스종의 온도·압력별의 방전 전압이 얻어지도록 테이블은 작성된다.
상기 테이블은, 전자 매처(53)를 이용함으로써 고속의 임피던스 정합을 실현함으로써, 공정 S6의 RF 전원(55)의 온 후이며 플라즈마 착화 직전에 고속으로 작성할 수 있다.
다음으로, 제어부(100)는, 설정한 프로세스 타입의 프로세스를 웨이퍼(2)에 대해 실행한다(공정 S7).
다음으로, 제어부(100)는, RF 전원(55)이 오프되었는지를 판정한다(공정 S8). 제어부(100)는, RF 전원(55)이 오프되어 있지 않다고 판정한 경우, 공정 S7의 처리를 계속한다. RF 전원(55)이 오프되었다고 판정한 경우, 프로세스가 종료되었는지를 판정한다(공정 S9).
제어부(100)는, 프로세스가 종료되어 있지 않다고 판정한 경우, 공정 S3으로 되돌아가서, 공정 S3 이후의 처리를 실행한다. 제어부(100)는, 프로세스가 종료되었다고 판정한 경우, 기판을 반출하고(공정 S10), 공정 S1로 되돌아가서, 다음 웨이퍼(2)가 반입될 때까지 대기한다(아이들 모드). 다음 웨이퍼(2)가 반입되면 공정 S2 이후의 처리를 실행한다.
아이들 모드 중에 RF 전원(55)의 고주파 전압의 주파수를 적절히 설정 또는 변경해도 좋다. RF 파워를 공급하는 전원의 주파수를 착화 시에 가변함으로써 전극 간 전압을 가변으로 해도 좋다. 예컨대, 공정 S7의 프로세스 실행 개시로부터 소정 시간이 경과한 시각에 RF 전원(55)으로부터 출력되는 고주파의 주파수를 제2 주파수로부터 제1 주파수로 변경함으로써 전극 간 전압을 가변으로 해도 좋다. 이 소정 시간은, 도 6의 설정 정보의 스타트 정보에 설정된 제2 주파수 계속 시간이어도 좋다.
모터 제어의 기계적 요소를 갖는 정합기(메커니컬 매처)에서는, 전자 매처(53)와 같이 1초 이내의 단시간에 도 5에 도시된 테이블을 작성하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 메커니컬 매처를 이용한 경우, RF 전원(55)을 온한 후이며 플라즈마 착화 직전의 임피던스 변화의 영향을 반영한 테이블에 기초한 정합 제어는 곤란하다. 이러한 플라즈마 착화 직전의 임피던스 변화의 영향이, 공급하는 고주파 전압의 반사파의 발생 원인이 되는 경우가 있다.
본 개시의 착화 제어 방법에 의하면, 예컨대 전자 매처(53)를 이용하여 플라즈마 착화 직전의 임피던스 변화에 의한 전극 간 전압의 변화를 파악할 수 있다. 이 변화의 영향을 가미하여 플라즈마 착화에 필요한 값 이상의 마진을 가진 최저 착화 전압을 C1, C2의 매트릭스의 각 위치에 대해 산출한 테이블을 플라즈마 착화 직전의 단시간(1초 이내)에 작성 가능하다. 이에 의해, 예컨대 온도 등으로 전극이 다소 변형하는 등의 상황이 발생해도, 전극의 변형 등에 의한 임피던스 정합에의 영향을 반영한 테이블을 작성할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 플라즈마 착화 직전에 작성된 테이블에 기초하여 C1, C2의 프리셋값을 결정하고, 가변 콘덴서(57, 58)의 조정 위치(C1, C2의 초기 위치)를, 결정한 프리셋값으로 설정한다. 이에 의해, 플라즈마 착화 직전의 임피던스 변화에 의한 반사파의 증대를 억제할 수 있고, 안정된 플라즈마 착화를 행할 수 있다.
또한, 플라즈마 착화 시의 전자 매처(53)의 정합 위치를 제1 정보의 테이블에 피드백하는 기능을 가져도 좋다. 예컨대, 도 5에서는, 정합 위치(MP1)를 제1 정보의 테이블에 피드백하고 있다.
테이블은, 프로세스 타입마다 작성한다. 테이블의 작성 시기는, 시험 모드에서 행해도 좋고, 실제의 프로세스 중에 행해도 좋다. 시험 모드에서는, 사전 정보의 테이블이 작성된다. 실제의 프로세스 중에서는, 제1 정보의 테이블이 작성된다. 사전 정보의 테이블의 작성은 생략할 수 있다.
플라즈마의 방전 상태가 복수 존재하는 경우에는 임피던스 정합 시의 전극 간 전압을 감시하여, 설정한 프로세스 타입과는 상이한 방전 상태였던 경우, 감시한 전극 간 전압으로부터 올바른 프로세스 타입을 유도하여 올바른 프로세스 타입으로 자동 제어하여, 재착화시켜도 좋다. 이와 같이 제어부(100)는, 설정한 프로세스 타입이 잘못되어 있었을 때에도, 올바른 프로세스 타입의 방전 상태로 자동 제어하는 기능을 가져도 좋다. 오퍼레이터에게 주의 환기시키기 위해서 프로세스 타입을 자동 변경하여 재착화시킨 것을 나타내는 알람을 출력(표시)해도 좋다.
또한, 제어부(100)는, 도 6의 설정 정보에 기초하여 각종의 알람을 출력해도 좋다.
이번에 결정한 C1, C2의 프리셋값과, 전회에 결정한 프리셋값의 차분이 도 6의 프리셋 업데이트 워닝에 나타내는 임계값 이상인 경우에 알람을 출력해도 좋다. 예컨대 이번과 전회의 프리셋값이 임계값의 10% 이상 어긋났을 때에 알람을 출력(표시)하여, 오퍼레이터에게 주의를 환기시켜도 좋다.
도 6의 압력(P)이, 설정값과 상이한 경우에 알람을 출력(표시)해도 좋다. 예컨대, 프로세스 타입이 A인 경우, 1 Torr에서 프로세스가 행해질 예정이었던 것이, RF 전원(55)을 온 시에 5 Torr였던 등, 알람을 출력(표시)해도 좋다.
[성막 방법]
다음으로, 실시형태에 따른 성막 방법에 대해, 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 8은 실시형태에 따른 성막 방법을 도시한 플로우차트이다. 도 9는 실시형태에 따른 성막 방법을 도시한 타임차트이다. 실시형태에 따른 성막 방법은 제어부(100)에 의해 제어된다. 도 8의 성막 방법은, 도 7의 공정 S7에서 실행하는 프로세스의 일례이다.
성막 방법이 개시되면, 제어부(100)는, 기판 유지구(30)에 유지된 웨이퍼(2)에 Si 함유층을 형성한다(공정 S21). 이 공정 S21은, 도 9에 도시된 시각(t1)으로부터 시각(t2)까지 행해진다. 이 공정 S21에서는, 배기관(45)에 접속된 배기 장치에 의해 처리 용기(11)의 내부를 배기하면서, 원료 가스 공급원(70)으로부터 원료 가스를 처리 용기(11)의 내부에 공급한다. 원료 가스는, 예컨대 DCS 가스이다. 이에 의해, Si 함유층이 웨이퍼(2) 상에 형성된다. 이 공정 S21의 시간은, 예컨대 1초 이상 10초 이하이다.
다음으로, 제어부(100)는, 퍼지 공정을 행한다(공정 S22). 이 공정 S22는, 도 9에 도시된 시각(t2)으로부터 시각(t3)까지 행해진다. 이 공정 S22에서는, 배기 장치에 의해 처리 용기(11)의 내부를 배기하면서, 퍼지 가스를 처리 용기(11)의 내부에 공급한다. 이에 의해, 처리 용기(11)의 내부에 잔류하는 가스를, 퍼지 가스로 치환한다. 퍼지 가스는, 질소 가스여도 좋고, 아르곤 가스여도 좋으며, 그 외의 불활성 가스 또는 이들의 조합이어도 좋다. 이 공정 S22의 시간은, 예컨대 3초 이상 10초 이하이다. 퍼지 가스는, 질화 가스 공급원(80) 등으로부터 공급되어도 좋다.
다음으로, 제어부(100)는, Si 함유층의 개질 공정을 행한다(공정 S23). 이 공정 S23은, 도 9에 도시된 시각(t3)으로부터 시각(t4)까지 행해진다. 이 공정 S23에서는, 배기 장치에 의해 처리 용기(11)의 내부를 배기하면서, 개질 가스 공급원(75)에 의해 개질 가스를 처리 용기(11)의 내부에 공급한다. 또한, 이 공정 S23에서는, 플라즈마 박스(19) 또는 처리 용기(11) 중 어느 하나에 있어서 플라즈마 착화시켜, 개질 가스를 플라즈마화한다. 이 공정 S23에서, 실시형태에 따른 착화 제어 방법이 실행되어, 제어부(100)는, 플라즈마 착화하는 영역이, 플라즈마 박스(19) 또는 처리 용기(11) 중 어느 하나로 선택되도록 제1 가변 콘덴서(57) 및 제2 가변 콘덴서(58)의 초기 위치를 제어한다.
개질 가스는, 예컨대 질소 가스이다. 개질 가스는, 수소 가스 또는 암모니아 가스여도 좋다. 개질 가스는, 질소 가스를 포함하는 가스 또는 수소 가스를 포함하는 가스여도 좋다. 플라즈마화한 개질 가스로, Si 함유층을 개질한다. Si 함유층의 개질은, 예컨대, Si 함유층에 포함되는 할로겐 원소를 제거하는 것을 포함한다. 할로겐 원소를 제거함으로써, Si의 미결합수를 형성할 수 있다. 그 결과, Si 함유층을 활성화할 수 있고, Si 함유층의 질화를 촉진할 수 있다. RF 전원(55)의 고주파의 주파수는, 예컨대 13.56 ㎒ 또는 14.56 ㎒이다. 공정 S23의 시간은, 예컨대 3초 이상 60초 이하이다.
다음으로, 제어부(100)는, 퍼지 공정을 행한다(공정 S24). 이 공정 S24는, 도 9에 도시된 시각(t4)으로부터 시각(t5)까지 행해진다. 이 공정 S24에서는, 배기 장치에 의해 처리 용기(11)의 내부를 배기하면서, 퍼지 가스를 처리 용기(11)의 내부에 공급한다. 이에 의해, 처리 용기(11)의 내부에 잔류하는 가스를, 퍼지 가스로 치환한다. 이 공정 S24의 시간은, 예컨대 3초 이상 10초 이하이다. 퍼지 가스는, 질소 가스 등이어도 좋고, 질화 가스 공급원(80) 등으로부터 공급되어도 좋다.
다음으로, 제어부(100)는 Si 함유층의 질화 공정을 행한다(공정 S25). 이 공정 S25는, 도 9에 도시된 시각(t5)으로부터 시각(t6)까지 행해진다. 이 공정 S25에서는, 배기 장치에 의해 처리 용기(11)의 내부를 배기하면서, 질화 가스 공급원(80)에 의해 질화 가스를 처리 용기(11)의 내부에 공급한다. 또한, 이 공정 S25에서는, 플라즈마 박스(19) 또는 처리 용기(11) 중 어느 하나에 있어서 플라즈마 착화시켜, 질화 가스를 플라즈마화한다. 이 공정 S25에서, 실시형태에 따른 착화 제어 방법이 실행되어, 제어부(100)는, 플라즈마 착화하는 영역이, 플라즈마 박스(19) 또는 처리 용기(11) 중 어느 하나로 선택되도록 제1 가변 콘덴서(57) 및 제2 가변 콘덴서(58)의 초기 위치를 제어한다. 질화 가스는, 예컨대 암모니아 가스이다. 플라즈마화한 암모니아 가스로, Si 함유층을 질화한다. 공정 S25의 시간은, 예컨대 5초 이상 120초 이하이다.
다음으로, 제어부(100)는, 퍼지 공정을 행한다(공정 S26). 이 공정 S26은, 도 9에 도시된 시각(t6)으로부터 시각(t7)까지 행해진다. 이 공정 S26에서는, 배기 장치에 의해 처리 용기(11)의 내부를 배기하면서, 퍼지 가스를 처리 용기(11)의 내부에 공급한다. 이에 의해, 처리 용기(11)의 내부에 잔류하는 가스를, 퍼지 가스로 치환한다. 이 공정 S26의 시간은, 예컨대 3초 이상 10초 이하이다. 퍼지 가스는, 질소 가스 등이어도 좋고, 질화 가스 공급원(80) 등으로부터 공급되어도 좋다.
다음으로, 제어부(100)는, 설정 횟수 반복했는지를 판정한다(공정 S27). 설정 횟수는 미리 설정되고, 제어부(100)는, 설정 횟수 반복하고 있지 않다고 판정하면, 공정 S21로 되돌아가서, 공정 S21∼공정 S27의 사이클을 반복한다. 사이클을 반복해서 실시하는 동안, 웨이퍼(2)의 온도는 예컨대 400℃ 이상 600℃ 이하이고, 처리 용기(11)의 내부의 기압은 예컨대 13 ㎩ 이상 665 ㎩ 이하이다.
제어부(100)는, 설정 횟수 반복했다고 판정하면, 원하는 막 두께 및 막질의 실리콘 질화막이 형성되었기 때문에, 본 처리를 종료한다.
이상으로 설명한 성막 방법에서는, 퍼지 공정은 생략할 수 있다. 실시형태에 따른 성막 방법은, 적어도 이하의 (A), (B), (C)의 공정을 포함한다.
(A) 질화되는 원소를 포함하는 원료 가스를 기판에 공급하여, 상기 원소를 포함하는 층을 상기 기판에 형성하는 공정
(B) 상기 원료 가스를 기판에 공급한 후, 플라즈마에 의해 활성화한 질소 가스, 수소 가스 또는 암모니아 가스를 공급하여, 상기 원소를 포함하는 층을 개질하는 공정
(C) 플라즈마에 의해 활성화한 질소를 포함하는 가스를 공급하여, 상기 원소를 질화하는 공정
그리고, (B)의 공정에서, 전술한 착화 제어 방법을 사용하여 플라즈마 착화시킨다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 착화 제어 방법, 성막 방법 및 성막 장치에 의하면, 반사파를 억제하여, 보다 안정된 플라즈마 착화를 행할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼 상에 형성된 막의 막 두께 및 막질의 제어성을 높일 수 있다.
이번에 개시된 실시형태에 따른 착화 제어 방법, 성막 방법 및 성막 장치는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 실시형태는, 첨부된 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 여러 가지 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
도 7에 도시된 착화 제어 방법 및 도 8에 도시된 성막 방법의 각 처리는 주로 제어부(100)의 제어에 기초하여 자동적으로 행해진다.

Claims (9)

  1. 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기에 형성된 플라즈마 박스와,
    상기 플라즈마 박스를 사이에 두도록 배치된 한 쌍의 전극과,
    가변 콘덴서를 갖는 정합기를 통해 상기 한 쌍의 전극에 접속된 RF 전원을 갖는 성막(成膜) 장치에서 실행되는 착화 제어 방법으로서,
    (a) 상기 기판의 처리 조건을 특정하는 프로세스 타입을 설정하고,
    (b) 상기 프로세스 타입마다, 상기 RF 전원으로부터 상기 한 쌍의 전극에 제1 주파수의 고주파 전압을 인가했을 때의 상기 가변 콘덴서의 복수의 조정 위치의 각각에 대한 상기 전극 간의 전압을 나타내는 제1 정보를 측정하며,
    (c) 측정한 상기 제1 정보에 기초하여 상기 가변 콘덴서의 프리셋값을 결정하고,
    (d) 상기 가변 콘덴서의 조정 위치의 초기 위치를, 결정한 상기 프리셋값으로 설정하는 것을 포함하는 착화 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가변 콘덴서를 갖는 정합기는, 기계적 요소를 포함하지 않는 전자 매처(matcher)인 착화 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, (e) 상기 RF 전원으로부터 상기 한 쌍의 전극에 제1 주파수의 고주파 전압을 인가했을 때의 상기 가변 콘덴서의 복수의 조정 위치의 각각에 대한 상기 전극 간의 전압을 나타내는 사전 정보를 미리 측정하여, 상기 사전 정보를 미리 기억부에 기억하고,
    상기 (c)는, 상기 사전 정보 및 상기 제1 정보에 기초하여 상기 가변 콘덴서의 프리셋값을 결정하는 착화 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 (b)에서 측정하는 상기 제1 정보는, 상기 (e)에서 미리 측정한 상기 사전 정보보다 적은 수의 복수의 조정 위치의 각각에 대한 상기 전극 간의 전압을 측정하는 착화 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (b)는, 상기 제1 정보를 플라즈마 착화 직전에 측정하는 착화 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 RF 전원은, 주파수를 가변으로 제어 가능한 주파수 가변 RF 전원이고,
    상기 (b)는, 상기 주파수 가변 RF 전원의 주파수가 상기 제1 주파수로부터 제2 주파수로 변경되었을 때, 상기 프로세스 타입마다, 상기 주파수 가변 RF 전원으로부터 상기 한 쌍의 전극에 상기 제2 주파수의 고주파 전압을 인가했을 때의 상기 가변 콘덴서의 복수의 조정 위치의 각각에 대한 상기 전극 간의 전압을 나타내는 제2 정보를 측정하며,
    상기 (c)는, 측정한 상기 제2 정보에 기초하여 상기 가변 콘덴서의 프리셋값을 결정하는 착화 제어 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (c)는, 이번에 결정한 상기 가변 콘덴서의 초기 위치와, 전회에 결정한 상기 가변 콘덴서의 초기 위치의 차분이 임계값 이상인 경우에 알람을 출력하는 착화 제어 방법.
  8. (A) 질화되는 원소를 포함하는 원료 가스를 기판에 공급하여, 상기 원소를 포함하는 층을 상기 기판에 형성하는 공정과,
    (B) 상기 원료 가스를 기판에 공급한 후, 플라즈마에 의해 활성화한 질소 가스, 수소 가스 또는 암모니아 가스를 공급하여, 상기 원소를 포함하는 층을 개질하는 공정과,
    (C) 플라즈마에 의해 활성화한 질소를 포함하는 가스를 공급하여, 상기 원소를 질화하는 공정을 포함하며, 기판에 질화막을 성막하는 성막 방법에 있어서,
    상기 (B)의 공정에서, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 착화 제어 방법을 사용하여 플라즈마 착화시키는 성막 방법.
  9. 기판을 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기에 형성된 플라즈마 박스와,
    상기 플라즈마 박스를 사이에 두도록 배치된 한 쌍의 전극과,
    가변 콘덴서를 갖는 정합기를 통해 상기 한 쌍의 전극에 접속된 RF 전원과,
    제어부를 갖는 성막 장치로서,
    상기 제어부는,
    (a) 상기 기판의 처리 조건을 특정하는 프로세스 타입을 설정하고,
    (b) 상기 프로세스 타입마다, 상기 RF 전원으로부터 상기 한 쌍의 전극에 제1 주파수의 고주파 전압을 인가했을 때의 상기 가변 콘덴서의 복수의 조정 위치의 각각에 대한 상기 전극 간의 전압을 나타내는 제1 정보를 측정하며,
    (c) 측정한 상기 제1 정보에 기초하여 상기 가변 콘덴서의 프리셋값을 결정하고,
    (d) 상기 가변 콘덴서의 조정 위치의 초기 위치를, 결정한 상기 프리셋값으로 설정하는 것을 제어하는 성막 장치.
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