WO2021024823A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2021024823A1
WO2021024823A1 PCT/JP2020/028627 JP2020028627W WO2021024823A1 WO 2021024823 A1 WO2021024823 A1 WO 2021024823A1 JP 2020028627 W JP2020028627 W JP 2020028627W WO 2021024823 A1 WO2021024823 A1 WO 2021024823A1
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plasma
voltage
antenna
gas
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PCT/JP2020/028627
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French (fr)
Inventor
山涌　純
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Definitions

  • This disclosure relates to a plasma processing apparatus.
  • ICP inductively coupled plasma
  • CCP capacitively coupled plasma
  • the present disclosure provides a plasma processing apparatus capable of igniting plasma in ICP mode at a higher speed.
  • the plasma processing device includes a chamber, an antenna, a dielectric window, a gas supply unit, a power supply unit, an electron generation unit, and a control device.
  • the chamber houses a stage on which the substrate is placed.
  • the antenna is provided outside the chamber.
  • the dielectric window is provided between the chamber and the antenna.
  • the gas supply unit supplies the processing gas into the chamber.
  • the power supply unit supplies high-frequency power into the chamber through the dielectric window and turns the processing gas in the chamber into plasma.
  • the electron generator excites the processing gas supplied into the chamber to generate electrons in the chamber.
  • the control device controls the power supply unit so as to supply high-frequency power to the antenna at the same time as the excitation of the processing gas by the electron generation unit is started or after the excitation of the processing gas by the electron generation unit is started. To do.
  • the plasma in ICP mode can be ignited at a higher speed.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of changes in the power supplied to the antenna and the reflected power in the comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of electron density in various discharge phenomena.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the film forming process.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of a method of applying a DC voltage.
  • plasma is first generated in CCP mode. Then, when the electrons in the plasma generated by the CCP mode are captured by the induced magnetic field formed in the chamber by the antenna, the plasma shifts to the ICP mode.
  • the plasma processing apparatus In order for the plasma to shift to the ICP mode, it is necessary to generate a sufficient amount of electrons in the plasma in the CCP mode. Therefore, in the plasma processing apparatus, it is necessary to match the high frequency power supply and the antenna not only in the ICP mode but also in the CCP mode.
  • the present disclosure provides a technique capable of igniting ICP mode plasma at a higher speed.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the plasma processing apparatus 1 uses PE-ALD to form a desired film (for example, a silicon nitride film) on a wafer W, which is an example of a substrate.
  • the plasma processing apparatus 1 uses ICP as a plasma source.
  • the plasma processing device 1 includes a main body 10 and a control device 100.
  • the main body 10 has a bottomed chamber 12 with an open top.
  • the upper part of the chamber 12 is closed by the dielectric window 14.
  • the chamber 12 is made of a metal such as aluminum, and a thermal spray coating made of a plasma resistant material is formed on the inner wall thereof, for example.
  • the chamber 12 is grounded.
  • the dielectric window 14 has a first dielectric window 140 and a second dielectric window 141.
  • a Faraday shield 50 made of a metal such as aluminum is provided between the first dielectric window 140 and the second dielectric window 141.
  • An insulating member 51 made of an insulator is arranged between the Faraday shield 50 and the side wall of the chamber 12, and the Faraday shield 50 and the chamber 12 are electrically insulated from each other.
  • a DC voltage supply unit 20 is connected to the Faraday shield 50.
  • the DC voltage supply unit 20 has a switch 21 and a DC power supply 22.
  • the control device 100 controls the switch 21 to supply the DC voltage from the DC power supply 22 to the Faraday shield 50.
  • a DC voltage is applied to the gas in the chamber 12 via the Faraday shield 50, and a DC discharge is generated in the chamber 12. Electrons are generated in the chamber 12 by DC discharge.
  • the DC discharge occurs, for example, in about several tens to several hundreds of ⁇ s after the DC voltage is applied to the gas in the chamber 12 via the Faraday shield 50.
  • the DC voltage supply unit 20 is an example of an electron generation unit.
  • the DC power supply 22 applies a negative DC voltage to the Faraday shield 50 via the switch 21, but as another example, the DC power supply 22 applies a positive DC voltage to the switch 21. It may be applied to the Faraday shield 50 via.
  • a stage 30 on which the wafer W is placed is housed in the chamber 12.
  • the stage 30 has a base 31 and an electrostatic chuck 32.
  • the base 31 is made of a conductive metal such as aluminum and is supported by the bottom of the chamber 12.
  • the base 31 is grounded via the bottom of the chamber 12.
  • the electrostatic chuck 32 is provided on the base 31.
  • the electrostatic chuck 32 is made of an insulator and has an electrode 320 built therein.
  • a DC power supply 35 is connected to the electrode 320 via a switch 34.
  • the electrode 320 generates a Coulomb force on the surface of the electrostatic chuck 32 by the DC voltage applied from the DC power supply 35 via the switch 34, and attracts and holds the wafer W on the upper surface of the electrostatic chuck 32 by the Coulomb force.
  • a heater (not shown) is built in the electrostatic chuck 32.
  • An AC voltage is applied to the heater from an AC power supply (not shown).
  • the power supply to the electrostatic chuck 32 and the heater is controlled by the control device 100.
  • an edge ring (not shown) is provided on the upper surface of the electrostatic chuck 32 at the position of the outer periphery of the wafer W attracted and held by the electrostatic chuck 32.
  • the edge ring is made of, for example, single crystal silicon.
  • the edge ring is sometimes called the focus ring.
  • a flow path 310 through which the refrigerant flows is formed inside the base 31.
  • a temperature-controlled refrigerant is circulated and supplied to the flow path 310 from a chiller unit (not shown) via the pipe 33a and the pipe 33b.
  • the temperature of the wafer W on the electrostatic chuck 32 is adjusted to a desired temperature by cooling with the refrigerant circulating in the flow path 310 and heating with the heater in the electrostatic chuck 32.
  • a supply port 18 for supplying gas into the chamber 12 is provided on the side wall of the chamber 12.
  • a gas supply unit 60 is connected to the supply port 18 via a pipe 61.
  • the gas supply unit 60 includes gas supply sources 62a to 62c, mass flow controllers (MFCs) 63a to 63c, and valves 64a to 64c.
  • the MFCs 63a to 63c and the valves 64a to 64c are controlled by the control device 100.
  • the gas supply source 62a is a source of precursor gas.
  • the gas supply source 62b is a supply source of the reaction gas.
  • the gas supply source 62c is a source of the inert gas.
  • the precursor gas is, for example, a DCS (DiChloroSilane) gas
  • the reaction gas is, for example, ammonia or nitrogen gas
  • the inert gas is, for example, argon gas.
  • the reaction gas is an example of a processing gas.
  • the MFC 63a controls the flow rate of the precursor gas supplied from the gas supply source 62a, and supplies the controlled flow rate of the precursor gas into the chamber 12 via the valve 64a and the pipe 61.
  • the MFC 63b controls the flow rate of the reaction gas supplied from the gas supply source 62b, and supplies the reaction gas with the controlled flow rate into the chamber 12 via the valve 64b and the pipe 61.
  • the MFC 63c controls the flow rate of the inert gas supplied from the gas supply source 62c, and supplies the flow-controlled inert gas into the chamber 12 via the valve 64c and the pipe 61.
  • An exhaust device 16 is connected to the bottom of the chamber 12 via an exhaust pipe 15.
  • the exhaust device 16 has a vacuum pump (not shown), and the inside of the chamber 12 can be depressurized to a desired degree of vacuum. Further, an opening 17 for carrying in and out the wafer W is formed on the side wall of the chamber 12, and the opening 17 is opened and closed by the gate valve G.
  • the antenna 40 is arranged above the dielectric window 14.
  • the antenna 40 has a conducting wire 41 made of a conductive material such as copper.
  • the lead wire 41 is held by a holder 42 made of an insulator so as to have a flat coil shape.
  • the antenna 40 is arranged apart from the dielectric window 14 by a spacer 43 made of an insulator.
  • a high frequency power supply 45 is connected to one end of the lead wire 41 via a matching device 44.
  • the other end of the lead wire 41 is grounded.
  • the high-frequency power supply 45 supplies high-frequency power for plasma generation, for example, high-frequency power having a frequency of 27 MHz to the antenna 40 via the matching unit 44.
  • the frequency and magnitude of the high frequency power supplied from the high frequency power source 45 to the antenna 40 are controlled by the control device 100.
  • the matching device 44 matches the output impedance of the high frequency power supply 45 with the input impedance on the load (antenna 40) side. Further, the matching unit 44 outputs information indicating the magnitude of the reflected power with respect to the high frequency power supplied from the high frequency power supply 45 to the antenna 40 to the control device 100.
  • the matching unit 44 is controlled by the control device 100.
  • the high frequency power supply 45 is an example of a power supply unit.
  • the antenna 40 generates a high-frequency magnetic field in the chamber 12 through the dielectric window 14 by the high-frequency power supplied from the high-frequency power source 45.
  • a high-frequency induced electric field is generated in the chamber 12 by the high-frequency magnetic field generated in the chamber 12.
  • the induced electric field generated in the chamber 12 excites the processing gas supplied into the chamber 12, and plasma of the processing gas is generated in the chamber 12. Then, the wafer W on the electrostatic chuck 32 is subjected to a process such as film formation by the ions and active species contained in the plasma.
  • the antenna 40 of the present embodiment is a loop antenna, but as another embodiment, the antenna 40 may be a resonance antenna, a dipole antenna, or the like. Further, in the present embodiment, one antenna 40 is provided on the dielectric window 14, but as another embodiment, a plurality of antennas 40 may be provided on the dielectric window 14. The antenna 40 may also be arranged around the chamber 12.
  • the control device 100 has a memory, a processor, and an input / output interface.
  • the memory stores a program executed by the processor and a recipe including conditions for each process.
  • the processor executes a program read from the memory and controls each part of the main body 10 via the input / output interface based on the recipe stored in the memory.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of changes in the power supplied to the antenna 40 and the reflected power in the comparative example.
  • plasma is first generated in the CCP mode in the chamber 12.
  • the control device 100 controls the matching unit 44 and the high frequency power supply 45 so that the reflected power becomes small while gradually increasing the power supplied to the antenna 40.
  • the plasma is ignited in the CCP mode.
  • CCP mode a sufficient amount of electrons are generated in the chamber 12.
  • the electrons generated by the plasma in the CCP mode are captured by the induced magnetic field formed in the chamber by the antenna 40, the mode of the plasma changes from the CCP mode to the ICP mode.
  • the time T 1 from the supply of high-frequency power to the antenna 40 to the transition of the plasma mode to the ICP mode is, for example, about several tens of milliseconds.
  • the control device 100 controls the matching unit 44 so that the reflected power becomes small in the ICP mode. Then, at the timing t 2 when the reflected power becomes equal to or lower than the predetermined value again, the plasma ignites in the ICP mode. After that, the control device 100 adjusts the electric power supplied to the antenna 40, and the electric power supplied to the antenna 40 at the timing t 3 becomes the set electric power P 0 .
  • the plasma treatment time in one cycle of ALD is as short as several tens of milliseconds. Therefore, if the time T 1 required for the plasma in the CCP mode to ignite is, for example, about several tens of milliseconds, it is difficult to use ICP as the plasma source of PE-ALD in the comparative example.
  • a sufficient amount of electrons are generated in the chamber 12 before the high-frequency plasma is generated in the chamber 12.
  • the period of the CCP mode can be eliminated, and the plasma in the ICP mode can be ignited in a short time.
  • a DC discharge is generated in the chamber 12 by supplying a DC voltage from the DC power supply 22 to the Faraday shield 50 via the switch 21.
  • the supply of the DC voltage to the Faraday shield 50 may be before the supply of the high frequency power to the antenna 40, or may be performed at the same time as the supply of the high frequency power to the antenna 40.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of electron density in various discharge phenomena.
  • the maximum electron density of the plasma in CCP mode is about 10 11 [cm -3 ]
  • the maximum electron density of the plasma in ICP mode is about 10 12 [cm -3 ]. Is. Therefore, in order for the plasma mode to transition from the CCP mode to the ICP mode, it is necessary to supply high power in the CCP mode and generate a plasma having a high electron density.
  • the electron density of DC discharge such as glow discharge and arc discharge is higher than the electron density of plasma in ICP mode. Therefore, if a direct current discharge is generated before the generation of the high-frequency plasma is started, an electron density equal to or higher than that of the ICP mode plasma is realized, and the ICP mode plasma can be ignited quickly.
  • the arc discharge is not preferable because it damages the wafer W, the parts in the chamber 12, and the like. Therefore, the DC discharge performed before starting the generation of the high frequency plasma is preferably a glow discharge.
  • the plasma processing device 1 is designed to generate plasma in ICP mode, and the generation of plasma in CCP mode is suppressed by the grounded Faraday shield 50. Therefore, it is difficult to ignite the plasma in the CCP mode in the chamber 12. Therefore, in order for the plasma to ignite in the CCP mode, it is necessary to supply the antenna 40 with a power larger than the power supplied in the ICP mode. In a process having a higher pressure than the etching process, such as a film forming process, the electric power required for ignition is further increased. Therefore, power consumption and heat generation of parts become large.
  • the period of the CCP mode is eliminated. Therefore, it is not necessary to supply a large amount of electric power to ignite the plasma in the CCP mode. As a result, power consumption and heat generation of parts can be reduced.
  • the matching device 44 requires a wide matching range. As a result, the circuit scale of the matching unit 44 becomes large, and the apparatus becomes large.
  • the circuit scale of the matching unit 44 can be reduced, and the device can be miniaturized.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the film forming process.
  • the film forming process illustrated in FIG. 4 is realized mainly by operating the main body 10 under the control of the control device 100.
  • step S10 the gate valve G is opened, the wafer W is carried into the chamber 12 by a transfer arm (not shown), and is placed on the electrostatic chuck 32. Then, the gate valve G is closed. Then, a DC voltage is supplied from the DC power supply 35 to the electrode 320 via the switch 34, and the wafer W is attracted and held on the upper surface of the electrostatic chuck 32.
  • step S11 the exhaust device 16 exhausts the gas in the chamber 12. Then, the valve 64c is opened, and the inert gas whose flow rate is adjusted by the MFC 63c is supplied into the chamber 12.
  • the control device 100 adjusts the pressure in the chamber 12 by adjusting the opening degree of an APC (Auto Pressure Control) valve (not shown) provided between the chamber 12 and the exhaust device 16. Then, the valve 64c is closed.
  • APC Auto Pressure Control
  • step S12 the PE-ALD cycle
  • the adsorption step is executed (S12).
  • step S12 the valve 64a is opened and the precursor gas whose flow rate is adjusted by the MFC 63a is supplied into the chamber 12. As a result, the precursor gas molecules are adsorbed on the surface of the wafer W. Then, the valve 64a is closed.
  • step S13 the valve 64c is opened and the MFC63c supplies the inert gas whose flow rate is adjusted into the chamber 12. As a result, the precursor gas molecules excessively adsorbed on the surface of the wafer W are removed.
  • step S14 the processes of steps S20 to S26 are executed.
  • the reaction step first, the reaction gas is supplied into the chamber 12 (S20).
  • step S20 the valve 64b is opened, and the reaction gas whose flow rate is adjusted by the MFC63b and the inert gas whose flow rate is adjusted by the MFC63c are supplied into the chamber 12.
  • step S21 the control device 100 controls the switch 21 so that the Faraday shield 50 and the DC power supply 22 are connected, so that the DC voltage from the DC power supply 22 is applied to the Faraday shield 50. Then, a DC voltage is applied to the reaction gas via the Faraday shield 50, and a DC discharge is generated in the chamber 12. Due to the DC discharge, electrons are generated in the chamber 12. The DC discharge occurs, for example, in about several tens to several hundreds of ⁇ s after the DC voltage is applied to the reaction gas through the Faraday shield 50.
  • the amount of electrons required for the plasma mode to transition from the CCP mode to the ICP mode is transferred to the chamber. It can be generated within 12.
  • the high frequency power supply 45 starts supplying high frequency power to the antenna 40 (S22).
  • the control device 100 refers to the magnitude of the reflected power output from the matching unit 44, and gradually increases the magnitude of the high-frequency power supplied from the high-frequency power supply 45 to the antenna 40, while the reflected power decreases.
  • the matching unit 44 is controlled so as to. Due to the DC discharge in step S21, a sufficient amount of electrons are rapidly generated in the chamber 12, so that the ICP mode plasma is rapidly generated in the chamber 12.
  • step S22 is executed after step S21 is executed, but as another example, step S21 and step S22 may be executed at the same time.
  • step S23 the control device 100 determines whether or not the plasma has ignited by determining whether or not the magnitude of the reflected power output from the matching unit 44 is equal to or less than a predetermined threshold value. If the plasma is not ignited (S23: No), the control device 100 again executes the process shown in step S23.
  • step S24 the control device 100 stops the application of the DC voltage to the Faraday shield 50 by controlling the switch 21 so that the Faraday shield 50 is grounded. As a result, the DC discharge is stopped in the chamber 12.
  • the plasma ignited in step S23 is an ICP mode plasma. Due to the plasma in the ICP mode, the molecules of the precursor gas adsorbed on the surface of the wafer W react with the active species contained in the plasma, and a target film is formed on the surface of the wafer W.
  • the control device 100 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the start of step S14 (S25).
  • the predetermined time is the time of plasma treatment in PE-ALD, for example, several tens of milliseconds. If the predetermined time has not elapsed (S25: No), the control device 100 again executes the process shown in step S25. On the other hand, when the predetermined time has elapsed (S25: Yes), the supply of high-frequency power is stopped (S26). Then, the valve 64b is closed.
  • step S15 the second purging step is executed (S15).
  • step S15 the inert gas whose flow rate is adjusted by the MFC 63c is supplied into the chamber 12. As a result, the excessively supplied active species and the like are removed from the surface of the wafer W. Then, the valve 64c is closed.
  • control device 100 determines whether or not the PE-ALD has been executed in a predetermined cycle (S16). If PE-ALD has not been executed for a predetermined cycle (S16: No), the process shown in step S12 is executed again.
  • the plasma processing device 1 in the present embodiment includes a chamber 12, an antenna 40, a dielectric window 14, a gas supply unit 60, a high frequency power supply 45, a DC voltage supply unit 20, and a control device 100. And. A stage 30 on which the wafer W is placed is housed in the chamber 12.
  • the antenna 40 is provided outside the chamber 12.
  • the dielectric window 14 is provided between the chamber 12 and the antenna 40.
  • the gas supply unit 60 supplies the reaction gas into the chamber 12. By supplying high-frequency power to the antenna 40, the high-frequency power supply 45 supplies high-frequency power into the chamber 12 through the dielectric window 14 and turns the reaction gas in the chamber 12 into plasma.
  • the DC voltage supply unit 20 generates electrons in the chamber 12 by exciting the reaction gas supplied into the chamber 12.
  • the control device 100 supplies high-frequency power to the antenna 40 at the same time as the excitation of the reaction gas by the DC voltage supply unit 20 is started, or after the excitation of the reaction gas by the DC voltage supply unit 20 is started. Controls the high frequency power supply 45. As a result, the plasma in the ICP mode can be ignited at a higher speed.
  • the DC voltage supply unit 20 generates a DC discharge by applying a DC voltage to the reaction gas supplied into the chamber 12, and generates electrons in the chamber 12. As a result, electrons can be quickly generated in the chamber 12.
  • the dielectric window 14 includes the first dielectric window 140 and the second dielectric window 141, and the first dielectric window 140 and the second dielectric window 140.
  • a Faraday shield 50 is provided between the dielectric window 141 and the above.
  • the DC voltage supply unit 20 generates a DC discharge in the chamber 12 by applying a DC voltage to the Faraday shield 50. As a result, a DC discharge can be easily generated in the chamber 12.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the plasma processing apparatus 1 according to the second embodiment of the present disclosure. Except for the points described below, the configurations with the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same or the same functions as the configurations in FIG. 1, and thus the description thereof will be omitted.
  • the base 31 is supported on the bottom of the chamber 12 via a support member 39 made of an insulator.
  • the base 31 and the chamber 12 are electrically insulated by a support member 39.
  • the DC voltage supply unit 20 is connected to the base 31. After the gas is supplied into the chamber 12, the control device 100 controls the switch 21 to supply the DC voltage from the DC power supply 22 to the base 31. As a result, a direct current discharge is generated in the chamber 12, and electrons are generated in the chamber 12.
  • electrons can be generated in the chamber 12 by direct current discharge, and the plasma in the ICP mode can be ignited at a higher speed.
  • a DC voltage is applied to the reaction gas via the Faraday shield 50 to generate a DC discharge in the chamber 12 to which the reaction gas is supplied.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the DC voltage is superposed on the high frequency power so that the DC voltage is applied to the reaction gas via the antenna 40.
  • the points different from those of the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the plasma processing apparatus 1 according to the third embodiment of the present disclosure. Except for the points described below, in FIG. 6, the configuration with the same reference numerals as those in FIG. 1 has the same or the same functions as the configuration in FIG. 1, and thus the description thereof will be omitted.
  • the DC voltage supply unit 20 is connected to the matching unit 44.
  • the control device 100 controls the switch 21 so that the matching unit 44 and the DC power supply 22 are connected when the DC discharge is generated in the chamber 12. Then, the control device 100 superimposes the DC voltage supplied from the DC power supply 22 via the switch 21 on the high frequency power supplied from the high frequency power supply 45, and supplies the DC voltage to the antenna 40. Due to the DC voltage superimposed on the high frequency power and supplied to the antenna 40, a DC discharge is generated in the chamber 12 to which the reaction gas is supplied, and electrons are generated in the chamber 12.
  • electrons can be generated in the chamber 12 by direct current discharge, and the plasma in the ICP mode can be ignited at a higher speed.
  • the DC voltage from the DC voltage supply unit 20 in the reaction step, is continuously applied to the reaction gas until the plasma is ignited, but the disclosed technique is not limited to this.
  • the DC voltage from the DC voltage supply unit 20 may be intermittently applied to the reaction gas. That is, the control device 100 may control the DC voltage supply unit 20 so that the DC voltage is repeatedly applied to the reaction gas at predetermined time intervals until the reaction gas in the chamber 12 is turned into plasma. ..
  • the control device 100 may gradually change the DC voltage applied to the reaction gas from a low voltage to a high voltage, as shown in FIG. 7, for example. That is, in the control device 100, the DC voltage supply unit 20 gradually increases the magnitude of the DC voltage applied to the reaction gas at predetermined time intervals until the reaction gas in the chamber 12 is turned into plasma. May be controlled. In this case, a variable DC voltage source is used for the DC power supply 22.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of a method of applying a DC voltage.
  • the DC voltage applied to the reaction gas is a voltage V 0 to V 1 , V 2 , ..., Which is lower than the DC voltage V p when the plasma was ignited last time by a predetermined voltage ⁇ V. It is getting bigger and bigger.
  • a plasma is ignited at a timing t a. This makes it possible to ignite the ICP mode plasma at a lower voltage according to the condition of the chamber 12. Therefore, the power consumed by the DC voltage supply unit 20 can be reduced.
  • reaction by-products may be deposited on the inner wall of the chamber 12 and the parts in the chamber 12. Therefore, when the PE-ALD cycle is repeated, the state in the chamber 12 may gradually change, and the magnitude of the DC voltage for igniting the plasma in the ICP mode may change.
  • the DC voltage applied to the reaction gas gradually increases from the voltage V 0, which is a predetermined voltage ⁇ V lower than the DC voltage V p when the plasma was ignited last time.
  • V ⁇ V a predetermined voltage ⁇ V lower than the DC voltage V p when the plasma was ignited last time.
  • the voltage V 0 is gradually lower than the DC voltage V p when the plasma was ignited last time by a predetermined voltage ⁇ V. May be increased to.
  • the DC voltage supply unit 20 is used as an example of the electron generation unit for generating electrons by exciting the reaction gas, but the disclosed technology is limited to this. I can't.
  • the electron generating unit may be configured to excite the reaction gas and generate electrons by irradiating the reaction gas with UV (UltraViolet) light, for example.
  • the plasma processing apparatus 1 for forming a predetermined film on the wafer W by PE-ALD has been described as an example, but the disclosed technique is not limited to this.
  • the disclosed technique can be applied to an apparatus for forming a film by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) as long as it is an apparatus for forming a film using ICP.
  • the disclosed technique can be applied to an etching device, a cleaning device, and the like.

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Abstract

プラズマ処理装置は、チャンバと、アンテナと、誘電体窓と、ガス供給部と、電力供給部と、電子発生部と、制御装置とを備える。チャンバには、基板が載置されるステージが収容される。アンテナは、チャンバの外部に設けられている。誘電体窓は、チャンバとアンテナとの間に設けられている。ガス供給部は、チャンバ内に処理ガスを供給する。電力供給部は、アンテナに高周波電力を供給することにより、誘電体窓を介してチャンバ内に高周波を供給し、チャンバ内の処理ガスをプラズマ化する。電子発生部は、チャンバ内に供給された処理ガスを励起することにより、チャンバ内に電子を発生させる。制御装置は、電子発生部による処理ガスの励起が開始されるのと同時、または、電子発生部による処理ガスの励起が開始された後に、アンテナに高周波電力を供給するように電力供給部を制御する。

Description

プラズマ処理装置
　本開示は、プラズマ処理装置に関する。
　半導体製造プロセスの一つを実行する処理装置として、処理ガスをプラズマ化してエッチングや成膜処理などを行うプラズマ処理が知られている。このようなプラズマ処理装置では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）や容量結合プラズマ（ＣＣＰ）等が用いられる。ＩＣＰは、ＣＣＰに比べて電子密度が高いため、ＣＣＰよりもガス解離性が優れている。そのため、プラズマ処理装置では、ＩＣＰを用いて処理が行われる場合がある。
特開２０１０－１５３２７４号公報
　本開示は、ＩＣＰモードのプラズマをより高速に着火することができるプラズマ処理装置を提供する。
　本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、チャンバと、アンテナと、誘電体窓と、ガス供給部と、電力供給部と、電子発生部と、制御装置とを備える。チャンバには、基板が載置されるステージが収容される。アンテナは、チャンバの外部に設けられている。誘電体窓は、チャンバとアンテナとの間に設けられている。ガス供給部は、チャンバ内に処理ガスを供給する。電力供給部は、アンテナに高周波電力を供給することにより、誘電体窓を介してチャンバ内に高周波を供給し、チャンバ内の処理ガスをプラズマ化する。電子発生部は、チャンバ内に供給された処理ガスを励起することにより、チャンバ内に電子を発生させる。制御装置は、電子発生部による処理ガスの励起が開始されるのと同時、または、電子発生部による処理ガスの励起が開始された後に、アンテナに高周波電力を供給するように電力供給部を制御する。
　本開示の種々の側面および実施形態によれば、ＩＣＰモードのプラズマをより高速に着火することができる。
図１は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。 図２は、比較例において、アンテナに供給される電力と反射電力の変化の一例を示す図である。 図３は、様々な放電現象における電子密度の一例を示す図である。 図４は、成膜処理の一例を示すフローチャートである。 図５は、本開示の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。 図６は、本開示の第３の実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。 図７は、直流電圧の印加方法の他の例を示す図である。
　以下に、開示するプラズマ処理装置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、開示されるプラズマ処理装置が限定されるものではない。
　ＩＣＰを用いるプラズマ処理装置においてＩＣＰが着火する過程では、まずＣＣＰモードでプラズマが生成される。そして、ＣＣＰモードによって生成されたプラズマ中の電子が、アンテナによってチャンバ内に形成された誘導磁場により補足されると、プラズマがＩＣＰモードに移行する。
　プラズマがＩＣＰモードに移行するためには、ＣＣＰモードのプラズマにおいて十分な量の電子が生成される必要がある。そのため、プラズマ処理装置では、ＩＣＰモードだけでなく、ＣＣＰモードにおいても高周波電源とアンテナとのマッチングをとる必要がある。
　高周波電源とアンテナとのマッチングでは、例えば高周波電源からアンテナに供給された電力に対する反射波の大きさが小さくなるように、可変容量コンデンサの容量を逐次変更する処理が必要となる。そのため、高周波電源とアンテナとのマッチングには、ある程度の時間がかかる。ＩＣＰモードだけでなくＣＣＰモードにおいても高周波電源とアンテナとのマッチングが必要になると、ＩＣＰモードでのプラズマの着火に時間がかかる。そのため、ＰＥ－ＡＬＤ（Plasma　Enhanced－Atomic　Layer　Deposition）のように、短時間のプラズマ処理を繰り返す処理では、ＩＣＰモードのプラズマを用いることが難しい。
　そこで、本開示は、ＩＣＰモードのプラズマをより高速に着火することができる技術を提供する。
（第１の実施形態）
［プラズマ処理装置１の構成］
　図１は、本開示の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置１の一例を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１は、ＰＥ－ＡＬＤにより、基板の一例であるウエハＷ上に所望の膜（例えばシリコン窒化膜）を成膜する。プラズマ処理装置１は、プラズマ源としてＩＣＰを用いる。
　プラズマ処理装置１は、本体１０および制御装置１００を備える。本体１０は、有底で上部が開口したチャンバ１２を有する。チャンバ１２の上部は、誘電体窓１４によって塞がれている。チャンバ１２は、例えばアルミニウム等の金属により構成されており、内壁には、例えば表面に耐プラズマ性の材料からなる溶射被膜が形成されている。チャンバ１２は、接地されている。
　誘電体窓１４は、第１の誘電体窓１４０および第２の誘電体窓１４１を有する。第１の誘電体窓１４０と第２の誘電体窓１４１との間には、例えばアルミニウム等の金属で構成されたファラデーシールド５０が設けられている。ファラデーシールド５０とチャンバ１２の側壁との間には、絶縁体で構成された絶縁部材５１が配置されており、ファラデーシールド５０とチャンバ１２とは電気的に絶縁されている。ファラデーシールド５０には、直流電圧供給部２０が接続されている。直流電圧供給部２０は、スイッチ２１および直流電源２２を有する。
　制御装置１００は、チャンバ１２内にガスが供給された後、スイッチ２１を制御してファラデーシールド５０に直流電源２２からの直流電圧を供給する。これにより、ファラデーシールド５０を介してチャンバ１２内のガスに直流電圧が印加され、チャンバ１２内に直流放電が発生する。直流放電により、チャンバ１２内に電子が発生する。直流放電は、ファラデーシールド５０を介してチャンバ１２内のガスに直流電圧が印加されてから例えば数十～数百μ秒程度で発生する。直流電圧供給部２０は、電子発生部の一例である。なお、本実施形態において、直流電源２２は、負の直流電圧を、スイッチ２１を介してファラデーシールド５０に印加するが、他の例として、直流電源２２は、正の直流電圧を、スイッチ２１を介してファラデーシールド５０に印加してもよい。
　チャンバ１２内には、ウエハＷが載置されるステージ３０が収容されている。ステージ３０は、基台３１および静電チャック３２を有する。基台３１は、例えばアルミニウム等の導電性の金属で形成されており、チャンバ１２の底部に支持されている。基台３１は、チャンバ１２の底部を介して接地されている。
　静電チャック３２は、基台３１上に設けられている。静電チャック３２は、絶縁体で構成され、電極３２０が内蔵されている。電極３２０には、スイッチ３４を介して直流電源３５が接続されている。電極３２０は、スイッチ３４を介して直流電源３５から印加された直流電圧によって静電チャック３２の表面にクーロン力を発生させ、クーロン力によりウエハＷを静電チャック３２の上面に吸着保持する。
　なお、静電チャック３２の内部には図示しないヒータが内蔵されている。ヒータには図示しない交流電源から交流電圧が印加される。静電チャック３２およびヒータへの電源供給は、制御装置１００によって制御される。また、静電チャック３２の上面であって、静電チャック３２に吸着保持されたウエハＷの外周の位置には、図示しないエッジリングが設けられている。エッジリングは、例えば単結晶シリコン等で形成されている。エッジリングは、フォーカスリングと呼ばれることもある。
　基台３１の内部には、冷媒が流れる流路３１０が形成されている。流路３１０には、配管３３ａおよび配管３３ｂを介して図示しないチラーユニットから温度制御された冷媒が循環供給される。流路３１０内を循環する冷媒による冷却と静電チャック３２内のヒータによる加熱とによって静電チャック３２上のウエハＷの温度が所望の温度に調整される。
　チャンバ１２の側壁には、チャンバ１２内にガスを供給するための供給口１８が設けられている。供給口１８には、配管６１を介してガス供給部６０が接続されている。ガス供給部６０は、ガス供給源６２ａ～６２ｃ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６３ａ～６３ｃ、およびバルブ６４ａ～６４ｃを有する。ＭＦＣ６３ａ～６３ｃおよびバルブ６４ａ～６４ｃは、制御装置１００によって制御される。
　ガス供給源６２ａは、前駆体ガスの供給源である。ガス供給源６２ｂは、反応ガスの供給源である。ガス供給源６２ｃは、不活性ガスの供給源である。本実施形態において、前駆体ガスは例えばＤＣＳ（DiChloroSilane）のガスであり、反応ガスは例えばアンモニアまたは窒素のガスであり、不活性ガスは例えばアルゴンのガスである。反応ガスは、処理ガスの一例である。
　ＭＦＣ６３ａは、ガス供給源６２ａから供給された前駆体ガスの流量を制御し、流量が制御された前駆体ガスを、バルブ６４ａおよび配管６１を介してチャンバ１２内に供給する。ＭＦＣ６３ｂは、ガス供給源６２ｂから供給された反応ガスの流量を制御し、流量が制御された反応ガスを、バルブ６４ｂおよび配管６１を介してチャンバ１２内に供給する。ＭＦＣ６３ｃは、ガス供給源６２ｃから供給された不活性ガスの流量を制御し、流量が制御された不活性ガスを、バルブ６４ｃおよび配管６１を介してチャンバ１２内に供給する。
　チャンバ１２の底部には、排気管１５を介して排気装置１６が接続されている。排気装置１６は、図示しない真空ポンプを有しており、チャンバ１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、チャンバ１２の側壁には、ウエハＷを搬入および搬出するための開口部１７が形成されており、開口部１７は、ゲートバルブＧによって開閉される。
　誘電体窓１４の上方には、アンテナ４０が配置されている。アンテナ４０は、銅等の導電性の材料で構成された導線４１を有する。本実施形態において、導線４１は、絶縁体で構成されたホルダ４２によって、平面コイル状の形状となるように保持されている。アンテナ４０は、絶縁体で構成されたスペーサ４３によって誘電体窓１４から離間して配置されている。
　導線４１の一端には、整合器４４を介して高周波電源４５が接続されている。導線４１の他端は接地されている。高周波電源４５は、プラズマ生成用の高周波電力、例えば２７ＭＨｚの周波数の高周波電力を、整合器４４を介してアンテナ４０に供給する。高周波電源４５からアンテナ４０に供給される高周波電力の周波数および大きさは、制御装置１００によって制御される。整合器４４は、高周波電源４５の出力インピーダンスと負荷（アンテナ４０）側の入力インピーダンスとを整合させる。また、整合器４４は、高周波電源４５からアンテナ４０に供給された高周波電力に対する反射電力の大きさを示す情報を制御装置１００へ出力する。整合器４４は、制御装置１００によって制御される。高周波電源４５は、電力供給部の一例である。
　アンテナ４０は、高周波電源４５から供給された高周波電力によって誘電体窓１４を介してチャンバ１２内に高周波の磁界を発生させる。チャンバ１２内に発生した高周波の磁界によってチャンバ１２内に高周波の誘導電界が発生する。チャンバ１２内に発生した誘導電界により、チャンバ１２内に供給された処理ガスが励起され、チャンバ１２内に処理ガスのプラズマが生成される。そして、プラズマに含まれるイオンや活性種によって、静電チャック３２上のウエハＷに対して、成膜等の処理が施される。
　なお、本実施形態のアンテナ４０は、ループアンテナであるが、他の形態として、アンテナ４０は、共振アンテナやダイポールアンテナ等であってもよい。また、本実施形態において、誘電体窓１４上には１つのアンテナ４０が設けられるが、他の形態として、誘電体窓１４上には複数のアンテナ４０が設けられてもよい。また、アンテナ４０は、チャンバ１２の周囲に配置されてもよい。
　制御装置１００は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリには、プロセッサによって実行されるプログラム、および、各処理の条件等を含むレシピが格納されている。プロセッサは、メモリから読み出したプログラムを実行し、メモリ内に記憶されたレシピに基づいて、入出力インターフェイスを介して、本体１０の各部を制御する。
［プラズマのモード遷移］
　図１に例示されたプラズマ処理装置１では、ＩＣＰを用いてプラズマ処理が行われる。本実施形態において、ＩＣＰモードのプラズマが着火する過程では、ファラデーシールド５０を介して反応ガスに直流電圧が印加される。ここで、比較例として、ＩＣＰモードのプラズマが着火する過程でファラデーシールド５０を介して反応ガスに直流電圧が印加されない場合、即ちファラデーシールド５０が接地されている場合のプラズマのモード遷移について説明する。図２は、比較例において、アンテナ４０に供給される電力と反射電力の変化の一例を示す図である。
　比較例において、例えば図２に示されるように、チャンバ１２内では、まずＣＣＰモードでプラズマが生成される。ＣＣＰモードでは、制御装置１００は、アンテナ４０に供給される電力を徐々に増加させながら、反射電力が小さくなるように整合器４４および高周波電源４５を制御する。
　そして、アンテナ４０から十分な電力が供給され、反射電力が予め定められた値以下になったタイミングｔ1において、ＣＣＰモードでプラズマが着火する。ＣＣＰモードでプラズマが着火すると、チャンバ１２内に十分な量の電子が発生する。ＣＣＰモードのプラズマによって生成された電子が、アンテナ４０によってチャンバ内に形成された誘導磁場により補足されると、プラズマのモードがＣＣＰモードからＩＣＰモードへ遷移する。図２の例では、アンテナ４０に高周波電力が供給されてからプラズマのモードがＩＣＰモードへ遷移するまでの時間Ｔ1は、例えば数十ミリ秒程度である。
　ＣＣＰモードにおけるプラズマと、ＩＣＰモードにおけるプラズマとは、インピーダンスが異なるため、プラズマがＩＣＰモードに遷移した後、反射電力が再び増加する。制御装置１００は、ＩＣＰモードにおいて反射電力が小さくなるように整合器４４を制御する。そして、反射電力が再び予め定められた値以下になったタイミングｔ2において、ＩＣＰモードにおいてプラズマが着火する。その後、制御装置１００は、アンテナ４０に供給される電力を調整し、タイミングｔ3においてアンテナ４０に供給される電力が設定電力Ｐ0となる。
　ここで、比較例では、ＩＣＰモードのプラズマを生成する場合でも、ＣＣＰモードのプラズマを生成する必要がある。そのため、ＣＣＰモードのプラズマと高周波電源４５との間のインピーダンスの整合をとる必要がある。整合器４４によるインピーダンスの調整にはある程度の時間がかかるため、ＩＣＰモードのプラズマの着火までに要する時間が長くなってしまう。ＰＥ－ＡＬＤにおいて、ＡＬＤの１サイクルにおけるプラズマ処理の時間は、数十ミリ秒程度と短い。そのため、ＣＣＰモードのプラズマが着火するまでに要する時間Ｔ1が例えば数十ミリ秒程度であると、比較例において、ＰＥ－ＡＬＤのプラズマ源としてＩＣＰを用いることは難しい。
　そこで、本実施形態では、チャンバ１２内に高周波プラズマが生成される前に、チャンバ１２内に十分な量の電子を発生させる。これにより、ＣＣＰモードの期間をなくすことができ、ＩＣＰモードのプラズマを短時間で着火させることができる。
　本実施形態では、チャンバ１２内に反応ガスが供給された後、スイッチ２１を介してファラデーシールド５０に直流電源２２からの直流電圧を供給することにより、チャンバ１２内に直流放電を発生させる。これにより、チャンバ１２内に十分な量の電子が迅速に発生し、ＣＣＰモードを経ずにＩＣＰモードのプラズマを容易に着火させることができる。なお、ファラデーシールド５０への直流電圧の供給は、アンテナ４０への高周波電力の供給の前であってもよく、アンテナ４０への高周波電力の供給と同時であってもよい。
　図３は、様々な放電現象における電子密度の一例を示す図である。例えば図３に示されるように、ＣＣＰモードのプラズマの電子密度は、最大約１０11［cm-3］程度であり、ＩＣＰモードのプラズマの電子密度は、最大約１０12［cm-3］程度である。そのため、プラズマのモードがＣＣＰモードからＩＣＰモードに遷移するためには、ＣＣＰモードにおいて高い電力を供給し、高い電子密度のプラズマを生成する必要がある。
　これに対し、グロー放電やアーク放電等の直流放電の電子密度は、ＩＣＰモードのプラズマの電子密度よりも高い。そのため、高周波プラズマの生成を開始する前に、直流放電を発生させれば、ＩＣＰモードのプラズマと同等以上の電子密度が実現され、迅速にＩＣＰモードのプラズマの着火が可能となる。なお、アーク放電は、ウエハＷやチャンバ１２内の部品等にダメージを与えるため、好ましくない。そのため、高周波プラズマの生成を開始する前に行われる直流放電は、グロー放電であることが好ましい。
　また、プラズマ処理装置１は、ＩＣＰモードのプラズマを生成するように設計されており、接地されたファラデーシールド５０によってＣＣＰモードでのプラズマの生成が抑制される。そのため、チャンバ１２内では、ＣＣＰモードのプラズマの着火が難しい。そのため、ＣＣＰモードでプラズマが着火するためには、ＩＣＰモードにおいて供給される電力よりも大きな電力をアンテナ４０に供給する必要がある。成膜処理のように、エッチング処理よりも圧力が高い処理では、着火に必要な電力がさらに大きくなる。そのため、消費電力や部品の発熱が大きくなってしまう。
　これに対し、本実施形態では、チャンバ１２内で高周波プラズマの生成を開始する前にチャンバ１２内に十分な量の電子を発生させるため、ＣＣＰモードの期間がなくなる。そのため、ＣＣＰモードのプラズマを着火させるために大きな電力を供給する必要がない。これにより、消費電力や部品の発熱を低減することができる。
　また、比較例では、ＩＣＰモードのプラズマを生成する場合でも、ＣＣＰモードでのプラズマを生成する必要があり、ＣＣＰモードのプラズマと高周波電源４５との間のインピーダンスの整合をとる必要がある。ＩＣＰモードのプラズマとＣＣＰモードのプラズマとは、インピーダンスが異なるため、整合器４４には広い整合範囲が必要となる。これにより、整合器４４の回路規模が大きくなり、装置が大型化する。
　これに対し、本実施形態では、チャンバ１２内で高周波プラズマの生成を開始する前にチャンバ１２内に十分な量の電子を発生させるため、ＣＣＰモードの期間がなくなる。これにより、ＣＣＰモードのプラズマと高周波電源４５との間のインピーダンスの整合をとる必要がない。これにより、整合器４４の回路規模を小さくすることができ、装置を小型化することができる。
［成膜処理］
　図４は、成膜処理の一例を示すフローチャートである。図４に例示される成膜処理は、主に制御装置１００の制御に従って本体１０が動作することにより実現される。
　まず、ウエハＷがチャンバ１２内に搬入される（Ｓ１０）。ステップＳ１０では、ゲートバルブＧが開けられ、図示しない搬送アームによってウエハＷがチャンバ１２内に搬入され、静電チャック３２上に載置される。そして、ゲートバルブＧが閉じられる。そして、スイッチ３４を介して直流電源３５から電極３２０に直流電圧が供給され、ウエハＷが静電チャック３２の上面に吸着保持される。
　次に、チャンバ１２内の圧力が調整される（Ｓ１１）。ステップＳ１１では、排気装置１６によりチャンバ１２内のガスが排気される。そして、バルブ６４ｃが開かれ、ＭＦＣ６３ｃによって流量が調整された不活性ガスがチャンバ１２内に供給される。制御装置１００は、チャンバ１２と排気装置１６との間に設けられた図示しないＡＰＣ（Auto　Pressure　Control）バルブの開度を調整することにより、チャンバ１２内の圧力を調整する。そして、バルブ６４ｃが閉じられる。
　次に、ＰＥ－ＡＬＤのサイクル（ステップＳ１２～Ｓ１６）が実行される。ＰＥ－ＡＬＤのサイクルでは、まず、吸着工程が実行される（Ｓ１２）。ステップＳ１２では、バルブ６４ａが開かれ、ＭＦＣ６３ａによって流量が調整された前駆体ガスがチャンバ１２内に供給される。これにより、ウエハＷの表面に前駆体ガスの分子が吸着する。そして、バルブ６４ａが閉じられる。
　次に、第１のパージ工程が実行される（Ｓ１３）。ステップＳ１３では、バルブ６４ｃが開かれ、ＭＦＣ６３ｃによって流量が調整された不活性ガスがチャンバ１２内に供給される。これにより、ウエハＷの表面に過剰に吸着した前駆体ガスの分子が除去される。
　次に、反応工程が実行される（Ｓ１４）。ステップＳ１４では、ステップＳ２０～Ｓ２６の処理が実行される。反応工程では、まず、反応ガスがチャンバ１２内に供給される（Ｓ２０）。ステップＳ２０では、バルブ６４ｂが開かれ、ＭＦＣ６３ｂによって流量が調整された反応ガスと、ＭＦＣ６３ｃによって流量が調整された不活性ガスとがチャンバ１２内に供給される。
　次に、直流電圧の印加が開始される（Ｓ２１）。ステップＳ２１では、制御装置１００は、ファラデーシールド５０と直流電源２２とが接続されるようにスイッチ２１を制御することにより、直流電源２２からの直流電圧がファラデーシールド５０に印加される。そして、ファラデーシールド５０を介して反応ガスに直流電圧が印加され、チャンバ１２内において直流放電が発生する。直流放電が発生することにより、チャンバ１２内に電子が発生する。直流放電は、ファラデーシールド５０を介して反応ガスに直流電圧が印加されてから例えば数十～数百μ秒程度で発生する。そのため、ファラデーシールド５０を介して反応ガスに直流電圧が印加されてから例えば数十～数百μ秒程度で、プラズマのモードがＣＣＰモードからＩＣＰモードへ遷移するのに必要な量の電子をチャンバ１２内に発生させることができる。
　次に、高周波電源４５からアンテナ４０に高周波電力の供給が開始される（Ｓ２２）。そして、制御装置１００は、整合器４４から出力される反射電力の大きさを参照し、高周波電源４５からアンテナ４０に供給される高周波電力の大きさを徐々に大きくしながら、反射電力が小さくなるように整合器４４を制御する。ステップＳ２１における直流放電により、十分な量の電子がチャンバ１２内に迅速に発生するため、チャンバ１２内では、ＩＣＰモードのプラズマが迅速に発生する。なお、図４の例では、ステップＳ２１が実行された後にステップＳ２２が実行されるが、他の例として、ステップＳ２１とステップＳ２２とは同時に実行されてもよい。
　次に、制御装置１００は、プラズマが着火したか否かを判定する（Ｓ２３）。ステップＳ２３では、制御装置１００は、整合器４４から出力される反射電力の大きさが予め定められた閾値以下になったか否かを判定することにより、プラズマが着火したか否かを判定する。プラズマが着火していない場合（Ｓ２３：Ｎｏ）、制御装置１００は、再びステップＳ２３に示した処理を実行する。
　一方、プラズマが着火した場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、直流電圧の印加が停止される（Ｓ２４）。ステップＳ２４では、制御装置１００は、ファラデーシールド５０が接地されるようにスイッチ２１を制御することにより、ファラデーシールド５０への直流電圧の印加を停止する。これにより、チャンバ１２内において、直流放電が停止する。ステップＳ２３において着火したプラズマは、ＩＣＰモードのプラズマである。ＩＣＰモードのプラズマにより、ウエハＷの表面に吸着した前駆体ガスの分子とプラズマに含まれる活性種とが反応し、ウエハＷの表面に目的の膜が形成される。
　次に、制御装置１００は、ステップＳ１４が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２５）。所定時間は、ＰＥ－ＡＬＤにおけるプラズマ処理の時間であり、例えば数十ミリ秒である。所定時間が経過していない場合（Ｓ２５：Ｎｏ）、制御装置１００は、再びステップＳ２５に示した処理を実行する。一方、所定時間が経過した場合（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、高周波電力の供給が停止される（Ｓ２６）。そして、バルブ６４ｂが閉じられる。
　ステップＳ１４の反応工程が終了した後、第２のパージ工程が実行される（Ｓ１５）。ステップＳ１５では、ＭＦＣ６３ｃによって流量が調整された不活性ガスがチャンバ１２内に供給される。これにより、過剰に供給された活性種等がウエハＷの表面から除去される。そして、バルブ６４ｃが閉じられる。
　次に、制御装置１００は、ＰＥ－ＡＬＤが所定サイクル実行されたか否かを判定する（Ｓ１６）。ＰＥ－ＡＬＤが所定サイクル実行されていない場合（Ｓ１６：Ｎｏ）、再びステップＳ１２に示された処理が実行される。
　一方、ＰＥ－ＡＬＤが所定サイクル実行された場合（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、排気装置１６が停止され、ゲートバルブＧが開かれる。そして、図示しない搬送アームによって成膜後のウエハＷが静電チャック３２から取り出され、チャンバ１２の外部へ搬出される。そして、本フローチャートに示された成膜処理は終了する。
　以上、第１の実施形態について説明した。上記したように、本実施形態におけるプラズマ処理装置１は、チャンバ１２と、アンテナ４０と、誘電体窓１４と、ガス供給部６０と、高周波電源４５と、直流電圧供給部２０と、制御装置１００とを備える。チャンバ１２には、ウエハＷが載置されるステージ３０が収容されている。アンテナ４０は、チャンバ１２の外部に設けられている。誘電体窓１４は、チャンバ１２とアンテナ４０との間に設けられている。ガス供給部６０は、チャンバ１２内に反応ガスを供給する。高周波電源４５は、アンテナ４０に高周波電力を供給することにより、誘電体窓１４を介してチャンバ１２内に高周波を供給し、チャンバ１２内の反応ガスをプラズマ化する。直流電圧供給部２０は、チャンバ１２内に供給された反応ガスを励起することにより、チャンバ１２内に電子を発生させる。制御装置１００は、直流電圧供給部２０による反応ガスの励起が開始されるのと同時、または、直流電圧供給部２０による反応ガスの励起が開始された後に、アンテナ４０に高周波電力を供給するように高周波電源４５を制御する。これにより、ＩＣＰモードのプラズマをより高速に着火することができる。
　また、上記した第１の実施形態において、直流電圧供給部２０は、チャンバ１２内に供給された反応ガスに直流電圧を印加することにより直流放電を発生させ、チャンバ１２内に電子を発生させる。これにより、チャンバ１２内に迅速に電子を発生させることができる。
　また、上記した第１の実施形態において、誘電体窓１４には、第１の誘電体窓１４０と第２の誘電体窓１４１とが含まれており、第１の誘電体窓１４０と第２の誘電体窓１４１との間には、ファラデーシールド５０が設けられている。直流電圧供給部２０は、ファラデーシールド５０に直流電圧を印加することにより、チャンバ１２内に直流放電を発生させる。これにより、チャンバ１２内に容易に直流放電を発生させることができる。
（第２の実施形態）
　上記した第１の実施形態では、ファラデーシールド５０を介して反応ガスに直流電圧が印加されることにより、反応ガスが供給されたチャンバ１２内で直流放電を発生させた。これに対し、本実施形態では、基台３１を介して反応ガスに直流電圧が印加される点が第１の実施形態とは異なる。以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
　図５は、本開示の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置１の一例を示す概略断面図である。なお、以下に説明する点を除き、図５において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一または同様の機能を有するため説明を省略する。
　本実施形態において、基台３１は、絶縁体で構成された支持部材３９を介してチャンバ１２の底部に支持されている。基台３１とチャンバ１２とは、支持部材３９によって電気的に絶縁されている。
　また、基台３１には、直流電圧供給部２０が接続されている。制御装置１００は、チャンバ１２内にガスが供給された後、スイッチ２１を制御して基台３１に直流電源２２からの直流電圧を供給する。これにより、チャンバ１２内に直流放電が発生し、チャンバ１２内に電子が発生する。
　このような構成においても、直流放電により、チャンバ１２内に電子を発生させることができ、ＩＣＰモードのプラズマをより高速に着火することができる。
（第３の実施形態）
　上記した第１の実施形態では、ファラデーシールド５０を介して反応ガスに直流電圧が印加されることにより、反応ガスが供給されたチャンバ１２内で直流放電を発生させた。これに対し、本実施形態では、直流電圧が高周波電力に重畳されることにより、アンテナ４０を介して反応ガスに直流電圧が印加される点が第１の実施形態とは異なる。以下では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
　図６は、本開示の第３の実施形態におけるプラズマ処理装置１の一例を示す概略断面図である。なお、以下に説明する点を除き、図６において、図１と同じ符号を付した構成は、図１における構成と同一または同様の機能を有するため説明を省略する。
　本実施形態において、整合器４４には、直流電圧供給部２０が接続されている。制御装置１００は、チャンバ１２内で直流放電を発生させる際に、整合器４４と直流電源２２とが接続されるようにスイッチ２１を制御する。そして、制御装置１００は、スイッチ２１を介して直流電源２２から供給される直流電圧を、高周波電源４５から供給される高周波電力に重畳させてアンテナ４０に供給する。高周波電力に重畳されてアンテナ４０に供給された直流電圧により、反応ガスが供給されたチャンバ１２内に直流放電が発生し、チャンバ１２内に電子が発生する。
　このような構成においても、直流放電により、チャンバ１２内に電子を発生させることができ、ＩＣＰモードのプラズマをより高速に着火することができる。
［その他］
　なお、開示の技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
　例えば、上記した各実施形態では、反応工程において、プラズマが着火するまで直流電圧供給部２０からの直流電圧が反応ガスに継続的に印加されるが、開示の技術はこれに限られない。例えば、直流電圧供給部２０からの直流電圧は、断続的に反応ガスに印加されてもよい。即ち、制御装置１００は、チャンバ１２内の反応ガスがプラズマ化されるまで、予め定められた時間毎に反応ガスに繰り返し直流電圧が印加されるように直流電圧供給部２０を制御してもよい。
　また、この時、制御装置１００は、例えば図７に示されるように、反応ガスに印加される直流電圧を、低い電圧から高い電圧へと徐々に変化させてもよい。即ち、制御装置１００は、チャンバ１２内の反応ガスがプラズマ化されるまで、予め定められた時間毎に反応ガスに印加される直流電圧の大きさが徐々に大きくなるように直流電圧供給部２０を制御してもよい。この場合、直流電源２２には、可変直流電圧源が用いられる。
　図７は、直流電圧の印加方法の他の例を示す図である。図７の例では、反応ガスに印加される直流電圧は、前回プラズマが着火した際の直流電圧Ｖpから予め定められた電圧ΔＶ分低い電圧Ｖ0からＶ1、Ｖ2、・・・と徐々に大きくなっている。図７の例では、タイミングｔaにおいてプラズマが着火している。これにより、チャンバ１２のコンディションに合わせて、より低い電圧でＩＣＰモードのプラズマを着火させることができる。従って、直流電圧供給部２０によって消費される電力を削減することができる。
　ここで、成膜の過程では、チャンバ１２の内壁やチャンバ１２内の部品に反応副生成物（いわゆるデポ）が堆積する場合がある。そのため、ＰＥ－ＡＬＤのサイクルが繰り返されると、チャンバ１２内の状態が徐々に変化し、ＩＣＰモードのプラズマが着火するための直流電圧の大きさが変化する場合がある。図７の例では、反応ガスに印加される直流電圧は、前回プラズマが着火した際の直流電圧Ｖpから予め定められた電圧ΔＶ分低い電圧Ｖ0から徐々に大きくなっている。これにより、より低い電圧でＩＣＰモードのプラズマを着火させることができると共に、ＩＣＰモードのプラズマが着火するまでの時間が長くなることを抑制することができる。
　なお、直流電圧が反応ガスに継続的に印加される第１～第３の実施形態においても、前回プラズマが着火した際の直流電圧Ｖpから予め定められた電圧ΔＶ分低い電圧Ｖ0から徐々に大きくしてもよい。
　また、上記した各実施形態では、反応ガスを励起することにより、電子を発生させるための電子発生部の一例をして、直流電圧供給部２０が用いられたが、開示の技術はこれに限られない。電子発生部は、例えば、反応ガスにＵＶ（UltraViolet）光を照射することにより、反応ガスを励起し、電子を発生させるような構成のものであってもよい。
　また、上記した各実施形態では、ＰＥ－ＡＬＤによりウエハＷに所定の膜を成膜するプラズマ処理装置１を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。ＩＣＰを用いて成膜を行う装置であれば、プラズマＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）により成膜を行う装置に対しても開示の技術を適用することができる。また、ＩＣＰを用いて処理を行う装置であれば、エッチング装置や洗浄装置等に対しても開示の技術を適用することができる。
　なお、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、添付の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。
Ｇ　ゲートバルブ
Ｗ　ウエハ
１　プラズマ処理装置
１０　本体
１２　チャンバ
１４　誘電体窓
１４０　第１の誘電体窓
１４１　第２の誘電体窓
１５　排気管
１６　排気装置
１７　開口部
１８　供給口
２０　直流電圧供給部
２１　スイッチ
２２　直流電源
３０　ステージ
３１　基台
３１０　流路
３２　静電チャック
３２０　電極
３３　配管
３４　スイッチ
３５　直流電源
３９　支持部材
４０　アンテナ
４１　導線
４２　ホルダ
４３　スペーサ
４４　整合器
４５　高周波電源
５０　ファラデーシールド
５１　絶縁部材
６０　ガス供給部
６１　配管
６２　ガス供給源
６３　ＭＦＣ
６４　バルブ
１００　制御装置

Claims (9)

  1. 　基板が載置されるステージを収容するチャンバと、
    　前記チャンバの外部に設けられたアンテナと、
    　前記チャンバと前記アンテナとの間に設けられた誘電体窓と、
    　前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    　前記アンテナに高周波電力を供給することにより、前記誘電体窓を介して前記チャンバ内に高周波を供給し、前記チャンバ内の前記処理ガスをプラズマ化する電力供給部と、
    　前記チャンバ内に供給された前記処理ガスを励起することにより、前記チャンバ内に電子を発生させる電子発生部と、
    　前記電子発生部による前記処理ガスの励起が開始されるのと同時、または、前記励起が開始された後に、前記アンテナに高周波電力を供給するように前記電力供給部を制御する制御装置と
    を備えるプラズマ処理装置。
  2. 　前記電力供給部は、
    　前記アンテナから、前記処理ガスが供給された前記チャンバ内に高周波電力を供給することにより、前記チャンバ内に誘導結合によるプラズマを発生させる請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記電子発生部は、
    　前記チャンバ内に供給された前記処理ガスに直流電圧を印加することにより直流放電を発生させ、前記チャンバ内に電子を発生させる請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記誘電体窓には、第１の誘電体窓と第２の誘電体窓とが含まれ、
    　前記第１の誘電体窓と前記第２の誘電体窓との間には、ファラデーシールドが設けられており、
    　前記電子発生部は、
    　前記ファラデーシールドに前記直流電圧を印加することにより、前記チャンバ内に直流放電を発生させる請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 　前記電子発生部は、
    　前記ステージに前記直流電圧を印加することにより、前記チャンバ内に直流放電を発生させる請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記電子発生部は、
    　前記アンテナに供給される前記高周波電力に前記直流電圧を重畳させることにより、前記チャンバ内に直流放電を発生させる請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記制御装置は、
    　前記チャンバ内の前記処理ガスがプラズマ化されるまで、予め定められた時間毎に前記処理ガスに繰り返し直流電圧が印加されるように前記電子発生部を制御する請求項３から６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記制御装置は、
    　前記チャンバ内の前記処理ガスがプラズマ化されるまで、予め定められた時間毎に前記処理ガスに印加される直流電圧の大きさが徐々に大きくなるように前記電子発生部を制御する請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記制御装置は、
    　前記チャンバ内の前記処理ガスが前回プラズマ化された際の直流電圧の大きさよりも予め定められた電圧分低い電圧から直流電圧の大きさが徐々に大きくなるように前記電子発生部を制御する請求項８に記載のプラズマ処理装置。
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