JP7079686B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

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Description

本開示は、成膜方法及び成膜装置に関する。
特許文献１には、プラズマエンハンスト原子層堆積法（ＰＥＡＬＤ）によって基板上に酸化膜を生成する方法が開示されている。この成膜方法では、以下のステップ（ｉ）とステップ（ｉｉ）とからなるサイクルを反復してシリコン酸化膜等の酸化膜をＰＥＡＬＤにより生成する。上記ステップ（ｉ）は、例えば前駆体を基板に吸着させるために、基板が配置される反応空間に上記前駆体を供給し、続いて吸着されていない前駆体を基板から取り除くためにパージするステップを含む。上記ステップ（ｉｉ）は、吸着された前駆体を、酸素等のプラズマに晒し、当該前駆体に表面反応を引き起こさせ、続いて反応していない成分を基板から取り除くためにパージするステップを含む。
特開２０１５－６１０７５号公報
本開示にかかる技術は、ＰＥＡＬＤにより成膜する際の生産性を向上させる。
本開示の一態様は、容量結合型プラズマ処理装置内の載置台に基板を配置する工程と、ＰＥＡＬＤにより前記基板に所定の膜を成膜する工程と、前記基板をエッチングする工程と、を備え、前記成膜する工程は、前駆体を前記基板に吸着させる吸着工程と、改質ガスからプラズマを生成すると共に、前記基板に吸着された前駆体を、前記プラズマに含まれるラジカルにより改質する改質工程と、を有し、前記容量結合型のプラズマ処理装置内で前記成膜する工程後に前記載置台にバイアス電力を供給して前記エッチングする工程が行われ、前記改質工程において、前記改質ガスからプラズマを生成するために、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を供給する、基板の処理方法である。
本開示によれば、ＰＥＡＬＤにより成膜する際の生産性を向上させることができる。
第１の実施形態にかかる成膜装置としてのプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１のプラズマ処理装置におけるウェハＷの処理を説明するためのフローチャートである。 本発明者らが行った試験におけるテストピースの貼り付け位置を説明する図である。 確認試験１の結果を示す図である。 確認試験２の結果を示す図である。
先ず、特許文献１に記載されている従来の成膜方法について説明する。
半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハ等の被処理基板（以下、「基板」という。）に対して成膜処理等の処理が行われる。成膜方法としては、例えばＡＬＤがあり、成膜装置では、所定のサイクルを繰り返すことで、原子層を一層ずつ堆積し、所望の膜を基板上に形成する。
特許文献１の、ＰＥＡＬＤによって基板上に酸化膜を生成する方法では、前述のように、以下のステップ（ｉ）とステップ（ｉｉ）とからなるサイクルを反復する。上記ステップ（ｉ）は、前駆体を基板に吸着させるために上記前駆体を反応空間に供給し、続いて吸着されていない前駆体を基板から取り除くためにパージする。上記ステップ（ｉｉ）は、吸着された前駆体をプラズマに晒し、当該前駆体に表面反応を引き起こさせ、続いて反応していない成分を基板から取り除くためにパージする。
ところで、成膜の際、前駆体に表面反応を引き起こさせるプラズマに含まれるラジカル（酸素ラジカル等）を、基板周辺に過剰に供給しても、成膜に悪影響はない。所定量を超える分のラジカルについては、単に、前駆体からなる吸着層の改質（反応）に寄与しないだけである。したがって、成膜の際は、基板表面全体の前駆体がラジカルと反応し改質されるよう当該基板の周辺に十分な量のラジカルを供給することで、膜厚の均一性等の成膜の安定性を確保することができる。
基板表面における改質に寄与しないラジカルは、基板が収容される処理容器の内壁等といった、基板とは異なる箇所に到達する。その結果、到達した部分に前駆体等が存在するとその前駆体と反応して不要な反応生成物等（以下、「デポ」という。）を生成する。プラズマ等を用いたドライクリーニングにより、生成されたデポを除去することができる。しかし、酸素（Ｏ）ラジカル等のラジカルは寿命が長く、基板と反応しないラジカルは、ドライクリーニングでは除去しにくい場所（例えば、基板から数１０ｃｍ～数ｍ離れた、処理容器より排気方向下流側の部分）にデポを生成することがある。
デポを除去する方法は、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス等を使用したドライクリーニングや、リモートプラズマを使用したクリーニングを含む。しかし、処理容器より排気方向下流側の部分などプラズマが生成される領域から遠い場所に生成されたデポを除去するには長時間を要する。また、これらのクリーニングが技術的に困難である場合は、デポが付着した部分を取り外して薬液等により洗浄する方法が採られることもある。しかし、この方法もデポの除去に長時間を要する。
また、上述のようなデポを除去する方法以外に、温度のみを制御してデポの付着を抑制する方法がある。例えば、一般的にデポは低温部に付着しやすいため、デポの付着を抑制する部分を成膜対象の基板より高温にする方法がある。例えば、基板を２０℃、装置内壁を６０℃にすると、装置内壁に付着するデポの量を低減させることができる。しかし、ＡＬＤでの成膜は、基板の温度が高いほど反応が進む。そのため、ＡＬＤでの成膜の際、デポの付着を防止する部分を、成膜対象の基板より高温にすることが難しい場合が多い。
以下、ＰＥＡＬＤで成膜する際に、基板表面における反応に寄与しないラジカルによる反応生成物が、ドライクリーニングで除去しにくい場所に付着（生成）する量を低減させるための、本実施形態にかかる成膜装置及び成膜方法を、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態にかかる成膜装置としてのプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。なお、本実施形態ではプラズマ処理装置１は、成膜機能とエッチング機能の両方を有する容量結合型プラズマ処理装置を例に説明する。また、プラズマ処理装置１はＯラジカルを用いてＳｉＯ２膜を成膜するものとする。
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、略円筒形状の処理容器１０を有している。処理容器１０は、プラズマが内部で生成され、基板としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）Ｗを気密に収容する。本実施形態において、処理容器１０は直径３００ｍｍのウェハＷを処理するためのものである。処理容器１０は、例えばアルミニウムから構成されており、その内壁面には陽極酸化処理が施されている。この処理容器１０は保安接地されている。
処理容器１０内には、ウェハＷが載置される載置台１１が収容されている。
載置台１１は、静電チャック１２と静電チャック載置板１３を有している。静電チャック１２は、上方に載置部１２ａを有し、下方に基体部１２ｂを有する。静電チャック載置板１３は、静電チャック１２の基体部１２ｂの下方に設けられている。また、基体部１２ｂ及び静電チャック載置板１３は、導電性の材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）等の金属で構成されており、下部電極として機能する。
載置部１２ａは一対の絶縁層の間に電極が設けられた構造を有している。上記電極には、スイッチ２０を介して直流電源２１が接続されている。そして上記電極に直流電源２１から直流電圧が印加されることにより発生する静電気力によってウェハＷが載置部１２ａの載置面に吸着される。
また、基体部１２ｂの内部には、冷媒流路１４ａが形成されている。冷媒流路１４ａには、処理容器１０の外部に設けられたチラーユニット（図示せず）から冷媒入口配管１４ｂを介して冷媒が供給される。冷媒流路１４ａに供給された冷媒は、冷媒出口配管１４ｃを介してチラーユニットに戻るようになっている。このように、冷媒流路１４ａの中に冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、載置台１１及び、載置台１１に載置されたウェハＷを所定の温度に冷却することができる。
また、基体部１２ｂの冷媒流路１４ａの上方には、加熱素子であるヒータ１４ｄが設けられている。ヒータ１４ｄは、ヒータ電源２２に接続され、当該ヒータ電源２２により電圧を印加することによって、載置台１１及び、載置台１１に載置されたウェハＷを所定の温度に昇温することができる。なお、ヒータ１４ｄは、載置部１２ａに設けられていてもよい。
また、載置台１１には、ヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）をガス供給源（図示せず）からウェハＷの裏面に供給するためのガス流路１４ｅが設けられている。かかる冷熱伝達用ガスによって、載置台１１の載置面に静電チャック１２によって吸着保持されたウェハＷを、所定の温度に制御することができる。
以上のように構成された載置台１１は、処理容器１０の底部に設けられた略円筒形状の支持部材１５に固定される。支持部材１５は、例えばセラミックス等の絶縁体により構成される。
静電チャック１２の基体部１２ｂの周縁部上には、載置部１２ａの側方を囲むようにして、円環状に形成されたフォーカスリング１６が設けられていてもよい。フォーカスリング１６は、静電チャック１２と同軸となるように設けられている。このフォーカスリング１６は、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられる。なお、フォーカスリング１６は、エッチング処理等のプラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えばシリコン、又は石英から構成され得る。
載置台１１の上方には、載置台１１と対向するように、プラズマ源としてのシャワーヘッド３０が設けられている。シャワーヘッド３０は、上部電極としての機能を有し、載置台１１上のウェハＷと対向するように配置される電極板３１、及び電極板３１の上方に設けられる電極支持体３２を有している。なお、シャワーヘッド３０は、絶縁性遮蔽部材３３を介して、処理容器１０の上部に支持されている。
電極板３１は、静電チャック載置板１３と一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。電極板３１には、複数のガス噴出孔３１ａが形成されている。ガス噴出孔３１ａは、処理容器１０内において載置台１１の上方に位置する領域である処理領域Ｓに、処理ガスを供給するためのものである。なお、電極板３１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）から構成される。
電極支持体３２は、電極板３１を着脱自在に支持するものであり、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の導電性材料から構成される。電極支持体３２の内部には、ガス拡散室３２ａが形成されている。当該ガス拡散室３２ａからは、ガス噴出孔３１ａに連通する複数のガス流通孔３２ｂが形成されている。また、電極支持体３２には、ガス拡散室３２ａに処理ガスを供給するため、ガスソース群４０が、流量制御機器群４１、バルブ群４２、ガス供給管４３、ガス導入口３２ｃを介して接続されている。
ガスソース群４０は、プラズマ処理等に必要な複数種のガス供給源を有している。プラズマ処理装置１においては、ガスソース群４０から選択された一以上のガス供給源からの処理ガスが、流量制御機器群４１、バルブ群４２、ガス供給管４３、ガス導入口３２ｃを介してガス拡散室３２ａに供給される。そして、ガス拡散室３２ａに供給された処理ガスは、ガス流通孔３２ｂ、ガス噴出孔３１ａを介して、処理領域Ｓ内にシャワー状に分散されて供給される。
シャワーヘッド３０を介さずに当該処理容器１０内の処理領域Ｓに処理ガスを供給するために、処理容器１０の側壁には、ガス導入孔１０ａが形成されている。ガス導入孔１０ａの数は１つであっても２以上であってもよい。ガス導入孔１０ａには、流量制御機器群４４、バルブ群４５、ガス供給管４６を介してガスソース群４０が接続されている。
なお、処理容器１０の側壁にはさらに、ウェハＷの搬入出口１０ｂが形成され、当該搬入出口１０ｂはゲートバルブ１０ｃにより開閉可能となっている。
また、処理容器１０の側壁には、その内周面に沿ってデポシールド（以下、「シールド」という。）５０が着脱自在に設けられている。シールド５０は、処理容器１０の内壁に成膜時のデポやエッチング副生物が付着することを防止するものであり、例えばアルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成される。また、シールド５０に対向する面であって、支持部材１５の外周面には、シールド５０と同様のデポシールド（以下、「シールド」という。）５１が、着脱自在に設けられている。
処理容器１０の底部には、当該処理容器内を排気するための排気口５２が形成されている。排気口５２には例えば真空ポンプ等の排気装置５３が接続され、当該排気装置５３により処理容器１０内を減圧可能に構成されている。
さらに、処理容器１０内には、前述の処理領域Ｓと排気口５２とを接続する排気路５４を有する。排気路５４は、シールド５０の内周面を含む処理容器１０の側壁の内周面とシールド５１の外周面を含む支持部材１５の外周面とにより画成される。処理領域Ｓ内のガスは排気路５４及び排気口５２を介して処理容器１０外に排出される。
排気路５４の排気口５２側の端部すなわち排気方向下流側の端部には、平板状の排気プレート５４ａが、当該排気路５４を塞ぐように設けられている。ただし、排気プレート５４ａには貫通孔が設けられているため、排気路５４及び排気口５２を介した処理容器１０内の排気が排気プレート５４ａに妨げられることはない。排気プレート５４ａは、例えばアルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成される。
さらに、プラズマ処理装置１には、第１の高周波電源２３ａ、第２の高周波電源２３ｂが、それぞれ第１の整合器２４ａ、第２の整合器２４ｂを介して接続されている。
第１の高周波電源２３ａは、後述の制御部１００の制御の下、実効パワーが５００Ｗ未満のプラズマ発生用の高周波電力を発生しシャワーヘッド３０に供給する。本実施形態の第１の高周波電源２３ａは、電力の大きさが５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する高周波電力をシャワーヘッド３０の電極支持体３２に供給する。第１の高周波電源２３ａからの高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚである。第１の整合器２４ａは、第１の高周波電源２３ａの出力インピーダンスと負荷側（電極支持体３２側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
第２の高周波電源２３ｂは、ウェハＷにイオンを引き込むための高周波電力（高周波バイアス電力）を発生して、当該高周波バイアス電力を静電チャック載置板１３に供給する。高周波バイアス電力の周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。第２の整合器２４ｂは、第２の高周波電源２３ｂの出力インピーダンスと負荷側（静電チャック載置板１３側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
以上のプラズマ処理装置１には、制御部１００が設けられている。制御部１００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部１００にインストールされたものであってもよい。
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１におけるウェハＷの処理について図２を用いて説明する。
（ステップＳ１）
まず、図２に示すように、ウェハＷが処理容器１０内に搬送される。具体的には、処理容器１０内が排気されて、所定の圧力の真空雰囲気とされた状態でゲートバルブ１０ｃが開かれ、処理容器１０に隣接する真空雰囲気の搬送室から搬送機構によってウェハＷが載置台１１上に搬送される。載置台１１へのウェハＷの受け渡し、及び搬送機構の処理容器１０からの退出が行われると、ゲートバルブ１０ｃが閉鎖される。
（ステップＳ２）
次いで、Ｓｉを含む反応前駆体をウェハＷに形成する。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、ガス導入孔１０ａを介して、Ｓｉ原料ガスが処理容器１０内に供給される。これにより、Ｓｉを含む反応前駆体からなる吸着層をウェハＷに形成する。なお、この際、排気装置５３を動作させることにより、処理容器１０内の圧力が所定の圧力に調整される。Ｓｉ原料ガスは例えばアミノシラン系ガスである。
（ステップＳ３）
次に、処理容器１０内の空間がパージされる。具体的には、気相状態で存在するＳｉ原料ガスが処理容器１０内から排気される。排気の際、パージガスとしてＡｒ等の希ガスや窒素ガスといった不活性ガスが処理容器１０に供給されてもよい。なお、このステップＳ３は省略してもよい。
（ステップＳ４）
次に、プラズマ処理によりウェハＷ上にＳｉＯ２が形成される。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、Ｏ含有ガスがシャワーヘッド３０を介して処理容器１０内に供給される。また、第１の高周波電源２３ａから、電力の大きさが５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する高周波電力が供給される。さらに、排気装置５３を動作させることにより、処理容器１０内の空間の圧力が所定の圧力に調整される。これにより、Ｏ含有ガスからプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマに含まれるＯラジカルがウェハＷに形成されたＳｉ前駆体を改質する。具体的には、前述の前駆体がＳｉと水素の結合を含むところ、Ｏラジカルにより、上記前駆体の水素が酸素に置換され、ウェハＷ上にＳｉＯ２が形成される。Ｏ含有ガスは例えば二酸化炭素（ＣＯ２）ガスや酸素（Ｏ２）ガスである。
ＯラジカルによるウェハＷ（前駆体）の改質は、所定の時間以上に亘って行われる。上記所定の時間は、高周波電力の大きさに応じて予め定められる。
（ステップＳ５）
次いで、処理容器１０内の空間がパージされる。具体的には、Ｏ含有ガスが処理容器１０内から排気される。排気の際、パージガスとしてＡｒ等の希ガスや窒素ガスといった不活性ガスが処理容器１０に供給されてもよい。なお、このステップＳ５は省略してもよい。
上述のステップＳ２～Ｓ５のサイクルが一回以上行われることでＳｉＯ２の原子層がウェハＷの表面に積層されてＳｉＯ２膜が形成される。なお、上記サイクルの実行回数は、ＳｉＯ２膜の所望の膜厚に応じて設定される。
本実施形態では、ステップＳ４において、プラズマ生成用の高周波電力として、電力の大きさが５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する高周波電力が供給される。ステップＳ４において連続発振する高周波電力の大きさを５０Ｗ以上５００Ｗ未満とすれば、ドライクリーニングにより除去しにくい場所へのデポの付着量をＳｉＯ２の成膜性を損なわずに低減できることが本発明者らにより確認されている。なお、「ドライクリーニングにより除去しにくい場所」とは、排気プレート５４ａより排気方向下流側の部分等である。また、上述の「成膜性」とは、所定時間内に形成される膜厚及びその面内均一性である。
（ステップＳ６）
上述したステップＳ２～Ｓ５のサイクルの実行が終了すると、当該サイクルの停止条件を満たすか否か判定され、具体的には例えば、サイクルが所定回数行われたか否か判定される。
上記停止条件を満たさない場合（ＮＯの場合）、再度ステップＳ２～Ｓ５のサイクルが実行される。
（ステップＳ７）
上記停止条件を満たす場合（ＹＥＳの場合）、つまり、成膜が終了した場合、得られたＳｉＯ２膜をマスクとしたエッチング対象層のエッチング等、所望の処理が同じ処理容器１０内で行われる。なお、このステップＳ７は省略してもよい。
本例では、処理容器１０内で成膜後にエッチングが続けて行われているが、エッチング後に成膜を行ってもよいし、エッチングとエッチングとの間に成膜を行ってもよい。
（ステップＳ８）
その後、処理容器１０への搬入時とは逆の手順でウェハＷが処理容器１０から搬出されて、プラズマ処理装置１における処理が終了する。
また、所定の枚数のウェハＷに対する上述のような処理が行われた後に、プラズマ処理装置１のクリーニングが行われる。具体的には、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから、Ｆ含有ガスが処理容器１０内に供給される。また、第１の高周波電源２３ａから高周波電力が供給される。さらに、排気装置５３を動作させることにより、処理容器１０内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。これにより、Ｆ素含有ガスからプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のＦラジカルは、処理容器１０内に付着したＯラジカル起因のデポを分解し除去する。また、クリーニングの際に処理容器１０より排気方向下流側の部分にデポが付着していても、当該デポは少量であれば上記Ｆラジカルにより分解し除去される。デポは分解されて排気装置５３により排出される。
なお、上述のＦ含有ガスは、例えばＣＦ４ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス等である。クリーニングガスは、これらのＦ含有ガスを含み、必要に応じて、Ｏ２ガス等の酸素含有ガスやＡｒガスが加えられる。また、クリーニング時の処理容器１０内の圧力は百～数百ｍＴｏｒｒである。
以上、本実施形態によれば、Ｏ含有ガスのプラズマを生成して該プラズマに含まれるＯラジカルによりウェハＷの表面を改質しＳｉＯ２を形成する際、第１の高周波電源２３ａから、電力の大きさが５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する高周波電力を供給する。したがって、Ｏラジカルが前駆体でできた吸着層と反応して生成されるデポの付着量、具体的には、排気プレート５４ａより排気方向下流側の部分への付着量を、少なくすることができる。もし付着したとしてもわずかであり、簡易なドライクリーニングを用いて短時間で、付着したデポを除去することができる。よって、生産性を向上させることができる。
なお、第１の高周波電源２３ａから供給する、連続発振する高周波電力の大きさを５０Ｗ以上５００Ｗ未満とすることによりデポの付着量が低減されるメカニズムとしては以下が考えられる。
連続発振する高周波電力の大きさを５０Ｗ以上５００Ｗ未満とすると、処理領域Ｓに発生するＯラジカルの量は、ウェハＷの全面の反応前駆体が反応するのに十分な量であるが、例えば１０００Ｗ以上の場合と比べて少ない。したがって、ウェハＷの表面の処理に寄与せず且つ処理領域Ｓや排気路５４内において失活しないＯラジカルは、少なくなる。その結果、Ｏラジカルに起因するデポの付着量、特に、排気プレート５４ａより排気方向下流側の部分等といった不要な部分へのデポの生成量が、減少すると考えられる。
また、本実施形態の方法では、処理容器１０内全体や排気プレート５４ａより排気方向下流側の部分全体という広い領域について、デポの付着量を低減させることができる。
（確認試験１）
本発明者らは、図３に示すような部分Ｐ１～Ｐ４にテストピースを貼り付けて上述のステップＳ２～Ｓ５のサイクルを５００回または６００回繰り返したときに、テストピースに付着するデポの量について、試験を行った。部分Ｐ１とは、処理容器１０の側壁とシールド５０との間の部分であって、載置台１１上のウェハＷより上方の部分である。また、部分Ｐ２とは、部分Ｐ１とは、処理容器１０の側壁とシールド５０との間の部分であって、載置台１１上のウェハＷと略同じ高さの部分である。部分Ｐ３とは、処理容器１０の側壁とシールド５０との間の部分であって、載置台１１上のウェハＷより下方の部分である。部分Ｐ４は、排気プレート５４ａより下流側の部分であって、排気プレート５４ａに最も近いマニホールドの最も下方の部分である。
本発明者らは、上述の確認試験では、Ｏラジカルのプラズマ生成時の連続発振する高周高周波電力の大きさを異ならせてデポの量を測定した。
図４は、確認試験１の結果であって、処理条件１－１～１－４でＯラジカルのプラズマを生成したときのデポの量を示す図である。
処理条件１－１、１－２、１－３、１－４における上記連続発振する高周波電力の大きさはそれぞれ１０００Ｗ、４００Ｗ、２５０Ｗ、１５０Ｗである。また、処理条件１－１～１０３では、上述のステップＳ２～Ｓ５のサイクルを５００回繰り返し、処理条件１－４では６００回繰り返した。
この確認試験１では、図４に示すように、処理条件１－１のとき、すなわち、上記連続発振する高周波電力の大きさが１０００Ｗのとき、上記部分Ｐ１～Ｐ４のいずれにおいてもデポの量が８０ｎｍ以上と多い。それに対し、処理条件１－２～１－４のとき、すなわち、上記連続発振する高周波電力の大きさが、４００Ｗ、２５０Ｗ、１５０Ｗのときは、１０００Ｗのときと比べて、上記部分Ｐ１～Ｐ４のいずれにおいてもデポの量が減少することが確認された。また、上記連続発振する高周波電力が下げられると、それに合わせてデポの量が減少することが確認された。
なお、上述の確認試験１の際に得られたＳｉＯ２の面内均一性は、上記連続発振する高周波電力の大きさが５０Ｗ以上であれば電力の大きさによりほとんど差が無かった。
また、上述の確認試験１と同様に連続発振する高周高周波電力を用いて成膜されたＳｉＯ２膜に対して、プラズマエッチングを行った。エッチング条件は、以下の通りである。
処理チャンバ内圧力：４０ｍＴｏｒｒ
プラズマ形成用高周波電力：３００Ｗ
バイアス用高周波電力：１００Ｗ
ガス流量：ＣＦ４／Ａｒ＝５００／４０ｓｃｃｍ
エッチング時間：１５秒
この結果によれば、上記連続発振する高周波電力の大きさを変えても、エッチング量及びその面内均一性に差はなかった。具体的には、上記連続発振する高周波電力の大きさが４００Ｗ、２５０Ｗの場合、エッチング量の平均値はそれぞれ、２２．５ｎｍ、２２．６ｎｍであり、エッチング量の面内バラつきは両方とも平均値から±３．５％であった。つまり、デポ対策として上記連続発振する高周波電力の大きさを変えても、実用上問題ないことが分かった。
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態のプラズマ処理装置１は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１と、プラズマ生成用の高周波電源のみが異なる。
本実施形態において、実効パワーが５００Ｗ未満のプラズマ生成用の高周波電力を供給する第１の高周波電源２３ａはオンレベルとなる期間とオフレベルになる期間が周期的に連続するパルス状の電力も供給し得る。なお、パルス状の電力におけるオフレベルはゼロでなくてもよい。つまり、第１の高周波電源２３ａは、高レベルとなる期間と低レベルとなる期間が周期的に連続するパルス状の電力をも発生し得る。
本実施形態において、第１の高周波電源２３ａは、パルス変調する場合、デューティ比が７５％以下であり且つ周波数が５ｋＨｚ以上のパルス波状に、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を供給する。より具体的には、本実施形態において、第１の高周波電源２３ａは、デューティ比が５０％未満であり且つ周波数が５ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下のパルス波状に、電力の大きさが１５０Ｗ以上３００Ｗ以下の高周波電力を供給する。なお、パルス変調する場合における実効パワーとは、高周波電力の大きさにデューティ比を乗じたものである。例えば、パルス波状に供給される高周波電力の大きさが１０００Ｗ、デューティ比が３０％の場合、実効パワーは３００Ｗである。
本実施形態では、ステップＳ４でプラズマに含まれるＯラジカルによりウェハＷの表面を改質しＳｉＯ２を形成する際、デューティ比が７５％以下であり且つ周波数が５ｋＨｚ以上のパルス波状に、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を供給する。本発明者らはパルス波状に高周波電力を供給することにより、ＳｉＯ２の成膜性を損なわずに、ドライクリーニングにより除去しにくい場所へのデポの付着量を低減できることを確認した。また、本発明者らは本実施形態において第１の実施形態で用いられた高周波電力の大きさと同じ大きさの高周波電力を用いると、ドライクリーニングにより除去しにくい場所へのデポの付着量を第１の実施形態よりも低減できることを確認した。
なお、上述のドライクリーニングにより除去しにくい場所へのデポの付着量が低減されるメカニズムとしては以下が考えられる。
デューティ比が７５％未満であり且つ周波数が５ｋＨｚ以上のパルス波の実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を供給した場合、処理領域Ｓに発生するＯラジカルの量は、ウェハＷの全面の反応前駆体が反応するのに十分な量である。ただし、上記ラジカルの量は、同等のパワーの連続発振する高周波電力を供給する場合に比べて、少ない。したがって、ウェハＷの表面の処理に寄与せず且つ処理領域Ｓや排気路５４内において失活しないＯラジカルは、さらに少なくなる。その結果、Ｏラジカルに起因するデポの付着量、特に、排気プレート５４ａより排気方向下流側の部分といった、ドライクリーニングにより除去しにくい場所への付着量が、減少すると考えられる。
（確認試験２）
本発明者らは、図３に示すような部分Ｐ１～Ｐ４にテストピースを貼り付けてステップＳ２～Ｓ５のサイクルを５００回繰り返したときに、テストピースに付着するデポの量について、試験を行った。
本発明者らは、上述の確認試験では、処理容器１０内の圧力を２００ｍＴｏｒｒにして、ステップＳ４において供給する高周波電力のパルス波の周波数を異ならせ、デポの量を測定した。
図５は、確認試験２の結果であって、処理条件２－１～処理条件２－５でＯラジカルのプラズマを生成したときのデポの量を示す図である。
処理条件２－１、２－２、２－３、２－４、２―５における高周波電力のパルス波の周波数はそれぞれ５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、３０ｋＨｚ、５０ｋＨｚである。また、処理条件２－１～２－５において、高周波電力の大きさ、パルス波のデューティ比、ステップＳ４の時間（ステップタイム）は共通であり、それぞれ２００Ｗ、５０％、４秒である。さらに、処理条件２－１～２－５において、ＣＯ２ガスの流量及びＡｒガスの流量も共通であり、それぞれ、２９０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍである。
この確認試験２では、図５に示すように、処理条件２－１のとき、すなわち、上記パルス波の周波数が５ｋＨｚのとき、部分Ｐ１～Ｐ４のいずれにおいてもデポの量が８０ｎｍ未満であり、６５ｎｍ以下であった。つまり、２００Ｗの大きさの高周波電力をパルス波状に供給すると、図４の処理条件１－１のとき、すなわち、１０００Ｗの連続発振する高周波電力を供給するときと比べて、上記部分Ｐ１～Ｐ４のいずれにおいてもデポの量が約２０％以上減少する。処理条件２－２～２－５についても同様であり、最大では９９％以上減少する。
なお、確認試験２の際に得られたＳｉＯ２の膜厚及びその面内均一性は、処理条件２－１～２－５のいずれにおいても、６００Ｗの連続発振する高周波電力を用いてプラズマを生成しＳｉＯ２膜を成膜する場合とほとんど差がなかった。具体的には、例えば処理条件２－３のときと、高周波電力の大きさを異ならせて３００Ｗとした場合、ＳｉＯ２膜の膜厚の平均値は４．０ｎｍであり、膜厚の面内均一性の平均値は±２．７％であった。それに対し、プラズマ生成用の高周波電力のみ処理条件２－３と異ならせ、６００Ｗの連続発振する高周波電力を用い、ＳｉＯ２膜を成膜した場合、ＳｉＯ２膜の膜厚の平均値は４．３ｎｍであり、膜厚の面内均一性の平均値は±２．６％であった。つまり、プラズマ生成用に、パルス波状に低電力の高周波電力を供給しても、ＳｉＯ２膜の均一性に大きな影響はなく、また、膜厚は連続発振する高周波電力を供給する場合に比べてわずかに減少するが、この膜厚はサイクル数で調整可能である。
なお、ステップタイムのみを処理条件２－２と異ならせ２秒とし、ＳｉＯ２膜を成膜した場合、膜厚の平均値は３．５７ｎｍ、膜厚の面内均一性の平均値は±４．４％であった。
また、上述の確認試験２と同様にパルス波状の高周波電力を用いて成膜されたＳｉＯ２膜に対して、プラズマエッチングを行った。エッチング条件は、以下の通りである。
処理チャンバ内圧力：４０ｍＴｏｒｒ
プラズマ形成用高周波電力：３００Ｗ
バイアス用高周波電力：１００Ｗ
ガス流量：ＣＦ４／Ａｒ＝５００／４０ｓｃｃｍ
エッチング時間：１５秒
この結果によれば、パルス波状に供給される高周波電力のパルス周波数を変えても、エッチング量及びその面内均一性に差はなかった。例えば、高周波電力の大きさ、デューティ比及びステップタイムを処理条件２－１等で共通なものとし、パルス波の周波数が１０ｋＨｚ（処理条件２－２）の場合及び２０ｋＨｚ（処理条件２－３）の場合、エッチング量の平均値は両方とも２２．３ｎｍであった。また、エッチング量の面内バラつきは、１０ｋＨｚ（処理条件２－２）の場合は平均値から±３．２％、２０ｋＨｚ（処理条件２－３）の場合は平均値から±３．６％であった。つまり、デポ対策として上記パルス周波数の大きさを変えても、実用上問題ないことが分かった。
また、上述のエッチング結果によれば、ステップタイムを変えても、エッチング量及びその面内均一性に差はなかった。例えば、パルス波の周波数、高周波電力の大きさ、デューティ比及びステップタイムを処理条件２－２と同様にして成膜した場合（ステップタイムは４秒）、エッチング量の平均値は２２．３ｎｍであり、エッチング量の面内バラつきは平均値から±３．２％である。このように成膜した場合に対して、ステップタイムのみを異ならせ８秒として成膜しても、そのエッチング量の平均値及びその面内バラつきは変わらず、また、ステップタイムのみを異ならせ２秒として成膜しても上記平均値等はほとんど変わらなかった。なお、ステップタイムを２秒とした場合のエッチング量の平均値は２２．０ｎｍであり、エッチング量の面内バラつきは平均値から±４．０％である。
以上の例では、プラズマ処理装置１において、成膜と当該成膜後のエッチングを行っていたが、成膜前にエッチングを行い当該エッチングに成膜を行ってもよい。また、プラズマ処理装置１において、成膜の前後の両方でエッチングを行ってもよく、成膜のみでエッチングを行わなくてもよい。
以上の例では、プラズマ処理装置１は、成膜やエッチングに容量結合型プラズマを用いていた。しかし、成膜やエッチングに、誘導結合型プラズマを用いてもよいし、マイクロ波といった表面波プラズマを用いてもよい。
また、以上の例では、Ｏラジカルを用いてＳｉＯ２膜の成膜を行っていたが、窒素ラジカルにより形成されるＳｉＮ膜など、他のラジカルを用いて成膜を行う場合にも適用できる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主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。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）ＰＥＡＬＤにより基板に所定の膜を成膜する成膜方法であって、
前駆体を基板に吸着させる吸着工程と、
改質ガスからプラズマを生成すると共に、基板に吸着された前駆体を、前記プラズマに含まれるラジカルにより改質する改質工程と、を有し、
前記改質工程は、前記改質ガスからプラズマを生成するプラズマ源に、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を供給する電力供給工程を有する、成膜方法。
（２）前記電力供給工程は、５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する高周波電力を供給する、前記（１）に記載の成膜方法。
（３）前記電力供給工程は、デューティ比が７５％以下であり且つ周波数が５ｋＨｚ以上のパルス波状に、高周波電力を供給する、前記（１）に記載の成膜方法。
（４）前記改質工程は、所定の時間以上に亘って行われる、前記（１）～（３）のいずれか一つに記載の成膜方法。
（５）前記ラジカルにより前記基板以外の場所に生成された反応生成物を除去するクリーニング工程を有する、前記（１）～（４）のいずれか一つに記載の成膜方法。
（６）ＰＥＡＬＤにより基板に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
プラズマが内部で生成され基板を気密に収容する処理容器と、
前記処理容器内において、基板に形成された前駆体を改質する改質ガスからプラズマを生成するプラズマ源と、
前記プラズマ源に、プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源と、
前記高周波電源を制御し、プラズマ生成用の電力として、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を前記プラズマ源に供給させる制御部とを有する、成膜装置。
１、１ａ プラズマ処理装置
１０ 処理容器
２３ａ 第１の高周波電源
３０ シャワーヘッド
１００ 制御部
Ｗ ウェハ

Claims (10)

  1. 容量結合型のプラズマ処理装置内の載置台に基板を配置する工程と、
    ＰＥＡＬＤにより前記基板に所定の膜を成膜する工程と、
    前記基板をエッチングする工程と、を備え、
    前記成膜する工程は、
    前駆体を前記基板に吸着させる吸着工程と、
    改質ガスからプラズマを生成すると共に、前記基板に吸着された前駆体を、前記プラズマに含まれるラジカルにより改質する改質工程と、を有し、
    前記容量結合型のプラズマ処理装置内で前記成膜する工程後に前記載置台にバイアス電力を供給して前記エッチングする工程が行われ、
    前記改質工程において、前記改質ガスからプラズマを生成するために、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を供給する、基板の処理方法。
  2. 前記改質工程において、５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する高周波電力を供給する、請求項１に記載の基板の処理方法。
  3. 前記改質工程において、デューティ比が７５％以下であり且つ周波数が５ｋＨｚ以上のパルス波状に、高周波電力を供給する、請求項１に記載の基板の処理方法。
  4. 前記改質工程は、所定の時間以上に亘って行われる、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板の処理方法。
  5. 前記ラジカルにより前記基板以外の場所に生成された反応生成物を除去するクリーニング工程を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の基板の処理方法。
  6. 前記所定の膜はＳiＯ ２ 膜であり、前記前駆体はＳiを含み、前記ラジカルは酸素ラジカルである、請求項１～５のいずれか１項に記載の基板の処理方法。
  7. 前記容量結合型のプラズマ処理装置は、
    前記載置台を支持する支持部材と、
    前記載置台にバイアス電力を供給する電源と、
    前記支持部材と処理容器の内壁との間に形成された排気路と、
    前記排気路を塞ぐように設けられた、貫通孔を有する排気プレートと、
    前記処理容器の底部に設けられた排気口と、を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の基板の処理方法。
  8. 容量結合型のプラズマ処理装置であって、
    処理容器と、
    プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源と、
    載置台と、
    前記載置台にバイアス電力を供給する電源と、
    制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    前記処理容器内の前記載置台に基板を配置する工程と、
    ＰＥＡＬＤにより前記基板に所定の膜を成膜する工程であって、前駆体を前記基板に吸着させる吸着工程と、改質ガスからプラズマを生成すると共に、前記基板に吸着された前駆体を前記プラズマに含まれるラジカルにより改質する改質工程とを有する前記成膜する工程と、
    前記成膜する工程の後に前記電源から前記載置台に前記バイアス電力を供給して前記基板をエッチングする工程と、
    を実行するように制御し、
    前記改質工程において、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を供給させる、プラズマ処理装置。
  9. 前記所定の膜はＳiＯ ２ 膜であり、前記前駆体はＳiを含み、前記ラジカルは酸素ラジカルである、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記載置台を支持する支持部材と、
    前記支持部材と前記処理容器の内壁との間に形成された排気路と、
    前記排気路を塞ぐように設けられた、貫通孔を有する排気プレートと、
    前記処理容器の底部に設けられた排気口と、をさらに有する、請求項８または９に記載のプラズマ処理装置。
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