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JP7186032B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Description

本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。
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形成する成膜方法が開示されている。この成膜方法は、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、ＰＥＡＬＤにより基板にＳｉＯ ２ 膜を成膜する成膜装置であって、基板を気密に収容する処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する載置台と、前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入部と、前記ガス導入部に前記処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、前記処理容器は、当該処理容器内を排気するための排気口と、当該処理容器内において前記載置台の上方に位置する処理領域と前記排気口とを接続する排気路と、前記排気路内において前記処理領域側と前記排気口側とを隔てる隔壁部とを有し、前記隔壁部は、前記処理領域側と前記排気口側とを連通させる流路を有し、前記隔壁部は、前記排気路の延在方向の平面視において、前記処理領域側から前記排気口側が見えないように形成され、前記隔壁部は、前記排気路を形成する一の側壁から反対側の側壁に向けて延び出し当該排気路の一部を覆う第１の部材と、前記反対側の側壁から前記一の側壁に向けて延び出し当該排気路の一部を覆う第２の部材とを有し、前記第１の部材の先端部と前記第２の部材の先端部とは、前記平面視において重なり、前記流路は、前記第１の部材と前記反対側の側壁との間の隙間と、前記第２の部材と前記一の側壁との間の隙間と、により構成され、前記第１の部材は、前記第２の部材より前記処理領域側に設けられ、前記第１の部材が、石英で形成され、前記第２の部材が、金属、アルミナまたはシリコンで形成されている。
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。
本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の部分拡大図である。 図１の隔壁の平面図である。 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。 隔壁の他の例を示す図である。 隔壁の他の例を示す図である。
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、一原子層ずつ堆積し、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。このようにデポの除去に長時間を要すると生産性が悪化する。
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するのを抑制するための、本実施形態にかかる成膜装置及び成膜方法について、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。
図１は、本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２は、図１の部分拡大断面図である。図３は、後述の隔壁部の平面図である。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。
また、処理容器１０内には、排気路５４内において処理領域Ｓ側と排気口５２側とを隔てる隔壁部６０が設けられている。
隔壁部６０は、図２に示すように、排気路５４の処理領域Ｓ側と排気口５２側とを連通させる流路６０ａを有する。
隔壁部６０は、プラズマ処理時に処理領域Ｓ内に生成されたラジカルが、失活せずに排気口５２に到達するのを抑制するためのものである。本実施形態では、処理領域Ｓ内のガスは隔壁部６０の流路６０ａを通過する。そして、隔壁部６０は、排気路５４の延在方向（図２の上下方向）の平面視において、処理領域Ｓ側から排気口５２側が見えないように形成されている。したがって、処理領域Ｓ内のラジカルは、処理領域Ｓからの排出時に流路６０ａを通過する際に、流路６０ａを形成する構造物の表面に衝突して失活してから、排気口５２に到達する。
以下では、隔壁部６０について詳述する。
隔壁部６０は、図２に示すように、第１の部材６１と第２の部材６２とを有する。第１の部材６１は、排気路５４を形成する処理容器１０の側壁の内周面（具体的にはシールド５０の内周面）から内側に向けて突出するように設けられている。また、第１の部材６１は、上記内周面との間に隙間６１ａを有すると共に排気路５４の外側寄りの一部を覆うように設けられている。第２の部材６２は、排気路５４を形成する支持部材１５の外周面（具体的には、シールド５１の外周面）から外側に向けて突出すると共に上記外周面との間に隙間６２ａを有するように設けられ、排気路５４の内側寄りの一部を覆っている。さらに、第１の部材６１及び第２の部材６２はそれぞれ、図３に示すように平面視円環状に形成される。第１の部材６１の先端部６１ｂと第２の部材６２の先端部６２ｂは平面視において周方向全体に亘って重なっている。
本例において、流路６０ａは、図２に示すように、第１の部材６１及び第２の部材６２並びに隙間６１ａ及び隙間６２ａにより形成されている。
第１の部材６１は、第１の支持部としての第１の凸部５０ａにより支持され、第２の部材６２は、第２の支持部としての第２の凸部５１ａにより支持される。第１の凸部５０ａは、シールド５０から内側に向けて突出するように形成され、第２の凸部５１ａは、シールド５１から外側に向けて突出するように形成されている。
隔壁部６０の材料、すなわち第１の部材６１及び第２の部材６２の材料には、Ｏラジカルに対する再結合係数（recombination coefficient）が高い材料、例えば、金属、アルミナまたはＳｉが用いられる。
図１の説明に戻る。プラズマ処理装置１には、第１の高周波電源２３ａが第１の整合器２４ａを介して接続され、第２の高周波電源２３ｂが第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、プラズマ発生用の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電源２３ａは２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの周波数の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１の高周波電源２３ａは、連続発振する高周波電力だけでなく、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発生し得る。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。
第１の高周波電源２３ａは、連続発振の場合は、５０Ｗ以上５００Ｗ未満の高周波電力を供給する。また、第１の高周波電源２３ａは、パルス変調する場合は、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、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を供給する。パルス変調する場合、オフレベルとなる期間中の高周波電力は、オンレベルとなる期間中の高周波電力より低ければゼロでなくてもよい。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。
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は、制御部１００を有する。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４を用いて説明する。
（ステップＳ１）
まず、図４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。また、このステップＳ４において、第１の高周波電源２３ａは、例えば、５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する高周波電力を供給する。また、ステップＳ４において、第１の高周波電源２３ａ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、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力を供給してもよい。
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の実行時に、処理容器１０内においてウェハＷと反応しなかったＯラジカルは、隔壁部６０の流路６０ａを通過するときに、第１の部材６１や第２の部材６２の表面に衝突して反応し失活してから、処理容器１０外に排出される。言い換えると、ステップＳ４の際、処理領域内のＯラジカルが、排気路５４に沿った直線運動のみで排気口５２へ到達するのを、隔壁部６０が防ぐ。ステップＳ５において処理容器１０内にＯラジカルが存在していた場合も同様である。したがって、処理容器１０より排気方向下流側の部分という、ドライクリーニングで除去しにくい部分への、Ｏラジカルに起因するデポの付着を抑制することができる。
（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、隔壁部６０の流路６０ａが、平面視において、当該流路６０ａを通して処理領域Ｓ側から排気口５２側が見えないように形成されており、また、処理容器１０内のガスは上記流路６０ａを通過して排出されるよう構成されている。したがって、成膜の際に処理容器１０内でウェハＷと反応しなかったＯラジカルは、流路６０ａを通過するときに隔壁部６０に衝突して失活してから排出される。よって、ウェハＷの表面全面の反応前駆体が反応するようにＯラジカルを大量に生成した場合でも、ドライクリーニングより除去しにくい場所へ、具体的には、処理容器１０より排気方向下流側の部分へ、Ｏラジカルに起因するデポが付着するのを低減することができる。これにより、生産性を向上させることができる。
また、本実施形態の方法では、隔壁部６０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、デポの付着を防止することができる。
また、本実施形態によれば、隔壁部６０は、Ｏラジカルに対する再結合係数が高い材料、例えば、金属、アルミナまたはＳｉで形成される。これにより、Ｏラジカルを用いてＳｉＯ２膜を成膜する際に、Ｏラジカルに起因するデポが不要な部分に付着するのを抑制することができる。
隔壁部６０の材料には、Ｆラジカルに対する再結合係数が低い材料を用いてもよい。上記再結合係数が低い材料は例えば、アルミナや石英である。これにより、Ｏラジカルに起因するデポが隔壁部６０よりも下流側の部分に付着しても、Ｆラジカルを用いる工程でＦラジカルが流路６０ａを通過する際に失活せずに当該下流側の部分に到達するので上記デポを分解して除去することができる。なお、Ｆラジカルを用いる工程とは、Ｆラジカルを用いてエッチングする工程や、前述のＦラジカルを用いたドライクリーニング工程である。
また、隔壁部６０をアルミナで形成することにより、Ｏラジカルに起因するデポの付着をより確実に抑制すると共に、上記デポが付着したとしてもＦラジカルを用いる工程で除去することができる。
なお、隔壁部６０の材料は、第１の部材６１と第２の部材６２とで異ならせてもよい。例えば、第１の部材６１にＦラジカルに対する再結合係数が低い材料を用い、第２の部材６２にＯラジカルに対する再結合係数が高い材料を用いてもよい。より具体的には、第１の部材６１の材料を石英、第２の部材６２をシリコンとしてもよい。また、第１の部材６１にＯラジカルに対する再結合係数が高い材料を用い、第２の部材６２にＦラジカルに対する再結合係数が低い材料を用いてもよい。第１の部材６１の材料と第２の部材６２の材料とを、Ｏラジカルに対する再結合係数が高い材料の中で異ならせてもよい。また、第１の部材６１の材料と第２の部材６２の材料とを、Ｆラジカルに対する再結合係数が低い材料の中で異ならせてもよい。
また、ウェハＷに対する金属の影響を考慮し、第１の部材６１の材料及び第２の部材６２の材料に、特に、ウェハＷに近い第１の部材６１の材料に、金属を含まない材料を用いてもよい。
さらに、本実施形態では、プラズマ生成用の電力として、５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する高周波電力がシャワーヘッド３０に供給される。これにより、ウェハＷの表面全面の反応前駆体が反応するのに十分であり且つ少量のＯラジカルが、処理容器１０内で生成される。したがって、処理容器１０より排気方向下流側の部分に付着する、Ｏラジカルに起因するデポの量を更に少なくすることができる。
本実施形態では、プラズマ生成用の電力として、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、実効パワーが５００Ｗ未満の高周波電力がシャワーヘッド３０に供給される場合もある。この場合も、ウェハＷの表面全面の反応前駆体が反応するのに十分であり且つ少量のＯラジカルが、処理容器１０内で生成される。したがって、処理容器１０より排気方向下流側の部分に付着する、Ｏラジカルに起因するデポの量を更に少なくすることができる。
（確認試験）
本発明者らは、プラズマ処理装置１内の複数の部分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。
この試験の条件は以下の通りである。
Ｏラジカルのプラズマ生成用の電力：１５０Ｗの連続発振する高周波電力
第１の部材６１の材料：石英
第２の部材６２の材料：シリコン
ステップＳ４で用いたガス及びその流量：２９０ｓｃｃｍのＯ含有ガス及び４０ｓｃｃｍのＡｒガス
ステップＳ４における処理容器１０内の圧力：２００ｍＴｏｒｒ
また、この試験において、テストピースが貼り付けられた位置と、そのテストピースに付着したデポの量は以下の通りである。なお、以下のテストピースが貼り付けられた部分は全て、プラズマが形成される処理領域Ｓの外側に位置する。
排気口５２を形成するマニホールドの底壁：４．９ｎｍ
上記マニホールドの内周壁：１１．２ｎｍ
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：４．１ｎｍ
なお、プラズマ処理装置１とは隔壁部６０に第１の部材６１と第２の部材６２とが設けられていない場合、同様な条件でステップＳ２～Ｓ５のサイクルを６００回繰り返すと、上記と同様な位置に貼り付けられたテストピースに、８０ｎｍ以上のデポが付着する。
したがって、確認試験によれば、処理領域Ｓの外側に付着するデポの量が減少する。
図５は、隔壁部の他の例を示す図である。
図５の隔壁部７０は、図２等の例と異なり、１つの部材からなり、排気路５４の延在方向と交差する方向に延在する貫通孔７０ａを有する。具体的には、隔壁部７０は、表面から裏面へ直線状に貫通する貫通孔７０ａを有する平板から構成され、貫通孔７０ａの延在方向が排気路５４の延在方向と交差するように、排気路５４に対して傾けて設けられている。そして、貫通孔７０ａが、排気路５４の処理領域Ｓ側と排気口５２側とを連通させる流路であって、平面視において当該流路を通して処理領域Ｓ側から排気口５２側が見えないように形成される流路を、構成する。この隔壁部７０であっても、Ｏラジカルに起因するデポが付着するのを防ぐことができる。また、隔壁部７０が上記貫通孔７０ａを有する平板を傾けて成るため、当該隔壁部７０の排気コンダクタンスを高めながら当該隔壁部７０によるラジカル失活を促進させることができる。
なお、図の例では、隔壁部７０を支持する支持部は、シールド５０から内側に向けて突出し隔壁部７０の外側端を支持する外側凸部７１ａと、シールド５１から外側に向けて突出し隔壁部７０の内側端を支持する内側凸部７１ｂと、を有する。
図６は、隔壁部の他の例を示す図である。
図６の隔壁部８０は、処理領域Ｓ側から排気口５２側へのガスの流れに沿って２つに分割された分割体８１、８２で構成される。また、分割体８１、８２はそれぞれ、上記流れに沿って延在する貫通孔８１ａ、８２ａを有し、分割体８１の貫通孔８１ａは、排気路５４の延在方向の平面視において、分割体８２の貫通孔８２ａと重ならないように形成されている。そして、貫通孔８１ａ、８２ａが、排気路５４の処理領域Ｓ側と排気口５２側とを連通させる流路であって、平面視において当該流路を通して処理領域Ｓ側から排気口５２側が見えないように形成される流路を、構成する。この隔壁部８０であっても、Ｏラジカルに起因するデポが付着するのを防ぐことができる。
なお、貫通孔８１ａ、８２ａは、排気路５４の延在方向に沿って形成されているが、排気路５４の延在方向と交差する方向に沿って延在するように形成されていてもよい。これにより、隔壁部８０の排気コンダクタンスを向上させることができる。
処理領域Ｓ側から排気口５２側へのガスの流れに沿った、隔壁部８０の分割数は、図の例では２つであるが３以上であってもよい。
なお、図の例では、分割体８１を支持する支持部は、シールド５０から内側に向けて突出し分割体８１の外側端を支持する外側凸部８３ａと、シールド５１から外側に向けて突出し分割体８１の内側端を支持する内側凸部８３ｂと、を有する。また、分割体８２を支持する支持部は、シールド５０から内側に向けて突出し分割体８２の外側端を支持する外側凸部８４ａと、シールド５１から外側に向けて突出し分割体８２の内側端を支持する内側凸部８４ｂと、を有する。
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もよいし、成膜前にエッチングを行った後成膜してもよい。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してもよく、成膜のみを行い、エッチングしなくてもよい。
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、他のラジカルを用いて成膜を行ってもよい。
なお、以上の例では、シールド５０やシールド５１は、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ているものとした。しかし、シールド５０やシールド５１は、第１の部材６１や第２の部材６２と同様に、Ｏラジカルに対する再結合係数が高い材料や、Ｆラジカルに対する再結合係数が低い材料により形成されてもよい。
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装置であって、
基板を気密に収容する処理容器と、
前記処理容器内で基板を載置する載置台と、を有し、
前記処理容器は、
当該処理容器内を排気するための排気口と、
当該処理容器内において前記載置台の上方に位置する処理領域と前記排気口とを接続する排気路と、
前記排気路内において前記処理領域側と前記排気口側とを隔てる隔壁部とを有し、
前記隔壁部は、前記処理領域側と前記排気口側とを連通させる流路を有し、
前記隔壁部は、前記排気路の延在方向の平面視において、前記処理領域側から前記排気口側が見えないように形成されている、成膜装置。
前記（１）では、排気路の処理領域側と排気口側とを隔てる隔壁部が、処理領域側と排気口側とを連通させる流路を有し、排気路の延在方向の平面視において、処理領域側から排気口側が見えないように形成されている。したがって、処理容器内で生成されたラジカルのうちウェハＷと反応しなかったものは、流路を通過するときに隔壁に衝突して失活してから排出される。よって、ラジカルを基板が飽和状態となるよう大量に供給した場合でも、不要な部分へラジカルに起因するデポが付着するのを防ぐことができる。これにより生産性を向上させることができる。
（２）前記隔壁部は、前記排気路を形成する一の側壁から反対側の側壁に向けて延び出し当該排気路の一部を覆う第１の部材と、前記反対側の側壁から前記一の側壁に向けて延び出し当該排気路の一部を覆う第２の部材とを有し、
前記第１の部材の先端部と前記第２の部材の先端部とは、前記平面視において重なり、
前記流路は、前記第１の部材と前記反対側の側壁との間の隙間と、前記第２の部材と前記一の側壁との間の隙間と、により構成されている前記（１）に記載の成膜装置。
（３）前記排気路の延在方向と交差する方向に延在する貫通孔を有し、
前記流路は、前記貫通孔により構成されている、前記（１）に記載の成膜装置。
（４）前記隔壁部は、前記処理領域側から前記排気口側へのガスの流れに沿って複数に分割された分割体で構成され、
前記分割体はそれぞれ貫通孔を有し、
前記分割体のうちの少なくとも１つが有する前記貫通孔は、他の前記分割体が有する前記貫通孔と、前記平面視において重ならず、
前記流路は、前記分割体の前記貫通孔により構成されている、前記（１）に記載の成膜装置。
（５）前記隔壁部は、金属、アルミナまたはシリコンにより形成されている、前記（１）～（４）のいずれか一つに記載の成膜装置。
これにより、Ｏラジカルを用いて成膜する際に、Ｏラジカルに起因するデポが不要な部分に付着するのをより確実に防止することができる。
（６）前記隔壁部は、アルミナまたは石英で形成されている、前記（１）～（４）のいずれか一つに記載の成膜装置。
これにより、Ｆラジカルを用いる工程でＦラジカルが流路６０ａを通過する際に失活せずに当該下流側の部分に到達するのでデポを分解して除去することができる。
（７）前記隔壁部は、アルミナで形成されている、前記（１）～（４）のいずれか一つに記載の成膜装置。
これにより、Ｏラジカルに起因するデポの付着をより確実に防ぐと共に、前記デポが付着したとしてもＦラジカルを用いる工程で除去することができる。
（８）前記処理容器内に成膜用のガスの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力源と、
前記高周波電力源を制御し、５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する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、前記（１）～（７）のいずれか一つに記載の成膜装置。
これにより、隔壁部より排気方向下流側の部分に付着する、ラジカルに起因するデポの量を更に少なくすることができる。
（９）前記処理容器内に成膜用のガスのプラズマを生成するプラズマ源、
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力源と、
前記高周波電力源を制御し、プラズマ生成用の電力として、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、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、前記（１）～（７）のいずれか一つに記載の成膜装置。
これにより、隔壁部より排気方向下流側の部分に付着する、ラジカルに起因するデポの量を更に少なくすることができる。
（１０）成膜装置を用いてＰＥＡＬＤにより基板に所定の膜を成膜する成膜方法であって、
前記成膜装置は基板を気密に収容する処理容器と、
前記処理容器内で基板を載置する載置台と、を有し
前記処理容器は、
当該処理容器内を排気するための排気口と、
当該処理容器内において前記載置台の上方に位置する処理領域と前記排気口とを接続する排気路と、
前記排気路内において前記処理領域側と前記排気口側とを隔てる隔壁部とを有し、
前記隔壁部は、前記処理領域側から前記排気口側へガスを通過させる流路を有し、
前記隔壁部は、前記排気路の延在方向の平面視において、前記処理領域側から前記排気口側が見えないように形成され、
当該成膜方法は、
前記処理容器内に成膜用のガスのプラズマを生成し、前記プラズマに含まれるラジカルにより基板の表面を処理するプラズマ処理工程と、
前記プラズマ処理工程以降に、前記隔壁部の前記流路を介して、プラズマ化された前記ガスを排出する排出工程と、を有する、成膜方法。
これにより、ラジカルを基板が飽和状態となるよう大量に供給した場合でも、不要な部分へラジカルに起因するデポが付着するのを防ぐことができる。
１ プラズマ処理装置
１０ 処理容器
１１ 載置台
５２ 排気口
５４ 排気路
６０，７０，８０ 隔壁部
６０ａ 流路
Ｓ 処理領域
Ｗ ウェハ

Claims (4)

  1. ＰＥＡＬＤにより基板にＳｉＯ ２ 膜を成膜する成膜装置であって、
    基板を気密に収容する処理容器と、
    前記処理容器内で基板を載置する載置台と、
    前記処理容器内に処理ガスを導入するガス導入部と、
    前記ガス導入部に前記処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、
    前記処理容器は、
    当該処理容器内を排気するための排気口と、
    当該処理容器内において前記載置台の上方に位置する処理領域と前記排気口とを接続する排気路と、
    前記排気路内において前記処理領域側と前記排気口側とを隔てる隔壁部とを有し、
    前記隔壁部は、前記処理領域側と前記排気口側とを連通させる流路を有し、
    前記隔壁部は、前記排気路の延在方向の平面視において、前記処理領域側から前記排気口側が見えないように形成され、
    前記隔壁部は、前記排気路を形成する一の側壁から反対側の側壁に向けて延び出し当該排気路の一部を覆う第１の部材と、前記反対側の側壁から前記一の側壁に向けて延び出し当該排気路の一部を覆う第２の部材とを有し、
    前記第１の部材の先端部と前記第２の部材の先端部とは、前記平面視において重なり、
    前記流路は、前記第１の部材と前記反対側の側壁との間の隙間と、前記第２の部材と前記一の側壁との間の隙間と、により構成され、
    前記第１の部材は、前記第２の部材より前記処理領域側に設けられ、
    前記第１の部材が、石英で形成され、前記第２の部材が、金属、アルミナまたはシリコンで形成されている、成膜装置。
  2. 前記排気路は、前記処理容器の側壁と前記載置台との間に形成され、
    前記第１の部材は、前記処理容器の側壁側に設けられ、
    前記第２の部材は、前記載置台側に設けられている、請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記処理容器内に成膜用のガスの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力源と、
    前記高周波電力源を制御し、５０Ｗ以上５００Ｗ未満の連続発振する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、請求項１または２に記載の成膜装置。
  4. 前記処理容器内に成膜用のガスのプラズマを生成するプラズマ源、
    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力源と、
    前記高周波電力源を制御し、プラズマ生成用の電力として、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、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、請求項１～３のいずれか一項に記載の成膜装置。
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