(57)【要約】【課題】  平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を処理容器内に放射し、Ｃ5Ｆ8ガスをプラズマ化してフッ素添加カーボン膜を半導体ウエハ上に成膜するにあたり、誘電体プレートに付着するフッ素添加カーボン膜によるマイクロ波の吸収の影響をなくすこと。【解決手段】  半導体ウエハを１枚成膜処理する度毎に、例えば酸素ガス及び水素ガスにより処理容器内をクリーニングする。このとき処理容器内のアルミニウムからなるガスシャワーヘッドの表面の不働態膜を分解するので、プリコートする必要があるが、プリコート膜であるフッ素添加カーボン膜が薄い場合にはその後のウエハ間の膜厚の均一性が悪くなり、また厚いとマイクロ波の吸収の問題がある。そこでウエハを１枚処理する毎にクリーニングすると、プリコート膜を薄くしながらウエハ間の膜厚について高い均一性を確保できる。【選択図】  図４
2005150622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内の載置台と対向するように設けられ、マイクロ波を放射するためのスロットが周方向に沿って形成された平面アンテナ部材と、前記載置台と前記平面アンテナ部材との間に設けられ、平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、この誘電体プレートと前記載置台との間において誘電体プレートに対して空間を介して設けられ、導電性部材からなるガス供給部と、前記空間と載置台側の空間との間でガスが通流できるように前記ガス供給部を貫通して形成された開口部と、を備えたプラズマ処理装置を用い、  
処理容器内の載置台に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に希ガスを供給しかつ前記ガス供給部から炭素とフッ素とを含む化合物ガスである成膜ガスを処理容器内に供給すると共に、前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記希ガス及び成膜ガスをプラズマ化して基板表面にフッ素添加カーボン膜を成膜する工程と、
１枚の基板が成膜処理されて処理容器の外に搬出される度毎に、酸素の活性種を発生させるためのクリーニングガスを処理容器内に供給し、前記平面アンテナ部材からのマイクロ波により前記クリーニングガスをプラズマ化して前記誘電体プレートの表面を含む処理容器内をクリーニングする工程と、
次いで前記ガス供給部から炭素とフッ素とを含む化合物の成膜ガスを処理容器内に供給すると共に、前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記成膜ガスをプラズマ化して処理容器内にプリコート膜としてフッ素添加カーボン膜をプリコートする工程と、
その後、次の基板を処理容器内の載置台に搬入する工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
ガス供給部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
処理容器内をクリーニングする工程の後、プリコートする工程の前に、酸素の活性種を発生させるガスと希ガスとの混合ガスを処理容器内に供給すると共に前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記混合ガスをプラズマ化してガス供給部のアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面を酸化処理する工程を行うことを特徴とする
【請求項４】
処理容器内をクリーニングする工程及びプリコートする工程は、載置台にダミー基板を載置して行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
処理容器内の載置台と対向するように設けられ、マイクロ波を放射するためのスロットが周方向に沿って形成された平面アンテナ部材と、前記載置台と前記平面アンテナ部材との間に設けられ、平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、この誘電体プレートと前記載置台との間において誘電体プレートに対して空間を介して設けられ、導電性部材からなるガス供給部と、前記空間と載置台側の空間との間でガスが通流できるように前記ガス供給部を貫通して形成された開口部と、を備えたプラズマ処理装置を用い、  
処理容器内の載置台に基板を搬入する工程と、
前記ガス供給部から炭素とフッ素とを含む化合物ガスである成膜ガスを処理容器内に供給すると共に、前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記成膜ガスをプラズマ化して基板表面にフッ素添加カーボン膜を成膜する工程と、
１枚の基板が成膜処理されて処理容器の外に搬出される度毎に、酸素の活性種を発生させるためのクリーニングガスを処理容器内に供給し、前記平面アンテナ部材からのマイクロ波により前記クリーニングガスをプラズマ化して前記誘電体の表面を含む処理容器内をクリーニングする工程と、
次いで酸素の活性種を発生させるガスと希ガスとの混合ガスを処理容器内に供給すると共に前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記混合ガスをプラズマ化してガス供給部のアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面を酸化処理する工程と、
その後、次の基板を処理容器内の載置台に搬入する工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記希ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス及びキセノンガスより選ばれることを特徴とする請求項３または４記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
処理容器内をクリーニングする工程は、載置台にダミー基板を載置して行われることを特徴とする請求項５または６記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
処理容器内に設けられた載置台に基板を載置し、マイクロ波により炭素とフッ素とを含む化合物ガスである成膜ガスをプラズマ化し前記基板表面にフッ素添加カーボン膜を成膜する装置において、
前記載置台と対向するように設けられ、マイクロ波を処理容器内に放射するためのスロットが周方向に沿って形成された平面アンテナ部材と、
前記載置台と前記平面アンテナ部材との間に設けられ、平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、
この誘電体プレートと前記載置台との間において誘電体プレートに対して空間を介して設けられ、前記成膜ガスを処理容器内に供給する導電性部材からなる第１のガス供給部と、
前記空間と載置台側の空間との間でガスが通流できるように前記第１のガス供給部を貫通して形成された開口部と、
酸素の活性種を発生させるためのクリーニングガスを処理容器内に供給するための第２のガス供給部と、
１枚の基板を成膜処理して処理容器から搬出する度毎に、前記クリーニングガスをマイクロ波でプラズマ化し前記誘電体プレートの表面を含む処理容器内をクリーニングし、次いで処理容器内に成膜ガスを供給してフッ素添加カーボン膜からなるプリコート膜を成膜するためのプログラムを備えた制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体装置の層間絶縁膜などに用いられるフッ素添加カーボン膜をプラズマにより成膜する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化を図るための手法の一つとして配線を多層化する技術があり、多層配線構造をとるためには、ｎ番目の配線層と（ｎ＋１）番目の配線層とを導電層で接続すると共に導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜が形成される。この層間絶縁膜の代表的なものとしてＳｉＯ2膜があるが、近年デバイスの動作についてより一層の高速化を図るために層間絶縁膜の比誘電率を低くすることが要求されている。このような要請により、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）の化合物であるフッ素添加カーボン膜（フロロカーボン膜）が注目されている。ＳｉＯ2膜の比誘電率が４付近であるのに対して、フッ素添加カーボン膜は、原料ガスの種類を選定すれば比誘電率が例えば２．５以下になることから層間絶縁膜として極めて有効な膜である。
【０００３】
特許文献１には、原料ガスとしてＣ5Ｆ8を用い、２．４５ＧＨｚのマイクロ波と８７５ガウスの磁場との相互作用により電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を起こしてＡｒガスなどのプラズマ発生用のガスをプラズマ化し、このプラズマにより原料ガスをプラズマ化して半導体ウエハ（以下ウエハという）上にフッ素添加カーボン膜を成膜する技術が記載されている。また通常の成膜装置と同様にウエハの成膜処理を重ねるうちに処理容器の内壁や載置台周辺にフッ素添加カーボン膜が堆積し、この膜厚がある程度の厚さを越えると付着膜が剥がれてパーティクルの要因になることから、成膜処理を所定回数行った後に例えばウエハの処理枚数が１２枚に達したときに処理容器内を酸素プラズマによりクリーニングし、次いで処理容器の内壁にフッ素添加カーボン膜からなるプリコート膜を成膜することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−４４６６７号公報（段落００１９、００２３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらＥＣＲプラズマ処理装置により成膜されたフッ素添加カーボン膜は、リーク電流が大きく、また膜が脆くて密着性が悪いという課題があり、このため実際のデバイスに使用できるだけのフッ素添加カーボン膜を得ることができない。そこで本発明者は、図５に示すプラズマ処理装置に着目して研究を進めている。この装置は次のようなメカニズムでフッ素添加カーボン膜が成膜されると考えられている。即ちマイクロ波を放射するためのスロットが渦巻き状にあるいは同心円状に沿って形成された平面アンテナ部材８をアルミナなどの誘電体プレート（誘電体窓）８０を通じて処理容器８１の上部空間８２に導き、この空間８２に存在するＡｒ（アルゴン）ガスをプラズマ化する。そしてアルミニウム製のシャワーヘッド８３から供給されたＣ5Ｆ8ガスが当該シャワーヘッド８３に形成された開口部（貫通口）８４を介して空間８２に拡散しここでＣ5Ｆ8ガスがＡｒプラズマによりプラズマ化され、ＣＦ化合物の活性種が載置台８５上のウエハＷに降り注いでフッ素添加カーボン膜が成膜される。この方法により得られたフッ素添加カーボン膜はリーク電流が小さく、密着性にも優れている。
【０００６】
このように膜質に差が生じる理由は、ＥＣＲプラズマ処理装置に比べて図５に示す装置においては、成膜空間のプラズマ密度が高くかつ電子温度が低いことによると推察される。ところで誘電体プレート８０にフッ素添加カーボン膜が付着すると誘電体プレート８０とは材質が異なるため、マイクロ波の一部がここで吸収され、ここに付着するフッ素添加カーボン膜の膜厚は面内で均一ではないから、水平面でみたときにマイクロ波の吸収の度合いが異ってその透過の均一性が悪くなり、このためプラズマの均一性が低下し、ウエハ上の成膜処理に悪影響を与えてしまう。この影響の程度は誘電体プレート８０に付着する付着膜の膜厚とウエハ上の目標膜厚との関係に左右されるが、層間絶縁膜の薄膜化が進みつつある状況下からすると、付着膜の存在自体が問題であり、また付着膜の膜厚により前記影響の程度が変わってくるはずであるから、ウエハＷ間における膜厚の差異も生じてしまうはずである。
【０００７】
更に図５の装置では、ガスシャワーヘッド８３として耐食性の大きいアルミニウム部材を用いている。アルミニウムはＣＦ系のガスであるＣ5Ｆ8ガスのプラズマによりアルミニウムとフッ素との結合が生成されて表面に不働態膜が形成されるが、クリーニング時に酸素プラズマに触れると不働態膜が分解してアルミニウムが剥きだしになってしまう。そしてガスシャワーヘッド８３はプラズマ発光領域である空間８２を介して平面アンテナ部材８１に対向しているので、ウエハＷに対して成膜処理を行っているときに、Ａｒイオンからのスパッタリング作用をまともに受け、このためウエハＷに対するアルミニウムによる汚染が懸念される。
【０００８】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は低誘電率であって、リーク電流の少ないフッ素添加カーボン膜を得ることができ、また基板間におけるフッ素添加カーボン膜の膜厚の均一性（面間均一性）を低下させることなく、更に基板に対する汚染を抑えることのできるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。      
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のプラズマ処理方法は、処理容器内の載置台と対向するように設けられ、マイクロ波を放射するためのスロットが周方向に沿って形成された平面アンテナ部材と、前記載置台と前記平面アンテナ部材との間に設けられ、平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、この誘電体プレートと前記載置台との間において誘電体プレートに対して空間を介して設けられ、導電性部材からなるガス供給部と、前記空間と載置台側の空間との間でガスが通流できるように前記ガス供給部を貫通して形成された開口部と、を備えたプラズマ処理装置を用い、  
処理容器内の載置台に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に希ガスを供給しかつ前記ガス供給部から炭素とフッ素とを含む化合物ガスである成膜ガスを処理容器内に供給すると共に、前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記希ガス及び成膜ガスをプラズマ化して基板表面にフッ素添加カーボン膜を成膜する工程と、
１枚の基板が成膜処理されて処理容器の外に搬出される度毎に、酸素の活性種を発生させるためのクリーニングガスを処理容器内に供給し、前記平面アンテナ部材からのマイクロ波により前記クリーニングガスをプラズマ化して前記誘電体プレートの表面を含む処理容器内をクリーニングする工程と、
次いで前記ガス供給部から炭素とフッ素とを含む化合物の成膜ガスを処理容器内に供給すると共に、前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記成膜ガスをプラズマ化して処理容器内にプリコート膜としてフッ素添加カーボン膜をプリコートする工程と、
その後、次の基板を処理容器内の載置台に搬入する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
成膜処理時に用いられる希ガスは、例えば前記ガス供給部と誘電体プレートとの間の空間に当該ガス供給部とは別個の手段により供給するようにしてもよいし、あるいは当該ガス供給部を利用して供給するようにしてもよい。またプリコート工程は、成膜処理時と同様に成膜ガスの他にＡｒガスなどの希ガスを処理容器内に供給するようにしてもよい。ガス供給部は例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。そして処理容器内をクリーニングする工程及びプリコートする工程は、載置台にダミー基板を載置して行われることが好ましい。
【００１１】
本発明は、処理容器内をクリーニングする工程の後、プリコートする工程の前に、酸素の活性種を発生させるガスと希ガスとの混合ガスを処理容器内に供給すると共に前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記混合ガスをプラズマ化してそのプラズマによりガス供給部のアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面を酸化処理するようにしてもよい。
【００１２】
他の発明のプラズマ処理方法は、処理容器内の載置台と対向するように設けられ、マイクロ波を放射するためのスロットが周方向に沿って形成された平面アンテナ部材と、前記載置台と前記平面アンテナ部材との間に設けられ、平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、この誘電体プレートと前記載置台との間において誘電体プレートに対して空間を介して設けられ、導電性部材からなるガス供給部と、前記空間と載置台側の空間との間でガスが通流できるように前記ガス供給部を貫通して形成された開口部と、を備えたプラズマ処理装置を用い、  
処理容器内の載置台に基板を搬入する工程と、
前記ガス供給部から炭素とフッ素とを含む化合物ガスである成膜ガスを処理容器内に供給すると共に、前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記成膜ガスをプラズマ化して基板表面にフッ素添加カーボン膜を成膜する工程と、
１枚の基板が成膜処理されて処理容器の外に搬出される度毎に、酸素の活性種を発生させるためのクリーニングガスを処理容器内に供給し、前記平面アンテナ部材からのマイクロ波により前記クリーニングガスをプラズマ化して前記誘電体の表面を含む処理容器内をクリーニングする工程と、
次いで酸素の活性種を発生させるガスと希ガスとの混合ガスを処理容器内に供給すると共に前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記混合ガスをプラズマ化してガス供給部のアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面を酸化処理する工程と、
その後、次の基板を処理容器内の載置台に搬入する工程と、を含むことを特徴とする。なお希ガスとしては、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガスより選ばれる。またこの発明において、処理容器内をクリーニングする工程は、載置台にダミー基板を載置して行われることが好ましい。
【００１３】
また本発明のプラズマ処理装置は、  処理容器内に設けられた載置台に基板を載置し、マイクロ波により炭素とフッ素とを含む化合物ガスである成膜ガスをプラズマ化し前記基板表面にフッ素添加カーボン膜を成膜する装置において、
前記載置台と対向するように設けられ、マイクロ波を処理容器内に放射するためのスロットが周方向に沿って形成された平面アンテナ部材と、
前記載置台と前記平面アンテナ部材との間に設けられ、平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、
この誘電体プレートと前記載置台との間において誘電体プレートに対して空間を介して設けられ、前記成膜ガスを処理容器内に供給する導電性部材からなる第１のガス供給部と、
前記空間と載置台側の空間との間でガスが通流できるように前記第１のガス供給部を貫通して形成された開口部と、
酸素の活性種を発生させるためのクリーニングガスを処理容器内に供給するための第２のガス供給部と、
１枚の基板を成膜処理して処理容器から搬出する度毎に、前記クリーニングガスをマイクロ波でプラズマ化し前記誘電体プレートの表面を含む処理容器内をクリーニングし、次いで処理容器内に成膜ガスを供給してフッ素添加カーボン膜からなるプリコート膜を成膜するためのプログラムを備えた制御部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、載置台と対向する平面アンテナ部材からマイクロ波を放射し、また平面アンテナ部材と載置台との間に導電性部材からなるガス供給部を設けたプラズマ処理装置を用いているため、高密度なしかも電子温度の低いプラズマが得られ、このため低誘電率でリーク電流の小さいフッ素添加カーボン膜が得られる。また１枚のウエハＷに対して成膜処理が行われる毎に酸素の活性種を含むプラズマにより処理容器内をクリーニングしているため、成膜処理により誘電体プレートに付着したフッ素添加カーボン膜が常に次の基板の成膜処理の前に除去され、マイクロ波の吸収によるその透過の不均一性に基づく成膜処理への悪影響を回避できる。
【００１５】
そして１枚の基板を成膜処理する度毎にクリーニング工程、プリコート工程を行っているので、各基板間で処理環境が同じであるからつまりプリコート膜の膜厚が同じであるから、基板間における膜厚の均一性は良好である。またガス供給部としてアルミニウム部材あるいはアルミニウム合金部材を用いる場合には、剥きだしになったアルミニウムの表面がプリコート膜により保護される。更にまたクリーニング工程の後、希ガスと酸素の活性種を発生させるガスとの混合ガスのプラズマによりアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面を酸化処理することにより、密着性の高い酸化膜が表面に形成され、基板に対する汚染が防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のプラズマ成膜方法の実施の形態を説明するにあたり、先ずこの方法に用いられる好ましいプラズマ処理装置について図１〜図３を参照しながら述べておく。図中１は、例えばアルミニウムからなる処理容器（真空チャンバ）であり、この処理容器１内には、例えば窒化アルミニウムあるいは酸化アルミニウムなどからなる載置台２が設けられている。この載置台２は表面部に静電チャック２１が設けられており、この静電チャック２１の電極は、スイッチ２２を介して直流電源２３に接続されている。また載置台２の内部には、温調手段である温調媒体の流路２４が設けられており、流入路２５からの温調媒体である冷媒が流路２４内を通って流出路２６から排出され、この温調媒体及び図示しないヒータによって載置台２上の基板である半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗが所定温度に維持されることとなる。また載置台２には例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源２７が接続されている。
【００１７】
更に載置台２の上方には、例えば平面形状が略円形状のガスシャワーヘッドとして構成された導電体例えばアルミニウムからなる第１のガス供給部３が設けられ、この第１のガス供給部３における載置台２と対向する面には多数のガス供給孔３１が形成されている。この第１のガス供給部３の内部には、例えば図２に示すようにガス供給孔３１と連通する格子状のガス流路３２が形成されており、このガス流路３２にはガス供給路３３が接続されている。このガス供給路３３には、炭素とフッ素とを含む処理ガスである成膜ガス例えばＣ5Ｆ8ガスのガス供給源３４がガス供給機器群３５を介して接続されており、Ｃ5Ｆ8ガスはガス供給路３３及びガス供給孔３１を通じて処理容器１内に供給されることとなる。なおガス供給機器群３５はバルブや流量調整部であるマスフローコントローラなどを含むものである。
【００１８】
ガス供給部３には、図２に示すように当該ガス供給部３を貫通するように、多数の開口部３６が形成されている。この開口部３６は、プラズマを当該ガス供給部３の下方側の空間に通過させるためのものであり、例えば隣接するガス流路３２同士の間に形成されている。
【００１９】
第１のガス供給部３の上方側には、第２のガス供給部であるガス供給路をなすガス供給路４が設けられている。このガス供給路４の基端側は分岐管４１、４２、４３に分岐されており、分岐管４１にはガス供給機器群５１及び希ガスである例えばＡｒ（アルゴン）ガスのガス供給源５２が接続され、分岐管４２にはガス供給機器群５３及びＯ2（酸素）ガスのガス供給源５４が接続され、分岐管４３にはガス供給機器群５５及びＨ2（水素）ガスのガス供給源５６が接続されている。なおガス供給機器群５１、５３、５５はバルブや流量調整部であるマスフローコントローラなどを含むものである。
【００２０】
前記ガス供給部３の上部側には、誘電体例えばアルミナあるいは石英などからなるプレート（マイクロ波透過窓）６が設けられ、この誘電体プレート６の上部側には、当該誘電体プレート６と密接するようにアンテナ部７が設けられている。このアンテナ部７は、図３にもに示すように、平面形状が円形の扁平なアンテナ本体７０と、このアンテナ本体７０の下面側に設けられ、多数のスロットが形成された円板状の平面アンテナ部材（スロット板）７１とを備えている。これらアンテナ本体７０と平面アンテナ部材７１とは導体により構成されており、同軸導波管１１に接続されている。アンテナ本体７０は、この例では２つの部材に分割された構成となっており、図示しない外部からの冷媒流路を介して冷媒が通流する冷媒溜７２が内部に形成されている。なお図３において、アンテナ本体７０、及び同軸導波管１１とアンテナ部７との接合構造は略解して記載してある。
【００２１】
また前記平面アンテナ部材７１とアンテナ本体７０との間には、例えばアルミナや酸化ケイ素、窒化ケイ素等の低損失誘電体材料により構成された遅相板７３が設けられている。この遅相板７３はマイクロ波の波長を短くして前記導波管４１内の管内波長を短くするためのものである。この実施の形態では、これらアンテナ本体７０、平面アンテナ部材７１及び遅相板７３によりラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）が構成されている。
【００２２】
このように構成されたアンテナ部７は、前記平面アンテナ部材７１が誘電体プレート６に密接するように図示しないシール部材を介して処理容器１に装着されている。そしてこのアンテナ部７は同軸導波管１１を介して外部のマイクロ波発生手段１２と接続され、例えば周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．４ＧＨｚのマイクロ波が供給されるようになっている。そして同軸導波管１１の外側の導波管１１Ａはアンテナ本体７０に接続され、中心導体１１Ｂは遅相板７３に形成された開口部を介して平面アンテナ部材７１に接続されている。
【００２３】
前記平面アンテナ部材７１は例えば厚さ１ｍｍ程度の銅板からなり、図３に示すように例えば円偏波を発生させるための多数のスロット７４が形成されている。このスロット７４は略Ｔ字状に僅かに離間させて配置した一対のスロット７４Ａ，７４Ｂを１組として、周方向に沿って例えば同心円状や渦巻き状に形成されている。なおこのスロット７４は略八字状に僅かに離間させて配置させてもよい。このようにスロット７４Ａとスロット７４Ｂとを相互に略直交するような関係で配列しているので、２つの直交する偏波成分を含む円偏波が放射されることになる。この際スロット対７４Ａ，７４Ｂを遅相板７３により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で配列することにより、マイクロ波が平面アンテナ部材７１から略平面波として放射される。
【００２４】
また処理容器１の底部には排気管１３が接続されており、この排気管１３の基端側には例えばバタフライバルブなどからなる圧力調整部１４を介して真空排気手段である真空ポンプ１５が接続されている。更にまた処理容器１の内壁の内面側には、加熱手段であるヒータ１６が設けられた囲い部材（ウオール部）１７が設けられている。
【００２５】
そしてこのプラズマ処理装置は制御部１０を備えており、前記ガス供給機器群３５、５１、５３、５５を制御すると共に、圧力調整部１４及びヒータ１６、ウエハＷを処理容器１に対して受け渡しを行う図示しない搬送機構などを制御するように構成されている。より具体的には、処理容器１内で行われる後述の成膜処理、クリーニング処理、プリコート処理などの各処理のプロセス条件を既述したレシピやウエハＷの搬送のタイミングなどの情報を含むシーケンスプログラムを記憶した記憶部を備えている。このプログラムは、１枚のウエハＷを成膜処理するたび毎にクリーニング処理及びプリコート処理を行うように作成されている。
【００２６】
続いてこの装置にて実施される本発明の成膜方法の一例について説明する。先ず図示しないゲートバルブを介して例えば表面に配線が形成された基板であるウエハＷを搬入して載置台２上に載置する。続いて処理容器１の内部を所定の圧力まで真空引きし、第２のガス供給部であるガス供給路４を介してプラズマガスである希ガス例えばＡｒガスを所定の流量例えば３００ｓｃｃｍで供給すると共に、ガス供給路３３を介して第１のガス供給部３から原料ガス例えばＣ5Ｆ8ガスを所定の流量例えば１７０ｓｃｃｍで供給する。そして処理容器１内を例えばプロセス圧力１３．３Ｐａ（１００mTorr）に維持し、載置台２の表面温度を例えば３７０℃に設定する。
【００２７】
一方マイクロ波発生手段１２から２．４５ＧＨｚ，２０００Ｗの高周波（マイクロ波）を供給すると、このマイクロ波は、ＴＭモード或いはＴＥモード或いはＴＥＭモードで同軸導波管１１内を伝搬してアンテナ部７の平面アンテナ部材７１に到達し、同軸導波管１１の内部導体１１Ｂを介して、平面アンテナ部材７１の中心部から周縁領域に向けて放射状に伝搬される間に、スロット対７４Ａ、７４Ｂからマイクロ波が誘電体プレート６を介して下方側の空間に向けて放出される。ここで誘電体プレート６はマイクロ波が透過可能な材質例えばＡｌ2Ｏ3（アルミナ）により構成されているので、マイクロ波透過窓として作用し、マイクロ波はこれらを効率良く透過していく。
【００２８】
このとき既述のようにスロット対７４Ａ、７４Ｂを配列したので、円偏波が平面アンテナ部材７１の平面に亘って均一に放出され、この下方の処理空間の電界密度が均一化される。そしてこのマイクロ波のエネルギ−により、第１のガス供給部３の上方空間に高密度で均一なアルゴンガスのプラズマが励起される。一方第１のガス供給部３から吹き出したＣ5Ｆ8ガスは開口部３６を介して上側に回り込み、前記プラズマに接触して活性化され、Ｃ5Ｆ8ガスから生成された活性種が前記開口部３６を介して第１のガス供給部３の下方側の成膜処理空間に降りてきて、ウエハＷの表面に堆積してフッ素添加カーボン膜からなる層間絶縁膜が例えば２００ｎｍの膜厚で成膜される。即ちこのプラズマ処理装置によれば、上方側のプラズマ空間の下方側に活性種が存在する成膜空間（ここは発光していない）が形成され、いわばソフトな活性種によりフッ素添加カーボン膜が成膜されるので、緻密で密着性が高く、熱的安定性の高い薄膜が得られる。
【００２９】
図４（ａ）はこのような成膜処理が行われている様子を示す説明図であり、ウエハＷだけでなく、処理容器１の内部にもフッ素添加カーボン膜１００が成膜されていること示している。こうしフッ素添加カーボン膜が成膜されたウエハＷは、図示しないゲートバルブを介して処理容器１から搬出される。
【００３０】
ウエハＷの成膜処理が終了して処理容器１から搬出されると、続いてクリーニング工程を行う。このクリーニング工程は、先の成膜工程において誘電体プレート６の下面にもフッ素添加カーボン膜１００が付着することから（図４（ａ）では便宜上膜を誇張して記載してある）、この膜１００を除去する目的で行われる。
【００３１】
先ず図示しない搬送手段により処理容器１内にダミーウエハＤＷを搬入して載置台２上に載置する。これは、これから行われるクリーニング工程時に載置台２上の表面をエッチングされることを防止し、続くプリコート工程において載置台２上に薄膜が成膜されてそのためにその後の製品ウエハの裏面に薄膜が付着することを防止するためである。このようにダミーウエハＤＷを用いることが好ましいが、クリーニングガスによる載置台表面の損傷の心配がなく、また製品ウエハの裏面への膜の付着の懸念がないと判断されれば、ダミーウエハＤＷを載置せずにこれら工程を行ってもよい。そしてガス供給機器群５１、５３及び５５の各バルブを開いてガス供給路４を介して処理容器１内にＯ2ガス、Ｈ2ガス及び希ガスこの例ではＡｒガスを夫々所定の流量例えば３００ｓｃｃｍ、３００ｓｃｃｍ及び２００ｓｃｃｍで供給すると共に、処理容器１内を例えばプロセス圧力１３．３Ｐａに維持し、かつ載置台２の表面温度を３００℃に設定する。このとき処理容器１の内壁温度は１７０℃程度である。
【００３２】
一方マイクロ波発生手段１２から２．４５ＧＨｚ，２０００Ｗのマイクロ波を供給して、既述のようにプラズマを励起させ、このプラズマにより前記ガス供給部２から供給されるＯ2ガス及びＨ2ガスを活性化（プラズマ化）させる。Ｏ2ガスのプラズマ化により例えば酸素ラジカルやイオンからなる酸素の活性種（プラズマ）が発生し、この酸素プラズマは処理容器１の内部である壁面、誘電体プレート６の下面及び第１のガス供給部３であるアルミニウム製のシャワーヘッド表面などに付着したフッ素添加カーボン膜と反応する。即ち酸素プラズマがフッ素添加カーボン膜のＣとＦとの結合を切断し、これによって生じるＣやＦの分解生成物が蒸発して飛散して行き、排気口１３を介して処理容器１の外部に排出される。このときフッ素ラジカルが発生するが、Ｈ2ガスのプラズマ化により発生した水素ラジカルによりフッ素ラジカルがＨＦとなって飛散し、アルミニウム部材の腐食が抑制される。また酸素ラジカルとフッ素添加カーボン膜の炭素とが反応して生成された有機物の一部が水素ラジカルにより分解される。
【００３３】
こうして酸素プラズマ及び水素プラズマによるクリーニングを例えば３０秒行い、図４（ｂ）に示すように誘電体プレート６や第１のガス供給部（ガスシャワーヘッド）３に付着しているフッ素添加カーボン膜１００が除去される。
【００３４】
クリーニング工程としては、酸素プラズマ及び水素プラズマによるクリーニングに限らず酸素プラズマによりクリーニングを行ってもよいし、また酸素プラズマによるクリーニングを行い、その後水素プラズマによるクリーニングを行ってもよい。また第２のガス供給部４を第１のガス供給部３と兼用してもよく、つまりＡｒガスなどの希ガス、Ｏ2ガス及びＨ2ガスをガスシャワーヘッドである第１のガス供給部３から供給するようにしてもよく、この場合においてもガスシャワーヘッドの開口部３６（図２参照）からその上方側の空間に拡散していくので、同様の作用が得られる。
【００３５】
クリーニング工程が終了すると、続いて図４（ｃ）に示すように、処理容器１の内部である壁面、誘電体プレート６の下面及び第１のガス供給部３であるアルミニウム製のシャワーヘッド表面などに対してプリコート膜（フッ素添加カーボン）１０１を成膜するプリコート処理を行う。プリコート工程を行う目的の一つとしては、第１のガス供給部３がアルミニウム製であるため、酸素プラズマ及び水素プラズマによりクリーニングを行うとアルミニウムが剥き出しの状態になり、コンタミネーションのおそれがあることから、アルミニウムの表面を不働態化することにある。
【００３６】
また他の目的としては、処理容器１内にフッ素添加カーボン膜が付着している状態で酸素プラズマを照射すると、フッ素添加カーボン膜が灰化して除去されるが、その一方でＣ−Ｃ−Ｃ−ＯやＣＦＯなどの分子量の多い残渣生成物が壁面やシャワーヘッドに付着し、次に行われるウエハＷの成膜処理時に当該ウエハＷの表面に取り込まれる懸念があることから、これら残渣生成物をマスキングすることにある。このプリコートの処理条件は、ウエハＷに対してフッ素添加カーボン膜を成膜したときと同じ条件であるが、プリコート膜の膜厚は、アルミニウムの飛散防止を目的とすることから、例えば１ｎｍ以上であればよい。
【００３７】
一方、先のクリーニング工程は、誘電体プレート６の下面にフッ素添加カーボン膜が付着すると、既述のようにマイクロ波の一部が吸収されて成膜処理に影響がでないようにすることを目的としているため、この観点からすればプリコート膜の膜厚はできるだけ薄い方がよく、従ってプリコート膜の目標膜厚はマージンを見て例えば１〜１０ｎｍ程度に設定することが好ましい。
【００３８】
上述の実施の形態によれば次のような効果がある。即ち、上述のプラズマ処理装置によれば、載置台２と対向する平面アンテナ部材７１からマイクロ波を放射し、導電性部材からなる第１のガス供給部３と誘電体プレート６との間にアルゴンガスのプラズマを発生させ、また第１のガス供給部３と載置台２との間にいわばソフトなプラズマを形成しているため、例えば電子密度が例えば５×１０１１  個／ｃｍ3もの高密度なしかも電子温度の低いプラズマが得られる。このため原料ガスであるＣ5Ｆ8ガスのＣＦ結合が適度に切れて、立体的な連鎖構造が得られ、低誘電率で電気的特性の優れた、具体的にはリーク電流の小さいフッ素添加カーボン膜が得られる。
【００３９】
実際に上述の実施の形態に記載した処理条件で膜厚が２００ｎｍのフッ素添加カーボン膜を成膜し、この薄膜の比誘電率とリーク電流とを測定したところ、比誘電率が２．３、リーク電流が１．０Ｅ−０８（１×１０−８  ）（Ａ／ｃｍ）／（１ＭＶ／ｃｍ）と良好な膜質であった。これに対して同じ原料ガスを用いてＥＣＲプラズマ装置によりフッ素添加カーボン膜を成膜したところ、比誘電率が２．５以上で、またリーク電流が１．０Ｅ−０７（１×１０−７  ）（Ａ／ｃｍ）／（１ＭＶ／ｃｍ）もの大きな値であった。
【００４０】
また１枚のウエハＷに対して成膜処理が行われる毎に酸素プラズマにより処理容器１内をクリーニングしているため、成膜処理により誘電体プレート６に付着したフッ素添加カーボン膜が常に次のウエハＷの成膜処理の前に除去される。背景技術の項目のところで述べたように誘電体プレート６にフッ素添加カーボン膜が付着するとマイクロ波が吸収され、その付着している膜の厚さは誘電体プレート６の面においては不均一であるため、結果としてウエハＷ上におけるフッ素添加カーボン膜の膜厚の面内均一性が悪化する。従ってこの実施の形態によれば、誘電体プレート６の面におけるマイクロ波の吸収の影響が成膜処理に影響を与えなくなる。
【００４１】
一方クリーニング工程に続くプリコート工程においては、処理容器１内にて成膜されるプリコート膜の膜厚が小さいと、従来のように１２枚ものウエハを処理した後にクリーニング工程、プリコート工程を行う場合には、初めのウエハの成膜速度と終わりウエハの成膜速度が大きく異なってくる。その理由は、処理容器１内のプリコート膜が薄い場合と厚い場合とでは、プリコート膜の上に成膜されるときの速度が異なる（薄い場合には成膜速度が速い）からである。ここでこの実施の形態では、１枚のウエハＷを成膜処理する度毎にクリーニング工程、プリコート工程を行っているので、各ウエハＷの間で処理環境が同じであるからつまり処理容器１内に付着しているプリコート膜を含む膜の膜厚が同じであるから、ウエハＷ間における膜厚の均一性は良好である。
【００４２】
この点についてもう少し具体的に詳述すると、、本発明者はクリーニング工程の後に目標膜厚を３００ｎｍに設定してウエハの成膜処理を順次行い、各ウエハの膜厚を測定したところ、８枚目以降は顕著に膜厚が目標膜厚よりも小さくなっていた。このため誘電体プレート６に付着するフッ素添加カーボン膜がマイクロ波を吸収していることが裏付けられる。そしてその吸収の程度は誘電体プレート６に付着するフッ素添加カーボン膜の膜厚に対応すると推測され、層間絶縁膜の薄膜化が進むと、付着膜厚が小さくてもウエハ上の膜厚の面内均一性に影響を及ぼすことは確実である。一方プリコート工程を行う場合、その後に特許文献１のように１０枚以上をも連続処理しようとすると、ウエハ間において膜厚が均一になるようにするためには、プリコート膜の膜厚を１０００ｎｍ程度以上としなければならず、このような膜厚にすると、マイクロ波の吸収の影響の問題がクローズアップされてくる。従ってＲＳＬＡを用いたプラズマ処理装置においては、１枚のウエハＷを成膜処理する度毎にクリーニング工程、プリコート工程を行うことは有効な技術である。
【００４３】
また第１のガス供給部３であるシャワーヘッドを構成するアルミニウム部材の表面はＣ5Ｆ8ガスのプラズマによりアルミニウムのフッ化物が生成されて不動態化しているが、酸素プラズマに曝されるとＡｌ−Ａｌ−Ｆの結合のうちＡｌ−Ａｌが酸素により切断され、アルミニウムが剥きだしの状態になる。また酸素ガスと水素ガスとの混合ガスのプラズマによりクリーニングする場合には、Ａｌ−ＦのＦが水素と結合してフッ化水素として飛散し、やはりアルミニウムが剥きだしの状態になる。この状態でウエハＷに対して成膜処理が行われると、アルゴンイオンによりスパッタされてアルミニウムがウエハＷ上のフッ素添加カーボン膜中に取り込まれるおそれがある。従ってクリーニング後にプリコートを行ってフッ素添加カーボン膜からなるプリコート膜を処理容器１内の壁面やシャワーヘッドなどに付着させれば、アルミニウムの飛散を抑えることができる。なお処理容器１やガス供給部３はアルミニウムに限らずアルミニウム合金であってもよく、この場合にも耐食性が大きいのでプラズマ処理装置の部品の材料として有効である。
【００４４】
更に本発明は、上述の実施の形態においてプリコート工程に代えて、表面酸化処理工程を行ってもよい。この工程は、第１のガス供給部３や処理容器１を構成するアルミニウム部材の表面を酸素ラジカルによって酸化し、酸化物被膜を形成するものである。より具体的には酸素ラジカルと共に希ガスのプラズマを併用して処理するものであり、ガス供給路４からＯ2ガス及び希ガスである例えばＡｒガスを例えば５００ｓｃｃｍ及び１００ｓｃｃｍの流量で処理容器２内に供給しながら圧力を例えば１３．３Ｐａに維持し、２．４５ＧＨｚ，２０００Ｗのマイクロ波を既述のように処理容器１内に導入して、Ｏ2ガス及びＡｒガスを活性化（プラズマ化）させ、酸素ラジカルによりアルミニウムに対して酸化処理を行う。このとき酸化物中に微量に希ガス成分であるＡｒが取り込まれ、被膜の膜応力が抑制されて高い密着力が得られる。希ガスとしてはＡｒガスに限らずＨｅ（ヘリウム）ガス、Ｎｅ（ネオン）ガス、Ｋｒ（クリプトン）ガス、Ｘｅ（キセノン）ガスなどを用いることができる。
【００４５】
以上において、フッ素添加カーボン膜の用途としては層間絶縁膜に限らず他の絶縁膜であってもよい。また原料ガスとしてはＣ5Ｆ8ガスに限らず、ＣＦ4ガス、Ｃ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ3Ｆ9ガス及びＣ4Ｆ8ガスなどを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明方法を実施するためのプラズマ処理装置の一例の全体構成を示す断面図である。
【図２】前記プラズマ処理装置に設けられる第１のガス供給部の一部を示す平面図である。
【図３】前記プラズマ処理装置に設けられるアンテナ部を示す斜視図である。
【図４】本発明方法を説明するための工程図である。
【図５】本発明の課題を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
Ｗ        半導体ウエハ
１          処理容器
１０        制御部
１１        同軸導波管
１２        マイクロ波発生手段
２          載置台
２７        バイアス用の高周波電源部
３          第１のガス供給部（シャワーヘッド）
３１        ガス供給孔
３３        ガス供給路
３６        開口部
４          第２のガス供給部（ガス供給路）
３５、５１、５３、５５    ガス供給機器群
６          誘電体
７          アンテナ部
７１        平面アンテナ部材
７４        スロット部
１００      フッ素添加カーボン膜
【図１】
2005150622.tif 000003
【図２】
2005150622.tif 000004
【図３】
2005150622.tif 000005
【図４】
2005150622.tif 000006
【図５】
2005150622.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月25日(2003.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内の載置台と対向するように設けられ、マイクロ波を放射するためのスロットが周方向に沿って形成された平面アンテナ部材と、前記載置台と前記平面アンテナ部材との間に設けられ、平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、この誘電体プレートと前記載置台との間において誘電体プレートに対して空間を介して設けられ、導電性部材からなるガス供給部と、前記空間と載置台側の空間との間でガスが通流できるように前記ガス供給部を貫通して形成された開口部と、を備えたプラズマ処理装置を用い、  
処理容器内の載置台に基板を搬入する工程と、
前記処理容器内に希ガスを供給しかつ前記ガス供給部から炭素とフッ素とを含む化合物ガスである成膜ガスを処理容器内に供給すると共に、前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記希ガス及び成膜ガスをプラズマ化して基板表面にフッ素添加カーボン膜を成膜する工程と、
１枚の基板が成膜処理されて処理容器の外に搬出される度毎に、酸素の活性種を発生させるためのクリーニングガスを処理容器内に供給し、前記平面アンテナ部材からのマイクロ波により前記クリーニングガスをプラズマ化して前記誘電体プレートの表面を含む処理容器内をクリーニングする工程と、
次いで前記ガス供給部から炭素とフッ素とを含む化合物の成膜ガスを処理容器内に供給すると共に、前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記成膜ガスをプラズマ化して処理容器内にプリコート膜としてフッ素添加カーボン膜をプリコートする工程と、
その後、次の基板を処理容器内の載置台に搬入する工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
ガス供給部はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
処理容器内をクリーニングする工程の後、プリコートする工程の前に、酸素の活性種を発生させるガスと希ガスとの混合ガスを処理容器内に供給すると共に前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記混合ガスをプラズマ化してガス供給部のアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面を酸化処理する工程を行うことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
処理容器内をクリーニングする工程及びプリコートする工程は、載置台にダミー基板を載置して行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
処理容器内の載置台と対向するように設けられ、マイクロ波を放射するためのスロットが周方向に沿って形成された平面アンテナ部材と、前記載置台と前記平面アンテナ部材との間に設けられ、平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、この誘電体プレートと前記載置台との間において誘電体プレートに対して空間を介して設けられ、導電性部材からなるガス供給部と、前記空間と載置台側の空間との間でガスが通流できるように前記ガス供給部を貫通して形成された開口部と、を備えたプラズマ処理装置を用い、  
処理容器内の載置台に基板を搬入する工程と、
前記ガス供給部から炭素とフッ素とを含む化合物ガスである成膜ガスを処理容器内に供給すると共に、前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記成膜ガスをプラズマ化して基板表面にフッ素添加カーボン膜を成膜する工程と、
１枚の基板が成膜処理されて処理容器の外に搬出される度毎に、酸素の活性種を発生させるためのクリーニングガスを処理容器内に供給し、前記平面アンテナ部材からのマイクロ波により前記クリーニングガスをプラズマ化して前記誘電体の表面を含む処理容器内をクリーニングする工程と、
次いで酸素の活性種を発生させるガスと希ガスとの混合ガスを処理容器内に供給すると共に前記平面アンテナ部材から誘電体プレートを介してマイクロ波を放射し、このマイクロ波により前記混合ガスをプラズマ化してガス供給部のアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面を酸化処理する工程と、
その後、次の基板を処理容器内の載置台に搬入する工程と、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記希ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス及びキセノンガスより選ばれることを特徴とする請求項３または４記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
処理容器内をクリーニングする工程は、載置台にダミー基板を載置して行われることを特徴とする請求項５または６記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
処理容器内に設けられた載置台に基板を載置し、マイクロ波により炭素とフッ素とを含む化合物ガスである成膜ガスをプラズマ化し前記基板表面にフッ素添加カーボン膜を成膜する装置において、
前記載置台と対向するように設けられ、マイクロ波を処理容器内に放射するためのスロットが周方向に沿って形成された平面アンテナ部材と、
前記載置台と前記平面アンテナ部材との間に設けられ、平面アンテナ部材から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、
この誘電体プレートと前記載置台との間において誘電体プレートに対して空間を介して設けられ、前記成膜ガスを処理容器内に供給する導電性部材からなる第１のガス供給部と、
前記空間と載置台側の空間との間でガスが通流できるように前記第１のガス供給部を貫通して形成された開口部と、
酸素の活性種を発生させるためのクリーニングガスを処理容器内に供給するための第２のガス供給部と、
１枚の基板を成膜処理して処理容器から搬出する度毎に、前記クリーニングガスをマイクロ波でプラズマ化し前記誘電体プレートの表面を含む処理容器内をクリーニングし、次いで処理容器内に成膜ガスを供給してフッ素添加カーボン膜からなるプリコート膜を成膜するためのプログラムを備えた制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。