(57)【要約】【課題】  低温かつ短時間で良質の膜を形成できる基板のプラズマ成膜装置を提供する。【解決手段】  プラズマ成膜装置１の処理容器２内のシャワープレート１１と載置台３との間に，外形が略平板状の原料ガス供給構造体４０を設ける。この原料ガス供給構造体４０によって，処理容器２内がプラズマ励起領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２に区画される。原料ガス供給構造体４０は，格子状に配置された原料ガス供給管４１により形成されており，その隙間が開口部４２になっている。原料ガス供給構造体４０の開口部４２は，プラズマ励起領域Ｒ１で発生したプラズマが２５％以上通過するように形成されている。この結果，基板Ｗ上には，成膜のためのラジカルやイオン又はそのラジカルなどが有するエネルギが効率的に供給され，基板Ｗ上に低温かつ短時間で良質の膜を形成できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にプラズマを用いて成膜するプラズマ成膜装置であって，
基板を収容し処理する処理容器と，
前記処理容器内において基板を載置する載置部と，
前記載置部に載置された基板に対向する位置に設けられ，前記処理容器内にプラズマ発生用の高周波を供給する高周波供給部と，
前記高周波供給部と前記載置部との間に設けられ，前記高周波供給部から前記載置台までの領域を前記高周波供給部側の領域と前記載置部側の領域に区画し，さらに前記高周波供給部から供給された高周波が前記載置部側の領域に進入するのを抑制する略平板型の構造体と，
前記高周波供給部側の領域にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と，を備え，
前記構造体には，前記載置部側の領域に膜の原料ガスを供給する複数の原料ガス供給口と，前記高周波供給部側の領域で生成されたプラズマが前記載置部側の領域に通過する複数の開口部が形成され，
前記複数の開口部は，前記プラズマの通過率が２５％以上になるように形成されていること特徴とする，プラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記プラズマガス供給部は，前記高周波供給部の下部であって前記構造体の上面に対向する位置に設けられていることを特徴とする，請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記構造体には，前記原料ガスが通流する原料ガス供給管が平面から見て格子状に配置されており，
前記原料ガス供給口は，前記原料ガス供給管の下面に形成され，
前記構造体の開口部は，前記格子状の原料ガス供給管の隙間により形成されていることを特徴とする，請求項１又は２のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記原料ガス供給管の軸方向から見たときの縦断面は，方形に形成されていることを特徴とする，請求項３に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項５】
前記載置部に載置された基板の温度を４５０℃以下に制御する温度制御部を備えたことを特徴とする，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
【請求項６】
前記載置部に載置された基板の温度を３５０℃以下に制御する温度制御部を備えたことを特徴とする，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
【請求項７】
前記載置部に載置された基板の温度を１００℃以下に制御する温度制御部を備えたことを特徴とする，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
【請求項８】
請求項１，２，３又は４のいずれかに記載されたプラズマ成膜装置を用いたプラズマ成膜方法であって，
高周波供給部側の領域で生成され前記構造体を通過したプラズマによって，前記載置部側の領域の原料ガスをプラズマ化して，載置部に載置された基板に所定の膜を形成する成膜工程において，前記基板の温度を４５０℃以下に維持することを特徴とする，プラズマ成膜方法。
【請求項９】
前記成膜工程において，基板の温度を３５０℃以下に維持することを特徴とする，請求項８に記載のプラズマ成膜方法。
【請求項１０】
前記成膜工程において，基板の温度を１００℃以下に維持することを特徴とする，請求項８に記載のプラズマ成膜方法。
【請求項１１】
前記膜は，シリコン窒化膜であることを特徴とする，請求項８，９又は１０に記載のプラズマ成膜方法。
【請求項１２】
請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置を用いて行われる半導体装置の製造方法であって，
高周波供給部側の領域で生成され前記構造体を通過したプラズマによって，前記載置部側の領域の原料ガスをプラズマ化して，載置部に載置された基板に所定の膜を形成する成膜工程において，前記基板の温度を４５０℃以下に維持することを特徴とする，半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置を用いて行われる液晶表示装置の製造方法であって，
高周波供給部側の領域で生成され前記構造体を通過したプラズマによって，前記載置部側の領域の原料ガスをプラズマ化して，載置部に載置された基板に所定の膜を形成する成膜工程において，前記基板の温度を３５０℃以下に維持することを特徴とする，液晶表示装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置を用いて行われる有機ＥＬ素子の製造方法であって，
高周波供給部側の領域で生成され前記構造体を通過したプラズマによって，前記載置部側の領域の原料ガスをプラズマ化して，載置部に載置された基板に所定の膜を形成する成膜工程において，前記基板の温度を１００℃以下に維持することを特徴とする，有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，基板のプラズマ成膜装置，基板のプラズマ成膜方法，半導体装置の製造方法，液晶表示装置の製造方法及び有機ＥＬ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体装置や液晶表示装置，有機ＥＬ素子等の電子デバイスの製造プロセスにおいては，例えば基板の表面に導電性の膜や絶縁膜を形成する成膜処理が行われている。この成膜処理には，基板上にプラズマを用いて成膜するプラズマ成膜処理が採用されている。
【０００３】
上記プラズマ成膜処理は，通常プラズマ成膜装置で行われ，当該プラズマ成膜装置の種類としては，近年，マイクロ波電界によりプラズマを発生させて成膜するマイクロ波プラズマ成膜装置が注目されている。このマイクロ波プラズマ成膜装置によれば，従来の他の成膜装置に比べて高密度のプラズマを得ることができるので，基板への成膜処理を短時間で効率的に行うことができる。
【０００４】
上記マイクロ波プラズマ成膜装置は，例えば処理容器内に基板を載置する載置台を備え，処理容器内の上部に，マイクロ波を発生させるラジアルラインスロットアンテナと，当該ラジアルラインアンテナからのマイクロ波を通過させかつプラズマガスを供給するシャワープレートを備えている。また，当該マイクロ波プラズマ成膜装置の従来型のものは，処理容器の壁面から膜の原料ガスを供給するようになっていた。
【０００５】
そして，基板に成膜処理を施す際には，シャワープレートの直下において，マイクロ波によってプラズマガスをプラズマ化し，その生成されたプラズマにより原料ガスをラジカル化又はイオン化し，当該ラジカルやイオンによって基板上に所定の膜を成長させていた。
【０００６】
しかしながら，従来型のマイクロ波プラズマ成膜装置では，処理容器内に供給された所定の原料ガスにマイクロ波が直接照射されるので，当該原料ガスがマイクロ波により解離又は結合し，当該原料ガスがシャワープレートや処理容器の壁面などに付着することがあった。この原料ガスの付着により，プラズマの励起電力が低下し，プラズマの密度が低下して，基板上における膜の成長が適正に行われなくなることがあった。
【０００７】
そこで，かかる問題を解決するために，シャワープレートと載置台との間に，格子状のシャワープレートを備えることが提案されている（例えば，特許文献１参照。）。格子状シャワープレートは，処理容器内を，シャワープレート側のプラズマ励起領域と載置台側のプラズマ拡散領域とに区画し，マイクロ波がプラズマ拡散領域側に進入するのを抑制すると共に，プラズマ拡散領域側に原料ガスを供給するように構成されている。
【０００８】
しかしながら，上述した格子状シャワープレートを備えた場合，今度は，処理容器内で発生したプラズマや，当該プラズマにより原料ガスから生成されたラジカルやイオンが，格子状シャワープレートに衝突するようになり，この衝突によって，ラジカルやイオンが消滅することがあった。このため，成膜するためのラジカルやイオンが基板に適正に供給されず，基板上に良好な膜が形成されなくなり，また成膜に時間がかかるようになっていた。
【０００９】
また，従来のマイクロ波プラズマ成膜装置では，例えば半導体装置用の基板の成膜の際には，基板を８００℃程度に昇温し，基板に熱エネルギーを与えて，膜の成長を促進させる必要があった。このような場合，膜の種類によっては，高温により膜中にボイドや欠陥が発生し，膜質が低下するので，膜の材料には，耐熱温度の高いものしか使用できなかった。また，基板が高温になると，半導体装置内の他の層の膜，例えば金属膜などが溶解することがあるので，前記マイクロ波によるプラズマ成膜処理を，例えば耐熱温度の低い金属膜を形成する前の工程で行う必要があり，また，例えば金属膜の上層膜を厚くして金属膜を熱から保護する必要があった。このように，基板の成膜処理を高温で行う必要があると，マイクロ波によるプラズマ成膜処理を行う際に，多くの限定条件が加わることになる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２９９３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，基板に供給される，成膜のためのラジカルやイオン量を適正化し，低温かつ短時間で良質の膜を形成できる基板のプラズマ成膜装置，基板のプラズマ成膜方法，半導体装置の製造方法，液晶表示装置の製造方法及び有機ＥＬ素子の製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために，本発明は，基板上にプラズマを用いて成膜するプラズマ成膜装置であって，基板を収容し処理する処理容器と，前記処理容器内において基板を載置する載置部と，前記載置部に載置された基板に対向する位置に設けられ，前記処理容器内にプラズマ発生用の高周波を供給する高周波供給部と，前記高周波供給部と前記載置部との間に設けられ，前記高周波供給部から前記載置台までの領域を前記高周波供給部側の領域と前記載置部側の領域に区画し，さらに前記高周波供給部から供給された高周波が前記載置部側の領域に進入するのを抑制する略平板型の構造体と，前記高周波供給部側の領域にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と，を備え，前記構造体には，前記載置部側の領域に膜の原料ガスを供給する複数の原料ガス供給口と，前記高周波供給部側の領域で生成されたプラズマが前記載置部側の領域に通過する複数の開口部が形成され，前記複数の開口部は，前記プラズマの通過率が２５％以上になるように形成されていること特徴とする。
【００１３】
発明者の検証によれば，前記構造体におけるプラズマの通過率を２５％以上にした場合，基板上への膜の堆積レートと膜質が向上し，低温でも良質の膜が形成できることが分かった。したがって，本発明によれば，基板上に低温かつ短時間で良質の膜を形成できる。特に，成膜時の基板温度を下げることができるので，当該プラズマ成膜装置を，例えば耐熱温度の低い膜の成膜にも用いることができる。なお，前記「プラズマガス」とは，プラズマを生成するために用いられるガスをいう。
【００１４】
前記プラズマガス供給部は，前記高周波供給部の下部であって前記構造体の上面に対向する位置に設けられていてもよい。また，前記構造体には，前記原料ガスが通流する原料ガス供給管が平面から見て格子状に配置されており，前記原料ガス供給口は，前記原料ガス供給管の下面に形成され，前記構造体の開口部は，前記格子状の原料ガス供給管の隙間により形成されていてもよい。かかる場合，原料ガス供給管を格子状に配置するだけで構造体を形成することができる。さらに，前記原料ガス供給管の軸方向から見たときの縦断面は，方形に形成されていてもよい。
【００１５】
前記プラズマ成膜装置は，前記載置部に載置された基板の温度を４５０℃以下に制御する温度制御部を備えていてもよい。例えば半導体装置を構成する膜には，例えば金属膜のように耐熱温度が４５０〜５００℃程度の低いものが含まれる。本発明によれば，基板の温度を４５０℃以下に維持できるので，例えばマイクロ波供給部からの多量の熱によって基板が昇温して基板温度が４５０℃を越えるようなことが防止できる。したがって，例えば成膜処理時に，半導体装置内の膜の耐熱温度を越えることがなく，当該膜が既に形成されている基板に対しても，適正に成膜処理を施すことができる。
【００１６】
前記プラズマ成膜装置は，前記載置部に載置された基板の温度を３５０℃以下に制御する温度制御部を備えていてもよい。例えば液晶表示装置で用いられるガラス基板は，耐熱温度が３５０℃〜４００℃程度である。本発明によれば，基板の温度が３５０℃以下に維持されるので，例えばマイクロ波供給部からの多量の熱によって基板が昇温して基板温度が３５０℃を越えるようなことがなくなる。したがって，例えば成膜処理時に，液晶表示装置のガラス基板の耐熱温度を越えることがなく，液晶表示装置のガラス基板に対しても適正に成膜処理を施すことができる。
【００１７】
前記プラズマ成膜装置は，前記載置部に載置された基板の温度を１００℃以下に制御する温度制御部を備えていてもよい。例えば有機ＥＬ素子で用いられる有機ＥＬ材料の耐熱温度は，１００℃〜２００℃程度である。本発明によれば，基板の温度が１００℃以下に維持されるので，例えばマイクロ波供給部からの多量の熱によって基板が昇温して基板温度が１００℃を越えるようなことがなくなる。したがって，成膜処理時に，有機ＥＬ材料の耐熱温度を越えることがなく，例えば有機ＥＬ材料が塗られた有機ＥＬ素子の基板に対しても，適正に成膜処理を施すことができる。
【００１８】
本発明は，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載されたプラズマ成膜装置を用いたプラズマ成膜方法であって，高周波供給部側の領域で生成され前記構造体を通過したプラズマによって，前記載置部側の領域の原料ガスをプラズマ化して，載置部に載置された基板に所定の膜を形成する成膜工程において，前記基板の温度を４５０℃以下に維持することを特徴とする。
【００１９】
本発明のプラズマ成膜方法は，上記プラズマ成膜装置を用いたものなので，基板を４５０℃以下の低温に維持しても，良質の膜が形成できる。また，基板の温度が４５０℃以下に維持されるので，例えば従来よりの耐熱温度が低い膜であっても成膜できる。さらに，例えば金属膜のように低い耐熱温度の他の膜を有する半導体装置の基板に対しても，当該他の膜に影響を与えることなく適正な成膜処理を施すことができる。
【００２０】
前記成膜工程において，基板の温度を３５０℃以下に維持するようにしてもよい。かかる場合，例えば３５０℃〜４００℃程度の耐熱温度の液晶表示装置のガラス基板に対しても，適正な成膜処理を施すことができる。
【００２１】
前記成膜工程において，基板の温度を１００℃以下に維持するようにしてもよい。かかる場合，例えば１００℃〜２００℃程度の耐熱温度の有機ＥＬ材料が塗られた有機ＥＬ素子の基板に対しても，適正な成膜処理を施すことができる。なお，前記膜は，シリコン窒化膜であってもよい。
【００２２】
本発明は，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置を用いて行われる半導体装置の製造方法であって，高周波供給部側の領域で生成され前記構造体を通過したプラズマによって，前記載置部側の領域の原料ガスをプラズマ化して，載置部に載置された基板に所定の膜を形成する成膜工程において，前記基板の温度を４５０℃以下に維持することを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体装置の製造方法は，上記プラズマ成膜装置を用いたものなので，基板を４５０℃以下の低温に維持しても，良質の膜が形成できる。また，成膜時の膜材料に，耐熱温度の低い材料を用いることができる。さらに，例えば金属膜のように４５０℃〜５００℃程度の低い耐熱温度の膜を有する半導体装置であっても，ボイドや欠陥が生じることなく適正に製造できる。
【００２４】
本発明は，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置を用いて行われる液晶表示装置の製造方法であって，高周波供給部側の領域で生成され前記構造体を通過したプラズマによって，前記載置部側の領域の原料ガスをプラズマ化して，載置部に載置された基板に所定の膜を形成する成膜工程において，前記基板の温度を３５０℃以下に維持することを特徴とする。
【００２５】
本発明の液晶表示装置の製造方法は，上記プラズマ成膜装置を用いたものなので，液晶表示装置の基板を３５０℃以下の低温に維持しても，良質の膜が形成できる。また，基板の温度が３５０℃以下に維持されるので，例えばガラス基板が熱による影響を受けずに液晶表示装置を適正に製造できる。
【００２６】
本発明は，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置を用いて行われる有機ＥＬ素子の製造方法であって，高周波供給部側の領域で生成され前記構造体を通過したプラズマによって，前記載置部側の領域の原料ガスをプラズマ化して，載置部に載置された基板に所定の膜を形成する成膜工程において，前記基板の温度を１００℃以下に維持することを特徴とする。
【００２７】
本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は，上記プラズマ成膜装置を用いたものなので，有機ＥＬ素子の基板を１００℃以下の低温に維持しても，良質の膜が形成できる。また，基板の温度が１００℃以下に維持されるので，例えば有機ＥＬ材料が熱によって劣化せず，有機ＥＬ素子を適正に製造できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば，良質の膜が形成できるので，歩留まりの向上が図られる。低温で成膜できるので，材料の選択幅が広がる。膜の形成速度が増大するので，スループットの向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下，本発明の実施の形態について説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかるプラズマ成膜装置１の縦断面の様子を模式的に示している。このプラズマ成膜装置１は，ラジアルラインスロットアンテナを用いてプラズマを発生させるＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。
【００３０】
プラズマ成膜装置１は，例えば上面が開口した有底円筒状の処理容器２を備えている。処理容器２は，例えばアルミニウム合金により形成されている。処理容器２は，接地されている。処理容器２の底部のほぼ中央部には，例えば基板Ｗを載置するための載置部としての載置台３が設けられている。
【００３１】
載置台３には，例えば電極板４が内蔵されており，電極板４は，処理容器２の外部に設けられた，例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源５に接続されている。このバイアス用高周波電源５により載置台３の表面を負電極とし，プラズマ中の荷電粒子を引き込むことができる。また，電極板４は，図示しない直流電源にも接続されており，載置台３の表面に静電気力を生じさせて，基板Ｗを載置台３上に静電吸着することができる。
【００３２】
載置台３内には，例えば冷却媒体を通流させる温度調整部である冷却ジャケット６が設けられている。冷却ジャケット６は，冷媒の温度を調整する冷媒温調部７に接続されている。冷媒温調部７における冷媒の調整温度は，温度制御部８で制御されている。したがって，温度制御部８によって冷媒温調部７の冷媒調整温度を設定し，冷媒温調部７によって冷却ジャケット６に流れる冷媒の温度を調整して，載置台３の温度を制御できる。この結果，載置台３上に載置された基板Ｗを所定の温度以下に維持できる。
【００３３】
処理容器２の上部開口には，気密性を確保するためのＯリングなどのシール材１０を介して，プラズマガス供給部としてのシャワープレート１１が設けられている。このシャワープレート１１によって処理容器２内が閉鎖されている。シャワープレート１１の上部側には，カバープレート１２が設けられ，その上部には，プラズマ発生用のマイクロ波を供給する高周波供給部としてのラジアルラインスロットアンテナ１３が設けられている。
【００３４】
シャワープレート１１は，例えば円盤状に形成され，載置台３に対向するように配置されている。シャワープレート１１の材質には，誘電率の高い例えば窒化アルミニウムが用いられている。
【００３５】
シャワープレート１１には，鉛直方向に貫通する複数のガス供給孔１４が形成されている。また，シャワープレート１１には，処理容器２の側面からシャワープレート１１の内部を水平に通過し，シャワープレート１１の中央部から上面に連通するガス供給管１５が形成されている。このガス供給管１５が連通するシャワープレート１１の上面には，凹部が形成されており，シャワープレート１１とカバープレート１２との間には，ガス流路１６が形成されている。ガス流路１６は，前記各ガス供給孔１４に連通している。したがって，ガス供給管１５に供給されたプラズマガスは，ガス供給管１５を通ってガス流路１６に送られ，ガス流路１６から各ガス供給孔１４を通って処理容器２内に供給される。
【００３６】
ガス供給管１５は，処理容器２の外部に設置された例えば３つの第１，第２及び第３のガス供給源１７，１８，１９に連通している。本実施の形態においては，第１のガス供給源１７に窒素ガスが封入され，第２のガス供給源１８には，プラズマガスである希ガスのアルゴンガスが封入され，第３のガス供給源１９には，プラズマガスである水素ガスが封入されている。したがって，処理容器２内へは，例えばアルゴンガス，窒素ガス及び水素ガスの混合ガスを供給することができる。
【００３７】
カバープレート１２は，Ｏリング等のシール部材２０を介してシャワープレート１１の上面に接着されている。カバープレート１２は，例えばＡｌ２Ｏ３などの誘電体により形成されている。
【００３８】
ラジアルラインスロットアンテナ１３は，下面が開口した略円筒状のアンテナ本体３０を備えている。アンテナ本体３０の下面の開口部には，多数のスロットが形成された円盤状のスロット板３１が設けられている。アンテナ本体３０内のスロット板３１の上部には，低損失誘電体材料により形成された遅相板３２が設けられている。アンテナ本体３０の上部には，マイクロ波発振装置３３に通じる同軸導波管３４が接続されている。マイクロ波発振装置３３は，処理容器２の外部に設置されており，ラジアルラインスロットアンテナ１３に対し，所定周波数，例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振できる。かかる構成により，マイクロ波発振装置３３から発振されたマイクロ波は，ラジアルラインスロットアンテナ１３内に伝搬され，遅相板３２で圧縮され短波長化され，スロット板３１で円偏波を発生させた後，カバープレート１２及びシャワープレート１１を介して処理容器２内に向けて放射される。
【００３９】
処理容器２内の載置台３とシャワープレート１１の間には，例えば略平板形状の原料ガス供給構造体４０が設けられている。原料ガス供給構造体４０は，外形が平面から見て少なくとも基板Ｗの直径よりも大きい円形状に形成され，載置台３とシャワープレート１１に対向するように設けられている。この原料ガス供給構造体４０によって，処理容器２内は，シャワープレート１１側のプラズマ励起領域Ｒ１と，載置台３側のプラズマ拡散領域Ｒ２とに区画されている。
【００４０】
原料ガス供給構造体４０は，図２に示すように同一平面上で略格子状に配置された一続きの原料ガス供給管４１により構成されている。原料ガス供給管４１は，例えば原料ガス供給構造体４０の外周部分に環状に配置された環状管４１ａと，管状管４１ａの内側において複数本の縦横の管が互いに直交するように配置された格子状管４１ｂにより構成されている。これらの原料ガス供給管４１は，軸方向から見て縦断面が方形に形成され，総て互いに連通している。
【００４１】
また，原料ガス供給構造体４０における，格子状に配置された原料ガス供給管４１同士の隙間には，多数の開口部４２が形成されている。原料ガス供給構造体４０の上側のプラズマ励起領域Ｒ１で生成されたプラズマは，この開口部４２を通過して載置台３側のプラズマ拡散領域Ｒ２に進入する。多数の開口部４２は，例えばプラズマの通過率Ｌが２５％以上，例えば３０〜８０％程度になるように形成されている。このプラズマの通過率Ｌは，数式（１）
2005093737.tif 000003
（数式（１）中のαは，プラズマの拡散方程式により示される開口部４２の形状係数であり，ｔは，原料ガス供給構造体４０の厚みであり，ｄは，一つの開口部４２の寸法である。）で示される。
【００４２】
例えば，原料ガス供給構造体４０の平面面積が０．０７ｍ２，開口部４２全体の開口面積が０．０５ｍ２であり，開口部４２の平面から見た形状が方形で，一辺の長さｄが２５．９ｍｍの場合，プラズマの拡散方程式により，形状係数αは，−４．４４となる。原料ガス供給構造体４０の厚みｔを３．２ｍｍとすると，数式（１）により，プラズマの通過率Ｌは，４１％となる。
【００４３】
各開口部４２の寸法は，例えばラジアルラインスロットアンテナ１３から放射されるマイクロ波の波長よりも短く設定される。こうすることによって，ラジアルラインスロットアンテナ１３から供給されたマイクロ波が原料ガス供給構造体４０で反射され，マイクロ波のプラズマ拡散領域Ｒ２への進入を抑制できる。この結果，載置台３上の基板Ｗがマイクロ波に直接曝されることがなく，マイクロ波による基板Ｗの損傷を防止できる。原料ガス供給構造体４０の表面，つまり原料ガス供給管４１の表面には，例えば不動態膜が被覆されており，プラズマ中の荷電粒子により原料ガス供給構造体４０がスパッタリングされることを防止し，スパッタリングで飛び出した粒子によって基板Ｗが金属汚染されることを防止できる。
【００４４】
原料ガス供給構造体４０の原料ガス供給管４１の下面には，図１及び図３に示すように多数の原料ガス供給口４３が形成されている。これらの原料ガス供給口４３は，原料ガス供給構造体４０面内において均等に配置されている。なお，この原料ガス供給口４３は，載置台３に載置された基板Ｗに対向する領域に均等に配置されていてもよい。原料ガス供給管４１には，図１に示すように処理容器２の外部に設置された原料ガス供給源４４に連通するガス管４５が接続されている。原料ガス供給源４４には，例えば原料ガスとしてのシリコン系のガス，例えばシランガスが封入されている。原料ガス供給源４４からガス管４５を通じて原料ガス供給管４１に供給された原料ガスは，各原料ガス供給口４３から下方のプラズマ拡散領域Ｒ２に向けて吐出される。
【００４５】
処理容器２の底部には，処理容器２内の雰囲気を排気するための排気口５０が設けられている。排気口５０には，ターボ分子ポンプなどの排気装置５１に通じる排気管５２が接続されている。この排気口５０からの排気により，処理容器２内を所定の圧力に減圧できる。
【００４６】
次に，以上のように構成されたプラズマ成膜装置１で行われるプラズマ成膜処理について説明する。ここでは，例えばキャパシタなどの半導体装置を製造するために，シリコン酸化膜が形成された基板Ｗの表面上に絶縁膜，例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する場合を例に採って説明する。
【００４７】
先ず，シリコン酸化膜が形成された基板Ｗが処理容器２内に搬入され，載置台３上に吸着保持される。このとき，温度制御部８の設定により，冷却キャビネット６には，低温度，例えば２３℃の常温の冷媒が通流しており，載置台３は，常温に維持されている。したがって，載置台３に載置された基板Ｗは，常温に維持される。続いて，排気装置５１により処理容器２内の排気が開始され，処理容器２内の圧力が所定の圧力，例えば１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）に減圧される。
【００４８】
処理容器２内が減圧されると，シャワーヘッド１１からプラズマ励起領域Ｒ１に向けてアルゴンガス及び水素ガスのプラズマガスと，窒素ガスが供給される。また，ラジアルラインスロットアンテナ１３からは，直下のプラズマ励起領域Ｒ１に向けて，例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が放射される。このマイクロ波の放射によって，プラズマ励起領域Ｒ１内においてプラズマガスがプラズマ化され，例えば窒素ガスがイオン化或いはラジカル化する。このとき，下方に進行するマイクロ波は，原料ガス供給構造体４０で反射し，プラズマ励起領域Ｒ１内に留まる。この結果，プラズマ励起領域Ｒ１内には，高密度のプラズマが生成される。
【００４９】
一方，載置台３には，バイアス用高周波電源５によって陰極の電圧が印加され，プラズマ励起領域Ｒ１内のプラズマは，原料ガス供給構造体４０の開口部４２を通過して原料ガス供給構造体４０の下側のプラズマ拡散領域Ｒ２内に拡散する。プラズマ拡散領域Ｒ２には，原料ガス供給構造体４０の原料ガス供給口４３から原料ガスであるシランガスが供給される。シランガスは，例えば上方から供給されたプラズマにより例えばラジカル化され，このラジカルや上記プラズマ励起領域Ｒ１から供給された窒素ガスのラジカルによって，基板Ｗ上には，シリコン原子と窒素原子からなるシリコン窒化膜が堆積し成長する。
【００５０】
シリコン窒化膜の成長が進んで，基板Ｗ上に所定厚さのシリコン窒化膜である絶縁膜が形成されると，マイクロ波の放射や，原料ガス，プラズマガスの供給が停止され，その後基板Ｗは，処理容器２から搬出されて一連のプラズマ成膜処理が終了する。プラズマ成膜処理が終了した基板Ｗは，例えばフォトリソグラフィ法によってパターニングされ，シリコン窒化膜から所定形状のゲート絶縁膜が形成され，さらにフォトリソグラフィ法により電極膜が積層されて，例えばＭＩＳ構造のキャパシタが形成される。
【００５１】
図４は，発明者らの実験により得られた，上記原料ガス供給構造体４０におけるプラズマの通過率Ｌとシリコン窒化膜の堆積レートとの関係を示すグラフである。このグラフにより，上記実施の形態のようにプラズマの通過率Ｌを２５％以上にした場合に，少なくとも５０（ｎｍ／ｍｉｎ）以上の堆積レートが得られ，基板Ｗ上に効率よく膜が形成されていることが分かる。
【００５２】
図５は，上記原料ガス供給構造体４０のプラズマの通過率Ｌを２５％以上，例えば２８．３％にして成膜した場合と，２５％未満，例えば１９．５％にして成膜した場合のシリコン窒化膜の屈折率を示す表である。これらの表中の数値は，発明者らの実験により得られたものである。かかる表から，上記実施の形態のようにプラズマの通過率Ｌを２５％以上にした場合の方が，膜の屈折率が理想の屈折率２．０８に近く高いことが分かる。このことから，プラズマの通過率Ｌが２５％以上の原料ガス供給構造体４０を用いることで，密度の高い膜が形成され，強度或いは耐電圧性に優れた良質の膜が形成されることが分かる。
【００５３】
図６は，プラズマ成膜装置１を用いて基板Ｗの温度を常温に維持して成膜した場合のキャパシタの電流密度−電界強度特性（Ｊ−Ｅ特性）と，従来のように８００℃程度で成膜した場合のキャパシタのＪ−Ｅ特性を示すグラフである。図６中のａは，前者のプラズマ成膜装置１を用いて常温で行った場合の近似曲線であり，図６中のｂは，後者の従来の８００℃で行った場合の近似曲線である。このグラフにより，両者のＪ−Ｅ特性が概して一致していることが分かる。また，詳細に見ると，高電界強度領域では，電流密度がほぼ一致しており，低電界強度領域では，ａの場合の方が電流密度が小さくなっている。この電流密度が低いことは，ａの場合の方が膜の絶縁性が高く，膜質が高いことを意味する。したがって，上記実施の形態で記載したプラズマ成膜装置１を用いて常温で成膜した場合は，従来の高温で成膜した場合に比べても，同等又はそれ以上のキャパシタ特性を示すことが分かる。つまり，低温の成膜処理であっても，従来の高温の場合と比べて少なくとも膜質が低下しないことが確認できる。
【００５４】
以上の実施の形態によれば，原料ガス供給構造体４０のプラズマの通過率Ｌを２５％以上にしたので，シリコン窒化膜の堆積レートを向上させることができる。また，膜の屈折率が上がり膜質を向上させることができる。これは，基板Ｗへ供給される，成膜のためのラジカルやイオンなどの量が最適化され，基板Ｗへの成膜効率が飛躍的に向上したことによると考えられる。この結果，基板Ｗ上に短時間で良質の膜を形成できる。また，以上の実施の形態によれば，成膜時の基板温度を低温にしても高温の場合と同質の膜を形成できる。これは，成膜のためのラジカルやイオンのエネルギが効率的に基板Ｗに提供されるので，別途基板Ｗに多量の熱エネルギを与える必要がなくなるためと考えられる。この結果，膜材料に耐熱温度の低い材料を用いることができる。また，キャパシタの他の層に耐熱温度の低い物質が用いられている場合であっても，当該他の層にボイドや欠陥が生じることがなく，高質のキャパシタを製造できる。
【００５５】
以上の実施の形態によれば，載置台３の温度を積極的に制御する温度制御部８を設けたので，例えばマイクロ波の放射により処理容器２内が高温になっても，基板Ｇの温度を常温に維持し，低温の膜形成を実現できる。
【００５６】
上記実施の形態では，温度制御部８により成膜時の基板Ｗの温度を常温に維持していたが，成膜時の基板温度を，例えば半導体装置に用いられる金属膜の耐熱温度よりも低い４５０℃以下の他の温度に維持してもよい。こうすることによって，半導体装置を製造するにあたり，例えば金属膜をシリコン窒化膜の前に形成することができるし，或いは金属膜の上層膜を金属膜を保護するために厚く形成する必要もない。このように半導体装置の製造上の条件が緩和され，例えば製造工程の組み合わせ自由度が広げられる。
【００５７】
以上の実施の形態で記載した半導体装置に代えて，２枚のガラス基板の間に液晶が封入された液晶表示装置を製造する場合には，温度制御部８によって成膜処理時の基板温度を，例えばガラス基板の耐熱温度よりも低い３５０℃以下の温度に維持してもよい。こうすることによって，ガラス基板が熱によって破損，変形することがなく，液晶表示装置の製造を好適に行うことができる。
【００５８】
さらに，有機ＥＬ表示装置に用いられるような有機ＥＬ素子を製造する場合には，温度制御部８によって成膜時の基板温度を，例えば有機ＥＬ材料の耐熱温度よりも低い１００℃以下の温度に維持してもよい。こうすることにより，有機Ｌ材料が劣化することなく，有機ＥＬ素子の製造を好適に行うことができる。
【００５９】
以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば，以上の実施の形態では，基板Ｗ上にシリコン窒化膜の絶縁膜を形成していたが，本発明は，電極膜などの他の膜を形成する場合にも適用できる。その場合，膜の種類も，当然にシリコン窒化膜に限られず，例えばＳｉＯ２膜，ＳｉＣ膜，ＳｉＯＮ膜，ＳｉＣＮ膜，ＳｉＣＯ膜，ＳｉＣ膜，ＳｉＣＮ膜，ＳｉＣＨＯ膜などの他の種類の膜であってもよい。また，シャワープレート１１から供給されるプラズマガスには，キセノンガス，クリプトンガスなどの他のガスを用いてもよいし，原料ガスは，膜の種類に応じて，ＳｉＨ（ＣＨ３）３，ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４），Ｓｉ２Ｈ６などの他のガスを用いてもよい。また，基板は，上述したように半導体装置の基板でなくても，液晶表示装置や有機ＥＬ素子を製造するための基板であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば，半導体装置，液晶表示装置及び有機ＥＬ素子などの基板にプラズマを用いて低温度で良質の膜を形成する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施の形態にかかるプラズマ成膜装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。
【図２】原料ガス供給構造体の平面図である。
【図３】原料ガス供給構造体の原料ガス供給管の構成を示す縦断面の説明図である。
【図４】プラズマの通過率と膜の堆積レートとの関係を示すグラフである。
【図５】プラズマの通過率が２５％以上で成膜された場合の膜の屈折率と２５％以下の場合の膜の屈折率を示す表である。
【図６】図１のプラズマ成膜装置を用いて低温度で成膜処理した場合に形成されたキャパシタと，従来のように高温度で成膜処理した場合に形成されたキャパシタのＪ−Ｅ特定を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１    プラズマ成膜装置
２    処理容器
３    載置台
１１    シャワープレート
１３    ラジアルラインスロットアンテナ
４０    原料ガス供給構造体
４１    原料ガス供給管
４２    開口部
Ｒ１    プラズマ励起領域
Ｒ２    プラズマ拡散領域
Ｗ    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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