(57)【要約】【課題】  プラズマ生成領域と成膜領域が分けられたプラズマ成膜装置において，膜質の向上を図る。【解決手段】  プラズマ成膜装置において，処理容器内を減圧し，ラジアルラインスロットアンテナからマイクロ波をパルス状に供給する。処理容器内は，例えば４．０Ｐａ程度に減圧され，マイクロ波のパルスは，例えばデューティー比が５０％程度，繰り返し周期が１０〜１００ｋＨｚに設定される。こうすることにより，生成されるプラズマのエネルギが抑えられ，荷電粒子の衝突による基板上の膜の破損，劣化が抑制される。この結果，良質の膜が形成される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する載置台とプラズマ生成用の高周波を供給する高周波供給部とが対向配置され，プラズマの通過可能な仕切部材によって前記載置台と高周波供給部との間の空間が前記高周波供給部側のプラズマ生成領域と前記載置台側の成膜領域とに分けられている処理容器内で，高周波供給部から供給される高周波によってプラズマを生成して，前記載置台上の基板に成膜する方法であって，
前記処理容器内を減圧した状態で，前記高周波供給部から高周波を所定の繰り返し周期のパルス状に供給することによって，前記プラズマを生成することを特徴とする，プラズマ成膜方法。
【請求項２】
パルス状に供給される前記高周波の繰り返し周期は，１０〜１００ｋＨｚであることを特徴とする，請求項１に記載のプラズマ成膜方法。
【請求項３】
パルス状に供給される前記高周波のデューティー比は，４０〜６０％であ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方法。
【請求項４】
前記処理容器内の圧力は，７．０Ｐａ以下に減圧されることを特徴とする，請求項１，２又は３のいずれかに記載のプラズマ成膜方法。
【請求項５】
基板上に形成される膜は，フッ素添加カーボン膜であることを特徴とする，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，このプラズマ処理装置には，マイクロ波電界によりプラズマを発生させて成膜するプラズマ成膜装置が多用されている。このプラズマ成膜装置によれば，高密度のプラズマにより，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】
上記プラズマ成膜装置は，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を備えている。処理容器には，プラズマ励起用ガスを供給するプラズマ励起用ガス供給部と，膜の原料ガスを供給する原料ガス供給部が設けられている。
【０００５】
そして，基板に成膜処理を施す際には，ラジアルラインスロットアンテナの直下において，マイクロ波によってプラズマ励起用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解離させ，当該解離されて生成されたラジカルなどにより基板上に所定の膜を堆積させていた。
【０００６】
ところで，近年，上述のプラズマ成膜装置には，ラジアルラインスロットアンテナと載置台との間に，下方に向けて処理ガスを供給する格子状のシャワープレートが設けられているものが提案されている。このプラズマ成膜装置では，処理容器内を，プラズマが生成される上部のプラズマ発生領域と原料ガスが解離し基板が成膜される下部の成膜領域とに分割している。このように，処理容器内をプラズマ生成領域と成膜領域に分けることによって，例えば解離したラジカルがラジアルアンテナなどに付着してマイクロ波が減衰することを抑制し，生成されるプラズマの密度の低下を抑制している（例えば，特許文献１参照。）。
【０００７】
しかしながら，上述のプラズマ成膜装置では，プラズマ生成領域に高密度で高エネルギのプラズマが生成されるので，高エネルギの荷電粒子が載置台上の基板に直接衝突し，例えば基板上で成長している膜中の原子間の結合が切断したり，当該結合が不安定になることがあった。このため，基板上に破損し劣化した膜が形成され，膜質が低下することがあった。このような基板上の膜質の低下を防ぐために，プラズマ生成のためのマイクロ波の出力を下げて，基板に衝突する荷電粒子のエネルギを下げることも考えられるが，この場合，プラズマ自体の生成が抑制されてプラズマの密度が低下するので，基板上に所定の厚みの膜が形成されなくなる。
【０００８】
一方，上記マイクロ波成膜装置は，プラズマ生成領域と成膜領域が分けられているため，プラズマ生成領域の荷電粒子を成膜領域へ十分に拡散させ，荷電粒子と原料ガスとを十分に反応させる必要がある。このため，処理容器内を低圧にすることが考えられるが，ただ単に処理容器内を低圧にして荷電粒子の拡散を促した場合，プラズマ自体が生成され難くなるばかりか，高エネルギの荷電粒子が基板に衝突することを促すことになり，膜質の低下は避けられない。
【０００９】
【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】
【００１０】
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，上述のようなプラズマ生成領域と成膜領域が分けられたプラズマ成膜装置において，質の高い膜を形成することのできるプラズマ成膜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】
【００１１】
上記目的を達成するために，本発明は，基板を載置する載置台とプラズマ生成用の高周波を供給する高周波供給部とが対向配置され，プラズマの通過可能な仕切部材によって前記載置台と高周波供給部との間の空間が前記高周波供給部側のプラズマ生成領域と前記載置台側の成膜領域とに分けられている処理容器内で，高周波供給部から供給される高周波によってプラズマを生成して，前記載置台上の基板に成膜する方法であって，前記処理容器内を減圧した状態で，前記高周波供給部から高周波を所定の繰り返し周期のパルス状に供給することによって，前記プラズマを生成することを特徴とする。
【００１２】
発明者の知見では，高周波をパルス状に供給すると，断続的に強い高周波を供給されるので，プラズマ生成領域内においてプラズマを適正に生成できる。その一方で，生成される荷電粒子の電子温度を従来よりも低く維持することができるので，荷電粒子が基板に衝突した際に例えば基板上の膜内の構造に悪影響を与え膜を破損，劣化させることを抑制できる。また，処理容器内が減圧されるので，生成された荷電粒子が拡散され，例えば荷電粒子による原料ガスの解離が十分に行われて，基板上に所望の膜が効率的に形成される。この際，荷電粒子が直接基板に衝突することがあっても，荷電粒子の電子温度が低く抑えられているため，膜の損傷は抑制できる。したがって，この発明によれば，基板上に高い質の膜を形成できる。
【００１３】
パルス状に供給される前記高周波の繰り返し周期は，１０〜１００ｋＨｚの範囲が好ましく，前記高周波のデューティー比は，４０〜６０％の範囲が好ましい。また，前記処理容器内は，７．０Ｐａ以下に減圧するとよい。なお，基板上に形成される膜は，フッ素添加カーボン膜であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，荷電粒子の衝突に起因する基板上の膜内の破損，劣化が防止されるので，膜質の向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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方法が実施され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。
【００１６】
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。
【００１７】
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直流電源５に接続されている。この直流電源５により載置台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。なお，電極板４には，例えば図示しないバイアス用高周波電源が接続されていてもよい。
【００１８】
処理容器２の上部開口には，例えば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，アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）若しくは石英ガラスなどからなる誘電体窓１１が設けられている。この誘電体窓１１によって処理容器２内が閉鎖されている。誘電体窓１１の上部には，プラズマ生成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１２が設けられている。
【００１９】
ラジアルラインスロットアンテナ１２は，下面が開口した略円筒状のアンテナ本体２０を備えている。アンテナ本体２０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２１が設けられている。アンテナ本体２０内のスロット板２１の上部には，低損失誘電体材料により形成された遅相板２２が設けられている。アンテナ本体２０の上面には，同軸導波管２３が接続され，マイクロ波を発振するマイクロ波発振装置２４に通じている。マイクロ波発振装置２４には，マイクロ波の発振を制御するマイクロ波発振制御部２５が設けられている。このマイクロ波発振制御部２５によって，ラジアルラインスロットアンテナ１２に対し所定の出力で所定周期のパルス状にマイクロ波を発振させることができる。したがって，マイクロ波発振装置２４に通じるラジアルラインスロットアンテナ１２からは，所定周期のパルス状のマイクロ波を，遅相板２２で圧縮して短波長化し，スロット板２１で円偏波を発生させた後，誘電体窓１１を通じて処理容器２内に供給できる。
【００２０】
処理容器２内の載置台３とラジアルラインスロットアンテナ１２との間には，例えば略平板形状の仕切部材としての原料ガス供給構造体３０が設けられている。原料ガス供給構造体３０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ている。この原料ガス供給構造体３０によって，処理容器２内は，ラジアルラインスロットアンテナ１２側のプラズマ生成領域Ｒ１と，載置台３側の成膜領域Ｒ２とに区画されている。
【００２１】
原料ガス供給構造体３０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３１により構成されている。原料ガス供給管３１は，軸方向から見て縦断面が方形に形成されている。原料ガス供給管３１同士の隙間には，多数の開口部３２が形成されている。原料ガス供給構造体３０の上側のプラズマ生成領域Ｒ１で生成された荷電粒子は，この開口部３２を通過して載置台３側の成膜領域Ｒ２に進入できる。
【００２２】
原料ガス供給構造体３０の原料ガス供給管３１の下面には，図１に示すように多数の原料ガス供給口３３が形成されている。これらの原料ガス供給口３３は，原料ガス供給構造体３０面内において均等に配置されている。原料ガス供給管３１には，処理容器２の外部に設置された原料ガス供給源３４に連通するガス管３５が接続されている。原料ガス供給源３４には，例えば原料ガスとしてのフッ素添加カーボン系のガス，例えばＣ５Ｆ８ガスが封入されている。原料ガス供給源３４からガス管３５を通じて原料ガス供給管３１に導入された原料ガスは，各原料ガス供給口３３から下方の成膜領域Ｒ２に向けて供給される。
【００２３】
プラズマ生成領域Ｒ１の外周面に位置する処理容器２の内周面には，プラズマの原料となるプラズマ励起用ガスを供給するプラズマ励起用ガス供給口４０が形成されている。プラズマ励起用ガス供給口４０は，例えば処理容器２の内周面に沿って複数箇所に形成されている。プラズマ励起用ガス供給口４０には，例えば処理容器２の側壁部を貫通し，処理容器２の外部に設置されたプラズマ励起用ガス供給源４１に通じるプラズマ励起用ガス供給管４２が接続されている。プラズマ励起用ガス供給管４２には，バルブ４３，マスフローコントローラ４４が設けられている。かかる構成によって，処理容器２内のプラズマ生成領域Ｒ１内には，側方から所定流量のプラズマ励起用ガスを供給することができる。本実施の形態においては，プラズマ励起用ガス供給源４１に，プラズマ励起用ガスとしての希ガスである，例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが封入されている。
【００２４】
処理容器２の底部の載置台３を挟んだ両側には，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６０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。
【００２５】
次に，以上のように構成されたプラズマ成膜装置１で行われる基板Ｗへの成膜方法について説明する。この実施の形態では，基板Ｗ上に，比誘電率の低い絶縁膜として用いられるＣＦ膜が形成される。
【００２６】
先ず，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。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７．０Ｐａ以下，好ましくは４．０Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）程度に減圧される。
【００２７】
処理容器２内が減圧されると，プラズマ励起用ガス供給口４０からプラズマ生成領域Ｒ１内にプラズマ励起用ガスであるアルゴンガスが供給され，原料ガス供給構造体３０から成膜領域Ｒ２内に原料ガスであるＣ５Ｆ８ガスが供給される。ラジアルラインスロットアンテナ１２からは，直下のプラズマ生成領域Ｒ１に向けてマイクロ波が供給される。このマイクロ波の供給は，マイクロ波発信制御部２５の制御によって例えば図３に示すように矩形波のパルス状に断続的に行われる。このパルス状のマイクロ波は，例えば出力が１．５ｋＷ，繰り返し周期が１０〜１００ｋＨｚで，デューティー比が４０〜６０％程度になるように供給される。このマイクロ波の供給によって，プラズマ生成領域Ｒ１内のプラズマ励起用ガスがイオン化しプラズマが生成される。
【００２８】
図４は，例えばデューティー比５０％，繰り返し周期１０ｋＨｚのパルス状にマイクロ波が供給されたときのプラズマ生成領域Ｒ１内で生成された荷電粒子の電子温度（Ｔｅ）とプラズマ密度（Ｎｅ：荷電粒子の密度）の変動を示すグラフである。図５は，マイクロ波が従来のように連続供給されたときの荷電粒子の電子温度（Ｔｅ）とプラズマ密度（Ｎｅ）の変動を示すグラフである。図４，５に示すようにマイクロ波をパルス供給したときのプラズマ密度は，連続供給したときと同じ程度に維持されている。また，マイクロ波のパルス供給のＯＦＦ時には，荷電粒子の電子温度が一時的に低下している。このように，マイクロ波の供給をパルス状に行った場合，連続供給の場合と比べて，プラズマ密度が維持され，総ての荷電粒子の電子温度を加算した総電子温度が減少する。したがって，マイクロ波をパルス供給した場合，プラズマ生成領域Ｒ１内には，トータルの電子温度が低く密度の高いプラズマを生成することができる。
【００２９】
プラズマ生成領域Ｒ１内で生成されたプラズマ中の荷電粒子は，載置台３の陰極と処理容器２内の低圧によって，原料ガス供給構造体３０を通過して成膜領域Ｒ２内に拡散する。成膜領域Ｒ２では，原料ガス供給構造体３０から供給されたＣ５Ｆ８ガスが荷電粒子によって解離され，その解離されたラジカルによって，基板Ｗ上には，フッ素添加カーボン膜（ＣＦ膜）が堆積し成長する。
【００３０】
その後，ＣＦ膜の成長が進んで，基板Ｗ上に所定厚さのＣＦ膜が形成されると，マイクロ波の放射や，原料ガス，プラズマ励起用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。
【００３１】
次に，以上で記載したプラズマによる成膜方法を用いて成膜されたＣＦ膜の特性について検証する。図６〜図８は，マイクロ波をパルス状に供給して形成されたＣＦ膜の各温度におけるフッ素ガスの脱離強度（脱ガス量）を示したグラフである。図９は，従来のように一定出力のマイクロ波を連続的に供給して形成されたＣＦ膜の各温度におけるフッ素ガスの脱離強度（脱ガス量）を示したグラフである。図６は，マイクロ波のパルスのデューティー比Ｄが５０％で，繰り返し周期Ｔが１００ｋＨｚ，処理容器２内の圧力Ｐが６．６７Ｐａ（５０ｍＴｏｏｒ）の条件で成膜された場合であり，図７は，デューティー比Ｄが５０％で，繰り返し周期Ｔが１０ｋＨｚ，圧力Ｐが６．６７Ｐａの条件で成膜された場合である。図８は，デューティー比Ｄが５０％，繰り返し周期Ｔが１００ｋＨｚで，処理容器２内の圧力Ｐが４．０Ｐａで成膜された場合である。
【００３２】
図６に示す，デューティー比Ｄが５０％で，繰り返し周期Ｔが１００ｋＨｚのパルス状のマイクロ波を供給し，処理容器２内の圧力Ｐが６．６７Ｐａに減圧された場合は，図９に示すマイクロ波の連続供給の場合に比べて，フッ素ガスの脱ガス量が減少していることが確認できる。脱ガス量の減少は，ＣＦ膜内の原子間の結合，例えばＣ−Ｆ結合が十分に行われていることを意味し，このとき脱ガスによる膜の比誘電率の上昇が抑制されている。また，基板Ｗの製造工程における加熱処理時にＣＦ膜内のガスが放出してＣＦ膜が収縮，剥離することが抑制される。したがって，この図６の例では，低比誘電率で，かつ膜の収縮，剥離が抑制される高質のＣＦ膜が形成されていることが分かる。
【００３３】
図７によれば，パルスの繰り返し周期Ｔが１０ｋＨｚのマイクロ波を供給した場合にも，フッ素ガスの脱ガス量が減少していることが確認できる。したがって，パルスの繰り返し周期Ｔが１００ｋＨｚから１０ｋＨｚに渡り同じ傾向が見られると考えられ，これらの場合にも，図９のマイクロ波を連続供給した場合に比べて良質のＣＦ膜が形成されていることが分かる。さらに図８によれば，処理容器２内の圧力Ｐを４．０Ｐａに減圧することにより，さらに脱ガス量が減少していることが確認できる。したがって，この場合は，さらに良質のＣＦ膜が形成されていることが分かる。
【００３４】
以上の検証から，上述した成膜方法のようにラジアルラインスロットアンテナ１２からマイクロ波をパルス状に供給した場合，ＣＦ膜の膜質が向上することが分かる。これは，断続的に強いマイクロ波が供給されるためプラズマ生成領域Ｒ１内にはプラズマが十分に生成され，加えてその生成されたプラズマ中のトータルの電子温度が低いので，当該荷電粒子の衝突によるＣＦ膜への悪影響が抑制されるからであると推察できる。発明者による他の実験によれば，パルスの繰り返す周期が１０ｋＨｚ未満，或いはデューティー比が４０％未満になると，プラズマの生成が不安定になることが確認されている。また，パルスのデューティー比が６０％を越えると，最終的に形成されるＣＦ膜の膜質がマイクロ波の連続供給の場合に近づくことが確認されている。したがって，パルスの繰り返し周期が１０〜１００ｋＨｚ程度で，デューティー比が５０％程度例えば４０〜６０％の場合に，脱ガス量が少ない最適なＣＦ膜が形成される。
【００３５】
また，上記実施の形態のように処理容器２内を減圧することによって，ＣＦ膜の膜質が向上することが分かる。これは，プラズマ生成領域Ｒ１におけるプラズマが成膜領域Ｒ２側に適正に拡散し，成膜領域Ｒ２内の原料ガスの解離が十分に行われたためであると推察できる。特に４．０Ｐａ程度に減圧した場合，ＣＦ膜を加熱した時の脱ガス量を著しく減少させることができる。
【００３６】
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上に絶縁膜であるＣＦ膜を形成していたが，本発明は，他の種類の絶縁膜や電極膜などの他の膜を形成する場合にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は，プラズマを用いた成膜方法において，良質の膜を形成する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】マイクロ波の供給波形を示す説明図である。
【図４】パルス状にマイクロ波を供給した場合の電子温度とプラズマ密度との変動を示すグラフである。
【図５】一定出力のマイクロ波を連続供給した場合の電子温度とプラズマ密度との変動を示すグラフである。
【図６】デューティー比５０％，繰り返し周期１００ｋＨｚのパルス状にマイクロ波を供給した場合のＣＦ膜の各温度におけるフッ素ガスの脱離強度を示したグラフである。
【図７】デューティー比５０％，繰り返し周期１０ｋＨｚのパルス状にマイクロ波を供給した場合のＣＦ膜の各温度におけるフッ素ガスの脱離強度を示したグラフである。
【図８】４．０Ｐａの減圧条件で形成されたＣＦ膜の各温度におけるフッ素ガスの脱離強度を示したグラフである。
【図９】一定出力のマイクロ波を連続的に供給した場合のＣＦ膜の各温度におけるフッ素ガスの離脱を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１    プラズマ成膜装置
２    処理容器
３    載置台
１２    ラジアルラインスロットアンテナ
３０    原料ガス供給構造体
Ｒ１    プラズマ生成領域
Ｒ２    成膜領域
Ｗ    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005159049.tif 000005
【図４】
2005159049.tif 000006
【図５】
2005159049.tif 000007
【図６】
2005159049.tif 000008
【図７】
2005159049.tif 000009
【図８】
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【図９】
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