JP2021118221A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一の処理容器内で基板に対する多層膜の成膜を連続的に繰り返す場合の処理容器内のクリーニングの頻度を低減する。【解決手段】成膜方法は、同一の処理容器内で基板に対して異なる膜を含む多層膜を形成する成膜方法であって、第１工程と第２工程と第３工程と第４工程と第５工程と第６工程とを含む。第１工程は、処理容器内に基板を搬入する。第２工程は、基板に第１膜を形成する。第３工程は、第２工程後の基板に第２膜を形成する。第４工程は、第３工程後の基板を処理容器から搬出する。第５工程は、第４工程後に、第２膜の形成時に処理容器内に堆積した第１堆積物を第１ガスのプラズマにより除去する。第６工程は、第１工程から第５工程までの工程が繰り返し実行された後に、第１膜の形成時に処理容器内に堆積した第２堆積物を第２ガスのプラズマにより除去する。【選択図】図２

Description

本開示は、成膜方法及び成膜装置に関するものである。

近年、例えばインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）からなるＩＧＺＯ等の酸化物半導体をチャネルに用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）の利用が進んでいる。ＴＦＴでは、酸化物半導体を外界のイオンや水分から保護するために、保護膜により酸化物半導体が覆われることが一般的である。

保護膜は、異なる膜を含む多層膜として形成される場合がある。例えば、特許文献１には、同一の処理容器内において、基板に対して、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる多層膜の成膜を行う技術が開示されている。

特開２０１５−１２１３１号公報

本開示は、同一の処理容器内で基板に対する多層膜の成膜を連続的に繰り返す場合の処理容器内のクリーニングの頻度を低減することができる技術を提供する。

本開示の一態様による成膜方法は、同一の処理容器内で基板に対して異なる膜を含む多層膜を形成する成膜方法であって、第１工程と第２工程と第３工程と第４工程と第５工程と第６工程とを含む。第１工程は、処理容器内に基板を搬入する。第２工程は、基板に第１膜を形成する。第３工程は、第２工程後の基板に第２膜を形成する。第４工程は、第３工程後の基板を処理容器から搬出する。第５工程は、第４工程後に、第２膜の形成時に処理容器内に堆積した第１堆積物を第１ガスのプラズマにより除去する。第６工程は、第１工程から第５工程までの工程が繰り返し実行された後に、第１膜の形成時に処理容器内に堆積した第２堆積物を第２ガスのプラズマにより除去する。

本開示によれば、同一の処理容器内で基板に対する多層膜の成膜を連続的に繰り返す場合の処理容器内のクリーニングの頻度を低減することができるという効果を奏する。

図１は、一実施形態に係る成膜方法により形成された多層膜を含むＴＦＴ３０の構成を示す断面図である。 図２は、一実施形態に係る成膜方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図３は、一実施形態に係る成膜方法が実行される場合の処理容器内の状態の一例について説明するための図である。 図４は、ＳｉＯデポの積算膜厚と基板上のパーティクルの数との関係の一例を示す図である。 図５は、ＰＡＳ膜の成膜枚数に対するデポの積算膜厚の変化の一例を示す図である。 図６は、一実施形態における第５工程の終了タイミングの一例を説明するための図である。 図７は、変形例に係る成膜方法の流れの一例を示すフローチャートである。 図８は、変形例に係る成膜方法が実行される場合の処理容器内の状態の一例について説明するための図である。 図９は、一実施形態に係る成膜方法によるスループットの向上について説明するための図である。 図１０は、一実施形態に係る成膜方法の実行に用いられる成膜装置の一例を示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

ところで、同一の処理容器内で基板に対して多層膜の成膜を連続的に繰り返す場合、処理容器の内壁等に副生成物である堆積物（以下、「デポ」とも称する。）が累積的に堆積する。処理容器内に堆積したデポが厚くなると、デポが剥離しパーティクルとして基板に付着することがある。基板へのパーティクルの付着は、成膜不良の要因となる。

このため、処理容器内に堆積したデポを除去するためのクリーニングを周期的に行うことが一般的である。例えば、同一の処理容器内において、基板に対して、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる多層膜の成膜を行う場合、処理容器内にシリコン酸化物とシリコン窒化物とからなる多層のデポが累積的に堆積する。シリコン酸化物とシリコン窒化物とからなる多層のデポは、シリコン窒化物の膜応力が比較的に高いため、剥離し易い。このため、デポがそれほど厚く堆積されていない段階で、処理容器内のクリーニングが行われることにより、多層のデポが一括で除去される。結果として、処理容器内のクリーニングの頻度が増大し、多層膜の成膜プロセスのスループットが低下する問題がある。

そこで、同一の処理容器内で基板に対して多層膜の成膜を連続的に繰り返す場合の処理容器内のクリーニングの頻度を低減することが期待されている。

［多層膜を含むＴＦＴの構造］
図１は、一実施形態に係る成膜方法により形成された多層膜を含むＴＦＴ３０の構成を示す断面図である。図１に示すＴＦＴ３０は、バックチャネルエッチ型である。

ＴＦＴ３０は、例えば図１に示すように、基板Ｓ上に形成されたアンダーコート層３１と、アンダーコート層３１の上に部分的に形成されたゲート電極３２と、アンダーコート層３１およびゲート電極３２を覆うように形成されたゲート絶縁層３３とを備える。アンダーコート層３１およびゲート絶縁層３３としては、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）が用いられる。

また、ＴＦＴ３０は、ゲート絶縁層３３の上においてゲート電極３２の直上に配置されるように形成されたチャネル３４と、ゲート絶縁層３３の上においてチャネル３４の両脇にそれぞれ形成されたソース電極３５およびドレイン電極３６とを備える。チャネル３４は、例えば酸化物半導体である。チャネル３４には、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）からなる酸化物半導体である、いわゆるＩＧＺＯが用いられる。なお、チャネル３４の材料は、酸化物半導体であれば、ＩＧＺＯに限られない。

また、ＴＦＴ３０は、ゲート絶縁層３３の上においてチャネル３４、ソース電極３５、およびドレイン電極３６を覆うように形成されたパッシベーション膜（以下「ＰＡＳ膜」と称する。）３７を備える。

ＰＡＳ膜３７は、異なる膜を含む多層膜として形成されている。すなわち、ＰＡＳ膜３７は、下から順に積層されたＳｉＯ膜３７ａ及びＳｉＮ膜３７ｂを含む多層膜である。ＰＡＳ膜３７は、同一の処理容器内において、基板Ｓに対してＳｉＯ膜３７ａとＳｉＮ膜３７ｂとが順に形成されることにより、形成される。ＳｉＯ膜３７ａは、例えば、Ｏ２ガス等の酸素含有ガスと、ＳｉＦ４ガスと、ＳｉＣｌ４とを含む混合ガスのプラズマにより、チャネル３４上に形成される。ＳｉＮ膜３７ｂは、例えば、Ｎ２ガス等の窒素含有ガスと、ＳｉＦ４ガスと、ＳｉＣｌ４とを含む混合ガスのプラズマにより、ＳｉＯ膜３７ａ上に形成される。

［一実施形態に係る成膜方法の流れの一例］
図２は、一実施形態に係る成膜方法の流れの一例を示すフローチャートである。一実施形態に係る成膜方法が実行されることにより、同一の処理容器内において、ＰＡＳ膜３７の成膜済みの基板Ｓが連続的に製造される。

まず、処理容器内に基板Ｓを搬入する（ステップＳ１１、第１工程）。例えば、ゲート電極３２、チャネル３４、ソース電極３５及びドレイン電極３６が予め形成された基板Ｓを、内部に載置台が配置され且つ、内壁が載置台とともに保護膜によって予め覆われた処理容器内に搬入して、載置台上に載置する。載置台上に載置された基板Ｓでは、チャネル３４、ソース電極３５及びドレイン電極３６が露出している。

次に、基板ＳにＳｉＯ膜３７ａを形成する（ステップＳ１２、第２工程）。ＳｉＯ膜３７ａの形成と同時に、処理容器内にシリコン酸化堆積物（以下、「ＳｉＯデポ」とも称する。）が堆積する。次に、ＳｉＯ膜３７ａが形成された基板ＳにＳｉＮ膜３７ｂを形成する（ステップＳ１３、第３工程）。ＳｉＮ膜３７ｂの形成と同時に、処理容器内にシリコン窒化堆積物（以下、「ＳｉＮデポ」とも称する。）が堆積する。すなわち、ステップＳ１２〜Ｓ１３において、処理容器内にＳｉＯデポとＳｉＮデポとを含む多層のデポが堆積する。また、ステップＳ１２〜Ｓ１３において、基板Ｓに対してＳｉＯ膜３７ａ及びＳｉＮ膜３７ｂを含む多層膜であるＰＡＳ膜３７が形成される。次に、ＰＡＳ膜３７が形成された基板Ｓを処理容器から搬出する（ステップＳ１４、第４工程）。

次に、ＳｉＮデポを第１ガスのプラズマにより除去する（ステップＳ１５、第５工程）。ＳｉＮデポが除去されることにより、処理容器内にＳｉＯデポのみが残存する。次に、ステップＳ１１〜Ｓ１５において処理容器内に堆積したＳｉＯデポが所定の膜厚に達したか否かを判定する（ステップＳ１６）。ＳｉＯデポが所定の膜厚に達していないと判定した場合（ステップＳ１６、Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻ってステップＳ１５までの処理を繰り返す。ステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返すことにより、処理容器内にＳｉＯデポが累積的に堆積する。一方、ＳｉＯデポが所定の膜厚に達していると判定した場合（ステップＳ１６、Ｙｅｓ）、ＳｉＯデポを第２ガスのプラズマにより除去する（ステップＳ１７、第６工程）。ＳｉＯデポが除去されることにより、ＳｉＯデポとＳｉＮデポとを含む多層のデポが処理容器から全て除去され、同時に処理容器内の保護膜が除去される。すなわち、ＳｉＯデポの除去が、処理容器内のクリーニングに相当する。次に、載置台とともに処理容器の内壁を覆う保護膜を形成する（ステップＳ１８、第７工程）。そして、ステップＳ１１〜Ｓ１８においてＰＡＳ膜３７が形成された基板Ｓの枚数（以下、「成膜枚数」とも称する。）が所定の枚数に達したか否かを判定する（ステップＳ１９）。成膜枚数が所定の枚数に達していない場合（ステップＳ１９、Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って第１工程から処理を繰り返す。一方、成膜枚数が所定の枚数に達した場合（ステップＳ１９、Ｙｅｓ）、処理を終了する。

図２に示す処理中、ステップＳ１６における判定は、例えば、第１工程（ステップＳ１１）から第５工程（ステップＳ１５）までの工程を所定回数繰り返し実行したか否かに基づいて行う。第１工程から第５工程までの工程を繰り返す回数は、例えば、処理容器内に累積的に堆積するＳｉＯデポの膜厚（以下、「積算膜厚」とも称する。）がＳｉＯデポの剥離を引き起こす上限値を超えないように設定される。この場合、ステップＳ１７の第６工程は、例えば、第１工程から第５工程までの工程が１０回以上繰り返し実行された後に、実行されてもよい。また、ステップＳ１７の第６工程は、例えば、１ロットの基板の枚数（例えば、２０枚）に対応する回数繰り返し実行された後に、実行されてもよい。なお、ステップＳ１６による判定を、ステップＳ１５の第５工程の前に行ってもよい。この場合、判定において積算膜厚が剥離を引き起こす上限値を超えなければ第５工程のみを実施し、積算膜厚が剥離を引き起こす上限値を超えれば、第５工程と第６工程を合わせた処理を行って一気にデポを除去することができる。

図３は、一実施形態に係る成膜方法が実行される場合の処理容器内の状態の一例について説明するための図である。図３を参照して、一実施形態に係る成膜方法についてさらに説明する。

まず、内壁が載置台１２とともに保護膜３１１によって予め覆われた処理容器１１を提供する（図３の（Ａ））。保護膜３１１は、例えば、ＳｉＯ膜である。次に、ステップＳ１１で、処理容器１１内に基板Ｓを搬入して、載置台１２上に載置する。次に、ステップＳ１２で基板ＳにＳｉＯ膜３７ａを形成する。ＳｉＯ膜３７ａの形成と同時に、処理容器１１内にＳｉＯデポ３７１が堆積する（図３の（Ｂ））。次に、ステップＳ１３で基板ＳにＳｉＮ膜３７ｂを形成する。ＳｉＮ膜３７ｂの形成と同時に、処理容器１１内にＳｉＮデポ３７２が堆積する（図３の（Ｃ））。すなわち、ステップＳ１２〜Ｓ１３において、処理容器１１内にＳｉＯデポ３７１とＳｉＮデポ３７２とを含む多層のデポが堆積する。多層のデポの最表層は、ＳｉＮデポ３７２である。基板Ｓの搬出（ステップＳ１４）後に、ステップＳ１５において載置台１２上の保護膜３１１が露出された状態で最表層のＳｉＮデポ３７２を第１ガスのプラズマにより除去する（図３の（Ｄ））。ＳｉＮデポ３７２が除去されることにより、処理容器１１内にＳｉＯデポ３７１のみが残存する。その後、ステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返すことにより、処理容器１１内にＳｉＯデポ３７１が累積的に堆積する。ステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返す回数は、ＳｉＯデポ３７１の積算膜厚がＳｉＯデポ３７１の剥離を引き起こす上限値を超えないように設定される。設定された回数ステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返すことにより、積算膜厚が上限値に近い所定の膜厚であるＳｉＯデポ３７１が堆積する（図３の（Ｅ））。そして、ステップＳ１７において、ＳｉＯデポ３７１を第２ガスのプラズマにより除去する（図３の（Ｆ））。ＳｉＯデポ３７１が除去されることにより、ＳｉＯデポ３７１とＳｉＮデポ３７２とを含む多層のデポが処理容器１１から全て除去され、同時に保護膜３１１が処理容器１１から除去される。

ところで、ＳｉＯデポ３７１とＳｉＮデポ３７２とを含む多層のデポは、ＳｉＮデポ３７２の膜応力が比較的に高いため、剥離し易い。このため、デポの剥離を防ぐためには、デポがそれほど厚く堆積されていない段階で、処理容器内のクリーニングを行うことにより、多層のデポを一括で除去する手法が考えられる。しかしながら、この手法では、処理容器内のクリーニングの頻度が増大し、多層膜（例えば、ＰＡＳ膜３７）の成膜プロセスのスループットが低下する虞がある。

そこで、一実施形態に係る成膜方法では、１枚の基板Ｓに対してＰＡＳ膜３７の成膜を完了するごとにＳｉＮデポ３７２のみを除去し、ＳｉＯデポ３７１の積算膜厚が剥離を引き起こす上限値に近づくまで成膜を繰り返し実行した後、ＳｉＯデポ３７１を除去する。ＳｉＯデポ３７１よりも膜応力が高いＳｉＮデポ３７２を基板Ｓの枚葉ごとに除去することにより、ＳｉＯデポ３７１の除去の頻度、すなわち、処理容器内のクリーニングの頻度を低減することができる。結果として、ＰＡＳ膜３７の成膜プロセスのスループットを向上させることができる。言い換えれば、従来は処理容器内のクリーニング時にＳｉＮデポ３７２とＳｉＯデポ３７１とから成るデポを一括して除去していたところ、ＳｉＮデポ３７２を先行して適宜除去しておくことにより、処理容器内のクリーニング時には膜応力の比較的低いＳｉＯデポ３７１のみから成るデポを除去することになり、その結果、処理容器内のクリーニング頻度を低減することができる。

［ＳｉＯデポの積算膜厚の上限値］
図４は、ＳｉＯデポ３７１の積算膜厚と基板Ｓ上のパーティクルの数との関係の一例を示す図である。図４に示すように、ＳｉＯデポ３７１の積算膜厚が４．１μｍよりも大きい場合、ＳｉＯデポ３７１の積算膜厚が４．１μｍ以下である場合と比較して、基板Ｓ上のパーティクルの数が増加する傾向にある。すなわち、ＳｉＯデポ３７１の積算膜厚が上限値である４．１μｍを超える場合、ＳｉＯデポ３７１が剥離しパーティクルとして基板Ｓに付着することが確認される。このため、ＳｉＯデポ３７１の積算膜厚が上限値である４．１μｍに達する前に、ＳｉＯデポ３７１を除去することが重要である。

［ＰＡＳ膜の成膜枚数に対するＳｉＯデポの積算膜厚の変化］
図５は、ＰＡＳ膜３７の成膜枚数に対するデポの積算膜厚の変化の一例をＳｉＯデポ３７１の膜厚に換算して示す図である。図５には、基板Ｓの枚葉ごとにＳｉＮデポ３７２を除去する場合のデポの積算膜厚の変化を示すグラフ１０１と、ＳｉＮデポ３７２の除去を行わない場合のデポの積算膜厚の変化を示すグラフ１０２とが示されている。なお、ＳｉＮデポ３７２の除去を行わない場合、処理容器内でＰＡＳ膜３７の成膜を繰り返し実行することにより、処理容器内にＳｉＯデポ３７１とＳｉＮデポ３７２とを含む多層のデポが累積的に堆積する。そこで、グラフ１０２では、ＳｉＮデポ３７２がＳｉＯデポ３７１と比較して５倍の膜応力を有するという仮定の下で、ＳｉＮデポ３７２の積算膜厚をＳｉＯデポ３７１の積算膜厚の５倍とみなしてＳｉＯデポ３７１の膜厚に換算し、デポの積算膜厚の変化を推定した。

グラフ１０２に示すように、ＳｉＮデポ３７２の除去を行わない場合、成膜枚数が５枚に達した時点でデポの積算膜厚が剥離を引き起こす上限値（４．１μｍ）付近に達した。つまり、ＳｉＮデポ３７２の除去を行わない場合、ＰＡＳ膜３７の成膜を５回繰り返すごとに多層のデポを一括で除去するクリーニングを実行する必要があることが分かった。

これに対して、グラフ１０１に示すように、基板Ｓの枚葉ごとにＳｉＮデポ３７２を除去する場合、成膜枚数が２０枚に達する時点でデポの積算膜厚が上限値付近に達した。つまり、基板Ｓの枚葉ごとにＳｉＮデポ３７２を除去する場合、ＰＡＳ膜の成膜を２０回繰り返すごとにＳｉＯデポ３７１を除去するクリーニングを実行すればよい。図５から分かるように、基板Ｓの枚葉ごとにＳｉＮデポ３７２を除去する場合、ＳｉＮデポ３７２の除去を行わない場合と比較して、全てのデポを除去する処理容器内のクリーニングの頻度を４倍（＝２０回／５回）低減することが可能である。

［ＳｉＮデポの除去を終了するタイミング］
上記のように、一実施形態に係る成膜方法では、基板Ｓの搬出後に、載置台１２上の保護膜３１１が露出された状態で第１ガスのプラズマによりＳｉＮデポ３７２を除去する（例えば、ステップＳ１５、第５工程、図３の（Ｄ）参照）。このため、第５工程における処理時間によっては、ＳｉＮデポ３７２の消失後にプラズマによって載置台１２上の保護膜３１１が消失して載置台１２の上面（つまり、基板Ｓを載置するための載置面）に損傷が発生する可能性がある。また、ＳｉＮデポ３７２の下地となるＳｉＯデポ３７１の膜厚によっては、処理容器の内壁上においても、ＳｉＮデポ３７２の除去に伴ってＳｉＯデポ３７１も消失し、更にその下層にある保護膜３１１が消耗する場所が存在する可能性もある。

そこで、一実施形態に係る成膜方法では、第５工程を、ＳｉＮデポ３７２が消失するタイミングにおいて終了させる。ＳｉＮデポ３７２が消失するタイミングは、例えば、終点検出装置（ＥＰＤ：End Point Detector）を用いて検出される。ＥＰＤは、ＳｉＮデポ３７２からプラズマ中に放出される副生成物に固有な波長の発光強度を測定する。ＥＰＤによって測定される発光強度は、プラズマによってＳｉＮデポ３７２が消耗するにつれて、徐々に減少し、ＳｉＮデポ３７２が消失するタイミングにおいて、最小となる。したがって、第５工程は、ＥＰＤによって測定される発光強度が最小となるタイミングにおいて終了する。更に、これに合わせて、ＳｉＮデポ３７２の下地のＳｉＯデポ３７１から放出される副生成物に固有な発光強度を同時に測定してもよい。下地のＳｉＯデポ３７１から放出される副生成物に固有な発光強度を確認することで下地のＳｉＯデポ３７１の消耗が確認できることを意味する。

図６は、一実施形態における第５工程の終了タイミングの一例を説明するための図である。図６において、横軸は、第５工程の開始時点からの経過時間［ｓｅｃ］を示し、縦軸は、ＥＰＤによって測定される発光強度［ａ．ｕ．］を示す。なお、図６には、２０回分の第５工程の各々に関する発光強度の変化が示されている。図６に示すように、第５工程が開始されると、ＳｉＮデポ３７２からプラズマ中に放出される副生成物の発光強度は、徐々に減少し、１２．５［ｓｅｃ］の時点で、最小となる。すなわち、１２．５［ｓｅｃ］の時点が、ＳｉＮデポ３７２が消失するタイミングである。この場合、第５工程を、発光強度が最小となる１２．５［ｓｅｃ］の時点において、終了させる。このように、第５工程をＳｉＮデポ３７２が消失するタイミングにおいて終了させることにより、載置台１２上の保護膜３１１の消失を抑制することができ、結果として、載置台１２の上面の損傷を回避することができる。

［変形例］
上記実施形態では、第５工程をＳｉＮデポ３７２が消失するタイミングにおいて終了させる場合を説明した。実施形態はさらに変形可能である。図７は、変形例に係る成膜方法の流れの一例を示すフローチャートである。図８は、変形例に係る成膜方法が実行される場合の処理容器内の状態の一例について説明するための図である。変形例は、上記実施形態の手法に基づき基板を処理する過程での載置台１２上の保護膜消耗に対処する。

図８の（Ａ）〜（Ｄ）に示す処理容器１１内の状態は、それぞれ図３の（Ａ）〜（Ｄ）に示す処理容器１１内の状態と同様である。変形例に係る成膜方法においては、基板Ｓの搬入（ステップＳ１１）から、ＳｉＮデポ３７２の除去（ステップＳ１５）までの処理は上記実施形態と同様である。ステップＳ１１からステップＳ１５までの処理により、処理容器１１内の状態は、例えば、図８の（Ｄ）に示す状態となる。すなわち、図８の（Ｄ）に示す状態では、載置台１２上の保護膜３１１が消失していないものの、消耗している可能性がある。これは、ＳｉＮデポ３７２の除去（ステップＳ１５）が、載置台１２上の保護膜３１１が露出された状態で実行されるためである。仮に図８の（Ｄ）に示す状態からさらにステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返し実行すると、載置台１２上の保護膜３１１が徐々に消耗し、最終的に消失してしまう可能性がある。

そこで、変形例では、ＳｉＮデポ３７２の除去（ステップＳ１５）の後に、消耗した載置台１２上の保護膜３１１を補填する保護膜を形成する（ステップＳ１５ａ、第８工程）。これにより、図８の（Ｅ）に示すように、載置台１２上の保護膜３１１の厚さが追加の保護膜によって増加する。その結果、ステップＳ１１〜Ｓ１５を繰り返し実行する場合であっても、載置台１２上の保護膜３１１の消失を抑制することができる。なお、図８の（Ｆ）〜（Ｇ）に示す処理容器１１内の状態は、それぞれ図３の（Ｅ）〜（Ｆ）に示す処理容器１１内の状態と同様である。また、図７のステップＳ１６からステップＳ１９までの処理は、上記実施形態と同様である。

［一実施形態に係る成膜方法によるスループットの向上］
図９は、一実施形態に係る成膜方法によるスループットの向上について説明するための図である。上記のように、一実施形態においては、１枚の基板に対してＰＡＳ膜の成膜を完了するごとにＳｉＮデポのみを除去し、ＳｉＯデポの積算膜厚が剥離を引き起こす上限値に近づくまで成膜を繰り返し実行した後に、ＳｉＯデポを除去する。本発明者らは、一実施形態に係る成膜方法を用いてＰＡＳ膜の成膜済みの基板を連続的に製造し、所定の期間に製造される基板の枚数、つまり、所定の期間の成膜枚数を調査した。なお、所定の期間とは、例えば、３か月間である。

図９には、実施例１による成膜枚数、実施例２による成膜枚数、比較例１による成膜枚数の各々が棒グラフとして示されている。また、図９には、比較例１に対する実施例１の成膜枚数の増加率、比較例１に対する実施例２の成膜枚数の増加率の各々が折れ線グラフとして示されている。実施例１は、一実施形態に係る成膜方法を用いてＰＡＳ膜の成膜済みの基板を連続的に製造した場合である。実施例２は、変形例に係る成膜方法を用いてＰＡＳ膜の成膜済みの基板を連続的に製造した場合である。比較例１は、通常のクリーニングを含む成膜方法を用いてＰＡＳ膜の成膜済みの基板を連続的に製造した場合である。通常のクリーニングを含む成膜方法とは、例えば、ＰＡＳ膜の成膜を５回繰り返すごとに多層のデポを一括で除去するクリーニングを実行する成膜方法である。

図９に示すように、実施例１による成膜枚数（７４１９枚）は、比較例１による成膜枚数（６８８２枚）と比較して、７．８％（＝１００×（７４１９−６８８２）／６８８２）増加した。また、実施例２による成膜枚数（７３４４枚）は、比較例１による成膜枚数（６８８２枚）と比較して、６．７％（＝１００×（７３４４−６８８２）／６８８２）増加した。図９の結果から、一実施形態に係る成膜方法及び変形例に係る成膜方法は、ＰＡＳ膜の成膜プロセスのスループットを向上させることができることが確認された。

［デポの除去に用いるガス］
なお、実施形態においてＳｉＮデポの除去に用いる第１ガスと、ＳｉＯデポの除去に用いる第２ガスとは、同一であっても、異なってもよい。第１ガス及び第２ガスとしては、例えば、ＮＦ３、ＣＦ４又はＳＦ６等を使用可能である。

［一実施形態に係る成膜装置の一例］
図１０は、一実施形態に係る成膜方法の実行に用いられる成膜装置の一例を示す図である。図１０には、実施形態に係る成膜方法の種々の実施形態で利用可能な成膜装置１０の断面構造が概略的に示されている。図１０に示すように、成膜装置１０は、誘導結合型のプラズマ化学気相堆積（ＩＣＰ−ＣＶＤ）装置である。成膜装置１０は、略直方体形状の処理容器（チャンバ）１１を有する。処理容器１１内には、基板Ｓを上面に載置する載置台１２が配置されている。載置台１２内には、図示しない温度制御機構が設けられており、該温度制御機構により、載置台１２上に載置された基板Ｓの温度が所定の温度に制御される。

基板Ｓは、例えばＦＰＤ（Flat Panel Display）やシートディスプレイ等に用いられるガラス基板またはプラスチック基板である。処理容器１１の上部には、処理容器１１の天井を構成する窓部材１４が設けられており、窓部材１４の上には、処理容器１１内部の載置台１２と対向するようにアンテナ１３が配置されている。窓部材１４は、例えば誘電体等または金属で構成されており、処理容器１１の内部と外部とを仕切る。なお、窓部材１４は複数の分割片から構成されてもよい。

処理容器１１の側壁には、基板Ｓを搬入および搬出するための開口が形成されており、該開口はゲートバルブ１６によって閉じられている。処理容器１１の底部には、排気口１８が設けられており、排気口１８には、排気装置１７が接続されている。排気装置１７は、排気口１８を介して処理容器１１内を真空引きし、処理容器１１の内部を所定の圧力まで減圧する。

窓部材１４は、図示しない絶縁性の部材を介して処理容器１１の側壁に支持されており、窓部材１４と処理容器１１とは直接的には接触せず、電気的に導通しない。また、窓部材１４は、載置台１２に載置された基板Ｓと略平行な面において、少なくとも基板Ｓの全面を覆うことが可能な大きさを有する。

処理容器１１の側壁にはガス導入口１５が設けられており、ガス導入口１５には、ガス供給管２３を介して、バルブ２２ａ〜２２ｅが接続されている。バルブ２２ａは、流量制御器２１ａを介してガス供給源２０ａに接続されている。バルブ２２ｂは、流量制御器２１ｂを介してガス供給源２０ｂに接続されている。バルブ２２ｃは、流量制御器２１ｃを介してガス供給源２０ｃに接続されている。バルブ２２ｄは、流量制御器２１ｄを介してガス供給源２０ｄに接続されている。バルブ２２ｅは、流量制御器２１ｅを介してガス供給源２０ｅに接続されている。

ガス供給源２０ａは、水素（Ｈ）原子を含まない酸素（Ｏ）含有ガスの供給源である。本実施形態において、ガス供給源２０ａは、Ｏ２ガスを供給する。ガス供給源２０ｂは、ＳｉＦ４ガスの供給源である。ガス供給源２０ｃは、ＳｉＣｌ４ガスの供給源である。ガス供給源２０ｄは、水素（Ｈ）原子を含まない窒素（Ｎ）含有ガスの供給源である。本実施形態において、ガス供給源２０ｄは、Ｎ２ガスを供給する。ガス供給源２０ｅは、ＳｉＯデポやＳｉＮデポの除去に用いるクリーニングガスの供給源である。本実施形態において、ガス供給源２０ｅは、ＮＦ３、ＣＦ４又はＳＦ６等を供給する。

ガス供給源２０ａから供給されたＯ２ガスは、流量制御器２１ａによって流量が調整され、バルブ２２ａおよびガス供給管２３を介して、ガス導入口１５から処理容器１１内に供給される。また、ガス供給源２０ｂから供給されたＳｉＦ４ガスは、流量制御器２１ｂによって流量が調整され、バルブ２２ｂおよびガス供給管２３を介して、ガス導入口１５から処理容器１１内に供給される。また、ガス供給源２０ｃから供給されたＳｉＣｌ４ガスは、流量制御器２１ｃによって流量が調整され、バルブ２２ｃおよびガス供給管２３を介して、ガス導入口１５から処理容器１１内に供給される。また、ガス供給源２０ｄから供給されたＮ２ガスは、流量制御器２１ｄによって流量が調整され、バルブ２２ｄおよびガス供給管２３を介して、ガス導入口１５から処理容器１１内に供給される。また、ガス供給源２０ｅから供給されたクリーニングガスは、流量制御器２１ｅによって流量が調整され、バルブ２２ｅおよびガス供給管２３を介して、ガス導入口１５から処理容器１１内に供給される。なお、ガス導入口１５は、処理容器１１の側壁でなく処理容器１１の天井部にシャワーヘッドとして設置されてもよい。

アンテナ１３は、窓部材１４の上面に沿って配置される環状若しくは螺旋状の導線からなり、整合器２５を介して高周波電源２６に接続されている。高周波電源２６は、所定周波数の高周波電力をアンテナ１３に供給し、アンテナ１３内を流れる高周波電流によって、窓部材１４を介して処理容器１１の内部に磁界を発生させる。処理容器１１内に発生した磁界によって、処理容器１１内には誘導電界が発生し、該誘導電界によって処理容器１１内の電子が加速される。そして、誘導電界によって加速された電子が、処理容器１１内に導入されたガスの分子や原子と衝突することにより、処理容器１１内に誘導結合プラズマが発生する。

成膜装置１０は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータである制御部２７を備える。制御部２７は、図１０に示す成膜装置１０の各部を制御する。

制御部２７は、一実施形態に係る成膜方法の各工程において成膜装置１０の各部を制御するためのコンピュータプログラム（入力されたレシピに基づくプログラム）に従って動作し、制御信号を送出する。成膜装置１０の各部は、制御部２７からの制御信号によって制御される。制御部２７は、具体的には、図１０に示す成膜装置１０において、制御信号を用いて、排気装置１７、流量制御器２１ａ〜２１ｅ、バルブ２２ａ〜２２ｅ、および高周波電源２６を、それぞれ制御することが可能である。なお、本明細書において開示される成膜方法の各工程は、制御部２７による制御によって成膜装置１０の各部を動作させることによって実行され得る。制御部２７の記憶部には、一実施形態に係る成膜方法を実行するためのコンピュータプログラム、および、当該方法の実行に用いられる各種のデータが、読出し自在に格納されている。

［実施形態の効果］
上記実施形態に係る成膜方法は、同一の処理容器内で基板に対して異なる膜を含む多層膜を形成する成膜方法であって、第１工程と第２工程と第３工程と第４工程と第５工程と第６工程とを含む。第１工程は、処理容器内に基板を搬入する。第２工程は、基板に第１膜（例えば、ＳｉＯ膜）を形成する。第３工程は、第２工程後の基板に第２膜（例えば、ＳｉＮ膜）を形成する。第４工程は、第３工程後の基板を処理容器から搬出する。第５工程は、第４工程後に、第２膜の形成時に処理容器内に堆積した第１堆積物（例えば、ＳｉＮデポ）を第１ガスのプラズマにより除去する。第６工程は、第１工程から第５工程までの工程が繰り返し実行された後に、第１膜の形成時に処理容器内に堆積した第２堆積物（例えば、ＳｉＯデポ）を第２ガスのプラズマにより除去する。このため、実施形態によれば、第１堆積物を基板の枚葉ごとに除去することにより、第２堆積物の除去の頻度、すなわち、処理容器内のクリーニングの頻度を低減することができる。結果として、多層膜の成膜プロセスのスループットを向上させることができる。

また、実施形態において、第６工程は、第１工程から前記第５工程までの工程が１０回以上繰り返し実行された後に、実行されてもよい。このため、実施形態によれば、処理容器内のクリーニングが実行されるまで、基板に対する多層膜の成膜を１０回以上連続的に繰り返し実行することができる。

また、実施形態において、第６工程は、１ロットの基板の枚数（例えば、２０枚）に対応する回数繰り返し実行された後に、実行されてもよい。このため、実施形態によれば、処理容器内のクリーニングが実行されるまで、基板に対する多層膜の成膜を１ロットの基板の枚数（例えば、２０枚）に対応する回数連続的に繰り返し実行することができ、ロットの交換のタイミングにおいて処理容器内のクリーニングが実行できるため、第１工程から第６工程が繰り返し実施される際にはスループットを向上させることができる。

また、実施形態において、第１工程は、内部に載置台が配置され且つ、内壁が載置台とともに保護膜によって予め覆われた処理容器内に基板を搬入して、載置台上に基板を載置してもよい。このため、実施形態によれば、同一の処理容器内で基板に対する多層膜の成膜を連続的に繰り返す際に、処理容器の内壁や載置台からのパーティクルに起因した基板汚染を抑制可能である。

また、実施形態に係る成膜方法は、第６工程後に第１工程から前記第５工程までの工程をさらに実行してもよい。このため、実施形態によれば、処理容器内のクリーニングにより堆積物が全て除去された後に、多層膜の成膜を連続的に繰り返し実行可能である。

また、実施形態に係る成膜方法は、第６工程後に載置台とともに処理容器の内壁を覆う保護膜を形成する第７工程をさらに含んでもよい。このため、実施形態によれば、処理容器内のクリーニングにより同時に保護膜が消失した場合でも、再度保護膜を形成して、多層膜の成膜を継続することができる。

また、実施形態において、第５工程は、第４工程後に載置台上の保護膜が露出された状態で実行され、前記第１堆積物が消失するタイミングにおいて終了してもよい。このため、実施形態によれば、載置台上の保護膜が露出された状態でプラズマにより第１堆積物の除去が行われる際に、載置台上の保護膜の消失を抑制することができ、結果として、載置台の上面の損傷を回避することができる。

また、実施形態において、第５工程は、第４工程後に載置台上の保護膜が露出された状態で実行され、実施形態に係る成膜方法は、第５工程後に消耗した載置台上の保護膜を補填する保護膜を形成する第８工程をさらに含んでもよい。このため、実施形態によれば、第１工程から第５工程までの工程が繰り返し実行される際に、消耗した載置台上の保護膜を補填して、載置台上の保護膜の消失を抑制することができ、結果として、載置台の上面の損傷を回避することができる。

なお、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。

例えば、上記した実施形態では、プラズマ源として誘導結合プラズマを利用したＣＶＤ法により成膜を行う成膜装置１０を例に説明したが、開示技術はこれに限られない。プラズマを用いたＣＶＤ法により成膜を行う成膜装置であれば、プラズマ源は誘導結合プラズマに限られず、例えば、容量結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマなど、任意のプラズマ源を用いることができる。

１０ 成膜装置
１１ 処理容器
１２ 載置台
１３ アンテナ
１４ 窓部材
１５ ガス導入口
１６ ゲートバルブ
１７ 排気装置
１８ 排気口
２０ａ〜２０ｅ ガス供給源
２１ａ〜２１ｅ 流量制御器
２２ａ〜２２ｅ バルブ
２３ ガス供給管
２５ 整合器
２６ 高周波電源
２７ 制御部
３０ ＴＦＴ
３４ チャネル
３７ パッシベーション（ＰＡＳ）膜
３７ａ ＳｉＯ膜
３７ｂ ＳｉＮ膜
３７１ ＳｉＯデポ
３７２ ＳｉＮデポ
Ｓ 基板

Claims (12)

1. 同一の処理容器内で基板に対して異なる膜を含む多層膜を形成する成膜方法であって、
   処理容器内に基板を搬入する第１工程と、
   前記基板に第１膜を形成する第２工程と、
   前記第２工程後の前記基板に第２膜を形成する第３工程と、
   前記第３工程後の前記基板を前記処理容器から搬出する第４工程と、
   前記第４工程後に、前記第２膜の形成時に前記処理容器内に堆積した第１堆積物を第１ガスのプラズマにより除去する第５工程と、
   前記第１工程から前記第５工程までの工程が繰り返し実行された後に、前記第１膜の形成時に前記処理容器内に堆積した第２堆積物を第２ガスのプラズマにより除去する第６工程と、
   を含む、成膜方法。
2. 前記第６工程は、前記第１工程から前記第５工程までの工程が１０回以上繰り返し実行された後に、実行される、請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記第６工程は、前記第１工程から前記第５工程までの工程が１ロットの基板の枚数に対応する回数繰り返し実行された後に、実行される、請求項１に記載の成膜方法。
4. 前記第１工程は、内部に載置台が配置され且つ、内壁が前記載置台とともに保護膜によって予め覆われた前記処理容器内に基板を搬入して、前記載置台上に前記基板を載置する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の成膜方法。
5. 前記第６工程後に前記第１工程から前記第５工程までの工程をさらに実行する、請求項４に記載の成膜方法。
6. 前記第６工程後且つ前記第１工程前に前記載置台とともに前記処理容器の内壁を覆う保護膜を形成する第７工程をさらに含む、請求項５に記載の成膜方法。
7. 前記第５工程は、前記第４工程後に前記載置台上の前記保護膜が露出された状態で実行され、前記第１堆積物が消失するタイミングにおいて終了する、請求項４〜６のいずれか一つに記載の成膜方法。
8. 前記第５工程は、前記第４工程後に前記載置台上の前記保護膜が露出された状態で実行され、
   前記第５工程後に消耗した前記載置台上の前記保護膜を補填する保護膜を形成する第８工程をさらに含む、請求項４〜６のいずれか一つに記載の成膜方法。
9. 前記第１ガスと前記第２ガスとは同一である、請求項１〜８のいずれか一つに記載の成膜方法。
10. 前記第１ガス及び前記第２ガスは、ＮＦ３、ＣＦ４又はＳＦ６である、請求項９に記載の成膜方法。
11. 前記第１堆積物は、前記第２堆積物よりも膜応力が高い、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の成膜方法。
12. 同一処理容器内で基板に対して異なる膜を含む多層膜を形成する成膜装置であって、
    処理空間を提供するように構成される処理容器と、
    前記処理容器の内部に設けられ、基板が載置される載置台と、
    前記処理容器の内部にガスを供給するように構成されるガス供給部と、
    制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、
    処理容器内に基板を搬入する第１工程と、
    前記基板に第１膜を形成する第２工程と、
    前記第２工程後の前記基板に第２膜を形成する第３工程と、
    前記第３工程後の前記基板を前記処理容器から搬出する第４工程と、
    前記第４工程後に、前記第２膜の形成時に前記処理容器内に堆積した第１堆積物を第１ガスのプラズマにより除去する第５工程と、
    前記第１工程から前記第５工程までの工程が繰り返し実行された後に、前記第１膜の形成時に前記処理容器内に堆積した第２堆積物を第２ガスのプラズマにより除去する第６工程と、
    を含む成膜方法を各部に実行させる、
    成膜装置。

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