JP7118025B2 - 成膜方法 - Google Patents

Description

本開示は、成膜方法に関する。

特許文献１には、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを基板に対して交互に供給することにより、反応生成物を基板に成膜するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が記載されている。特許文献１では、回転テーブルの回転中心の周りに水平に配置される基板を、回転テーブルと共に回転させることにより、第１の処理領域と、第２の処理領域と、プラズマ処理領域とに送る。第１の処理領域では、シリコン含有ガス（例えば有機アミノシランガス）が基板に供給され、シリコン含有ガスが基板に吸着される。第２の処理領域では、酸化用ガス（例えばオゾンガス）が基板に供給され、基板に予め吸着された有機アミノシランガスが酸化され、酸化シリコン膜が基板に形成される。プラズマ処理領域では、改質用ガス（例えばアルゴンガスと酸素ガスの混合ガス）が基板に供給され、基板に予め形成された酸化シリコン膜が改質される。

特開２０１３－１３５１５４号公報

本開示の一態様は、基板のダメージを抑制でき、且つプラズマを安定して発生できる、技術を提供する。

本開示の一態様に係る成膜方法は、
回転テーブルと共に回転する基板が通過するプラズマ処理領域に、希ガスと、当該希ガスへの添加によってペニング効果を生じる添加ガスとを含む着火用ガスを供給する工程と、
前記プラズマ処理領域に誘導磁界を形成するアンテナに整合器を介して電気的に接続される高周波電源の出力電力を第１の設定値に上げ、前記着火用ガスをプラズマ化する工程と、
前記高周波電源の出力電力を前記第１の設定値から第２の設定値に上げる工程と、
前記着火用ガスのプラズマ化の後で、前記プラズマ処理領域への前記添加ガスの供給を停止する工程と、
前記高周波電源の出力電力が前記第２の設定値に上昇した後で且つ前記添加ガスの供給が停止した後に、前記プラズマ処理領域でプラズマ化されるガスを、前記基板に膜を形成するのに用いる成膜用ガスに切り替える工程と、
前記高周波電源の出力電力が前記第２の設定値に上昇した後に、前記アンテナの回転中心線とは反対側の端部の高さを維持しつつ前記アンテナの前記回転中心線側の端部を持ち上げる工程とを有する。

本開示の一態様によれば、基板のダメージを抑制でき、且つプラズマを安定して発生できる。

図１は、一実施形態に係る成膜装置の断面図である。 図２は、一実施形態に係る処理容器の内部構造を示す平面図である。 図３は、一実施形態に係る第１の処理領域、分離領域及び第２の処理領域を回転テーブルの回転方向に沿って切断した断面図である。 図４は、一実施形態に係るプラズマ発生器の断面図である。 図５は、一実施形態に係るプラズマ発生器の分解斜視図である。 図６は、一実施形態に係るプラズマ発生器の概略平面図である。 図７は、一実施形態に係るプラズマ処理領域を回転テーブルの回転方向に沿って切断した断面図である。 図８は、一実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。 図９は、一実施形態に係るプラズマを発生させる工程を示すフローチャートである。 図１０は、２回目の出力電力の上昇に要する所要時間と、反射波の大きさとの関係の実験データの一例を示す図である。 図１１は、アンテナの回転中心線側の端部を持ち上げる速度と、反射波の大きさとの関係の実験データの一例を示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。

（成膜装置）
図１は、一実施形態に係る成膜装置の断面図である。図２は、一実施形態に係る処理容器の内部構造を示す平面図である。図３は、一実施形態に係る第１の処理領域、分離領域及び第２の処理領域を回転テーブルの回転方向に沿って切断した断面図である。

成膜装置は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、基板Ｗに膜を形成する。基板Ｗは、例えばシリコンウエハなどの半導体基板である。基板Ｗは、下地膜を含んでもよい。成膜装置によって形成する膜は、例えば酸化シリコン膜である。酸化シリコン膜は、シリコン含有ガス（例えば有機アミノシランガス）と、酸化用ガス（例えばオゾンガス）とを交互に基板Ｗに供給することにより、基板Ｗ上に形成される。成膜装置は、基板Ｗに形成される酸化シリコン膜を、改質用ガスで改質する。

成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な処理容器１と、この処理容器１内に設けられ、処理容器１の中心に回転中心線２Ｚを有する回転テーブル２とを備える。処理容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有する。

処理容器１の側壁には、図２に示すように、基板Ｗの搬送口１５が形成される。外部の搬送アーム１０は、搬送口１５を通り、回転テーブル２の上方で待機する。回転テーブル２の上面には、その回転中心線２Ｚの周りに複数（例えば５つ）の凹部２４が設けられる。凹部２４は、円形に形成される。凹部２４の直径は、基板Ｗの直径よりも大きい。凹部２４の内底面には、基板Ｗが水平に設置される。設置された基板Ｗの上面と、回転テーブル２の上面とは、面一である。凹部２４の内底面には３つのピン穴が形成され、３つのピン穴のそれぞれに昇降ピンが配置される。３本の昇降ピンは、基板Ｗを下方から支持しながら昇降することにより、搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板Ｗを受け渡す。搬送口１５は、ゲートバルブＧにより開閉される。

回転テーブル２は、図１に示すように、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定される。コア部２１は、回転軸２２の上端部に固定される。回転軸２２は、鉛直方向下方に延びて、処理容器１の底部１４を貫通し、駆動部２３と接続される。回転軸２２及び駆動部２３は、筒状のケース体２０内に収納される。ケース体２０は、処理容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられる。駆動部２３が回転テーブル２を回転させると、回転テーブル２の回転中心線２Ｚを中心に凹部２４が回転し、凹部２４に載置された基板Ｗが回転する。

回転テーブル２の下方には、ヒータ７が設けられる。ヒータ７は、回転テーブル２を加熱することにより、回転テーブル２上の基板Ｗを加熱する。基板Ｗの温度は、例えば４５０℃である。ヒータ７は、処理容器１の底部１４と、処理容器１の底部１４から上方に突出する内側リング部１２ａと、内側リング部１２ａと同心円状に配置される外側リング部１７と、蓋部１８とで囲まれる空間に配置される。

回転テーブル２の上方には、図２に示すように、処理ガスノズル３１、３２、プラズマ処理ガスノズル３３、及び分離ガスノズル４１、４２が放射状に配置される。図２では、時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、プラズマ処理ガスノズル３３、分離ガスノズル４１、処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び処理ガスノズル３２がこの順番で配列される。これらのノズル３１、３２、３３、４１、４２は、容器本体１２の外周壁を貫通して容器本体１２の中央部まで、容器本体１２の径方向に水平に延びる。なお、プラズマ処理ガスノズル３３の上方には、プラズマ発生器８０が設けられる。プラズマ発生器８０については後述する。

処理ガスノズル３１は、その長手方向に間隔をおいて配列される複数の吐出孔を有し、複数の吐出孔から回転テーブル２に向けて第１の処理ガスを吐出する。第１の処理ガスは、例えばシリコンを含有するシリコン含有ガスである。シリコン含有ガスとしては、例えば有機アミノシランガスが用いられる。シリコン含有ガスを基板Ｗに吸着させる領域が、第１の処理領域Ｐ１である。処理ガスノズル３１は、第１の処理領域Ｐ１に配置される。

処理ガスノズル３２は、その長手方向に間隔をおいて配列される複数の吐出孔を有し、複数の吐出孔から回転テーブル２に向けて、第２の処理ガスを吐出する。第２の処理ガスは、基板Ｗに吸着されたシリコン含有ガスを酸化する酸化用ガスである。酸化用ガスとしては、例えばオゾン（Ｏ_３）ガスが用いられる。基板Ｗに吸着されたシリコン含有ガスを酸化させて酸化シリコン膜を形成する領域が、第２の処理領域Ｐ２である。処理ガスノズル３２は、第２の処理領域Ｐ２に配置される。

プラズマ処理ガスノズル３３は、その長手方向に間隔をおいて配列される複数の吐出孔を有し、複数の吐出孔から回転テーブル２に向けて、改質用ガスを吐出する。改質用ガスは、プラズマ化され、酸化シリコン膜を改質する。改質用ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと、酸素（Ｏ_２）ガスとを含む。改質用ガスは、アルゴンガスと酸素ガスとに加えて、水素（Ｈ_２）ガスをさらに含む。プラズマを発生させる領域が、プラズマ処理領域Ｐ３である。プラズマ処理ガスノズル３３は、プラズマ処理領域Ｐ３に配置される。

なお、プラズマ処理領域Ｐ３には、プラズマ処理ガスノズル３３とは、別にノズルがさらに配置されてもよい。別のノズルとしては、回転テーブル２の回転中心線２Ｚ側の部分に選択的に改質用ガスを供給するノズル、回転テーブル２の外周側の部分に選択的に改質用ガスを供給するノズルが挙げられる。プラズマ処理領域Ｐ３に複数のノズルが配置される場合、複数のノズルは異なるガスを吐出してもよいし、同じガスを吐出してもよい。

分離ガスノズル４２は、その長手方向に間隔をおいて配列される複数の吐出孔を有し、複数の吐出孔から回転テーブル２に向けて、分離ガスを吐出する。分離ガスは、シリコン含有ガスと酸化用ガスとの混合を抑制し、これらのガスを排気口６１、６２に押し流す。例えば、シリコン含有ガスは主に排気口６１から排気され、酸化用ガスは主に排気口６２から排気される。分離ガスとしては、例えば窒素（Ｎ_２）ガスが用いられる。シリコン含有ガスと酸化用ガスとの混合を抑制する領域が、分離領域Ｄ２である。分離ガスノズル４２は、分離領域Ｄ２に配置される。

分離領域Ｄ２において分離ガスの圧力をシリコン含有ガスの圧力や酸化用ガスの圧力よりも高め、シリコン含有ガスや酸化用ガスの分離領域Ｄ２への侵入を抑制すべく、分離領域Ｄ２の天井面４４は、図３に示すように第１の処理領域Ｐ１の天井面４５や第２の処理領域Ｐ２の天井面よりも低く形成される。分離領域Ｄ２の天井面４４は、天板１１から回転テーブル２に向って下方に突出する凸状部４の下面で形成される。凸状部４の周方向中央部には、溝部４３が形成される。溝部４３は、容器本体１２の径方向に延びる。溝部４３の内部に、分離ガスノズル４２が収容される。

分離ガスノズル４１は、その長手方向に間隔をおいて配列される複数の吐出孔を有し、複数の吐出孔から回転テーブル２に向けて、分離ガスを吐出する。分離ガスは、シリコン含有ガスと改質用ガスとの混合を抑制し、これらのガスを排気口６１、６２に押し流す。シリコン含有ガスは主に排気口６１から排気され、改質用ガスは主に排気口６２から排気される。分離ガスとしては、例えば窒素（Ｎ_２）ガスが用いられる。シリコン含有ガスと改質用ガスとの混合を抑制する領域が、分離領域Ｄ１である。分離ガスノズル４１は、分離領域Ｄ１に配置される。

分離領域Ｄ１において分離ガスの圧力をシリコン含有ガスの圧力や改質用ガスの圧力よりも高め、シリコン含有ガスや改質用ガスの分離領域Ｄ１への侵入を抑制すべく、分離領域Ｄ１の天井面も、分離領域Ｄ２の天井面４４と同様に低く形成される。つまり、分離領域Ｄ１の天井面も、天板１１から回転テーブル２に向って下方に突出する凸状部４の下面で形成される。凸状部４の周方向中央部には、溝部４３が形成される。溝部４３は、容器本体１２の径方向に延びる。溝部４３の内部に、分離ガスノズル４１が収容される。

図２に示すように、プラズマ処理領域Ｐ３、分離領域Ｄ１、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ２、及び第２の処理領域Ｐ２は、中央領域Ｃの周りに配置され、時計回り（回転テーブル２の回転方向）にこの順番で配列される。中央領域Ｃは、シリコン含有ガスと酸化用ガスと改質用ガスとの混合を抑制する領域である。中央領域Ｃには、図１に示すように分離ガス供給管５１によって、上方から分離ガスが供給される。分離ガスは、中央領域Ｃから径方向外方に向けて流れることにより、中央領域Ｃでのシリコン含有ガスと酸化用ガスと改質用ガスとの混合を抑制する。分離ガスとしては、例えば窒素（Ｎ_２）ガスが用いられる。

図２に示すように、プラズマ処理領域Ｐ３、分離領域Ｄ１、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ２、及び第２の処理領域Ｐ２は、リング状の排気領域Ｅの径方向内側に配置される。排気領域Ｅは、処理容器１の内部に供給されたガスを、容器本体１２の側壁に沿って排気口６１、６２に導く領域である。排気口６１、６２は、それぞれ、図１に示すように排気管６３を介して真空ポンプ６４に接続される。排気管６３の途中には、圧力制御器６５が設けられる。圧力制御器６５は、処理容器１の内部の気圧を制御する。

図４は、一実施形態に係るプラズマ発生器の断面図である。図５は、一実施形態に係るプラズマ発生器の分解斜視図である。図６は、一実施形態に係るプラズマ発生器の概略平面図である。図７は、一実施形態に係るプラズマ処理領域を回転テーブルの回転方向に沿って切断した断面図である。

プラズマ発生器８０は、図５に示すように、処理容器１の天板１１を鉛直方向に貫通する開口部１１ａに設けられる。開口部１１ａは、平面視で概略扇形に形成される。開口部１１ａは、円盤状の天板１１の径方向外方に向うほど、天板１１の周方向に広がる。開口部１１ａの開口径が鉛直下方に向うにつれ段階的に小さくなるように、段部１１ｂが形成される。プラズマ発生器８０は、アンテナ８３と、筐体９０と、ファラデーシールド９５と、絶縁板９４とを備える。

筐体９０は、例えば石英などの誘電体で形成され、磁力を透過させる性質を有する。筐体９０は、天板１１の開口部１１ａを塞ぐように平面視で扇状に形成される。筐体９０は、扇状の水平板９０ａと、水平板９０ａの外周部から上方側に延びる側壁９０ｂと、側壁９０ｂの上縁から水平に張り出すフランジ部９０ｃとを有する。筐体９０を開口部１１ａ内に落とし込むと、図４に示すように、フランジ部９０ｃが段部１１ｂで支持される。フランジ部９０ｃは、リング部材９１によって段部１１ｂに向けて押される。フランジ部９０ｃと段部１１ｂとの間はシール部材１１ｃでシールされ、処理容器１の内部は気密に保たれる。

水平板９０ａの下面には、水平板９０ａの周縁部に沿って突起部９２が形成される。突起部９２と水平板９０ａと回転テーブル２とは、プラズマ処理領域Ｐ３を囲むように配置される。突起部９２は、プラズマ処理領域Ｐ３にＮ_２ガス及びＯ_３ガスが流入するのを阻止し、ＮＯ_ｘガスが生成するのを防ぐ。また、突起部９２は、シール部材１１ｃがプラズマに曝されるのを抑制し、パーティクルの発生を抑制する。プラズマは、シール部材１１ｃに至るまでに、突起部９２を回り込むことになるので、途中で失活する。

プラズマ処理ガスノズル３３は、突起部９２に設けられた切り欠きを介してプラズマ処理領域Ｐ３に延びている。図７に示すように、プラズマ処理ガスノズル３３のガス吐出孔は、回転方向上流側に向けて、斜め下方向に開口する。突起部９２と回転テーブル２との隙間からプラズマ処理領域Ｐ３へＯ_３ガスやＮ_２ガスが流入するのを抑制できる。

プラズマ処理ガスノズル３３は、図４に示すように主管及び主管から枝分かれする複数の枝管を介して、アルゴンガスの供給源１２０、水素ガスの供給源１２１、酸素ガスの供給源１２２、及びアンモニアガスの供給源１２３と接続される。複数の枝管のそれぞれの途中には、流量制御器１２４が配置される。プラズマ処理ガスノズル３３は、アルゴンガス、水素ガス、酸素ガス、及びアンモニアガスから選択される１種類以上のガスを、任意の組合せで、また、任意の混合比で、プラズマ処理領域Ｐ３に吐出できる。

筐体９０の内部には、ファラデーシールド９５が設置される。ファラデーシールド９５は、金属板であり、接地される。金属板は、例えば、銅（Ｃｕ）板又は銅板に、ニッケル（Ｎｉ）膜と金（Ａｕ）膜とをこの順番で成膜した積層板である。ファラデーシールド９５は、上側が開放された箱状に形成される。ファラデーシールド９５は、筐体９０の水平板９０ａに積層される水平板９５ａと、水平板９５ａの外周部から上方側に延びる垂直板９５ｂとを備える。垂直板９５ｂの上端には、図５に示すように左右一対の縁板９６、９６が設けられる。ファラデーシールド９５と筐体９０との間には、縁板９６、９６を下方から支持する枠状体９９が設けられる。枠状体９９は、筐体９０に支持される。

ファラデーシールド９５の水平板９５ａには、図６に示すように複数のスリット９７が設けられる。複数のスリット９７は、アンテナ８３を構成するコイル状に巻回された金属線の伸長方向と直交するように形成され、当該金属線の伸長方向に沿って間隔をおいて配列される。複数のスリット９７は、回転テーブル２の径方向に引き延ばされた八角形状に配列される。また、ファラデーシールド９５の水平板９５ａには、開口部９８が形成される。開口部９８は、複数のスリット９７で囲まれるように配置される。

ファラデーシールド９５は、アンテナ８３の周囲に発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が基板Ｗに下方に向かうことを阻止する。これにより、基板Ｗに予め形成された電気配線のダメージを防止できる。また、ファラデーシールド９５は、スリット９７を介して磁界成分を下方に通過させる。これにより、プラズマ処理領域Ｐ３にプラズマを形成できる。開口部９８は、スリット９７と同様に、磁界成分を通過させる。

ファラデーシールド９５の水平板９５ａ上には、図４に示すように水平板９５ａを覆うように板状の絶縁板９４が積層される。この絶縁板９４は、アンテナ８３とファラデーシールド９５とを絶縁する。絶縁板９４は、例えば、厚み寸法が２ｍｍ程度の石英板である。

アンテナ８３は、例えば金属線をコイル状に巻回して形成される。金属線は、例えば鉛直軸周りに３重に巻回される。金属線は、中空であってよい。金属線の内部には、金属線を冷却するための冷却水が流される。アンテナ８３の両端部には、金属線を鉛直上方に延ばして形成される電極棒８６、８６が設けられる。電極棒８６、８６は、電極板８７、８７によって保持される。

アンテナ８３は、図２に示すように整合器８４を介して高周波電源８５に電気的に接続される。高周波電源８５の最大出力電力は例えば５０００Ｗであり、高周波電源８５の周波数は例えば１３．５６ＭＨｚである。高周波電源８５からアンテナ８３に高周波電力を供給することにより、アンテナ８３の周囲に誘導電界及び誘導磁界が形成される。その結果、プラズマ処理領域Ｐ３に、誘導結合プラズマが形成される。

アンテナ８３は、図４に示すように絶縁板９４上に設けられ、ファラデーシールド９５の垂直板９５ｂで囲まれる。アンテナ８３は、回転テーブル２に対向して設けられる。アンテナ８３は、基板Ｗ全体をプラズマ処理できるように、平面視でリング状の基板通過領域を横切るように配置される。基板通過領域は、回転テーブル２の回転に伴って基板Ｗの通過する領域である。基板通過領域の幅は、基板Ｗの直径と等しい。

ところで、基板Ｗの面内において、回転中心線２Ｚ側の端部は、回転中心線２Ｚとは反対側の端部に比べて、周速が遅いので、プラズマに曝される時間が長い。

そこで、プラズマ発生器８０は、アンテナ８３を図４に二点鎖線で示すように傾斜させる傾斜機構７０を有する。傾斜機構７０は、アンテナ８３の回転中心線２Ｚとは反対側の端部８３ｂの高さを維持しつつ、アンテナ８３の回転中心線２Ｚ側の端部８３ａを持ち上げる。アンテナ８３の下面は、回転中心線２Ｚに近づくほど上方に傾斜する。アンテナ８３と基板Ｗとの距離は、回転中心線２Ｚに近づくほど、大きくなる。

アンテナ８３と基板Ｗとの距離が大きくなるほど、基板Ｗに到達するまでの磁界成分の減衰量が大きい。従って、基板Ｗの面内において、回転中心線２Ｚ側の端部は、回転中心線２Ｚとは反対側の端部に比べて、プラズマの強度が弱い。プラズマの強度分布によってプラズマに曝される時間の差を埋めることができ、基板Ｗの面内を均一にプラズマ処理できる。

傾斜機構７０は、例えば、アンテナ８３の回転中心線２Ｚ側の端部８３ａを上下動させるアクチュエータ７１を有する。アクチュエータ７１は、例えば、モータと、モータの回転運動をアンテナ８３の回転中心線２Ｚ側の端部８３ａの直線運動に変換する運動変換機構とを有する。運動変換機構としては、例えばボールねじが用いられる。

成膜装置は、図１に示すように制御部１００を備える。制御部１００は、例えばコンピュータで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリなどの記憶媒体１０２とを備える。記憶媒体１０２には、成膜装置において実行される各種の処理を制御するプログラムが格納される。制御部１００は、記憶媒体１０２に記憶されたプログラムをＣＰＵ１０１に実行させることにより、成膜装置の動作を制御する。また、制御部１００は、入力インターフェース１０３と、出力インターフェース１０４とを備える。制御部１００は、入力インターフェース１０３で外部からの信号を受信し、出力インターフェース１０４で外部に信号を送信する。

かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されていたものであって、その記憶媒体から制御部１００の記憶媒体１０２にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、例えば、ハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどが挙げられる。なお、プログラムは、インターネットを介してサーバからダウンロードされ、制御部１００の記憶媒体１０２にインストールされてもよい。

（成膜方法）
図８は、一実施形態に係る成膜方法を示すフローチャートである。図８に示す工程Ｓ１０１～Ｓ１０７は、制御部１００による制御下で実施される。

成膜方法は、処理容器１の内部に基板Ｗを搬入する工程Ｓ１０１を有する。この工程Ｓ１０１では、先ずゲートバルブＧが搬送口１５を開く。続いて、搬送アーム１０が、搬送口１５を通り、回転テーブル２の上方で待機する。次いで、昇降ピンが、搬送アーム１０から基板Ｗを受け取り、受け取った基板Ｗを回転テーブル２の凹部２４内に載置する。搬送アーム１０から回転テーブル２への基板Ｗの受け渡しは、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、繰り返し行われる。その結果、回転テーブル２には、例えば５枚の基板Ｗが載置される。

その後、ゲートバルブＧが搬送口１５を閉じる。続いて、真空ポンプ６４が処理容器１の内部を排気し、処理容器１の内部の気圧が設定気圧に到達すると、分離ガスノズル４１、４２がＮ_２ガスを所定の流量で吐出すると共に、分離ガス供給管５１もＮ_２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力制御器６５が処理容器１の内部の気圧を設定気圧に制御する。次いで、駆動部２３が回転テーブル２を設定回転数で回転させる共に、ヒータ７が基板Ｗを設定温度に加熱する。

次いで、処理ガスノズル３１は第１の処理領域Ｐ１にシリコン含有ガスを供給し、処理ガスノズル３２は第２の処理領域Ｐ２に酸化用ガスを供給する。また、詳しくは後述するが、プラズマ処理ガスノズル３３は、プラズマ処理領域Ｐ３に、着火用ガスと改質用ガスとをこの順番で供給する。また、詳しくは後述するが、高周波電源８５は、アンテナ８３に高周波電力を供給することにより、プラズマ処理領域Ｐ３に誘導結合プラズマを形成する。

成膜方法は、基板Ｗが第１の処理領域Ｐ１、第２の処理領域Ｐ２、及びプラズマ処理領域Ｐ３をこの順番で通過するように、回転テーブル２を設定回転数で回転させる工程Ｓ１０２を有する。

成膜方法は、第１の処理領域Ｐ１において、シリコン含有ガスを基板Ｗに吸着させる工程Ｓ１０３を有する。シリコン含有ガスとしては、例えば有機アミノシランガスが用いられる。

成膜方法は、第２の処理領域Ｐ２において、酸化シリコン膜を基板Ｗに形成する工程Ｓ１０４を有する。酸化シリコン膜は、シリコン含有ガスと酸化用ガスとの反応生成物である。酸化用ガスとしては、例えばオゾンガスが用いられる。

成膜方法は、プラズマ処理領域Ｐ３において、酸化シリコン膜を改質する工程Ｓ１０５を有する。改質用ガスとしては、例えばアルゴンガスと酸素ガスと水素ガスとの混合ガスが用いられる。改質用ガスは、プラズマ化され、酸化シリコン膜を改質する。例えば、酸化シリコン膜から有機物などの不純物が放出される。また、酸化シリコン膜の元素が再配列され、酸化シリコン膜の緻密化（高密度化）が進む。さらに、プラズマ化された酸素ガスによって、第２の処理領域Ｐ２で未酸化のシリコン含有ガスが酸化される。改質用ガスが酸素ガスに加えて水素ガスを含む場合、酸化シリコン膜の表面にＯＨ基が形成される。ＯＨ基は、次回の工程Ｓ１０３において、シリコン含有ガスの吸着サイトの役割を果たす。

酸化シリコン膜の膜厚が目標厚さ未満である場合（工程Ｓ１０６、Ｎｏ）、制御部１００は工程Ｓ１０２以降の処理を再び実施する。酸化シリコン膜の膜厚が目標厚さであるか否かは、処理時間などに基づいて判断される。一方、酸化シリコン膜の膜厚が目標厚さである場合（工程Ｓ１０６、Ｙｅｓ）、制御部１００は工程Ｓ１０７の処理を実施する。

成膜方法は、処理容器１の外部に基板Ｗを搬出する工程Ｓ１０７を有する。この工程Ｓ１０７では、先ずゲートバルブＧが搬送口１５を開く。続いて、搬送アーム１０が、搬送口１５を通り、回転テーブル２の上方で待機する。次いで、昇降ピンが、回転テーブル２から基板Ｗを受け取り、受け取った基板Ｗを搬送アーム１０に渡す。回転テーブル２から搬送アーム１０への基板Ｗの受け渡しは、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、繰り返し行われる。

図９は、一実施形態に係るプラズマを発生させる工程を示すフローチャートである。プラズマを発生させる工程は、例えば図９に示すように、下記の工程Ｓ２０１～Ｓ２０６を有する。下記の工程Ｓ２０１～Ｓ２０６は、図８に示す基板Ｗの搬入（工程Ｓ１０１）の後、酸化シリコン膜の成膜（工程Ｓ１０３～Ｓ１０５）の開始前に、制御部１００による制御下で実施される。下記の工程Ｓ２０１～Ｓ２０６では、回転テーブル２は、設定回転数で回転し続ける。また、下記の工程Ｓ２０１～Ｓ２０６では、処理容器１の内部の気圧は、特に限定されないが、例えば２Ｔｏｒｒに維持される。

着火用ガスの供給（工程Ｓ２０１）では、プラズマ処理ガスノズル３３がプラズマ処理領域Ｐ３に着火用ガスを供給する。着火用ガスは、希ガスと、希ガスへの添加によってペニング効果を生じる添加ガスとを含む。ペニング効果によって、プラズマの着火（生成）に要する高周波電源８５の出力電力を低減できる。低エネルギーのプラズマを生成でき、プラズマによる基板Ｗのダメージを低減できる。

例えば、着火用ガスは、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを含み、添加ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを含む。アルゴンガスの流量は例えば１５ｓｌｍであり、アンモニアガスの流量は例えば５０ｓｃｃｍである。

なお、希ガスと添加ガスの組合せは、特に限定されない。例えば、着火用ガスは、希ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）ガスを含み、添加ガスとしてアルゴンガス、窒素ガス又はアンモニアガスを含んでもよい。

１回目の出力電力の上昇（工程Ｓ２０２）では、制御部１００が高周波電源８５の出力電力を第１の設定値に上げる。第１の設定値は、着火用ガスをプラズマ化できるように、着火用ガスの種類に応じて決められる。第１の設定値は、例えば、１０００Ｗである。

添加ガスの供給停止（工程Ｓ２０３）と、２回目の出力電力の上昇（工程Ｓ２０４）とは、処理時間の短縮のため、つまり、生産性の向上のため、同時に行われる。添加ガスの供給停止（工程Ｓ２０３）と、２回目の出力電力の上昇（工程Ｓ２０４）とは、完全に同時に行われなくてもよく、部分的に同時に行われてもよい。

なお、添加ガスの供給停止（工程Ｓ２０３）と、２回目の出力電力の上昇（工程Ｓ２０４）とは、どちらかが先に行われてもよい。この場合、添加ガスの供給停止（工程Ｓ２０３）が先に行われてもよいし、２回目の出力電力の上昇（工程Ｓ２０４）が先に行われてもよい。

添加ガスの供給停止（工程Ｓ２０３）では、流量制御器１２４が添加ガスであるアンモニアガスの流量を５０ｓｃｃｍから０ｓｃｃｍに下げる。その所要時間は、例えば１秒程度である。アンモニアガスの供給を停止することによって、アンモニアガスによる酸化シリコン膜の窒化を抑制できる。

添加ガスの供給停止（工程Ｓ２０３）の後も、プラズマが失火（消失）することはない。プラズマ処理領域Ｐ３には、添加ガスが僅かに残留しているからである。また、高周波電源８５の出力電力が第１の設定値から第２の設定値に上げられるからである。

２回目の出力電力の上昇（工程Ｓ２０４）では、制御部１００が高周波電源８５の出力電力を第１の設定値から第２の設定値に上げる。これにより、高周波電源８５から整合器８４を介してアンテナ８３に供給される電力が上昇する。第２の設定値は、プラズマ化した改質用ガスで酸化シリコン膜を十分に改質できるように決められる。第２の設定値は、例えば、４０００Ｗである。

ところで、整合器８４は、可変容量コンデンサと、可変容量コンデンサの容量を変化させるモータとを含む。モータは、高周波電源８５の出力インピーダンスとアンテナ８３の入力インピーダンスとが整合するように、可変容量コンデンサの容量を変化させる。

図１０は、２回目の出力電力の上昇に要する所要時間と、反射波の大きさとの関係の実験データの一例を示す図である。所要時間が短く、高周波電源８５の出力電力が急激に変化すると、可変容量コンデンサの容量の変化が追い付かずに、反射波が発生し、高周波電源８５の出力電力の一部しかアンテナ８３に供給されない。

そこで、制御部１００は、２回目の出力電力の上昇（工程Ｓ２０４）を、０．５秒以上、２秒以下の時間で実施する。工程Ｓ２０４の所要時間が０．５秒以上であると、反射波の大きさを小さくでき、プラズマの失火を抑制できる。また、工程Ｓ２０４の所要時間が２秒以下であると、処理時間が短く、生産性が良い。工程Ｓ２０４の所要時間が２秒を超えて長くなっても、反射波の低減幅は僅かである。

改質用ガスへの切替（工程Ｓ２０５）と、アンテナ８３の傾斜（工程Ｓ２０６）とは、処理時間の短縮のため、つまり、生産性向上のため、同時に行われる。改質用ガスへの切替（工程Ｓ２０５）と、アンテナ８３の傾斜（工程Ｓ２０６）とは、完全に同時に行われなくてもよく、部分的に同時に行われてもよい。

なお、改質用ガスへの切替（工程Ｓ２０５）と、アンテナ８３の傾斜（工程Ｓ２０６）とは、同時に行われなくてもよい。この場合、改質用ガスへの切替（工程Ｓ２０５）が先に行われる。アンテナ８３の傾斜（工程Ｓ２０６）は、アンテナ８３の入力インピーダンスを変化させるのでプラズマの失火を招くことがある。そのため、アンテナ８３の傾斜（工程Ｓ２０６）は、２回目の出力電力の上昇（工程Ｓ２０４）以降に行う。出力電力が第２の設定値に上昇済みであれば、アンテナ８３の傾斜によってアンテナ８３の入力インピーダンスが変化しても、失火のリスクが低いからである。

改質用ガスへの切替（工程Ｓ２０５）では、プラズマ処理領域Ｐ３でプラズマ化されるガスを改質用ガスに切り替える。具体的には、流量制御器１２４が、プラズマ処理ガスノズル３３から吐出されるガスの種類を、改質用ガスに切り替える。例えば、流量制御器１２４は、酸素ガスの流量を０ｓｃｃｍから１５０ｓｃｃｍに増やすと共に、水素ガスの流量を０ｓｃｃｍから１００ｓｃｃｍに増やす。流量制御器１２４は、アルゴンガスの流量を１５ｓｌｍで維持する。

アンテナ８３の傾斜（工程Ｓ２０６）では、傾斜機構７０が、アンテナ８３の回転中心線２Ｚとは反対側の端部８３ｂの高さを維持しつつ、アンテナ８３の回転中心線２Ｚ側の端部８３ａを持ち上げる。アンテナ８３の下面は、回転中心線２Ｚに近づくほど上方に傾斜する。アンテナ８３と基板Ｗとの距離は、回転中心線２Ｚに近づくほど、大きくなる。

アンテナ８３と基板Ｗとの距離が大きくなるほど、基板Ｗに到達するまでの磁界成分の減衰量が大きい。従って、基板Ｗの面内において、回転中心線２Ｚ側の端部は、回転中心線２Ｚとは反対側の端部に比べて、プラズマの強度が弱い。プラズマの強度分布によってプラズマに曝される時間の差を埋めることができ、基板Ｗの面内を均一にプラズマ処理できる。

図１１は、アンテナの回転中心線側の端部を持ち上げる速度と、反射波の大きさとの関係の実験データの一例を示す図である。アンテナ８３の回転中心線２Ｚ側の端部８３ａを急激に持ち上げると、アンテナ８３の入力インピーダンスが急激に変化してしまう。そうすると、可変容量コンデンサの容量の変化が追い付かずに、大きな反射波が発生し、高周波電源８５の出力電力の一部しかアンテナ８３に供給されない。

制御部１００は、アンテナ８３の回転中心線２Ｚ側の端部８３ａを持ち上げる速度を、８ｍｍ／秒以上、１２ｍｍ／秒以下に制御する。持ち上げる速度が１２ｍｍ／秒以下であると、反射波の大きさを小さくでき、プラズマの失火を抑制できる。持ち上げる速度が８ｍｍ／秒以上であると、処理時間が短く、生産性が良い。

以上、本開示に係る成膜方法の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

例えば、成膜する膜は、酸化シリコン膜には限定されない。酸化シリコン膜以外の酸化金属膜でもよい。また、成膜する膜は、窒化金属膜でもよい。

また、着火用ガスと置き換えられる成膜用ガスは、改質用ガスには限定されない。成膜用ガスは、プラズマ化されるものであればよく、例えば酸化用ガスまたは窒化用ガスでもよい。

基板Ｗは、シリコンウエハなどの半導体基板には限定されず、ガラス基板などであってもよい。

１ 処理容器
２ 回転テーブル
２Ｚ 回転中心線
８３ アンテナ
８３ａ 回転中心線側の端部
８３ｂ 回転中心線とは反対側の端部
８４ 整合器
８５ 高周波電源
１００ 制御部
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｐ３ プラズマ処理領域

Claims (9)

1. 回転テーブルと共に回転する基板が通過するプラズマ処理領域に、希ガスと、当該希ガスへの添加によってペニング効果を生じる添加ガスとを含む着火用ガスを供給する工程と、
   前記プラズマ処理領域に誘導磁界を形成するアンテナに整合器を介して電気的に接続される高周波電源の出力電力を第１の設定値に上げ、前記着火用ガスをプラズマ化する工程と、
   前記高周波電源の出力電力を前記第１の設定値から第２の設定値に上げる工程と、
   前記着火用ガスのプラズマ化の後で、前記プラズマ処理領域への前記添加ガスの供給を停止する工程と、
   前記高周波電源の出力電力が前記第２の設定値に上昇した後で且つ前記添加ガスの供給が停止した後に、前記プラズマ処理領域でプラズマ化されるガスを、前記基板に膜を形成するのに用いる成膜用ガスに切り替える工程と、
   前記高周波電源の出力電力が前記第２の設定値に上昇した後に、前記アンテナの回転中心線とは反対側の端部の高さを維持しつつ前記アンテナの前記回転中心線側の端部を持ち上げる工程とを有する、成膜方法。
2. 前記アンテナの前記回転中心線側の端部を持ち上げる速度が、８ｍｍ／秒以上、１２ｍｍ／秒以下である、請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記高周波電源の出力電力を前記第１の設定値から前記第２の設定値に上げる時間が、０．５秒以上、２秒以下である、請求項１又は２に記載の成膜方法。
4. 前記高周波電源の出力電力を前記第１の設定値から前記第２の設定値に上げる工程と、前記添加ガスの供給を停止する工程とが同時に行われる、請求項１～３のいずれか１項に記載の成膜方法。
5. 前記成膜用ガスに切り替える工程と、前記アンテナの前記回転中心線側の端部の高さを上げる工程とが同時に行われる、請求項１～４のいずれか１項に記載の成膜方法。
6. 前記基板が第１の処理領域、第２の処理領域及び前記プラズマ処理領域をこの順番で通過するように、前記基板を保持する前記回転テーブルを回転させる工程と、
   前記第１の処理領域で、第１の処理ガスを前記基板に吸着させる工程と、
   前記第２の処理領域で、前記第１の処理ガスと第２の処理ガスとの反応生成物の膜を前記基板に形成する工程と、
   前記プラズマ処理領域で、プラズマ化された改質用ガスによって前記反応生成物の膜を改質する工程とを有し、
   前記成膜用ガスは、前記改質用ガスである、請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜方法。
7. 前記第１の処理ガスは、シリコン含有ガスであり、
   前記第２の処理ガスは、前記基板に吸着されたシリコン含有ガスを酸化する酸化用ガスであり、
   前記反応生成物は、酸化シリコン膜である、請求項６に記載の成膜方法。
8. 前記改質用ガスは、希ガスと、酸素ガスと、水素ガスとを含む、請求項７に載の成膜方法。
9. 前記着火用ガスは、前記希ガスとしてアルゴンガスを含み、前記添加ガスとしてアンモニアガスを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の成膜方法。

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