特許 6243290 成膜方法及び成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243290

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】成膜方法及び成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/316 20060101AFI20171127BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20171127BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20171127BHJP

   C23C 16/50 20060101ALI20171127BHJP

   C23C 16/40 20060101ALI20171127BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/316 X

   H01L21/31 C

   C23C16/455

   C23C16/50

   C23C16/40

   H05H1/46 L

【請求項の数】14

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-94683(P2014-94683)

(22)【出願日】2014年5月1日

(65)【公開番号】特開2015-213108(P2015-213108A)

(43)【公開日】2015年11月26日

【審査請求日】2016年11月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 武司

(72)【発明者】

【氏名】尾谷 宗之

(72)【発明者】

【氏名】大久保 和哉

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０４９０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４８７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２３０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３５１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１１０２６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０７５４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６６３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４８６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３４９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５１７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０７２５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２９９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２２６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１９１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１４３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５、２１／２８−２１／２８８、

２１／３１−２１／３２、２１／３６５、

２１／４４−２１／４４５、２１／４６９−２１／４７５、

２１／８６、２９／４０−２９／４９、２９／８７２、

Ｈ０５Ｈ １／００− １／５４、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の処理領域で、回転テーブル上に載置された基板上に、前記基板の上方に配置された第１のガス吐出孔から第１の金属元素を含む第１の原料ガスを供給し、同時に、前記基板の上方に配置された第２のガス吐出孔から第２の金属元素を含む第２の原料ガスを供給する、第１の原料ガス及び第２の原料ガス供給工程と、
前記回転テーブルを回転させることにより前記基板が移動可能な第２の処理領域で、前記基板上に、前記第１の金属元素及び前記第２の金属元素と反応してそれぞれ第１の反応生成物及び第２の反応生成物を生成し得る非金属元素を含む反応ガスをプラズマ化して供給し、前記第１及び第２の金属元素と前記非金属元素とを含む第３の反応生成物を生成する反応ガス供給工程と、を有し、
前記第３の反応生成物に含まれる前記第１の金属元素の混合比率は前記第２の金属元素よりも高く、前記第２の反応生成物の結晶化温度は前記第１の反応生成物の結晶化温度よりも高い成膜方法。

【請求項2】

前記第１の反応生成物は、前記第２の反応生成物よりも加工が容易である請求項１に記載の成膜方法。

【請求項3】

前記加工は、エッチング加工である請求項２に記載の成膜方法。

【請求項4】

前記非金属元素は、酸素、窒素、臭素、炭素のいずれか１つである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜方法。

【請求項5】

前記基板は、前記第１の反応生成物の結晶化温度よりも低い所定の基板温度に設定されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。

【請求項6】

前記第２の金属元素は、プラズマ化により前記第１の反応生成物の結晶化温度が実質的に低下しても、前記所定の基板温度で前記第３の反応生成物が結晶化しない元素が選択される請求項５に記載の成膜方法。

【請求項7】

前記回転テーブルは連続的に回転し、前記第１の処理領域で行われる前記第１の原料ガス及び前記第２の原料ガス供給工程と、前記第２の処理領域で行われる前記反応ガス供給工程が連続的に交互に繰り返される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜方法。

【請求項8】

前記第１の処理領域と前記第２の処理領域は、前記回転テーブルの回転方向に沿って離間して設けられるとともに、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間に不活性ガスを供給可能な分離領域が設けられ、
前記第１の原料ガス及び前記第２の原料ガス供給工程と前記反応ガス供給工程との間に、前記基板上に前記不活性ガスを供給する分離工程が更に設けられる請求項７に記載の成膜方法。

【請求項9】

前記第１の原料ガスと前記第２の原料ガスは、第１及び第２のガスノズルに設けられた前記第１及び第２のガス吐出孔から個別に供給される請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜方法。

【請求項10】

前記第１の原料ガスはＴｉを含むＴｉＣｌ_４ガスであり、前記第２の原料ガスはＡｌを含むＴＭＡガスであり、前記反応ガスは酸化ガスである請求項１乃至９のいずれか一項に記載の成膜方法。

【請求項11】

前記第３の反応生成物は、パターニング用のハードマスクとして利用可能である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の成膜方法。

【請求項12】

処理容器と、
該処理容器内に設けられ、基板を載置可能な回転テーブルと、
該回転テーブルの上方に、該回転テーブルの回転方向に沿って互いに離間して設けられた第１及び第２の処理領域と、
該第１の処理領域内に、第１の原料ガスを供給するために設けられ、前記基板の上方に配置された第１のガス吐出孔と、前記第１の原料ガスとは異なる種類の第２の原料ガスを前記第１の原料ガスとは個別に供給するために設けられ、前記基板の上方に配置された第２のガス吐出孔と、
前記第２の処理領域内に、前記第１及び第２の原料ガスと反応してそれぞれ第１及び第２の反応生成物を生成し得る反応ガスを供給するために設けられた反応ガス供給部と、
前記反応ガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、を有する成膜装置。

【請求項13】

前記第１及び第２のガス吐出孔は、第１及び第２の原料ガスノズルに設けられており、
該第１及び第２の原料ガスノズルは、前記第１及び第２の原料ガスを供給するのに適したノズル形状を各々有する請求項１２に記載の成膜装置。

【請求項14】

前記第１及び第２の原料ガスノズルは、ノズル孔の大きさ、配置及び分布密度の少なくとも１つが異なる請求項１３に記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成膜方法及び成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、基板の表面に形成された金属酸化膜を、Ｏ_２ガスをプラズマにより励起することにより発生される改質ガスを用いて改質処理する改質方法において、改質処理時の基板の温度を、室温から金属酸化膜の結晶化温度未満とし、その後、必要に応じて金属酸化膜を結晶化する金属酸化膜の改質方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、特許文献１によれば、改質処理時の基板の温度を金属酸化膜の結晶化温度以上とし、改質処理と結晶化処理を同時に行うようにした金属酸化膜の改質方法も開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−５０６２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、成膜の用途は、電子回路の形成に限られるものではなく、パターン形成用のハードマスクを製造するために成膜が行われる場合もある。このような場合には、結晶化して表面が粗化した膜ではなく、表面粗さの小さい滑らかな表面を有する膜を成膜する技術が求められる。

【0006】

そこで、本発明は、表面が結晶化せずに表面粗さが小さい膜を形成することができる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る成膜方法は、第１の処理領域で、回転テーブル上に載置された基板上に、前記基板の上方に配置された第１のガス吐出孔から第１の金属元素を含む第１の原料ガスを供給し、同時に、前記基板の上方に配置された第２のガス吐出孔から第２の金属元素を含む第２の原料ガスを供給する、第１の原料ガス及び第２の原料ガス供給工程と、
前記回転テーブルを回転させることにより前記基板が移動可能な第２の処理領域で、前記基板上に、前記第１の金属元素及び前記第２の金属元素と反応してそれぞれ第１の反応生成物及び第２の反応生成物を生成し得る非金属元素を含む反応ガスをプラズマ化して供給し、前記第１及び第２の金属元素と前記非金属元素とを含む第３の反応生成物を生成する反応ガス供給工程と、を有し、
前記第３の反応生成物に含まれる前記第１の金属元素の混合比率は前記第２の金属元素よりも高く、前記第２の反応生成物の結晶化温度は前記第１の反応生成物の結晶化温度よりも高い。

【0008】

本発明の他の態様に係る成膜装置は、処理容器と、
該処理容器内に設けられ、基板を載置可能な回転テーブルと、
該回転テーブルの上方に、該回転テーブルの回転方向に沿って互いに離間して設けられた第１及び第２の処理領域と、
該第１の処理領域内に、第１の原料ガスを供給するために設けられ、前記基板の上方に配置された第１のガス吐出孔と、前記第１の原料ガスとは異なる種類の第２の原料ガスを前記第１の原料ガスとは個別に供給するために設けられ、前記基板の上方に配置された第２のガス吐出孔と、
前記第２の処理領域内に、前記第１及び第２の原料ガスと反応してそれぞれ第１及び第２の反応生成物を生成し得る反応ガスを供給するために設けられた反応ガス供給部と、
前記反応ガスをプラズマ化するプラズマ発生機構と、を有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、表面が結晶化せず滑らかな膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例を示す縦断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例を示す横断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例を示す横断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例の内部の一部を示す分解斜視図である。

【図5】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例の内部の一部を示す縦断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例の内部の一部を示す斜視図である。

【図7】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例の内部の一部を示す縦断面図である。

【図8】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例の内部の一部を示す平面図である。

【図9】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例のファラデーシールドを示す斜視図である。

【図10】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例のファラデーシールドの一部を示す斜視図である。

【図11】本発明の実施形態に係る成膜装置の一例のサイドリングを示す斜視図である。

【図12】本発明の実施形態に係る成膜方法の一例のガスの流れを示す模式図である。

【図13】本発明の実施形態に係る成膜方法の一例のプラズマ発生の様子を示す模式図である。

【図14】本発明の実施例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。

【図15】本発明の実施例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。図１５（ａ）は従来の成膜方法の実施結果である。図１５（ｂ）は本実施例に係る成膜方法の実施結果である。

【図16】本発明の実施例に係る成膜方法において、ＴｉＡｌＯ膜中におけるＡｌ量のＴＭＡ流量依存性を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。まず、本発明の実施の形態の一例である成膜装置について、図１〜図１２を参照して説明する。

【0012】

（成膜装置）
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る成膜装置は、平面形状が概ね円形である真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する載置台である回転テーブル２と、を備えている。そして、この成膜装置では、後で詳述するように、例えば直径寸法が３００ｍｍサイズのウエハＷの表面にＡＬＤ法により反応生成物を積層して薄膜を成膜すると共に、この薄膜に対してプラズマ改質を行うように構成されている。この時、プラズマ改質を行うにあたって、プラズマによって薄膜の表面が結晶化して粗化ないように成膜プロセスが行われるが、このような成膜プロセスを実現できるように成膜装置が構成されている。以下、成膜装置の各部について詳述する。

【0013】

真空容器１は、天板１１及び容器本体１２を備えており、天板１１が容器本体１２から着脱できるように構成されている。天板１１の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために、Ｎ_２（窒素）ガスを分離ガスとして供給するための分離ガス供給管５１が接続されている。容器本体１２の上面の周縁部には、例えばＯリング等のシール部材１３が、リング状に設けられる。

【0014】

回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２によって、鉛直軸周りこの例では時計周りに回転自在に構成されている。図１中、回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部２３と、回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体２０とが設けられている。ケース体２０は、上面側のフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、ケース体２０には、回転テーブル２の下方領域にＮ_２ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａをなしている。

【0015】

図２及び図３に示すように、回転テーブル２の表面部には、回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚の基板であるウエハＷを載置するための円形状の凹部２４が基板載置領域として設けられている。凹部２４は、ウエハＷを当該凹部２４に落とし込む（収納する）と、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが揃うように、直径寸法及び深さ寸法が設定されている。凹部２４の底面には、ウエハＷを下方側から突き上げて昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。

【0016】

図２及び図３に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる６本のノズル３１、３２、３３、３４、４１、４２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各ノズル３１、３２、３３、３４、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように各々取り付けられている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周り（回転テーブル２の回転方向）にプラズマ発生用ガスノズル３４、分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１、第２の処理ガスノズル３２、分離ガスノズル４２及び第２の処理ガスノズル３３がこの順番で配列されている。プラズマ発生用ガスノズル３４の上方側には、図１に示すように、プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出される反応ガスをプラズマ化するために、プラズマ発生部８０が設けられている。このプラズマ発生部８０については後で詳述する。

【0017】

処理ガスノズル３１、３２は、夫々第１の処理ガス供給部、第２の処理ガス供給部をなし、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。特に、第１の処理ガス供給部３１及び第２の処理ガス供給部３２は、それぞれ第１の原料ガス及び第２の原料ガスを供給するので、第１の原料ガス供給部３１及び第２の原料ガス供給部３２と呼んでもよい。また、プラズマ発生ガスノズル３４は、第１及び第２の原料ガスと反応する反応ガスをプラズマ化して供給しているので、反応ガス供給部３４と呼んでもよい。処理ガスノズル３３は、プロセスに応じて酸化ガスや窒化ガス（例えばアンモニアガス）等の反応ガスを供給するために設けられているが、本発明の実施形態に係る成膜方法における成膜プロセスでは不要であるので、分離ガスノズル４１、４２と同様に不活性ガスであるＮ_２ガスを供給している。

【0018】

なお、図２はプラズマ発生用ガスノズル３４が見えるようにプラズマ発生部８０及び後述の筐体９０を取り外した状態、図３はこれらプラズマ発生部８０及び筐体９０を取り付けた状態を表している。また、図１では、プラズマ発生部８０について、模式的に一点鎖線で示している。

【0019】

各ノズル３１、３２、３３、３４、４１、４２は、流量調整バルブを介して夫々以下の各ガス供給源（図示せず）に夫々接続されている。即ち、第１の処理ガスノズル３１は、第１の金属元素であるチタン（Ｔｉ）を含む第１の処理ガス例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）ガスなどの供給源に接続されている。第２の処理ガスノズル３２は、第２の金属元素であるアルミニウム（Ａｌ）を含む例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスの供給源に接続されている。第３の処理ガスノズル３３は、不活性ガスである窒素（Ｎ_２）ガスの供給源に接続されている。プラズマ発生用ガスノズル３４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ_２）ガスとの混合ガスの供給源に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスである窒素（Ｎ_２）ガスのガス供給源に各々接続されている。

【0020】

ガスノズル３１、３２、３３、４１、４２の下面側には、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所にガス吐出孔３５（図７参照）が例えば等間隔に形成されている。プラズマ発生用ガスノズル３４の側面には、回転テーブル２の回転方向上流側（第２の処理ガスノズル３２側）且つ下方側（斜め下）を向くように、当該プラズマ発生用ガスノズル３４の長さ方向に沿ってガス吐出孔３５（図７参照）が複数箇所に例えば等間隔で形成されている。

【0021】

処理ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々Ｔｉ含有ガス及びＡｌ含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となり、プラズマ発生用ガスノズル３４の下方領域は、ウエハＷに吸着したＴｉ含有ガス及びＡｌ含有ガスとプラズマ化したＯ_２ガスとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２となる。分離ガスノズル４１、４２は、各々第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを形成するためのものである。この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、図２及び図３に示すように、概略扇形の凸状部４が設けられており、分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４に形成された溝部４３内に収められている。従って、分離ガスノズル４１、４２における回転テーブル２の周方向両側には、各処理ガスと反応ガス同士の混合を阻止するために、凸状部４の下面である低い天井面４４（第１の天井面）が配置され、この天井面４４の周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が配置されている。凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガスと反応ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。

【0022】

ここで、第１の処理領域Ｐ１には、第１の原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスをウエハＷ上に供給するための処理ガスノズル３１と、第２の原料ガスであるＴＭＡガスをウエハＷ上に供給するための処理ガスノズル３２とが隣接して設けられている。ＴｉＣｌ_４ガス及びＴＭＡガスは、同時に第１の処理領域Ｐ１内でウエハＷ上に供給され、２つの原料ガスをウエハＷ上に吸着させる。そして、第２の処理領域Ｐ２でプラズマ化された酸化ガス（例えば、Ｏ_２ガス、Ｏ_３ガス等）により２つの原料ガスは酸化され、ＴｉＡｌＯを生成させる。このように、本実施形態に係る成膜装置は、合金膜を生成するのに極めて有利な構成となっている。

【0023】

なお、第１の処理ガスノズル３１と、第２の処理ガスノズル３２は、各々が第１の原料ガスと、第２の原料ガスを供給し易い個別の構成とされてよい。例えば、ＴｉＣｌ_４ガスを供給する第１の処理ガスノズル３１は、回転テーブル２の回転速度が速い外側に対応して根本にガス吐出孔３５を多く設け、ＴＭＡガスを供給する第２の処理ガスノズルは、逆に先端側のガス吐出孔３５を多く設ける構成としてもよい。最終生成物が合金膜の場合であっても、１つの処理ガスノズルで混合ガスを供給するよりも、合金を構成する金属元素を含む原料ガスを種類別に分けて個別に設けることにより、ガスの特性に合わせてノズル形状を設定することができ、スムースで適切な原料ガスの供給を行うことができる。ここで、ノズル形状には、ガス吐出孔３５の大きさ（孔径）、配置する位置、分布密度等が要素として含まれ、これらをガスの種類、性質に合わせて種々設定することが可能である。

【0024】

また、ノズル形状は、ウエハＷ上に形成される膜の膜厚の面内傾向によって分散するガス吐出孔３５の位置と個数を決定してもよい。このように、種類の異なる原料ガスを個別のガスノズル３１、３２から供給する場合には、供給するガスの性質、ウエハＷ上の面内膜厚等を考慮して、適切なノズル形状に構成することができる。

【0025】

次に、プラズマ発生部８０について詳述する。プラズマ発生部８０は、金属線からなるアンテナ８３をコイル状に巻回して構成されており、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように、真空容器１の天板１１上に設けられている。この例では、アンテナ８３は、例えば銅（Ｃｕ）の表面にニッケルメッキ及び金メッキをこの順番で施した材質により構成されている。図４に示すように、既述のプラズマ発生用ガスノズル３４の上方側（詳しくはこのノズル３４よりも僅かに回転テーブル２の回転方向上流側の位置からこのノズル３４の前記回転方向下流側の分離領域Ｄよりも僅かにノズル３４側に寄った位置まで）における天板１１には、平面的に見た時に概略扇形に開口する開口部１１ａが形成されている。

【0026】

この開口部１１ａは、回転テーブル２の回転中心から例えば６０ｍｍ程度外周側に離間した位置から、回転テーブル２の外縁よりも８０ｍｍ程度外側に離れた位置までに亘って形成されている。また、開口部１１ａは、真空容器１の中心部領域Ｃに設けられた後述のラビリンス構造部１１０に干渉しない（避ける）ように、平面で見た時に回転テーブル２の中心側における端部が当該ラビリンス構造部１１０の外縁に沿うように円弧状に窪んでいる。そして、この開口部１１ａは、図４及び図５に示すように、天板１１の上面側から下面側に向かって当該開口部１１ａの開口径が段階的に小さくなるように、例えば３段の段部１１ｂが周方向に亘って形成されている。これら段部１１ｂのうち最下段の段部（口縁部）１１ｂの上面には、図５に示すように、周方向に亘って溝１１ｃが形成されており、この溝１１ｃ内にはシール部材例えばＯ−リング１１ｄが配置されている。なお、溝１１ｃ及びＯ−リング１１ｄについては、図４では図示を省略している。

【0027】

この開口部１１ａには、図６にも示すように、上方側の周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出してフランジ部９０ａをなすと共に、中央部が下方側の真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成された筐体９０が配置されている。この筐体９０は、プラズマ発生部８０において発生する磁界を真空容器１内に到達させるために、例えば石英などの誘電体などの透磁体（磁力を透過させる材質）により構成されており、図１０に示すように、前記窪んだ部分の厚み寸法ｔが例えば２０ｍｍとなっている。また、この筐体９０は、当該筐体９０の下方にウエハＷが位置した時に、中心部領域Ｃ側における筐体９０の内壁面とウエハＷの外縁との間の距離が７０ｍｍとなり、回転テーブル２の外周側における筐体９０の内壁面とウエハＷの外縁との間の距離が７０ｍｍとなるように構成されている。従って、回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側における開口部１１ａの２つの辺と当該回転テーブル２の回転中心とのなす角度αは、例えば６８°となっている。

【0028】

この筐体９０を開口部１１ａ内に落とし込むと、フランジ部９０ａと段部１１ｂのうち最下段の段部１１ｂとが互いに係止する。そして、Ｏ−リング１１ｄによって、当該段部１１ｂ（天板１１）と筐体９０とが気密に接続される。また、開口部１１ａの外縁に沿うように枠状に形成された押圧部材９１によって前記フランジ部９０ａを下方側に向かって周方向に亘って押圧すると共に、この押圧部材９１を図示しないボルトなどにより天板１１に固定することにより、真空容器１の内部雰囲気が気密に設定される。このように筐体９０を天板１１に気密に固定した時の当該筐体９０の下面と回転テーブル２上のウエハＷの表面との間の離間寸法ｈは、４〜６０ｍｍこの例では３０ｍｍとなっている。なお、図６は、筐体９０を下方側から見た図を示している。また、図１０では筐体９０などの一部を拡大して描画している。

【0029】

筐体９０の下面は、当該筐体９０の下方領域へのＮ_２ガスやＯ_３ガスなどの侵入を阻止するために、図５〜図７に示すように、外縁部が周方向に亘って下方側（回転テーブル２側）に垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部９２をなしている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、回転テーブル２の回転方向上流側に、既述のプラズマ発生用ガスノズル３４が収納されている。

【0030】

即ち、筐体９０の下方領域（プラズマ空間１０）においてプラズマ発生用ガスノズル３４から供給されるガスがプラズマ化されるので、当該下方領域にＮ_２ガスが侵入すると、Ｎ_２ガスのプラズマとＯ_２ガス（Ｏ_３ガス）のプラズマとが互いに反応してＮＯ_ｘガスが生成する。このＮＯ_ｘガスが発生すると、真空容器１内の部材が腐食してしまう。そこで、筐体９０の下方領域にＮ_２ガスが侵入しにくくなるように、当該筐体９０の下面側に既述の突起部９２を形成している。

【0031】

プラズマ発生用ガスノズル３４の基端側（真空容器１の側壁側）における突起部９２は、当該プラズマ発生用ガスノズル３４の外形に沿うように概略円弧状に切りかかれている。突起部９２の下面と回転テーブル２の上面との間の離間寸法ｄは、０．５〜４ｍｍこの例では２ｍｍとなっている。この突起部９２の幅寸法及び高さ寸法は、夫々例えば１０ｍｍ及び２８ｍｍとなっている。なお、図７は、回転テーブル２の回転方向に沿って真空容器１を切断した縦断面図を示している。

【0032】

また、成膜処理中には回転テーブル２が時計周りに回転するので、Ｎ_２ガスがこの回転テーブル２の回転に連れられて回転テーブル２と突起部９２との間の隙間から筐体９０の下方側に侵入しようとする。そのため、前記隙間を介して筐体９０の下方側へのＮ_２ガスの侵入を阻止するために、隙間に対して筐体９０の下方側からガスを吐出させている。具体的には、プラズマ発生用ガスノズル３４のガス吐出孔３５について、図５及び図７に示すように、この隙間を向くように、即ち回転テーブル２の回転方向上流側且つ下方を向くように配置している。鉛直軸に対するプラズマ発生用ガスノズル３４のガス吐出孔３５の向く角度θは、図７に示すように例えば４５°程度となっている。

【0033】

ここで、筐体９０の下方（プラズマ空間１０）側から天板１１と筐体９０との間の領域をシールする既述のＯ−リング１１ｄを見ると、図５に示すように、当該プラズマ空間１０とＯ−リング１１ｄとの間には突起部９２が周方向に亘って形成されている。そのため、Ｏ−リング１１ｄは、プラズマに直接曝されないように、プラズマ空間１０から隔離されていると言える。従って、プラズマ空間１０中のプラズマが例えばＯ−リング１１ｄ側に拡散しようとしても、突起部９２の下方を経由して行くことになるので、Ｏ−リング１１ｄに到達する前にプラズマが失活することになる。

【0034】

筐体９０の内部には、図４及び図８に示すように、上面側が開口する概略箱型のファラデーシールド９５が収納されており、このファラデーシールド９５は、厚み寸法ｋが０．５〜２ｍｍこの例では例えば１ｍｍ程度の導電性の板状体９５ｘ（図９）である金属板により構成されると共に接地されている。この例では、ファラデーシールド９５は、銅（Ｃｕ）板または銅板にニッケル（Ｎｉ）膜及び金（Ａｕ）膜とを下側からメッキした板材により構成されている。ファラデーシールド９５は、筐体９０の底面に沿うように水平に形成された水平面９５ａと、この水平面９５ａの外周端から周方向に亘って上方側に伸びる垂直面９５ｂと、を備えており、上方側から見た時に概略六角形となるように構成されている。この水平面９５ａにおける概略中央部には、真空容器１の上方側から絶縁板９４及び筐体９０を介して当該真空容器１内におけるプラズマの発生状態（発光状態）を確認するために、概略八角形の開口部９８が窓部として形成されている。ファラデーシールド９５は、例えば金属板の圧延加工により、あるいは金属板における水平面９５ａの外側に対応する領域を上方側に折り曲げることにより形成されている。なお、図４はファラデーシールド９５を簡略化しており、また図８では、垂直面９５ｂの一部を切り欠いて描画している。

【0035】

また、回転テーブル２の回転中心からファラデーシールド９５を見た時の右側及び左側におけるファラデーシールド９５の上端縁は、夫々右側及び左側に水平に伸び出して支持部９６をなしている。そして、ファラデーシールド９５と筐体９０との間には、前記支持部９６を下方側から支持すると共に筐体９０の中心部領域Ｃ側及び回転テーブル２の外縁部側のフランジ部９０ａに各々支持される枠状体９９が設けられている。従って、ファラデーシールド９５を筐体９０の内部に収納すると、ファラデーシールド９５の下面と筐体９０の上面とが互いに接触すると共に、前記支持部９６が枠状体９９を介して筐体９０のフランジ部９０ａにより支持される。

【0036】

ファラデーシールド９５の水平面９５ａ上には、当該ファラデーシールド９５の上方に載置されるプラズマ発生部８０との絶縁を取るために、厚み寸法が例えば２ｍｍ程度の例えば石英からなる絶縁板９４が積層されている。また、水平面９５ａには、多数のスリット９７が形成されており、また各々のスリット９７の一端側及び他端側には各々導電路９７ａが配置されているが、これらスリット９７及び導電路９７ａの形状や配置レイアウトについては、プラズマ発生部８０のアンテナ８３の形状と併せて詳述する。なお、絶縁板９４及び枠状体９９については、後述の図８及び図１０などでは描画を省略している。

【0037】

プラズマ発生部８０は、ファラデーシールド９５の内側に収納されるように構成されており、従って図４及び図５に示すように、筐体９０、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４を介して真空容器１の内部（回転テーブル２上のウエハＷ）を臨むように配置されている。このプラズマ発生部８０は、アンテナ８３が回転テーブル２の半径方向に伸びる帯状体領域を囲むように当該アンテナ８３を鉛直軸周り（回転テーブル２からプラズマ空間１０に向かって垂直に伸びる縦向きの軸周り）に３重に巻回して、平面的に見た時に回転テーブル２の半径方向に伸びる概略細長い八角形となるように構成されている。従って、アンテナ８３は、回転テーブル２上のウエハＷの表面に沿うように配置されている。

【0038】

アンテナ８３は、プラズマ発生部８０の下方にウエハＷが位置した時に、このウエハＷにおける中心部領域Ｃ側の端部と回転テーブル２の外縁側の端部との間に亘ってプラズマを照射（供給）できるように、中心部領域Ｃ側の端部及び外周側の端部が各々筐体９０の内壁面に近接するように配置されている。また、回転テーブル２の回転方向におけるプラズマ発生部８０の両端部は、回転テーブル２の回転方向における筐体９０の幅寸法ができるだけ小さくなるように、互いに近接するように配置されている。即ち、筐体９０は、既述のように、プラズマ発生部８０において発生する磁界を真空容器１内に到達させるために、高純度の石英により構成されると共に、平面で見た時にアンテナ８３よりも大きな寸法となるように（アンテナ８３の下方側に亘って石英部材が位置するように）形成されている。従って、平面で見た時のアンテナ８３の寸法が大きければ大きい程、当該アンテナ８３の下方側の筐体９０についても大きくする必要があり、装置（筐体９０）のコストが嵩むことになる。一方、アンテナ８３について、例えば回転テーブル２の半径方向における寸法を短くしようとすると、具体的にはアンテナ８３を中心部領域Ｃ側あるいは回転テーブル２の外縁側に寄った位置に配置しようとすると、ウエハＷに対して供給されるプラズマの量が面内において不均一になってしまうおそれがある。そこで、本発明では、ウエハＷに対してプラズマが面内に亘って均一に供給され、且つ平面で見た時に筐体９０の寸法ができるだけ小さくなるように、アンテナ８３における回転テーブル２の回転方向上流側の部位及び下流側の部位同士を互いに近接させている。具体的には、アンテナ８３を平面で見た細長の八角形について、長手方向の寸法は例えば２９０〜３３０ｍｍとなっており、前記長手方向と直交する方向の寸法は例えば８０〜１２０ｍｍとなっている。なお、アンテナ８３の内部には冷却水の通流する流路が形成されているが、ここでは省略している。

【0039】

アンテナ８３は、整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に接続されている。図１、図３及び図４などおける８６は、プラズマ発生部８０と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極である。

【0040】

ここで、ファラデーシールド９５のスリット９７について、図８及び図９を参照して詳述する。このスリット９７は、プラズマ発生部８０において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるためのものである。即ち、電界がウエハＷに到達すると、当該ウエハＷの内部に形成されている電気配線が電気的にダメージを受けてしまう場合がある。一方、ファラデーシールド９５は、既述のように接地された金属板により構成されているので、スリット９７を形成しないと、電界に加えて磁界も遮断してしまう。また、アンテナ８３の下方に大きな開口部を形成すると、磁界だけでなく電界も通過してしまう。そこで、電界を遮断して磁界を通過させるために、以下のように寸法及び配置レイアウトを設定したスリット９７を形成している。

【0041】

具体的には、スリット９７は、図８に示すように、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように、周方向に亘ってアンテナ８３の下方位置に各々形成されている。従って、例えばアンテナ８３の長手方向（回転テーブル２の半径方向）の領域においては、スリット９７は回転テーブル２の接線方向に沿って直線状に形成されている。また、前記長手方向と直交する領域においては、スリット９７は当該長手方向に沿うように形成されている。そして、前記２つの領域間においてアンテナ８３が屈曲する部分では、スリット９７は当該屈曲する部分におけるアンテナ８３の伸びる方向に対して直交するように、回転テーブル２の周方向及び半径方向に対して各々傾斜する向きに形成されている。更に、中心部領域Ｃ側及び回転テーブル２の外縁部側では、スリット９７は、当該スリット９７の配置領域を稼ぐために、即ちできるだけ隙間なくスリット９７が配置されるように、アンテナ８３の外周部側から内周部側に向かうにつれて幅寸法が小さくなるように形成されている。従って、スリット９７は、アンテナ８３の長さ方向に沿って多数配列されている。

【0042】

ここで、アンテナ８３には、既述のように周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電源８５が接続されており、この周波数に対応する波長は２２ｍである。そのため、スリット９７は、この波長の１／１００００以下程度の幅寸法となるように、図１０に示すように、幅寸法ｄ１が１〜６ｍｍこの例では２ｍｍ、スリット９７、９７間の離間寸法ｄ２が２〜８ｍｍこの例では２ｍｍとなるように形成されている。また、このスリット９７は、既述の図８に示すように、アンテナ８３の伸びる方向から見た時に、長さ寸法Ｌが４０〜１２０ｍｍこの例では各々６０ｍｍとなるように、当該アンテナ８３の右端よりも３０ｍｍ程度右側に離間した位置から、アンテナ８３の左端よりも３０ｍｍ程度左側に離間した位置までに亘って形成されている。従って、各々のスリット９７の長さ方向における一端側及び他端側には、アンテナ８３の巻回方向（長さ方向）に沿うように、ファラデーシールド９５の一部をなす導電路９７ａ、９７ａが各々形成されていると言える。言い換えると、ファラデーシールド９５には、各々のスリット９７の長さ方向における一端側及び他端側が各々開放されないように、即ち各々のスリット９７の両端部が閉じるように、導電路９７ａ、９７ａが設けられている。各々の導電路９７ａ、９７ａの幅寸法は、例えば１〜４ｍｍ程度この例では２ｍｍとなっている。これら導電路９７ａ、９７ａを設けた理由について、始めにアンテナ８３の内側領域に形成された導電路９７ａを例に挙げて以下に詳述する。

【0043】

スリット９７は、アンテナ８３により形成される電磁界のうち電界成分を遮断すると共に磁界成分を通過させるものであり、そのためウエハＷ側に到達する電界成分を遮断しつつ、磁界成分をなるべく多く確保するためには、できるだけ長く形成することが好ましい。しかしながら、既述のように回転テーブル２の回転方向における筐体９０の寸法をできるだけ小さくするためにアンテナ８３が概略細長い八角形をなしており、アンテナ８３における回転テーブル２の回転方向上流側の部位と、回転テーブル２の回転方向下流側の部位とが互いに近接している。しかも、ファラデーシールド９５における水平面９５ａには、このアンテナ８３により囲まれる領域にプラズマの発光状態を確認するための開口部９８が形成されている。このため、アンテナ８３の内側領域では、アンテナ８３により形成される電界成分を十分に遮断できる程度にスリット９７の長さ寸法Ｌを取りにくい。一方、アンテナ８３の内側領域に導電路９７ａを設けずにスリット９７の長さ寸法を稼ごうとすると、スリット９７の開口部を介して電界成分がウエハＷ側に漏れ出してしまう。そこで、本発明では、前記内側領域を介してウエハＷ側に漏れ出そうとする電界成分を遮断するために、各々のスリット９７の開口部を塞ぐように導電路９７ａを設けている。従って、前記内側領域から下方に向かおうとする電界成分は、導電路９７ａによって電気力線が閉じられた状態となり、ウエハＷ側への侵入が阻止される。また、アンテナ８３の外周側についても、同様に導電路９７ａを設けて、当該外周側におけるスリット９７の端部から漏れ出そうとする電界成分を遮断している。こうして各々のスリット９７は、上方側から見た時に、周方向に亘って接地された導電体により囲まれている。

【0044】

この例では、アンテナ８３の内側領域における導電路９７ａにより囲まれる領域（スリット９７の群により囲まれる領域）には、既述の開口部９８が形成されている。そして、この開口部９８を介して、例えば作業者が目視により、あるいは図示しないカメラにより、真空容器１内におけるプラズマの発光状態が確認される。なお、図３ではスリット９７を省略している。また、図４及び図５などではスリット９７について簡略化しているが、スリット９７は例えば１５０本程度形成されている。以上説明したアンテナ８３と、スリット９７及び導電路９７ａの形成されたファラデーシールド９５とにより、プラズマ発生装置が構成される。

【0045】

続いて、真空容器１の各部の説明に戻る。回転テーブル２の外周側において当該回転テーブル２よりも僅かに下位置には、図２、図５及び図１１に示すように、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。このサイドリング１００は、例えば装置のクリーニング時において、各処理ガスに代えてフッ素系のクリーニングガスを通流させた時に、当該クリーニングガスから真空容器１の内壁を保護するためのものである。即ち、サイドリング１００を設けないと、回転テーブル２の外周部と真空容器１の内壁との間には、横方向に気流（排気流）が形成される凹部状の気流通路が周方向に亘ってリング状に形成されていると言える。そのため、このサイドリング１００は、気流通路に真空容器１の内壁面ができるだけ露出しないように、当該気流通路に設けられている。この例では、各分離領域Ｄ及び筐体９０における外縁側の領域は、このサイドリング１００の上方側に露出している。

【0046】

サイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように２箇所に排気口６１、６２が形成されている。言い換えると、前記気流通路の下方側に２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００に、排気口６１、６２が形成されている。これら２つの排気口６１、６２のうち一方及び他方を夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２と呼ぶと、第１の排気口６１は、第１の処理ガスノズル３１及び第２の処理ガスノズル３２と、第１の処理ガスノズル３１及び第２の処理ガスノズル３２よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。第２の排気口６２は、プラズマ発生用ガスノズル３４と、プラズマ発生用ガスノズル３４よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。第１の排気口６１は、第１の処理ガス及び分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、第２の処理ガス及び分離ガスに加えて、プラズマ発生用ガスを排気するためのものである。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５の介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

【0047】

ここで、既述のように、中心部領域Ｃ側から外縁側に亘って筐体９０を形成しているので、この筐体９０よりも回転テーブル２の回転方向上流側に吐出された各ガスは、当該筐体９０によって第２の排気口６２に向かおうとするガス流がいわば規制されてしまう。そこで、筐体９０の外側における既述のサイドリング１００の上面に、第２の処理ガス及び分離ガスが流れるための溝状のガス流路１０１を形成している。具体的には、このガス流路１０１は、図３に示すように、筐体９０における回転テーブル２の回転方向上流側の端部よりも例えば６０ｍｍ程度第２の処理ガスノズル３２側に寄った位置から、既述の第２の排気口６２までの間に亘って、深さ寸法が例えば３０ｍｍとなるように円弧状に形成されている。従って、このガス流路１０１は、筐体９０の外縁に沿うように、また上方側から見た時に当該筐体９０の外縁部に跨がるように形成されている。このサイドリング１００は、図示を省略しているが、フッ素系ガスに対する耐腐食性を持たせるために、表面が例えばアルミナなどによりコーティングされているか、あるいは石英カバーなどにより覆われている。

【0048】

天板１１の下面における中央部には、図２に示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて第１の処理ガスと第２の処理ガスとが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。即ち、図１から分かるように、筐体９０を中心部領域Ｃ側に寄った位置まで形成しているので、回転テーブル２の中央部を支持するコア部２１は、回転テーブル２の上方側の部位が筐体９０を避けるように前記回転中心側に寄った位置に形成されている。従って、中心部領域Ｃ側では、外縁部側よりも例えば処理ガス同士が混ざりやすい状態となっていると言える。そこで、ラビリンス構造部１１０を形成することにより、ガスの流路を稼いで処理ガス同士が混ざり合うことを防止している。

【0049】

回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを例えば３００℃に加熱するようになっている。また、図１に示すように、ヒータユニット７の側方側にカバー部材７１ａが設けられ、ヒータユニット７の上方側を覆い部材７ａが覆っている。また、真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が周方向に亘って複数箇所に設けられている。

【0050】

真空容器１の側壁には、図２及び図３に示すように図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５はゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。また、回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に臨む位置にて搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位には、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。

【0051】

また、この成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１２０が設けられており、この制御部１２０のメモリ内には後述の成膜処理及び改質処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部１２１から制御部１２０内にインストールされる。

【0052】

（成膜方法）
次に、上述のような成膜装置を用いた本発明の実施形態に係る成膜方法について説明する。なお、本実施形態に係る成膜方法は、上述の成膜装置による実施に限定されず、他のＡＬＤ装置や、ガス及び低温プラズマを用いて成膜を行う他の成膜装置にも適用可能であるが、理解の容易のため、上述の成膜装置を用いた成膜方法について説明する。

【0053】

まず、本実施形態に係る成膜方法では、パターン形成用のハードマスク等に用いることが可能な加工性が良好であり、かつ表面が結晶化されて粗化されていない膜を成膜する方法を提供する。よって、一般の電子回路に用いられる膜の種類が特定された成膜ではなく、加工性の良好な膜を製造することが重視される。なお、ここで、加工性とは、加工が容易であることを意味し、例えば、エッチング加工が容易である、等の加工容易性が例として挙げられる。

【0054】

一般に、ＴｉＯ_２膜は、エッチング加工性が良好であり、ハードマスクとして適切な膜である。ＴｉＯ_２膜の結晶化温度は１６０℃程度であり、６０〜８０℃程度の低温プラズマの温度設定では、理論的には結晶化温度には到達していない筈であるが、プラズマのエネルギーにより、実質的に成膜時に結晶化温度に達し、ＴｉＯ_２膜の表面が結晶化してしまい、これにより表面が粗化してしまう場合がある。そのため、良好な膜を成膜できる条件が狭い範囲に限られてしまい、回転テーブルの設定回転速度等に制限が出てしまう。ハードマスクに用いるためには、表面が非晶質のアモルファス状態であることが好ましく、アモルファス状態であれば、膜の表面は滑らかであり、加工性に優れた膜となる。よって、アモルファス状態でＴｉＯ_２膜を成膜できることが最も好ましいが、プラズマを用いた膜の改質も不可欠である場合が多い。そして、プラズマを用いると、ＴｉＯ_２膜の実質的な結晶化温度を低下させ、粗化した膜が形成されてしまうおそれがある。

【0055】

一方、Ａｌ_２Ｏ_３膜は、結晶化温度が３００〜４００℃程度であり、ＴｉＯ_２膜の結晶化温度と比較すると、２〜３倍の温度であり、非常に高い温度である。そこで、本発明の実施形態に係る成膜方法では、結晶化温度の高いＡｌ_２Ｏ_３膜を混合し、ＴｉＡｌＯの混合膜を生成することにより、表面が結晶化することを防止し、アモルファス状態の膜を形成して表面が滑らかな膜を成膜する。ここで、Ａｌ_２Ｏ_３膜は、エッチング加工性があまり良好ではない膜であるが、ＴｉＯ_２膜より少ない混合比率とすることにより、良好なエッチング加工性は維持しつつ、アモルファス状態の合金膜を形成することが可能となる。

【0056】

このように、本発明の実施形態に係る成膜方法では、加工性が良好であるが結晶化温度が低く、プラズマを用いた改質プロセスで結晶化してしまうＴｉＯ_２膜に、加工性は劣るが結晶化温度が高いＡｌ_２Ｏ_３膜を混合し、結晶化温度を高めて膜の表面が結晶化することを防ぎつつ、良好な加工性を維持できる合金膜を生成する。

【0057】

以下、上述の成膜装置を用いてこのような合金膜を成膜する方法について説明する。

【0058】

まず、ゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、図示しない搬送アームにより搬送口１５を介して回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを載置する。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にすると共に、回転テーブル２時計周りに回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを、例えば６０〜８０℃程度に加熱する。ウエハＷの温度は、プラズマを用いることにより、プラズマを使用しないプロセスよりも低い温度に設定することができる。これにより、ＴｉＯ_２膜の結晶化温度である１６０℃程度よりも小さな温度に設定することができるが、プラズマのエネルギーにより、実質的にＴｉＯ_２膜の表面は１６０℃以上に加熱したのと同様の効果を有することになる。

【0059】

回転テーブル２の回転速度は、プロセスにより異なるが、例えばＴｉＡｌＯ膜を成膜する場合には、３０〜２４０ｒｐｍの範囲としてもよい。回転速度が遅すぎると、プラズマの照射時間が長くなり過ぎて膜のダメージが大きくなるおそれがある一方で、回転速度が速すぎると、原料ガスが十分にウエハＷ上に付着せず、カバレッジ性が悪くなるおそれがある。よって、回転テーブル２の回転速度は、プラズマの照射時間が長くなり過ぎず、かつ、カバレッジ性を低下させない適切な回転速度に設定することが好ましい。

【0060】

続いて、処理ガスノズル３１、３２から夫々ＴｉＣｌ_４ガス及びＴＭＡガスを吐出すると共に、プラズマ発生用ガスノズル３４からＡｒガス及びＯ_２ガスの混合ガスを吐出する。また、処理ガスノズル３３からはＮ_２ガスを吐出する。同様に、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からもＮ_２ガスを所定の流量で吐出する。そして、圧力調整部６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。また、プラズマ発生部８０に対して高周波電力を供給する。

【0061】

第１の処理領域Ｐ１では、ＴｉＣｌ_４ガス及びＴＭＡガスが処理ガスノズル３１、３２から同時に供給されるため、これらがウエハＷの表面に付着する。なお、原料ガスは、第１の金属元素であるＴｉを含む原料ガス（処理ガス）と、第２の金属元素であるＡｌを含む原料ガス（処理ガス）が選択される。これらの原料ガスは、Ｔｉの酸化物であるＴｉＯ_２よりも、Ａｌの酸化物であるＡｌ_２Ｏ_３の方が、結晶温度が高いという関係にある。また、ＴｉＯ_２膜の方が、Ａｌ_２Ｏ_３膜よりもエッチング加工性に優れているので、ＴｉＯ_２膜の方が主となり、ＴｉＯ_２膜の方がＡｌ_２Ｏ_３膜よりも混合比率が高くなるように供給される。よって、一般的には、処理ガスノズル３１から供給されるＴｉＣｌ_４ガスの流量の方が、処理ガスノズル３２から供給されるＴＭＡガスの流量よりも多くなるように供給されるが、最終的な生成物であるＴｉＡｌＯ膜において、Ｔｉの方がＡｌよりも混合比率が多くなるように設定されていれば、ＴＭＡガスの流量がＴｉＣｌ_４ガスの流量よりも多くなっても問題は無い。

【0062】

この時、筐体９０よりも回転テーブル２の回転方向上流側から例えば回転テーブル２の回転に連れられて筐体９０に向かって通流してくるＮ_２ガスは、この筐体９０によってガス流が乱されようとする。しかし、筐体９０の外周側におけるサイドリング１００にガス流路１０１を形成しているので、Ｎ_２ガスは、筐体９０を避けるように、当該ガス流路１０１を通って排気される。

【0063】

一方、筐体９０の上流側から筐体９０に向かって通流してくるガスのうち一部のガスは、筐体９０の下方に侵入しようとする。しかし、筐体９０の下方側の領域では、突起部９２が当該領域を覆うように形成されると共に、プラズマ発生用ガスノズル３４のガス吐出孔３５が回転テーブル２の回転テーブル２の回転方向上流側の斜め下を向いている。従って、プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出したプラズマ発生用ガスは、突起部９２の下方側に衝突し、上流側から流入しようとするＮ_２ガスをこの筐体９０の外側へと追い出す。そして、このプラズマ発生用ガスは、突起部９２により回転テーブル２の回転方向下流側へと押し戻されて行く。この時、突起部９２を設けることによって、筐体９０の下方におけるプラズマ空間１０は、真空容器１内の他の領域よりも例えば１０Ｐａ程度陽圧となっている。このことからも、筐体９０の下方側へのＮ_２ガスの侵入が阻止される。

【0064】

更に、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間においてＮ_２ガスを供給しているので、図１２に示すように、Ｔｉ含有ガス及びＡｌ含有ガスとプラズマ発生用ガスとが互いに混合しないように各ガスが排気される。また、回転テーブル２の下方側にパージガスを供給しているため、回転テーブル２の下方側に拡散しようとするガスは、パージガスにより排気口６１、６２側へと押し戻される。

【0065】

この時、プラズマ発生部８０では、高周波電源８５から供給される高周波電力により、図１３に模式的に示すように、電界及び磁界が発生する。これら電界及び磁界のうち電界は、既述のようにファラデーシールド９５を設けていることから、このファラデーシールド９５により反射あるいは吸収（減衰）されて、真空容器１内への到達が阻害される（遮断される）。また、スリット９７の長さ方向における一端側及び他端側からウエハＷ側に回り込もうとする電界は、一端側及び他端側に導電路９７ａ、９７ａを設けていることから、ファラデーシールド９５に例えば熱として吸収されてウエハＷ側への到達が阻害される。一方、磁界は、ファラデーシールド９５にスリット９７を形成しているので、このスリット９７を通過して、筐体９０の底面を介して真空容器１内に到達する。また、プラズマ発生部８０の側方側におけるファラデーシールド９５（垂直面９５ｂ）には周方向に亘ってスリット９７が形成されていないので、電界及び磁界は、側方側を介して下方側に回り込まない。

【0066】

従って、プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出されたプラズマ発生用ガスは、スリット９７を介して通過してきた磁界によって活性化されて、例えばイオンやラジカルなどのプラズマが生成する。既述のように、回転テーブル２の半径方向に伸びる帯状体領域を囲むようにアンテナ８３を配置していることから、このプラズマは、アンテナ８３の下方側において、回転テーブル２の半径方向に伸びるように概略ライン状となる。なお、図１３ではプラズマ発生部８０について模式的に示しており、プラズマ発生部８０、ファラデーシールド９５、筐体９０及びウエハＷの間の各寸法については模式的に大きく描画している。

【0067】

一方、ウエハＷの表面では、回転テーブル２の回転によって第１の処理領域Ｐ１においてＴｉＣｌ_４ガス及びＴＭＡガスが吸着し、次いで第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷ上に吸着したＴｉＣｌ_４ガス及びＴＭＡガスが酸化されるとともに改質処理が行われ、薄膜成分であるＴｉＡｌＯの分子層が１層あるいは複数層形成されて反応生成物が形成される。具体的には、プラズマ化された酸化ガスがウエハＷの表面に供給されることにより、ウエハＷ表面に吸着したＴｉ元素及びＡｌ元素が酸化され、同時にプラズマがウエハＷの表面に衝突することにより、例えばＴｉＡｌＯ膜から不純物が放出されたり、ＴｉＡｌＯ膜内の元素が再配列されてＴｉＡｌＯ膜の緻密化（高密度化）が図られたりすることになる。その際、単独のＴｉＯ_２膜であれば、プラズマのエネルギーによりＴｉＯ_２膜の表面が実質的に結晶化温度に達してしまい、結晶化が発生してしまうが、結晶化温度の高いＡｌ_２Ｏ_３膜が混合されているため、全体のＴｉＡｌＯ膜としては結晶化されず、非晶質状態のまま成膜がなされる。

【0068】

こうして回転テーブル２の回転を続けることにより、ウエハＷ表面へのＴｉ含有ガス及びＡｌ含有ガスの吸着、ウエハＷ表面に吸着したＴｉ含有ガス及びＡｌ含有ガスの成分の酸化及び反応生成物のプラズマ改質が、表面の結晶化を生じさせることなくこの順番で多数回に亘って行われて、アモルファス状態の反応生成物が積層されて薄膜が形成される。ここで、既述のようにウエハＷの内部には電気配線構造が形成されているが、プラズマ発生部８０とウエハＷとの間にファラデーシールド９５を設けて電界を遮断しているので、この電気配線構造に対する電気的ダメージが抑えられる。

【0069】

（実施例）
次に、本発明の実施例に係る成膜方法について説明する。

【0070】

図１４は、本発明の実施例に係る成膜方法の実施結果を示した図である。なお、ウエハＷの温度は８０℃に設定した。図１４において、破線Ａ、Ｂ、Ｃは、縦型熱処理炉を用いて、ＴｉＯ_２膜の単膜成膜を行った際の、膜の表面の算術平均粗さＲａ、二乗平均Ｒｑ及び最大粗さＲｍａｘを各々示している。縦型熱処理炉は、１００枚程度のウエハＷを縦型の熱処理炉の中に収容し、処理ガスを供給しながら熱処理を行って成膜を行う成膜装置である。この縦型熱処理炉を用いて、１５０℃の温度で熱処理を行ってＴｉＯ_２単膜を成膜した所、算術平均粗さＲａ＝０．２２０ｎｍ、二乗平均粗さＲｑ＝０．２８１ｎｍ、最大粗さＲｍａｘ＝３．０１ｎｍであった。

【0071】

また、特性線Ｄ、Ｅ、Ｆは、本実施形態に係る成膜装置を用いて、ＴｉＯ_２単膜を成膜した場合の実施結果を示している。この場合、算術平均粗さＲａ、二乗平均粗さＲｑ、最大粗さＲｍａｘのいずれにおいても、回転テーブル２の回転速度が６０〜２４０ｒｐｍの範囲内においては、破線Ａ、Ｂ、Ｃよりも低く、滑らかな膜が形成できている。しかしながら、回転速度が３０ｒｐｍの場合、算術平均粗さＲａ及び二乗平均粗さＲｑについては縦型熱処理炉よりも表面粗さが低い結果が得られているが、最大粗さＲｍａｘについては、縦型熱処理炉よりもかなり粗さが大きく、２倍程度の数値の粗さとなってしまっている。粗さの項目のうち、１箇所でも粗い箇所があるとマスクとしては使えないので、重要な項目は最大粗さＲｍａｘの項目である。よって、本実施形態に係る成膜装置を用いて、従来の成膜方法を実施すると、回転速度３０ｒｐｍでは良好な結果が得られないことになる。

【0072】

一方、点Ｇ、Ｈ、Ｉは、本実施例に係る成膜方法の実施結果を示している。本実施形態に係る成膜装置を用いて、回転テーブル２の回転速度を３０ｒｐｍとしてＴｉＡｌＯ膜を成膜した所、算術平均粗さＲａ、二乗平均粗さＲｑ及び最大平均粗さＲｍａｘの総ての項目について、縦型熱処理炉及び本実施形態に係る成膜装置による従来のプロセス結果よりも粗さが低い良好な結果が得られた。よって、本実施例に係る成膜方法の実施により、広範囲な回転速度の条件下で表面が滑らかな良好なＴｉＡｌＯ膜を成膜することができる。

【0073】

図１４においては、本実施形態に係る成膜装置を用いたＴｉＯ_２膜の単膜成膜においても、回転速度６０〜２４０ｒｐｍの範囲では良好な結果が得られているが、ウエハＷの温度をもっと高くした条件下では、粗さが増加する回転速度の範囲が出てくるおそれがある。そのような場合であっても、本実施例に係る成膜方法を実施すれば、広範囲の条件下で表面粗さの低い良好な膜を成膜することができる。

【0074】

図１５は、図１４における回転テーブル２の回転速度を３０ｒｐｍに設定したときの実施結果を示した図である。図１５（ａ）は従来の成膜方法の実施結果であり、図１５（ｂ）は本実施例に係る成膜方法の実施結果である。

【0075】

図１５（ａ）においては、膜の表面に粗さが目立ち、粗さのデータ的にも、算術平均粗さＲａ＝０．１５９ｎｍ、二乗平均粗さＲｑ＝０．２７１ｎｍ、最大粗さＲｍａｘ＝６．３１ｎｍであった。

【0076】

一方、図１５（ｂ）においては、膜の表面がきめ細かくなっており、粗さのデータ的にも、算術平均粗さＲａ＝０．１４３ｎｍ、二乗平均粗さＲｑ＝０．１８１ｎｍ、最大粗さＲｍａｘ＝２．６２ｎｍという結果が得られ、いずれの項目においても粗さが従来の成膜方法よりも低下した。特に、最大粗さＲｍａｘは、粗さを半分以下とすることができ、大幅な改善を実現できた。

【0077】

なお、このＴｉＡｌＯ膜において、ＴｉとＡｌの混合比は、［Ｔｉ］：［Ａｌ］＝１：０．８５であり、Ｔｉの方がＡｌよりも混合比率は大きかった。これにより、膜の加工性も良好に保つことができる。

【0078】

図１６は、ＴｉＡｌＯ膜中におけるＡｌ量のＴＭＡ流量依存性を示した図である。横軸はＴＭＡガスの流量、縦軸はＴｉＡｌＯ膜中のＴｉ元素とＡｌ元素の合計量に対するＡｌ元素の混合比（［Ａｌ］／（［Ｔｉ］＋［Ａｌ］））を示している。なお、ＴｉＣｌ_４ガスの流量は５０ｓｃｃｍとした。

【0079】

図１６に示すように、ＴＭＡガスの流量は、０〜１３０ｓｃｃｍの範囲で広範囲に変化されているが、ＴｉＡｌＯ膜中のＡｌの混合比率は、ＴＭＡガス流量が２０〜８０ｓｃｃｍの範囲では４１〜４５％の間、ＴＭＡガス流量が８０〜１３０ｓｃｃｍの範囲でも４５〜４７％であり、流量変化に関わらず、４１〜４７％程度のほぼ一定の範囲内に収まっている。

【0080】

よって、ＴＭＡガス流量の大小に関わらず、本実施例に係る成膜方法は実施可能であることが分かる。

【0081】

今まで、第１の原料ガスとして金属元素Ｔｉを含むＴｉＣｌ_４ガス、第２の原料ガスとして金属元素Ａｌを含むＴＭＡガスを用い、ＴｉＡｌＯ膜を成膜する例を挙げて説明したが、他の金属同士の組み合わせにおいても、本発明を適用することができる。また、酸化膜だけでなく、窒化膜、臭化膜、炭化膜等の非金属元素と合金との組み合わせであれば、種々の組み合わせに本発明を適用することができる。

【0082】

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0083】

１ 処理容器
２ 回転テーブル
２４ 凹部
３１、３２、３３ 処理ガスノズル
３４ プラズマ発生用ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
８０ プラズマ発生部
９０ 筐体
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
Ｄ 分離領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】