絶縁膜の形成装置
【課題】 被処理基板や絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板に良好に絶縁膜を形成することができる絶縁膜の形成方法を提供する。
【解決手段】 電磁波入射面Ｆを有する真空容器２の内部に被処理基板１００を配設する。希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスは、電磁波入射面Ｆからの距離が１０ｍｍ未満となる位置から真空容器２の内部に導入し、有機シリコン化合物を含む第２のガスは、電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる位置から真空容器２の内部に導入する。真空容器２の内部に、電磁波入射面Ｆから電磁波を入射させることにより真空容器の内部で表面波プラズマを生じさせ、被処理基板１００に酸化シリコンを堆積させる。
【解決手段】 電磁波入射面Ｆを有する真空容器２の内部に被処理基板１００を配設する。希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスは、電磁波入射面Ｆからの距離が１０ｍｍ未満となる位置から真空容器２の内部に導入し、有機シリコン化合物を含む第２のガスは、電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる位置から真空容器２の内部に導入する。真空容器２の内部に、電磁波入射面Ｆから電磁波を入射させることにより真空容器の内部で表面波プラズマを生じさせ、被処理基板１００に酸化シリコンを堆積させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体集積回路装置のような半導体装置や液晶表示装置のような表示装置の製造プロセス等で絶縁膜を形成する場合に適用される絶縁膜を形成する場合に好適に用いることができる絶縁膜の形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいては、有機シリコン化合物をプロセスガスとし、平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて、被処理基板上に絶縁膜を形成する方法が知られている。
【０００３】
平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバ、高周波電源、高周波電極、及びアース電極等を備えている。真空チャンバは、有機シリコン化合物ガスと酸素の混合ガスを導入するガス導入部を有している。
【０００４】
この平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて絶縁膜を形成する場合、以下のようにする。有機シリコン化合物ガス及び酸素ガスを、ガス導入部を介して真空チャンバ内に導入する。高周波電源から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を高周波電極に供給することで、真空チャンバ内においてプラズマを発生させる。このようにすることにより、プラズマによって有機シリコン化合物が分解され、この有機シリコン化合物を材料としたシリコン酸化物膜が被処理基板上に形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、上述のような平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバ内で発生したプラズマが被処理基板を配設した領域にまで広がってしまうため、被処理基板の表面や被処理基板と絶縁膜との界面等にイオン損傷を与え易いという問題がある。すなわち、プラズマが被処理基板を配設した領域にまで広がると、被処理基板がエネルギーの高い電子に接することとなるため、電子のエネルギーにしたがって増加する傾向のあるシース電界が大きくなる。シース電界が大きくなると、これに伴って被処理基板に入射するイオンのエネルギーが増加するため、結果として、被処理基板の表面や被処理基板と絶縁膜との界面等にイオン損傷が生じ易くなってしまう。
【０００６】
このような問題に対して、近年、表面波プラズマを発生させる絶縁膜形成装置を用いることにより、プラズマを局在させて、被処理基板上に絶縁膜を形成する方法が提案されている。この場合、プロセスガスとしては、一般に、シランガス（モノシランガス等）が用いられる。
【０００７】
絶縁膜形成装置としては、真空チャンバ、誘電体プレート、ラジアルラインスロットアンテナ、８．３ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置等を備えたものが知られている。真空チャンバは、クリプトンガスと酸素ガスとの混合ガスを導入する第１のガス導入部と、シランガスを導入する第２のガス導入部とを有している。誘電体プレートは、真空チャンバの壁の一部を構成している。ラジアルラインスロットアンテナは、誘電体プレートに沿って設けられている。第１のガス導入部は、第２のガス導入部よりもラジアルラインスロットアンテナ側に設けられている。また、第２のガス導入部は、電子温度が１ｅＶ以下となる領域からシランガスが導入されるように、その位置が設定されている。
【０００８】
この絶縁膜形成装置を用いて絶縁膜を形成する場合、以下のようにする。クリプトンガスと酸素ガスとの混合ガスを第１のガス導入部を介して真空チャンバ内に導入する。ラジアルラインスロットアンテナより放射された電磁波を、誘電体プレートを通して真空チャンバ内に透過させる。これにより、酸素及びクリプトンが励振して、真空チャンバ内において表面波プラズマが発生する。そして、この表面波プラズマにより、酸素ラジカルが生成される。第２のガス導入部からシランガスを導入し、酸素ラジカルによってシランガスを分解及び反応させる。これにより、被処理基板上に絶縁膜としての酸化シリコン膜が形成される（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００９】
また、他の絶縁膜形成装置としては、プロセスチャンバ、誘電体隔壁、プラズマ励起ガス用シャワープレート、プロセスガス用シャワープレート、ラジアルラインスロットアンテナ、及び、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン等を備えたものが知られている。誘電体隔壁は、ラジアルラインスロットアンテナの下方に設けられている。プラズマ励起ガス用シャワープレートは、誘電体隔壁の下方に設けられている。プロセスガス用シャワープレートは、プラズマ励起ガス用シャワープレートの下方に設けられている。
【００１０】
この絶縁膜形成装置は、以下のようにして使用する。プラズマ励起ガス用シャワープレートに形成された複数の開口部を介して、プラズマ励起ガスとしての希ガスをプロセスチャンバ内に導入する。ラジアルラインスロットアンテナから放射されたマイクロ波を、プラズマ励起ガス用シャワープレートを介して、プロセスチャンバ内に導入する。これにより、希ガスが励振してプラズマが発生する。プロセスガス用シャワープレートに形成された複数の開口部を介して、プロセスガスを供給する。これにより、プロセスガスがプラズマと反応し、被処理基板に所定の処理が施される（例えば、特許文献２参照。）
一方、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムといった金属酸化物は、酸化シリコンよりも誘電率が高いため、絶縁膜の材料として注目されている。酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムといった金属酸化物からなる膜（以下、金属酸化膜という）を形成する方法としては、従来、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、スパッタリング法、又は、原子層堆積法（ＡＬＤ法）等が知られている。
【００１１】
しかしながら、有機金属気相成長法では、原料となる有機金属化合物ガスを、５００℃〜７００℃に加熱した被処理基板で分解させて膜を成長させるため、ガラス基板やプラスチック基板のように比較的融点の低い被処理基板への適用が困難である。また、スパッタリング法では、ターゲットから反跳した高速中性粒子が被処理基板に衝突するため、被処理基板にダメージを与え易い。さらに、原子層堆積法では、原子層を１層ずつ堆積させていくため、成膜速度が非常に遅い。
【００１２】
このような問題に対して、近年、プラズマを用いて酸化ジルコニウム膜を形成する方法が提案されている。まず、テトラプロポキシジルコニウム（Ｚｒ（ＯＣ３Ｈ７）４）ガスと酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用意する。この時、混合ガス中の酸素ガスとアルゴンガスとの比を１：５とする。被処理基板が設けられたチャンバ内に混合ガスを導入する。チャンバ内にプラズマを発生させて、Ｚｒ（ＯＣ３Ｈ７）４ガス及び酸素ガスをプラズマ放電させる。これにより、被処理基板上に酸化ジルコニウム膜が形成される。（例えば、非特許文献２参照。）
【先行技術文献】
【特許文献１】特開平５−３４５８３１号公報（段落００１３〜段落００１６、図１）
【特許文献２】特開２００２−２９９２４１号公報（段落００３３〜段落００４９、図１）
【非特許文献１】Ｈｉｒｏｋｉ Ｔａｎａｋａ ｅｔ ａｌ．“Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｌｍ Ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｒｅｇｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｘｙｇｅｎ Ｒａｄｉｃａｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｕｓｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ”Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４２（２００３）ｐｐ１９１１−１９１５
【非特許文献２】森岡 怜司、他２名、“金属有機材料を前駆体としたプラズマＣＶＤによる高誘電率ジルコニウム酸化膜の形成”、平成１５年１月２９日、第２０回「プラズマプロセッシング研究会」（社団法人 応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会主催）予稿集、ｐ３１７〜ｐ３１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、プロセスガスとして有機シリコン化合物ガスを使用すると、シランガスを使用した場合と比べて被覆性の良好な酸化シリコン膜が得られ易い。これは、有機シリコン化合物がシランと比べて分子容積が大きいためである。したがって、有機シリコン化合物がプラズマによって分解されてなる中間生成物もまた比較的分子容積が大きく、その立体効果により被処理基板の表面でマイグレーションしながら、この被処理基板の表面に比較的均一に付着する。したがって、被覆性の良好な酸化シリコン膜となる。
【００１４】
しかしながら、有機シリコン化合物は、その骨格にアルキル基等を含んでいるため、有機シリコン化合物を過度に分解すると、炭素骨格部分に含まれる炭素原子が、形成される酸化シリコン膜内に不純物として混入し易くなってしまう。すなわち、非特許文献１に記載の技術において用いられているシランガスよりも、過度な分解による弊害が大きいという課題がある。
【００１５】
一方、非特許文献２に記載の技術では、混合ガス中の酸素ガスの分圧が低く抑えられているため、形成される金属酸化膜中に酸素欠損が生じやすいという問題がある。
【００１６】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、被処理基板やこの被処理基板に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板に良好に絶縁膜を形成することができる絶縁膜の形成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】
【００１７】
本発明の第１の形態に係る絶縁膜の形成装置は、電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理基板を配設可能な処理容器と、
希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを前記処理容器内に導入させる第１のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第１のガス導入系と、
有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを前記処理容器内に導入させる第２のガス導入部を有し、前記処理容器内に配置される被処理基板より大きい環状の下部ガス導入管からなる第２のガス導入系と、
前記下部ガス導入管を８０℃乃至２００℃に加熱する加熱手段と、を具備し、
前記第１のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ未満に設定されているとともに、前記第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ以上に設定されており、且つ、前記処理容器の内部の前記電磁波入射面近傍に前記第１のガスによる表面波プラズマを生成し、第１のガスのラジカルを生成させ、
前記ラジカルが拡散流として前記第２のガス雰囲気に到達し前記第２のガスと反応して前記被処理基板に絶縁膜を形成させることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第２の形態に係る絶縁膜の形成装置は、前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する１以上の導波管スロットアンテナを更に具備していることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置は、前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する複数の導波管スロットアンテナと、これら導波管スロットアンテナが上に配置された外面と、前記電磁波入射面を有する内面とを備えた誘電体部材とを更に具備することを特徴とする。
【００２０】
処理容器の内部に電磁波入射面から電磁波を入射させると、第１ガス及び第２のガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面から離れた領域には電磁波が届かなくなり、第１のガス及び第２のガスが電磁波によって励振される領域は、電磁波入射面の近傍に限られるようになる。この状態が、表面波プラズマが生じている状態である。
【００２１】
つまり、表面波プラズマが生じている状態においては、電磁波によるエネルギーが与えられて化合物の電離が生じる領域が電磁波入射面の近傍に局在する。つまり、表面波プラズマは、電磁波入射面からの距離によってその状態が異なる。また、表面波プラズマが生じている状態においては、被処理基板の表面近傍に生じるシースの電界が小さい。そのため、被処理基板へのイオンの入射エネルギーが低く、イオンによる被処理基板の損傷が少ない。
【００２２】
表面波プラズマが発生する領域の境界は、電磁波入射面（誘電体窓）と処理容器の内部空間（第１のガスが供給されている領域）との界面である。そして、表面波プラズマが発生している状態において、プラズマのエネルギーが高い領域、すなわち、電磁波が到達して第１及び第２のガスを直接励振させている領域は、表皮厚さによって知ることができる。表皮厚さは、電磁波入射面から電磁波の電界が１／ｅに減衰する位置までの距離を示しており、その値は電磁波の入射面近傍の電子密度に依存する。
【００２３】
つまり、表面波プラズマが発生している状態において、電磁波入射面からの距離が表皮厚さよりも小さい領域では、高密度のプラズマが発生している。また、電磁波入射面からの距離が表皮厚さよりも大きい領域（表皮厚さを外れた領域）では、電磁波は高密度のプラズマによって遮蔽されて到達せず、酸素ラジカルは拡散流として到達する。
【００２４】
したがって、処理容器の内部で表面波プラズマを生じさせ、処理容器の内部に配設された被処理基板に絶縁膜を形成するような場合、電磁波入射面からの距離が表皮厚さよりも大きくなるような位置から有機シリコン化合物ガス又は有機金属化合物を含む第２のガスを供給すれば、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の過度な分解を抑止でき、しかも、酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを効率良く反応させ、被処理基板に、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜（酸化シリコン膜又は金属酸化物膜）を形成することができると考えられる。
【００２５】
表皮厚さδは、以下の（１）式で求めることができる。
【数１】
【００２６】
ω：電磁波の角振動数
ｃ：真空中の光速（定数）
ｎｅ：電子密度
ｎｃ：カットオフ密度
カットオフ密度ｎｃは、以下の（２）式で求めることができる。
【数２】
【００２７】
ε０：真空中の誘電率（定数）
ｍｅ：電子の質量（定数）
ω：電磁波の角振動数
ｅ：素電荷（定数）
表面波プラズマの分散関係は、以下の（３）式で示される。
【数３】
ω：電磁波の角振動数
ｃ：真空中の光速（定数）
εｄ：誘電体窓の誘電率
ωｐ：プラズマの角振動数
プラズマの角振動数ωｐは、以下の（４）式で求めることができる。
【数４】
ｅ：素電荷（定数）
ｎ０：電子密度
ε０：真空中の誘電率（定数）
ｍｅ：電子の質量（定数）
電磁波入射面（誘電体窓）とプラズマの境界面を表面波が伝播するには、（３）式の分母が正の値をとる必要がある。そのため、（４）式の関係も含めると、以下の（５）式の関係を満たす必要がある。
【数５】
【００３０】
ｎ０：電子密度
ε０：真空中の誘電率（定数）
ｍｅ：電子の質量（定数）
εｄ：誘電体窓の誘電率
ｅ：素電荷（定数）
ω：電磁波の角振動数
（５）式を用いて、国内において工業目的の電磁波使用のため、基本波またはスプリアス発射による電界強度の許容値の特例として、最大許容値を定めずに用いられている周波数（無線設備規則第６５条、及び郵政省告示第２５７号）である、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ及び２２．１２５ＧＨｚに関して、合成石英（比誘電率３．８）及びアルミナ（比誘電率９．９）を用いた場合にプラズマの境界面を表面波が伝播させるのに必要な電子密度ｎ０を求め、そのときの表皮厚さを計算すると表１のようになる。すなわち、２．４５ＧＨｚ以上の周波数において比誘電率が３．８以上の誘電体窓を用い、完全な表面波プラズマ状態にした場合には、表皮厚さは１０ｍｍ以下になる。
【表１】
【００３１】
マイクロ波を用いたプロセスでは、前記の周波数、すなわち２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ及び２２．１２５ＧＨｚの高周波電源が用いられることが多く、誘電体窓の材質としては、石英、あるいはアルミナが一般的である。そのため、石英の誘電体窓を使用し、周波数を２．４５ＧＨｚとしたときの表皮厚さδ以上、つまり、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れていれば、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達せず、酸素ラジカルは拡散流として到達すると考えられる。
【００３２】
また、本発明者らは、電子温度が２ｅＶ以下となるような位置から第２のガスを処理容器の内部に導入すれば、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制できることを突き止めた。図１０は、電磁波入射面からの距離と電子温度との関係を示している。図１０に示すように、プラズマを発生させるための第１のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた領域では、電子温度が大凡２ｅＶ以下であり、上述の推論と矛盾しないことがわかった。
【００３３】
さらに、本発明者らは、電子密度が電磁波入射面の５０％以下に減少するような位置から第２のガスを処理容器の内部に導入すれば、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制できることを突き止めた。図１１には、電磁波入射面からの距離と電子密度との関係を示している。図１１に示すように、プラズマを発生させるための第１のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた領域では、電子密度は電磁波入射面の５０％以下に減少しており、上述の推論と矛盾しないことがわかった。
【００３４】
このような結果から、本発明者らは、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた位置から第２のガスを処理容器の内部に導入することで、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れた絶縁膜（シリコン酸化膜又は金属酸化物膜）を、イオン損傷を殆ど与えることなく被処理基板に形成することができることを突き止めた。
【００３５】
以上のように、第１及び第２の形態に係る絶縁膜の形成方法では、表面波プラズマを用いて被処理基板に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、第１のガスと第２のガスとを分離して処理容器の内部に供給している。詳しくは、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ未満となる位置から処理容器の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物を含む第２のガスが前記電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる位置から処理容器の内部に導入させるようにしている。
【００３６】
このように、表面波プラズマを用いることによって、プラズマのエネルギーの高い領域を被処理基板から離れた位置に局在化させることができる。これにより、被処理基板近傍のシース電界が小さくなるため、被処理基板に入射するイオンのエネルギーも減少する。したがって、被処理基板やこの被処理基板に形成される絶縁膜に与えられるイオン損傷を抑制することができる。
【００３７】
しかも、電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ未満となる位置から第１のガスを処理容器の内部に導入するようにしている。電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ未満となる領域では、電磁波による電界で電子が直接に加速されるため、電子のエネルギーが大きい。したがって、処理容器内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。
【００３８】
さらに、電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる位置から第２のガスを処理容器の内部に導入するようにしている。電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる領域では、電磁波が高密度のプラズマによって遮蔽されるため、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制することができる。したがって、被処理基板に、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
【００３９】
また、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた位置では、その殆どの場合において、電子温度が２ｅＶ以下となる。このように、電子温度の低い領域、すなわち電子のエネルギーが低く、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の電子の衝突による過度な分解が抑止される領域で、拡散流として到達する酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを反応させ、被処理基板への絶縁膜堆積を行うことで、被処理基板に損傷を殆ど与えることなく、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
【００４０】
さらに、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた位置では、その殆どの場合において、電子密度が電磁波の入射面の５０％以下に減少している。このように、電子密度が低い領域、すなわち電子とプロセスガスとの衝突頻度が低く、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の電子の衝突による過度な分解が抑止される領域で、拡散流として到達する酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを反応させ、被処理基板への絶縁膜堆積を行うことで、被処理基板に損傷を殆ど与えることなく、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
【００４１】
なお、第１及び第２の形態に係る絶縁膜の形成方法、及び、後述する、本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置において、「被処理基板」としては、例えば、ガラス基板、石英ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板、又は、シリコンウエハ等の基板を用いることができる。また、「被処理基板」としては、上述のような基板上に、単結晶シリコン、レーザ結晶化や固相結晶化等により形成した多結晶シリコン、微結晶シリコン、又は、アモルファスシリコン等の半導体層が形成されたものを用いてもよい。さらに、「被処理基板」としては、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とを順不同で積層させたものや、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とが順不同で積層されてなる部分を有する回路素子や回路素子の一部を形成したもの等を用いてもよい。
【００４２】
第１の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、第２のガスは、有機シリコン化合物として、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサンのうちの１種以上を含んでいるのが好ましい。このようにすることにより、基板上に膜質の良好な酸化シリコン膜を形成することができる。
【００４３】
一方、第２の形態に係る絶縁膜の形成方法を実現する場合、第２のガスは、有機金属化合物として、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウムのうちのいずれか１種を含んでいるのが好ましい。トリメチルアルミニウム又はトリエチルアルミニウムを選択することで、被処理基板に酸化アルミニウム膜を形成することができる。テトラプロポキシジルコニウムを選択することで、被処理基板に酸化ジルコニウム膜を形成することができる。ペンタエトキシタンタルを選択することで、被処理基板に酸化タンタル膜を形成することができる。テトラプロポキシハフニウムを選択することで、被処理基板に酸化ハフニウム膜を形成することができる。また、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムは、酸化シリコンよりも誘電率が高い。したがって、テトラプロポキシハフニウムやテトラプロポキシジルコニウムを選択することで、酸化シリコン膜よりも絶縁性の良好な絶縁膜を形成することができる。
【００４４】
第１及び第２の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、第１のガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスを含んでいるのが好ましい。有機シリコン化合物及び有機金属化合物は、その殆どが構成元素中に酸素を含んでいる。そのため、第１のガスには、必ずしも酸素ガスを含ませなくてもよく、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスを含ませることで、処理容器内において酸素ラジカルを発生させ、被処理基板に絶縁膜を形成することができる。
【００４５】
ただし、第１のガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスと酸素ガスとを含んでいるガスを用いるのがさらに好ましい。このようにすることにより、処理容器内において酸素ラジカルを多く発生させ、被処理基板に酸素欠損の少ない絶縁膜を形成することができる。
【００４６】
第１のガスが酸素ガスを含んでいる場合、酸素ガスを処理容器の内部に供給する際の流量が、第２のガスを処理容器の内部に供給する際の流量よりも多くなるように設定するのが好ましい。このようにすることにより、第２のガスが導入される位置よりも下方において、酸素ラジカルを第２のガスよりも多く存在させることができる。したがって、有機シリコン化合物中のシリコン原子や有機金属酸化物中の金属原子の酸化が促進されるので、より酸素欠損の少ない高品質な酸化膜を形成することができる。
【００４７】
本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置は、電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理基板を配設可能な処理容器と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを前記処理容器内に導入させる第１のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第１のガス導入系と、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを前記処理容器内に導入させる第２のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第２のガス導入系とを具備し、前記第１のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ未満に設定されているとともに、前記第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ以上に設定されており、且つ、前記処理容器の内部に前記第１及び第２のガスによる表面波プラズマが生成可能である。
【００４８】
本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置では、第１のガスを導入するための第１のガス導入部と電磁波入射面との間の距離を１０ｍｍ未満、第２のガスを導入するための第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離を１０ｍｍ以上としている。このようにすることにより、第１のガスをプラズマの密度が比較的高い領域に供給することができる。そのため、処理容器内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。しかも、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを、高密度のプラズマによって電磁波が遮蔽されて到達しない領域に供給することができる。そのため、電子の衝突によって有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制することができ
る。
【００４９】
したがって、本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置を用いることで、被処理基板に、酸素欠損が少なく、膜質が良好であって、かつ、段差被覆性に優れた高品質な絶縁膜を形成することができる。
【００５０】
ところで、処理容器内において酸素ラジカルをより効率良く生成するためには、誘電体部材近傍の領域、特に表面波プラズマ状態でも電磁波が到達してガスを直接励振している領域、すなわち表皮厚さで示される領域に酸素を供給することが望ましい。つまり、酸素ガスを含む第１のガスを用いる場合、この第１のガスは、表皮厚さで示される領域内に供給するのが好ましい。
【００５１】
したがって、第３の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、酸素ガスを含む第１のガスを用いるとともに、第１のガス導入部と電磁波入射面との間の距離が表面波プラズマの表皮厚さよりも小さくなるような領域に第１のガス導入部を設けるか、或いは、第１のガス導入部を誘電体部材と一体化に形成するのが好ましい。このようにすることにより、電磁波による電界で電子が直接に加速されている領域に酸素を供給することができるため、第１のガス導入系から供給される第１のガスを誘電体部材近傍で効率よく分解させ、酸素ラジカルを効率良く生成することができる。しかも、第１のガス導入系から供給される第１のガスによって誘電体部材近傍で生じた酸素ラジカルを第２のガス導入系から供給される第２のガスと十分に反応させることができる。そのため、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる膜質の良好な絶縁膜を、良好な膜形成速度で形成することができる。
【００５２】
また、有機シリコン化合物や有機金属化合物は、モノシラン等と比べて沸点が高いことが多い。そのため、上記特許文献２に記載の絶縁膜形成装置を用いて絶縁膜を形成する場合、有機シリコン化合物や有機金属化合物のように沸点が高い化合物をプロセスガスとして採用すると、プロセスガスの一部が液化して、プロセスガス用シャワープレートに形成されたガス放出用の複数の開口部の一部を閉塞させてしまうことがある。このように、プロセスガス用シャワープレートが閉塞されると、プロセスガスが処理容器内に安定に供給されなかったり、その供給が不均一となったりすることがある。
【００５３】
したがって、特許文献２に記載の絶縁膜形成装置では、有機シリコン化合物ガスの供給量が不均一になり易い。絶縁膜の形成速度は、供給されるプロセスガスの量と関係するため、プロセスガスが処理容器内に安定に供給されなかったり、その供給量が不均一であったりすると、膜厚の均一性が損なわれてしまう。
【００５４】
そのため、第３の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、第２のガス導入系は、加熱手段を備えているのが好ましい。このようにすることにより、有機シリコン化合物や有機金属化合物を含む第２のガスが第２のガス導入系のガス導入部から均一に導入されるような所定の温度に保つことができる。
【００５５】
第２のガス導入系が加熱手段を備えている場合、この加熱手段としては、被処理基板を８０℃乃至２００℃程度の温度に保持可能なものを採用するのが好ましい。第２のガス導入部を８０℃乃至２００℃の温度に保持することにより、第２のガスとして、有機シリコン化合物や有機金属化合物といった沸点の高いガスを用いる場合にも、第２のガスの液化によるガス供給量の変動が抑止され、膜厚の安定した絶縁膜を形成することができる。
【００５６】
加熱手段は、例えば、第２のガス導入系と熱的に接続した状態で、処理容器の外部に設けるのが好ましい。このようにすることにより、構造を複雑にすることなく、第２のガス導入系の加熱を行うことができる。また、加熱手段は、例えば、第２のガス導入系の構造壁内に循環路を設けるとともに、この循環路に高温流体（高温気体又は高温液体）を流通させることで構成してもよい。この構成によれば、高温流体を構造壁内に循環させることで、第２のガス導入系全体にすばやく熱エネルギーを伝えることができる。したがって、第２のガス導入系を均等に加熱することができる。加熱手段としては、例えば、ヒータを用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００５７】
さらに、特許文献２に記載の絶縁膜形成装置では、プロセスガスは、プロセスガス用シャワープレートの一端側からこのプロセスガス用シャワープレート内に導入され、このプロセスガス用シャワープレート内を流通しながら、このプロセスガス用シャワープレートに形成されたガス放出用の複数の開口部から放出するように構成されている。そのため、シャワープレートに形成されたガス放出用の複数の開口部から放出されるプロセスガスの量は、有機シリコン化合物ガスが導入される一端側が多く、この一端側から離れるにつれて少なくなる。上述のように、プロセスガスが処理容器内に安定に供給されなかったり、その供給量が不均一であったりすると、膜厚の均一性が損なわれてしまう。
【００５８】
そのため、第３の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、例えば、第２のガス導入部を、複数のガス噴出口を有するシャワープレートとするとともに、複数のガス噴出口の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側で、このガス流に対するガス噴出口のコンダクタンス（物理的抵抗の逆数）が小さく、シャワープレート内のガス流の下流側で、このガス流に対するガス噴出口のコンダクタンスが大きくなるように設定するのが好ましい。具体的には、例えば、複数のガス噴出口の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側が小さく、ガス流の下流側が大きくなるように設定するとよい。更に好ましくは、ガス噴出口のコンダクタンス（ガス噴出口の単位面積あたりの開口比率）は、シャワープレートから処理容器の内部に供給される第２のガスの供給量の分布が実質的に均一となるように設定するとよい。このようにすることにより、第２のガスを処理容器内に均一性良く供給することができるため、被処理基板状に均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。
【００５９】
また、第２のガス導入部を、開口部を備えた隔壁で区切られたシャワープレートとする場合、シャワープレート内のガス流の上流側で、このガス流に対する隔壁のコンダクタンスが大きく、シャワープレート内のガス流の下流側で、このガス流に対する隔壁のコンダクタンスが小さくなるように、シャワープレートの内部にガスの流れを調整する複数の隔壁を設けるとともに、隔壁で区分される各領域に夫々対応させて、夫々ガス噴出口を設けるのが好ましい。具体的には、例えば、複数の隔壁を、シャワープレート内のガス流の上流側で低く、ガス流の下流側が高くなるように設定するとよい。更に好ましくは、隔壁の大きさや位置は、シャワープレートから供給される第２のガスの供給量の分布が実質的に均一となるように設定するとよい。このようにすることにより、シャワープレート内での第２のガスの流れが制御されるため、第２のガスを処理容器内に均一性良く供給することが可能となり、被処理基板状に均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。
【００６０】
さらに、第２のガス導入部を、複数のガス噴出口を有するシャワープレートとする場合、シャワープレートの内部に、第２のガスが導入されるガス導入口を有する第１のガス室と、複数のガス噴出口を有する第２のガス室とを設けるとともに、第１のガス室と第２のガス室との間でガスの流れを調整する複数の開口部を有する拡散板を介して接続し、且つ、複数の開口部の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側で、このガス流に対する開口部のコンダクタンスが小さく、シャワープレート内のガス流の下流側で、このガス流に対する開口部のコンダクタンスが大きくなるように設定するのが好ましい。具体的には、例えば、複数の開口部の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側が小さく、ガス流の下流側が大きくなるように設定するとよい。更に好ましくは、開口部のコンダクタンス（開口部の単位面積あたりの開口比率）は、シャワープレートから処理容器の内部に供給される第２のガスの供給量の分布が実質的に均一となるように設定するとよい。このようにすることにより、シャワープレート内での第２のガスの流れが制御されるため、第２のガスを処理容器内に均一性良く供給することが可能となり、被処理基板状に均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。
【００６１】
また、本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置を実施する場合、第２のガス導入系が処理容器に取り付けられている取り付け部分を誘電体によって形成するとよい。このような構成をとることにより、金属などの導体を用いた場合に比べて、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの過渡状態において、第２のガス導入部が電磁界やプラズマに与える影響を低減し、安定したプラズマ放電が実現できる。
【００６２】
さらに、本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置を実施する場合、アンテナは、１以上の導波管型スロットアンテナを有しているのが好ましい。このような構成をとることにより、誘電損失が少なく大電力に耐えるアンテナが得られるため、絶縁膜形成装置の大型化が容易となる。大型液晶表示装置に適用される大型基板に絶縁膜を形成するような絶縁膜形成装置とする場合には、複数の導波管スロットアンテナを、誘電体部材の外面と対向するように互いに並べて配設するのが更に好ましい。なお、アンテナは、導波管スロットアンテナを有するものに限定されるものではなく、電磁波を処理容器に向けて放射することが可能なものであればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態では、絶縁膜の形成方法の一実施形態、及び、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【００６４】
図１は、絶縁膜形成装置の一例を示している。本実施形態の絶縁膜形成装置１は、処理容器としての真空容器２、１つ以上例えば９つの誘電体部材３、基板支持台４、ガス排出系５、第１のガス導入系としての上部ガス導入系６、第２のガス導入系としての下部ガス導入系７、高周波電源８、導波管９、１つ以上例えば９つの導波管スロットアンテナ１０を有するアンテナ、及び、加熱手段１１等を備えている。
【００６５】
前記真空容器２は、上壁２ａ、底壁２ｂ、及び、上壁２ａの周縁と底壁２ｂの周縁とを繋ぐ周壁２ｃを有して、内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。上壁２ａ、底壁２ｂ、及び周壁２ｃを形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。
【００６６】
上壁２ａには、真空容器２の壁の一部を構成するように、誘電体部材３が設けられている。この誘電体部材３もまた、真空容器２の内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。誘電体部材３を形成する誘電体材料としては、例えば合成石英等を用いることができる。
【００６７】
詳しくは、図１及び図２に示すように、上壁２ａは、１つ以上例えば９つの開口部１２を有している。これら開口部１２は、夫々、横断面略Ｔ字状の細長な空間を形成している。これら開口部１２は、夫々所定の間隔を置いて互いに平行に設けられている。１つ以上例えば９つの誘電体部材３は、夫々、開口部１２に嵌合するような横断面略Ｔ字状の細長部材とされている。これら誘電体部材３は、対応する開口部１２に嵌合させることで、当該開口部１２を夫々気密に閉塞している。つまり、真空容器２の上壁２ａには、真空容器２の壁の一部を構成するように、複数の誘電体部材３が互いに並べて設けられている。そして、上壁２ａは、真空容器２の壁の一部であるとともに、誘電体部材３を支持する梁としても機能している。以下、誘電体部材を誘電体窓３と言う。
【００６８】
また、前記真空容器２は、図示しないが、上壁２ａと誘電体窓３との間を封止する封止機構を有している。封止機構は、例えば、開口部１２を規定する壁にその周方向に沿って設けられた溝と、この溝に沿って設けられたＯ−リングとを有している。この封止機構により、開口部１２を規定する壁と誘電体窓３との間がシールされている。
【００６９】
真空容器２の内部には、被処理基板１００を支持する前記基板支持台４が設けられている。本実施形態では、この基板支持台４は、例えば、被処理基板１００が後述するガス噴出口２２ａの下方２５ｍｍの位置に保持されるように、その配設位置が設定されている。
【００７０】
前記高周波電源８としては、例えば、２．４５ＧＨｚの電源を用いることができる。真空容器２の上方には、複数の誘電体窓３に対応するように、複数の導波管スロットアンテナ１０が夫々設けられている。これら導波管スロットアンテナ１０は、夫々、管壁の一部にスリット状の開口部１０ａを設けたものであり、当該開口部１０ａ近傍で起きる電磁界結合を利用して電磁波を放射することで、夫々がアンテナとして機能する。複数の導波管スロットアンテナ１０は、複数の誘電体窓３の外面と夫々対向するように互いに並べて配設されている。互いに隣り合う導波管スロットアンテナ１０は各々接続されている。
【００７１】
導波管スロットアンテナ１０は、一般に金属で構成されるため、誘電体で形成されたアンテナと比べて誘電損失が少なく、大電力に対する耐性が高いという特長がある。また、導波管スロットアンテナ１０は、構造が単純で放射特性の設計が比較的正確に行えるため、大型基板用の絶縁膜形成装置に好適である。特に、複数の導波管スロットアンテナ１０を互いに並べて配置した本実施形態の絶縁膜形成装置１は、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板に絶縁膜を形成する場合に好適である。
【００７２】
複数の導波管スロットアンテナ１０のうちの１つ、例えば、最も高周波電源８側の導波管スロットアンテナ１０は、導波管９を介して高周波電源８と接続されている。これにより、高周波電源８が発生した電磁波は、導波管９によって、各導波管スロットアンテナ１０に導かれる。つまり、この絶縁膜形成装置１では、導波管スロットアンテナ１０に導かれた電磁波は、誘電体窓３を透過して真空容器２の内部に入射することとなる。したがって、誘電体窓３の内面が電磁波入射面Ｆとなる。
【００７３】
また、真空容器２には、前記ガス排出系５と、前記上部ガス導入系６と、前記下部ガス導入系７とが設けられている。ガス排出系５は、真空容器２の内部と連通するようにこの真空容器２に設けられたガス排出部５ａ、及び、真空排気システム５ｂ等を有している。真空排気システム５ｂは、例えば、ターボ分子ポンプ等を用いることができる。この真空排気システム５ｂを稼動させることにより、真空容器２の内部を所定の真空度に達するまで排気することができる。
【００７４】
上部ガス導入系６は、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを真空容器２の内部に導入するためのものである。本実施形態の絶縁膜形成装置１では、上部ガス導入系６は、例えば、第１のガス導入部としての上部ガス導入管２１を有している。
【００７５】
上部ガス導入管２１は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。なお、上部ガス導入管２１が電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、上部ガス導入管２１は、誘電体材料で形成するのが好ましい。しかしながら、管の形成する際の加工を考慮すると、上部ガス導入管２１は、金属材料で形成する方が安価で容易である。そのため、上部ガス導入管２１を金属材料で形成するような場合には、上部ガス導入管２１の外面に絶縁膜を形成しておくとよい。
【００７６】
上部ガス導入管２１は、図２に示すように、誘電体窓３が形成されている領域を避けて、真空容器２の上壁２ａ（梁）の内面に沿って設けられている。詳しくは、上部ガス導入管２１は、複数の配管部２１ｂと１つの延出部２１ｃとを有している。複数の配管部２１ｂは、真空容器２の上壁２ａ（梁）の内面に沿うように互いに平行に配管されている。延出部２１ｃは、これら配管部２１ｂと直交するように配管されているとともに、これら配管部２１ｂを互いに連通させている。この延出部２１ｃの両端は、真空容器２の周壁２ｃを介して、真空容器２の外方に延出している。延出部２１ｃの両端又は一端には、上記第１のガスを収容する第１のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
【００７７】
これら配管部２１ｂには、夫々、複数のガス噴出口２１ａが長手方向に略等間隔で設けられている。したがって、複数のガス噴出口２１ａは、略同一面上に位置することとなる。これらガス噴出口２１ａは、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ１が表面波プラズマの表皮厚さδよりも小さくなる位置に設けられている。本実施形態では、これらガス噴出口２１ａが形成されている仮想平面Ｆ１と電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ１が１０ｍｍ未満、例えば、３ｍｍとなるように、上部ガス導入管２１が形成されており、上部ガス導入管２１を配管することで、複数のガス噴出口２１ａが電磁波入射面Ｆの下方３ｍｍの位置に設けられるようになっている（図１参照）。
【００７８】
下部ガス導入系７は、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを真空容器２の内部に導入するためのものである。本実施形態の絶縁膜形成装置１では、下部ガス導入系７は、例えば、第２のガス導入部としての下部ガス導入管２２を有している。
【００７９】
下部ガス導入管２２は、上部ガス導入部と同様に、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。ところで、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの間のような過渡状態では、電磁波は下部ガス導入系７まで到達する。そのため、下部ガス導入管２２を金属材料によって形成すると、上記過渡状態において、下部ガス導入系７が電磁界やプラズマに影響を与える場合がある。そのため、下部ガス導入管２２が電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、下部ガス導入管２２は、誘電体材料で形成するのが好ましい。下部ガス導入管２２を金属材料で形成するような場合には、下部ガス導入管２２の外面に絶縁膜を形成しておくのが好ましい。
【００８０】
下部ガス導入管２２は、図３に示すように、環状部２２ｂと一対の延出部２２ｃとを有している。環状部２２ｂは、被処理基板１００の外周よりも一回り大きく形成されている。各延出部２２ｃは、環状部２２ｂと連通されている。各延出部２２ｃの一端は、真空容器２の周壁２ｃを介して、真空容器２の外方に延出している。少なくとも一方の延出部２２ｃの一端には、上記第２のガスを収容する第２のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
【００８１】
環状部２２ｂには、複数のガス噴出口２２ａが長手方向に略等間隔で設けられている。これらガス噴出口２２ａは、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が表面波プラズマの表皮厚さδよりも大きくなる位置に設けられている。本実施形態では、これらガス噴出口２２ａが形成されている仮想平面Ｆ２と電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ２が１０ｍｍ以上、例えば、３０ｍｍとなるように、下部ガス導入管２２が形成されており、下部ガス導入管２２を配設することで、複数のガス噴出口２２ａが電磁波入射面Ｆの下方３０ｍｍの位置に設けられている（図１参照）。
【００８２】
ところで、第２のガスに含まれる有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスは、モノシラン等と比べて沸点が高いため、液化し易い。そのため、第２のガスを安定して真空容器２の内部に導入するためには、下部ガス導入系７を適切な温度、すなわち８０℃から２００℃程度に保つのが望ましい。そのため、本実施形態の絶縁膜形成装置１では、下部ガス導入系７に加熱手段１１を設けている。加熱手段１１は、例えば、ヒータ１３を有している。
【００８３】
具体的には、ヒータ１３は、例えば、下部ガス導入管２２の各延出部２２ｃにその外周面に設けられている。このようにすることにより、下部ガス導入管２２を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系７全体に熱を伝えることができる。したがって、加熱手段１１を真空容器２内に設置する場合に比べて簡単な構成で下部ガス導入系７を適切な温度に保つことができる。なお、下部ガス導入管２２を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系７全体に熱を伝えるような構成の場合には、下部ガス導入管２２は、窒化アルミニウム等のように、熱伝導係数の大きい材料で形成するのが望ましい。
【００８４】
次に、絶縁膜形成装置１を用いた絶縁膜の形成方法の一例を説明する。本実施形態では、第１のガスとして酸素ガスを用いるともに、第２のガスとしてテトラアルコキシシランの一種であるテトラエトキシシランを用いて、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する例について説明する。
【００８５】
基板支持台４上に被処理基板１００を配置する。ガス排出系５を駆動させ、真空容器２内を実質的に真空とする。真空容器２内のガス圧が８０Ｐａとなるように、上部ガス導入系６から、真空容器２内に酸素ガスを４００ＳＣＣＭの流量で供給するとともに、下部ガス導入系７から、真空容器２内にテトラエトキシシランガスを１２ＳＣＣＭの流量で供給する。このとき、加熱手段１１によって、下部ガス導入系７を適切な温度（８０℃から２００℃程度）に保っておく。
【００８６】
高周波電源８をＯＮにする。これにより、２．４５ＧＨｚの電磁波は、導波管９を介して導波管スロットアンテナ１０に導かれ、導波管スロットアンテナ１０から誘電体窓３に向けて電力密度３Ｗ／ｃｍ２で照射されるようになる。
【００８７】
２．４５ＧＨｚの電磁波は、誘電体窓３を介して真空容器２内に照射される。これにより、酸素ガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面Ｆから離れた領域には電磁波が届かなくなる。つまり、表面波プラズマが生じる。酸素ガスは、電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ１が３ｍｍとなる位置、すなわち、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ１が表皮厚さδよりも小さい領域から真空容器２内に導入されているため、表面波プラズマが生じている状態において、高密度なプラズマにより酸素分子が励振され、効率良く酸素ラジカルが生成される。
【００８８】
一方、テトラエトキシシランガスは、電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ２が３０ｍｍとなる位置、すなわち、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が表皮厚さよりも大きい領域から真空容器２内に導入されている。したがって、テトラエトキシシランガスが真空容器２内に導入されている領域には、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達しないため、テトラエトキシシランが電磁波によって過度に分解されるのを抑制できる。また、電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ１が３０ｍｍとなる位置であっても、酸素ラジカルは拡散流として到達するため、テトラエトキシシランと酸素ラジカルとは効率良く反応し、テトラエトキシシランの分解は促進される。したがって、被処理基板１００の表面に、酸化シリコンが堆積する。テトラエトキシシランは、モノシラン等と比べて分子容積の大きい化合物であるため、その立体効果により被処理基板１００の表面でマイグレーションしながら、この被処理基板１００の表面に比較的均一に付着する。したがって、被処理基板１００に膜質の良好な絶縁膜（酸化シリコン膜）１０１が形成される。
【００８９】
このような条件下では、２９ｎｍ／ｍｉｎの形成速度で被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成することができた。また、形成された絶縁膜１０１は、２ＭＶ／ｃｍの電界を印加した時のリーク電流が２×１０−１０Ａ／ｃｍ２、固定電荷密度が２×１０１１／ｃｍ２以下であった。この結果から、本実施形態の絶縁膜の形成方法では、リーク電流及び固定電荷密度とも低く抑制することができ、しかも、絶縁膜１０１の形成速度も良好であることがわかった。
【００９０】
図１０は、表面波プラズマにおける電子温度と電磁波入射面Ｆからの距離との関係を示している。電磁波入射面Ｆからの距離が１０ｍｍ付近で電子温度が急激に変化しているのは、電磁波が到達し電子が直接励振されている領域（すなわち表皮厚さδ内の領域）と、電子がほとんど励振されない領域（すなわち表皮厚さδから外れた領域）とでは、電子温度に差が生じるためであると考えられる。この結果から、表面波プラズマ状態が維持される条件下では、表皮厚さδは最大でも１０ｍｍ程度であることがわかった。
【００９１】
図１１は、表面波プラズマにおける電子密度と電磁波入射面Ｆからの距離との関係を示している。表面波プラズマでは前述のように電磁波によって励振される領域が局在化しているため、電子密度は電磁波入射面Ｆから遠ざかるに従って低下する。そのため、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ程度離れた位置での電子密度は、電磁波入射面Ｆでの電子密度の５０％以下となることがわかった。なお、この結果から、酸素は電子を取り込み易いため、１００％のアルゴンでプラズマを発生させた場合に比べて、酸素を混合すると電子密度が低下することもわかった。
【００９２】
以上のように、本実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、電磁波が入射される電磁波入射面Ｆを有する真空容器２の内部に被処理基板１００を配設する工程と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスとしての酸素ガスを、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ１が１０ｍｍ未満となる位置から真空容器２の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物としてのテトラエトキシシランガスを含む第２のガスを、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が１０ｍｍ以上となる位置から、第１のガスと分離して、真空容器２の内部に導入させる工程と、真空容器２の内部に電磁波入射面Ｆから電磁波を入射させることにより、真空容器２の内部で第１及び第２のガスによる表面波プラズマを生じさせ、被処理基板１００に酸化シリコンを堆積させる工程とを有している。したがって、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜１０１に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板１００に良好に絶縁膜１０１を形成することができる。
【００９３】
なお、本実施形態の絶縁膜の形成方法では、第１のガスとして酸素ガス、第２のガスとしてテトラエトキシシランガスを採用したが、第１及び第２のガスはこれに限定されるものではない。
【００９４】
第１のガスは、酸素ガスに限定されるものではなく、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含むガスを採用すればよい。第１のガスとしては、例えば、酸素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうちの１以上の希ガスと混合ガスを用いることができる。酸素へのヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの添加は、１０％から９９％までの広い添加比率で可能であり、その添加比率によって絶縁膜の形成速度を増加させることができる。
【００９５】
また、第１のガスとして、酸素ガスを含むガスを採用した場合、酸素ガスを真空容器２の内部に供給する時の流量を、第２のガスを真空容器２の内部に供給する時の流量よりも多くなるようにすることで、有機シリコン化合物中のシリコン原子や有機金属酸化物中の金属原子の酸化が促進されるため、より酸素欠損の少ない高品質な酸化膜を形成することができる。
【００９６】
第２のガスとしては、有機シリコン化合物又は有機金属酸化物を含むガスを採用すればよい。このようにすることにより、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板１００に良好に絶縁膜を形成することができる。
【００９７】
また、有機シリコン化合物としては、例えば、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサン等が挙げられるが、これに限定されるものではない。有機金属化合物としては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウム等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００９８】
また、本実施形態の絶縁膜形成装置１によれば、内部に被処理基板１００を配設可能な真空容器２と、電磁波を発生させるための高周波電源８と、電磁波を真空容器２に向けて放射するアンテナと、内面に電磁波入射面Ｆを有し、真空容器２の壁の一部を構成するように真空容器２に設けられ、アンテナから放射された電磁波を真空容器の内部に透過させる誘電体窓３と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスとしての酸素ガスを真空容器２内に導入する上部ガス導入管２１を有し、真空容器２に設けられた上部ガス導入系６と、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを真空容器２内に導入する下部ガス導入管２２を有し、真空容器２に設けられた下部ガス導入系７とを具備している。そして、上部ガス導入管２１が下部ガス導入管２２よりも電磁波入射面Ｆ側に設けられているとともに、下部ガス導入管２２のガス噴出口２２ａと電磁波入射面Ｆとの間の距離Ｌ２を１０ｍｍ以上離している。この絶縁膜形成装置１を用いることで、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板１００に良好に絶縁膜を形成することができる。
【００９９】
しかも、本実施形態の絶縁膜形成装置１は、アンテナが、１以上の導波管スロットアンテナ１０を有しているため、誘電損失が少なく大電力に耐えることができる。さらに、複数の導波管スロットアンテナ１０を、複数の誘電体窓３の外面と夫々対向させ、且つ、互いに並べて配設しているので、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板であっても絶縁膜を形成することができる。
【０１００】
以下、本発明の第２の実施形態を、図４及び図５を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１０１】
本実施形態の絶縁膜形成装置１は、下部ガス導入系７及び加熱手段１１が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１０２】
下部ガス導入系７は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体により形成されている。なお、下部ガス導入系７の材料として誘電体を用いるのが望ましいことは、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同様である。
【０１０３】
下部ガス導入系７は、第１のガス導入部（下部ガス導入部）としてのシャワープレート３０を有している。図４に示すように、シャワープレート３０は、互いに対向する一対の板材３１ａ，３１ｂを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間Ｓ１に第２のガスが流通されるようになっている。シャワープレート３０は、内部空間Ｓ１を開放させる開口部３２を有している。また、真空容器２の周壁２ｃには、内部空間Ｓ１を真空容器２の外方に開放するための開口部３３が形成されている。したがって、シャワープレート３０の内部空間Ｓ１は、開口部３２と開口部３３の壁を介して、真空容器２の外方に開放している。第２のガスは、開口部３３及び開口部３２を介して、シャワープレート３０の内部空間Ｓ１に導入される。このシャワープレート３０は、真空容器２を上側の部屋と下側の部屋とに分断する大きさに形成されており、基板支持台４を上方から覆うように設けられている。
【０１０４】
図５に示すように、このシャワープレート３０は、第１のガスや酸素ラジカルを上側の部屋と下側の部屋とで流通させるための多数の貫通孔３５が設けられている。さらに、このシャワープレート３０には、下側の板材３１ｂの壁に多数のガス噴出口３６が設けられている。
【０１０５】
さらに、このシャワープレート３０には、加熱手段１１が設けられている。加熱手段１１は、高温媒体循環器３４を有している。高温媒体循環器３４は、ポンプ３４ａ、循環路３４ｂ、ヒータ（図示せず）、及び、高温流体等を有して構成されている。高温流体は、例えば、空気や、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノン等のガス、或いは、水、エチレングリコール、鉱油、アルキルベンゼン、ジアリールアルカン、トリアリールジアルカン、ジフェニル−ジフェニルエーテル混合体、アルキルビフェニル、アルキルナフタレン等の液体から選択すればよい。
【０１０６】
高温流体（高温気体又は高温液体）を循環させる循環路３４ｂは、シャワープレート３０の内部に設けられている。なお、上記循環路は、第１のガスを流通させる内部空間Ｓ１からは隔離されている。この高温媒体循環器３４では、ヒータで高温流体を加熱するとともに、ポンプ３４ａを稼動させて高温流体をシャワープレート３０の内部に流通させることによって、下部ガス導入系７を８０℃乃至２００℃程度の温度に保つように構成されている。
【０１０７】
このように下部ガス導入系７を高温媒体の循環によって加熱すると、下部ガス導入系７にすばやく熱エネルギーが伝えられるとともに、下部ガス導入系７を均等に加熱することができる。そのため、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスを含むガスを使用して絶縁膜を形成する際に、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができる。
【０１０８】
以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置１を用いれば、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができるため、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。
【０１０９】
以下、本発明の第３の実施形態を、図６を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１１０】
本実施形態の絶縁膜形成装置１は、上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１１１】
上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体により形成されている。なお、上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７の材料として誘電体を用いるのが望ましいことは、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同様である。
【０１１２】
上部ガス導入系６は、第１のガス導入部（上部ガス導入部）としての上部シャワープレート４０を有している。上部シャワープレート４０は、真空容器２の上壁２ａの内面を覆う板材４１を有しており、真空容器２の上壁２ａと板材４１との間の内部空間Ｓ２に、第１のガスが流通されるようになっている。板材４１は、内部空間Ｓ２を気密に保つように、真空容器２の上壁２ａに接続されている。上部シャワープレート４０の内部空間Ｓ２は、真空容器２の周壁２ｃに形成された開口部４２を介して、真空容器２の外方に開放している。この開口部４２から、第１のガスが上部シャワープレート４０の内部空間Ｓ２に導入される。また、この上部シャワープレート４０の板材４１には、多数のガス噴出口４３が略等間隔で設けられている。
【０１１３】
ところで、上述したような上部シャワープレート４０では、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属製の板材４１を真空容器２の上壁２ａに接地させるとともに、ガス噴出口４３を充分に小さくすることで、プラズマを内部空間Ｓ２に閉じ込めることができる。このようにすることにより、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの過渡状態において、プラズマが被処理基板１００に達するのを抑制できるとともに、プラズマ放射光に含まれるエネルギーの高い紫外光を上部シャワープレート４０により遮ることができる。したがって、被処理基板１００の損傷抑止効果を高めることができる。
【０１１４】
上部シャワープレート４０を、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体で形成した場合、上部シャワープレート４０の形状や上部シャワープレート４０の内部空間Ｓ２におけるガス圧力等によっては、プラズマは、板材４１の上方で生じる場合と板材４１に下方で生じる場合とがある。
【０１１５】
プラズマが板材４１の上方で生じるように設定すると、プラズマ放射光に含まれるエネルギーの高い紫外光が上部シャワープレート４０で遮られるため、被処理基板１００の損傷抑止効果を高めることができる。
【０１１６】
プラズマが板材４１の下方で生じるように設定すると、上部シャワープレート４０を通して第１のガスをプラズマに分散供給することができるため、プラズマの均一性を高めることができる。なお、プラズマが板材４１の下方で生じるように設定した場合には、電磁波入射面Ｆは、板材４１と真空容器２の内部空間との界面（板材４１の下面）であり、他の場合は電磁波入射面Ｆは、誘電体窓３と真空容器２の内部空間との界面（誘電体窓３の内面）である。
【０１１７】
下部ガス導入系７は、第２のガス導入部（下部ガス導入部）としての下部シャワープレート５０を有している。下部シャワープレート５０は、基板支持台４に支持される被処理基板１００を覆う程度の大きさに形成されている。この下部シャワープレート５０は、互いに対向する一対の板材５１ａ，５１ｂを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間Ｓ３に第２のガスが流通されるようになっている。下部シャワープレート５０の内部空間Ｓ３は、真空容器２の周壁２ｃに形成された開口部５２を介して、真空容器２の外方に開放している。この開口部５２から、第２のガスが下部シャワープレート５０の内部空間Ｓ３に導入される。
【０１１８】
また、この下部シャワープレート５０の下側の板材５１ｂには、多数のガス噴出口５３が設けられている。この下部シャワープレート５０では、複数のガス噴出口５３の単位面積あたりの開口比率を、下部シャワープレート５０内のガス流の上流側で、このガス流に対するガス噴出口５３のコンダクタンス（物理的抵抗の逆数）が小さく、下部シャワープレート５０内のガス流の下流側で、このガス流に対するガス噴出口５３のコンダクタンスが大きくなるように設定している。具体的には、複数のガス噴出口５３の単位面積あたりの開口比率を、下部シャワープレート５０内のガス流の上流側が小さく、ガス流の下流側が大きくなるように設定している。このようにすることにより、下部シャワープレート５０の下面の略全域に対応する領域から、第２のガスを真空容器２内に向けて均一に吐出させることができる。また、図示しないが、下部シャワープレート５０は、第１のガスや酸素ラジカルを下部シャワープレート５０の上側の領域と下部シャワープレート５０の下側の領域との間で流通させるための多数の貫通孔を有している。
【０１１９】
なお、下部ガス導入系７を８０℃から２００℃程度の温度に保つことが望ましい。そのため、下部ガス導入系７に、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１や、第２の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１等を備えさせてもよい。
【０１２０】
以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置１を用いれば、第２のガスを被処理基板１００の上方から真空容器２内に均一に供給することができるため、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。
【０１２１】
以下、本発明の第４の実施形態を、図７を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１２２】
本実施形態の絶縁膜形成装置は、上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１２３】
上部ガス導入系６は、第３の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１が備える上部ガス導入系６と同様である。
【０１２４】
下部ガス導入系７は、下部ガス導入部としての下部シャワープレート６０を有している。下部シャワープレート６０は、基板支持台４に支持される被処理基板１００を覆う程度の大きさに形成されている。この下部シャワープレート６０は、互いに対向する一対の板材６１ａ，６１ｂを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間Ｓ４に第２のガスが流通されるようになっている。下部シャワープレート６０の内部空間Ｓ４は、真空容器２の周壁２ｃに形成された開口部６２を介して、真空容器２の外方に開放している。この開口部６２から、第２のガスが下部シャワープレート６０の内部空間Ｓ４に導入される。
【０１２５】
下部シャワープレート６０の内部空間Ｓ４には、第２のガスの流れを調整する複数の隔壁６４が設けられている。これらの隔壁６４は、下部シャワープレート６０内のガス流の上流側でこのガス流に対する隔壁６４のコンダクタンスが大きく、下部シャワープレート６０内のガス流の下流側でこのガス流に対する隔壁６４のコンダクタンスが小さくなるように、その大きさが設定されている。具体的には、各隔壁６４は、下部シャワープレート６０内のガス流の上流側で低く、ガス流の下流側が高くなるように、その高さが設定されている。このように、第２のガスの流入圧力の高いガス流の上流側の隔壁６４を小さくすることで、ガス流の上流側のコンダクタンスを大きくすることができるとともに、第２のガスの流入圧力の低いガス流の下流側で隔壁６４を大きくすることで、ガス流の下流側のコンダクタンスを小さくすることができる。
【０１２６】
下部シャワープレート６０の下側の板材６１ａには、これら隔壁６４で区分される各領域に夫々対応させて、多数のガス噴出口６３が設けられている。このようにすることにより、第２のガスは、隔壁６４で制限された隙間６５を通る流れと、ガス噴出口６３から噴出する流れに分かれる。隔壁６４によりコンダクタンスを変えることで、隙間６５を通る流れと、ガス噴出口６３から噴出する流れの流量比を調節することができる。この流量比を所望の値に調整することで、下部シャワープレート６０の下面の略全域に対応する領域から、第２のガスを真空容器２内に向けて均一に吐出させることができる。また、図示しないが、下部シャワープレート６０は、第１のガスや酸素ラジカルを下部シャワープレート６０の上側の領域と下部シャワープレート６０の下側の領域との間で流通させるための多数の貫通孔を有している。
【０１２７】
なお、下部ガス導入系７を８０℃から２００℃程度の温度に保つことが望ましい。そのため、下部ガス導入系７に、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１や、第２の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１等を備えさせてもよい。
【０１２８】
以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置１を用いれば、第２のガスを被処理基板１００の上方から真空容器２内に均一に供給することができるため、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。
【０１２９】
以下、本発明の第５の実施形態を、図８を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１３０】
本実施形態の絶縁膜形成装置１は、上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１３１】
上部ガス導入系６としては、第３の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１が備える上部ガス導入系６と同様である。
【０１３２】
下部ガス導入系７は、第２のガス導入部（下部ガス導入部）としての下部シャワープレート７０を有している。下部シャワープレート７０は、基板支持台４に支持される被処理基板１００を覆う程度の大きさに形成されている。この下部シャワープレート７０は、互いに対向する一対の板材７１ａ，７１ｂを有して偏平な箱状に形成されている。また、一対の板材７１ａ，７１ｃの間には、複数の開口部７４ａを有する拡散板７４が設けられている。この拡散板７４により、下部シャワープレート７０の内部空間Ｓ５は、第１のガス室としての上側ガス室Ｇ１と、第２のガス室としての下側ガス室Ｇ２とに分断されている。下部シャワープレート７０の内部空間Ｓ５のうちの上側ガス室Ｇ１は、真空容器２の周壁２ｃに形成された開口部７２を介して、真空容器２の外方に開放している。この開口部６２から、第２のガスが下部シャワープレート７０の上側ガス室Ｇ１に導入される。また、下部シャワープレート７０の下側の板材７１ｂは、複数のガス噴出口７３を有している。
【０１３３】
この下部シャワープレート７０では、拡散板７４の開口部７４ａの大きさ・数・形状等によって、上側ガス室Ｇ１と下側ガス室Ｇ２との間でガスの流れが調整されるようになっている。本実施形態では、拡散板７４の開口部７４ａの単位面積あたりの開口比率は、下部シャワープレート７０内のガス流の上流側で、このガス流に対する開口部７４ａのコンダクタンスが小さく、下部シャワープレート７０内のガス流の下流側で、このガス流に対する開口部７４ａのコンダクタンスが大きくなるように設定されている。具体的には、第２のガスの流入圧力の高いガス流の上流側では、拡散板７４の単位面積あたりの開口面積を小さくすることでコンダクタンスを小さくし、第２のガスの流入圧力の低いガス流の下流側では、開口面積を大きくすることでコンダクタンスを大きくしている。このようにすることにより、拡散板７４の下面の略全域に対応する領域から、第２のガスを下側ガス室Ｇ２に向けて均一に送ることができるため、結果として、下部シャワープレート５７の下面の略全域に対応する領域から、第２のガスを真空容器２内に向けて均一に吐出されることとなる。
【０１３４】
なお、下部ガス導入系７を８０℃から２００℃程度の温度に保つことが望ましい。そのため、下部ガス導入系７に、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１や、第２の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１等を備えさせてもよい。
【０１３５】
以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置１を用いれば、第２のガスを被処理基板１００の上方から真空容器２内に均一に供給することができるため、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。
【０１３６】
以下、本発明の第６の実施形態を、図９を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１３７】
本実施形態の絶縁膜形成装置１は、上部ガス導入系６が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１３８】
本実施形態の上部ガス導入系６は、誘電体窓３と一体化に形成されている。詳しくは、誘電体窓３には、その内部に第１のガスを流通させるガス流通経路８１、ガス流通経路８１と真空容器２の内部とを連通させる複数の連通路８２、及び、ガス流通経路８１と真空容器２の外方とを連通させる連通管８３とを有している。ガス流通経路８１及び複数の連通路８２は、誘電体窓３を切削する等により形成されている。各連通管８３はガス流通経路８１と連通している。ガス流通経路８１と連通管８３とにより第１のガス導入部（上部ガス導入部）が構成されており、連通路８２の開口端が、第１のガスを真空容器２の内部に導入するガス噴出口となる。
【０１３９】
連通管８３は、真空容器２の上壁２ａに形成された貫通孔８４内に配管され、真空容器２の外方に延出している。連通管８３は、誘電体窓３とは一体であっても別体であってもよい。なお、この場合においても、誘電体窓３の内面が電磁波入射面Ｆとなる。他の構成は第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１４０】
本実施形態の絶縁膜形成装置１によれば、第１のガス導入系から供給される第１のガスを誘電体部材３近傍で効率よく分解させ、酸素ラジカルを効率良く生成することができる。
【０１４１】
なお、本発明の絶縁膜の形成装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿って示す断面図。
【図３】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿って示す断面図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図１０】電磁波入射面からの距離と電子温度との関係を示す図。
【図１１】電磁波入射面からの距離と電子密度との関係を示す図。
【符号の説明】
【０１４３】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…絶縁膜の形成装置、 ２…真空容器（処理容器）、 ３…誘電体窓（誘電体部材）、 ６…上部ガス導入系（第１のガス導入系）、 ７…下部ガス導入系（第２のガス導入系）、 ８…高周波電源、 １０…導波管スロットアンテナ、 １１加熱手段、 １００…被処理基板１００、 １０１…絶縁膜、 Ｆ…電磁波入射面、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体集積回路装置のような半導体装置や液晶表示装置のような表示装置の製造プロセス等で絶縁膜を形成する場合に適用される絶縁膜を形成する場合に好適に用いることができる絶縁膜の形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいては、有機シリコン化合物をプロセスガスとし、平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて、被処理基板上に絶縁膜を形成する方法が知られている。
【０００３】
平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバ、高周波電源、高周波電極、及びアース電極等を備えている。真空チャンバは、有機シリコン化合物ガスと酸素の混合ガスを導入するガス導入部を有している。
【０００４】
この平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて絶縁膜を形成する場合、以下のようにする。有機シリコン化合物ガス及び酸素ガスを、ガス導入部を介して真空チャンバ内に導入する。高周波電源から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を高周波電極に供給することで、真空チャンバ内においてプラズマを発生させる。このようにすることにより、プラズマによって有機シリコン化合物が分解され、この有機シリコン化合物を材料としたシリコン酸化物膜が被処理基板上に形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、上述のような平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバ内で発生したプラズマが被処理基板を配設した領域にまで広がってしまうため、被処理基板の表面や被処理基板と絶縁膜との界面等にイオン損傷を与え易いという問題がある。すなわち、プラズマが被処理基板を配設した領域にまで広がると、被処理基板がエネルギーの高い電子に接することとなるため、電子のエネルギーにしたがって増加する傾向のあるシース電界が大きくなる。シース電界が大きくなると、これに伴って被処理基板に入射するイオンのエネルギーが増加するため、結果として、被処理基板の表面や被処理基板と絶縁膜との界面等にイオン損傷が生じ易くなってしまう。
【０００６】
このような問題に対して、近年、表面波プラズマを発生させる絶縁膜形成装置を用いることにより、プラズマを局在させて、被処理基板上に絶縁膜を形成する方法が提案されている。この場合、プロセスガスとしては、一般に、シランガス（モノシランガス等）が用いられる。
【０００７】
絶縁膜形成装置としては、真空チャンバ、誘電体プレート、ラジアルラインスロットアンテナ、８．３ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置等を備えたものが知られている。真空チャンバは、クリプトンガスと酸素ガスとの混合ガスを導入する第１のガス導入部と、シランガスを導入する第２のガス導入部とを有している。誘電体プレートは、真空チャンバの壁の一部を構成している。ラジアルラインスロットアンテナは、誘電体プレートに沿って設けられている。第１のガス導入部は、第２のガス導入部よりもラジアルラインスロットアンテナ側に設けられている。また、第２のガス導入部は、電子温度が１ｅＶ以下となる領域からシランガスが導入されるように、その位置が設定されている。
【０００８】
この絶縁膜形成装置を用いて絶縁膜を形成する場合、以下のようにする。クリプトンガスと酸素ガスとの混合ガスを第１のガス導入部を介して真空チャンバ内に導入する。ラジアルラインスロットアンテナより放射された電磁波を、誘電体プレートを通して真空チャンバ内に透過させる。これにより、酸素及びクリプトンが励振して、真空チャンバ内において表面波プラズマが発生する。そして、この表面波プラズマにより、酸素ラジカルが生成される。第２のガス導入部からシランガスを導入し、酸素ラジカルによってシランガスを分解及び反応させる。これにより、被処理基板上に絶縁膜としての酸化シリコン膜が形成される（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００９】
また、他の絶縁膜形成装置としては、プロセスチャンバ、誘電体隔壁、プラズマ励起ガス用シャワープレート、プロセスガス用シャワープレート、ラジアルラインスロットアンテナ、及び、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン等を備えたものが知られている。誘電体隔壁は、ラジアルラインスロットアンテナの下方に設けられている。プラズマ励起ガス用シャワープレートは、誘電体隔壁の下方に設けられている。プロセスガス用シャワープレートは、プラズマ励起ガス用シャワープレートの下方に設けられている。
【００１０】
この絶縁膜形成装置は、以下のようにして使用する。プラズマ励起ガス用シャワープレートに形成された複数の開口部を介して、プラズマ励起ガスとしての希ガスをプロセスチャンバ内に導入する。ラジアルラインスロットアンテナから放射されたマイクロ波を、プラズマ励起ガス用シャワープレートを介して、プロセスチャンバ内に導入する。これにより、希ガスが励振してプラズマが発生する。プロセスガス用シャワープレートに形成された複数の開口部を介して、プロセスガスを供給する。これにより、プロセスガスがプラズマと反応し、被処理基板に所定の処理が施される（例えば、特許文献２参照。）
一方、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムといった金属酸化物は、酸化シリコンよりも誘電率が高いため、絶縁膜の材料として注目されている。酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムといった金属酸化物からなる膜（以下、金属酸化膜という）を形成する方法としては、従来、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、スパッタリング法、又は、原子層堆積法（ＡＬＤ法）等が知られている。
【００１１】
しかしながら、有機金属気相成長法では、原料となる有機金属化合物ガスを、５００℃〜７００℃に加熱した被処理基板で分解させて膜を成長させるため、ガラス基板やプラスチック基板のように比較的融点の低い被処理基板への適用が困難である。また、スパッタリング法では、ターゲットから反跳した高速中性粒子が被処理基板に衝突するため、被処理基板にダメージを与え易い。さらに、原子層堆積法では、原子層を１層ずつ堆積させていくため、成膜速度が非常に遅い。
【００１２】
このような問題に対して、近年、プラズマを用いて酸化ジルコニウム膜を形成する方法が提案されている。まず、テトラプロポキシジルコニウム（Ｚｒ（ＯＣ３Ｈ７）４）ガスと酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用意する。この時、混合ガス中の酸素ガスとアルゴンガスとの比を１：５とする。被処理基板が設けられたチャンバ内に混合ガスを導入する。チャンバ内にプラズマを発生させて、Ｚｒ（ＯＣ３Ｈ７）４ガス及び酸素ガスをプラズマ放電させる。これにより、被処理基板上に酸化ジルコニウム膜が形成される。（例えば、非特許文献２参照。）
【先行技術文献】
【特許文献１】特開平５−３４５８３１号公報（段落００１３〜段落００１６、図１）
【特許文献２】特開２００２−２９９２４１号公報（段落００３３〜段落００４９、図１）
【非特許文献１】Ｈｉｒｏｋｉ Ｔａｎａｋａ ｅｔ ａｌ．“Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｌｍ Ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｒｅｇｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｘｙｇｅｎ Ｒａｄｉｃａｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｕｓｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ−Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ”Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４２（２００３）ｐｐ１９１１−１９１５
【非特許文献２】森岡 怜司、他２名、“金属有機材料を前駆体としたプラズマＣＶＤによる高誘電率ジルコニウム酸化膜の形成”、平成１５年１月２９日、第２０回「プラズマプロセッシング研究会」（社団法人 応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会主催）予稿集、ｐ３１７〜ｐ３１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、プロセスガスとして有機シリコン化合物ガスを使用すると、シランガスを使用した場合と比べて被覆性の良好な酸化シリコン膜が得られ易い。これは、有機シリコン化合物がシランと比べて分子容積が大きいためである。したがって、有機シリコン化合物がプラズマによって分解されてなる中間生成物もまた比較的分子容積が大きく、その立体効果により被処理基板の表面でマイグレーションしながら、この被処理基板の表面に比較的均一に付着する。したがって、被覆性の良好な酸化シリコン膜となる。
【００１４】
しかしながら、有機シリコン化合物は、その骨格にアルキル基等を含んでいるため、有機シリコン化合物を過度に分解すると、炭素骨格部分に含まれる炭素原子が、形成される酸化シリコン膜内に不純物として混入し易くなってしまう。すなわち、非特許文献１に記載の技術において用いられているシランガスよりも、過度な分解による弊害が大きいという課題がある。
【００１５】
一方、非特許文献２に記載の技術では、混合ガス中の酸素ガスの分圧が低く抑えられているため、形成される金属酸化膜中に酸素欠損が生じやすいという問題がある。
【００１６】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、被処理基板やこの被処理基板に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板に良好に絶縁膜を形成することができる絶縁膜の形成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】
【００１７】
本発明の第１の形態に係る絶縁膜の形成装置は、電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理基板を配設可能な処理容器と、
希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを前記処理容器内に導入させる第１のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第１のガス導入系と、
有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを前記処理容器内に導入させる第２のガス導入部を有し、前記処理容器内に配置される被処理基板より大きい環状の下部ガス導入管からなる第２のガス導入系と、
前記下部ガス導入管を８０℃乃至２００℃に加熱する加熱手段と、を具備し、
前記第１のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ未満に設定されているとともに、前記第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ以上に設定されており、且つ、前記処理容器の内部の前記電磁波入射面近傍に前記第１のガスによる表面波プラズマを生成し、第１のガスのラジカルを生成させ、
前記ラジカルが拡散流として前記第２のガス雰囲気に到達し前記第２のガスと反応して前記被処理基板に絶縁膜を形成させることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第２の形態に係る絶縁膜の形成装置は、前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する１以上の導波管スロットアンテナを更に具備していることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置は、前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する複数の導波管スロットアンテナと、これら導波管スロットアンテナが上に配置された外面と、前記電磁波入射面を有する内面とを備えた誘電体部材とを更に具備することを特徴とする。
【００２０】
処理容器の内部に電磁波入射面から電磁波を入射させると、第１ガス及び第２のガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面から離れた領域には電磁波が届かなくなり、第１のガス及び第２のガスが電磁波によって励振される領域は、電磁波入射面の近傍に限られるようになる。この状態が、表面波プラズマが生じている状態である。
【００２１】
つまり、表面波プラズマが生じている状態においては、電磁波によるエネルギーが与えられて化合物の電離が生じる領域が電磁波入射面の近傍に局在する。つまり、表面波プラズマは、電磁波入射面からの距離によってその状態が異なる。また、表面波プラズマが生じている状態においては、被処理基板の表面近傍に生じるシースの電界が小さい。そのため、被処理基板へのイオンの入射エネルギーが低く、イオンによる被処理基板の損傷が少ない。
【００２２】
表面波プラズマが発生する領域の境界は、電磁波入射面（誘電体窓）と処理容器の内部空間（第１のガスが供給されている領域）との界面である。そして、表面波プラズマが発生している状態において、プラズマのエネルギーが高い領域、すなわち、電磁波が到達して第１及び第２のガスを直接励振させている領域は、表皮厚さによって知ることができる。表皮厚さは、電磁波入射面から電磁波の電界が１／ｅに減衰する位置までの距離を示しており、その値は電磁波の入射面近傍の電子密度に依存する。
【００２３】
つまり、表面波プラズマが発生している状態において、電磁波入射面からの距離が表皮厚さよりも小さい領域では、高密度のプラズマが発生している。また、電磁波入射面からの距離が表皮厚さよりも大きい領域（表皮厚さを外れた領域）では、電磁波は高密度のプラズマによって遮蔽されて到達せず、酸素ラジカルは拡散流として到達する。
【００２４】
したがって、処理容器の内部で表面波プラズマを生じさせ、処理容器の内部に配設された被処理基板に絶縁膜を形成するような場合、電磁波入射面からの距離が表皮厚さよりも大きくなるような位置から有機シリコン化合物ガス又は有機金属化合物を含む第２のガスを供給すれば、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の過度な分解を抑止でき、しかも、酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを効率良く反応させ、被処理基板に、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜（酸化シリコン膜又は金属酸化物膜）を形成することができると考えられる。
【００２５】
表皮厚さδは、以下の（１）式で求めることができる。
【数１】
【００２６】
ω：電磁波の角振動数
ｃ：真空中の光速（定数）
ｎｅ：電子密度
ｎｃ：カットオフ密度
カットオフ密度ｎｃは、以下の（２）式で求めることができる。
【数２】
【００２７】
ε０：真空中の誘電率（定数）
ｍｅ：電子の質量（定数）
ω：電磁波の角振動数
ｅ：素電荷（定数）
表面波プラズマの分散関係は、以下の（３）式で示される。
【数３】
ω：電磁波の角振動数
ｃ：真空中の光速（定数）
εｄ：誘電体窓の誘電率
ωｐ：プラズマの角振動数
プラズマの角振動数ωｐは、以下の（４）式で求めることができる。
【数４】
ｅ：素電荷（定数）
ｎ０：電子密度
ε０：真空中の誘電率（定数）
ｍｅ：電子の質量（定数）
電磁波入射面（誘電体窓）とプラズマの境界面を表面波が伝播するには、（３）式の分母が正の値をとる必要がある。そのため、（４）式の関係も含めると、以下の（５）式の関係を満たす必要がある。
【数５】
【００３０】
ｎ０：電子密度
ε０：真空中の誘電率（定数）
ｍｅ：電子の質量（定数）
εｄ：誘電体窓の誘電率
ｅ：素電荷（定数）
ω：電磁波の角振動数
（５）式を用いて、国内において工業目的の電磁波使用のため、基本波またはスプリアス発射による電界強度の許容値の特例として、最大許容値を定めずに用いられている周波数（無線設備規則第６５条、及び郵政省告示第２５７号）である、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ及び２２．１２５ＧＨｚに関して、合成石英（比誘電率３．８）及びアルミナ（比誘電率９．９）を用いた場合にプラズマの境界面を表面波が伝播させるのに必要な電子密度ｎ０を求め、そのときの表皮厚さを計算すると表１のようになる。すなわち、２．４５ＧＨｚ以上の周波数において比誘電率が３．８以上の誘電体窓を用い、完全な表面波プラズマ状態にした場合には、表皮厚さは１０ｍｍ以下になる。
【表１】
【００３１】
マイクロ波を用いたプロセスでは、前記の周波数、すなわち２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ及び２２．１２５ＧＨｚの高周波電源が用いられることが多く、誘電体窓の材質としては、石英、あるいはアルミナが一般的である。そのため、石英の誘電体窓を使用し、周波数を２．４５ＧＨｚとしたときの表皮厚さδ以上、つまり、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れていれば、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達せず、酸素ラジカルは拡散流として到達すると考えられる。
【００３２】
また、本発明者らは、電子温度が２ｅＶ以下となるような位置から第２のガスを処理容器の内部に導入すれば、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制できることを突き止めた。図１０は、電磁波入射面からの距離と電子温度との関係を示している。図１０に示すように、プラズマを発生させるための第１のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた領域では、電子温度が大凡２ｅＶ以下であり、上述の推論と矛盾しないことがわかった。
【００３３】
さらに、本発明者らは、電子密度が電磁波入射面の５０％以下に減少するような位置から第２のガスを処理容器の内部に導入すれば、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制できることを突き止めた。図１１には、電磁波入射面からの距離と電子密度との関係を示している。図１１に示すように、プラズマを発生させるための第１のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた領域では、電子密度は電磁波入射面の５０％以下に減少しており、上述の推論と矛盾しないことがわかった。
【００３４】
このような結果から、本発明者らは、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた位置から第２のガスを処理容器の内部に導入することで、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れた絶縁膜（シリコン酸化膜又は金属酸化物膜）を、イオン損傷を殆ど与えることなく被処理基板に形成することができることを突き止めた。
【００３５】
以上のように、第１及び第２の形態に係る絶縁膜の形成方法では、表面波プラズマを用いて被処理基板に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、第１のガスと第２のガスとを分離して処理容器の内部に供給している。詳しくは、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ未満となる位置から処理容器の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物を含む第２のガスが前記電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる位置から処理容器の内部に導入させるようにしている。
【００３６】
このように、表面波プラズマを用いることによって、プラズマのエネルギーの高い領域を被処理基板から離れた位置に局在化させることができる。これにより、被処理基板近傍のシース電界が小さくなるため、被処理基板に入射するイオンのエネルギーも減少する。したがって、被処理基板やこの被処理基板に形成される絶縁膜に与えられるイオン損傷を抑制することができる。
【００３７】
しかも、電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ未満となる位置から第１のガスを処理容器の内部に導入するようにしている。電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ未満となる領域では、電磁波による電界で電子が直接に加速されるため、電子のエネルギーが大きい。したがって、処理容器内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。
【００３８】
さらに、電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる位置から第２のガスを処理容器の内部に導入するようにしている。電磁波入射面からの距離が１０ｍｍ以上となる領域では、電磁波が高密度のプラズマによって遮蔽されるため、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制することができる。したがって、被処理基板に、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
【００３９】
また、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた位置では、その殆どの場合において、電子温度が２ｅＶ以下となる。このように、電子温度の低い領域、すなわち電子のエネルギーが低く、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の電子の衝突による過度な分解が抑止される領域で、拡散流として到達する酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを反応させ、被処理基板への絶縁膜堆積を行うことで、被処理基板に損傷を殆ど与えることなく、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
【００４０】
さらに、電磁波入射面から１０ｍｍ以上離れた位置では、その殆どの場合において、電子密度が電磁波の入射面の５０％以下に減少している。このように、電子密度が低い領域、すなわち電子とプロセスガスとの衝突頻度が低く、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の電子の衝突による過度な分解が抑止される領域で、拡散流として到達する酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを反応させ、被処理基板への絶縁膜堆積を行うことで、被処理基板に損傷を殆ど与えることなく、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
【００４１】
なお、第１及び第２の形態に係る絶縁膜の形成方法、及び、後述する、本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置において、「被処理基板」としては、例えば、ガラス基板、石英ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板、又は、シリコンウエハ等の基板を用いることができる。また、「被処理基板」としては、上述のような基板上に、単結晶シリコン、レーザ結晶化や固相結晶化等により形成した多結晶シリコン、微結晶シリコン、又は、アモルファスシリコン等の半導体層が形成されたものを用いてもよい。さらに、「被処理基板」としては、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とを順不同で積層させたものや、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とが順不同で積層されてなる部分を有する回路素子や回路素子の一部を形成したもの等を用いてもよい。
【００４２】
第１の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、第２のガスは、有機シリコン化合物として、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサンのうちの１種以上を含んでいるのが好ましい。このようにすることにより、基板上に膜質の良好な酸化シリコン膜を形成することができる。
【００４３】
一方、第２の形態に係る絶縁膜の形成方法を実現する場合、第２のガスは、有機金属化合物として、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウムのうちのいずれか１種を含んでいるのが好ましい。トリメチルアルミニウム又はトリエチルアルミニウムを選択することで、被処理基板に酸化アルミニウム膜を形成することができる。テトラプロポキシジルコニウムを選択することで、被処理基板に酸化ジルコニウム膜を形成することができる。ペンタエトキシタンタルを選択することで、被処理基板に酸化タンタル膜を形成することができる。テトラプロポキシハフニウムを選択することで、被処理基板に酸化ハフニウム膜を形成することができる。また、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムは、酸化シリコンよりも誘電率が高い。したがって、テトラプロポキシハフニウムやテトラプロポキシジルコニウムを選択することで、酸化シリコン膜よりも絶縁性の良好な絶縁膜を形成することができる。
【００４４】
第１及び第２の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、第１のガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスを含んでいるのが好ましい。有機シリコン化合物及び有機金属化合物は、その殆どが構成元素中に酸素を含んでいる。そのため、第１のガスには、必ずしも酸素ガスを含ませなくてもよく、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスを含ませることで、処理容器内において酸素ラジカルを発生させ、被処理基板に絶縁膜を形成することができる。
【００４５】
ただし、第１のガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも１種の希ガスと酸素ガスとを含んでいるガスを用いるのがさらに好ましい。このようにすることにより、処理容器内において酸素ラジカルを多く発生させ、被処理基板に酸素欠損の少ない絶縁膜を形成することができる。
【００４６】
第１のガスが酸素ガスを含んでいる場合、酸素ガスを処理容器の内部に供給する際の流量が、第２のガスを処理容器の内部に供給する際の流量よりも多くなるように設定するのが好ましい。このようにすることにより、第２のガスが導入される位置よりも下方において、酸素ラジカルを第２のガスよりも多く存在させることができる。したがって、有機シリコン化合物中のシリコン原子や有機金属酸化物中の金属原子の酸化が促進されるので、より酸素欠損の少ない高品質な酸化膜を形成することができる。
【００４７】
本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置は、電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理基板を配設可能な処理容器と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを前記処理容器内に導入させる第１のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第１のガス導入系と、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを前記処理容器内に導入させる第２のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第２のガス導入系とを具備し、前記第１のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ未満に設定されているとともに、前記第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ以上に設定されており、且つ、前記処理容器の内部に前記第１及び第２のガスによる表面波プラズマが生成可能である。
【００４８】
本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置では、第１のガスを導入するための第１のガス導入部と電磁波入射面との間の距離を１０ｍｍ未満、第２のガスを導入するための第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離を１０ｍｍ以上としている。このようにすることにより、第１のガスをプラズマの密度が比較的高い領域に供給することができる。そのため、処理容器内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。しかも、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを、高密度のプラズマによって電磁波が遮蔽されて到達しない領域に供給することができる。そのため、電子の衝突によって有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制することができ
る。
【００４９】
したがって、本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置を用いることで、被処理基板に、酸素欠損が少なく、膜質が良好であって、かつ、段差被覆性に優れた高品質な絶縁膜を形成することができる。
【００５０】
ところで、処理容器内において酸素ラジカルをより効率良く生成するためには、誘電体部材近傍の領域、特に表面波プラズマ状態でも電磁波が到達してガスを直接励振している領域、すなわち表皮厚さで示される領域に酸素を供給することが望ましい。つまり、酸素ガスを含む第１のガスを用いる場合、この第１のガスは、表皮厚さで示される領域内に供給するのが好ましい。
【００５１】
したがって、第３の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、酸素ガスを含む第１のガスを用いるとともに、第１のガス導入部と電磁波入射面との間の距離が表面波プラズマの表皮厚さよりも小さくなるような領域に第１のガス導入部を設けるか、或いは、第１のガス導入部を誘電体部材と一体化に形成するのが好ましい。このようにすることにより、電磁波による電界で電子が直接に加速されている領域に酸素を供給することができるため、第１のガス導入系から供給される第１のガスを誘電体部材近傍で効率よく分解させ、酸素ラジカルを効率良く生成することができる。しかも、第１のガス導入系から供給される第１のガスによって誘電体部材近傍で生じた酸素ラジカルを第２のガス導入系から供給される第２のガスと十分に反応させることができる。そのため、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる膜質の良好な絶縁膜を、良好な膜形成速度で形成することができる。
【００５２】
また、有機シリコン化合物や有機金属化合物は、モノシラン等と比べて沸点が高いことが多い。そのため、上記特許文献２に記載の絶縁膜形成装置を用いて絶縁膜を形成する場合、有機シリコン化合物や有機金属化合物のように沸点が高い化合物をプロセスガスとして採用すると、プロセスガスの一部が液化して、プロセスガス用シャワープレートに形成されたガス放出用の複数の開口部の一部を閉塞させてしまうことがある。このように、プロセスガス用シャワープレートが閉塞されると、プロセスガスが処理容器内に安定に供給されなかったり、その供給が不均一となったりすることがある。
【００５３】
したがって、特許文献２に記載の絶縁膜形成装置では、有機シリコン化合物ガスの供給量が不均一になり易い。絶縁膜の形成速度は、供給されるプロセスガスの量と関係するため、プロセスガスが処理容器内に安定に供給されなかったり、その供給量が不均一であったりすると、膜厚の均一性が損なわれてしまう。
【００５４】
そのため、第３の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、第２のガス導入系は、加熱手段を備えているのが好ましい。このようにすることにより、有機シリコン化合物や有機金属化合物を含む第２のガスが第２のガス導入系のガス導入部から均一に導入されるような所定の温度に保つことができる。
【００５５】
第２のガス導入系が加熱手段を備えている場合、この加熱手段としては、被処理基板を８０℃乃至２００℃程度の温度に保持可能なものを採用するのが好ましい。第２のガス導入部を８０℃乃至２００℃の温度に保持することにより、第２のガスとして、有機シリコン化合物や有機金属化合物といった沸点の高いガスを用いる場合にも、第２のガスの液化によるガス供給量の変動が抑止され、膜厚の安定した絶縁膜を形成することができる。
【００５６】
加熱手段は、例えば、第２のガス導入系と熱的に接続した状態で、処理容器の外部に設けるのが好ましい。このようにすることにより、構造を複雑にすることなく、第２のガス導入系の加熱を行うことができる。また、加熱手段は、例えば、第２のガス導入系の構造壁内に循環路を設けるとともに、この循環路に高温流体（高温気体又は高温液体）を流通させることで構成してもよい。この構成によれば、高温流体を構造壁内に循環させることで、第２のガス導入系全体にすばやく熱エネルギーを伝えることができる。したがって、第２のガス導入系を均等に加熱することができる。加熱手段としては、例えば、ヒータを用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００５７】
さらに、特許文献２に記載の絶縁膜形成装置では、プロセスガスは、プロセスガス用シャワープレートの一端側からこのプロセスガス用シャワープレート内に導入され、このプロセスガス用シャワープレート内を流通しながら、このプロセスガス用シャワープレートに形成されたガス放出用の複数の開口部から放出するように構成されている。そのため、シャワープレートに形成されたガス放出用の複数の開口部から放出されるプロセスガスの量は、有機シリコン化合物ガスが導入される一端側が多く、この一端側から離れるにつれて少なくなる。上述のように、プロセスガスが処理容器内に安定に供給されなかったり、その供給量が不均一であったりすると、膜厚の均一性が損なわれてしまう。
【００５８】
そのため、第３の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、例えば、第２のガス導入部を、複数のガス噴出口を有するシャワープレートとするとともに、複数のガス噴出口の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側で、このガス流に対するガス噴出口のコンダクタンス（物理的抵抗の逆数）が小さく、シャワープレート内のガス流の下流側で、このガス流に対するガス噴出口のコンダクタンスが大きくなるように設定するのが好ましい。具体的には、例えば、複数のガス噴出口の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側が小さく、ガス流の下流側が大きくなるように設定するとよい。更に好ましくは、ガス噴出口のコンダクタンス（ガス噴出口の単位面積あたりの開口比率）は、シャワープレートから処理容器の内部に供給される第２のガスの供給量の分布が実質的に均一となるように設定するとよい。このようにすることにより、第２のガスを処理容器内に均一性良く供給することができるため、被処理基板状に均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。
【００５９】
また、第２のガス導入部を、開口部を備えた隔壁で区切られたシャワープレートとする場合、シャワープレート内のガス流の上流側で、このガス流に対する隔壁のコンダクタンスが大きく、シャワープレート内のガス流の下流側で、このガス流に対する隔壁のコンダクタンスが小さくなるように、シャワープレートの内部にガスの流れを調整する複数の隔壁を設けるとともに、隔壁で区分される各領域に夫々対応させて、夫々ガス噴出口を設けるのが好ましい。具体的には、例えば、複数の隔壁を、シャワープレート内のガス流の上流側で低く、ガス流の下流側が高くなるように設定するとよい。更に好ましくは、隔壁の大きさや位置は、シャワープレートから供給される第２のガスの供給量の分布が実質的に均一となるように設定するとよい。このようにすることにより、シャワープレート内での第２のガスの流れが制御されるため、第２のガスを処理容器内に均一性良く供給することが可能となり、被処理基板状に均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。
【００６０】
さらに、第２のガス導入部を、複数のガス噴出口を有するシャワープレートとする場合、シャワープレートの内部に、第２のガスが導入されるガス導入口を有する第１のガス室と、複数のガス噴出口を有する第２のガス室とを設けるとともに、第１のガス室と第２のガス室との間でガスの流れを調整する複数の開口部を有する拡散板を介して接続し、且つ、複数の開口部の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側で、このガス流に対する開口部のコンダクタンスが小さく、シャワープレート内のガス流の下流側で、このガス流に対する開口部のコンダクタンスが大きくなるように設定するのが好ましい。具体的には、例えば、複数の開口部の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側が小さく、ガス流の下流側が大きくなるように設定するとよい。更に好ましくは、開口部のコンダクタンス（開口部の単位面積あたりの開口比率）は、シャワープレートから処理容器の内部に供給される第２のガスの供給量の分布が実質的に均一となるように設定するとよい。このようにすることにより、シャワープレート内での第２のガスの流れが制御されるため、第２のガスを処理容器内に均一性良く供給することが可能となり、被処理基板状に均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。
【００６１】
また、本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置を実施する場合、第２のガス導入系が処理容器に取り付けられている取り付け部分を誘電体によって形成するとよい。このような構成をとることにより、金属などの導体を用いた場合に比べて、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの過渡状態において、第２のガス導入部が電磁界やプラズマに与える影響を低減し、安定したプラズマ放電が実現できる。
【００６２】
さらに、本発明の第３の形態に係る絶縁膜の形成装置を実施する場合、アンテナは、１以上の導波管型スロットアンテナを有しているのが好ましい。このような構成をとることにより、誘電損失が少なく大電力に耐えるアンテナが得られるため、絶縁膜形成装置の大型化が容易となる。大型液晶表示装置に適用される大型基板に絶縁膜を形成するような絶縁膜形成装置とする場合には、複数の導波管スロットアンテナを、誘電体部材の外面と対向するように互いに並べて配設するのが更に好ましい。なお、アンテナは、導波管スロットアンテナを有するものに限定されるものではなく、電磁波を処理容器に向けて放射することが可能なものであればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態では、絶縁膜の形成方法の一実施形態、及び、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【００６４】
図１は、絶縁膜形成装置の一例を示している。本実施形態の絶縁膜形成装置１は、処理容器としての真空容器２、１つ以上例えば９つの誘電体部材３、基板支持台４、ガス排出系５、第１のガス導入系としての上部ガス導入系６、第２のガス導入系としての下部ガス導入系７、高周波電源８、導波管９、１つ以上例えば９つの導波管スロットアンテナ１０を有するアンテナ、及び、加熱手段１１等を備えている。
【００６５】
前記真空容器２は、上壁２ａ、底壁２ｂ、及び、上壁２ａの周縁と底壁２ｂの周縁とを繋ぐ周壁２ｃを有して、内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。上壁２ａ、底壁２ｂ、及び周壁２ｃを形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。
【００６６】
上壁２ａには、真空容器２の壁の一部を構成するように、誘電体部材３が設けられている。この誘電体部材３もまた、真空容器２の内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。誘電体部材３を形成する誘電体材料としては、例えば合成石英等を用いることができる。
【００６７】
詳しくは、図１及び図２に示すように、上壁２ａは、１つ以上例えば９つの開口部１２を有している。これら開口部１２は、夫々、横断面略Ｔ字状の細長な空間を形成している。これら開口部１２は、夫々所定の間隔を置いて互いに平行に設けられている。１つ以上例えば９つの誘電体部材３は、夫々、開口部１２に嵌合するような横断面略Ｔ字状の細長部材とされている。これら誘電体部材３は、対応する開口部１２に嵌合させることで、当該開口部１２を夫々気密に閉塞している。つまり、真空容器２の上壁２ａには、真空容器２の壁の一部を構成するように、複数の誘電体部材３が互いに並べて設けられている。そして、上壁２ａは、真空容器２の壁の一部であるとともに、誘電体部材３を支持する梁としても機能している。以下、誘電体部材を誘電体窓３と言う。
【００６８】
また、前記真空容器２は、図示しないが、上壁２ａと誘電体窓３との間を封止する封止機構を有している。封止機構は、例えば、開口部１２を規定する壁にその周方向に沿って設けられた溝と、この溝に沿って設けられたＯ−リングとを有している。この封止機構により、開口部１２を規定する壁と誘電体窓３との間がシールされている。
【００６９】
真空容器２の内部には、被処理基板１００を支持する前記基板支持台４が設けられている。本実施形態では、この基板支持台４は、例えば、被処理基板１００が後述するガス噴出口２２ａの下方２５ｍｍの位置に保持されるように、その配設位置が設定されている。
【００７０】
前記高周波電源８としては、例えば、２．４５ＧＨｚの電源を用いることができる。真空容器２の上方には、複数の誘電体窓３に対応するように、複数の導波管スロットアンテナ１０が夫々設けられている。これら導波管スロットアンテナ１０は、夫々、管壁の一部にスリット状の開口部１０ａを設けたものであり、当該開口部１０ａ近傍で起きる電磁界結合を利用して電磁波を放射することで、夫々がアンテナとして機能する。複数の導波管スロットアンテナ１０は、複数の誘電体窓３の外面と夫々対向するように互いに並べて配設されている。互いに隣り合う導波管スロットアンテナ１０は各々接続されている。
【００７１】
導波管スロットアンテナ１０は、一般に金属で構成されるため、誘電体で形成されたアンテナと比べて誘電損失が少なく、大電力に対する耐性が高いという特長がある。また、導波管スロットアンテナ１０は、構造が単純で放射特性の設計が比較的正確に行えるため、大型基板用の絶縁膜形成装置に好適である。特に、複数の導波管スロットアンテナ１０を互いに並べて配置した本実施形態の絶縁膜形成装置１は、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板に絶縁膜を形成する場合に好適である。
【００７２】
複数の導波管スロットアンテナ１０のうちの１つ、例えば、最も高周波電源８側の導波管スロットアンテナ１０は、導波管９を介して高周波電源８と接続されている。これにより、高周波電源８が発生した電磁波は、導波管９によって、各導波管スロットアンテナ１０に導かれる。つまり、この絶縁膜形成装置１では、導波管スロットアンテナ１０に導かれた電磁波は、誘電体窓３を透過して真空容器２の内部に入射することとなる。したがって、誘電体窓３の内面が電磁波入射面Ｆとなる。
【００７３】
また、真空容器２には、前記ガス排出系５と、前記上部ガス導入系６と、前記下部ガス導入系７とが設けられている。ガス排出系５は、真空容器２の内部と連通するようにこの真空容器２に設けられたガス排出部５ａ、及び、真空排気システム５ｂ等を有している。真空排気システム５ｂは、例えば、ターボ分子ポンプ等を用いることができる。この真空排気システム５ｂを稼動させることにより、真空容器２の内部を所定の真空度に達するまで排気することができる。
【００７４】
上部ガス導入系６は、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを真空容器２の内部に導入するためのものである。本実施形態の絶縁膜形成装置１では、上部ガス導入系６は、例えば、第１のガス導入部としての上部ガス導入管２１を有している。
【００７５】
上部ガス導入管２１は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。なお、上部ガス導入管２１が電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、上部ガス導入管２１は、誘電体材料で形成するのが好ましい。しかしながら、管の形成する際の加工を考慮すると、上部ガス導入管２１は、金属材料で形成する方が安価で容易である。そのため、上部ガス導入管２１を金属材料で形成するような場合には、上部ガス導入管２１の外面に絶縁膜を形成しておくとよい。
【００７６】
上部ガス導入管２１は、図２に示すように、誘電体窓３が形成されている領域を避けて、真空容器２の上壁２ａ（梁）の内面に沿って設けられている。詳しくは、上部ガス導入管２１は、複数の配管部２１ｂと１つの延出部２１ｃとを有している。複数の配管部２１ｂは、真空容器２の上壁２ａ（梁）の内面に沿うように互いに平行に配管されている。延出部２１ｃは、これら配管部２１ｂと直交するように配管されているとともに、これら配管部２１ｂを互いに連通させている。この延出部２１ｃの両端は、真空容器２の周壁２ｃを介して、真空容器２の外方に延出している。延出部２１ｃの両端又は一端には、上記第１のガスを収容する第１のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
【００７７】
これら配管部２１ｂには、夫々、複数のガス噴出口２１ａが長手方向に略等間隔で設けられている。したがって、複数のガス噴出口２１ａは、略同一面上に位置することとなる。これらガス噴出口２１ａは、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ１が表面波プラズマの表皮厚さδよりも小さくなる位置に設けられている。本実施形態では、これらガス噴出口２１ａが形成されている仮想平面Ｆ１と電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ１が１０ｍｍ未満、例えば、３ｍｍとなるように、上部ガス導入管２１が形成されており、上部ガス導入管２１を配管することで、複数のガス噴出口２１ａが電磁波入射面Ｆの下方３ｍｍの位置に設けられるようになっている（図１参照）。
【００７８】
下部ガス導入系７は、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを真空容器２の内部に導入するためのものである。本実施形態の絶縁膜形成装置１では、下部ガス導入系７は、例えば、第２のガス導入部としての下部ガス導入管２２を有している。
【００７９】
下部ガス導入管２２は、上部ガス導入部と同様に、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。ところで、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの間のような過渡状態では、電磁波は下部ガス導入系７まで到達する。そのため、下部ガス導入管２２を金属材料によって形成すると、上記過渡状態において、下部ガス導入系７が電磁界やプラズマに影響を与える場合がある。そのため、下部ガス導入管２２が電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、下部ガス導入管２２は、誘電体材料で形成するのが好ましい。下部ガス導入管２２を金属材料で形成するような場合には、下部ガス導入管２２の外面に絶縁膜を形成しておくのが好ましい。
【００８０】
下部ガス導入管２２は、図３に示すように、環状部２２ｂと一対の延出部２２ｃとを有している。環状部２２ｂは、被処理基板１００の外周よりも一回り大きく形成されている。各延出部２２ｃは、環状部２２ｂと連通されている。各延出部２２ｃの一端は、真空容器２の周壁２ｃを介して、真空容器２の外方に延出している。少なくとも一方の延出部２２ｃの一端には、上記第２のガスを収容する第２のガスシリンダ（図示せず）を着脱自在に取り付けることができるようになっている。
【００８１】
環状部２２ｂには、複数のガス噴出口２２ａが長手方向に略等間隔で設けられている。これらガス噴出口２２ａは、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が表面波プラズマの表皮厚さδよりも大きくなる位置に設けられている。本実施形態では、これらガス噴出口２２ａが形成されている仮想平面Ｆ２と電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ２が１０ｍｍ以上、例えば、３０ｍｍとなるように、下部ガス導入管２２が形成されており、下部ガス導入管２２を配設することで、複数のガス噴出口２２ａが電磁波入射面Ｆの下方３０ｍｍの位置に設けられている（図１参照）。
【００８２】
ところで、第２のガスに含まれる有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスは、モノシラン等と比べて沸点が高いため、液化し易い。そのため、第２のガスを安定して真空容器２の内部に導入するためには、下部ガス導入系７を適切な温度、すなわち８０℃から２００℃程度に保つのが望ましい。そのため、本実施形態の絶縁膜形成装置１では、下部ガス導入系７に加熱手段１１を設けている。加熱手段１１は、例えば、ヒータ１３を有している。
【００８３】
具体的には、ヒータ１３は、例えば、下部ガス導入管２２の各延出部２２ｃにその外周面に設けられている。このようにすることにより、下部ガス導入管２２を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系７全体に熱を伝えることができる。したがって、加熱手段１１を真空容器２内に設置する場合に比べて簡単な構成で下部ガス導入系７を適切な温度に保つことができる。なお、下部ガス導入管２２を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系７全体に熱を伝えるような構成の場合には、下部ガス導入管２２は、窒化アルミニウム等のように、熱伝導係数の大きい材料で形成するのが望ましい。
【００８４】
次に、絶縁膜形成装置１を用いた絶縁膜の形成方法の一例を説明する。本実施形態では、第１のガスとして酸素ガスを用いるともに、第２のガスとしてテトラアルコキシシランの一種であるテトラエトキシシランを用いて、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する例について説明する。
【００８５】
基板支持台４上に被処理基板１００を配置する。ガス排出系５を駆動させ、真空容器２内を実質的に真空とする。真空容器２内のガス圧が８０Ｐａとなるように、上部ガス導入系６から、真空容器２内に酸素ガスを４００ＳＣＣＭの流量で供給するとともに、下部ガス導入系７から、真空容器２内にテトラエトキシシランガスを１２ＳＣＣＭの流量で供給する。このとき、加熱手段１１によって、下部ガス導入系７を適切な温度（８０℃から２００℃程度）に保っておく。
【００８６】
高周波電源８をＯＮにする。これにより、２．４５ＧＨｚの電磁波は、導波管９を介して導波管スロットアンテナ１０に導かれ、導波管スロットアンテナ１０から誘電体窓３に向けて電力密度３Ｗ／ｃｍ２で照射されるようになる。
【００８７】
２．４５ＧＨｚの電磁波は、誘電体窓３を介して真空容器２内に照射される。これにより、酸素ガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面Ｆ近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面Ｆから離れた領域には電磁波が届かなくなる。つまり、表面波プラズマが生じる。酸素ガスは、電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ１が３ｍｍとなる位置、すなわち、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ１が表皮厚さδよりも小さい領域から真空容器２内に導入されているため、表面波プラズマが生じている状態において、高密度なプラズマにより酸素分子が励振され、効率良く酸素ラジカルが生成される。
【００８８】
一方、テトラエトキシシランガスは、電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ２が３０ｍｍとなる位置、すなわち、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が表皮厚さよりも大きい領域から真空容器２内に導入されている。したがって、テトラエトキシシランガスが真空容器２内に導入されている領域には、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達しないため、テトラエトキシシランが電磁波によって過度に分解されるのを抑制できる。また、電磁波入射面Ｆとの距離Ｌ１が３０ｍｍとなる位置であっても、酸素ラジカルは拡散流として到達するため、テトラエトキシシランと酸素ラジカルとは効率良く反応し、テトラエトキシシランの分解は促進される。したがって、被処理基板１００の表面に、酸化シリコンが堆積する。テトラエトキシシランは、モノシラン等と比べて分子容積の大きい化合物であるため、その立体効果により被処理基板１００の表面でマイグレーションしながら、この被処理基板１００の表面に比較的均一に付着する。したがって、被処理基板１００に膜質の良好な絶縁膜（酸化シリコン膜）１０１が形成される。
【００８９】
このような条件下では、２９ｎｍ／ｍｉｎの形成速度で被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成することができた。また、形成された絶縁膜１０１は、２ＭＶ／ｃｍの電界を印加した時のリーク電流が２×１０−１０Ａ／ｃｍ２、固定電荷密度が２×１０１１／ｃｍ２以下であった。この結果から、本実施形態の絶縁膜の形成方法では、リーク電流及び固定電荷密度とも低く抑制することができ、しかも、絶縁膜１０１の形成速度も良好であることがわかった。
【００９０】
図１０は、表面波プラズマにおける電子温度と電磁波入射面Ｆからの距離との関係を示している。電磁波入射面Ｆからの距離が１０ｍｍ付近で電子温度が急激に変化しているのは、電磁波が到達し電子が直接励振されている領域（すなわち表皮厚さδ内の領域）と、電子がほとんど励振されない領域（すなわち表皮厚さδから外れた領域）とでは、電子温度に差が生じるためであると考えられる。この結果から、表面波プラズマ状態が維持される条件下では、表皮厚さδは最大でも１０ｍｍ程度であることがわかった。
【００９１】
図１１は、表面波プラズマにおける電子密度と電磁波入射面Ｆからの距離との関係を示している。表面波プラズマでは前述のように電磁波によって励振される領域が局在化しているため、電子密度は電磁波入射面Ｆから遠ざかるに従って低下する。そのため、電磁波入射面Ｆから１０ｍｍ程度離れた位置での電子密度は、電磁波入射面Ｆでの電子密度の５０％以下となることがわかった。なお、この結果から、酸素は電子を取り込み易いため、１００％のアルゴンでプラズマを発生させた場合に比べて、酸素を混合すると電子密度が低下することもわかった。
【００９２】
以上のように、本実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、電磁波が入射される電磁波入射面Ｆを有する真空容器２の内部に被処理基板１００を配設する工程と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスとしての酸素ガスを、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ１が１０ｍｍ未満となる位置から真空容器２の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物としてのテトラエトキシシランガスを含む第２のガスを、電磁波入射面Ｆからの距離Ｌ２が１０ｍｍ以上となる位置から、第１のガスと分離して、真空容器２の内部に導入させる工程と、真空容器２の内部に電磁波入射面Ｆから電磁波を入射させることにより、真空容器２の内部で第１及び第２のガスによる表面波プラズマを生じさせ、被処理基板１００に酸化シリコンを堆積させる工程とを有している。したがって、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜１０１に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板１００に良好に絶縁膜１０１を形成することができる。
【００９３】
なお、本実施形態の絶縁膜の形成方法では、第１のガスとして酸素ガス、第２のガスとしてテトラエトキシシランガスを採用したが、第１及び第２のガスはこれに限定されるものではない。
【００９４】
第１のガスは、酸素ガスに限定されるものではなく、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含むガスを採用すればよい。第１のガスとしては、例えば、酸素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうちの１以上の希ガスと混合ガスを用いることができる。酸素へのヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの添加は、１０％から９９％までの広い添加比率で可能であり、その添加比率によって絶縁膜の形成速度を増加させることができる。
【００９５】
また、第１のガスとして、酸素ガスを含むガスを採用した場合、酸素ガスを真空容器２の内部に供給する時の流量を、第２のガスを真空容器２の内部に供給する時の流量よりも多くなるようにすることで、有機シリコン化合物中のシリコン原子や有機金属酸化物中の金属原子の酸化が促進されるため、より酸素欠損の少ない高品質な酸化膜を形成することができる。
【００９６】
第２のガスとしては、有機シリコン化合物又は有機金属酸化物を含むガスを採用すればよい。このようにすることにより、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板１００に良好に絶縁膜を形成することができる。
【００９７】
また、有機シリコン化合物としては、例えば、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサン等が挙げられるが、これに限定されるものではない。有機金属化合物としては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウム等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００９８】
また、本実施形態の絶縁膜形成装置１によれば、内部に被処理基板１００を配設可能な真空容器２と、電磁波を発生させるための高周波電源８と、電磁波を真空容器２に向けて放射するアンテナと、内面に電磁波入射面Ｆを有し、真空容器２の壁の一部を構成するように真空容器２に設けられ、アンテナから放射された電磁波を真空容器の内部に透過させる誘電体窓３と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスとしての酸素ガスを真空容器２内に導入する上部ガス導入管２１を有し、真空容器２に設けられた上部ガス導入系６と、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを真空容器２内に導入する下部ガス導入管２２を有し、真空容器２に設けられた下部ガス導入系７とを具備している。そして、上部ガス導入管２１が下部ガス導入管２２よりも電磁波入射面Ｆ側に設けられているとともに、下部ガス導入管２２のガス噴出口２２ａと電磁波入射面Ｆとの間の距離Ｌ２を１０ｍｍ以上離している。この絶縁膜形成装置１を用いることで、被処理基板１００やこの被処理基板１００に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板１００に良好に絶縁膜を形成することができる。
【００９９】
しかも、本実施形態の絶縁膜形成装置１は、アンテナが、１以上の導波管スロットアンテナ１０を有しているため、誘電損失が少なく大電力に耐えることができる。さらに、複数の導波管スロットアンテナ１０を、複数の誘電体窓３の外面と夫々対向させ、且つ、互いに並べて配設しているので、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板であっても絶縁膜を形成することができる。
【０１００】
以下、本発明の第２の実施形態を、図４及び図５を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１０１】
本実施形態の絶縁膜形成装置１は、下部ガス導入系７及び加熱手段１１が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１０２】
下部ガス導入系７は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体により形成されている。なお、下部ガス導入系７の材料として誘電体を用いるのが望ましいことは、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同様である。
【０１０３】
下部ガス導入系７は、第１のガス導入部（下部ガス導入部）としてのシャワープレート３０を有している。図４に示すように、シャワープレート３０は、互いに対向する一対の板材３１ａ，３１ｂを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間Ｓ１に第２のガスが流通されるようになっている。シャワープレート３０は、内部空間Ｓ１を開放させる開口部３２を有している。また、真空容器２の周壁２ｃには、内部空間Ｓ１を真空容器２の外方に開放するための開口部３３が形成されている。したがって、シャワープレート３０の内部空間Ｓ１は、開口部３２と開口部３３の壁を介して、真空容器２の外方に開放している。第２のガスは、開口部３３及び開口部３２を介して、シャワープレート３０の内部空間Ｓ１に導入される。このシャワープレート３０は、真空容器２を上側の部屋と下側の部屋とに分断する大きさに形成されており、基板支持台４を上方から覆うように設けられている。
【０１０４】
図５に示すように、このシャワープレート３０は、第１のガスや酸素ラジカルを上側の部屋と下側の部屋とで流通させるための多数の貫通孔３５が設けられている。さらに、このシャワープレート３０には、下側の板材３１ｂの壁に多数のガス噴出口３６が設けられている。
【０１０５】
さらに、このシャワープレート３０には、加熱手段１１が設けられている。加熱手段１１は、高温媒体循環器３４を有している。高温媒体循環器３４は、ポンプ３４ａ、循環路３４ｂ、ヒータ（図示せず）、及び、高温流体等を有して構成されている。高温流体は、例えば、空気や、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノン等のガス、或いは、水、エチレングリコール、鉱油、アルキルベンゼン、ジアリールアルカン、トリアリールジアルカン、ジフェニル−ジフェニルエーテル混合体、アルキルビフェニル、アルキルナフタレン等の液体から選択すればよい。
【０１０６】
高温流体（高温気体又は高温液体）を循環させる循環路３４ｂは、シャワープレート３０の内部に設けられている。なお、上記循環路は、第１のガスを流通させる内部空間Ｓ１からは隔離されている。この高温媒体循環器３４では、ヒータで高温流体を加熱するとともに、ポンプ３４ａを稼動させて高温流体をシャワープレート３０の内部に流通させることによって、下部ガス導入系７を８０℃乃至２００℃程度の温度に保つように構成されている。
【０１０７】
このように下部ガス導入系７を高温媒体の循環によって加熱すると、下部ガス導入系７にすばやく熱エネルギーが伝えられるとともに、下部ガス導入系７を均等に加熱することができる。そのため、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスを含むガスを使用して絶縁膜を形成する際に、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができる。
【０１０８】
以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置１を用いれば、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができるため、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。
【０１０９】
以下、本発明の第３の実施形態を、図６を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１１０】
本実施形態の絶縁膜形成装置１は、上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１１１】
上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体により形成されている。なお、上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７の材料として誘電体を用いるのが望ましいことは、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同様である。
【０１１２】
上部ガス導入系６は、第１のガス導入部（上部ガス導入部）としての上部シャワープレート４０を有している。上部シャワープレート４０は、真空容器２の上壁２ａの内面を覆う板材４１を有しており、真空容器２の上壁２ａと板材４１との間の内部空間Ｓ２に、第１のガスが流通されるようになっている。板材４１は、内部空間Ｓ２を気密に保つように、真空容器２の上壁２ａに接続されている。上部シャワープレート４０の内部空間Ｓ２は、真空容器２の周壁２ｃに形成された開口部４２を介して、真空容器２の外方に開放している。この開口部４２から、第１のガスが上部シャワープレート４０の内部空間Ｓ２に導入される。また、この上部シャワープレート４０の板材４１には、多数のガス噴出口４３が略等間隔で設けられている。
【０１１３】
ところで、上述したような上部シャワープレート４０では、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属製の板材４１を真空容器２の上壁２ａに接地させるとともに、ガス噴出口４３を充分に小さくすることで、プラズマを内部空間Ｓ２に閉じ込めることができる。このようにすることにより、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの過渡状態において、プラズマが被処理基板１００に達するのを抑制できるとともに、プラズマ放射光に含まれるエネルギーの高い紫外光を上部シャワープレート４０により遮ることができる。したがって、被処理基板１００の損傷抑止効果を高めることができる。
【０１１４】
上部シャワープレート４０を、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体で形成した場合、上部シャワープレート４０の形状や上部シャワープレート４０の内部空間Ｓ２におけるガス圧力等によっては、プラズマは、板材４１の上方で生じる場合と板材４１に下方で生じる場合とがある。
【０１１５】
プラズマが板材４１の上方で生じるように設定すると、プラズマ放射光に含まれるエネルギーの高い紫外光が上部シャワープレート４０で遮られるため、被処理基板１００の損傷抑止効果を高めることができる。
【０１１６】
プラズマが板材４１の下方で生じるように設定すると、上部シャワープレート４０を通して第１のガスをプラズマに分散供給することができるため、プラズマの均一性を高めることができる。なお、プラズマが板材４１の下方で生じるように設定した場合には、電磁波入射面Ｆは、板材４１と真空容器２の内部空間との界面（板材４１の下面）であり、他の場合は電磁波入射面Ｆは、誘電体窓３と真空容器２の内部空間との界面（誘電体窓３の内面）である。
【０１１７】
下部ガス導入系７は、第２のガス導入部（下部ガス導入部）としての下部シャワープレート５０を有している。下部シャワープレート５０は、基板支持台４に支持される被処理基板１００を覆う程度の大きさに形成されている。この下部シャワープレート５０は、互いに対向する一対の板材５１ａ，５１ｂを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間Ｓ３に第２のガスが流通されるようになっている。下部シャワープレート５０の内部空間Ｓ３は、真空容器２の周壁２ｃに形成された開口部５２を介して、真空容器２の外方に開放している。この開口部５２から、第２のガスが下部シャワープレート５０の内部空間Ｓ３に導入される。
【０１１８】
また、この下部シャワープレート５０の下側の板材５１ｂには、多数のガス噴出口５３が設けられている。この下部シャワープレート５０では、複数のガス噴出口５３の単位面積あたりの開口比率を、下部シャワープレート５０内のガス流の上流側で、このガス流に対するガス噴出口５３のコンダクタンス（物理的抵抗の逆数）が小さく、下部シャワープレート５０内のガス流の下流側で、このガス流に対するガス噴出口５３のコンダクタンスが大きくなるように設定している。具体的には、複数のガス噴出口５３の単位面積あたりの開口比率を、下部シャワープレート５０内のガス流の上流側が小さく、ガス流の下流側が大きくなるように設定している。このようにすることにより、下部シャワープレート５０の下面の略全域に対応する領域から、第２のガスを真空容器２内に向けて均一に吐出させることができる。また、図示しないが、下部シャワープレート５０は、第１のガスや酸素ラジカルを下部シャワープレート５０の上側の領域と下部シャワープレート５０の下側の領域との間で流通させるための多数の貫通孔を有している。
【０１１９】
なお、下部ガス導入系７を８０℃から２００℃程度の温度に保つことが望ましい。そのため、下部ガス導入系７に、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１や、第２の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１等を備えさせてもよい。
【０１２０】
以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置１を用いれば、第２のガスを被処理基板１００の上方から真空容器２内に均一に供給することができるため、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。
【０１２１】
以下、本発明の第４の実施形態を、図７を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１２２】
本実施形態の絶縁膜形成装置は、上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１２３】
上部ガス導入系６は、第３の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１が備える上部ガス導入系６と同様である。
【０１２４】
下部ガス導入系７は、下部ガス導入部としての下部シャワープレート６０を有している。下部シャワープレート６０は、基板支持台４に支持される被処理基板１００を覆う程度の大きさに形成されている。この下部シャワープレート６０は、互いに対向する一対の板材６１ａ，６１ｂを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間Ｓ４に第２のガスが流通されるようになっている。下部シャワープレート６０の内部空間Ｓ４は、真空容器２の周壁２ｃに形成された開口部６２を介して、真空容器２の外方に開放している。この開口部６２から、第２のガスが下部シャワープレート６０の内部空間Ｓ４に導入される。
【０１２５】
下部シャワープレート６０の内部空間Ｓ４には、第２のガスの流れを調整する複数の隔壁６４が設けられている。これらの隔壁６４は、下部シャワープレート６０内のガス流の上流側でこのガス流に対する隔壁６４のコンダクタンスが大きく、下部シャワープレート６０内のガス流の下流側でこのガス流に対する隔壁６４のコンダクタンスが小さくなるように、その大きさが設定されている。具体的には、各隔壁６４は、下部シャワープレート６０内のガス流の上流側で低く、ガス流の下流側が高くなるように、その高さが設定されている。このように、第２のガスの流入圧力の高いガス流の上流側の隔壁６４を小さくすることで、ガス流の上流側のコンダクタンスを大きくすることができるとともに、第２のガスの流入圧力の低いガス流の下流側で隔壁６４を大きくすることで、ガス流の下流側のコンダクタンスを小さくすることができる。
【０１２６】
下部シャワープレート６０の下側の板材６１ａには、これら隔壁６４で区分される各領域に夫々対応させて、多数のガス噴出口６３が設けられている。このようにすることにより、第２のガスは、隔壁６４で制限された隙間６５を通る流れと、ガス噴出口６３から噴出する流れに分かれる。隔壁６４によりコンダクタンスを変えることで、隙間６５を通る流れと、ガス噴出口６３から噴出する流れの流量比を調節することができる。この流量比を所望の値に調整することで、下部シャワープレート６０の下面の略全域に対応する領域から、第２のガスを真空容器２内に向けて均一に吐出させることができる。また、図示しないが、下部シャワープレート６０は、第１のガスや酸素ラジカルを下部シャワープレート６０の上側の領域と下部シャワープレート６０の下側の領域との間で流通させるための多数の貫通孔を有している。
【０１２７】
なお、下部ガス導入系７を８０℃から２００℃程度の温度に保つことが望ましい。そのため、下部ガス導入系７に、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１や、第２の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１等を備えさせてもよい。
【０１２８】
以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置１を用いれば、第２のガスを被処理基板１００の上方から真空容器２内に均一に供給することができるため、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。
【０１２９】
以下、本発明の第５の実施形態を、図８を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１３０】
本実施形態の絶縁膜形成装置１は、上部ガス導入系６及び下部ガス導入系７が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１３１】
上部ガス導入系６としては、第３の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１が備える上部ガス導入系６と同様である。
【０１３２】
下部ガス導入系７は、第２のガス導入部（下部ガス導入部）としての下部シャワープレート７０を有している。下部シャワープレート７０は、基板支持台４に支持される被処理基板１００を覆う程度の大きさに形成されている。この下部シャワープレート７０は、互いに対向する一対の板材７１ａ，７１ｂを有して偏平な箱状に形成されている。また、一対の板材７１ａ，７１ｃの間には、複数の開口部７４ａを有する拡散板７４が設けられている。この拡散板７４により、下部シャワープレート７０の内部空間Ｓ５は、第１のガス室としての上側ガス室Ｇ１と、第２のガス室としての下側ガス室Ｇ２とに分断されている。下部シャワープレート７０の内部空間Ｓ５のうちの上側ガス室Ｇ１は、真空容器２の周壁２ｃに形成された開口部７２を介して、真空容器２の外方に開放している。この開口部６２から、第２のガスが下部シャワープレート７０の上側ガス室Ｇ１に導入される。また、下部シャワープレート７０の下側の板材７１ｂは、複数のガス噴出口７３を有している。
【０１３３】
この下部シャワープレート７０では、拡散板７４の開口部７４ａの大きさ・数・形状等によって、上側ガス室Ｇ１と下側ガス室Ｇ２との間でガスの流れが調整されるようになっている。本実施形態では、拡散板７４の開口部７４ａの単位面積あたりの開口比率は、下部シャワープレート７０内のガス流の上流側で、このガス流に対する開口部７４ａのコンダクタンスが小さく、下部シャワープレート７０内のガス流の下流側で、このガス流に対する開口部７４ａのコンダクタンスが大きくなるように設定されている。具体的には、第２のガスの流入圧力の高いガス流の上流側では、拡散板７４の単位面積あたりの開口面積を小さくすることでコンダクタンスを小さくし、第２のガスの流入圧力の低いガス流の下流側では、開口面積を大きくすることでコンダクタンスを大きくしている。このようにすることにより、拡散板７４の下面の略全域に対応する領域から、第２のガスを下側ガス室Ｇ２に向けて均一に送ることができるため、結果として、下部シャワープレート５７の下面の略全域に対応する領域から、第２のガスを真空容器２内に向けて均一に吐出されることとなる。
【０１３４】
なお、下部ガス導入系７を８０℃から２００℃程度の温度に保つことが望ましい。そのため、下部ガス導入系７に、第１の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１や、第２の実施形態の絶縁膜形成装置１が備える加熱手段１１等を備えさせてもよい。
【０１３５】
以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置１を用いれば、第２のガスを被処理基板１００の上方から真空容器２内に均一に供給することができるため、被処理基板１００に絶縁膜１０１を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。
【０１３６】
以下、本発明の第６の実施形態を、図９を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜の形成装置の一実施形態について説明する。
【０１３７】
本実施形態の絶縁膜形成装置１は、上部ガス導入系６が第１の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置１と異なっているが、他の構成は上述した第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１３８】
本実施形態の上部ガス導入系６は、誘電体窓３と一体化に形成されている。詳しくは、誘電体窓３には、その内部に第１のガスを流通させるガス流通経路８１、ガス流通経路８１と真空容器２の内部とを連通させる複数の連通路８２、及び、ガス流通経路８１と真空容器２の外方とを連通させる連通管８３とを有している。ガス流通経路８１及び複数の連通路８２は、誘電体窓３を切削する等により形成されている。各連通管８３はガス流通経路８１と連通している。ガス流通経路８１と連通管８３とにより第１のガス導入部（上部ガス導入部）が構成されており、連通路８２の開口端が、第１のガスを真空容器２の内部に導入するガス噴出口となる。
【０１３９】
連通管８３は、真空容器２の上壁２ａに形成された貫通孔８４内に配管され、真空容器２の外方に延出している。連通管８３は、誘電体窓３とは一体であっても別体であってもよい。なお、この場合においても、誘電体窓３の内面が電磁波入射面Ｆとなる。他の構成は第１の実施形態の絶縁膜形成装置１と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【０１４０】
本実施形態の絶縁膜形成装置１によれば、第１のガス導入系から供給される第１のガスを誘電体部材３近傍で効率よく分解させ、酸素ラジカルを効率良く生成することができる。
【０１４１】
なお、本発明の絶縁膜の形成装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿って示す断面図。
【図３】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿って示す断面図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る絶縁膜の形成装置を示す断面図。
【図１０】電磁波入射面からの距離と電子温度との関係を示す図。
【図１１】電磁波入射面からの距離と電子密度との関係を示す図。
【符号の説明】
【０１４３】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…絶縁膜の形成装置、 ２…真空容器（処理容器）、 ３…誘電体窓（誘電体部材）、 ６…上部ガス導入系（第１のガス導入系）、 ７…下部ガス導入系（第２のガス導入系）、 ８…高周波電源、 １０…導波管スロットアンテナ、 １１加熱手段、 １００…被処理基板１００、 １０１…絶縁膜、 Ｆ…電磁波入射面、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理基板を配設可能な処理容器と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを前記処理容器内に導入させる第１のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第１のガス導入系と、
有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを前記処理容器内に導入させる第２のガス導入部を有し、前記処理容器内に配置される被処理基板より大きい環状の下部ガス導入管からなる第２のガス導入系と、
前記下部ガス導入管を８０℃乃至２００℃に加熱する加熱手段と、を具備し、
前記第１のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ未満に設定されているとともに、前記第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ以上に設定されており、且つ、前記処理容器の内部の前記電磁波入射面近傍に前記第１のガスによる表面波プラズマを生成し、第１のガスのラジカルを生成させ、
前記ラジカルが拡散流として前記第２のガス雰囲気に到達し前記第２のガスと反応して前記被処理基板に絶縁膜を形成させることを特徴とする絶縁膜形成装置。
【請求項２】
前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する１以上の導波管スロットアンテナを更に具備していることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜形成装置。
【請求項３】
前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する複数の導波管スロットアンテナと、
これら導波管スロットアンテナが上に配置された外面と、
前記電磁波入射面を有する内面とを備えた誘電体部材とを更に具備することを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜形成装置。
【請求項１】
電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理基板を配設可能な処理容器と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第１のガスを前記処理容器内に導入させる第１のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第１のガス導入系と、
有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第２のガスを前記処理容器内に導入させる第２のガス導入部を有し、前記処理容器内に配置される被処理基板より大きい環状の下部ガス導入管からなる第２のガス導入系と、
前記下部ガス導入管を８０℃乃至２００℃に加熱する加熱手段と、を具備し、
前記第１のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ未満に設定されているとともに、前記第２のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が１０ｍｍ以上に設定されており、且つ、前記処理容器の内部の前記電磁波入射面近傍に前記第１のガスによる表面波プラズマを生成し、第１のガスのラジカルを生成させ、
前記ラジカルが拡散流として前記第２のガス雰囲気に到達し前記第２のガスと反応して前記被処理基板に絶縁膜を形成させることを特徴とする絶縁膜形成装置。
【請求項２】
前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する１以上の導波管スロットアンテナを更に具備していることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜形成装置。
【請求項３】
前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する複数の導波管スロットアンテナと、
これら導波管スロットアンテナが上に配置された外面と、
前記電磁波入射面を有する内面とを備えた誘電体部材とを更に具備することを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−４９５９５（Ｐ２０１１−４９５９５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１７３５（Ｐ２０１０−２６１７３５）
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【分割の表示】特願２００４−８１３０７（Ｐ２００４−８１３０７）の分割
【原出願日】平成１６年３月１９日（２００４．３．１９）
【出願人】（５０１２８６６５７）株式会社 液晶先端技術開発センター (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【分割の表示】特願２００４−８１３０７（Ｐ２００４−８１３０７）の分割
【原出願日】平成１６年３月１９日（２００４．３．１９）
【出願人】（５０１２８６６５７）株式会社 液晶先端技術開発センター (161)
【Ｆターム（参考）】
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