(57)【要約】【課題】回転テーブルに載置されて公転するウエハに原料ガス及び反応ガスを交互に供給して成膜を行う成膜装置において、クリーニングを行うことによる成膜処理への影響を抑制すること。【解決手段】真空容器１１内にて、原料ガスをウエハＷに供給するためのガス給排気ユニット２、プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃを、回転テーブル１２の回転方向に互に離れるように配置する。前記ユニット２の下方は原料ガスの吸着領域Ｒ０に相当する。プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃの下方はプラズマ発生領域Ｒ１〜Ｒ３に相当し、例えば領域Ｒ１、Ｒ３を改質ガスである水素ガスのプラズマ発生領域、反応ガスであるアンモニアガスのプラズマ発生領域として割り当てる。そして領域Ｒ２は、成膜時には使用しないが、成膜後にクリーニングガスのプラズマを発生する領域として割り当てる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にて回転テーブルに配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、原料ガス及び原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスを基板に交互に複数回供給し、基板上に反応生成物を堆積して成膜を行う成膜装置において、
原料ガスを基板に供給する原料ガス供給領域と、
前記原料ガス供給領域に対して回転テーブルの回転方向に離れた位置にてプラズマを発生させる一つ以上のプラズマ発生領域と、
基板に対して成膜が行われていないときに、前記プラズマ発生領域及び前記原料ガス供給領域に対して前記回転方向に離れた領域において、前記回転テーブルにクリーニングガスを供給して当該回転テーブルをクリーニングするクリーニング領域と、を備え、
前記プラズマ発生領域の少なくとも一つは、前記反応ガスをプラズマ化してプラズマを発生させる領域であることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記反応ガスをプラズマ化してプラズマを発生させるプラズマ発生領域に加えて、基板上の反応生成物の改質を行うための改質ガスをプラズマ化してプラズマを発生させるプラズマ発生領域を備えていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記改質ガスは、水素ガスを含むことを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記原料ガスはシリコンを含み、
前記反応ガスは窒素含有ガスであり、
前記基板上に成膜される膜は、窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記クリーニング領域は、前記クリーニングガスをプラズマ化して前記回転テーブルに供給する領域であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記クリーニングガスは、フッ素を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項７】
真空容器内にて回転テーブルに配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、原料ガス供給領域にて原料ガスを基板に供給して基板に吸着させるステップと前記原料ガス供給領域に対して回転テーブルの回転方向に離れた一つ以上のプラズマ発生領域にて基板に対して処理を行うステップとを複数回繰り返すことにより、原料ガスと反応ガスとを反応させて生成される反応生成物からなる薄膜を成膜する工程と、
次いで、前記回転テーブルを回転させると共に、前記プラズマ発生領域及び前記原料ガス供給領域に対して前記回転方向に離れた領域において、回転テーブルにクリーニングガスを供給して薄膜を除去する工程と、を含み、
前記プラズマ発生領域の少なくとも一つは、前記反応ガスをプラズマ化してプラズマを発生させる領域であることを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。
【請求項８】
前記反応ガスをプラズマ化してプラズマを発生させるプラズマ発生領域に加えて、基板上の反応生成物の改質を行うための改質ガスをプラズマ化してプラズマを発生させるプラズマ発生領域を備えていることを特徴とする請求項７記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項９】
前記クリーニングを供給する領域は、前記クリーニングガスをプラズマ化して前記回転テーブルに供給する領域であることを特徴とする請求項７または８記載の成膜装置のクリーニング方法。
【請求項１０】
真空容器内にて回転テーブルに配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、原料ガス及び原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスを基板に交互に複数回供給し、基板上に反応生成物を堆積して成膜を行う成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納する記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、請求項７ないし９のいずれか一項に記載のクリーニング方法を実行するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置をクリーニングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハ）に例えばＳｉ３Ｎ４（以下窒化シリコンあるいはＳｉＮと表示する）膜などの各種の膜が成膜される。この成膜処理は例えば原料ガスと反応ガスとを交互に複数回ウエハに供給するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）などと呼ばれている手法によって行われる。ＡＬＤを行う成膜装置としては、真空容器内に設けられる回転テーブルにウエハが載置され、当該回転テーブルの回転によって公転するウエハが、原料ガスが供給される雰囲気と、反応ガスが供給される雰囲気とを繰り返し通過するように構成される装置が知られている。また、これら原料ガスの雰囲気及び反応ガスの雰囲気の他に膜を改質する改質ガスが回転テーブル上に供給され、反応ガス、改質ガスが夫々供給される所定の領域で、これら反応ガス及び改質ガスをプラズマ化するプラズマ化機構が設けられる場合が有る。
【０００３】
上記の成膜装置においては、原料ガス及び反応ガスはウエハの他に回転テーブルにも供給されるので、回転テーブルにも成膜される。そこで、成膜が行われていないときには、クリーニングガスが真空容器内に供給され、この回転テーブルの膜を除去するクリーニングが行われる。なお、特許文献１にはハロゲン元素を含むガスによる処理容器の腐食を防ぐための技術について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９８７９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の成膜装置において、成膜処理時においては反応ガス及び改質ガスが供給される領域にクリーニングガスとしてＮＦ３（三フッ化窒素）ガスを供給し、上記のプラズマ化機構により当該ＮＦ３ガスをプラズマ化してクリーニングを行った。このクリーニング終了後に、クリーニングを行う前と同じ処理条件を設定してＳｉＮ膜の成膜を行うと、クリーニングを行う直前に成膜されたＳｉＮ膜に比べて膜厚、膜質が夫々低下していることが確認された。
【０００６】
クリーニングを行う直前に成膜されたＳｉＮ膜と比べると、クリーニング後に成膜されたＳｉＮ膜にはＦ（フッ素）が多く含まれていた。これは、プラズマ化したクリーニングガスを構成するＦが真空容器の天板にドープされ、成膜処理時にこの天板からＳｉＮ膜に混入したと考えられる。上記の特許文献１には、このようにクリーニングガスを構成する成分が真空容器に残留してしまう問題に対応する手法は記載されていない。
【０００７】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、回転テーブルに載置されて公転する基板にガスを供給して成膜を行う成膜装置において、クリーニングを行うことによる成膜処理への影響を抑制する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は真空容器内にて回転テーブルに配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、原料ガス及び原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスを基板に交互に複数回供給し、基板上に反応生成物を堆積して成膜を行う成膜装置において、
原料ガスを基板に供給する原料ガス供給領域と、
前記原料ガス供給領域に対して回転テーブルの回転方向に離れた位置にてプラズマを発生させる一つ以上のプラズマ発生領域と、
基板に対して成膜が行われていないときに、前記プラズマ発生領域及び前記原料ガス供給領域に対して前記回転方向に離れた領域において、前記回転テーブルにクリーニングガスを供給して薄膜を除去するクリーニング領域と、を備え、
前記プラズマ発生領域の少なくとも一つは、前記反応ガスをプラズマ化してプラズマを発生させる領域であることを特徴とする。
【０００９】
他の発明は、成膜装置のクリーニング方法において、
真空容器内にて回転テーブルに配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、原料ガス供給領域にて原料ガスを基板に供給して基板に吸着させるステップと前記原料ガス供給領域に対して回転テーブルの回転方向に離れた一つ以上のプラズマ発生領域にて基板に対して処理を行うステップとを複数回繰り返すことにより、原料ガスと反応ガスとを反応させて生成される反応生成物からなる薄膜を成膜する工程と、
次いで、前記回転テーブルを回転させると共に、前記プラズマ発生領域及び前記原料ガス供給領域に対して前記回転方向に離れた領域において、回転テーブルにクリーニングガスを供給して薄膜を除去する工程と、を含み、
前記プラズマ発生領域の少なくとも一つは、前記反応ガスをプラズマ化してプラズマを発生させる領域であることを特徴とする。
【００１０】
更に他の発明は、真空容器内にて回転テーブルに配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、原料ガス及び原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスを基板に交互に複数回供給し、基板上に反応生成物を堆積して成膜を行う成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納する記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、本発明のクリーニング方法を実行するようにステップが組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、クリーニングガスを回転テーブルに供給して回転テーブルのクリーニングを行うクリーニング領域と、成膜処理時にプラズマを発生するプラズマ発生領域とが回転テーブルの回転方向に離れている。このためクリーニング時に真空容器内に付着したクリーニングガスの成分が成膜処理時にプラズマにより処理雰囲気に飛散することが抑えられ、成膜に対する悪影響が抑制される。またクリーニング領域は、原料ガス供給領域から前記回転方向に離れているので、原料ガスを供給するガス供給部の材質の自由度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。
【図２】前記成膜装置の横断平面図である。
【図３】前記成膜装置の概略横断平面図である。
【図４】前記成膜装置に設けられるガスシャワーヘッドの縦断側面図である。
【図５】前記ガスシャワーヘッドの下面図である。
【図６】前記成膜装置の周方向に沿った概略縦断側面図である。
【図７】前記成膜処理中の前記成膜装置を示す平面図である。
【図８】クリーニング中の前記成膜装置を示す平面図である。
【図９】評価試験の結果を示すグラフである。
【図１０】評価試験の結果を示すグラフである。
【図１１】評価試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態に係る成膜装置１について、図１の縦断側面図、図２の横断平面図及び図３の概略横断平面図を参照しながら説明する。この成膜装置１は既述のＡＬＤによって、ウエハＷの表面にＳｉＮ膜を成膜する成膜処理を行い、この成膜処理に並行して、ＳｉＮ膜の改質を行う改質処理が行われる。また、成膜処理が行われないときには、成膜処理時においてウエハＷが載置される回転テーブルに成膜されたＳｉＮ膜を除去するクリーニングが行われる。
【００１４】
図中１１は扁平な概ね円形の真空容器（処理容器）であり、側壁及び底部を構成する容器本体１１Ａと、上部材１１Ｂとにより構成されている。図中１２は、真空容器１１内に水平に設けられる円形の回転テーブルである。図中１２Ａは、回転テーブル１２の裏面中央部を支持する支持部である。図中１３は回転機構であり、成膜処理中において支持部１２Ａを介して回転テーブル１２を、その周方向に平面視時計回りに回転させる。なお、図１中のＸは回転テーブル１２の回転軸（回転中心）を表している。
【００１５】
回転テーブル１２の上面には、回転テーブル１２の周方向（回転方向）に沿って６つの円形の凹部１４が設けられており、各凹部１４にウエハＷが収納される。つまり、回転テーブル１２の回転によって公転するように、各ウエハＷは回転テーブル１２に載置される。また、図１中１５はヒーターであり、真空容器１１の底部において同心円状に複数設けられ、回転テーブル１２に載置されたウエハＷを加熱する。図２中１６は真空容器１１の側壁に開口したウエハＷの搬送口であり、図示しないゲートバルブによって開閉自在に構成される。真空容器１１内における搬送口１６に臨む領域であって、回転テーブル１２の下方側にはウエハＷの下面を保持する図示しない３本の昇降ピンが設けられ、また各凹部１４の底部には、前記３本の昇降ピンが通る孔部が形成されている。回転テーブル１２は、ウエハＷを搬入、搬出するときには、凹部の孔部と昇降ピンとが上下で重なる位置に順次停止し、図示しない基板搬送機構と昇降ピンとの協働作用により、ウエハＷは搬送口１６を介して、真空容器１１の外部と凹部１４内との間で受け渡される。
【００１６】
回転テーブル１２上には、ガス給排気ユニット２と、プラズマ形成ユニット３Ａと、プラズマ形成ユニット３Ｂと、プラズマ形成ユニット３Ｃと、が、回転テーブル１２の回転方向（この例では時計回り）下流側に向かい、当該回転方向に沿ってこの順に設けられている。ガス給排気ユニット２は、ＳｉＮ膜を形成するための原料ガスであるＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスをウエハＷに供給するユニットである。プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃは、回転テーブル１２上に供給されたプラズマ形成用ガスをプラズマ化するユニットである。プラズマ形成ユニット３Ｃは、ウエハＷに吸着されたＤＣＳガスを窒化してＳｉＮ膜を形成するためのプラズマ処理を行う。プラズマ形成ユニット３Ａは、ＳｉＮ膜を改質するためのプラズマ処理を行う。プラズマ形成ユニット３Ｂは、上記のクリーニングを行うためのプラズマ処理を行う。
【００１７】
上記のガス給排気ユニット２の構成について、縦断側面図である図４及び下面図である図５も参照しながら説明する。ガス給排気ユニット２は、平面視、回転テーブル１２の中央側から周縁側に向かうにつれて回転テーブル１２の周方向に広がる扇状に形成されており、ガス給排気ユニット２の下面は、回転テーブル１２の上面に近接すると共に対向している。
【００１８】
ガス給排気ユニット２は例えばアルミニウムにより構成され、その下面には、吐出部をなすガス吐出口２１、排気口２２及びパージガス吐出口２３が開口している。図中での識別を容易にするために、図５では、排気口２２及びパージガス吐出口２３に多数のドットを付して示している。ガス吐出口２１は、ガス給排気ユニット２の下面の周縁部よりも内側の扇状領域２４に多数配列されている。このガス吐出口２１は、成膜処理時における回転テーブル１２の回転中にＤＣＳガスを下方にシャワー状に吐出して、ウエハＷの表面全体に供給する。
【００１９】
この扇状領域２４においては、回転テーブル１２の中央側から回転テーブル１２の周縁側に向けて、３つの区域２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが設定されている。夫々の区域２４Ａ、区域２４Ｂ、区域２４Ｃに設けられるガス吐出口２１の夫々に独立してＤＣＳガスを供給できるように、ガス給排気ユニット２には互いに区画されたガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃが設けられている。各ガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの下流端は、各々ガス吐出口２１として構成されている。
【００２０】
そして、ガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの各上流側は、各々配管を介してＤＣＳガスの供給源２６に接続されており、各配管にはバルブ及びマスフローコントローラにより構成されるガス供給機器２７が介設されている。ガス供給機器２７によって、ＤＣＳガス供給源２６から供給されるＤＣＳガスの各ガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃにおける下流側への給断及び流量が制御される。なお、後述するガス供給機器２７以外の各ガス供給機器も、ガス供給機器２７と同様に構成され、下流側へのガスの給断及び流量を制御する。
【００２１】
続いて、上記の排気口２２及びパージガス吐出口２３について説明する。排気口２２及びパージガス吐出口２３は、扇状領域２４（図５参照）を囲むと共に回転テーブル１２の上面に対向するように、ガス給排気ユニット２の下面の周縁部に環状に開口しており、パージガス吐出口２３が排気口２２の外側に位置している。回転テーブル１２上における排気口２２の内側の領域は、ウエハＷの表面へのＤＣＳの吸着が行われる原料ガス供給領域である吸着領域Ｒ０を構成する。パージガス吐出口２３は、回転テーブル１２上にパージガスとして例えばＡｒ（アルゴン）ガスを吐出する。
【００２２】
成膜処理中において、ガス吐出口２１からの原料ガスの吐出、排気口２２からの排気及びパージガス吐出口２３からのパージガスの吐出が共に行われる。それによって、図４中に矢印で示すように回転テーブル１２へ向けて吐出された原料ガス及びパージガスは、回転テーブル１２の上面を排気口２２へと向かい、当該排気口２２から排気される。このようにパージガスの吐出及び排気が行われることにより、吸着領域Ｒ０の雰囲気は外部の雰囲気から分離され、当該吸着領域Ｒ０に限定的に原料ガスを供給することができる。即ち、吸着領域Ｒ０に供給されるＤＣＳガスと、後述するように吸着領域Ｒ０の外部に供給されるガス及びガスの活性種と、が混合されることを抑えることができる。このようにガス給排気ユニット２は、原料ガスを回転テーブル１２に供給する原料ガス供給部と、吸着領域Ｒ０の雰囲気と吸着領域Ｒ０の外側の雰囲気とを分離する分離機構とを構成する。
【００２３】
図４中２３Ａ、２３Ｂは、各々ガス給排気ユニット２に設けられる互いに区画されたガス流路であり、上記の原料ガスの流路２５Ａ〜２５Ｃに対しても各々区画されて設けられている。ガス流路２３Ａの上流端は排気口２２、ガス流路２３Ａの下流端は排気装置２８に夫々接続されており、この排気装置２８によって、排気口２２から排気を行うことができる。また、ガス流路２３Ｂの下流端はパージガス吐出口２３、ガス流路２３Ｂの上流端はＡｒガスの供給源２９に夫々接続されている。ガス流路２３ＢとＡｒガス供給源２９とを接続する配管には、ガス供給機器２０が介設されている。
【００２４】
図１〜図３に戻って、プラズマ形成ユニット３Ｂについて説明する。プラズマ形成ユニット３Ｂは、プラズマ形成用のガスを回転テーブル１２上に供給すると共に、このガスにマイクロ波を供給して、回転テーブル１２上にプラズマを発生させる。プラズマ形成ユニット３Ｂは、上記のマイクロ波を供給するためのアンテナ３１を備えており、当該アンテナ３１は、誘電体板３２と金属製の導波管３３とを含む。
【００２５】
誘電体板３２は、平面視回転テーブル１２の中央側から周縁側に向かうにつれて広がる概ね扇状に形成されている。真空容器１１の上部材１１Ｂには上記の誘電体板３２の形状に対応するように、概ね扇状の貫通口が設けられており、当該貫通口の下端部の内周面は貫通口の中心部側へと若干突出して、支持部３４を形成している。上記の誘電体板３２はこの貫通口を上側から塞ぎ、回転テーブル１２に対向するように設けられており、誘電体板３２の周縁部は支持部３４に支持されている。つまり、誘電体板３２は真空容器１１の天板を構成する。
【００２６】
導波管３３は誘電体板３２上に設けられており、上部材１１Ｂ上に延在する内部空間３５を備える。図中３６は、導波管３３の下部側を構成するスロット板であり、誘電体板３２に接するように設けられ、複数のスロット孔３６Ａを有している。導波管３３の回転テーブル１２の中央側の端部は塞がれており、回転テーブル１２の周縁部側の端部には、マイクロ波発生器３７が接続されている。マイクロ波発生器３７は、例えば、約２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管３３に供給する。このマイクロ波は、スロット板３６のスロット孔３６Ａを通過して誘電体板３２に至り、後述するガスインジェクター及びノズルから誘電体板３２の下方に吐出されたガスに供給され、当該誘電体板３２の下方にプラズマを形成することができる。このように誘電体板３２の下方の概ね扇状の領域はプラズマ発生領域をなし、Ｒ２として示す。
【００２７】
図１及び図３に示すように、プラズマ形成ユニット３Ｂの上記の支持部３４（図３では図示していない）においては、回転テーブル１２の中心部側にノズル４１が回転テーブル１２の周方向に沿って例えば２本設けられている。各ノズル４１は回転テーブル１２の周縁部側に水平に後述のＮＦ３ガスを吐出するように構成されている。また上記の支持部３４における回転テーブル１２の周縁部側には、ノズル４２が回転テーブル１２の周方向に沿って例えば３本設けられており、各ノズル４２は回転テーブル１２の中心部側に水平にＮＦ３ガスを吐出するように構成されている。
図３中、４３はクリーニングガスであるＮＦ３ガスの供給源であり、ＮＦ３ガス供給源４３とノズル４１とを接続する配管にはガス供給機器４４が、ＮＦ３ガス供給源４３とノズル４２とを接続する配管にはガス供給機器４５が夫々介設されている。この例ではプラズマ発生領域Ｒ２は、クリーニング領域に相当する。
【００２８】
なお、プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｃは上記のプラズマ形成ユニット３Ｂと同様に構成されており、プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｃにおけるプラズマ発生領域Ｒ２に相当する領域については、プラズマ発生領域Ｒ１、Ｒ３として夫々示している。従って、回転テーブル１２の回転方向に異なる位置に、プラズマ発生領域Ｒ１〜Ｒ３が各々設けられている。そして、プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃから供給されるマイクロ波によって、プラズマ発生領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に個別にプラズマが形成される。つまり、プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃのうちの１つは、Ｒ１〜Ｒ３のうち当該プラズマ形成ユニットに対応する１つのプラズマ発生領域のみにプラズマを形成し、他の２つのプラズマ発生領域にはプラズマを形成しない。従って、プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃは回転テーブル１２上の一部の領域に各々限定的にプラズマを形成する。
【００２９】
また、図２に示すように、回転テーブル１２の回転方向に見て、プラズマ発生領域Ｒ１の下流側の端部、プラズマ発生領域Ｒ３の下流側端部には夫々ガスインジェクター５１、５３が設けられている。図６は成膜装置１の周方向に沿った概略縦断側面図であり、この図６も参照しながら説明する。なお、図６中の点線の矢印は、成膜処理時において各ガスインジェクター５１、５３から吐出されるガスの流れを示している。
【００３０】
ガスインジェクター５１、５３は、例えば先端側が閉じられた細長い管状体として構成され、真空容器１１の側壁から中央部領域に向かって水平に伸び、回転テーブル１２上のウエハＷの通過領域と交差するように夫々設けられている。そして、ガスインジェクター５１、５３には、その長さ方向に沿ってガスの吐出口５０が多数、横方向に開口している。回転テーブル１２の回転方向に見て、ガスインジェクター５１はプラズマ発生領域Ｒ１の上流側に向かうように当該プラズマ発生領域Ｒ１にガスを吐出し、ガスインジェクター５３はプラズマ発生領域Ｒ２の上流側に向かうように当該プラズマ発生領域Ｒ２にガスを吐出する。
【００３１】
図２中５０１は、ガスインジェクター５１に接続される配管であり、その上流側はガス供給機器５０３を介してＨ２（水素）ガス供給源５４に接続されている。図２中５１１はガスインジェクター５３に接続される配管であり、配管５１１の上流側はガス供給機器５１２を介してＮＨ３ガス供給源５６に接続されている。また、ガス供給機器５１２の下流側において配管５１１には配管５１５の下流端が夫々接続されている。配管５１５の上流端はガス供給機器５１６を介してＨ２ガス供給源５４に接続されている。従って、ガスインジェクター５１からはＨ２ガスが吐出され、このＨ２ガスはＳｉＮ膜の改質用のガスである。そして、ガスインジェクター５３からはＮＨ３ガス及びＨ２ガスが吐出される。このＨ２は上記のように改質用のガスであり、ＮＨ３ガスはウエハＷに吸着されたＤＣＳを窒化するための反応ガスである。
【００３２】
図２に示すように、プラズマ発生領域Ｒ１とプラズマ発生領域Ｒ２との間には分離領域６０が設けられている。図６に示すように、この分離領域６０の天井面は、プラズマ発生領域Ｒ２及びプラズマ発生領域Ｒ３の各々の天井面よりも低く設定されている。また、図２に示すように分離領域６０は平面的に見て、回転テーブル１２の中央側から周縁側に向かうにつれて回転テーブル１２の周方向に広がる扇状に形成されており、その下面は回転テーブル１２の上面に対向すると共に近接し、分離領域６０と回転テーブル１２との間のコンダクタンスが抑えられている。この分離領域６０は、当該分離領域６０に対して回転テーブル１２の回転方向下流側に供給されるＮＨ３ガスが、分離領域６０に対して回転方向上流側に供給されるＨ２ガスと混合されて希釈されることを抑制するために設けられている。
【００３３】
また、図２に示すように回転テーブル１２の外側であって、当該回転テーブル１２の回転方向に見て、プラズマ発生領域Ｒ１の上流側端部、プラズマ発生領域Ｒ２の下流側端部及びプラズマ発生領域Ｒ３の上流側端部の各々に臨む位置には、第１の排気口６１、第２の排気口６２及び第３の排気口６３が夫々開口している。図中６４は排気装置であり、真空ポンプなどにより構成され、排気管を介して第１の排気口６１、第２の排気口６２及び第３の排気口６３に接続されている。排気管に設けられる図示しない圧力調整部により各排気口６１〜６３による排気量が調整されることによって、真空容器１１内の真空度が調整される。
【００３４】
図１に示すように成膜装置１には、コンピュータからなる制御部１０が設けられており、制御部１０にはプログラムが格納されている。このプログラムについては、成膜装置１の各部に制御信号を送信して各部の動作を制御し、後述の処理が実行されるようにステップ群が組まれている。具体的には、回転機構１３による回転テーブル１２の回転数、各ガス供給機器による各ガスの流量及び給断、各排気装置２８、６４による排気量、マイクロ波発生器３７からのアンテナ３１へのマイクロ波の給断、ヒーター１５への給電などが、プログラムによって制御される。ヒーター１５への給電の制御は、即ちウエハＷの温度の制御であり、排気装置６４による排気量の制御は、即ち真空容器１１内の圧力の制御である。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、制御部１０にインストールされる。
【００３５】
以下、成膜装置１による成膜処理と、クリーニングとについて、図７、図８を参照しながら説明する。図７、図８は、真空容器１１内に供給される各ガスの流れを矢印により示した説明図である。
先ず、基板搬送機構によって６枚のウエハＷが、回転テーブル１２の各凹部１４に既述のように昇降ピンの昇降を伴って受け渡される。次いで真空容器１１の搬送口１６に設けられるゲートバルブを閉じて、当該真空容器１１内を気密にする。凹部１４に載置されたウエハＷは、ヒーター１５によって例えば５００℃以上、より具体的には５５０℃に加熱される。そして、第１〜第３の排気口６１、６２、６３からの排気によって、真空容器１１内が所定の圧力の真空雰囲気にされると共に、回転テーブル１２が例えば白抜きの矢印で示すように時計回りに所定の回転数で回転する。
【００３６】
そして、ガスインジェクター５１からＨ２ガスがプラズマ発生領域Ｒ１に供給され、ガスインジェクター５３からＮＨ３ガス及びＨ２ガスがプラズマ発生領域Ｒ３に供給される。このように各ガスが供給される一方で、プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｃのマイクロ波発生器３７からプラズマ発生領域Ｒ１、Ｒ３に夫々マイクロ波が供給される。このマイクロ波によってプラズマ発生領域Ｒ１にＨ２ガスのプラズマＰ１が形成され、プラズマ発生領域Ｒ３にＨ２ガス及びＮＨ３ガスのプラズマＰ３が形成される。また、ガス給排気ユニット２においてはガス吐出口２１からＤＣＳガス、パージガス吐出口２３からＡｒガスが夫々吐出されると共に、排気口２２から排気が行われる。図７は、このように各部にガスが供給されると共にプラズマＰ１、Ｐ３が形成された状態を示している。
【００３７】
回転テーブル１２の回転によって、ウエハＷが吸着領域Ｒ０に位置するとＤＣＳガスが当該ウエハＷの表面に供給されて吸着される。ウエハＷの回転初期においては、ＤＣＳが吸着された部位はＮＨ３と反応していないので、そのままプラズマ発生領域Ｒ１を通過する。更に回転テーブル１２が回転して、ウエハＷがプラズマ発生領域Ｒ３に至ると、ウエハＷ上に吸着されているＤＣＳとＮＨ３とが反応して反応生成物であるＳｉＮが生成されると共に、当該プラズマ発生領域Ｒ３に供給されているＨ２ガスがプラズマ化して生成された水素の活性種によりウエハＷ上に残っているＣｌ（塩素）が取り除かれる。
プラズマ発生領域Ｒ３を通過したウエハＷ上の部位には、再度吸着領域Ｒ０にてＤＣＳが吸着され、更にプラズマ発生領域Ｒ１にてウエハＷ上の分子団からＣｌが取り除かれる。
【００３８】
こうして回転テーブル１２の回転が続けられ、ウエハＷが吸着領域Ｒ０、プラズマ発生領域Ｒ１、プラズマ発生領域Ｒ３を順に、繰り返し複数回通過することで、ウエハＷの表面にＳｉＮが堆積して当該ＳｉＮ膜の膜厚が増大すると共に、当該ＳｉＮ膜の改質が進行する。このＳｉＮ膜の改質について具体的に述べると、膜の表面に含まれるＤＣＳガスに由来するＣｌ（塩素）がＨ２ガスの活性種の作用によって膜から脱離すると共に、この脱離した部位にＮＨ３が吸着され、膜を構成するＳｉが窒化されて、より純粋な（緻密な）窒化膜が形成される。なお、回転テーブル１２の表面（上面）においても、吸着領域Ｒ０でＤＣＳガスが吸着され、プラズマＰ１、Ｐ３に曝されることで、ウエハＷの表面と同様にＳｉＮ膜が成膜される。
【００３９】
そして、ＳｉＮ膜の膜厚が所望の大きさとなると、ガス給排気ユニット２における各ガスの吐出及び排気が停止する。その一方で、ガスインジェクター５１、５３からの各ガスの吐出が停止すると共に、プラズマ発生領域Ｒ１、Ｒ３へのマイクロ波の供給が停止し、プラズマＰ１、Ｐ３の形成が停止する。然る後、ゲートバルブが開放され、ウエハＷは図示しない基板搬送機構により真空容器１１の外部へ搬出される。
【００４０】
このような成膜処理が例えば所定の回数、繰り返し行われると、真空容器１１内にウエハＷが搬入されていない状態で、クリーニングが開始される。先ず、ヒーター１５による回転テーブル１２の加熱が停止し、回転テーブル１２が所定の回転数で回転する状態となる。然る後、プラズマ形成ユニット３Ｂのノズル４１、４２からＮＦ３ガスが吐出されると共に、プラズマ形成ユニット３Ｂのマイクロ波発生器３７からプラズマ発生領域Ｒ２にマイクロ波が供給され、当該プラズマ発生領域Ｒ２にＮＦ３ガスのプラズマＰ２が形成される。なお、プラズマ発生領域Ｒ１、Ｒ３ではプラズマが形成されない。そして、プラズマ化後に失活したガスについては、各排気口６１〜６３から除去される。図８は、このように各部にガスが供給されると共にプラズマ発生領域Ｒ２にプラズマＰ２が形成された状態を示している。
【００４１】
プラズマＰ２に曝されることで、回転テーブル１２の表面に成膜されたＳｉＮ膜が除去され、クリーニングが進行する。なお、プラズマ化されていないＮＦ３ガスは活性が低いため、クリーニングは、プラズマ発生領域Ｒ２のみで行われる。プラズマＰ２の形成開始から回転テーブル１２が１回転以上回転し、回転テーブル１２の表面全体からＳｉＮ膜が除去されると、各ノズル４１、４２からのＮＦ３ガスの吐出及びプラズマ発生領域Ｒ２へのマイクロ波の供給が停止して、クリーニングが終了する。然る後、新たにウエハＷが真空容器１１に搬送され、既述したウエハＷの成膜処理が再開される。
【００４２】
ここで、プラズマ発生領域Ｒ２のみにＮＦ３ガスのプラズマを形成して上記のクリーニングを行う理由について説明する。ＮＦ３ガスのプラズマを形成すると、このプラズマに曝される天板に、当該ＮＦ３ガスを構成するＦが当該プラズマの作用によってドープされる。従って、仮に上記のクリーニングを、プラズマ発生領域Ｒ１〜Ｒ３のすべての領域にマイクロ波を供給してプラズマを形成して行うとした場合、これらのプラズマ発生領域Ｒ１〜Ｒ３の各天板にＦがドープされてしまう。そして、このクリーニング後の成膜処理時に、プラズマ発生領域Ｒ１、Ｒ３でプラズマＰ１、Ｐ３が夫々形成されると、このプラズマＰ１、Ｐ３の作用により、天板にドープされたＦがプラズマ発生領域Ｒ１、Ｒ３に供給され、Ｈ２ガスのプラズマと反応してＨＦとなる。それにより、当該Ｈ２ガスのプラズマによるＳｉＮ膜の改質作用が弱まってしまい、当該ＳｉＮ膜の膜質が低下してしまう。また、ＳｉＮ膜にＦが混入することによっても、当該膜質が低下してしまう。さらに上記のようにＳｉＮ膜のＣｌとＨ２ガスのプラズマとが反応することで、ＮＨ３のＳｉＮ膜への吸着が促されるが、Ｈ２ガスのプラズマがＦと反応することで、Ｈ２ガスのプラズマがＨＦとなる。これによりＮＨ３の吸着が抑制されてしまうので、ＳｉＮ膜の膜厚が低下してしまう。
【００４３】
そこで上記のように、成膜処理時にはプラズマを形成するが、クリーニング時にはプラズマを形成しないプラズマ発生領域Ｒ１、Ｒ３と、成膜処理時にはプラズマを形成しないが、クリーニング時にはプラズマを形成するプラズマ発生領域Ｒ２と、を設けている。従って、クリーニングによってプラズマ発生領域Ｒ２の天板にドープされたＦが、成膜処理時にウエハＷに供給されることが避けられ、このため上記のような膜質及び膜厚の低下を防ぐことができる。
【００４４】
上記のように成膜装置１によれば、回転テーブル１２上において、窒化を行うためのプラズマ発生領域Ｒ３、改質を行うためのプラズマ発生領域Ｒ１から、回転テーブル１２の回転方向に離れた位置にクリーニング用のプラズマ発生領域Ｒ２が設けられる。従って真空容器１１の天板に残留するクリーニングガス中のＦが、クリーニング後の成膜処理でウエハＷに形成されるＳｉＮ膜に混入したり、ＳｉとＮＨ３との反応を阻害したりすることを防ぐことができる。従って、ＳｉＮ膜の膜厚及び膜質が異常になることを防ぐことができる。
【００４５】
また、上記のＨ２による改質作用の効果は温度依存性が有り、ウエハＷを５００℃以上で成膜するときにＳｉＮ膜の膜質に比較的大きく影響を与える。従って成膜処理を５００℃以上で行う場合に、上記のようにプラズマ発生領域Ｒ２のみでクリーニングを行う手法が特に有効である。
またＨ２ガスをプラズマ化してＳｉＮ膜の改質を行うためのプラズマ発生領域Ｒ１、クリーニングを行うためのプラズマ発生領域Ｒ２、反応ガスであるＮＨ３ガスをプラズマ化するプラズマ発生領域Ｒ３について、回転テーブル１２の回転方向の配置レイアウトについては、上述の例に限られるものではない。例えば回転テーブル１２が時計回りに回転するものとすると、ガス給排気ユニット２の下流側にて、回転テーブル１２の回転方向にプラズマ発生領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ２をこの順に配置してもよいし、あるいはプラズマ発生領域Ｒ２、Ｒ１、Ｒ３をこの順に配置してもよい。
【００４６】
プラズマ発生領域Ｒ３で行う処理としては窒化に限られない。例えばガスノズルからはＮＨ３ガスの代わりに、Ｏ２（酸素）ガスなどの酸化ガスを吐出し、当該酸化ガスをプラズマ化することでＳｉＯ２（酸化シリコン）膜を成膜してもよい。
上述の例では、クリーニングガスとしてＮＦ３ガスを用い、プラズマ形成ユニット３Ｂを用いてＮＦ３ガスをプラズマ化しているが、クリーニングガスとしてＣｌＦ３ガス（三フッ化塩素）を用いると共にプラズマ形成ユニット３Ｂを用いることに代えて、クリーニング処理雰囲気を例えば３００〜５００℃に加熱するようにしてもよい。この場合、クリーニング時においては回転テーブル１２を３００〜５００℃に加熱することにより行われる。この場合においても上述の実施形態と同様の効果がある。また原料ガス供給領域（吸着領域Ｒ０）とクリーニングガス供給領域と分けることにより、既述のガス給排気ユニット２の材質の腐食について考量する必要がないので、ガス給排気ユニット２の材質の選定の自由度が高いという利点がある。さらに上述の例では、回転テーブル１２上にてＮＦ３ガスをプラズマ化してクリーニングを行っているが、そのようにクリーニングを行うことには限られない。例えば真空容器１１の外部に設けられたプラズマ発生機構によりＮＦ３ガスをプラズマ化し、このプラズマ化したＮＦ３ガスを当該プラズマ発生機構と真空容器１１とを接続するガス供給路を介して、回転テーブル１２上における上記のプラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ３から回転方向に離れた領域に供給することでクリーニングを行ってもよい。つまり、リモートプラズマによってクリーニングを行うようにしてもよい。
【００４７】
［評価試験］
以下、本発明に関連して行われた評価試験について説明する。
（評価試験１）
評価試験１では、本発明の成膜装置に対して性能を比較するための比較装置を用いて試験を行った。比較装置が図２等に示した実施形態の装置の使用方法と異なる点は、
・成膜時にプラズマ発生領域Ｒ２においてもＨ２ガスを供給してプラズマ化し、ＳｉＮ膜の改質を行ったこと、
・クリーニング時に、プラズマ発生領域Ｒ１〜Ｒ３の全てにおいてクリーニングガスをプラズマ化してクリーニングを行ったこと、
にある。
【００４８】
先ずクリーニングを１回も行わない状態で、下記のプロセス条件により成膜処理を行って厚さが２１．９ｎｍのＳｉＮ膜を得た。
プロセス温度：４５０℃、回転テーブル１２の回転数：２０ｒｐｍ、プロセス圧力：２６６Ｐａ、プラズマ発生領域Ｒ１／Ｒ３のＨ２ガスの流量：３０００／５０００ｓｃｃｍプラズマ発生領域Ｒ３のＮＨ３ガスの流量：４００ｓｃｃｍ、プラズマ発生領域Ｒ１／Ｒ３の供給電力：２５００Ｗ
なお、ガス給排気ユニット２のＤＣＳガスの流量については、回転テーブル１２の径方向に３つに区画し、回転テーブル１２の中央部側の区画から外側の区画に向かって、順次流量が多くなるように設定し、３つの区画のうち真ん中の区画の流量を４００ｓｃｃｍに設定した。また成膜処理時間については、目標膜厚が２２ｎｍとなるように設定した。
【００４９】
そして成膜処理を行った後、第１回目のクリーニングを行い、その後に成膜処理を連続して行った。しかる後に第２回目のクリーニングを行い、その後に成膜処理を連続して行った。各成膜処理におけるＳｉＮ膜の膜厚の推移を図９に示す。図９に示すように、クリーニング後における初回の成膜処理により得られたＳｉＮ膜の膜厚は小さく、その後に成膜処理を重ねることにより徐々に膜厚が大きくなっていく。実際に行った評価試験では、図９の右端に位置する成膜処理に続いて３０回の成膜処理を行っており、およそ２１．０ｎｍ付近で膜厚が安定していることを把握している。従って、クリーニングを行った後の成膜処理により得られたＳｉＮ膜の膜厚は成膜処理の回数を重ねても、クリーニングを行う前に成膜したときの膜厚２１．９ｎｍに戻らず、途中に既述の処理を挟んでも、目標膜厚よりも概ね１ｎｍ薄い膜厚にて安定している。
【００５０】
また各成膜処理におけるＳｉＮ膜の膜質の推移を図１０に示す。膜質の指標としては、所定の濃度のフッ化水素水にＳｉＮ膜を浸漬したときのエッチング速度について所定の膜のエッチング速度を基準にして規格した値を用いている。またエッチング速度は、ウエハ上の所定の複数のポイントの平均値を用いている。従って図１０の縦軸の値が小さいほど、エッチング速度が小さく、良質な膜であることを表している。図１０から分かるように、クリーニングを行った後の成膜処理により得られたＳｉＮ膜の膜質は、クリーニングを行わずに成膜したときの膜質には戻らない。
【００５１】
（評価試験２）
評価試験１において、比較装置を用いて第１回目のクリーニング後に行った成膜処理により得られたＳｉＮ膜について、Ｈ（水素）、Ｏ（酸素）、Ｃｌ（塩素）、Ｆ（フッ素）及びＣ（炭素）の各元素濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により調べた。結果は図１１に示すとおりである。図１１中、点線は、第１回目のクリーニングの前に行った成膜処理により得られたＳｉＮ膜中の各元素濃度を示している。
【００５２】
この結果から分かるように、クリーニング後の第１回目の成膜により得られたＳｉＮ膜中のＦ濃度は、クリーニング前の成膜により得られたＳｉＮ膜中のＦ濃度よりもかなり高くなっている。その後、成膜処理の回数を増やしていくことにより、ＳｉＮ膜中のＦ濃度は低くなっていくが、クリーニング前の成膜により得られたＳｉＮ膜中のＦ濃度の４倍程度で安定してくる。Ｏ、Ｃｌ、Ｃについてもクリーニングを行うことで濃度が高くなるが、その後、成膜処理の回数を増やしていくことにより、クリーニング前の濃度に戻っている。
以上の評価試験１、２から、成膜処理時にプラズマを発生させる領域Ｒ１〜Ｒ３において、クリーニングガスをプラズマ化してクリーニングを行うと、クリーニング後の成膜処理により得られたＳｉＮ膜は、膜厚が小さくなり、膜質が低下し、Ｆ濃度が高くなることが分かる。
【符号の説明】
【００５３】
１        成膜装置
１１      真空容器
１１Ａ    容器本体
１１Ｂ    上部材
１２      回転テーブル
１６      搬送口
２        ガス給排気ユニット
Ｒ０      吸着領域（原料ガス供給領域）
３Ａ〜３Ｃ  プラズマ形成ユニット
３１        アンテナ
３２        誘電体
Ｒ２        プラズマ発生領域（クリーニング領域）
Ｒ１、Ｒ３  プラズマ発生領域
４１、４２  ノズル
５１、５３  ガスインジェクター
６１〜６３  排気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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