(57)【要約】【課題】  １サイクルごとに残留物が残留することを抑制した層を形成することにより高品質な薄膜を形成する。【解決手段】第１処理領域、第２処理領域および第３処理領域を有し、第１処理領域内、第２処理領域内および第３処理領域内で基板を処理する処理室と、基板を載置する基板載置台を回転させる回転機構と、第１処理領域内に原料ガスを供給し、第２処理領域内に反応ガスを供給し、第３処理領域内に改質ガスを供給する処理ガス供給系と、第２処理領域内に反応ガスのプラズマを生成する反応ガスプラズマ生成部と、第３処理領域内に改質ガスのプラズマを生成する改質ガスプラズマ生成部と、回転機構、処理ガス供給系、反応ガスプラズマ生成部および改質ガスプラズマ生成部をそれぞれ制御するよう構成される制御部と、を有する技術が提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１処理領域、第２処理領域および第３処理領域を有し、前記第１処理領域内、前記第２処理領域内および前記第３処理領域内で基板を処理する処理室と、
前記基板を載置する基板載置台を回転させる回転部と、
前記第１処理領域内に原料ガスを供給し、前記第２処理領域内に反応ガスを供給し、前記第３処理領域内に改質ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記第２処理領域内に前記反応ガスのプラズマを生成する反応ガスプラズマ生成部と、
前記第３処理領域内に前記改質ガスのプラズマを生成する改質ガスプラズマ生成部と、
前記基板載置台を回転させて、前記第１処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域の順に前記基板を通過させる際、前記基板が前記第１処理領域を通過中に、前記基板上に第１層を形成させ、前記基板が前記第２処理領域を通過中に、前記反応ガスのプラズマを前記第１層と反応させて第２層を形成させ、前記基板が前記第３処理領域を通過中に、前記改質ガスのプラズマにより前記第２層を改質させるように、前記回転部、前記処理ガス供給系、前記反応ガスプラズマ生成部および前記改質ガスプラズマ生成部をそれぞれ制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記第３処理領域は、前記第２処理領域よりも広く構成される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記処理室は、前記基板載置台の回転によって前記基板が通過可能な状態で、前記処理室を前記第１処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域に分割する分割構造体を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記第３処理領域は、前記分割構造体を介して前記第２処理領域に隣接して設けられる請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記処理室は、前記分割構造体の下に前記基板が通過可能な隙間を有する請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記処理室は、前記第１処理領域と前記第２処理領域との間に設けられるパージ領域と、
前記パージ領域内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
を有する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記基板載置台を所定の角速度で回転させて、前記第１処理領域、前記第２処理領域、前記第３処理領域の順に基板を複数回通過させ、前記基板に前記第２層を形成する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記改質ガスプラズマ生成部と前記反応ガスプラズマ生成部は、プラズマを生成する電極の構成が異なるよう構成される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記処理ガス供給系は、前記原料ガスとして、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、およびＷからなる群より選択される少なくともいずれか一つを第１元素に含むガスを供給するように構成される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記処理ガス供給系は、前記反応ガスとして、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、およびＯ２ガスからなる群より選択される少なくともいずれか一つを供給するように構成される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記処理ガス供給系は、前記改質ガスとして、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、Ｈｅガス、およびＡｒガスからなる群より選択される少なくともいずれか一つを供給するように構成される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項１２】
処理室内に回転自在に設けられた基板載置台に載置された基板を載置する工程と、
前記処理室内に設けられた第１処理領域内に原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内に設けられた第２処理領域内に反応ガスのプラズマを生成する工程と、
前記処理室内に設けられた第３処理領域内に改質ガスのプラズマを生成する工程と、
前記基板載置台の回転によって、前記第１処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域の順に前記基板を通過させる際、
前記基板が前記第１処理領域を通過中に、前記基板上に第１層を形成させる工程と、
前記基板が前記第２処理領域を通過中に、前記反応ガスのプラズマと前記第１層を反応させることにより第２層を形成させる工程と、
前記基板が前記第３処理領域を通過中に、前記改質ガスのプラズマにより前記第２層を改質させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
処理室内に回転自在に設けられた基板載置台に載置された基板を載置する手順と、
前記処理室内に設けられた第１処理領域内に原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内に設けられた第２処理領域内に反応ガスのプラズマを生成する手順と、
前記処理室内に設けられた第３処理領域内に改質ガスのプラズマを生成する手順と、
前記基板載置台の回転によって、前記第１処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域の順に前記基板を通過させる際、
前記基板が前記第１処理領域を通過中に、前記基板上に第１層を形成させる手順と、
前記基板が前記第２処理領域を通過中に、前記反応ガスのプラズマと前記第１層を反応させることにより第２層を形成させる手順と、
前記基板が前記第３処理領域を通過中に、前記改質ガスのプラズマにより前記第２層を改質させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法並びに記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばフラッシュメモリやＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体装置の作製に用いられる薄膜の形成方法の一つとして、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。ＣＶＤ法とは、原料ガスおよび反応ガスの気相中または基板表面での反応を利用して、原料ガスの分子に含まれる元素を構成要素とする薄膜を基板に堆積する方法である。
【０００３】
また、薄膜の形成方法の一つとして、処理室内のガス雰囲気を変化させる代わりに、原料ガスが供給された処理領域と反応ガスが供給された処理領域とに基板を順次通過させることにより、基板上に薄膜を形成する方法がある。
【０００４】
しかしながら、この手法では、原料ガスが供給された処理領域と反応ガスが供給された処理領域とを順に通過するだけでは、反応ガスによる反応が不十分であり、基板上に形成される薄膜中に原料ガスの一部の成分などの残留物が残留してしまうことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、残留物が残留することを抑制しつつ薄膜を形成することにより高品質な薄膜を形成することができる構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
第１処理領域、第２処理領域および第３処理領域を有し、前記第１処理領域内、前記第２処理領域内および前記第３処理領域内で基板を処理する処理室と、前記基板を載置する基板載置台を回転させる回転部と、前記第１処理領域内に原料ガスを供給し、前記第２処理領域内に反応ガスを供給し、前記第３処理領域内に改質ガスを供給する処理ガス供給系と、前記第２処理領域内に前記反応ガスのプラズマを生成する反応ガスプラズマ生成部と、  前記第３処理領域内に前記改質ガスのプラズマを生成する改質ガスプラズマ生成部と、前記基板載置台を回転させて、前記第１処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域の順に前記基板を通過させる際、前記基板が前記第１処理領域を通過中に、前記基板上に第１層を形成させ、前記基板が前記第２処理領域を通過中に、前記反応ガスのプラズマを前記第１層と反応させて第２層を形成させ、前記基板が前記第３処理領域を通過中に、前記改質ガスのプラズマにより前記第２層が改質させるように、前記回転部、前記処理ガス供給系、前記反応ガスプラズマ生成部および前記改質ガスプラズマ生成部をそれぞれ制御するよう構成される制御部と、を有する構成が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、残留物が残留することを抑制しつつ薄膜を形成することにより、高品質な薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るクラスタ型の基板処理装置の横断面概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るクラスタ型の基板処理装置の縦断面概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置が備えるプロセスチャンバの横断面概略図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置が備えるプロセスチャンバの縦断面概略図であり、図３に示すプロセスチャンバのＡ−Ａ’線断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置が備えるプロセスチャンバの上面概略図である。
【図６】本発明の第１実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る薄膜形成工程を示すフロー図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る基板処理装置が備えるプロセスチャンバの横断面概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る薄膜形成工程を示すフロー図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る基板処理装置が備えるプロセスチャンバの横断面概略図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る基板処理装置が備えるプロセスチャンバの縦断面概略図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る基板処理装置が備えるプロセスチャンバの上面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明の第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（１）基板処理装置の構成
まず、図１および図２を用い、本実施形態に係る基板処理装置１０について説明する。
【００１１】
なお、本発明が適用される基板処理装置１０では、基板としてのウエハ２００を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ：以下、ポッドという。）１００が使用されている。本実施形態にかかるクラスタ型の基板処理装置１０の搬送装置は、真空側と大気側とに分かれている。
【００１２】
また、以下の説明において、前後左右は図１を基準とする。図１に示されているＸ１の方向を右、Ｘ２の方向を左、Ｙ１の方向を前、Ｙ２の方向を後ろとする。
【００１３】
（真空側の構成）
図１および図２に示されているように、基板処理装置１０は、真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐え得る第１搬送室１０３を備えている。第１搬送室１０３の筐体１０１は平面視で例えば五角形であり、上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。なお、以下で言う「平面視」とは、基板処理装置１０の鉛直上側から鉛直下側をみたときのことをいう。
【００１４】
第１搬送室１０３内には、負圧下で２枚のウエハ２００を同時に移載出来る第１ウエハ移載機１１２が設けられている。第１ウエハ移載機１１２は、第１ウエハ移載機エレベータ１１５によって、第１搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【００１５】
筐体１０１の５枚の側壁のうち前側に位置する側壁には、予備室（ロードロック室）１２２，１２３がそれぞれゲートバルブ１２６，１２７を介して連結されている。予備室１２２，１２３は、ウエハ２００を搬入する機能とウエハ２００を搬出する機能とを併用可能に構成され、それぞれ負圧に耐え得る構造で構成されている。
【００１６】
さらに、予備室１２２，１２３内には基板支持台１４０により２枚のウエハ２００を積み重ねるように置くことが可能である。予備室１２２，１２３には、ウエハ２００の間に配置される隔壁板（中間プレート）１４１が設置される。
【００１７】
第１搬送室１０３の筐体１０１の５枚の側壁のうち後ろ側（背面側）に位置する４枚の側壁には、基板に所望の処理を行う第１プロセスチャンバ２０２ａと、第２プロセスチャンバ２０２ｂ、第３プロセスチャンバ２０２ｃ、第４プロセスチャンバ２０２ｄがゲートバルブ１５０、１５１、１５２、１５３を介してそれぞれ隣接して連結されている。これらのプロセスチャンバ（第１プロセスチャンバ２０２ａ等）については、詳細を後述する。
【００１８】
（大気側の構成）
予備室１２２，１２３の前側には、真空下および大気圧下の状態でウエハ２００を搬送することができる第２搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第２搬送室１２１には、ウエハ２００を移載する第２ウエハ移載機１２４が設けられている。第２ウエハ移載機１２４は第２搬送室１２１内に設置された第２ウエハ移載機エレベータ１３１によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【００１９】
第２搬送室１２１の左側にはノッチ合わせ装置１０６が設けられている。なお、ノッチ合わせ装置１０６は、オリエンテーションフラット合わせ装置であってもよい。また、第２搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設けられている。
【００２０】
第２搬送室１２１の筐体１２５の前側には、ウエハ２００を第２搬送室１２１に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口１３４と、ポッドオープナ１０８と、が設けられている。基板搬入搬出口１３４を挟んでポッドオープナ１０８と反対側、すなわち筐体１２５の外側には、ロードポート（ＩＯステージ）１０５が設けられている。ポッドオープナ１０８は、ポッド１００のキャップ１００ａを開閉すると共に基板搬入搬出口１３４を閉塞可能なクロージャ１４２と、クロージャ１４２を駆動する駆動機構１３６とを備えている。ロードポート１０５に載置されたポッド１００のキャップ１００ａを開閉することにより、ポッド１００に対するウエハ２００の出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＯＨＴなど）によって、ロードポート１０５に対して、供給および排出されるようになっている。
【００２１】
（２）プロセスチャンバの構成
続いて、本実施形態に係る処理炉としてのプロセスチャンバの構成について、主に図３〜図５を用いて説明する。なお、Ａ−Ａ’線は、Ａから反応容器２０３の中心を通ってＡ’に向かう折れ線である。
【００２２】
ここで、本実施形態では、例えば、第１プロセスチャンバ２０２ａ、第２プロセスチャンバ２０２ｂ、第３プロセスチャンバ２０２ｃ、第４プロセスチャンバ２０２ｄは、例えば、それぞれ同様に構成されている。以下では、第１プロセスチャンバ２０２ａ、第２プロセスチャンバ２０２ｂ、第３プロセスチャンバ２０２ｃ、第４プロセスチャンバ２０２ｄを、総称して「プロセスチャンバ２０２」とする。
【００２３】
（処理室）
図３および図４に示されているように、処理炉としてのプロセスチャンバ２０２は、円筒状の気密容器である反応容器２０３を備えている。反応容器２０３内には、ウエハ２００を処理する処理室２０１が形成されている。
【００２４】
処理室２０１は、複数の領域に分割されており、例えば、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃおよび第２パージ領域２０７ｂを有する。後述するように、第１処理領域２０６ａ内には原料ガスが供給され、第２処理領域２０６ｂ内には反応ガスのプラズマが生成され、第３処理領域２０６ｃ内には改質ガスのプラズマが生成され、また第１パージ領域２０７ａおよび第２パージ領域２０７ｂには不活性ガスが供給される。これにより、それぞれの領域内に供給されるガスに応じて、ウエハ２００に対して所定の処理が施される。
【００２５】
また、例えば反応容器２０３内の上側には、中心部から放射状に延びる５枚の分割構造体としての仕切板２０５が設けられている。５枚の仕切板２０５は、後述するサセプタ２１７の回転によってウエハ２００が通過可能な状態で、処理室２０１を第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃおよび第２パージ領域２０７ｂに仕切る(または分割する)よう構成される。具体的には、処理室２０１は、複数の仕切板２０５の下にウエハ２００が通過可能な隙間を有しており、複数の仕切板２０５は、処理室２０１内の天井部からサセプタ２１７の直上までの空間を遮るように設けられる。仕切板２０５の下端は、仕切板２０５がウエハ２００に干渉しない程度にサセプタ２１７に近付けて配置される。これにより、仕切板２０５とサセプタ２１７との間を通過するガスは少なくなり、処理室２０１内のそれぞれの領域の間でガスが混合することが抑制される。
【００２６】
また、仕切板２０５の水平方向の端部と反応容器２０３の側壁との間には、ガスが通過できるように所定の幅の隙間が設けられている。この隙間を介し、第１パージ領域２０７ａ内及び第２パージ領域２０７ｂ内から、第１処理領域２０６ａ内及び第２処理領域２０６ｂ内に向けて不活性ガスを噴出させるようにする。これにより、第１パージ領域２０７ａ内及び第２パージ領域２０７ｂ内への第１ガス及び第２ガス等の処理ガスの侵入を抑制することができ、第１パージ領域２０７ａ内及び第２パージ領域２０７ｂ内での処理ガスの反応を抑制することができる。
【００２７】
ここで、所定のウエハ２００が、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第２パージ領域２０７ｂを通過する時間、すなわち、各領域でのウエハ２００の処理時間は、後述するサセプタ２１７の回転速度が一定であるとき、各領域の広さ（容積）に依存する。また、各領域でのウエハ２００の処理時間は、後述するサセプタ２１７の回転速度が一定であるとき、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第２パージ領域２０７ｂのそれぞれの平面視での面積に依存する。言い換えれば、各領域でのウエハ２００の処理時間は、隣接する仕切板２０５の角度に依存する。
【００２８】
本実施形態では、改質ガスのプラズマが生成される第３処理領域２０６ｃは、反応ガスのプラズマが生成される第２処理領域２０６ｂよりも広い。第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０７ｃを合わせた領域は、第１処理領域２０６ａよりも広い。また、反応ガスのプラズマが生成される第２処理領域２０６ｂは、仕切板２０５を介して、改質ガスのプラズマが生成される第３処理領域２０６ｃに隣接して設けられる。これにより、プラズマによる照射時間を長くすることができる。これにより、膜の改質（不純物除去等）を効率よく行うことを可能としている。
【００２９】
（サセプタ）
仕切板２０５の下側、すなわち反応容器２０３内の底側中央には、例えば反応容器２０３の中心に回転軸を有し、回転自在に構成される基板載置台としてのサセプタ２１７が設けられている。サセプタ２１７は、ウエハ２００の金属汚染を低減することができるように、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料で形成されている。なお、サセプタ２１７は、反応容器２０３とは電気的に絶縁されている。
【００３０】
サセプタ２１７は、反応容器２０３内に、複数枚（５枚）のウエハ２００を同一面上に、且つ回転方向に沿って同一円周上に並べて支持するよう構成される。ここでいう「同一面」とは、完全な同一面に限られるものではなく、サセプタ２１７を上面から見たときに、複数枚のウエハ２００が互いに重ならないように並べられていればよい。
【００３１】
サセプタ２１７表面におけるウエハ２００の支持位置には、ウエハ載置部２１７ｂが設けられている。処理するウエハ２００の枚数と同数のウエハ載置部２１７ｂがサセプタ２１７の中心から同心円上の位置に互いに等間隔（例えば７２°の間隔）で配置されている。
【００３２】
それぞれのウエハ載置部２１７ｂは、例えばサセプタ２１７の上面から見て円形状であり、側面から見て凹形状である。ウエハ載置部２１７ｂの直径はウエハ２００の直径よりもわずかに大きくなるように構成することが好ましい。このウエハ載置部２１７ｂ内にウエハ２００を載置することにより、ウエハ２００の位置決めを容易に行うことができ、また、サセプタ２１７の回転に伴う遠心力によりウエハ２００がサセプタ２１７から飛び出してしまう等のウエハ２００の位置ズレが発生することを抑制できる。
【００３３】
サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させる昇降機構２６８が設けられている。サセプタ２１７の各ウエハ載置部２１７ｂの位置には、貫通孔２１７ａが複数設けられている。上述の反応容器２０３の底面には、反応容器２０３内へのウエハ２００の搬入・搬出時に、ウエハ２００を突き上げて、ウエハ２００の裏面を支持するウエハ突き上げピン２６６が複数設けられている。貫通孔２１７ａ及びウエハ突き上げピン２６６は、ウエハ突き上げピン２６６が上昇させられた時、又は昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時に、ウエハ突き上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるように、互いに配置されている。
【００３４】
昇降機構２６８には、複数のウエハ２００が、順次、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃおよび第２パージ領域２０７ｂを通過するようにサセプタ２１７を回転させる回転機構２６７が設けられている。回転機構２６７の回転軸（不図示）は、サセプタ２１７に接続されており、サセプタ２１７を回転させることにより、５つのウエハ載置部２１７ｂが一括して回転されるように構成されている。
【００３５】
また、回転機構２６７には、後述するコントローラ３００がカップリング部２６７ａを介して接続されている。カップリング部２６７ａは、例えば回転側と固定側との間を金属ブラシ等により電気的に接続するスリップリング機構として構成されている。これにより、サセプタ２１７の回転が妨げられないようになっている。
【００３６】
（加熱部）
サセプタ２１７の内部には、加熱部としてのヒータ２１８が一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるように構成されている。ヒータ２１８は、ウエハ２００の表面を所定温度（例えば室温〜１０００℃程度）まで加熱可能に構成されている。なお、ヒータ２１８は、サセプタ２１７に載置されたそれぞれのウエハ２００を個別に加熱するように構成されていてもよい。
【００３７】
サセプタ２１７には温度センサ２４９が設けられている。ヒータ２１８および温度センサ２４９には、電力供給線２２２を介して、電力調整器２２４、ヒータ電源２２５、及び温度調整器２２３が電気的に接続されている。
【００３８】
（ガス導入部）
図３および図４に示されているように、反応容器２０３の天井部の中央部には、第１ガス導入部２８１、第２ガス導入部２８２、不活性ガス導入部２８５、およびクリーニングガス導入部２８９を備えるガス導入部２８０が設けられている。ガス導入部２８０の上端は、反応容器２０３の天井部に開設された開口に気密に接続されている。
【００３９】
ガス導入部２８０は例えば筒状である。ガス導入部２８０の内部には、各ガス導入部が区画されている。具体的には、ガス導入部２８０内の第１処理領域２０６ａ側には、第１ガス導入部２８１が設けられている。ガス導入部２８０内の第２処理領域２０６ｂ側には、第１ガス導入部２８１から離間して第２ガス導入部２８２が設けられている。ガス導入部２８０内の第３処理領域２０６ｃ側には、第１ガス導入部２８１および第２ガス導入部２８２から離間して第３ガス導入部２８３が設けられている。ガス導入部２８０内のうち第１ガス導入部２８１、第２ガス導入部２８２および第３ガス導入部２８３の間には、不活性ガス導入部２８５が設けられている。また、ガス導入部２８０の中央には、クリーニングガス導入部２８９が設けられている。
【００４０】
第１ガス導入部２８１の第１処理領域２０６ａ側の側壁には、第１処理領域２０６ａに開口する第１ガス噴出口２５１が設けられている。第２ガス導入部２８２の第２処理領域２０６ｂ側の側壁には、第２処理領域２０６ｂに開口する第２ガス噴出口２５２が設けられている。第３ガス導入部２８３の第３処理領域２０６ｃ側の側壁には、第３処理領域２０６ｃに開口する第３ガス噴出口２５３が設けられている。
【００４１】
不活性ガス導入部２８５の第１パージ領域２０７ａ側および第２パージ領域２０７ｂ側における側壁には、それぞれ第１パージ領域２０７ａに開口する第１不活性ガス噴出口２５６、第２パージ領域２０７ｂに開口する第２不活性ガス噴出口２５７が設けられている。
【００４２】
ガス導入部２８０の底には、クリーニングガス導入部２８９の端部であるクリーニングガス供給孔２５９が設けられている。即ち、クリーニングガス供給孔２５９は、第１ガス噴出口２５１、第２ガス噴出口２５２、第３ガス噴出口２５３、各不活性ガス噴出口２５６、２５７より低い位置に設けられている。
【００４３】
なお、本実施形態では、後述する各々のプラズマ生成部にもガスが供給されるようにガス導入部が設けられている。
【００４４】
反応容器２０３の第２処理領域２０６ｂにおける天井部には、第１プラズマ生成部側ガス導入部２８６が設けられている。第１プラズマ生成部側ガス導入部２８６の上端は、反応容器２０３の天井に開設された開口に気密に接続されている。第１プラズマ生成部側ガス導入部２８６の下端は、後述する反応ガスプラズマ生成部２７０ａの上部に接続されている。反応ガスプラズマ生成部２７０ａ内には、後述する一対の棒状の電極２７１ａの延在方向に沿ってガス導入路（不図示）が設けられている。ガス導入路には、互いに等間隔に複数のガス噴出口（不図示）が設けられている。これにより、反応ガスプラズマ生成部２７０ａは、プラズマを生成する際に第１プラズマ生成部側ガス導入部２８６から第２処理領域２０６ｂ内に反応ガスを供給するよう構成されている。
【００４５】
また、第１プラズマ生成部側ガス導入部２８６と同様にして、反応容器２０３の第３処理領域２０６ｃにおける天井部には、第２プラズマ生成部側ガス導入部２８７が設けられている。後述する改質ガスプラズマ生成部２７０ｂは、プラズマを生成する際に第２プラズマ生成部側ガス導入部２８７からガス導入路（不図示）およびガス噴出口（不図示）を介して第３処理領域２０６ｃ内に反応ガスを供給するよう構成されている。
【００４６】
（処理ガス供給系）
図５に示されているように、第１ガス導入部２８１の上端には、第１ガス供給管２３１ａの下流端が接続されている。第１ガス供給管２３１ａには、上流方向から順に、原料ガス供給源２３１ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３１ｃ、及び開閉弁であるバルブ２３１ｄが設けられている。
【００４７】
第１ガス供給管２３１ａから、ＭＦＣ２３１ｃ、バルブ２３１ｄ、第１ガス導入部２８１および第１ガス噴出口２５１を介して、第１元素を含有するガス（以下、第１元素含有ガス）が第１処理領域２０６ａ内に供給される。本実施形態においては、第１元素含有ガスを原料ガスとして用いる。
【００４８】
ここでいう「原料ガス」とは、処理ガスの一つであり、薄膜形成の際の原料になるガスである。原料ガスは、薄膜を構成する第１元素として、例えばチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）の少なくともいずれか一つを含む。
【００４９】
金属系薄膜を形成する場合、原料として、例えば、チタニウムテトラクロライド（ＴｉＣｌ４）ガス、チタニウムテトラフルオライド（ＴｉＦ４）ガス、ジルコニウムテトラクロライド（ＺｒＣｌ４）ガス、ジルコニウムテトラフルオライド（ＺｒＦ４）ガス、ハフニウムテトラクロライド（ＨｆＣｌ４）ガス、ハフニウムテトラフルオライド（ＨｆＦ４）ガス、タンタルペンタクロライド（ＴａＣｌ５）ガス、タンタルペンタフルオライド（ＴａＦ５）ガス、ニオビウムペンタクロライド（ＮｂＣｌ５）ガス、ニオビウムペンタフルオライド（ＮｂＦ５）ガス、アルミニウムトリクロライド（ＡｌＣｌ３）ガス、アルミニウムトリフルオライド（ＡｌＦ３）ガス、モリブデンペンタクロライド（ＭｏＣｌ５）ガス、モリブデンペンタフルオライド（ＭｏＦ５）ガス、タングステンヘキサクロライド（ＷＣｌ６）ガス、タングステンヘキサフルオライド（ＷＦ６）ガス等の金属元素およびハロゲン元素を含む無機金属ガスを用いることができる。また、原料として、例えば、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３、略所：ＴＭＡ）ガス等の金属元素およびＣを含む有機金属ガスを用いることもできる。
【００５０】
Ｓｉ含有膜を形成する場合、原料ガスとして、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、略称：ＤＣＳ）ガス、モノクロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ、略称：ＭＣＳ）ガス、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６、略称：ＨＣＤＳ）ガス、テトラクロロシランすなわちシリコンテトラクロライド（ＳｉＣｌ４、略称：ＳＴＣ）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３、略称：ＴＣＳ）ガス、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４、略称：ＴＦＳ）ガス、ヘキサフルオロジシラン（Ｓｉ２Ｆ６、略称：ＨＦＤＳ）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８、略称：ＴＳ）ガスジシラン（Ｓｉ２Ｈ６、略称：ＤＳ）ガス、モノシラン（ＳｉＨ４、略称：ＭＳ）ガス等の無機原料ガスや、アミノシラン、ＴＳＡガス、テトラキスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、略称：４ＤＭＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ、略称：３ＤＭＡＳ）ガス、ビスジエチルアミノシラン（Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２、略称：ＢＤＥＡＳ）ガス、ビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス等の有機原料ガスを用いることができる。
【００５１】
また、原料ガスは、薄膜を構成する元素のほかに、薄膜を形成する際に脱離する配位子等を含み、例えばハロゲン基を含む。基板上に吸着した原料ガスと後述する反応ガスのプラズマとの反応が不十分であるとき、このハロゲン基が残留物（残留元素）として薄膜中に残留する可能性がある。
【００５２】
また、本実施形態においては、第１ガス供給管２３１ａから、所定元素（第１元素）を含む原料として、例えば、所定元素としてのチタン（Ｔｉ）を含むチタン含有ガスが、ＭＦＣ２３１ｃ、バルブ２３１ｄ、第１ガス導入部２８１および第１ガス噴出口２５１を介して、第１処理領域２０６ａに供給されるように構成されている。
【００５３】
具体的には、本実施形態では、原料ガスは、例えば、ＴｉＣｌ４ガスである。原料ガスの原料がＴｉＣｌ４のように常温で液体である場合、ＭＦＣ２３１ｃは液体用のマスフローコントローラであり、ＭＦＣ２３１ｃおよびバルブ２３１ｄの間には気化器２３１ｖが設けられる。なお、原料ガスの原料が常温で気体である場合、ＭＦＣ２３１ｃは気体用のマスフローコントローラであり、気化器２３１ｖは不要である。
【００５４】
主に、第１ガス供給管２３１ａ、ＭＦＣ２３１ｃ、バルブ２３１ｄ、第１ガス導入部２８１及び第１ガス噴出口２５１により、原料ガス供給系（第１ガス供給系）が構成される。なお、原料ガス供給源２３１ｂ、気化器２３１ｖを、原料ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００５５】
また、第２ガス導入部２８２の上端には、第２ガス供給管２３２ａの下流端が接続されている。第２ガス供給管２３２ａには、上流方向から順に、第２ガス供給源２３２ｂ、ＭＦＣ２３２ｃ、及びバルブ２３２ｄが設けられている。
【００５６】
また、第２ガス供給管２３２ａのバルブ２３２ｄよりも下流側には、第１プラズマ生成部側ガス供給管２３２ｅの上流端が接続されている。第１プラズマ生成部側ガス導入部２８６の上端には、第１プラズマ生成部側ガス供給管２３２ｅの下流端が接続されている。第１プラズマ生成部側ガス供給管２３２ｅには、開閉弁であるバルブ２３２ｆが設けられている。
【００５７】
第２ガス供給管２３２ａから、ＭＦＣ２３２ｃ、バルブ２３２ｄ、第２ガス導入部２８２及び第２ガス噴出口２５２を介して、または第１プラズマ生成部側ガス供給管２３２ｅ、バルブ２３２ｆ、反応ガスプラズマ生成部２７０ａ内のガス導入路及びガス噴出口を介して、第２元素を含有するガス（以下、第２元素含有ガス）が第２処理領域２０６ｂ内に供給される。第２元素含有ガスは反応ガスとして用いられる。反応ガスは、反応ガスプラズマ生成部２７０ａによってプラズマ状態とされ、ウエハ２００上に照射される。
【００５８】
ここでいう「第２元素含有ガス」とは、処理ガスの一つであり、後述するようにプラズマ状態となって、ウエハ２００上に原料ガスによって形成された第１元素含有層(以後、第１層と略す場合がある)と反応するガスである。第２元素含有ガスは、第１元素と異なる第２元素を含有する。第２元素としては、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のいずれか一つ、もしくはその組み合わせである。例えば、第２元素含有ガス(反応ガス)は、アンモニア（ＮＨ３）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、水素（Ｈ２）ガス、および酸素（Ｏ２）ガスの少なくともいずれか一つ、または、これらの組合せが挙げられる。本実施形態では、第２元素含有ガス(反応ガス)は、例えば窒素（Ｎ）含有ガスとする。
【００５９】
本実施形態においては、第２ガス供給管２３２ａから、上述の所定元素とは異なる元素（第２〜第４元素）を含むリアクタントとして、例えば、反応ガスとしての窒素含有ガスが、ＭＦＣ２３２ｃ、バルブ２３２ｄ、第２ガス導入部２８２及び第２ガス噴出口２５２を介して、または第１プラズマ生成部側ガス供給管２３２ｅ、バルブ２３２ｆ、反応ガスプラズマ生成部２７０ａ内のガス導入路及びガス噴出口を介して、第２処理領域２０６ｂに供給されるように構成されている。Ｎ含有ガスとしては、例えば、窒化水素系ガスを用いることができる。窒化水素系ガスは、ＮおよびＨの２元素のみで構成される物質ともいえ、後述する基板処理工程において、窒化ガス、すなわち、Ｎソースとして作用する。窒化水素系ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスを用いることができる。
【００６０】
窒化水素系ガスとしてアンモニアガスの他、例えば、ジアゼン（Ｎ２Ｈ２）ガス、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）ガス、Ｎ３Ｈ８ガス等の窒化水素系ガスや、これらの化合物を含むガス等を用いることができる。
【００６１】
主に、第２ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２３２ｃ、バルブ２３２ｄ、第２ガス導入部２８２、第２ガス噴出口２５２、第１プラズマ生成部側ガス供給管２３２ｅ及びバルブ２３２ｆにより、反応ガス供給系（第２ガス供給系）が構成される。なお、第２ガス供給源２３２ｂ及び反応ガスプラズマ生成部２７０ａ内のガス導入路及びガス噴出口を、反応ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００６２】
また、第３ガス導入部２８３の上端には、第３ガス供給管２３３ａの下流端が接続されている。第３ガス供給管２３３ａには、上流方向から順に、第３ガス供給源２３３ｂ、ＭＦＣ２３３ｃ、及びバルブ２３３ｄが設けられている。
【００６３】
また、第３ガス供給管２３３ａのバルブ２３３ｄよりも下流側には、第２プラズマ生成部側ガス供給管２３３ｅの上流端が接続されている。第２プラズマ生成部側ガス導入部２８７の上端には、第２プラズマ生成部側ガス供給管２３３ｅの下流端が接続されている。第２プラズマ生成部側ガス供給管２３３ｅには、開閉弁であるバルブ２３３ｆが設けられている。
【００６４】
第３ガス供給管２３３ａから、ＭＦＣ２３３ｃ、バルブ２３３ｄ、第３ガス導入部２８３及び第３ガス噴出口２５３を介して、または第２プラズマ生成部側ガス供給管２３３ｅ、バルブ２３３ｆ、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂ内のガス導入路及びガス噴出口を介して、改質ガスが第３処理領域２０６ｃ内に供給される。改質ガスは、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂによってプラズマ状態とされ、ウエハ２００上に照射される。
【００６５】
ここでいう「改質ガス」とは、処理ガスの一つであり、後述するようにプラズマ状態となって、原料ガスおよび反応ガスによって形成された第２層を改質するガスである。改質ガスは、例えば、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、Ｈｅガス、およびＡｒガスの少なくともいずれか一つ、もしくはその組み合わせである。なお、改質ガスは、これらのガスのなかで反応ガスと異なるガスである。ここでは、改質ガスは、例えばＨ２ガスである。
【００６６】
主に、第３ガス供給管２３３ａ、ＭＦＣ２３３ｃ、バルブ２３３ｄ、第３ガス導入部２８３、第３ガス噴出口２５３、第２プラズマ生成部側ガス供給管２３３ｅ及びバルブ２３３ｆにより、改質ガス供給系（第３ガス供給系）が構成される。なお、第３ガス供給源２３３ｂ及び改質ガスプラズマ生成部２７０ｂ内のガス導入路及びガス噴出口を、改質ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００６７】
以上のように、主に、原料ガス供給系、反応ガス供給系、および改質ガス供給系により、処理ガス供給系が構成される。
【００６８】
（不活性ガス供給系）
不活性ガス導入部２８５の上端には、第１不活性ガス供給管２９９ａの下流端が接続されている。第１不活性ガス供給管２９９ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２９９ｂ、ＭＦＣ２９９ｃ、及びバルブ２９９ｄが設けられている。第１不活性ガス供給管２９９ａからは、ＭＦＣ２９９ｃ、バルブ２９９ｄ、不活性ガス導入部２８５、第１不活性ガス噴出口２５６及び第２不活性ガス噴出口２５７を介して、不活性ガスが第１パージ領域２０７ａ内及び第２パージ領域２０７ｂ内にそれぞれ供給される。第１パージ領域２０７ａ内及び第２パージ領域２０７ｂ内に供給される不活性ガスは、パージガスとして作用する。
【００６９】
また、第１ガス供給管２３１ａのバルブ２３１ｄよりも下流側には、第２不活性ガス供給管２９１ａの下流端が接続されている。第２不活性ガス供給管２９１ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２９１ｂ、ＭＦＣ２９１ｃ、及びバルブ２９１ｄが設けられている。第２不活性ガス供給管２９１ａからは、ＭＦＣ２９１ｃ、バルブ２９１ｄ、第１ガス供給管２３１ａ、第１ガス導入部２８１及び第１ガス噴出口２５１を介して、不活性ガスが第１処理領域２０６ａ内に供給される。第１処理領域２０６ａ内に供給される不活性ガスは、キャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
【００７０】
また、第２ガス供給管２３２ａのバルブ２３２ｄよりも下流側には、第３不活性ガス供給管２９２ａの下流端が接続されている。第３不活性ガス供給管２９２ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２９２ｂ、ＭＦＣ２９２ｃ、及びバルブ２９２ｄが設けられている。第３不活性ガス供給管２９２ａからは、ＭＦＣ２９２ｃ、バルブ２９２ｄ、第２ガス供給管２３２ａ、第２ガス導入部２８２及び第２ガス噴出口２５２、又は第１プラズマ生成部側ガス供給管２３２ｅ、バルブ２３２ｆ、反応ガスプラズマ生成部２７０ａ内のガス導入路及びガス噴出口を介して、不活性ガスが第２処理領域２０６ｂ内に供給される。第２処理領域２０６ｂ内に供給される不活性ガスは、第１処理領域２０６ａ内に供給される不活性ガスと同様に、キャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
【００７１】
また、第３ガス供給管２３３ａのバルブ２３３ｄよりも下流側には、第４不活性ガス供給管２９３ａの下流端が接続されている。第４不活性ガス供給管２９３ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２９３ｂ、ＭＦＣ２９３ｃ、及びバルブ２９３ｄが設けられている。第４不活性ガス供給管２９３ａからは、ＭＦＣ２９３ｃ、バルブ２９３ｄ、第３ガス供給管２３３ａ、第３ガス導入部２８３及び第３ガス噴出口２５３、又は第２プラズマ生成部側ガス供給管２３３ｅ、バルブ２３３ｆ、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂ内のガス導入路及びガス噴出口を介して、不活性ガスが第３処理領域２０６ｃ内に供給される。第３処理領域２０６ｃ内に供給される不活性ガスは、第１処理領域２０６ａ内に供給される不活性ガスと同様に、キャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
【００７２】
ここで「不活性ガス」は、例えば、窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスの少なくともいずれか一つである。ここでは、不活性ガスは、例えばＮ２ガスである。
【００７３】
主に、第１不活性ガス供給管２９９ａ、ＭＦＣ２９９ｃ及びバルブ２９９ｄ、不活性ガス導入部２８５、第１不活性ガス噴出口２５６及び第２不活性ガス噴出口２５７により第１不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２９９ｂを、第１不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００７４】
また、主に、第２不活性ガス供給管２９１ａ、ＭＦＣ２９１ｃ及びバルブ２９１ｄにより第２不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２９１ｂ、第１ガス供給管２３１ａ、第１ガス導入部２８１及び第１ガス噴出口２５１を、第２不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００７５】
また、主に、第３不活性ガス供給管２９２ａ、ＭＦＣ２９２ｃ及びバルブ２９２ｄにより第３不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２９２ｂ、第２ガス供給管２３２ａ、第２ガス導入部２８２、第２ガス噴出口２５２、第１プラズマ生成部側ガス供給管２３２ｅ、バルブ２３２ｆ、反応ガスプラズマ生成部２７０ａ内のガス導入路及びガス噴出口を、第３不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００７６】
また、主に、第４不活性ガス供給管２９３ａ、ＭＦＣ２９３ｃ及びバルブ２９３ｄにより第４不活性ガス供給系が構成される。なお、不活性ガス供給源２９３ｂ、第３ガス供給管２３３ａ、第３ガス導入部２８３、第３ガス噴出口２５３、第２プラズマ生成部側ガス供給管２３３ｅ、バルブ２３３ｆ、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂ内のガス導入路及びガス噴出口を、第４不活性ガス供給系に含めて考えてもよい。
【００７７】
主に、第１不活性ガス供給系、第２不活性ガス供給系、第３不活性ガス供給系、および第４不活性ガス供給系により、不活性ガス供給系が構成される。
【００７８】
（クリーニングガス供給系）
本実施形態の基板処理装置１０は、クリーングガス供給系を有していてもよい。クリーニングガス導入部２８９の上端には、例えば、クリーニングガス供給管２３９ａの下流端が接続されている。クリーニングガス供給管２３９ａには、上流方向から順に、クリーニングガス供給源２３９ｂ、ＭＦＣ２３９ｃ、バルブ２３９ｄ、及びクリーニングガスのプラズマを生成するリモートプラズマ生成ユニット２３９ｅが設けられている。
【００７９】
クリーニングガス供給管２３９ａから、ＭＦＣ２３９ｃ、バルブ２３９ｄ、リモートプラズマ生成ユニット２３９ｅ、クリーニングガス導入部２８９、クリーニングガス供給孔２５９を介して、クリーニングガスが反応容器２０３内に供給される。クリーニングガスは、リモートプラズマ生成ユニット２３９ｅによってプラズマ状態とされたクリーニングガスにより、反応容器２０３内の副生成物等がクリーニングされる。なお、クリーニングガスは、例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス、三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ３）ガス、フッ素（Ｆ２）ガスの少なくともいずれか一つである。
【００８０】
（排気系）
図４に示されているように、反応容器２０３の底部には、反応容器２０３内を排気する排気口２４０が設けられている。例えば排気口２４０は複数設けられ、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃおよび第２パージ領域２０７ｂのそれぞれの底部に設けられている。
【００８１】
各々の排気口２４０には、排気管２４１の上流端が接続されている。例えば、各々の排気口２４０に接続された排気管２４１は、下流側で一つに合流されている。排気管２４１の合流部分よりも下流側には、圧力センサ２４８、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４３、および開閉弁としてのバルブ２４５を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成されている。ＡＰＣバルブ２４３は、弁を開閉して処理室２０１内の真空排気や真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して処理室２０１内の圧力を調整可能となっている開閉弁である。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４３及びバルブ２４５により排気系が構成される。なお、排気系には、圧力センサ２４８および真空ポンプ２４６を含めても良い。
【００８２】
（プラズマ生成部）
図３および図４に示されているように、第２処理領域２０６ｂ内の上方には、反応ガスプラズマ生成部２７０ａの少なくとも一部が設けられている。反応ガスプラズマ生成部２７０ａは、第２処理領域２０６ｂ内に反応ガスのプラズマを生成するよう構成されている。このように、プラズマを用いることにより、ウエハ２００の温度が低温であっても反応ガスを活性化させウエハ２００の処理を行うことができる。
【００８３】
第２処理領域２０６ｂ内には、例えば互いに水平方向に並んだ一対の棒状の電極２７１ａが設けられている。一対の電極２７１ａは、例えば石英製のカバー２７４ａで覆われている。反応ガスプラズマ生成部２７０ａのカバー２７４ａ内には、上述の反応ガスの導入路が設けられている。
【００８４】
一対の電極２７１ａには、インピーダンスを整合する整合器２７２ａを介して、高周波電源２７３ａが接続されている。高周波電源２７３ａから電極２７１ａに高周波電力が印加されることにより、一対の電極２７１ａの周辺にプラズマが生成される。なお、主に一対の電極２７１ａの直下にプラズマが生成される。このように、反応ガスプラズマ生成部２７０ａは、いわゆる容量結合型のプラズマを生成する。
【００８５】
例えば、反応ガスプラズマ生成部２７０ａの一対の電極２７１ａは、平面視で反応容器２０３の中心から外側に向かう径方向に沿って設けられ、またウエハ２００の上面と平行に設けられている。一対の電極２７１ａは、ウエハ２００が通過する経路上に配置され、また例えば平面視で第２処理領域２０６ｂの中心と重なるように配置されている。一対の電極２７１ａの長手方向の長さは、ウエハ２００の直径よりも長い。これにより、一対の電極２７１ａの直下を通過するウエハ２００の全面に順次プラズマが照射される。
【００８６】
主に、一対の電極２７１ａにより、反応ガスプラズマ生成部２７０ａが構成される。なお、整合器２７２ａおよび高周波電源２７３ａを反応ガスプラズマ生成部２７０ａに含めて考えてもよい。
【００８７】
また、図３に示されているように、第３処理領域２０６ｃ内の上方には、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂの少なくとも一部が設けられている。図３に示されているように、本実施形態において、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂは、反応ガスプラズマ生成部２７０ａと同様の構成を有し、主に一対の電極２７１ｂにより構成される。但し、反応ガスプラズマ生成部２７０ａと改質ガスプラズマ生成部２７０ｂの構成は異なる構成としてもよい。
【００８８】
改質ガスプラズマ生成部２７０ｂの一対の電極２７１ｂには、整合器２７２ｂを介して高周波電源２７３ｂが接続されている。整合器２７２ｂおよび高周波電源２７３ｂは、反応ガスプラズマ生成部２７０ａの整合器２７２ａおよび高周波電源２７３ａとは別に設けられている。なお、これらの整合器２７２ｂおよび高周波電源２７３ｂを改質ガスプラズマ生成部２７０ｂに含めて考えてもよい。
【００８９】
（制御部）
次に、図６を用い、本実施形態の制御部（制御手段）であるコントローラ３００について説明する。
【００９０】
図６に示されているように、制御部（制御手段）であるコントローラ３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３０１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３０１ｂ、記憶装置３０１ｃ、Ｉ／Ｏポート３０１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ３０１ｂ、記憶装置３０１ｃ、Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、内部バス３０１ｅを介して、ＣＰＵ３０１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ３００には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置３０２が接続されている。
【００９１】
記憶装置３０１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置３０１ｃ内には、基板処理装置１０の動作を制御する制御プログラムや、後述する成膜処理等の基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピが、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ３００に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ３０１ｂは、ＣＰＵ３０１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
【００９２】
Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、上述のＭＦＣ２３１ｃ〜２３３ｃ，２３９ｃ，２９１ｃ〜２９３ｃ，２９９ｃ、バルブ２３１ｄ〜２３３ｄ，２３９ｄ，２９１ｄ〜２９３ｄ，２９９ｄ、圧力センサ２４８、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、ヒータ２１８、温度センサ２４９、反応ガスプラズマ生成部２７０ａの整合器２７２ａ並びに高周波電源２７３ａ、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂの整合器２７２ｂ並びに高周波電源２７３ｂ、回転機構２６７、昇降機構２６８等に接続されている。なお、Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、図示されていない電力調整器２２４、ヒータ電源２２５、及び温度調整器２２３にも接続されている。
【００９３】
ＣＰＵ３０１ａは、記憶装置３０１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置３０２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置３０１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ３０１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２３１ｃ〜２３３ｃ，２３９ｃ，２９１ｃ〜２９３ｃ，２９９ｃによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２３１ｄ〜２３３ｄ，２３９ｄ，２９１ｄ〜２９３ｄ，２９９ｄの開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作及び圧力センサ２４８に基づくＡＰＣバルブ２４３による圧力調整動作、温度センサ２４９に基づくヒータ２１８の温度調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、回転機構２６７によるサセプタ２１７の回転および回転速度調節動作、昇降機構２６８によるサセプタ２１７の昇降動作、反応ガスプラズマ生成部２７０ａ並びに改質ガスプラズマ生成部２７０ｂのそれぞれの高周波電源２７３ａ，２７３ｂによる電力供給および停止、および整合器２７２ａ，２７３ｂによるインピーダンス調整動作等を制御するように構成されている。
【００９４】
なお、コントローラ３００は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）３０３を用意し、かかる外部記憶装置３０３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ３００を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置３０３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置３０３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置３０１ｃや外部記憶装置３０３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置３０１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置３０３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
【００９５】
（３）基板処理工程
次に、図７および図８を用い、第１実施形態に係る基板処理工程について説明する。以下の説明において、基板処理装置１０のプロセスチャンバ２０２の構成各部の動作は、コントローラ３００により制御される。
【００９６】
ここでは、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスを用い、改質ガスとしてＨ２ガスを用い、ウエハ２００上に薄膜としてＴｉＮ膜を形成する例について説明する。本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのもの」を意味する場合や、「ウエハとその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合、すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合がある。また、本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
【００９７】
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを直接供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（または膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（または膜）を直接形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。また、本実施形態において、ＴｉＮ膜が形成されるウエハ２００には、例えば半導体装置の配線またはビアを形成するための溝部が形成されている。
【００９８】
また、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同様であり、その場合、上記説明において、「ウエハ」を「基板」に置き換えて考えればよい。
【００９９】
（基板搬入・載置工程Ｓ１１０）
例えば、最大２５枚のウエハ２００が収納されたポッド１００が、工程内搬送装置によって搬送され、ロードポート１０５の上に載置される。ポッド１００のキャップ１００ａがポッドオープナ１０８によって取り外され、ポッド１００の基板出し入れ口が開放される。第２ウエハ移載機１２４は、ポッド１００からウエハ２００をピックアップして、ノッチ合わせ装置１０６上へ載置する。ノッチ合わせ装置１０６はウエハ２００の位置調整を行う。第２ウエハ移載機１２４は、ウエハ２００をノッチ合わせ装置１０６から大気圧の状態の予備室１２２内に搬入する。ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２内が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
【０１００】
プロセスチャンバ２０２ではサセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させることにより、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突き上げピン２６６を貫通させる。その結果、ウエハ突き上げピン２６６が、サセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。続いて、所定のゲートバルブを開き、第１ウエハ移載機１１２を用いて、処理室２０１内に所定枚数（例えば５枚）のウエハ２００（処理基板）を搬入する。そして、サセプタ２１７の図示しない回転軸を中心として、各ウエハ２００が重ならないように、サセプタ２１７の回転方向に沿って載置する。これにより、ウエハ２００は、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突き上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。
【０１０１】
処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、第１ウエハ移載機１１２をプロセスチャンバ２０２の外へ退避させ、所定のゲートバルブを閉じて反応容器２０３内を密閉する。その後、サセプタ２１７を上昇させることにより、サセプタ２１７に設けられた各ウエハ載置部２１７ｂ上にウエハ２００を載置する。
【０１０２】
なお、ウエハ２００を処理室２０１内に搬入する際には、排気系により処理室２０１内を排気しつつ、不活性ガス供給系から処理室２０１内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給することが好ましい。すなわち、真空ポンプ２４６を作動させＡＰＣバルブ２４３を開けることにより処理室２０１内を排気した状態で、少なくとも第１不活性ガス供給系のバルブ２９９ｄを開けることにより、処理室２０１内にＮ２ガスを供給することが好ましい。これにより、処理室２０１内へのパーティクルの侵入や、ウエハ２００上へのパーティクルの付着を抑制することが可能となる。なお、さらに第２不活性ガス供給系及び第３不活性ガス供給系から不活性ガスを供給してもよい。また、真空ポンプ２４６は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１１０）から後述する基板搬出工程（Ｓ１６０）が終了するまでの間は、常に作動させた状態とする。
【０１０３】
ウエハ２００をサセプタ２１７の上に載置する際は、サセプタ２１７の内部に埋め込まれたヒータ２１８に電力を供給し、ウエハ２００の表面が所定の温度となるよう制御される。ウエハ２００の温度は、例えば室温以上７５０℃以下であり、好ましくは、室温以上であって４００℃以下である。この際、ヒータ２１８の温度は、温度センサ２４９により検出された温度情報に基づいてヒータ２１８への通電具合を制御することによって調整される。また、ヒータ２１８は、少なくとも基板搬入・載置工程（Ｓ１１０）から後述する基板搬出工程（Ｓ１６０）が終了するまでの間は、常に通電させた状態とする。
【０１０４】
なお、シリコンで構成されるウエハ２００の加熱処理では、表面温度を７５０℃以上にまで加熱すると、ウエハ２００の表面に形成されたソース領域やドレイン領域等の不純物がさらに拡散し、回路特性が劣化し、半導体デバイスの性能が低下してしまう場合がある。ウエハ２００の温度を上述のように制限することにより、ウエハ２００の表面に形成されたソース領域やドレイン領域における不純物の拡散、回路特性の劣化、半導体デバイスの性能の低下を抑制できる。
【０１０５】
（サセプタ回転開始Ｓ１２０）
まず、ウエハ２００が各ウエハ載置部２１７ｂに載置されたら、回転機構２６７によってサセプタ２１７の回転を開始する。この際、サセプタ２１７の回転速度はコントローラ３００によって制御される。サセプタ２１７の回転速度は例えば１回転／分以上１００回転／分以下である。具体的には、回転速度は、例えば６０回転／分である。サセプタ２１７を回転させることにより、ウエハ２００は、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第２パージ領域２０７ｂの順に移動を開始する。
【０１０６】
（ガス供給開始Ｓ１３０）
ウエハ２００を加熱して所望とする温度に達し、サセプタ２１７が所望とする回転速度に到達したら、バルブ２３１ｄを開けて第１処理領域２０６ａ内にＴｉＣｌ４ガスの供給を開始する。それと併行して、バルブ２３２ｄおよびバルブ２３２ｆを開けて第２処理領域２０６ｂ内にＮＨ３ガスを供給するとともに、バルブ２３３ｄおよびバルブ２３３ｆを開けて第２処理領域２０６ｂ内にＨ２ガスを供給する。
【０１０７】
このとき、ＴｉＣｌ４ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２３１ｃを調整する。なお、ＴｉＣｌ４ガスの供給流量は、例えば０．１ｇ／ｍｉｎ以上２．０ｇ／ｍｉｎ以下である。また、ＴｉＣｌ４ガスとともに、第２不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。
【０１０８】
また、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２３２ｃを調整する。なお、ＮＨ３ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。また、ＮＨ３ガスとともに、第３不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。
【０１０９】
また、Ｈ２ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２３３ｃを調整する。なお、Ｈ２ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上５０００ｓｃｃｍ以下である。また、Ｈ２ガスとともに、第４不活性ガス供給系からキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。
【０１１０】
なお、基板搬入・載置工程Ｓ１１０後、継続して、排気部により処理室２０１内が排気されるとともに、不活性ガス供給系から第１パージ領域２０７ａ内および第２パージ領域２０７ｂ内にパージガスとしてのＮ２ガスが供給されている。また、ＡＰＣバルブ２４３の弁開度を適正に調整することにより、処理室２０１内、すなわち、ウエハ２００が存在する各領域を有する処理空間を所定の圧力とする。
【０１１１】
（薄膜形成工程Ｓ２００）
次に、図８に示されているように、薄膜形成工程Ｓ２００では、以下のようにして、サセプタ２１７の回転によって、複数のウエハ２００を、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃ、および第２パージ領域２０７ｂを順次通過させる。
【０１１２】
まず、第２ガス供給管２３２ａから供給されるＮＨ３ガスの流量が安定したら、反応ガスプラズマ生成部２７０ａによって、第２処理領域２０６ｂ内にＮＨ３ガスのプラズマの生成を開始する。具体的には、反応ガスプラズマ生成部２７０ａの高周波電源２７３ａから一対の電極２７１ａに高周波電力を印加するとともに、整合器２７２ａによりインピーダンスを整合させる。これにより、第２処理領域２０６ｂ内における一対の電極２７１ａの下方にＮＨ３ガスのプラズマを生成する。
【０１１３】
また、第３ガス供給管２３３ａから供給されるＨ２ガスの流量が安定したら、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂによって、第３処理領域２０６ｃ内にＨ２ガスのプラズマの生成を開始する。具体的には、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂの高周波電源２７３ｂから一対の電極２７１ｂに高周波電力を印加するとともに、整合器２７２ｂによりインピーダンスを整合させる。これにより、第３処理領域２０６ｃ内における一対の電極２７１ｂの下方にＨ２ガスのプラズマを生成する。
【０１１４】
（第１処理領域通過Ｓ２１０）
ウエハ２００が第１処理領域２０６ａを通過するときに、ＴｉＣｌ４ガスがウエハ２００に供給される。このとき、第１処理領域２０６ａ内のガスは、ＴｉＣｌ４および不活性ガスのみであるため、ＴｉＣｌ４ガスは、反応ガスまたは改質ガスと反応することなく、直接ウエハ２００の表面に接触（付着）する。これにより、ウエハ２００の表面には、第１層としての第１元素含有層が形成される。
【０１１５】
第１層は、例えば、処理室２０１内の圧力、ＴｉＣｌ４ガスの流量、サセプタ２１７の温度、第１処理領域２０６ａの通過にかかる時間（第１処理領域２０６ａでの処理時間）等に応じて、所定の厚さ及び所定の分布で形成される。
【０１１６】
（第１パージ領域通過Ｓ２２０）
次に、ウエハ２００は、第１処理領域２０６ａを通過した後に、サセプタ２１７の回転方向Ｒに移動して第１パージ領域２０７ａに移動する。ウエハ２００が第１パージ領域２０７ａを通過するときに、第１処理領域２０６ａにおいてウエハ２００上で強固な結合を形成できなかったＴｉＣｌ４ガスの一部等が、不活性ガスとしてのＮ２ガスによってウエハ２００上から除去される。
【０１１７】
（第２処理領域通過Ｓ２３０）
次に、ウエハ２００は、第１パージ領域２０７ａを通過した後に、サセプタ２１７の回転方向Ｒに移動して第２処理領域２０６ｂに移動する。ウエハ２００が第２処理領域２０６ｂを通過するときに、第２処理領域２０６ｂでは、第１層が反応ガスとしてのＮＨ３ガスのプラズマと反応する。このとき、ＮＨ３ガスの活性種のうち窒素成分は、第１層中のチタン（Ｔｉ）成分と結合し、ＮＨ３ガスの活性種のうち水素成分は第１層中の塩素（Ｃｌ）成分と反応してＨＣｌとなって第１層から脱離する。これにより、ウエハ２００の上には、少なくとも第１元素であるＴｉおよび第２元素であるＮを含む層(又は膜)が形成される。以後、第１元素及び第２元素を含む層(又は膜)を第２層と称する場合がある。
【０１１８】
このとき、反応ガスによる反応が不十分である場合、第２層には、原料ガスとしてのＴｉＣｌ４に由来する塩素成分が残留物として残留してしまう可能性がある。この残留物が存在する状態で次の第１処理領域２０６ａを通過した場合、Ｔｉ成分がまばらに付着するため、膜が疎の状態になる等して膜特性が悪くなる。更には、第１層に含まれる塩素（Ｃｌ）成分は、薄膜における不純物となる。このような状況で第１層を形成する工程と第２層を形成する工程とを繰り返して所望の膜厚の薄膜を形成する場合、膜の深さ方向にわたって膜密度や抵抗値が不均一となる虞がある。そこで、本実施形態では、ウエハ２００上の第２層に対して、以下のようにして改質ガスのプラズマによる処理が施される。
【０１１９】
（第３処理領域通過Ｓ２４０）
次に、ウエハ２００は、第２処理領域２０６ｂを通過した後に、サセプタ２１７の回転方向Ｒに移動して第３処理領域２０６ｃに移動する。ウエハ２００が第３処理領域２０６ｃを通過するときに、第３処理領域２０６ｃでは、第２層が改質ガスとしてのＨ２ガスのプラズマにより改質される。このとき、Ｈ２ガスの活性種は、第２層に残留した残留物としてのＣｌ原子（クロロ基）と反応してＨＣｌとなって第２層から脱離する。以後、ウエハ２００の上の改質された第２層を第３層と称する場合がある。
【０１２０】
第３層は、例えば、反応容器２０３内の圧力、Ｈ２ガスの流量、サセプタ２１７の温度、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂの電力供給具合等に応じて、所定の分布、第２層に対する所定の改質深さで第２層が改質されることにより形成される。
【０１２１】
ここで、本実施形態では、例えば、反応ガスのプラズマが生成される第２処理領域２０６ｂは、仕切板２０５を介して、改質ガスのプラズマが生成される第３処理領域２０６ｃに隣接して設けられる。これにより、第１層がＮＨ３ガスのプラズマと反応することによって第２層が形成された直後に、第２層をＨ２ガスによって改質することができる。
【０１２２】
また、本実施形態において、好ましくは、第３処理領域２０６ｃは、第２処理領域２０６ｂよりも広い。すなわち、第３処理領域２０６ｃにおける所定のウエハ２００に対する処理時間は、第２処理領域２０６ｂにおける処理時間よりも長い。これにより、第３処理領域２０６ｃでは、第２層が、第２処理領域２０６ｂよりも長い時間をかけてＨ２ガスのプラズマに曝されることにより、１サイクルを終えた第３層中にＣｌ成分が残留することがより確実に抑制される。
【０１２３】
或いは、本実施形態において、より好ましくは、第３処理領域２０６ｃにおける改質ガスとしてのＨ２ガスに印加されるプラズマ電力を第２処理領域２０６ｂにおける反応ガスとしてのＮＨ３ガスに印加されるプラズマ電力よりも高くする。これにより、プラズマ密度が高いＨ２ガスのプラズマが形成されるので、第２層からのＣｌ成分の脱離をより確実に促進することができる。
【０１２４】
或いは、本実施形態において、より好ましくは、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂのプラズマ励起周波数は、反応ガスプラズマ生成部２７０ａのプラズマ励起周波数と異なり、例えば反応ガスプラズマ生成部２７０ａのプラズマ励起周波数よりも高い。これにより、電力を高くした効果と同様にして、プラズマ密度が高いＨ２ガスのプラズマにより、第２層からのＣｌ成分の脱離をより確実に促進することができる。
【０１２５】
或いは、本実施形態において、より好ましくは、第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０６ｃにおいてウエハ２００にプラズマとなって照射されるＮＨ３ガスおよびＨ２ガスの合計の供給量（＝流量×通過時間）は、第１処理領域２０６ａにおいてウエハ２００に供給されるＴｉＣｌ４ガスの供給量よりも多い。具体的には、第１処理領域２０６ａにおいて供給されるＴｉＣｌ４ガス中のＣｌ原子のモル数に対する第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０６ｃにおいて供給されるＨ原子のモル数の比率を高くする。さらに言えば、第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０６ｃにおいて供給されるＨ原子のモル数は、第１処理領域２０６ａにおいて供給されるＴｉＣｌ４ガス中のＣｌ原子のモル数よりも多い。これにより、第１処理領域２０６ａにおいて全てのＴｉＣｌ４ガスがウエハ２００に付着した場合であっても、第２層中からＣｌ原子（Ｃｌ成分）を脱離させるためのＨ原子が不足することが抑制される。
【０１２６】
なお、本実施形態では、第２層からのＣｌ成分の脱離を促進するためのこれらの条件を組み合わせて行っても良い。
【０１２７】
（第２パージ領域通過Ｓ２５０）
次に、ウエハ２００は、第３処理領域２０６ｃを通過した後に、サセプタ２１７の回転方向Ｒに移動して第２パージ領域２０７ｂに移動する。ウエハ２００が第２パージ領域２０７ｂを通過するときに、第３処理領域２０６ｃにおいてウエハ２００上の第３層から脱離したＨＣｌや、余剰となったＨ２ガス等が、不活性ガスとしてのＮ２ガスによってウエハ２００上から除去される。
【０１２８】
以上の第１処理領域通過Ｓ２１０、第１パージ領域通過Ｓ２２０、第２処理領域通過Ｓ２３０、第３処理領域通過Ｓ２４０、および第２パージ領域通過Ｓ２５０を１サイクルとする。
【０１２９】
（判定Ｓ２６０）
この間、コントローラ３００は、上記１サイクルを所定回数（ｋ回：ｋは１以上の整数）実施したか否かを判定する。具体的には、コントローラ３００は、サセプタ２１７の回転数をカウントする。
【０１３０】
上記１サイクルをｋ回実施していないとき（Ｓ２６０でＮｏの場合）、さらにサセプタ２１７の回転を継続させて、第１処理領域通過Ｓ２１０、第１パージ領域通過Ｓ２２０、第２処理領域通過Ｓ２３０、第３処理領域通過Ｓ２４０、第２パージ領域通過Ｓ２５０を有するサイクルを繰り返す。これにより、第３層を積層することにより薄膜を形成する。
【０１３１】
上記１サイクルをｋ回実施したとき（Ｓ２６０でＹｅｓの場合）、薄膜形成工程Ｓ２００を終了する。このように、上記１サイクルをｋ回実施することにより、第３層を積層した所定膜厚の薄膜が形成される。
【０１３２】
なお、本実施形態で形成されたＴｉＮ膜は、反応ガスとしてのＮＨ３ガスのＨ原子が取り込まれることによりＴｉ−Ｎ−Ｈ基（結合）を含むことがある。
【０１３３】
（ガス供給停止Ｓ１４０）
薄膜形成工程Ｓ２００の後、バルブ２３１ｄ，２３２ｄ，２３３ｄを閉じ、第１処理領域２０６ａへのＴｉＣｌ４ガスの供給、第２処理領域２０６ｂへのＮＨ３ガスの供給、および第３処理領域２０６ｃへのＨ２ガスの供給を停止する。
【０１３４】
（サセプタ回転停止Ｓ１５０）
ガス供給停止Ｓ１４０の後、サセプタ２１７の回転を停止する。
【０１３５】
（基板搬出工程Ｓ１６０）
次に、サセプタ２１７を下降させ、サセプタ２１７の表面から突出させたウエハ突き上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。その後、所定のゲートバルブを開き、第１ウエハ移載機１１２を用いてウエハ２００を反応容器２０３の外へ搬出する。また、不活性ガス供給系による処理室２０１内への不活性ガスとしてのＮ２ガスの供給を停止する。
【０１３６】
以上により、基板処理工程を終了する。なお、基板処理工程の終了後、クリーニングガス供給系から処理室２０１内にクリーニングガスとしてＮＦ３ガスを供給して、処理室２０１内をクリーニングしてもよい。
【０１３７】
（４）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【０１３８】
（ａ）本実施形態によれば、サセプタ２１７の回転によって複数のウエハ２００を順次第１処理領域２０６ａ、第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０６ｃを通過させ、ウエハ２００が第１処理領域２０６ａを通過するときに、ウエハ２００上に原料ガスを供給して第１層を形成し、ウエハ２００が第２処理領域２０６ｂを通過するときに、反応ガスプラズマ生成部２７０ａによって生成された反応ガスのプラズマを第１層と反応させることにより第２層を形成し、ウエハ２００が第３処理領域２０６ｃを通過するときに、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂによって生成された改質ガスのプラズマにより第２層を改質して第３層を形成する。この第１層形成から第３層形成までのサイクルを繰り返して第３層を積層することにより薄膜を形成する。これにより、反応ガスによる反応が不十分であり、基板上に形成される薄膜中に原料ガスの分子の一部の成分などの残留物が残留してしまうことなく、高品質な薄膜を形成することができる。
【０１３９】
（ｂ）また、ウエハの半導体装置の配線を形成するための溝部の底面付近には、反応ガスのプラズマが均一に届かない場合があるため、薄膜の膜密度が低くなることがある。この薄膜の膜密度が低くなる現象は、特に、溝部のアスペクト比が高い場合や、サセプタの回転速度が高い場合などにおいて顕著となる傾向があった。このような場合に、本実施形態によれば薄膜中に原料ガスの分子の一部の成分などの残留物が残留しても、薄膜中の残留物の存在比率が高くなってしまうことなく、高品質な薄膜を形成することができる
【０１４０】
（ｃ）また、本実施形態によれば、ウエハ２００上に第２層が形成された後に、ウエハ２００が改質ガスのプラズマが生成された第３処理領域２０６ｃを通過する。このとき、改質ガスのプラズマによって、第２層中に残留した残留物を第２層から脱離させることにより第３層を形成する。このように第１層形成から第３層形成までの処理を１サイクルとして、１サイクルごとに残留物が残留することを抑制した第３層を形成することにより、または、この第３層の形成を繰り返し積層することにより、高品質な薄膜を形成することができる。
【０１４１】
（ｄ）また、本実施形態によれば、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスを用い、改質ガスとしてＨ２ガスを用いることにより、薄膜としてＴｉＮ膜を形成する。ウエハ２００が第２処理領域２０６ｂを通過するとき、第２層に残留した残留物としてのＣｌ原子（クロロ基）は、Ｈ２ガスのプラズマによってＨＣｌとなって第２層から脱離する。これにより、Ｃｌ原子が減少した第３層が積層されることにより、高品質のＴｉＮ膜を形成することができる。不純物であるＣｌ原子が減少することにより、半導体または金属とのＴｉＮ膜のコンタクト抵抗を低くすることができ、拡散防止層として用いた場合に、Ｃｕ等の金属拡散に対するバリア性を向上させることができる。
【０１４２】
（ｅ）また、本実施形態によれば、第３処理領域２０６ｃにおける改質ガスとしてのＨ２ガスに印加されるプラズマ電力を第２処理領域２０６ｂにおける反応ガスとしてのＮＨ３ガスに印加されるプラズマ電力よりも高くする。ここで、第２処理領域２０６ｂにおいて、ＮＨ３ガスのプラズマに曝されたにもかかわらず第２層中に残存したＣｌ原子は、Ｔｉ原子と強固に結合している可能性がある。Ｔｉ原子と強固に結合したＣｌ原子を、プラズマ密度が高い改質ガスのプラズマと反応させることにより、第２層からの残留物としてのＣｌ原子の脱離を促進することができる。
【０１４３】
（ｆ）また、本実施形態によれば、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂのプラズマ励起周波数は、反応ガスプラズマ生成部２７０ａのプラズマ励起周波数と異なり、例えば反応ガスプラズマ生成部２７０ａのプラズマ励起周波数よりも高い。これにより、電力を高くした効果と同様にして、プラズマ密度が高いＨ２ガスのプラズマが生成でき、第２層からのＣｌ原子の脱離を促進することができる。
【０１４４】
（ｇ）また、本実施形態によれば、複数の仕切板２０５は、サセプタ２１７の回転によってウエハ２００が通過可能な状態で、処理室２０１を第１処理領域２０６ａ、第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０６ｃに仕切るよう構成される。処理室２０１は、複数の仕切板２０５の下にウエハ２００が通過可能な隙間を有している。これにより、仕切板２０５とサセプタ２１７との間を通過するガスは少なくなり、処理室２０１内のそれぞれの領域の間でガスが混合することが抑制される。
【０１４５】
（ｈ）また、本実施形態によれば、第３処理領域２０６ｃは、第２処理領域２０６ｂよりも広く構成される。すなわち、第３処理領域２０６ｃにおける所定のウエハ２００に対する処理時間は、第２処理領域２０６ｂにおける処理時間よりも長い。これにより、第３処理領域２０６ｃでは、第２層が、第２処理領域２０６ｂよりも長い時間をかけてＨ２ガスのプラズマに曝されることにより、より確実にＣｌ原子が脱離されるので、１サイクルを終えた第３層中にＣｌ原子が残留することが抑制される。
【０１４６】
（ｉ）また、本実施形態によれば、第３処理領域２０６ｃは、第２処理領域２０６ｂよりも広く構成される。これにより、プラズマによる照射時間を長くすることができるので、上述の１サイクルにおける改質効率を上げることができる。膜の改質（不純物除去等）は反応（酸化、窒化等）よりも進行が進みにくいので、プラズマ強度を高めるかプラズマ照射時間を長くする必要があり、プラズマ強度を高めるにはハードやコスト的な限界がある一方、本実施形態のようにプラズマによる照射時間を長くするために領域を広くすると、大幅な装置改造を必要とせず１サイクルにおける改質効率を上げることができる。
【０１４７】
（ｊ）上述の効果は、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガス以外のガスを用いる場合や、Ｎ含有ガスとしてＮＨ３ガス以外のガスを用いる場合や、パージガスとしてＮ２ガス以外の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。
【０１４８】
＜本発明の第２実施形態＞
以下に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、基板処理装置１０のプロセスチャンバ２０２が第４処理領域を有する点が第１実施形態と異なる。本実施形態では上述の基板処理装置１０を用い、本実施形態のうちその他の構成は第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる要素についてのみ説明し、第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１４９】
（１）プロセスチャンバの構成
図９を用い、本実施形態に係る処理炉としてのプロセスチャンバの構成について説明する。図９に示されているように、例えば、第１パージ領域２０７ａおよび第２処理領域２０６ｂの間には、第４処理領域２０６ｄが設けられている。例えば、第４処理領域２０６ｄの平面視での面積は、第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０６ｃのそれぞれの平面視での面積と等しい。なお、第２処理領域２０６ｂの平面視での面積は、第３処理領域２０６ｃの平面視での面積と等しい。
【０１５０】
（第４ガス導入部）
ガス導入部２８０内の第４処理領域２０６ｄ側には、第４ガス導入部２８４が設けられている。第４ガス導入部２８４の第４処理領域２０６ｄ側の側壁には、第４処理領域２０６ｄに開口する第４ガス噴出口２５４が設けられている。また、反応容器２０３の第４処理領域２０６ｄにおける天井部には、第１プラズマ生成部側ガス導入部２８６と同様にして、第３プラズマ生成部側ガス導入部２８８が設けられている。
【０１５１】
図示されていないが、第４ガス導入部２８４の上端には、第４ガス供給管の下流端が接続されている。第４ガス供給管には、上流側から順に、第４ガス供給源、ＭＦＣ、及びバルブが設けられている。また、第４ガス供給管のバルブよりも下流側には、第１プラズマ生成部側ガス導入部２８６の上流端に接続するようにバルブを介して第３プラズマ生成部側ガス供給管が接続されている。後述する前処理ガスプラズマ生成部２７０ｃは、プラズマを生成する際に第３プラズマ生成部側ガス導入部２８８からガス導入路（不図示）およびガス噴出口（不図示）を介して第４処理領域２０６ｄ内に改質ガスを供給するよう構成されている。
【０１５２】
（前処理ガス供給系）
第４ガス供給管から、ＭＦＣ、バルブ、第４ガス導入部２８４及び第４ガス噴出口２５４を介して、または第３プラズマ生成部側ガス供給管、バルブ、前処理ガスプラズマ生成部２７０ｃ内のガス導入路及びガス噴出口を介して、改質ガスが第４処理領域２０６ｄ内に供給される。改質ガスは、改質ガスプラズマ生成部２７０ｂによってプラズマ状態とされ、ウエハ２００上に照射される。
【０１５３】
ここでいう「前処理ガス」とは、処理ガスの一つであり、後述するようにプラズマ状態となって、原料ガスによって形成された第１層を改質するガスである。前処理ガスは、例えば、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、Ｈｅガス、およびＡｒガスの少なくともいずれか一つである。なお、前処理ガスは、これらのガスのなかで反応ガスと異なるガスである。また、前処理ガスは、原料ガスより粘着度（粘度）の低い材料が用いられる。ここでは、前処理ガスは、改質ガスと同じガスであり、例えばＨ２ガスである。
【０１５４】
主に、第４ガス供給管、ＭＦＣ、バルブ、第４ガス導入部、第４ガス噴出口、第３プラズマ生成部側ガス供給管及びバルブにより、前処理ガス供給系（第４ガス供給系）が構成される。この前処理ガス供給系は、処理ガス供給系の一部である。なお、第４ガス供給源及び前処理ガスプラズマ生成部２７０ｃ内のガス導入路及びガス噴出口を、前処理ガス供給系に含めて考えてもよい。また、第４ガス供給管のバルブよりも下流側には、第３不活性ガス供給系と同様の第５不活性ガス供給系が接続されていてもよい。
【０１５５】
（前処理ガスプラズマ生成部）
図９に示されているように、第４処理領域２０６ｄ内の上方には、前処理ガスプラズマ生成部２７０ｃの少なくとも一部が設けられている。前処理ガスプラズマ生成部２７０ｃは、反応ガスプラズマ生成部２７０ａと同様の構成を有し、主に一対の電極２７１ｃにより構成される。
【０１５６】
前処理ガスプラズマ生成部２７０ｃの一対の電極２７１ｃには、整合器２７２ｃを介して高周波電源２７３ｃが接続されている。整合器２７２ｃおよび高周波電源２７３ｃは、反応ガスプラズマ生成部２７０ａの整合器２７２ａおよび高周波電源２７３ａとは別に設けられている。なお、これらの整合器２７２ｃおよび高周波電源２７３ｃを前処理ガスプラズマ生成部２７０ｃに含めて考えてもよい。
【０１５７】
（２）基板処理工程
次に、本実施形態の基板処理工程について、図１０を用いて説明する。以下では、本実施形態における薄膜形成工程Ｓ２００のみを説明する。
【０１５８】
ここで、ウエハ２００が第１処理領域２０６ａおよび第１パージ領域２０７ａを通過し、ウエハ２００上には、第１層が形成されているものとする。
【０１５９】
（第４処理領域通過Ｓ２２５）
ウエハ２００は、第１パージ領域２０７ａを通過した後に、サセプタ２１７の回転方向Ｒに移動して第４処理領域２０６ｄに移動する。ウエハ２００が第４処理領域２０６ｄを通過するときに、第４処理領域２０６ｄでは、第１層が前処理ガスとしてのＨ２ガスのプラズマにより改質される。このとき、Ｈ２ガスの活性種は、第１層中に含まれＴｉＣｌ４ガスに由来するＣｌ原子と反応してＨＣｌとなって第１層から脱離する。第１実施形態と同様に、ウエハ２００上の改質された第１層を改質層と称する場合がある。
【０１６０】
改質層は、例えば、反応容器２０３内の圧力、Ｈ２ガスの流量、サセプタ２１７の温度、前処理ガスプラズマ生成部２７０ｃの電力供給具合等に応じて、所定の分布、第１層に対する所定の改質深さで第１層が改質されることにより形成される。
【０１６１】
（第２処理領域通過Ｓ２３０）
次に、ウエハ２００は、第４処理領域２０６ｄを通過した後に、サセプタ２１７の回転方向Ｒに移動して第２処理領域２０６ｂに移動する。ウエハ２００が第２処理領域２０６ｂを通過するときに、第２処理領域２０６ｂでは、改質層が反応ガスとしてのＮＨ３ガスのプラズマと反応する。このとき、ＮＨ３ガスの活性種のうちＮ原子は、改質層中のＴｉ原子と結合し、ＮＨ３ガスの活性種のうちＨ原子は、改質層中に残存したＣｌ原子と反応してＨＣｌとなって改質層から脱離する。これにより、ウエハ２００の上には、改質層がさらにＮＨ３ガスのプラズマと反応して第２層が形成される。
【０１６２】
（第３処理領域通過Ｓ２４０）
次に、ウエハ２００は、第２処理領域２０６ｂを通過した後に、サセプタ２１７の回転方向Ｒに移動して第３処理領域２０６ｃに移動する。ウエハ２００が第３処理領域２０６ｃを通過するときに、第３処理領域２０６ｃでは、第２層がさらに改質ガスとしてのＨ２ガスのプラズマにより改質される。このとき、Ｈ２ガスの活性種は、第２層に残留した残留物としてのＣｌ原子（クロロ基）と反応してＨＣｌとなって第２層から脱離する。第１実施形態と同様に、ウエハ２００の上に形成される改質された第２層を第３層と称する場合がある。
【０１６３】
以降の工程は、第１実施形態と同様である。
【０１６４】
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
【０１６５】
本実施形態によれば、第１処理領域２０６ａおよび第２処理領域２０６ｂの間に第４処理領域２０６ｄが設けられる。薄膜形成工程Ｓ２００では、ウエハ２００が第４処理領域２０６ｄを通過するときに、前処理ガスプラズマ生成部２７０ｃによって生成された前処理ガスとしてのＨ２ガスのプラズマにより第１層を改質して改質層を形成する。残留物となりうるＣｌ原子を第１層から脱離させた状態で、第２層を形成することができる。これにより、ＮＨ３ガス中のＮ元素を第１層中に取り込まれやすくすることができる。また、１サイクル中で２回Ｃｌ原子が第１層または第２層から離脱されることにより、最終的にＴｉＮ膜中に残留する残留物を減少させることができる。
【０１６６】
＜本発明の第３実施形態＞
以下に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、各処理領域の広さが第１実施形態と異なる。本実施形態では上述の基板処理装置１０を用い、本実施形態のうちその他の構成は第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる要素についてのみ説明し、第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１６７】
図１１を用い、本実施形態に係る処理炉としてのプロセスチャンバの構成について説明する。
【０１６８】
図１１に示されているように、例えば、第１処理領域２０６ａは、第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０６ｃのそれぞれよりも広い。すなわち、第１処理領域２０６ａを通過する時間は、第２処理領域２０６ｂを通過する時間、および第３処理領域２０６ｃを通過する時間のそれぞれよりも長い。
【０１６９】
本実施形態によれば、各処理領域の広さは、処理ガスの種類に応じて変更してもよい。例えば、第１処理領域２０６ａに供給される原料ガスがウエハ２００に対して付着され難いガスである場合、上記のように第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０６ｃよりも広くする。これにより、第１処理領域２０６ａを通過する時間を長くすることにより、安定的に第１層を形成することができる。
【０１７０】
＜本発明の第４実施形態＞
以下に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態(第４実施形態)は、第１プラズマ生成部の構成が第１実施形態(又は第３実施形態)と異なる。本実施形態では上述の基板処理装置１０を用い、本実施形態のうちその他の構成は第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる要素についてのみ説明し、第１実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１７１】
図１２、図１３を用い、本実施形態(第４実施形態)に係る処理炉としてのプロセスチャンバの構成について説明する。
【０１７２】
図１３に示されているように、第２処理領域２０６ｂにおける第１プラズマ生成部としての反応ガスプラズマ生成部のプラズマが、誘導結合型プラズマ(Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ、略称ＩＣＰ)により生成されるように構成した点が、実施例１(又は実施例３)と異なるため、この第１プラズマ生成部に関連する部分について以下説明する。また、コントローラ構成についても、図６に示す第１実施形態のコントローラ構成と同じ構成であるため説明を省略する。ここでは、プラズマ生成部及び反応ガス供給系について詳述する。
【０１７３】
（プラズマ生成部）
図１２に示すように、反応容器２０３の第２処理領域２０６ｂにおける天井部には、基板(例えば、ウエハ２００)の径よりも大きい径を有する連通口３０３ａが設けられている。連通口３０３ａには、プラズマ生成室３９０が接続されている。プラズマ生成室３９０は側壁３９１及び天井３９２を有し、天井３９２に設けられた反応ガス導入孔３９２ａを介して反応ガス供給系に接続される。側壁３９１は筒状構造であり、外周にコイル３９３が巻かれている。側壁３９１は例えば石英で構成されており、径は基板よりも大きい。側壁３９１は連通口３０３ａと同じ径を有する。連通口３０３ａは、ウエハ２００の外周が連通口３０３ａの内側を通過する位置に配置される。
【０１７４】
重力方向において、天井３９２に設けられた反応ガス導入孔３９２ａとコイル３９３の上端の間には、ガス分散構造３９４が設けられている。ガス分散構造３９４はガス分散板３９４ａと、それを天井に固定する固定構造３９４ｂを有する。ガス分散板３９４ａは孔の無い円板であり、反応ガス導入孔３９２ａから供給されるガスをコイル３９３近傍に導くよう、径方向の部材はコイル３９３の方向に延伸される。固定構造３９４ｂは複数の柱から構成され、ガス導入孔３９２ａから供給されるガスの流れを阻害しない構造としている。固定構造３９４ｂの一端はガス分散板３９４ａの一部に固定され、他端は天井２９２に固定されている。
【０１７５】
コイル３９３は円周を構成する部分、すなわち側壁３９１に隣接する部分の曲率が一定の形状を有する。曲率を一定とすることで、コイルに電流を流した際に発生する磁場が側壁３９１の内周に沿って均一となり、それによって生成されるプラズマの周方向の密度を均一にすることが可能となる。
【０１７６】
コイル３９３には、波形調整回路３９６、ＲＦセンサ３９７、高周波電源３９８と周波数整合器３９９が接続される。
【０１７７】
高周波電源３９８はコイル３９３に高周波電力を供給するものである。ＲＦセンサ３９７は高周波電源３９８の出力側に設けられている。ＲＦセンサ３９７は、供給される高周波の進行波や反射波の情報をモニタするものである。周波数整合器３９９は、ＲＦセンサ３９７でモニタされた反射波の情報に基づいて、反射波が最小となるよう、高周波電源３９８を制御する。
【０１７８】
コイル３９３は、所定の波長の定在波を形成するため、一定波長モードで共振するように巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、コイル３９３と隣接する波形調整回路３９６を合わせた電気的長さは、高周波電源３９８から供給される電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍、２倍、…）に相当する長さに設定される。
【０１７９】
コイル３９３の両端は電気的に接地されるが、コイル３９３の少なくとも一端は、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際に当該共振コイルの電気的長さを微調整するため、可動タップを介して接地される。コイル３９３の他端は固定グランドに接続される。さらに、装置の最初の設置の際又は処理条件の変更の際にコイル３９３のインピーダンスを微調整するため、コイル３９３の接地された両端の間には、可動タップによって給電部が構成される。
【０１８０】
コイル３９３は遮蔽板３９５に囲まれている。遮蔽板３９５は、コイル３９３から発生する電磁波等を遮断する。具体的には、遮蔽板３９５は、コイル３９３の外側への電磁波の漏れを遮蔽するとともに、共振回路を構成するのに必要な容量成分をコイル３９３との間に形成するために設けられる。遮蔽板３９５は、一般的には、アルミニウム合金、銅又は銅合金などの導電性材料を使用して円筒状に形成される。
【０１８１】
高周波電源３９８の出力側にはＲＦセンサ３９７が設置され、コイル３９３に向かう進行波、コイル３９３から反射する反射波等をモニタしている。ＲＦセンサ３９７によってモニタされた反射波電力は、周波数整合器３９９に入力される。周波数整合器３９９は、反射波が最小となるよう周波数を制御する。
【０１８２】
主に、プラズマ生成室３９０、コイル３９３、波形調整回路３９６、ＲＦセンサ３９７、周波数整合器３９９により、本実施形態に係る第１プラズマ生成部が構成されている。尚、第１プラズマ生成部として高周波電源３９８を含めても良い。
（反応ガス供給系）
反応容器２０３の天井部であって、第２処理領域２０６ｂの上方には、連通口３０３ａが設けられている。連通口３０３ａには後述するプラズマ生成室３９０が接続される。プラズマ生成室３９０の天井３９２に反応ガス導入孔３９２ａが設けられ、反応ガス導入孔３９２ａには反応ガス供給系（反応ガス供給部とも呼ぶ）２３３が接続されている。
【０１８３】
反応ガス導入孔３９２ａには、第３ガス供給管２３３ａの下流端が接続されている。第３ガス供給管２３３ａには、上流方向から順に、反応ガス供給源２３３ｂ、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３３ｃ、及び開閉弁であるバルブ２３３ｄが設けられている。
【０１８４】
反応ガス供給源２３３ｂから、反応ガスとしての窒素（Ｎ）含有ガスが、ＭＦＣ２３３ｃ、バルブ２３３ｄ、プラズマ生成室３９０、連通口３０３ａを介して、反応ガスが第２処理領域２０６ｂ内に供給される。
【０１８５】
また、第３ガス供給管２３３ａのバルブ２３３ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２９２ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２９２ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２９２ｂ、ＭＦＣ２９２ｃ、及びバルブ２９２ｄが設けられている。不活性ガス供給管２９２ａからは、ＭＦＣ２９２ｃ、バルブ２９２ｄ、第３ガス供給管２３３ａ、プラズマ生成室３９０、連通口３０３ａを介して、不活性ガスが第３処理領域２０６ｃ内に供給される。
【０１８６】
主に、第３ガス供給管２３３ａ、ＭＦＣ２３３ｃ、バルブ２３３ｄ、反応ガス導入孔３９２ａにより反応ガス供給部が構成される。なお、反応ガス供給源２３３ｂを反応ガス供給系に含めて考えてもよい。
【０１８７】
図１３に示すように、第２処理領域２０６ｂに誘導結合型プラズマを生成する反応ガスプラズマ生成部を設けた点以外には、第１処理領域２０６ａおよび第３処理領域２０６ｃには変更はなく、また、第１パージ領域２０７ａおよび第２パージ領域２０７ｂにも変更はないため、本実施形態(第４実施形態)においても、第１実施形態における効果を奏することが可能である。
【０１８８】
本実施形態では、第２処理領域２０６ｂにおける処理、すなわち、前記第１処理領域２０６ａを通過するときに基板(ウエハ２００)の表面上に形成された第１層と基板(ウエハ２００)が第２処理領域２０６ｂを通過するときに反応ガスプラズマ生成部によって生成された反応ガスのプラズマとを反応させることにより第２層を形成する処理、で用いられるプラズマを誘導結合型プラズマに変更しただけである。
【０１８９】
つまり、本実施形態において、第１実施形態と同様に、ウエハ２００が第２処理領域２０６ｂを通過するときに、第２処理領域２０６ｂでは、第１層が反応ガス(ＮＨ３ガス)のプラズマと反応して第２層が形成される。このとき、ＮＨ３ガスの活性種のうち窒素成分は、第１層中の第１元素成分と結合し、ＮＨ３ガスの活性種のうち水素成分は第１層中の塩素（Ｃｌ）成分と反応してＨＣｌとなって第１層から脱離する。このように、ウエハ２００の上には、高品質な少なくとも第１元素および第２元素を含む層(第２層)が形成される。
【０１９０】
尚、本実施形態では、反応ガスはプラズマ生成室３９０の上部に設けられた反応ガス導入孔３９２ａからガス分散板３９４ａを介して第２処理領域２０６ｂに供給される。また、反応容器２０３の天井部の中央部に設けられた不活性ガス導入部２９９からは、第２ガス噴出口２５２を介して第２処理領域２０６ｂに不活性ガスが供給されるよう構成されている。
【０１９１】
一方、第１実施形態乃至第３実施形態において、反応ガスがウエハに対して流れる方向と、ウエハの半導体装置の配線を形成するための溝部の方向と、が一致しない場合がある。この場合、溝部の底面付近には、反応ガスのプラズマが均一に届かない場合があるため、薄膜の膜密度が低くなることがある。この薄膜の膜密度が低くなる現象は、特に、溝部のアスペクト比が高い場合や、サセプタの回転速度が高い場合などにおいて顕著となる傾向があった。
【０１９２】
本実施形態によれば、このような場合であっても、反応ガスが溝部の底面付近にも、反応ガスのプラズマが均一に供給されるため、薄膜中に原料ガスの分子の一部の成分などの残留物が残留し、薄膜中の残留物の存在比率が高くなってしまうことなく、高品質な薄膜を形成することができる。また、上述の効果は、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガス以外のガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。また、Ｎ含有ガスとしてＮＨ３ガス以外のガスを用いる場合や、パージガスとしてＮ２ガス以外の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。
【０１９３】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【０１９４】
上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、仕切板２０５の水平方向の端部と反応容器２０３の側壁との間に隙間が設けられており、処理室２０１内の圧力がそれぞれの領域において等しい場合について説明したが、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第２パージ領域２０７ｂが気密に区分されていてもよい。また、それぞれの領域内の圧力が互いに異なっていてもよい。
【０１９５】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、一つのプロセスチャンバ２０２で５枚のウエハ２００を処理する場合について説明したが、一つのプロセスチャンバ２０２で、１枚のウエハ２００を処理してもよく、５枚を超える枚数のウエハ２００を処理してもよい。
【０１９６】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、予備室１２２または予備室１２３がウエハ２００を搬入する機能とウエハ２００を搬出する機能とを併用可能に構成されている場合について説明したが、予備室１２２および予備室１２３のいずれか一方を搬出用とし、他方を搬入用としてもよい。予備室１２２または予備室１２３を搬入用と搬出用を専用とすることによって、クロスコンタミネーションを低減することができ、併用とすることによって基板の搬送効率を向上させることができる。
【０１９７】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、１つのプロセスチャンバ２０２における基板処理のみについて説明したが、各プロセスチャンバでの処理を並行して行ってもよい。
【０１９８】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、４つのプロセスチャンバ２０２がそれぞれ同様に構成されている場合について説明したが、各プロセスチャンバを異なる構成とし、各プロセスチャンバにおいてそれぞれ別の処理を行っても良い。例えば、第１プロセスチャンバと第２プロセスチャンバで別の処理を行う場合、第１プロセスチャンバでウエハ２００に所定の処理を行った後、続けて第２プロセスチャンバで第１プロセスチャンバと異なる処理を行わせてもよい。また、第１プロセスチャンバで基板に所定の処理を行った後、第２プロセスチャンバで別の処理を行わせる場合、予備室を経由するようにしてもよい。
【０１９９】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガスを用い、反応ガスとしてＮＨ３ガスを用い、ウエハ２００上に窒化膜としてＴｉＮ膜を形成する場合について説明したが、反応ガスとしてＯ２ガスを用い、酸化膜を形成してもよい。ＴａＮ、ＳｉＮなどのその他の窒化膜、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＳｉＯなどの酸化膜、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗなどのメタル膜をウエハ２００上に形成してもよい。上述の効果は、原料ガスとしてＴｉＣｌ４ガス以外のガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。また、Ｎ含有ガスとしてＮＨ３ガス以外のガスを用いる場合や、パージガスとしてＮ２ガス以外の不活性ガスを用いる場合にも、同様に得ることができる。
【０２００】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、第３処理領域２０６ｃにおけるプラズマ生成部の電極は棒状である場合を説明したが、それに限るものではない。プラズマ生成部の電極は、互いに対向する櫛形状の電極やその他の形状の電極であってもよい。また、プラズマ生成部の電極は、各処理領域の略全域を覆っていてもよい。
【０２０１】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、各処理領域内に処理ガスを供給して、プラズマ生成部によってプラズマを生成する場合について説明したが、それに限るものではない。反応容器の外でプラズマを生成するリモートプラズマ方法や、エネルギーレベルの高いオゾンを用いても良い。また、第３処理領域２０６ｃにおける改質処理は、改質ガスプラズマ生成部により生成された容量結合型プラズマによる改質処理を行っているが、この形態に限定されるものではないのは言うまでもない。例えば、容量結合型プラズマでなく、誘導結合型プラズマ、マイクロ波を用いたプラズマ等、他のプラズマで行ってもよく、また、改質処理をプラズマで行う必要が無く、例えば、ランプ加熱等のアニールでもよい。
【０２０２】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、不活性ガス導入部２８５を、第１パージ領域２０７ａと第２パージ領域２０７ｂとで共用とした場合について説明したが、不活性ガス導入部は個別に設けてもよい。
【０２０３】
また、上記の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)においては、反応容器２０３の中央から各処理領域内にそれぞれのガスを供給する場合について説明したが、各処理領域にガスを供給するノズルが設けられていてもよい。
【０２０４】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、昇降機構２６８を用い、サセプタ２１７を昇降させることで、ウエハ２００を処理位置や搬送位置に移動させる場合について説明したが、ウエハ突き上げピンが昇降することでウエハを処理位置や搬送位置に移動させてもよい。
【０２０５】
また、上述の第２実施形態では、第４処理領域２０６ｄ内に前処理ガスを供給する前処理ガス供給系が第３処理領域２０６ｃ内に改質ガスを供給する改質ガス供給系とは別に設けられている場合について説明したが、前処理ガスが改質ガスと同一である場合、前処理ガス供給系は、改質ガス供給系の少なくとも一部を共有していてもよい。
【０２０６】
また、上述の第２実施形態では、前処理ガスが改質ガスと同一である場合について説明したが、前処理ガスは改質ガスと異なるガスであってもよい。
【０２０７】
また、上述の第２実施形態では、基板処理装置１０のプロセスチャンバ２０２はウエハ２００が第２処理領域２０６ｂよりも前に通過し前処理ガスが供給される第４処理領域２０６ｄとウエハ２００が第２処理領域２０６ｂよりも後に通過し改質ガスが供給される第３処理領域２０６ｃとを有する場合について説明したが、基板処理装置のプロセスチャンバは第４処理領域および第３処理領域の少なくともいずれかを有していればよい。すなわち、基板処理装置のプロセスチャンバはウエハが第２処理領域よりも前に通過し前処理ガスが供給される第４処理領域のみを有していても良い。
【０２０８】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第４実施形態)では、第１処理領域２０６ａおよび第２処理領域２０６ｂの間に第１パージ領域２０７ａが設けられ、第３処理領域２０６ｃおよび第１処理領域２０６ａの間に第２パージ領域２０７ｂが設けられる場合について説明したが、パージ領域の設置場所は、任意に変更することができる。例えば第１パージ領域および第２パージ領域の少なくともいずれか一方は設けられていなくても良い。または、第２処理領域２０６ｂおよび第３処理領域２０６ｃの間に第３パージ領域が設けられていてもよい。
【０２０９】
また、上述の実施形態(第１実施形態乃至第３実施形態)では、反応容器２０３の天井部の中央部に設けられたガス導入部２８０からだけでなく、各プラズマ生成部が有する複数のガス噴出口からも、各処理領域内に処理ガスを供給するよう構成されている場合について説明したが、反応容器の天井部の中央部に設けられたガス導入部、および各プラズマ生成部が有する複数のガス噴出口の少なくともいずれか一方から、各処理領域内に処理ガスが供給されればよい。
【０２１０】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【０２１１】
（付記１）
本発明の一態様によれば、
第１処理領域、第２処理領域および第３処理領域を有し、前記第１処理領域内、前記第２処理領域内および前記第３処理領域内で基板を処理する処理室と、
前記基板を載置する基板載置台を回転させる回転部と、
前記第１処理領域内に原料ガスを供給し、前記第２処理領域内に反応ガスを供給し、前記第３処理領域内に改質ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記第２処理領域内に前記反応ガスのプラズマを生成する反応ガスプラズマ生成部と、
前記第３処理領域内に前記改質ガスのプラズマを生成する改質ガスプラズマ生成部と、
前記基板載置台を回転させて、前記第１処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域の順に前記基板を通過させる際、前記基板が前記第１処理領域を通過中に、前記基板上に第１層を形成させ、前記基板が前記第２処理領域を通過中に、前記反応ガスのプラズマを前記第１層と反応させて第２層を形成させ、前記基板が前記第３処理領域を通過中に、前記改質ガスのプラズマにより前記第２層を改質させるように、前記回転部、前記処理ガス供給系、前記反応ガスプラズマ生成部および前記改質ガスプラズマ生成部をそれぞれ制御するよう構成される制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
【０２１２】
（付記２）
付記１に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記制御部は、改質ガスに印加されるプラズマ電力を反応ガスに印加されるプラズマ電力よりも高くするように前記反応ガスプラズマ生成部および前記改質ガスプラズマ生成部を制御するよう構成される。
【０２１３】
（付記３）
付記１または２に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理室は、前記基板載置台の回転によって前記基板が通過可能な状態で、前記処理室を前記第１処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域に分割する複数の分割構造体を有する。
【０２１４】
（付記４）
付記３に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第３処理領域は、前記分割構造体を介して前記第２処理領域に隣接して設けられる。
【０２１５】
（付記５）
付記３または４に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理室は、前記分割構造体の下に前記基板が通過可能な隙間を有する。
【０２１６】
（付記６）
付記１〜５のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理室は、前記第１処理領域と前記第２処理領域との間に設けられるパージ領域と、
前記パージ領域内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系と、
を有する。
【０２１７】
（付記７）
付記１〜６のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記制御部は、前記基板載置台を所定の角速度で回転させて、前記第１処理領域、前記第２処理領域、前記第３処理領域の順に基板を複数回通過させるように構成される。
【０２１８】
（付記８）
付記１〜７のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記改質ガスプラズマ生成部のプラズマ励起周波数は、前記反応ガスプラズマ生成部のプラズマ励起周波数と異なるように構成される。
【０２１９】
（付記８）
付記１〜７のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記改質ガスプラズマ生成部と前記反応ガスプラズマ生成部は、プラズマを生成する電極の構成が異なるように構成される。
【０２２０】
（付記９）
付記１〜８のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理室は、前記第１処理領域と前記第２処理領域との間に設けられる第４処理領域と、
前記処理ガス供給系の一部として設けられ、前記第４処理領域内に前処理ガスを供給する前処理ガス供給系と、
前記第４処理領域内に少なくとも一部が設けられ、前記第４処理領域内に前処理ガスのプラズマを生成する前処理ガスプラズマ生成部と、
前記基板載置台の回転によって前記複数の基板を順次前記第１処理領域、前記第４処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域を通過させる際、前記基板が前記第４処理領域を通過するときに、前記前処理ガスプラズマ生成部によって生成された前処理ガスのプラズマにより前記第１層を改質して改質層を形成させるように、前記前処理ガス供給系および前記前処理ガスプラズマ生成部をそれぞれ制御するように構成される制御部と、を更に有する。
【０２２１】
（付記１０）
付記９に記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記前処理ガスプラズマ生成部は、前記反応ガスプラズマ生成部と異なるプラズマ励起周波数が設定されるよう構成される。
【０２２２】
（付記１１）
付記１〜１０のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第３処理領域は、前記第２処理領域よりも広く構成される。
【０２２３】
（付記１２）
付記１〜１１のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記第２処理領域および前記第３処理領域を合わせた領域は、前記第１処理領域よりも広く構成される。
【０２２４】
（付記１３）
付記１〜１２のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理ガス供給系は、前記第２処理領域および前記第３処理領域において前記基板にプラズマとなって照射される反応ガスおよび改質ガスの合計の供給量を、前記第１処理領域において前記基板に供給される原料ガスの供給量よりも多く供給するよう構成される。
【０２２５】
（付記１４）
付記１〜１３のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理ガス供給系は、前記原料ガスとして、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、およびＷからなる群より選択される少なくともいずれか一つを第１元素に含むガスを供給するよう構成される。
【０２２６】
（付記１５）
付記１〜１３のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理ガス供給系は、前記反応ガスとして、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガス、およびＯ２ガスからなる群より選択される少なくともいずれか一つを供給するよう構成される。
【０２２７】
（付記１６）
付記１〜１３のいずれかに記載の基板処理装置であって、好ましくは、
前記処理ガス供給系は、前記改質ガスとして、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、Ｈｅガス、およびＡｒガスからなる群より選択される少なくともいずれか一つを供給するよう構成される。
【０２２８】
（付記１７）
本発明の他の態様によれば、
第１処理領域、第２処理領域および第３処理領域を有し、前記第１処理領域内、前記第２処理領域内および前記第３処理領域内で基板を処理する処理室と、
前記基板を載置する基板載置台を回転させる回転機構と、
前記第１処理領域内に原料ガスを供給し、前記第２処理領域内に反応ガスを供給し、前記第３処理領域内に前処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記第２処理領域内に前記反応ガスのプラズマを生成する反応ガスプラズマ生成部と、
前記第３処理領域内に前記前処理ガスのプラズマを生成する前処理ガスプラズマ生成部と、
前記基板載置台の回転によって、前記第１処理領域、前記第３処理領域および前記第２処理領域の順に前記基板を通過させる際、前記基板が前記第１処理領域を通過中に、前記基板上に原料ガスを供給して第１層を形成させ、前記基板が前記第３処理領域を通過中に、前記前処理ガスのプラズマにより前記第１層を改質して改質層を形成させ、前記基板が前記第２処理領域を通過中に、前記反応ガスのプラズマを前記改質層と反応させることにより第２層を形成させるように、前記回転機構、前記処理ガス供給系、前記反応ガスプラズマ生成部および前記改質ガスプラズマ生成部を制御するよう構成される制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
【０２２９】
（付記１８）
本発明の他の態様によれば、
処理室内に回転自在に設けられた基板載置台に載置された基板を載置する工程と、
前記処理室内に設けられた第１処理領域内に原料ガスを供給する工程と、
前記処理室内に設けられた第２処理領域内に反応ガスのプラズマを生成する工程と、
前記処理室内に設けられた第３処理領域内に改質ガスのプラズマを生成する工程と、
前記基板載置台の回転によって、前記第１処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域の順に前記基板を通過させる際、
前記基板が前記第１処理領域を通過中に、前記基板上に第１層を形成させる工程と、
前記基板が前記第２処理領域を通過中に、前記反応ガスのプラズマと前記第１層を反応させることにより第２層を形成させる工程と、
前記基板が前記第３処理領域を通過中に、前記改質ガスのプラズマにより前記第２層を改質させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０２３０】
（付記１９）
本発明の他の態様によれば、
処理室内に回転自在に設けられた基板載置台に載置された基板を載置する手順と、
前記処理室内に設けられた第１処理領域内に原料ガスを供給する手順と、
前記処理室内に設けられた第２処理領域内に反応ガスのプラズマを生成する手順と、
前記処理室内に設けられた第３処理領域内に改質ガスのプラズマを生成する手順と、
前記基板載置台の回転によって、前記第１処理領域、前記第２処理領域および前記第３処理領域の順に前記基板を通過させる際、
前記基板が前記第１処理領域を通過中に、前記基板上に第１層を形成させる手順と、
前記基板が前記第２処理領域を通過中に、前記反応ガスのプラズマと前記第１層を反応させることにより第２層を形成させる手順と、
前記基板が前記第３処理領域を通過中に、前記改質ガスのプラズマにより前記第２層を改質させる手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または、当該プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体が提供される。
【符号の説明】
【０２３１】
１０      基板処理装置
２００    ウエハ（基板）
２０１    処理室
２０３    反応容器
２０６ａ  第１処理領域
２０６ｂ  第２処理領域
２０６ｃ  第３処理領域
２１７    サセプタ（基板載置台）
２６７    回転機構
２７０ａ  反応ガスプラズマ生成部
２７０ｂ  改質ガスプラズマ生成部
３００    コントローラ（制御部）
【図１】
2015180768.tif 000003
【図２】
2015180768.tif 000004
【図３】
2015180768.tif 000005
【図４】
2015180768.tif 000006
【図５】
2015180768.tif 000007
【図６】
2015180768.tif 000008
【図７】
2015180768.tif 000009
【図８】
2015180768.tif 000010
【図９】
2015180768.tif 000011
【図１０】
2015180768.tif 000012
【図１１】
2015180768.tif 000013
【図１２】
2015180768.tif 000014
【図１３】
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