(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプラズマ処理領域と、前記複数のプラズマ処理領域の間に設けられる非プラズマ処理領域と、を備える処理室を有する基板処理装置において、
第１の元素を含む第１のガスを前記非プラズマ処理領域に供給して、前記非プラズマ処理領域内を通過する基板の面上に前記第１の元素を含む第１の層を形成するステップと、
第２の元素を含む第２のガスのプラズマにより、全ての前記プラズマ処理領域のそれぞれにおいて、前記プラズマ処理領域内を通過する前記第１の層が形成された基板の面上に、前記第１の元素と前記第２の元素を含む第２の層を形成するステップと、
を有する処理サイクルを少なくとも1回以上実行する第１の工程、及び、
前記第１のガスを前記非プラズマ処理領域に供給して、前記非プラズマ処理領域内を通過する前記基板の面上に前記第１の元素を含む前記第１の層を形成するステップと、
前記第２のガスのプラズマにより、少なくとも一つの前記プラズマ処理領域において、前記少なくとも一つのプラズマ処理領域内を通過する前記第１の層が形成された前記基板の面上に前記第２の層を形成するステップと、
前記第１のガス及び前記第２のガスとは異なる第３のガスのプラズマにより、前記少なくとも一つのプラズマ処理領域を除く他の全ての前記プラズマ処理領域のそれぞれにおいて、前記他の全てのプラズマ処理領域内を通過する前記基板の面上に形成された前記第２の層を改質するステップと、
を有する処理サイクルを少なくとも1回以上実行する第２の工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記非プラズマ処理領域内への前記第１のガスの供給を停止し、前記非プラズマ処理領域内を前記基板に通過させるステップと、
前記第３のガスのプラズマにより、全ての前記プラズマ処理領域のそれぞれにおいて、前記プラズマ処理領域内を通過した前記基板の面上に形成された前記第２の層を改質するステップと、
を有する処理サイクルを少なくとも1回以上実行する第３の工程を更に有する、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記基板処理装置は、
前記プラズマ処理領域のそれぞれに対して個別に設けられ、各前記プラズマ処理領域内に供給されるガスをプラズマ励起するプラズマ生成部と、
前記プラズマ処理領域のそれぞれに対して個別に設けられ、前記プラズマ処理領域内に前記第２のガス及び第３のガスを供給する複数の処理ガス供給系と、を備え、
前記複数の処理ガス供給系のそれぞれは、前記プラズマ処理領域内に供給するガスを、前記第２のガス及び前記第３のガスのいずれか一方となるように切り替えるガス切替部を備える、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程から前記第２の工程に移行する際に、前記他の全てのプラズマ処理領域内に対して設けられた前記処理ガス供給系の前記ガス切替部を制御して、前記他の全てのプラズマ処理領域内に供給されるガスを前記第２のガスから前記第３のガスに切り替える、請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
処理室内において回転可能に設けられた基板載置台と、
前記基板載置台の回転方向に沿って前記基板載置台の上面に複数設けられた基板載置部と、
前記処理室内において前記基板載置台の回転方向に沿って配置された複数のプラズマ処理領域及び前記複数のプラズマ処理領域の間に設けられる非プラズマ処理領域と、
前記非プラズマ処理領域に対して設けられ、前記非プラズマ処理領域内へ第１の元素を含む第１のガスを供給する第１のガス供給系と、
前記複数のプラズマ処理領域それぞれに対して個別に設けられ、前記プラズマ処理領域内に第２の元素を含む第２のガス及び前記第２のガスとは異なる第３のガスを供給する複数の処理ガス供給系と、
前記複数の処理ガス供給系から供給されるガスをそれぞれプラズマ励起するよう設けられる複数のプラズマ生成部と、
前記複数の処理ガス供給系のそれぞれに個別に設けられ、前記処理室内に供給するガスを、前記第２のガス、及び前記第３のガスのいずれか一方となるように切り替えるガス切替部と、
前記基板載置台を回転させながら、前記第１のガスを前記非プラズマ処理領域に供給するとともに、前記第２のガスを全ての前記プラズマ処理領域にそれぞれ供給する第１の処理と、前記基板載置台を回転させながら、前記第１のガスを前記非プラズマ処理領域に供給するとともに、前記第２のガスを少なくとも一つの前記プラズマ処理領域にそれぞれ供給しつつ、前記第３のガスを前記少なくとも一つの前記プラズマ処理領域を除く他の全ての前記プラズマ処理領域にそれぞれ供給する第２の処理と、を実行するように、前記基板載置台、前記第１のガス供給系、前記処理ガス供給系、前記プラズマ生成部、及び前記ガス切替部を制御するよう構成された制御部と、
を備える基板処理装置。
【請求項６】
複数のプラズマ処理領域と、前記複数のプラズマ処理領域の間に設けられる非プラズマ処理領域と、を備える処理室を有する基板処理装置において、
第１の元素を含む第１のガスを前記非プラズマ処理領域に供給して、前記非プラズマ処理領域内を通過する基板の面上に前記第１の元素を含む第１の層を形成するステップと、
第２の元素を含む第２のガスのプラズマにより、全ての前記プラズマ処理領域のそれぞれにおいて、前記プラズマ処理領域内を通過する前記第１の層が形成された基板の面上に、前記第１の元素と前記第２の元素を含む第２の層を形成するステップと、
を有する処理サイクルを少なくとも1回以上実行する第１の手順、及び、
前記第１のガスを前記非プラズマ処理領域に供給して、前記非プラズマ処理領域内を通過する前記基板の面上に第１の元素を含む第１の層を形成するステップと、
前記第２のガスのプラズマにより、少なくとも一つの前記プラズマ処理領域において、前記少なくとも一つのプラズマ処理領域内を通過する前記第１の層が形成された前記基板の面上に前記第２の層を形成するステップと、
前記第１のガス及び前記第２のガスとは異なる第３のガスのプラズマにより、前記少なくとも一つのプラズマ処理領域を除く他の全ての前記プラズマ処理領域のそれぞれにおいて、前記他の全てのプラズマ処理領域内を通過する前記基板の面上に形成された前記第２の層を改質するステップと、
を有する処理サイクルを少なくとも1回以上実行する第２の手順を、コンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばフラッシュメモリやＤＲＡＭ等の半導体装置に用いられる薄膜の形成方法の一つとして、同時供給法や交互供給法が知られている。【０００３】
交互供給法を実現する装置形態として、例えば、複数の基板を周方向に配置し、その基板を回転させて原料ガスと反応ガスを順番に供給する回転型装置が知られている。回転型装置の場合、縦型装置よりも高品質な膜を形成することが容易であり、且つ枚葉装置よりもスループットが高い、という利点がある。【０００４】
回転型装置においては、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し、基板にこれらの領域を順番に通過させることにより、基板上に高品質な膜を形成する手法が知られている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１８０７６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、改質ガスを基板に供給することにより膜の改質処理を実行する場合、基板により多くの領域を通過させる必要があるため、１サイクル当たりの移動距離が増えてスループットが低下したり、１サイクル当たりの各処理領域の大きさを十分に確保できずに成膜や改質処理が不十分になってしまうことがある。【０００７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、高スループットを維持したまま高品質な薄膜を形成することができる技術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】
【０００８】
上記目的を達成するために、処理室内において回転可能に設けられた基板載置台と、前記基板載置台の回転方向に沿って前記基板載置台の上面に複数設けられた基板載置部と、前記処理室内に処理ガスを供給する複数の処理ガス供給系と、前記複数の処理ガス供給系から供給されるガスをそれぞれプラズマ励起するよう設けられる複数のプラズマ生成部と、前記回転方向において前記複数のプラズマ生成部の間に設けられ、前記処理室へ第１の元素を含む第１のガスを供給する第１のガス供給系と、を備え、前記複数の処理ガス供給系はそれぞれ、前記処理室内に供給するガスを、第２の元素を含む第２のガス、及び前記第１のガス及び前記第２のガスとは異なる第３のガス、のいずれか一方となるように切り替えるガス切替部を備える基板処理装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】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１に示すプロセスチャンバのＡ−Ａ’線断面図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置に好適に用いられるコントローラの概略構成図。
【図４】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。
【図５】本発明の第１実施形態に係る成膜工程を示すフロー図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る成膜工程の第１の工程を示すフロー図。
【図７】本発明の第１実施形態に係る成膜工程の第２の工程を示すフロー図。
【図８】本発明の第１実施形態に係る成膜工程の第３の工程を示すフロー図。
【図９】（Ａ）本発明の第１実施形態に係る成膜工程において、各処理領域に供給されるガスを示す図。（Ｂ）本発明の他の実施形態に係る成膜工程において、各処理領域に供給されるガスを示す図。
【図１０】本発明の実施形態に係る成膜工程の処理実行シーケンスの変形例を示す図。
【図１１】本発明の別の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。
【図１２】本発明の更に別の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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜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。
【００１１】
（１）プロセスチャンバの構成。
本実施形態に係る基板処理装置が備え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１〜図３を用いて説明する。なお、図１に示すＡ−Ａ’線は、Ａから反応容器２０３の中心を通ってＡ’に向かう線である。
【００１２】
（処理室） 
図１および図２に示されているように、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。
【００１３】
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２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃ、第４処理領域２０６ｄおよび第４パージ領域２０７ｄを有する。第１処理領域２０６ａ及び第３処理領域２０６ｃ内には原料ガスが供給され、第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄ内には反応ガスのプラズマ又は改質ガスのプラズマが供給され、また第１パージ領域２０７ａ、第２パージ領域２０７ｂ、第３パージ領域２０７ｃおよび第４パージ領域２０７ｄ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。
【００１４】
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８枚の仕切板２０５が設けられている。８枚の仕切板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１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃ、第４処理領域２０６ｄおよび第４パージ領域２０７ｄに仕切るよう構成される。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。
【００１５】
（サセプタ）
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。
【００１６】
サセプタ２１７は、反応容器２０３内に、複数枚（本実施形態では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上に並べて支持するよう構成される。
【００１７】
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の中心から同一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。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。このウエハ載置部２１７ｂ内にウエハ２００が載置される。
【００１８】
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が貫通孔２１７ａを突き抜けるように、互いに配置されている。
【００１９】
昇降機構２６８には、複数のウエハ２００が、順次各領域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。また、回転機構２６７には、コントローラ３００が接続されている。
【００２０】
（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。
【００２１】
サセプタ２１７には温度センサが設けられている。ヒータ２１８および温度センサには、電力供給線を介して、電力調整器、ヒータ電源、及び温度調整器が電気的に接続されている。
【００２２】
（原料ガス供給系）
反応容器２０３の天井部であって非プラズマ処理領域である第１処理領域２０６ａの上方には、第１の処理領域に原料ガス、即ち第１元素を含有する第１元素含有ガスを供給する供給口である、第１元素含有ガス供給部（原料ガス供給部）としての第１ガス供給部３２０が設けられている。第１ガス供給部３２０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。
【００２３】
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。第１ガス供給管２３１ａから、ＭＦＣ２３１ｃ、バルブ２３１ｄ、第１ガス供給部３２０を介して、原料ガスが第１処理領域２０６ａ内に供給される。
【００２４】
また、第１ガス供給管２３１ａのバルブ２３１ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２３４ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３４ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２３４ｂ、ＭＦＣ２３４ｃ、及びバルブ２３４ｄが設けられている。不活性ガス供給源２３４ｂからは、不活性ガス供給管２３４ａ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、原料ガスのキャリアガス或いは希釈ガスとして作用する。
【００２５】
同様に反応容器２０３の天井部であって非プラズマ処理領域である第３処理領域２０６ｃの上方には、第３の処理領域に原料ガス、即ち第１元素を含有する第１元素含有ガスを供給する供給口である、第１元素含有ガス供給部（原料ガス供給部）としての第３ガス供給部３３０が設けられている。第３ガス供給部３３０の上端には、ガス供給管２４４ａの下流端が接続されている。
【００２６】
ガス供給管２４４ａには、上流方向から順に、原料ガス供給源２４４ｂ、ＭＦＣ２４４ｃ、及びバルブ２４４ｄが設けられている。また、ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、ＭＦＣ２４６ｃ、及びバルブ２４６ｄが設けられている。
【００２７】
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、薄膜を構成する元素として、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｗなどを含む。具体的には、本実施形態では、原料ガスは、例えば、ジクロロシラン（Ｓｉ２Ｈ２Ｃｌ２）（以下、ＤＣＳと呼ぶ）ガスである。
【００２８】
本実施形態において、第１処理領域２０６ａに供給される原料ガスと第３処理領域２０６ｃに供給される原料ガスは同一である。
【００２９】
（不活性ガス供給系）
反応容器２０３の天井部の中央部には、パージガスとしての不活性ガスを導入する、不活性ガス導入部２８２が設けられている。不活性ガス供給管２３２ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２３２ｂ、ＭＦＣ２３２ｃ、及びバルブ２３２ｄが設けられている。不活性ガス供給管２３２ａからは、ＭＦＣ２３２ｃ、バルブ２３２ｄ、不活性ガス導入部２８２を介して、不活性ガスが供給される。不活性ガス導入部２８２の第１パージ領域２０７ａ側、第２パージ領域２０７ｂ側、第３パージ領域２０７ｃ側および第４パージ領域２０７ｄ側における側壁には、それぞれ第１不活性ガス噴出口２５６、第２不活性ガス噴出口２５７、第３不活性ガス噴出口２５８、第４不活性ガス噴出口２５９が設けられている。各パージ領域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。
【００３０】
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。
【００３１】
（第１の反応ガス供給系）
反応容器２０３の天井部であって、プラズマ処理領域である第２処理領域２０６ｂの上方には、連通口２０３ａが設けられている。連通口２０３ａには第１のプラズマ生成空間（プラズマ励起空間）としてのプラズマ生成室２９０が接続される。プラズマ生成室２９０の天井２９２に反応ガス導入孔２９２ａが設けられ、反応ガス導入孔２９２ａには第１のプラズマ生成室２９０に第２元素を含有する反応ガス（第２のガス）を供給する、第１の反応ガス供給系（第１の第２元素含有ガス供給部、又は、第１の反応ガス供給部とも呼ぶ）２３３、及び改質ガスを供給する第1の改質ガス供給系２３６が接続されている。
【００３２】
反応ガス導入孔２９２ａには、ガス供給管２３３ａの下流端が接続されている。ガス供給管２３３ａには、上流方向から順に、反応ガス供給源２３３ｂ、ＭＦＣ２３３ｃ、及びバルブ２３３ｄが設けられている。
【００３３】
また、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２３５ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２３５ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２３５ｂ、ＭＦＣ２３５ｃ、及びバルブ２３５ｄが設けられている。第３処理領域２０６ｃ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。
【００３４】
ここでいう「反応ガス」とは、処理ガスの一つであり、当該反応ガスがプラズマ状態となった際に生じる活性種や反応種が、ウエハ２００上に原料ガスによって形成された第１層と反応するものである。反応ガスは、例えばアンモニア（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である。ここでは、反応ガスは、例えばＮＨ３ガスである。
【００３５】
（第２の反応ガス供給系）
反応容器２０３の天井部であって、プラズマ処理領域である第４処理領域２０６ｄの上方には、連通口２０３ｂが設けられている。連通口２０３ｂには第２のプラズマ生成空間としてのプラズマ生成室２８０が接続される。プラズマ生成室２８０の天井２７２に反応ガス導入孔２７２ａが設けられ、反応ガス導入孔２７２ａにはプラズマ生成室２８０に第２元素を含有する反応ガスを供給する第２の反応ガス供給系２４３、及び改質ガスを供給する第２の改質ガス供給系２３７が接続されている。
本実施形態において、第１の反応ガス供給系から供給される反応ガスと第２の反応ガス供給系から供給される反応ガスは同一である。
【００３６】
反応ガス導入孔２７２ａには、ガス供給管２４３ａの下流端が接続されている。ガス供給管２４３ａには、上流方向から順に、反応ガス供給源２４３ｂ、ＭＦＣ２４３ｃ、及びバルブ２４３ｄが設けられている。
【００３７】
また、ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、不活性ガス供給管２４５ａの下流端が接続されている。不活性ガス供給管２４５ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４５ｂ、ＭＦＣ２４５ｃ、及びバルブ２４５ｄが設けられている。第３処理領域２０６ｃ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。
【００３８】
（第１の改質ガス供給系）
また、ガス供給管２３３ａのバルブ２３３ｄよりも下流側には、更に改質ガス供給管２３６ａの下流端が接続されている。改質ガス供給管２３６ａには、上流方向から順に、改質ガス供給源２３６ｂ、ＭＦＣ２３６ｃ、及びバルブ２３６ｄが設けられている。
【００３９】
（第２の改質ガス供給系）
また、ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、更に改質ガス供給管２３７ａの下流端が接続されている。改質ガス供給管２３７ａには、上流方向から順に、改質ガス供給源２３７ｂ、ＭＦＣ２３７ｃ、及びバルブ２３７ｄが設けられている。
【００４０】
本実施形態において、第２処理領域２０６ｂに供給される改質ガスと第４処理領域２０６ｄに供給される改質ガスは同一であり、例えばＨ２ガスが用いられる。
【００４１】
（排気系）
図２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、各領域のそれぞれの底部に設けられている。本実施形態において、各領域内の空間は、サセプタ２１７の外周を経由して各排気口２４０から排気される。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。排気管２４１の下流側には、圧力センサ、圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ、および開閉弁としてのバルブを介して、真空排気装置としての真空ポンプが接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう排気系が構成されている。
【００４２】
（プラズマ生成部）
連通口２０３ａ、２０３ｂは、基板２００の径と略同一の径を有しており、プラズマ生成室２９０、２８０が接続されている。プラズマ生成室２９０は側壁２９１及び天井２９２により形成される。側壁２９１は筒状構造である。側壁の外周にはアンテナ（電極）としてのコイル２９３が少なくとも１周以上巻きつくように設けられている。側壁２９１は例えば石英で構成されており、径は基板よりも大きいか略同一である。側壁２９１は連通口２０３ａと同じ径を有する。反応ガス導入孔２９２ａは、連通口２０３ａの中心の直上に配置される。プラズマ生成室２９０は、筒状である側壁２９１の内周と同一形状の開口部である連通孔２０３ａを介して第２処理領域２０６ｂと連通している。なお、筒状である側壁２９１は円形の水平断面形状を有しているが、楕円形状断面を有していても良い。主にプラズマ生成室２９０（２８０）、コイル２９３（２８３）によりプラズマ生成部が構成される。
【００４３】
天井２９２に設けられた反応ガス導入孔２９２ａとコイル２９３の上端の間には、ガス分散構造２９４が設けられている。ガス分散構造２９４はガス分散板２９４ａと、それを天井に固定する固定構造２９４ｂを有する。コイル２９３は遮蔽板２９５に囲まれている。
【００４４】
プラズマ生成室２８０はプラズマ生成室２９０と同様の構造を有している。すなわち、プラズマ生成室２８０は遮蔽板２７５、側壁２７１及び天井２７２を有し、側壁２７１の外周にはコイル２８３が少なくとも１周以上巻きつくように設けられている。また、天井２７２に設けられた反応ガス導入孔２７２ａとコイル２８３の上端の間に、ガス分散板２８４ａ及び固定構造２８４ｂで構成されるガス分散構造２８４が設けられている。
【００４５】
コイル２９３，２８３にはそれぞれ、波形調整回路２９６，２８６、ＲＦセンサ２９７，２８７、高周波電源２９８，２８８と周波数整合器２９９，２８９が接続される。高周波電源２９８，２８８はコイル２９３，２８３に高周波電力を供給するものである。ＲＦセンサ２９７，２８７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２９９，２８９は、ＲＦセンサ２９７，２８７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２９８を制御する。コイル２９３，２８３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。プラズマ生成部は、波形調整回路２９６（２８６）、RFセンサ２９７（２８７）、高周波電源２９８（２８８）を含むように考えることもできる。
【００４６】
（制御部）
次に、図３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。
【００４７】
図３に示されているように、制御部であるコントローラ３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３０１ａと、ＣＰＵ３０１ａと内部バス３０１ｅを介して接続される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。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。
【００４８】
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。
【００４９】
Ｉ／Ｏポート３０１ｄは、上述のＭＦＣ２３１ｃ〜２３７ｃ，２４３ｃ〜２４６ｃ，バルブ２３１ｄ〜２３７ｄ，２４３ｄ〜２４６ｄ，ヒータ２１８、周波数整合器２８９，２９９、高周波電源２８８，２９８、回転機構２６７、昇降機構２６８等に接続されている。
【００５０】
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、各ＭＦＣによる各種ガスの流量調整動作、各バルブの開閉動作、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、高周波電源２９８，２８８による電力供給および停止等を制御するように構成されている。
【００５１】
コントローラ３００は、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などの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）３０３に格納された上述のプログラムをコンピュータにインストールすることにより構成することができる。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ている。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。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有る。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置３０３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
【００５２】
（３）基板処理工程
次に、図４〜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、基板処理装置が備えるプロセスチャンバ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。
【００５３】
ここでは、原料ガスとしてＤＣＳ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ＳｉＮ膜を形成する例について説明する。
【００５４】
（基板搬入・載置工程Ｓ１１０）
最初にプロセスチャンバ２０２内のサセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させる。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、プロセスチャンバ２０２の所定のゲートバルブを開き、ウエハ移載機を用いて、処理室２０１内に所定枚数（例えば５枚）のウエハ２００を搬入する。そして、サセプタ２１７の回転軸を中心として、サセプタ２１７の表面から突出したウエハ突き上げピン２６６上に各ウエハ２００を載置する。続いて、サセプタ２１７を処理位置まで上昇させることにより、ウエハ２００がウエハ載置部２１７ｂに載置される。
【００５５】
ウエハ２００をサセプタ２１７の上に載置する際は、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。
【００５６】
（サセプタ回転開始Ｓ１２０）
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。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、より具体的には例えば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、各処理領域及び各パージ領域内を順に移動する。
【００５７】
（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及びバルブ２４４ｄを開けて第１処理領域２０６ａ及び第３処理領域２０６ｃ内にＤＣＳガスの供給を開始する。それと並行して、バルブ２３３ｄおよびバルブ２４３ｄを開けて第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄ内にＮＨ３ガスを供給する。
【００５８】
このとき、ＤＣＳガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２３１ｃ及びＭＦＣ２４４ｃを調整する。ＤＣＳガスとともに、不活性ガス供給管２３４ａ及び２４６ａからそれぞれキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。また、ＮＨ３ガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ２３３ｃ及びＭＦＣ２４３ｃを調整する。また、ＮＨ３ガスとともに、不活性ガス供給管２３５ａ及び２４５ａからそれぞれキャリアガスとしてＮ２ガスを流してもよい。
【００５９】
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各パージ領域２０７ａ〜２０７ｄ内にパージガスとしてのＮ２ガスが供給されている。
【００６０】
（薄膜形成工程Ｓ２００）
次に、図５〜図８に示されているように、薄膜形成工程Ｓ２００では、複数のウエハ２００に各処理領域及び各パージ領域を順次通過させることにより、ウエハ２００上に所望の薄膜（本実施形態ではＳｉＮ膜）を形成する。具体的には、以下で説明する第１の工程Ｓ２００−１、第２の工程Ｓ２００−２及び第３の工程Ｓ２００−３の３つの工程を組み合わせて実行する。図９（Ａ）は、各工程において、各処理領域に供給されるガスを示す図である。
【００６１】
＜第１の工程Ｓ２００−１＞
本実施形態では、第１の工程Ｓ２００−１として、Ｓ２１０〜Ｓ２８０の処理を実行する。図６に手順を示す。第１の工程Ｓ２００−１の開始する前に、ガス供給管２３３ａ，２４３ａから供給されるＮＨ３ガスの流量が安定したら、プラズマ生成部によって、プラズマ生成室２９０，２８０内にＮＨ３ガスのプラズマを励起する。具体的には、プラズマ生成部の高周波電源からコイル２９３，２８３に高周波電力を印加するとともに、整合器によりインピーダンスを整合させる。これにより、ＮＨ３ガスのプラズマ励起によって生成された反応種（活性種、イオン等）が第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄ内に供給される。なお、本実施形態では、プラズマ生成室２９０，２８０内でＮＨ３ガスをプラズマ励起させるが、第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄ内においてプラズマを励起させるように構成しても良い。
【００６２】
（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、ＤＣＳ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、ＤＣＳおよび不活性ガスのみであるため、ＤＣＳ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、すなわちＳｉ含有層が形成される。
【００６３】
（第１パージ領域通過Ｓ２２０）
次に、ウエハ２００は、第１処理領域２０６ａを通過後、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ＤＣＳガスや残留物等が、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。
【００６４】
（第２処理領域通過Ｓ２３０）
次に、ウエハ２００は、第１パージ領域２０７ａを通過後、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ガスのプラズマにより生成された反応種や活性種等と反応する。このとき、ＮＨ３ガスの活性種のうち窒素成分は、第１層中のＳｉ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Ｓｉおよび第２元素であるＮを含む第２の層(又は膜)、すなわちＳｉＮ層が形成される。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。
【００６５】
（第２パージ領域通過Ｓ２４０）
次に、ウエハ２００は、第２処理領域２０６ｂを通過後、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２処理領域２０６ｂにおいて第１層と結合しなかった反応種や活性種、ＮＨ３ガス、残留物、ＨＣｌ等の副生成物、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。
【００６６】
このように第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２パージ領域通過Ｓ２４０の処理を１サイクルとする第１のサイクルが実行される。
【００６７】
（第３処理領域通過Ｓ２５０〜第４パージ領域通過Ｓ２８０）
また、ウエハ２００は、第２パージ領域２０７ｂを通過後、更に第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃ、第４処理領域２０６ｄ、第４パージ領域２０７ｄを通過する。これにより、第１のサイクルと同様に、ウエハ２００上には第２層が形成される。すなわち、第３処理領域通過Ｓ２５０→第３パージ領域通過Ｓ２６０→第４処理領域通過Ｓ２７０→第４パージ領域通過Ｓ２８０の処理を１サイクルとする第２のサイクルが実行される。
【００６８】
（所定サイクル実施有無の判定Ｓ２９０）
第１及び第２のサイクルが実行される度に、これらのサイクルを所定回数実行したか否か判断する。所定回数実行していない場合（Ｎｏ）には、更に第１及び第２のサイクルを実行する。以上によって、ウエハ２００上に第１層及び第２層の膜を成膜する。所定回数実行した場合（Ｙｅｓ）、続いて、後述する第２の工程を実行する。本実施形態では、例えば第１の工程Ｓ２００−１を７回実行するように設定する。
【００６９】
ここで、第２処理領域２０６ｂ又は第４処理領域２０６ｄでの処理においては、第２層中に、原料ガスとしてのＤＣＳに由来するＣｌ成分が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３処理領域２０６ｃ又は第１処理領域２０６ａを通過した場合、第２層上にＳｉ成分がまばらに付着するため、第１層が疎の状態になってしまうなど、膜特性が悪くなる。更には、第１層に含まれる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と、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。
【００７０】
＜第２の工程Ｓ２００−２＞
そこで、本実施形態では、第１の工程Ｓ２００−１の後、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を行う第２の工程Ｓ２００−２（Ｓ３００〜Ｓ３７０）を実行する。図７に手順を示す。
【００７１】
第２の工程Ｓ２００−２を開始する際には、バルブ２４４ｄを閉めて、第３処理領域２０６ｃ内へのＤＣＳガスの供給を停止し、不活性ガスであるＮ２ガスのみを継続して供給する。また、バルブ２４３ｄを閉めて第４処理領域２０６ｄ内へのＮＨ３ガスの供給を停止し、バルブ２３７ｄを開けて第４処理領域２０６ｄ内に、第１のガス（原料ガス）及び第２のガス（反応ガス）とは異なる第３のガスである改質ガス（ここではＨ２ガス）の供給を開始する。すなわち、バルブ２４３ｄとバルブ２３７ｄは、このガス切替え手順において、ＮＨ３ガスとＨ２ガスを切り替えるガス切替部を構成する。また、バルブ２４５ｄをガス切替部に含めてもよい。それ以外のガスの供給の態様は、第１の工程Ｓ２００−１と同様である。
【００７２】
（第１処理領域通過Ｓ３００〜第２パージ領域通過Ｓ３３０）
第１処理領域通過Ｓ３００、第１パージ領域通過Ｓ３１０、第２処理領域通過Ｓ３２０及び第２パージ領域通過Ｓ３３０では、第１の工程Ｓ２００−１の第１のサイクルと同様の処理が行われる。
【００７３】
（第３処理領域通過Ｓ３４０、第３パージ領域通過Ｓ３５０）
ウエハ２００は、第２処理領域２０６ｂを通過後、第３処理領域２０６ｃ及び第３パージ領域２０７ｃを通過する。第２の工程Ｓ２００−２では、第３処理領域２０６ｃにＮ２ガスのみが供給されているため、他のパージ領域と同様に、これらの領域では、ウエハ２００に対するパージ処理が実施される。
【００７４】
（第４処理領域通過Ｓ３６０）
ウエハ２００は、第３パージ領域２０７ｃを通過後、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、改質ガス（ここではＨ２ガス）をプラズマ励起することによって、改質処理を行う。第４処理領域２０６ｄでは、ウエハ２００の表面の第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ガスがプラズマ励起されることにより生成される反応種や活性種は、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。
【００７５】
また、本実施形態において、好ましくは、第４処理領域２０６ｄは、第２処理領域２０６ｂよりも広い。すなわち、第４処理領域２０６ｄ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ＮＨ３ガスのプラズマを用いた処理時間よりも長い。これにより、第４処理領域２０６ｄ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ガスのプラズマによって改質処理されるので、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。
【００７６】
或いは、本実施形態において、より好ましくは、第４処理領域２０６ｄにおけるＨ２ガスに印加される高周波電力（プラズマ電力）を第２処理領域２０６ｂにおけるＮＨ３ガスに印加される高周波電力よりも大きくする。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。また、ウエハ２００の表層付近に限らず、より深い位置に形成された層に対しても改質処理を施すことができる。
【００７７】
或いは、本実施形態において、より好ましくは、Ｈ２ガスをプラズマ励起するプラズマ生成部で印加される高周波電力の周波数は、ＮＨ３ガスをプラズマ励起するプラズマ生成部の周波数と異なり、例えばＮＨ３ガスをプラズマ励起するプラズマ生成部よりも高い。これにより、電力を高くした効果と同様に、プラズマ密度が高いＨ２ガスのプラズマを用いて、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。
【００７８】
（第４パージ領域通過Ｓ３７０）
ウエハ２００は、第４処理領域２０６ｄを通過後、第４パージ領域２０７ｄを通過することにより、Ｎ２ガスによるパージ処理が実施される。
【００７９】
以上の第１処理領域通過Ｓ３００〜第４パージ領域通過Ｓ３７０を第２の工程Ｓ２００−２の１サイクルとする。
【００８０】
（所定サイクル実施判定Ｓ３８０）
この間、コントローラ３００は、上記１サイクルを所定回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。
【００８１】
上記１サイクルを所定回数実施していないとき（Ｓ３８０でＮｏの場合）、さらにサセプタ２１７の回転を継続させて、第２の工程Ｓ２００−２を繰り返す。このように、上記１サイクルを所定回数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。改質処理された第３層を積層することにより高品質なＳｉＮ膜を形成する。本実施形態では、例えば第２の工程Ｓ２００−２を１２８回実行するように設定する。
【００８２】
＜第３の工程Ｓ２００−３＞
本実施形態では、第２の工程Ｓ２００−２の後に、更に第２層（Ｈ２ガスのプラズマによって改質処理が実施された層であっても、Ｃｌ等の脱離が十分ではないものも含む）を十分に改質するために、第２層に対して改質ガスのプラズマによる処理を行う第３の工程Ｓ２００−３（Ｓ３９０〜Ｓ４６０）を実行する。図８に手順を示す。
【００８３】
第３の工程Ｓ２００−３を開始する際には、バルブ２３１ｄを閉めて、第１処理領域２０６ａ内へのＤＣＳガスの供給を停止し、不活性ガスであるＮ２ガスのみを継続して供給する。また、バルブ２３３ｄを閉めて第２処理領域２０６ｂ内へのＮＨ３ガスの供給を停止し、バルブ２３６ｄを開けて第２処理領域２０６ｂ内に第３のガスである改質ガス（ここではＨ２ガス）の供給を開始する。すなわち、バルブ２３３ｄとバルブ２３６ｄは、このガス切替え手順において、ＮＨ３ガスとＨ２ガスを切り替えるガス切替部を構成する。また、バルブ２３５ｄをガス切替部に含めてもよい。これらのガス切替え手順により、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃ、及び第４処理領域２０７ｄにはＮ２ガスのみが供給される。また、第２処理領域２０６ｂ及び第４処理領域２０６ｄにはＨ２ガスが供給され、Ｈ２ガスのプラズマを用いた改質処理が実施される。
【００８４】
（第１処理領域通過Ｓ３９０、第１パージ領域通過Ｓ４００） 
まず、ウエハ２００は、第１処理領域２０６ａ及び第１パージ領域２０７ａを通過し、その際にウエハ２００に対するパージ処理が実施される。
【００８５】
（第２処理領域通過Ｓ４１０）
ウエハ２００は、第１パージ領域２０７ａを通過後、第２処理領域２０６ｂに移動する。第３の工程Ｓ２００−３では、第２処理領域２０６ｂにＨ２ガスが供給されており、ウエハ２００上の第２層に対してＨ２ガスのプラズマを用いた改質処理が実施される。
【００８６】
（第２パージ領域通過Ｓ４２０〜第３パージ領域通過Ｓ４４０）
ウエハ２００は、第２処理領域２０６ｂを通過後、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ及び第３パージ領域２０７ｃを通過し、その際にウエハ２００に対するパージ処理が実施される。
【００８７】
（第４処理領域通過Ｓ４５０）
ウエハ２００は、第３パージ領域２０７ｃを通過後、第４処理領域２０６ｄに移動する。ウエハ２００が第４処理領域２０６ｄを通過する際、第２処理通過Ｓ４１０と同様に、ウエハ２００の表面の第２層が、Ｈ２ガスのプラズマにより改質される。
【００８８】
（第４パージ領域通過Ｓ４６０）
ウエハ２００は、第４処理領域２０６ｄを通過後、第４パージ領域２０７ｄし、その際にウエハ２００に対するパージ処理が実行される。
【００８９】
以上の第１処理領域通過Ｓ３９０〜第４パージ領域通過Ｓ４６０を第３の工程Ｓ２００−３の１サイクルとする。
【００９０】
（所定サイクル実施判定Ｓ４７０）
この間、コントローラ３００は、上記１サイクルを所定回数実施したか否かを判定する。上記１サイクルを所定回数実施していないとき（Ｓ４７０でＮｏの場合）、さらにサセプタ２１７の回転を継続させて、第３の工程Ｓ２００−３を繰り返す。このように第３の工程Ｓ２００−３では、上記１サイクルで複数の処理領域における改質処理を連続して実行するので、ウエハ２００上のＳｉＮ膜に対して、第１の工程Ｓ２００-１や第２の工程Ｓ２００−２より高品質なＳｉＮ膜を形成することができる。本実施形態では、例えば第３の工程Ｓ２００−３を１０回実行するように設定する。
【００９１】
上記１サイクルを所定回実施したとき（Ｓ４７０でＹｅｓの場合）、第３の工程Ｓ２００−３を終了し薄膜形成工程Ｓ２００を終了する。
【００９２】
（ガス供給停止Ｓ１４０）
薄膜形成工程Ｓ２００の後、少なくともバルブ２３１ｄ，２３３ｄ、２４４ｄ、２４３ｄ、２３６ｄ、２３７ｄを閉じ、第１処理領域２０６ａ、第３処理領域２０６ｃへのＤＣＳガスの供給、第２処理領域２０６ｂ、第４処理領域２０６ｄへのＮＨ３ガスの供給、およびＨ２ガスの供給を停止する。
【００９３】
（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。
【００９４】
（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、ウエハ移載機を用いてウエハ２００を反応容器２０３の外へ搬出する。
【００９５】
本実施形態において、第１〜第３の工程の各工程の実行回数は、形成する薄膜に対する所望の成膜レート及び膜質に応じて設定されることが望ましい。例えば、成膜レートを重視する場合、成膜レートが大きい第１の工程Ｓ２００−１の実行回数を標準回数よりも多く設定し、第２の工程Ｓ２００−２及び第３の工程Ｓ２００−３の実行回数を標準回数よりも少なく設定することができる。また、膜質を重視する場合、第１の工程Ｓ２００−１の実行回数を標準回数よりも少なく設定し、改質処理が行われる第２の工程Ｓ２００−２又は第３の工程Ｓ２００−３の少なくとも一方の実行回数を標準回数よりも多く設定することができる。
【００９６】
また、成膜処理のみが行われる第１の工程Ｓ２００−１において形成される膜（第２層）の厚さが大きくなりすぎると、第２の工程Ｓ２００−２や第３の工程Ｓ２００−３における改質効果が及ばない層ができてしまう。従って、成膜レートを重視する場合であっても、第１の工程Ｓ２００−１の連続実行回数は、形成される膜の厚さが改質処理の効果が及ぶ限界の厚さ以下となるように設定することが望ましい。
また、本実施形態では、成膜と改質が交互に行われる第２の工程Ｓ２００−２が最も多く実行されることが好ましく、第３の工程Ｓ２００−３は、表面付近の改質が不十分な膜を改質することを目的として、薄膜形成工程Ｓ２００の最後に短時間行うことが好ましい。
【００９７】
また、本実施形態では、反応ガスと改質ガスのいずれもが、反応ガス導入孔２９２ａ（２７２ａ）に接続されたガス供給管２３３ａ（２４３ａ）を介してプラズマ生成室２９０（２８０）に供給されるが、配管内で両ガスが反応することが望ましくない場合には、第１〜第３の工程の切り替え時（すなわち供給されるガスの切り替え時）に、反応ガスと改質ガスの供給を停止して、不活性ガスによるガス供給管２３３ａ（２４３ａ）内のパージを実行するステップを設けることが望ましい。
【００９８】
また、第１〜第３の工程の切り替え時の少なくとも何れかにおいて、反応ガスと改質ガスの混合ガスがプラズマ励起されて薄膜に悪影響を与える可能性がある場合には、ガス供給と高周波電力の印加の両方を一時停止し、排気のみ又は不活性ガスによるパージを実行するステップを入れてもよい。一方、スループットを上げるという観点からは、所望の膜質を確保できる限り、両方のガスの供給を停止する期間を設けず、高周波電力の供給も継続するようにしても良い。
【００９９】
また、本実施形態では、第２の工程Ｓ２００−２において、改質処理が行われる領域の手前の処理領域である第３処理領域２０６ｃへの原料ガスの供給を停止しているが、原料ガスに替えて、不活性ガス以外の他のガスを供給しても良い。
【０１００】
＜第１実施形態に基づく他の実施形態＞ 
以上、本発明の第１実施形態を具体的に説明したが、第１実施形態に基づく他の実施形態として、例えば以下の実施形態が考えられる。
【０１０１】
図１０は第１〜第３の工程の実行シーケンスの変形例を示す図である。第１実施形態では、第１〜第３の工程を順番にそれぞれ所定回数ずつ実行するが、変形例１〜４のようにいずれかの工程を実行しないシーケンスとしても良い。また、複数の工程を所定回数ずつ繰り返して実行するシーケンスとしても良い。
【０１０２】
また、第１実施形態ではチャンバ２０２内を８分割することによって、成膜処理、改質処理を行った。しかし、本発明はチャンバ２０２内を８分割するに限らず、チャンバ内を４分割し、プラズマ励起するガスを切り替えることによって、成膜処理、改質処理を行うことも可能である。図１１に示すように、第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂに分割し、所定サイクルの工程を行うことにより、第１の層、第２の層を成膜して、第１処理領域２０６ａからの原料ガスの供給を停止して、第２処理領域２０６ｂの反応ガスの供給を停止し、改質ガスを供給する工程を所定サイクル行う工程を適宜組み合わせることによって、成膜レートと膜質を両立させながら効率的な成膜を行うことができる。
【０１０３】
また、図１２に示すように、チャンバ２０２内を第１処理領域２０６ａ、第１パージ領域２０７ａ、第２処理領域２０６ｂ、第２パージ領域２０７ｂ、第３処理領域２０６ｃ、第３パージ領域２０７ｃと６分割することも可能である。この場合も、前記同様の処理を行うが、第２処理領域２０６ｂ、第３処理領域２０６ｃにおけるプラズマ励起ガスを反応ガスと改質ガスとで適宜切り替えることにより、所望の膜厚、膜質の成膜を行うことが可能である。
【０１０４】
更に、チャンバ２０２内を１２分割することによって、ウエハがチャンバを１周することによって、３サイクルのウエハ処理を行うことも可能である。この場合、図９（Ｂ）に示すような第１〜第４の工程（Ｓ２００´−１〜Ｓ２００´−４）を組み合わせて実行することができる。
【０１０５】
また、第１実施形態では、原料ガスとしてＤＣＳ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ＳｉＮ膜を形成する場合について説明したが、原料ガスとして、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、アミノシラン、ＴＳＡガス等の他のガスを用いてもよい。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、ＴｉＮなどのその他の窒化膜、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＳｉＯなどの酸化膜をウエハ２００上に形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明によれば、高品質な薄膜を高スループットにて形成することができる技術が提供される。
【符号の説明】
【０１０７】
１０      基板処理装置   ２００    ウエハ（基板）２０１    処理室   ２０３    反応容器   ２１７    サセプタ（基板載置台）   ２８０    プラズマ生成室２９０    プラズマ生成室   ３００    コントローラ（制御部）     
【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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【図１２】
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