(57)【要約】【課題】複数の被処理基板に対して成膜を行う際に、スループットの向上を図ることができると共に、高品質な膜を成膜することができる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１１は、底壁１６、外壁１７、および内壁１８を備える処理容器１２と、上下方向に移動可能な支持台１３と、プラズマ発生機構１４と、ガス供給機構１５と、第一の処理、および第二の処理を、交互に行うよう制御する制御部とを含む。第一の処理は、支持台１３を下方側に移動させて載置部３７と内壁１８との間に第一の空間を形成し、ガス供給機構１５により第一の空間に成膜ガスを供給して複数の被処理基板Ｗ１に対して成膜ガスの吸着処理を行う処理である。第二の処理は、支持台１３を上方側に移動させて載置部３７と外壁１７と誘電体窓４６ａとの間に第一の空間と異なる第二の空間７１を形成し、ガス供給機構１５により第二の空間７１にプラズマ処理用ガスを供給し、プラズマ発生機構１４によりプラズマを発生させて複数の被処理基板Ｗ１に対してプラズマ処理を行う処理である。【選択図】図１
2013125762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板に対して成膜を行う成膜装置であって、
下方側に位置する底壁、前記底壁の外周縁から上方側に延びる外壁、および前記外壁と間隔を開けて前記外壁の内側に位置し、上下方向に延びる内壁を備え、その内部において、複数の被処理基板に対するプラズマ処理、および複数の被処理基板に対する成膜ガスの吸着処理を行う処理容器と、
前記底壁側から上方側に延びる棒状部、および前記棒状部の上方端に取り付けられ、その上に複数の前記被処理基板を載置して支持可能な板状の載置部を備え、前記載置部が前記内壁の内側に配置されるよう構成され、上下方向に移動可能な支持台と、
前記載置部と上下方向に対向する位置に備えられ、マイクロ波を伝播する板状の誘電体窓、および複数のスロットが設けられており、前記誘電体窓の上方側に備えられ、前記スロットから前記誘電体窓に対してマイクロ波を放射する薄板状のスロットアンテナ板を含み、マイクロ波をプラズマ源として前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
前記処理容器内にプラズマ処理用ガスおよび成膜ガスを供給するガス供給機構と、
複数の前記被処理基板に対して成膜ガスの吸着処理を行う第一の処理、および複数の前記被処理基板に対してプラズマ処理を行う第二の処理を、交互に行うよう制御する制御部とを含み、
前記第一の処理は、前記支持台を下方側に移動させて前記載置部と前記内壁との間に前記第一の空間を形成し、前記ガス供給機構により前記第一の空間に前記成膜ガスを供給して複数の前記被処理基板に対して前記成膜ガスの吸着処理を行う処理であり、
前記第二の処理は、前記支持台を上方側に移動させて前記載置部と前記外壁と前記誘電体窓との間に前記第一の空間と異なる第二の空間を形成し、前記ガス供給機構により前記第二の空間に前記プラズマ処理用ガスを供給し、前記プラズマ発生機構によりプラズマを発生させて複数の前記被処理基板に対してプラズマ処理を行う処理である、成膜装置。
【請求項２】
前記プラズマ発生機構は、前記誘電体窓、および前記スロットアンテナ板をそれぞれ複数含む、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記支持台は、長手方向に延びる前記棒状部の中心を回転中心軸として回転可能である、請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記支持台に支持される被処理基板の数をＮとすると、
前記プラズマ発生機構は、前記誘電体窓、および前記スロットアンテナ板をそれぞれＮ枚含み、
前記制御部は、前記各被処理基板を前記各誘電体窓の下に配置して前記第二の処理を行い、前記第二の処理が終了する毎に、前記支持台を３６０°／Ｎの角度で回転させる、請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記スロットアンテナ板の直径は、３００ｍｍ以下である、請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記ガス供給機構は、前記被処理基板の上面に沿うようにして、前記被処理基板の一方端側から他方端側に向かって、前記成膜ガスを供給する、請求項１〜５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項７】
前記ガス供給機構は、前記処理容器内のクリーニングを行うクリーニング用ガスを、前記支持台の中央側から外方側に向かって放射状に供給可能であり、
前記制御部は、前記第一の処理を行う際に、前記ガス供給機構による前記クリーニング用ガスの供給を行う、請求項１〜６のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項８】
被処理基板に対して成膜を行う成膜方法であって、
下方側に位置する底壁、前記底壁の外周縁から上方側に延びる外壁、および前記外壁と間隔を開けて前記外壁の内側に位置し、上下方向に延びる内壁を備え、その内部において、複数の被処理基板に対するプラズマ処理、および複数の被処理基板に対する成膜ガスの吸着処理を行う処理容器と、前記底壁側から上方側に延びる棒状部、および前記棒状部の上方端に取り付けられ、その上に複数の前記被処理基板を載置して支持可能な板状の載置部を備え、前記載置部が前記内壁の内側に配置されるよう構成され、上下方向に移動可能な支持台と、前記載置部と上下方向に対向する位置に備えられ、マイクロ波を伝播する板状の誘電体窓、および複数のスロットが設けられており、前記誘電体窓の上方側に備えられ、前記スロットから前記誘電体窓に対してマイクロ波を放射する薄板状のスロットアンテナ板を含み、マイクロ波をプラズマ源として前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、前記処理容器内にプラズマ処理用ガスおよび成膜ガスを供給するガス供給機構とを含む成膜装置を用い、
前記支持台を下方側に移動させて前記載置部と前記内壁との間に前記第一の空間を形成し、前記ガス供給機構により前記第一の空間に前記成膜ガスを供給して複数の前記被処理基板に対して前記成膜ガスの吸着処理を行う第一の処理、および前記支持台を上方側に移動させて前記載置部と前記外壁と前記誘電体窓との間に前記第一の空間と異なる第二の空間を形成し、前記ガス供給機構により前記第二の空間に前記プラズマ処理用ガスを供給し、前記プラズマ発生機構によりプラズマを発生させて複数の前記被処理基板に対してプラズマ処理を行う第二の処理を交互に行う、成膜方法。
【請求項９】
前記支持台に支持される被処理基板の数をＮとすると、
前記プラズマ発生機構は、前記誘電体窓、および前記スロットアンテナ板をそれぞれＮ枚含み、
前記各被処理基板を前記各誘電体窓の下に配置して前記第一の処理を行い、前記第二の処理が終了する毎に、前記支持台を３６０°／Ｎの角度で回転させるよう制御する、請求項８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記ガス供給機構が、前記被処理基板の上面に沿うようにして、前記被処理基板の一方端側から他方端側に向かって、前記成膜ガスを供給するよう制御する、請求項８または９に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記第一の処理を行う際に、前記ガス供給機構が、前記処理容器内のクリーニングを行うクリーニング用ガスを、前記支持台の中央側から外方側に向かって放射状に供給するよう制御する、請求項８〜１０のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記成膜は、シリコン窒化膜を成膜し、
前記ガス供給機構は、前記成膜ガスとしてＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスを供給する、請求項８〜１１のいずれかに記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、成膜装置、および成膜方法に関するものであり、特に、半導体素子の製造に利用される成膜装置、および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等の半導体素子における成膜、すなわち、例えば、シリコン酸化膜のような絶縁性を有する絶縁層の形成を行う場合、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることが一般的であった。しかし、上述した熱ＣＶＤによるシリコン酸化膜の成膜によると、シリコン基板を高温に暴露する必要がある。そうすると、比較的低融点の物質、例えば、低融点の金属や高分子化合物により既にシリコン基板上に導電層が形成されている場合、低融点金属の溶融の問題や成膜プロセスの順序の制約の問題があった。
【０００３】
一方、近年のデバイスの高集積化の観点から、３次元構造への段差被覆性や処理の均一性、絶縁膜内や界面部分における不純物や物理欠陥の無い高品質な膜質が要求されている。これらを解決する手法として、基板表面に原子単位相当で反応ガスを周期的に供給することにより成膜し、高精度の膜厚制御を行うことができるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が有効な手段の一つであることが知られている。
【０００４】
ここで、ＡＬＤ法を用いて、シングルチャンバ、すなわち、一つのチャンバ（処理容器）内において、異なる堆積プロセスを実行する技術が、特開２００７−１３８２９５号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３８２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１によると、基板ステージを上昇させて上部アセンブリに近づけた状態で原子層堆積プロセスやプラズマ増強化学的気相成長プロセス（ＰＥＣＶＤ）等を行い、基板ステージを下降させて上部アセンブリに遠ざけた状態でプラズマプロセスを行うこととしている。
【０００７】
特許文献１に開示のプロセスにおいては、原子層堆積プロセスにおいて、まず、基板ステージを上部アセンブリに近づける。そして、チャンバ内に成膜ガスとなるプリカーサガスを供給し、基板ステージ上に載置された基板の表面に原子層を堆積させ、加熱により層を形成する。その後、上部アセンブリから基板ステージを遠ざける。そして、プラズマ処理プロセスにおいて、チャンバ内にプラズマ処理用のガスを供給し、発生させたプラズマでプラズマＣＶＤ処理により層を形成する。このような一連の工程を、所望の膜厚に達するまで繰り返し行う。すなわち、この原子層堆積プロセスとプラズマ処理プロセスとからなるサイクルを数回行って、所望の膜厚の層を形成する。
【０００８】
しかし、このようなプロセスによると、スループットの向上が図れないおそれがある。すなわち、特許文献１によれば、原子層堆積プロセスにおいても、プラズマ処理プロセスにおいても、それぞれのプロセスに必要なガスをチャンバ内に充満させる時間がかかってしまう。さらには、プロセス毎にチャンバ内を処理に要する最適な圧力とする時間や、次のプロセスのための充満させたガスの排気に要する時間もかかってしまう。
【０００９】
このようなガスの充満に要する時間や最適な圧力にするために要する時間等については、短縮するにも限界がある。各サイクルにおいて、このような時間が発生してしまうと、所望の膜厚の層を形成するのに結果として多大なる時間を要することとなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の一つの局面においては、成膜装置は、被処理基板に対して成膜を行う成膜装置である。成膜装置は、下方側に位置する底壁、底壁の外周縁から上方側に延びる外壁、および外壁と間隔を開けて外壁の内側に位置し、上下方向に延びる内壁を備え、その内部において、複数の被処理基板に対するプラズマ処理、および複数の被処理基板に対する成膜ガスの吸着処理を行う処理容器と、底壁側から上方側に延びる棒状部、および棒状部の上方端に取り付けられ、その上に複数の被処理基板を載置して支持可能な板状の載置部を備え、載置部が内壁の内側に配置されるよう構成され、上下方向に移動可能な支持台と、載置部と上下方向に対向する位置に備えられ、マイクロ波を伝播する板状の誘電体窓、および複数のスロットが設けられており、誘電体窓の上方側に備えられ、スロットから誘電体窓に対してマイクロ波を放射する薄板状のスロットアンテナ板を含み、マイクロ波をプラズマ源として処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、処理容器内にプラズマ処理用ガス、および成膜ガスを供給するガス供給機構と、複数の被処理基板に対して成膜ガスの吸着処理を行う第一の処理、および複数の被処理基板に対してプラズマ処理を行う第二の処理を、交互に行うよう制御する制御部とを含む。ここで、第一の処理は、支持台を下方側に移動させて載置部と内壁との間に第一の空間を形成し、ガス供給機構により第一の空間に成膜ガスを供給して複数の被処理基板に対して成膜ガスの吸着処理を行う処理である。また、第二の処理は、支持台を上方側に移動させて載置部と外壁と誘電体窓との間に第一の空間と異なる第二の空間を形成し、ガス供給機構により第二の空間にプラズマ処理用ガスを供給し、プラズマ発生機構によりプラズマを発生させて複数の被処理基板に対してプラズマ処理を行う処理である。
【００１１】
このような成膜装置によると、マイクロ波をプラズマ源とし、誘電体窓、およびスロットアンテナ板を含むプラズマ発生機構によりプラズマを発生させているため、プラズマ処理における被処理基板へのダメージを低減することができる。また、複数の被処理基板に対して同時に成膜を行うことができるため、一枚当たりの成膜処理に要する時間を短縮することができる。この場合、第二の処理であるプラズマ処理を行う際には、支持台を上方側に移動させて、載置部と外壁と誘電体窓との間にプラズマ処理を行う第二の空間を形成している。そうすると、プラズマ処理を行う空間を、処理容器全体の空間に比べて小さくすることができるので、第二の空間内におけるガスの置換や圧力の調整を効率よく短時間で行うことができる。さらに、支持台を上方側に移動させて被処理基板に対してプラズマ処理を行っているため、プラズマ密度の高い領域でプラズマ処理を行うことができ、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。また、第一の処理である成膜ガスの吸着処理を行う際には、支持台を下方側に移動させて、載置部と内壁との間に第一の空間を形成している。この場合も、成膜ガスの吸着処理を行う空間を、処理容器全体の空間に比べて小さくすることができる。そうすると、第一の空間内におけるガスの置換や圧力の調整を効率よく短時間で行うことができる。さらに、第一の空間は第二の空間と異なるよう構成されているため、第一の処理に要するガスと第二の処理に要するガスとが混ざり合うことが抑制される。そうすると、交互に行う各処理において、ガスの置換や排気を厳密に行う必要はなく、ガスの置換等に要する時間や圧力の調整に要する時間を大きく短縮することができる。その結果、スループットの向上を図ることができると共に、ガスの混ざり合いの抑制に基づく高品質な膜を成膜することができる。
【００１２】
ここで、プラズマ発生機構は、誘電体窓、およびスロットアンテナ板を、それぞれ複数含むよう構成してもよい。このように構成することにより、複数の被処理基板に成膜を行う際に、各被処理基板に対して、誘電体窓、およびスロットアンテナ板を対応させることができるため、より効率的なプラズマ処理を行うことができる。
【００１３】
また、支持台は、長手方向に延びる棒状部の中心を回転中心軸として回転可能であるよう構成してもよい。こうすることにより、成膜ガスの吸着処理である第一の処理において、複数の被処理基板に対して成膜ガスを供給する際に、支持台を回転させて成膜ガスを供給することができる。そうすると、支持台に支持された複数の被処理基板において、ガス供給機構における各被処理基板に対する成膜ガスの供給のばらつきや成膜ガスの吸着のムラをなくすことができる。また、プラズマ処理を行う第二の処理において、生成したプラズマの各位置におけるばらつきやムラに起因する各被処理基板の間のプラズマ処理のばらつきやムラをなくすことができる。したがって、各被処理基板の間における処理の均一性を向上することができる。このような各被処理基板の間の処理の均一性の向上は、被処理基板上に形成される半導体素子の歩留まり向上に寄与し、生産性の向上を図ることができる。
【００１４】
ここで、支持台に支持される被処理基板の数をＮとすると、プラズマ発生機構は、誘電体窓、およびスロットアンテナ板をそれぞれＮ枚ずつ含み、制御部は、各被処理基板を各誘電体窓の下に配置して第二の処理を行い、第二の処理が終了する毎に、支持台を３６０°／Ｎの角度で回転させるよう構成してもよい。こうすることにより、第二の処理、すなわち、プラズマ処理において、各被処理基板に対して、それぞれの誘電体窓、およびそれぞれのスロットアンテナ板を用いて生成されるプラズマでプラズマ処理を行うことができる。そうすると、各誘電体窓の下に生成されるプラズマ間のばらつきやムラに起因するプラズマ処理のばらつきやムラをなくし、各被処理基板に対するプラズマ処理の均一性を向上することができる。
【００１５】
ここで、スロットアンテナ板の直径は、３００ｍｍ以下であるよう構成してもよい。こうすることにより、導入されるマイクロ波電力に対して、生成されたプラズマにおいて、プラズマ密度を相対的に高くすることができる。したがって、プラズマ処理を効率的に行うことができ、プラズマ処理に要する時間の短縮化等を図ることができ、よりスループットの向上を図ることができる。
【００１６】
また、ガス供給機構は、被処理基板の上面に沿うようにして、被処理基板の一方端側から他方端側に向かって、成膜ガスを供給するよう構成してもよい。こうすることにより、第一の処理において、複数の被処理基板に成膜ガスを供給する際に、被処理基板に対して、供給される成膜ガスをいわゆる面接触させることができる。したがって、供給する成膜ガスの吸着の効率を向上させることができ、より効率的に成膜ガスの吸着処理を行うことができる。また、このような構成によれば、第一の空間内において、被処理基板側からの成膜ガスの散乱を低減することもできる。
【００１７】
また、ガス供給機構は、処理容器内のクリーニングを行うクリーニング用ガスを、支持台の中央側から外方側に向かって放射状に供給可能であり、制御部は、第一の処理を行う際に、ガス供給機構によるクリーニング用ガスの供給を行うよう構成してもよい。このように、クリーニング用ガスを支持台の中央側から外方側に向かって放射状に供給しているため、第二の処理後において、プラズマ処理用ガスの置換や第二の空間の排気を効率的に行うことができる。そうすると、ガスの置換に要する時間の短縮化等を図ることができ、さらなるスループットの向上を図ることができる。
【００１８】
この発明の他の局面においては、成膜方法は、被処理基板に対して成膜を行う成膜方法である。成膜方法は、下方側に位置する底壁、底壁の外周縁から上方側に延びる外壁、および外壁と間隔を開けて外壁の内側に位置し、上下方向に延びる内壁を備え、その内部において、複数の被処理基板に対するプラズマ処理、および複数の被処理基板に対する成膜ガスの吸着処理を行う処理容器と、底壁側から上方側に延びる棒状部、および棒状部の上方端に取り付けられ、その上に複数の被処理基板を載置して支持可能な板状の載置部を備え、載置部が内壁の内側に配置されるよう構成され、上下方向に移動可能な支持台と、載置部と上下方向に対向する位置に備えられ、マイクロ波を伝播する板状の誘電体窓、および複数のスロットが設けられており、誘電体窓の上方側に備えられ、スロットから誘電体窓に対してマイクロ波を放射する薄板状のスロットアンテナ板を含み、マイクロ波をプラズマ源として処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、処理容器内にプラズマ処理用ガス、および成膜ガスを供給するガス供給機構とを含む成膜装置を用いる。ここで、支持台を下方側に移動させて載置部と内壁との間に第一の空間を形成し、ガス供給機構により第一の空間に成膜ガスを供給して複数の被処理基板に対して成膜ガスの吸着処理を行う第一の処理、および支持台を上方側に移動させて載置部と外壁と誘電体窓との間に第一の空間と異なる第二の空間を形成し、ガス供給機構により第二の空間にプラズマ処理用ガスを供給し、プラズマ発生機構によりプラズマを発生させて複数の被処理基板に対してプラズマ処理を行う第二の処理を交互に行う。
【００１９】
このような成膜方法によれば、スループットの向上を図ることができると共に、高品質な膜を成膜することができる。
【００２０】
また、支持台に支持される被処理基板の数をＮとすると、プラズマ発生機構は、誘電体窓、およびスロットアンテナ板をそれぞれＮ枚含み、各被処理基板を各誘電体窓の下に配置して第二の処理を行い、第二の処理が終了する毎に、支持台を３６０°／Ｎの角度で回転させるよう制御するよう構成してもよい。
【００２１】
また、ガス供給機構が、被処理基板の上面に沿うようにして、被処理基板の一方端側から他方端側に向かって、成膜ガスを供給するよう制御するよう構成してもよい。
【００２２】
また、第一の処理を行う際に、ガス供給機構が、処理容器内のクリーニングを行うクリーニング用ガスを、支持台の中央側から外方側に向かって放射状に供給するよう制御するよう構成してもよい。
【００２３】
また、成膜は、シリコン窒化膜を成膜し、ガス供給機構は、成膜ガスとしてＤＣＳ（Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ：ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２））ガスを供給するよう構成してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
このような成膜装置、および成膜方法によれば、マイクロ波をプラズマ源とし、誘電体窓、およびスロットアンテナ板を含むプラズマ発生機構によりプラズマを発生させているため、プラズマ処理における被処理基板へのダメージを抑制することができる。また、複数の被処理基板に対して同時に成膜を行うことができるため、一枚当たりの成膜処理に要する時間を短縮することができる。この場合、第二の処理であるプラズマ処理を行う際には、支持台を上方側に移動させて、載置部と外壁と誘電体窓との間にプラズマ処理を行う第二の空間を形成している。そうすると、プラズマ処理を行う空間を、処理容器全体の空間に比べて小さくすることができるので、第二の空間内におけるガスの置換や圧力の調整を効率よく短時間で行うことができる。さらに、支持台を上方側に移動させて被処理基板に対してプラズマ処理を行っているため、プラズマ密度の高い領域でプラズマ処理を行うことができ、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。また、第一の処理である成膜ガスの吸着処理を行う際には、支持台を下方側に移動させて、載置部と内壁との間に第一の空間を形成している。この場合も、成膜ガスの吸着処理を行う空間を、処理容器全体の空間に比べて小さくすることができる。そうすると、第一の空間内におけるガスの置換や圧力の調整を効率よく短時間で行うことができる。さらに、第一の空間は第二の空間と異なるよう構成されているため、第一の処理に要するガスと第二の処理に要するガスとが混ざり合うことが抑制される。そうすると、交互に行う各処理において、ガスの置換や排気を厳密に行う必要はなく、ガスの置換等に要する時間や圧力の調整に要する時間を大きく短縮することができる。その結果、スループットの向上を図ることができると共に、ガスの混ざり合いの抑制に基づく高品質な膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の一実施形態に係る成膜装置の要部を示す概略断面図であり、支持台を上方側に移動させた場合を示す。
【図２】この発明の一実施形態に係る成膜装置の要部を示す概略断面図であり、支持台を下方側に移動させた場合を示す。
【図３】図１、および図２に示す成膜装置に含まれる１枚のスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た概略図である。
【図４】図１、および図２に示す成膜装置のうち、誘電体窓が取り付けられた状態を示す図であり、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た概略図である。
【図５】図１、および図２に示す成膜装置に含まれるプラズマ処理用ガス供給部によるプラズマ処理用ガスの供給状態を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た概略図である。
【図６】図１、および図２に示す成膜装置に含まれる成膜ガス供給部による成膜ガスの供給状態を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た概略図である。
【図７】この発明の一実施形態に係る成膜装置を用いた成膜処理の流れを示す簡単なチャート図である。
【図８】誘電体窓の下面からの距離とプラズマの電子温度、およびプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
【図９】投入されるマイクロ波電力と、単位面積当たりのマイクロ波電力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係る成膜装置の構成について説明する。
【００２７】
図１、および図２は、この発明の一実施形態に係る成膜装置の要部を示す概略断面図である。図１は、成膜装置に含まれる後述する支持台を上方側に移動させた場合を示す。図２は、成膜装置に含まれる後述する支持台を下方側に移動させた場合を示す。図３は、図１、および図２に示す成膜装置に含まれる後述のスロットアンテナ板を、板厚方向、この場合、上方側、すなわち図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。図４は、図１、および図２に示す成膜装置に含まれる後述の誘電体窓が取り付けられた状態を示す図であり、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た概略図である。なお、この実施形態においては、支持台によって支持される複数の被処理基板を、被処理基板Ｗ１、被処理基板Ｗ２、被処理基板Ｗ３、および被処理基板Ｗ４の４枚としている。また、この実施形態においては、図１、および図２における紙面上下方向を、成膜装置における上下方向としている。
【００２８】
図１〜図４を参照して、成膜装置１１は、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置としての機能を有すると共に、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に成膜ガスを吸着させる成膜ガス吸着装置としての機能も有する。成膜装置１１は、その内部において、例えば４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対するプラズマ処理、および４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対する成膜ガスの吸着処理を行う処理容器１２と、その上に４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４を載置するようにして支持可能な支持台１３と、マイクロ波をプラズマ源として処理容器１２内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構１４と、処理容器１２内にプラズマ処理用ガス、および成膜ガスを供給するガス供給機構１５と、成膜装置１１全体を制御する制御部（図示せず）とを含む。制御部は、プラズマ処理用ガス、および成膜ガスの供給時におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、成膜装置１１全体の制御を行う。
【００２９】
処理容器１２は、下方側に位置する底壁１６、底壁１６の外周縁から上方側に延びる外壁１７、および外壁１７と所定の間隔を開けて外壁１７の内側に位置し、上下方向に延びる内壁１８を備える。底壁１６、外壁１７、および内壁１８はそれぞれ所定の肉厚を有する。処理容器１２は、外壁１７、および内壁１８によるいわゆる二重構造の構成である。
【００３０】
底壁１６には、その一部を厚み方向に貫通するようにして開口し、処理容器１２内のガスの排気を行うための排気口１９が設けられている。排気口１９は、環状に設けられている。環状の排気口１９の下方側には排気管（図示せず）を介して排気装置（図示せず）が接続されている。排気装置は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置による処理容器１２内の排気、およびガス供給機構１５により、処理容器１２内を所定の圧力まで減圧することができる。
【００３１】
外壁１７は、上下方向に延びる第一の側壁２１と、上下方向に垂直な方向に延びる第一の天壁２２とから構成されている。第一の側壁２１は、底壁１６の外周縁から上方向に延びる形状である。第一の側壁２１は、円筒状である。第一の天壁２２は、第一の側壁２１の上方端部から、内径側に向かって延びる形状である。第一の天壁２２は、円板状である。第一の天壁２２には、４つの丸孔状の開口２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが設けられている。４つの開口２３ａ〜２３ｄは、周方向に３６０°／４となる９０°間隔で所定の間隔を開けて設けられている。これら４つの開口２３ａ〜２３ｄは、各開口２３ａ〜２３ｄにおいて、後述する円板状の４枚の誘電体窓、および同じく円板状の４枚のスロットアンテナ板をそれぞれ受け入れる形状である。
【００３２】
内壁１８は、上下方向に延びる第二の側壁２４と、上下方向に垂直な方向に延びる第二の天壁２５とから構成されている。第二の側壁２４は、第一の側壁２１と径方向に所定の間隔を開けて、第一の側壁２１の内径側に設けられている。第二の側壁２４についても、円筒状である。第二の天壁２５は、第二の側壁２４の上方端部から、内径側に向かって延びる形状である。第二の天壁２５は、円板状である。第二の天壁２５は、第一の天壁２２と上下方向に所定の間隔を開けて、第一の天壁２２の下方側に設けられている。第二の天壁２５の径方向の中央には、１つの丸孔状の大きな開口２６が設けられている。この開口２６の直径、すなわち、図２中で示される第二の天壁２５の内径側端部２７ａ、２７ｂ間の径方向の長さＬ１は、図２中の長さＬ２で示される後述する載置部３７の直径よりも、若干小さく構成されている。
【００３３】
外壁１７と内壁１８との間隔は、外壁１７を構成する第一の側壁２１の内径面２８と内壁１８を構成する第二の側壁２４の外径面２９との間の径方向の間隔であり、図１中の長さＬ３で示される間隔である。底壁１６と内壁１８との間、具体的には、底壁１６の上面３０と内壁１８を構成する第二の側壁２４の下方側端部３１との間には、隙間３２が設けられている。この隙間３２の上下方向の間隔は、図１中の長さＬ４で示される間隔である。径方向において、第二の側壁２４の内径面３３は、環状の排気口１９を構成する外径側の側壁３４の内径面３５よりも外径側に位置するよう構成されている。
【００３４】
なお、内壁１８については、外壁１７を構成する第一の側壁２１の内径面２８から第二の側壁２４の外径面２９まで延び、周方向に間隔を開けて複数設けられる棒状の支持部（図示せず）によって、上記した位置関係、すなわち、底壁１６、および外壁１７との位置関係を保つように支持されている。
【００３５】
支持台１３は、底壁１６側から上方側に延びる棒状部３６、および棒状部３６の上方端に取り付けられ、その上に４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４を載置して支持可能な円板状の載置部３７を備える。支持台１３は、静電チャック（図示せず）により、４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４を吸着する。上下方向に移動可能な支持台１３は、棒状部３６を上下方向に移動させることにより、支持台１３全体を上下方向に移動可能としている。なお、載置部３７の上面３９上に載置される４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４は、後述する図６に示すように、周方向に９０°間隔で、所定の間隔を開けて載置されている。
【００３６】
棒状部３６は、底壁１６の中央から垂直上方に向かって延びるように構成されている。なお、棒状部３６は、円筒状であって、絶縁性の部材から構成されている。
【００３７】
載置部３７は、円板状の径方向の中央において、その下面３８が棒状部３６の上方端部に接続するようにして設けられている。載置部３７の上面３９が、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４を載置する載置面となる。上面３９の形状は、平らである。載置部３７は、内壁１８の内側に配置されるよう構成されている。長さＬ２で示す載置部３７の直径は、図２中の長さＬ５で示す第二の側壁２４の内径よりも小さく構成されている。すなわち、載置部３７の外径側端部４０ａ、４０ｂと第二の側壁２４の内径面３３との間には、図２中の長さＬ６で示す径方向の隙間４１が設けられている。なお、載置部３７は、載置部３７の内部に設けられた温度調整機構（図示せず）により所望の温度に設定可能である。また、載置部３７内には、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の搬入および搬出の際に用いられる上下方向に移動可能なリフタピン（図示せず）が複数内蔵されている。リフタピンは、各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４を載置する載置領域に対応する部分に、３本ずつ設けられている。
【００３８】
支持台１３は、長手方向、すなわち、図１中の紙面上下方向に延びる棒状部３６の中心を回転中心軸４２として回転可能であるよう構成されている。回転中心軸４２については、図１において、三点鎖線で示している。この支持台１３の回転運動の制御については、上記した制御部で行われており、詳細については、後述する。
【００３９】
プラズマ発生機構１４は、マイクロ波をプラズマ源として、処理容器１２内にプラズマを発生させる。プラズマ発生機構１４は、載置部３７と上下方向に対向する位置に備えられ、マイクロ波を伝播する円板状の４枚の誘電体窓４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄを含む。
【００４０】
ここで、誘電体窓４６ａの構成について説明する。誘電体窓４６ａは、具体的には、載置部３７の上面３９と誘電体窓４６ａの下側の面となる下面４７とが対向するように設けられている。誘電体窓４６ａの下面４７の形状は、平らである。誘電体窓４６ａは、誘電体で構成されている。誘電体窓４６ａの具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。なお、他の誘電体窓４６ｂ〜４６ｄの構成については、誘電体窓４６ａの構成と同じであるため、それらの説明を省略する。
【００４１】
誘電体窓４６ａ〜４６ｄは、処理容器１２の４つの開口２３ａ〜２３ｄを覆うようにそれぞれ取り付けられる。具体的には、第一の天壁２２に設けられた４つの丸孔状の開口２３ａ〜２３ｄをそれぞれ円板状の誘電体窓４６ａ〜４６ｄが覆うようにして設けられる。誘電体窓４６ａ〜４６ｄ、および図示しないシール部材等により、処理容器１２は、密封可能に構成されている。
【００４２】
また、プラズマ発生機構１４は、複数のスロット４８が設けられており、それぞれの誘電体窓４６ａ〜４６ｄの上方側に備えられ、複数のスロット４８から誘電体窓４６ａ〜４６ｄに対してマイクロ波を放射するスロットアンテナ板４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄを含む。
【００４３】
ここで、スロットアンテナ板４９ａの構成について説明する。スロットアンテナ板４９ａは、薄板状であって、円板状である。図３に示すように、それぞれ所定の間隔を開けて直交するように２つのスロット４８が設けられている。２つのスロット４８によって一対をなした点線で示すスロット対５０が、周方向に所定の間隔を開けて設けられている。また、径方向においても、複数のスロット対５０が所定の間隔を開けて設けられている。なお、他のスロットアンテナ板４９ｂ〜４９ｄの構成については、スロットアンテナ板４９ａの構成と同じであるため、それらの説明を省略する。
【００４４】
また、プラズマ発生機構１４は、処理容器１２外に設けられるプラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器５１と、スロットアンテナ板４９ａ〜４９ｄのそれぞれ上方側に配置され、同軸導波管５２により導入されたマイクロ波を径方向に伝播する誘電体部材５３とを含む。
【００４５】
マッチング５４を有するマイクロ波発生器５１は、分岐する導波管５６、およびモード変換器５５を介して、マイクロ波を導入する同軸導波管５２の上部に接続されている。モード変換器５５、同軸導波管５２、および誘電体部材５３は、各スロットアンテナ板４９ａ〜４９ｄに対応して、それぞれ４つずつ設けられている。例えば、マイクロ波発生器５１で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管５６を通り、モード変換器５５によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管５２を伝播する。マイクロ波発生器５１において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。
【００４６】
マイクロ波発生器５１により発生させたマイクロ波は、同軸導波管５２を通って、各誘電体部材５３に伝播され、スロットアンテナ板４９ａ〜４９ｄに設けられた複数のスロット４８から誘電体窓４６ａ〜４６ｄに放射される。誘電体窓４６ａ〜４６ｄを透過したマイクロ波は、それぞれの誘電体窓４６ａ〜４６ｄの直下に電界を生じさせ、プラズマを生成させる。すなわち、成膜装置１１においてプラズマ処理に供されるマイクロ波プラズマは、上記した構成のスロットアンテナ板４９ａ〜４９ｄ、および誘電体部材５３を含むラジアルラインスロットアンテナ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）により生成されている。
【００４７】
ガス供給機構１５は、処理容器１２内にプラズマ処理用ガス、および成膜ガスを供給する。ガス供給機構１５は、処理容器１２内にプラズマ処理用ガスを供給するプラズマ処理用ガス供給部６１と、処理容器１２内に成膜ガスを供給する成膜ガス供給部６２とを備える構成である。
【００４８】
図５は、図１、および図２に示す成膜装置１１に含まれるプラズマ処理用ガス供給部６１によるプラズマ処理用ガスの供給状態を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た概略図である。図１〜図５を参照して、プラズマ処理用ガス供給部６１は、外壁１７を構成する第一の側壁２１の上部側において８個設けられている。８個のプラズマ処理用ガス供給部６１を介して、処理容器１２内にプラズマ処理用ガスを供給する。８個のプラズマ処理用ガス供給部６１は、周方向に等配に設けられている。この場合、隣り合うプラズマ処理用ガス供給部６１は、３６０°／８である４５°間隔で周方向に同じ上下方向の高さで設けられている。プラズマ処理用ガス供給部６１は、処理容器１２外に設けられたプラズマ処理用ガス供給源（図示せず）からプラズマ処理用ガス供給孔６３を介して、プラズマ処理用ガスを供給する。プラズマ処理用ガスについては、プラズマ励起用のガスや、主に処理容器１２内の圧力を調整するための不活性ガス等が挙げられる。
【００４９】
ここで、プラズマ処理用ガス供給部６１によるプラズマ処理用ガスは、それぞれ径方向の中心６４に向かう方向に対して斜め方向で供給される。図５においては、各プラズマ処理用ガス供給部６１からの供給の方向を、それぞれ矢印Ｆ１で示している。この場合、例えば、上記したプラズマ処理用ガス供給孔６３を、それぞれ同じ方向で斜め方向に開口するようにして設けるようにする。図５においては、それぞれのプラズマ処理用ガス供給孔６３の開口の角度を、径方向の中心に向かう一点鎖線６５に対して、角度θ１だけ斜め方向に傾けている。こうすることにより、処理容器１２内、具体的には、後述する第二の空間内において、均一にプラズマ処理用ガスを供給することができる。
【００５０】
図６は、図１、および図２に示す成膜装置１１に含まれる成膜ガス供給部６２による成膜ガスの供給状態を、図１中の矢印ＩＩＩの方向から見た概略図である。図１〜図６を参照して、成膜ガス供給部６２は、内壁１８を構成する第二の側壁２４の下部側において７個設けられている。７個の成膜ガス供給部６２を介して、処理容器１２内に成膜ガスを供給する。７個の成膜ガス供給部６２は、第二の側壁２４の半円状の一方側において、周方向に等しい間隔で設けられている。
【００５１】
ここで、成膜ガス供給部６２は、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の上面に沿うようにして、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の一方端側から他方端側に向かって、成膜ガスを供給するよう構成される。図６において、各成膜ガス供給部６２からの供給の方向を、それぞれ矢印Ｆ２で示している。この場合、例えば、第二の側壁２４の半円状の一方側に設けられる７個の成膜ガス供給孔６６の開口形状を、被処理基板Ｗ１の一方端６７ａ側から他方端６７ｂ側に向かって真直ぐ延びるように設けるようにしてもよい。
【００５２】
また、ガス供給機構１５は、処理容器１２内のクリーニングを行うクリーニング用ガスを供給するクリーニング用ガス供給部６８を備える。クリーニング用ガス供給部６８は、第一の天壁２２の径方向の中央において、第一の天壁２２の下面４３から支持台１３側に突出するように備えられている。突出して備えられたクリーニング用ガス供給部６８に、放射状の複数のクリーニング用ガス供給孔６９を設ける。そして、クリーニング用ガス供給部６８は、このクリーニング用ガス供給孔６９から処理容器１２内にクリーニング用ガスを供給する。このように、クリーニング用ガスを支持台１３の中央側から外方側に向かって放射状に供給すると、第二の処理後において、プラズマ処理用ガスの置換や後述する第二の空間の排気を効率的に行うことができる。そうすると、ガスの置換に要する時間の短縮化等を図ることができ、さらなるスループットの向上を図ることができる。なお、クリーニング用ガスとしては、例えば、ＮＦ３（三フッ化窒素）ガスが用いられる。
【００５３】
ここで、支持台１３を上方向に移動させると、載置部３７と外壁１７と誘電体窓４６ａ〜４６ｄとの間に、第二の空間７１が形成されるよう構成されている。具体的には、第二の空間７１は、図１中の一点鎖線内のドットで示す領域である。この第二の空間７１は、処理容器１２全体の容積よりも小さい。第二の空間７１には、プラズマ処理用ガス供給部６１からプラズマ処理用ガスが供給される。第二の空間７１内に供給されたプラズマ処理用ガスは、主に、第一の側壁２１と第二の側壁２４との間に形成される空間７２、および隙間３２を介して、排気口１９から排気される。プラズマ処理用ガスの主な排気方向は、図１中の矢印Ａ１で示される。
【００５４】
また、支持台１３を下方向に移動させると、載置部３７と内壁１８との間に、第一の空間７３が形成されるよう構成されている。具体的には、第一の空間７３は、図２中の二点鎖線内のドットで示す領域である。この第一の空間７３は、第二の空間７１と異なる位置に設けられる。具体的には、第一の空間７３は、第二の空間７１と離隔して、第二の空間７１の下側に設けられるものである。この第一の空間７３についても、処理容器１２全体の容積よりも小さいものである。第一の空間７３には、成膜ガス供給部６２から成膜ガスが供給される。第一の空間７３内に供給された成膜ガスは、主に、載置部３７と第二の側壁２４との間の径方向の隙間４１を介して、排気口１９から排気される。成膜ガスの主な排気方向は、図２中の矢印Ａ２で示される。
【００５５】
次に、この発明の一実施形態に係る成膜装置１１を用いた成膜方法について説明する。図７は、この発明の一実施形態に係る成膜装置を用いて成膜を行う場合の代表的な工程を示すフローチャートである。この実施形態においては、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜を成膜する場合について説明する。
【００５６】
図１〜図７を参照して、まず、処理容器１２内への被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の搬入を行う（図７（Ａ））。処理容器１２に設けられる図示しないゲートバルブを開け、処理容器１２外に設けられるトランスファアーム（図示せず）によって、処理容器１２の外部から搬送される１枚目の被処理基板Ｗ１を処理容器１２内の載置部３７の上に搬送する。その後、載置部３７の内部に設けられるリフタピンを上昇させて、搬入された被処理基板Ｗ１を受け取る。その後、トランスファアームを退避させ、リフタピンを降下させて被処理基板Ｗ１を載置部３７の所定の箇所に載置する。次に、支持台１３を９０°回転させる。そして、同様に、リフタピンの上昇および降下により、載置部３７の所定の箇所に２枚目の被処理基板Ｗ２を載置する。このようにして、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４を載置部３７の所定の箇所に順次載置する。その後、ゲートバルブを閉じる。このようにして、処理容器１２内に被処理基板Ｗ１〜Ｗ４を搬入する。
【００５７】
次に、搬入された被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対しプラズマ処理を行う。ここで、この場合のプラズマ処理については、初期のプラズマ窒化処理である。すなわち、初期プラズマ処理工程を行う（図７（Ｂ））。なお、この初期プラズマ処理工程については、必要に応じて、省略することにしてもよい。すなわち、例えば、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の洗浄等により、この初期プラズマ処理工程の代替ができるのであれば、この初期プラズマ工程を省略することができる。この初期プラズマ処理工程は、任意の工程である。
【００５８】
まず、プラズマ処理用ガス供給部６１から、プラズマ処理用ガスを第二の空間７１に供給し、マイクロ波電力を投入して、プラズマを生成する。プラズマ処理用ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、およびアンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。次に、支持台１３を上方側に移動させる。そして、載置部３７と外壁１７と誘電体窓４６ａ〜４６ｄとの間に第二の空間７１を形成する。すなわち、成膜装置１１を図１に示す状態とする。なお、プラズマを生成させながら、支持台１３を上方側に移動させることもできる。
【００５９】
ここで、第二の空間７１は、誘電体窓４６ａ〜４６ｄの直下において形成されるプラズマ生成領域、およびプラズマ生成領域の下方側に形成され、プラズマ生成領域で生成されたプラズマが拡散して形成されるプラズマ拡散領域の双方で占められる。支持台１３を上方側に移動させた場合における載置部３７上に支持される被処理基板Ｗ１〜Ｗ４が位置する空間は、プラズマ拡散領域となる。このような状態で、プラズマ窒化処理を行う。
【００６０】
ここで、プラズマ窒化処理について説明する。図８は、成膜装置１１においてプラズマを発生させた際の処理容器１２内における誘電体窓４６ａの下面４７からの距離とプラズマの電子温度、およびプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。図８において、横軸は、誘電体窓４６ａの下面４７からの距離（ｍｍ）を示し、左側の縦軸は、プラズマの電子密度（ｃｍ−３）を示し、右側の縦軸は、プラズマの電子温度（ｅＶ）を示す。図８中の菱形はプラズマの電子密度を示し、図８中の丸形はプラズマの電子温度を示す。なお、図８において、距離が０（ｍｍ）とは、いわゆる誘電体窓４６ａの下面４７の位置を指す。
【００６１】
図８を参照して、誘電体窓４６ａの直下の領域、具体的には、ハッチングで示すおおよそ距離が１０ｍｍ程度までの領域７４は、いわゆるプラズマ生成領域である。この領域７４においては、プラズマの電子温度が約２．０ｅＶよりも高い。また、距離が１０ｍｍ程度まで、プラズマの電子密度が急激に上昇し、その後、緩やかに下降する。１０ｍｍを越える領域は、プラズマ拡散領域である。この領域においては、プラズマの電子温度が、２．０ｅＶ程度から距離が離れるにつれ、徐々に低くなっていく。また、プラズマの電子密度も、７．０Ｅ＋１１（ｃｍ−３）程度から距離が離れるにつれ、徐々に低くなっていく。ここで、プラズマの電子温度およびプラズマの電子密度が比較的高いプラズマ拡散領域に被処理基板を位置させることにより、効率的なプラズマ処理を行うことができる。すなわち、図１中の長さＬ７で示す誘電体窓４６ａの下面４７から被処理基板Ｗ１の上面４４までの距離を、プラズマ拡散領域においてできるだけ誘電体窓４６ａの下面４７側に近づけることにより、プラズマの電子密度の高い領域で、効率的にプラズマ処理を行うことができる。
【００６２】
なお、この実施形態におけるプロセス条件において、プラズマ生成領域とプラズマ拡散領域との境は、誘電体窓４６ａの下面４７からおおよそ１０ｍｍの位置となる。しかし、他の実施形態におけるプロセス条件下では、おおよそ１０ｍｍの位置が多少前後する場合もある。具体的には、例えば、プラズマ生成領域とプラズマ拡散領域との境が、誘電体窓４６ａの下面４７からおおよそ１５ｍｍ程度になる場合もある。
【００６３】
また、上記したスロットアンテナ板の構成については、図３中の長さＬ８で示されるスロットアンテナ板４９ａの直径は、３００ｍｍ程度としてもよい。これについて説明する。図９は、投入されるマイクロ波電力と、単位面積当たりのマイクロ波電力との関係を示すグラフである。図９において、横軸は、投入されるマイクロ波電力（Ｗ）を示し、縦軸は、単位面積当たりのマイクロ波電力（Ｗ／ｃｍ２）を示す。図９中の菱形はスロットアンテナ板の直径が４４０（ｍｍ）のものを示し、図９中の丸形はスロットアンテナ板の直径が３００（ｍｍ）のものを示す。
【００６４】
図９を参照して、４４０（ｍｍ）のスロットアンテナ板を用いた場合、７（Ｗ／ｃｍ２）の単位面積当たりのマイクロ波電力を得るためには、１００００（Ｗ）のマイクロ波電力を投入する必要がある。これに対し、３００（ｍｍ）のスロットアンテナ板を用いた場合、同じ７（Ｗ／ｃｍ２）の単位面積当たりのマイクロ波電力を得るためには、６０００（Ｗ）のマイクロ波電力の投入でよい。すなわち、４４０（ｍｍ）のスロットアンテナ板と比較して、３００（ｍｍ）のスロットアンテナ板を用いた場合、相対的にプラズマ密度を高くすることができ、効率よくプラズマ処理を行うことができる。
【００６５】
次に、初期プラズマ窒化処理を終了すると、第一のパージ工程を行う（図７（Ｃ））。第一のパージ工程は、処理容器１２内のガスの置換を行いながら処理容器１２内の圧力を調整する工程である。具体的には、まず、マイクロ波電力の投入を停止すると共に、アンモニアガスの供給を停止する。すなわち、アルゴンガス、および窒素ガスはそのまま供給しながら、アンモニアガスのみの供給を停止する。ここで、成膜装置１１においては、常に排気が行われているため、処理容器１２内、具体的には主に第二の空間７１内に残留するアンモニアガスは、数秒程度で排気することができる。この第一のパージ工程を行っている際に、支持台１３の下降を始める。
【００６６】
第一のパージ工程を行った後に、成膜ガスの吸着処理を行う。すなわち、成膜ガス吸着工程を行う（図７（Ｄ））。この場合、支持台１３を下方側に移動させる。そして、載置部３７と内壁１８との間に第一の空間７３を形成する。すなわち、成膜装置１１を図２に示す状態とする。次に、成膜ガス供給部６２から、成膜ガスを第一の空間７３に供給し、成膜ガスを吸着させる。ここで、成膜ガスとしては、ＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスが用いられる。この場合、シリコン原子を含む分子層が化学吸着層としておおよそ１層程度形成される。ここで、化学吸着層の上には、過剰に供給された物理的な成膜ガス分子の吸着層が形成される。
【００６７】
成膜ガス吸着工程を終了すると、支持台１３の回転工程を行う（図７（Ｅ））。ここでは、支持台１３を９０°回転させる。
【００６８】
支持台１３を９０°回転させた後、第二のパージ工程を行う（図７（Ｆ））。第二のパージ工程も、処理容器１２内のガスの置換を行いながら、処理容器１２内の圧力を調整する工程である。物理的に吸着した過吸着の成膜ガス分子を除去する工程でもある。具体的には、成膜ガスの供給を停止する。ここで、成膜装置１１においては、常に排気が行われているため、処理容器１２内、具体的には、主に第一の空間７３内に残留するＤＣＳガスは、数秒程度で排気することができる。この第二のパージ工程を行っている際に、支持台１３の上昇を始める。
【００６９】
第二のパージ工程を行った後に、再びプラズマ処理工程を行う。すなわち、プラズマ窒化処理工程を行う（図７（Ｇ））。具体的には、まず、マイクロ波電力を投入してプラズマを生成する。次に、アンモニアガスを供給し、再び支持台１３を上方側に移動させて第二の空間７１を再び形成して、第二の空間７１におけるプラズマ窒化処理を行う。この場合、マイクロ波電力を投入してプラズマを生成させる段階で、支持台１３の上方側への移動を開始することにしてもよい。
【００７０】
その後、図７（Ｃ）で示す第一のパージ工程、図７（Ｄ）で示す成膜ガス吸着工程、図７（Ｅ）で示す第二のパージ工程、図７（Ｆ）で示す支持台回転工程、および図７（Ｇ）で示すプラズマ窒化処理工程を１サイクルとして、これらの処理を複数回繰り返し、所望の膜厚となるまで成膜処理を続ける。
【００７１】
所望の膜厚に達すると、処理容器１２内から処理容器１２外への被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の搬出を行う。（被処理基板搬出工程（図７（Ｈ）））。この被処理基板搬出工程は、いわゆる図７（Ａ）で示す被処理基板搬入工程の逆の工程をたどる。すなわち、処理容器１２に設けられる図示しないゲートバルブを開け、リフタピンの上昇により１枚目の被処理基板Ｗ１を持ち上げ、処理容器１２外に設けられるトランスファアーム（図示せず）によって、処理容器１２内から搬送される１枚目の被処理基板Ｗ１を処理容器１２外に搬送する。次に、支持台１３を９０°回転させる。その後、同様にして、被処理基板Ｗ２〜Ｗ４を順次搬出する。
【００７２】
このようにして、４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対して、成膜処理を行う。このような成膜方法によれば、マイクロ波をプラズマ源とし、誘電体窓４６ａ〜４６ｄ、およびスロットアンテナ板４９ａ〜４９ｄを含むプラズマ発生機構１４によりプラズマを発生させているため、プラズマ処理における被処理基板Ｗ１〜Ｗ４へのダメージを抑制することができる。また、４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対して同時に成膜を行うことができるため、一枚当たりの成膜処理に要する時間を短縮することができる。この場合、第二の処理であるプラズマ処理を行う際には、支持台１３を上方側に移動させて、載置部３７と外壁１７と誘電体窓４６ａ〜４６ｄとの間にプラズマ処理を行う第二の空間７１を形成している。そうすると、プラズマ処理を行う空間を、処理容器１２全体の空間に比べて小さくすることができるので、第二の空間７１内におけるガスの置換や圧力の調整を効率よく短時間で行うことができる。さらに、支持台１３を上方側に移動させて被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対してプラズマ処理を行っているため、プラズマ密度の高い領域でプラズマ処理を行うことができ、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。また、第一の処理である成膜ガスの吸着処理を行う際には、支持台１３を下方側に移動させて、載置部３７と内壁１８との間に第一の空間７３を形成している。この場合も、成膜ガスの吸着処理を行う空間を、処理容器１２全体の空間に比べて小さくすることができる。そうすると、第一の空間７３内におけるガスの置換や圧力の調整を効率よく短時間で行うことができる。さらに、第一の空間７３は第二の空間７１と異なるよう構成されているため、第一の処理に要するガスと第二の処理に要するガスとが混ざり合うことが抑制される。そうすると、交互に行う各処理において、ガスの置換や排気を厳密に行う必要はなく、ガスの置換等に要する時間や圧力の調整に要する時間を短縮することができる。その結果、スループットの向上を図ることができると共に、ガスの混ざり合いの抑制に基づく高品質な膜を成膜することができる。
【００７３】
また、この場合、ガス供給機構１５に含まれる成膜ガス供給部６２は、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の上面に沿うようにして、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の一方端側から他方端側に向かって、成膜ガスを供給するよう構成している。そうすると、第一の処理において、複数の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に成膜ガスを供給する際に、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対して、供給される成膜ガスをいわゆる面接触させることができる。したがって、供給する成膜ガスの吸着の効率を向上させることができ、より効率的に成膜ガスの吸着処理を行うことができる。また、このような構成によれば、第一の空間７３内において、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４側からの成膜ガスの散乱を低減することもできる。
【００７４】
また、この場合、プラズマ発生機構１４は、誘電体窓４６ａ〜４６ｄ、およびスロットアンテナ板４９ａ〜４９ｄを、それぞれ４枚ずつ含むよう構成しているため、４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に成膜を行う際に、各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対して、誘電体窓４６ａ〜４６ｄ、およびスロットアンテナ板４９ａ〜４９ｄを対応させることができるため、より効率的なプラズマ処理を行うことができる。
【００７５】
ここで、支持台に支持される被処理基板の数を４とし、プラズマ発生機構１４は、誘電体窓４６ａ〜４６ｄ、およびスロットアンテナ板４９ａ〜４９ｄをそれぞれ４枚ずつ含むこととしている。そして、制御部は、各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４を各誘電体窓４６ａ〜４６ｄの下に配置して第二の処理を行い、第二の処理が終了する毎に、支持台１３を３６０°／４となる９０°の角度で回転させている。そうすると、第二の処理、すなわち、プラズマ処理において、各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対して、それぞれの誘電体窓４６ａ〜４６ｄ、およびそれぞれのスロットアンテナ板４９ａ〜４９ｄを用いて生成されるプラズマでプラズマ処理を行うことができる。したがって、各誘電体窓４６ａ〜４６ｄの下に生成されるプラズマ間のばらつきやムラに起因するプラズマ処理のばらつきやムラをなくし、各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対するプラズマ処理の均一性を向上することができる。
【００７６】
なお、この実施形態においては、例えば、第一のパージ工程に要する時間は、約４秒、成膜ガス吸着工程に要する時間は、約２秒、第二のパージ工程に要する時間は、約４秒、プラズマ窒化処理工程に要する時間は、約５秒であり、支持台回転工程は、第二のパージ工程中に行うことができるため、合計して１サイクルの時間が、約１７秒となる。ここで、１．０Å（オングストローム）／１サイクルの成膜を行った場合、１００Åの膜厚の成膜をするには、約２８分要する。そして、この約２８分で、４枚の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の成膜が行えるため、被処理基板８．５枚／１時間の成膜を行うことができ、スループットの向上を図ることができる。
【００７７】
なお、上記の実施の形態においては、９０°ずつ回転させるようにしたが、これに限らず、単に、支持台１３は、長手方向に延びる棒状部３６の中心を回転中心軸４２として回転可能であるよう構成してもよい。こうすることにより、成膜ガスの吸着処理である第一の処理において、複数の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対して成膜ガスを供給する際に、支持台１３を回転させて成膜ガスを供給することができる。そうすると、支持台１３に支持された複数の被処理基板Ｗ１〜Ｗ４において、ガス供給機構１５における各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４に対する成膜ガスの供給のばらつきや成膜ガスの吸着のムラをなくすことができる。また、プラズマ処理を行う第二の処理において、生成したプラズマの各位置におけるばらつきやムラに起因する各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の間のプラズマ処理のばらつきやムラをなくすことができる。したがって、各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の間における処理の均一性を向上することができる。このような各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４の間の処理の均一性の向上は、被処理基板Ｗ１〜Ｗ４上に形成される半導体素子の歩留まり向上に寄与し、生産性の向上を図ることができる。
【００７８】
なお、上記の実施の形態においては、支持台１３を回転可能な構成としたが、これに限らず、支持台１３は回転しなくともよい。この場合、例えば、成膜ガスを供給する成膜ガス供給部６２が回転することにしてもよいし、成膜ガス供給部６２による成膜ガスの供給が、各被処理基板Ｗ１〜Ｗ４において厳密に均等であれば、支持台１３および成膜ガス供給部６２を双方とも回転させなくてもよい。
【００７９】
なお、上記の実施の形態においては、プラズマ処理装置は、支持台を一つ備えることとしたが、これに限らず、複数の支持台を備える構成としてもよい。すなわち、例えば、支持する被処理基板毎に複数の支持台を備える構成としてもよい。
【００８０】
また、上記の実施の形態においては、プラズマ処理装置は、４枚の被処理基板毎に誘電体窓およびスロットアンテナ板を４枚ずつ備えることとしたが、これに限らず、備えられる誘電体窓やスロットアンテナ板を一つとし、一つの誘電体窓およびスロットアンテナ板で、支持台に支持される複数の被処理基板のプラズマ処理を行う構成としてもよい。さらに、３枚でもよいし、５枚でもよいし、８枚の被処理基板を一度に処理してもよい。
【００８１】
なお、上記の実施の形態においては、スロットアンテナ板の直径を３００ｍｍとしたが、これに限らず、３００ｍｍ以下としてもよい。この場合、小型化したトランスファアームを含むトランスファモジュールで被処理基板の搬入等を行うとよい。
【００８２】
また、上記の実施の形態においては、シリコン窒化膜を成膜する場合について説明したが、これに限らず、例えば、酸窒化膜を成膜する場合や酸化膜を成膜する場合についても適用される。
【００８３】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１１  成膜装置、１２  処理容器、１３  支持台、１４  プラズマ発生機構、１５  ガス供給機構、１６  底壁、１７  外壁、１８  内壁、１９  排気口、２１  第一の側壁、２２  第一の天壁、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２６  開口、２４  第二の側壁、２５  第二の天壁、２７ａ，２７ｂ，３１，４０ａ，４０ｂ  端部、２８，３３，３５  内径面、２９  外径面、３０，３９，４４  上面、３２，４１  隙間、３４  側壁、３６  棒状部、３７  載置部、３８，４３，４７  下面、４２  回転中心軸、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ  誘電体窓、４８  スロット、４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ  スロットアンテナ板、５０  スロット対、５１  マイクロ波発生器、５２  同軸導波管、５３  誘電体部材、５４  マッチング、５５  モード変換器、５６  導波管、６１  プラズマ処理用ガス供給部、６２  成膜ガス供給部、６３  プラズマ処理用ガス供給孔、６４  中心、６５  一点鎖線、６６  成膜ガス供給孔、６７ａ  一方端、６７ｂ  他方端、６８  クリーニング用ガス供給部、６９  クリーニング用ガス供給孔、７１  第二の空間、７２  空間、７３  第一の空間、７４  領域。
【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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