特許 5939147 成膜装置、基板処理装置及び成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5939147

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】成膜装置、基板処理装置及び成膜方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20160609BHJP

   C23C 16/56 20060101ALI20160609BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   C23C16/56

   H05H1/46 R

   H05H1/46 L

   H05H1/46 M

【請求項の数】7

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2012-273581(P2012-273581)

(22)【出願日】2012年12月14日

(65)【公開番号】特開2014-120564(P2014-120564A)

(43)【公開日】2014年6月30日

【審査請求日】2015年4月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】山涌 純

(72)【発明者】

【氏名】輿水 地塩

(72)【発明者】

【氏名】山澤 陽平

(72)【発明者】

【氏名】立花 光博

(72)【発明者】

【氏名】加藤 寿

(72)【発明者】

【氏名】小林 健

(72)【発明者】

【氏名】三浦 繁博

(72)【発明者】

【氏名】木村 隆文

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１３２８７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２５１８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５１３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３０６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−００８０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４６４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４５０３７０２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４５５０１１３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平１１−２５１３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１８２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３９１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４０５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２１３３７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５、２１／３０２、２１／３０６５−２１／３２、

２１／３６５、２１／４６１、２１／４６９−２１／４７５、

２１／８６、

Ｈ０５Ｈ １／００− １／５４、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空容器内にて基板に対して成膜処理を行うための成膜装置において、
基板を載置する基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
前記基板載置領域に処理ガスを供給する処理ガス供給部を含み、前記回転テーブルの回転に伴い基板上に分子層あるいは原子層を順次積層して薄膜を形成するための成膜領域と、
この成膜領域に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して設けられたプラズマ発生領域にて、プラズマ発生用ガスのプラズマ化によって生成したプラズマにより前記分子層あるいは原子層を改質処理するためのプラズマ処理部と、
プラズマ中のイオンを基板の表面に引き込むために、前記回転テーブル上の基板の高さ位置よりも下方側に設けられた下側バイアス電極及び前記高さ位置と同じかあるいは当該高さ位置よりも上方側に配置された上側バイアス電極と、
これらバイアス電極の少なくとも一方に接続され、前記下側バイアス電極及び前記上側バイアス電極が前記プラズマ発生領域を介して容量結合されて基板にバイアス電位を形成するための高周波電源部と、
前記真空容器内を排気するための排気機構と、を備えたことを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記プラズマ処理部は、プラズマ発生領域に誘導結合プラズマを発生させるために、鉛直軸周りに巻回されると共にプラズマ発生用高周波電源に接続されたアンテナを備えており、
前記上側バイアス電極は、前記アンテナと前記プラズマ発生領域との間に設けられ、前記アンテナにより形成される電磁界の電界を遮断し、磁界を通過させるために、前記アンテナの伸びる方向と交差するように形成されたスリットをアンテナの長さ方向に沿って複数配列した導電板であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記下側バイアス電極及び前記上側バイアス電極は、前記回転テーブル上の基板に対して夫々隙間領域を介して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記処理ガス供給部に対して回転テーブルの回転方向に離間した位置に設けられ、当該処理ガス供給部から供給される処理ガスと反応するガスを供給するための別の処理ガス供給部と、
前記処理ガス供給部及び前記別の処理ガス供給部から夫々ガスが供給される処理領域同士を互いに分離するために、これら処理領域同士の間に設けられた分離領域に対して分離ガスを各々供給するための分離ガス供給部と、を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。

【請求項5】

前記プラズマ処理部は、プラズマ発生用ガスをプラズマ化するためのプラズマ発生用高周波電源を備えており、このプラズマ発生用高周波電源は、前記高周波電源部を兼用していることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記プラズマ処理部は、前記プラズマ発生領域に容量結合プラズマを発生させるために、互いに対向するように配置された一対の対向電極を備えていることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。

【請求項7】

真空容器内にて基板に対して成膜処理を行うための成膜方法において、
回転テーブル上の基板載置領域に、表面に凹部が形成された基板を載置すると共に、この基板載置領域を公転させる工程と、
次いで、前記基板載置領域の基板に対して処理ガスを供給して、当該基板上に分子層あるいは原子層を成膜する工程と、
続いて、前記真空容器内における、前記処理ガスを供給する領域に対して回転テーブルの回転方向に離れたプラズマ発生領域にプラズマ発生用ガスを供給すると共に、このプラズマ発生用ガスをプラズマ化して、プラズマによって前記分子層あるいは原子層の改質処理を行う工程と、
前記回転テーブル上の基板の高さ位置よりも下方側に設けられた下側バイアス電極及び前記高さ位置と同じかあるいは当該高さ位置よりも上方側に配置された上側バイアス電極の少なくとも一方に給電して、前記プラズマ発生領域を介して前記下側バイアス電極及び前記上側バイアス電極を容量結合させて基板にバイアス電位を形成することにより、当該基板の表面にプラズマ中のイオンを引き込む工程と、
前記真空容器内を排気する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板に対してプラズマ処理を行う成膜装置、基板処理装置及び成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」と言う）に例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）などの薄膜を成膜する手法として、例えば特許文献１に記載の装置を用いたＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。この装置では、回転テーブル上に５枚のウエハを周方向に並べると共に、この回転テーブルの上方側に複数のガスノズルを配置している。そして、公転している各々のウエハに対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給して、反応生成物を積層している。

【0003】

このようなＡＬＤ法において、ウエハ上に積層される各々の反応生成物に対してプラズマ改質を行うために、特許文献２のように、ガスノズルに対して周方向に離間した位置にプラズマ改質を行う部材を設けた装置が知られている。しかしながら、ウエハの表面に例えば数十から百を超える大きなアスペクト比を持つホールや溝（トレンチ）などの凹部が形成されている場合には、この凹部の深さ方向における改質の度合いがばらついてしまうおそれがある。

【0004】

即ち、このようにアスペクト比の大きな凹部が形成されていると、プラズマ（詳しくはアルゴンイオン）が凹部内に進入しにくくなる。また、真空容器内ではプラズマ改質処理と共に成膜処理を行っているので、当該真空容器内における処理圧力は、プラズマが良好に活性を維持できる真空雰囲気と比べて高圧となっている。そのため、凹部の内壁面にプラズマが接触した時に当該プラズマが失活しやすいので、このことからも凹部の深さ方向における改質の度合いがばらつきやすくなっている。また、凹部が形成されていないウエハであっても、回転テーブルが１回転する間に改質処理を行うためには、即ち互いに隣接するガスノズル同士の間の狭い領域で良好に改質を行うためには、ウエハの近傍に高密度のプラズマを形成しておく必要がある。
特許文献３には、下部電極にバイアス電圧を印加する装置について記載されているが、回転テーブルによりウエハを公転させる技術については記載されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２３９１０２

【特許文献2】特開２０１１−４０５７４

【特許文献3】特開平８−２１３３７８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転テーブルにより公転している基板に対してプラズマ処理を行うにあたって、基板の表面の凹部の深さ方向において均一性の高いプラズマ処理を行うことのできる成膜装置、基板処理装置及び成膜方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の成膜装置は、
真空容器内にて基板に対して成膜処理を行うための成膜装置において、
基板を載置する基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
前記基板載置領域に処理ガスを供給する処理ガス供給部を含み、前記回転テーブルの回転に伴い基板上に分子層あるいは原子層を順次積層して薄膜を形成するための成膜領域と、
この成膜領域に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して設けられたプラズマ発生領域にて、プラズマ発生用ガスのプラズマ化によって生成したプラズマにより前記分子層あるいは原子層を改質処理するためのプラズマ処理部と、
プラズマ中のイオンを基板の表面に引き込むために、前記回転テーブル上の基板の高さ位置よりも下方側に設けられた下側バイアス電極及び前記高さ位置と同じかあるいは当該高さ位置よりも上方側に配置された上側バイアス電極と、
これらバイアス電極の少なくとも一方に接続され、前記下側バイアス電極及び前記上側バイアス電極が前記プラズマ発生領域を介して容量結合されて基板にバイアス電位を形成するための高周波電源部と、
前記真空容器内を排気するための排気機構と、を備えたことを特徴とする。

【0008】

前記成膜装置は、以下のように構成しても良い。前記プラズマ処理部は、プラズマ発生領域に誘導結合プラズマを発生させるために、鉛直軸周りに巻回されると共にプラズマ発生用高周波電源に接続されたアンテナを備えており、
前記上側バイアス電極は、前記アンテナと前記プラズマ発生領域との間に設けられ、前記アンテナにより形成される電磁界の電界を遮断し、磁界を通過させるために、前記アンテナの伸びる方向と交差するように形成されたスリットをアンテナの長さ方向に沿って複数配列した導電板である構成。

【0009】

前記下側バイアス電極及び前記上側バイアス電極は、前記回転テーブル上の基板に対して夫々隙間領域を介して配置されている構成。
前記処理ガス供給部に対して回転テーブルの回転方向に離間した位置に設けられ、当該処理ガス供給部から供給される処理ガスと反応するガスを供給するための別の処理ガス供給部と、
前記処理ガス供給部及び前記別の処理ガス供給部から夫々ガスが供給される処理領域同士を互いに分離するために、これら処理領域同士の間に設けられた分離領域に対して分離ガスを各々供給するための分離ガス供給部と、を備えた構成。
前記プラズマ処理部は、プラズマ発生用ガスをプラズマ化するためのプラズマ発生用高周波電源を備えており、このプラズマ発生用高周波電源は、前記高周波電源部を兼用している構成。この場合には、前記プラズマ処理部は、前記プラズマ発生領域に容量結合プラズマを発生させるために、互いに対向するように配置された一対の対向電極を備えていても良い。

【0011】

本発明の成膜方法は、
真空容器内にて基板に対して成膜処理を行うための成膜方法において、
回転テーブル上の基板載置領域に、表面に凹部が形成された基板を載置すると共に、この基板載置領域を公転させる工程と、
次いで、前記基板載置領域の基板に対して処理ガスを供給して、当該基板上に分子層あるいは原子層を成膜する工程と、
続いて、前記真空容器内における、前記処理ガスを供給する領域に対して回転テーブルの回転方向に離れたプラズマ発生領域にプラズマ発生用ガスを供給すると共に、このプラズマ発生用ガスをプラズマ化して、プラズマによって前記分子層あるいは原子層の改質処理を行う工程と、
前記回転テーブル上の基板の高さ位置よりも下方側に設けられた下側バイアス電極及び前記高さ位置と同じかあるいは当該高さ位置よりも上方側に配置された上側バイアス電極の少なくとも一方に給電して、前記プラズマ発生領域を介して前記下側バイアス電極及び前記上側バイアス電極を容量結合させて基板にバイアス電位を形成することにより、当該基板の表面にプラズマ中のイオンを引き込む工程と、
前記真空容器内を排気する工程と、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、回転テーブル上にて公転している基板に対してプラズマ処理を行うにあたり、プラズマ発生領域の下方側にて回転テーブル上の基板が位置する領域を介して当該基板にバイアス電位が形成されるように、下側バイアス電極及び上側バイアス電極を配置している。そして、これらバイアス電極の少なくとも一方に高周波電力を供給して、下側バイアス電極と上側バイアス電極とを容量結合させている。そのため、プラズマ中のイオンを基板側に引き込むことができるので、基板の近傍に高密度のプラズマを形成できる。従って、基板の表面に既述のような大きなアスペクト比の凹部が形成されていても、当該凹部の深さ方向におけるプラズマ処理の度合いを揃えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の成膜装置の一例を示す縦断面図である。

【図2】前記成膜装置を示す斜視図である。

【図3】前記成膜装置を示す横断平面図である。

【図4】前記成膜装置を示す横断平面図である。

【図5】前記成膜装置の回転テーブルを示す斜視図である。

【図6】前記成膜装置のプラズマ処理部を示す分解斜視図である。

【図7】前記成膜装置の下側バイアス電極を示す分解斜視図である。

【図8】前記成膜装置を裏面側から見た様子を示す平面図である。

【図9】プラズマ処理部及び下側バイアス電極を拡大して示す縦断面図である。

【図10】前記成膜装置に形成されるバイアス空間を模式的に示す縦断面図である。

【図11】前記成膜装置にて成膜処理が行われる対象の基板を模式的に示す縦断面図である。

【図12】基板に対して成膜される様子を模式的に示す縦断面図である。

【図13】基板に対して成膜される様子を模式的に示す縦断面図である。

【図14】基板に対してプラズマ改質処理が行われる様子を模式的に示す縦断面図である。

【図15】前記成膜装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。

【図16】前記成膜装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。

【図17】前記成膜装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。

【図18】前記成膜装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。

【図19】前記成膜装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。

【図20】前記成膜装置の他の例の一部を示す縦断面図である。

【図21】前記成膜装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。

【図22】前記成膜装置の他の例の一部を示す斜視図である。

【図23】前記成膜装置の他の例を示す横断平面図である。

【図24】前記成膜装置の他の例を示す斜視図図である。

【図25】前記成膜装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施の形態の基板処理装置を成膜装置に適用した例について、図１〜図９を参照して説明する。この装置は、図１〜図４に示すように、平面形状が概ね円形である真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えており、ウエハＷに対して成膜処理及びプラズマ改質処理を行うように構成されている。そして、この成膜装置は、後で詳述するように、ウエハＷの表面に例えば数十から百を超えるアスペクト比を持つ凹部が形成されていても、プラズマをウエハＷ側に引き込むことにより、当該凹部の深さ方向におけるプラズマ改質の度合いが揃うように構成されている。続いて、本発明の第１の実施の形態に係る成膜装置の主要部であるファラデーシールド９５や下側バイアス電極１２０について詳述する前に、装置の全体の概要について簡単に説明する。

【0015】

真空容器１の天板１１の中心部には、分離ガス（Ｎ2ガス）の通流により各処理領域Ｐ１、Ｐ２を仕切るための分離ガス供給管５１が接続されている。回転テーブル２の下側には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられており、当該回転テーブル２を介してウエハＷを成膜温度例えば３００℃に加熱するようになっている。図１中７ａはカバー部材、７３はパージガス供給管である。

【0016】

回転テーブル２は、例えば石英などの誘電体により構成されており、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されている。この回転テーブル２は、コア部２１の下面から下方側に向かって伸びる回転軸２２によって、鉛直軸周りこの例では時計周りに回転自在に構成されている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部（回転機構）であり、２０は回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体、７２はパージガス供給管である。

【0017】

回転テーブル２の表面部には、図３〜図４に示すように、ウエハＷの載置領域をなす凹部２４が当該回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば５箇所に形成されている。回転テーブル２の下面は、図５及び図９に示すように、各々の凹部２４の底面と回転テーブル２の下面との間の寸法（回転テーブル２の板厚寸法）ｈができるだけ小さくなるように、回転テーブル２と同心円状にリング状に窪んで下側バイアス電極１２０を収納するための凹部である溝部２ａをなしている。前記板厚寸法ｈは、例えば６ｍｍ〜２０ｍｍとなっている。尚、図５は、回転テーブル２を下側から見た斜視図を示している。

【0018】

凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる５本のノズル３１、３２、３４、４１、４２が真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これらノズル３１、３２、３４、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部に向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように各々取り付けられている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周り（回転テーブル２の回転方向）にプラズマ発生用ガスノズル３４、分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び第２の処理ガスノズル３２がこの順番で配列されている。

【0019】

処理ガスノズル３１、３２は、夫々第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部をなし、プラズマ発生用ガスノズル３４はプラズマ発生用ガス供給部をなしている。また、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。尚、図２及び図３はプラズマ発生用ガスノズル３４が見えるように後述のプラズマ処理部８０及び筐体９０を取り外した状態、図４はこれらプラズマ処理部８０及び筐体９０を取り付けた状態を表している。また、図２については回転テーブル２についても取り外した状態を示している。

【0020】

各ノズル３１、３２、３４、４１、４２は、流量調整バルブを介して夫々以下の各ガス供給源（図示せず）に夫々接続されている。即ち、第１の処理ガスノズル３１は、Ｓｉ（シリコン）を含む第１の処理ガス例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン、ＳｉＨ2（ＮＨ−Ｃ（ＣＨ3）3）2）ガスなどの供給源に接続されている。第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガス例えばオゾン（Ｏ3）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガスの供給源（詳しくはオゾナイザーの設けられた酸素ガス供給源）に接続されている。プラズマ発生用ガスノズル３４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素ガスとの混合ガスからなるプラズマ発生用ガスの供給源に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスである窒素ガスのガス供給源に各々接続されている。これらガスノズル３１、３２、３４、４１、４２の例えば下面側には、ガス吐出孔３３が各々形成されており、このガス吐出孔３３は、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に配置されている。図２及び図３中３１ａはノズルカバー（フィン）である。

【0021】

処理ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々第１の処理ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域（成膜領域）Ｐ１及びウエハＷに吸着した第１の処理ガスの成分と第２の処理ガスとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２となる。プラズマ発生用ガスノズル３４の下方側の領域は、後述するように、ウエハＷに対してプラズマ改質処理を行うための改質領域（プラズマ発生領域）Ｓ１となる。分離ガスノズル４１、４２は、各々第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを形成するためのものである。分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、各処理ガス同士の混合を阻止するために、凸状部４の下面である低い天井面が配置されている。

【0022】

次に、既述のプラズマ処理部８０について説明する。このプラズマ処理部８０は、図１及び図６に示すように、金属線からなるアンテナ８３を鉛直軸周りにコイル状に巻回して構成されており、平面で見た時に回転テーブル２の中央部側から外周部側に亘ってウエハＷの通過領域を跨ぐように配置されている。このアンテナ８３は、図４に示すように、回転テーブル２の半径方向に沿って伸びる帯状の領域を囲むように概略８角形をなしている。このアンテナ８３に関わる電気回路については後述する。

【0023】

アンテナ８３は、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように配置されている。即ち、既述のプラズマ発生用ガスノズル３４の上方側における天板１１は、平面的に見た時に概略扇形に開口しており、図６に示すように、例えば石英などの誘電体からなる筐体９０によって気密に塞がれている。この筐体９０は、周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出すと共に、中央部が真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されており、この筐体９０の内側に前記アンテナ８３が収納されている。図１中１１ａは、筐体９０と天板１１との間に設けられたシール部材であり、９１は、筐体９０の周縁部を下方側に向かって押圧するための押圧部材である。また図１中８６は、後述のプラズマ高周波電源８５にアンテナ８３を電気的に接続するための接続電極である。

【0024】

筐体９０の下面は、当該筐体９０の下方領域への窒素ガスやオゾンガスなどの侵入を阻止するために、図１に示すように、外縁部が周方向に亘って下方側（回転テーブル２側）に向かって垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部９２をなしている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、既述のプラズマ発生用ガスノズル３４が収納されている。

【0025】

筐体９０とアンテナ８３との間には、図１、図４及び図６に示すように、上面側が開口する概略箱型のファラデーシールド９５が上側バイアス電極として配置されており、このファラデーシールド９５は、導電性の板状体である金属板により構成されている。ファラデーシールド９５は、当該ファラデーシールド９５における水平面が回転テーブル２上のウエハＷに対して水平になるように配置されている。このファラデーシールド９５に関わる電気回路については後述する。

【0026】

ファラデーシールド９５の水平面には、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるために、スリット９７が形成されている。このスリット９７は、アンテナ８３の巻回方向に対して直交（交差）する方向に伸びるように形成されており、アンテナ８３に沿うように周方向に亘って当該アンテナ８３の下方位置に設けられている。ファラデーシールド９５とアンテナ８３との間には、これらファラデーシールド９５とアンテナ８３との絶縁を取るために、例えば石英からなる絶縁板９４が介在している。

【0027】

そして、ファラデーシールド９５の下方側における真空容器１の底面部には、図１及び図７に示すように、開口部１２１が形成されており、この開口部１２１は、平面で見た時にアンテナ８３の配置された領域と同じか当該領域よりも大きな楕円形状となるように開口している。この開口部１２１内には、下方側が開口すると共に中空の概略円筒形の絶縁部材１２２が下方側から気密に挿入されており、この絶縁部材１２２は、平面で見た時に開口部１２１と同様に楕円形状となるように形成されている。絶縁部材１２２の下端側外周端は、外側に向かって周方向に亘ってフランジ状に伸び出しており、この下端側外周端の上面側に周方向に沿って設けられたＯ−リングなどのシール部材１２３によって、真空容器１の底面部に気密に接触している。この絶縁部材１２２と回転テーブル２との間の領域をプラズマ非励起領域Ｓ２と呼ぶと、絶縁部材１２２の上面部の概略中央部には、当該プラズマ非励起領域Ｓ２に対して後述のプラズマ阻止用ガスを吐出するために、当該絶縁部材１２２を上下方向に貫通するガス吐出口１２４が形成されている。この例では、絶縁部材１２２は、例えば石英などの誘電体により構成されている。

【0028】

続いて、下側バイアス電極１２０について詳述する。この下側バイアス電極１２０は、当該下側バイアス電極１２０とファラデーシールド９５とを容量結合させて、回転テーブル２上のウエハＷにプラズマ中のイオンを引き込むためのものであり、隙間領域を介して当該回転テーブル２の下方側に位置している。即ち、下側バイアス電極１２０は、下端側が開口すると共にこの下端側外周端がフランジ状に外側に向かって伸び出す概略円筒形状をなしており、既述の絶縁部材１２２の内部に収納されている。この例では、下側バイアス電極１２０は、例えばニッケル（Ｎｉ）や銅（Ｃｕ）などの導電部材により構成されている。

【0029】

そして、この下側バイアス電極１２０における下端側外周端は、真空容器１の底面部に接触しないように、絶縁部材１２２の外端部よりも内側寄りに位置するように配置されており、当該下端側外周端の上面側に設けられたＯ−リングなどのシール部材１２５によって、絶縁部材１２２に対して気密に配置されている。従って、下側バイアス電極１２０は、回転テーブル２に接触しないように（非接触となるように）、また真空容器１に対して電気的に絶縁されるように配置されている。

【0030】

下側バイアス電極１２０の概略中央部には、絶縁部材１２２のガス吐出口１２４の配置位置に対応するように、当該下側バイアス電極１２０の上端面を上下に貫通する貫通口１２６が形成されている。この貫通口１２６の下方側には、図１に示すように、プラズマ非励起領域Ｓ２に対してプラズマ阻止用ガス（例えば窒素（Ｎ2）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスなど）を供給するために、導電部材により構成された流路部材１２７が気密に設けられている。

【0031】

図１に示すように、下側バイアス電極１２０の下方側には、封止部材１４０が配置されており、この封止部材１４０は、例えば石英などの絶縁体により構成されると共に概略円板状に形成されている。封止部材１４０の外周端は、真空容器１の底面部と下側バイアス電極１２０の外周端との間において、上方側の絶縁部材１２２に向かって周方向に亘って起立している。従って、真空容器１の開口部１２１に絶縁部材１２２、下側バイアス電極１２０及び封止部材１４０を下方側からこの順番で挿入すると共に、この封止部材１４０を真空容器１の底面部に対して例えば図示しないボルトなどによって固定すると、真空容器１に対して絶縁部材１２２が気密に接触する。また、絶縁部材１２２に対して下側バイアス電極１２０が気密に接触する。更に、封止部材１４０によって、下側バイアス電極１２０と真空容器１との間が電気的に絶縁される。

【0032】

そして、図９の下側に拡大して示すように、回転テーブル２の下面側の溝部２ａ内に絶縁部材１２２の上面が位置すると共に、回転テーブル２上のウエハＷと下側バイアス電極１２０とが面内に亘って平行になる。これら回転テーブル２の下面と絶縁部材１２２の上面との間の離間寸法ｔは、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍとなる。図８は、真空容器１を下側から見た平面図を示しており、封止部材１４０は、アンテナ８３が巻回された領域に対応する位置において、当該領域よりも大きくなるように形成されている。尚、図７では、シール部材１２３、１２５については描画を省略している。

【0033】

回転テーブル２の外周側には、環状のサイドリング１００が配置されており、既述の筐体９０の外縁側におけるサイドリング１００の上面には、当該筐体９０を避けてガスを通流させるための溝状のガス流路１０１が形成されている。このサイドリング１００の上面には、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２に夫々対応するように排気口６１、６２が形成されている。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５の介設された排気管６３により、排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

【0034】

真空容器１の側壁には、図２〜図４に示すように、図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５はゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。また、この搬送口１５を臨む位置における回転テーブル２の下方側には、回転テーブル２の貫通口を介してウエハＷを裏面側から持ち上げるための昇降ピン（いずれも図示せず）が設けられている。

【0035】

続いて、以上説明したアンテナ８３、ファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０の各々の電気回路について詳述する。アンテナ８３には、図１０に示すように、スイッチ８４ａ、整合器（マッチングボックス）８４ｂ及びフィルタ８４ｃを介して、周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５が接続されている。尚、フィルタ８４ｃは、後述の高周波電源１２８の周波数帯の信号を阻止（カット）するためのものである。

【0036】

また、ファラデーシールド９５は、例えば可変容量コンデンサ４００やインダクタンス４０１などを含むバイアス引き込み回路４０２を介して接地されている。このバイアス引き込み回路４０２の前段側（ファラデーシールド９５側）には、電流値を検出するための検出部４０３が設けられており、検出部４０３における検出値に基づいて例えば可変容量コンデンサ４００の容量値をアクチュエータ（図示せず）により調整するようにしている。具体的には、前記電流値が事前に求めた最大値付近の設定値を超えるように、ファラデーシールド９５と下側バイアス電極１２０との間におけるインピーダンスを調整し、高周波が異常経路を流れることを抑えて、異常放電を防止している。

【0037】

あるいは、後述の制御部２００により、ファラデーシールド９５と下側バイアス電極１２０との間におけるインピーダンスを自動で調整しても良い。このように前記インピーダンスを自動で調整する場合には、検出部４０３について、電流値を検出することに代えて、あるいはこの電流値と共に、ファラデーシールド９５と下側バイアス電極１２０との間のインピーダンス（主にリアクタンス成分）を測定するように構成しても良い。そして、前記インピーダンスの変化から、可変容量コンデンサ４００の容量値を事前にどのように調整するか、具体的にはインピーダンスが増加した時、前記容量値を増やすように調整するか、あるいは容量値を減らすように調整するか、予め決めておいても良い。即ち、制御パラメータ（電流値やインピーダンス）をモニタしつつ、制御部２００が自動でインピーダンスを調整しても良いし、インピーダンスを事前に合わせ込んでも良い。従って、制御部２００を介して自動で前記インピーダンスを調整する場合には、プラズマ処理の間に亘って異常放電が防止される。

【0038】

そして、下側バイアス電極１２０（詳しくは流路部材１２７）には、スイッチ１３１、整合器１３２フィルタ１３３を介して、周波数が５０ｋＨｚ〜４０ＭＨｚ及び出力電力が５００〜５０００Ｗの高周波電源１２８が電気的に接続されている。この例では、この高周波電源１２８の周波数と既述のプラズマ発生用のプラズマ高周波電源８５の周波数とは互いに異なる周波数（高周波電源１２８の周波数：１３．５６〜１００ＭＨｚ）になっている。この高周波電源１２８と既述のバイアス引き込み回路４０２との各アース側は、図示しない導電路により互いに接続されている。

【0039】

フィルタ１３３は、プラズマ発生用のプラズマ高周波電源８５の周波数帯の信号をカットするためのものであり、例えば当該フィルタ１３３を流れる電流値を検出するための電流検出部１３４に接続されている。尚、電流検出部１３４としては、前記電流値に代えて、あるいは当該電流値と共に、フィルタ１３３における電圧を検知する構成であっても良い。

【0040】

従って、以上説明した下側バイアス電極１２０とファラデーシールド９５とからなる構成は、図１０に模式的に示すように、一対の対向電極をなしており、改質領域Ｓ１の下方側にウエハＷが位置した時、平面で見ると当該ウエハＷと重なり合う位置に各々配置されている。そして、下側バイアス電極１２０に対して高周波電源１２８から供給される高周波電力によって、これら対向電極間に容量結合が形成されて、いわばバイアス空間Ｓ３が発生する。そのため、プラズマ処理部８０によって真空容器１内に形成されるプラズマ中のイオンは、後述するように、このバイアス空間Ｓ３において上下方向に振動（移動）する。従って、回転テーブル２の回転によってウエハＷがこのバイアス空間Ｓ３に位置すると、イオンが上下動する中で当該ウエハＷに衝突するので、イオンがウエハＷに引き込まれることになる。尚、図１では、以上説明した電気回路については省略している。

【0041】

また、この成膜装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部２００が設けられており、この制御部２００のメモリ内には後述の成膜処理及びプラズマ改質処理を行うためのプログラムが格納されている。そして、プラズマ改質処理を行うにあたり、制御部２００は、真空容器１内に発生するプラズマ密度を調整するためのフィードバック機能を持っている。具体的には、制御部２００は、下側バイアス電極１２０に接続されたフィルタ１３３を流れる電流値に基づいて、当該フィルタ１３３のリアクタンスや整合器８４ｂの容量値を調整するように構成されている。このプログラムは、後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部２０１から制御部２００内にインストールされる。

【0042】

次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず、ゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、図示しない搬送アームにより搬送口１５を介して回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを載置する。各々のウエハＷの表面には、図１１に示すように、溝やホールなどからなる凹部１０が形成されており、この凹部１０のアスペクト比（凹部１０の深さ寸法÷凹部１０の幅寸法）は、例えば数十から百を超える大きさになっている。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にすると共に、回転テーブル２を例えば２ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍで時計周りに回転させる。そして、ヒータユニット７によりウエハＷを例えば３００℃程度に加熱する。

【0043】

続いて、処理ガスノズル３１、３２から夫々第１の処理ガス及び第２の処理ガスを吐出すると共に、プラズマ発生用ガスノズル３４からプラズマ発生用ガスを吐出する。また、プラズマ非励起領域Ｓ２に対して、当該領域Ｓ２のガス圧力が改質領域Ｓ１よりも陽圧（高圧）となるように、即ち領域Ｓ２においてプラズマの発生を阻止するために、プラズマ阻止用のガスを吐出する。このプラズマ阻止用ガスは、回転テーブル２の下方側を通流して排気口６２から排気される。

【0044】

また、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からも窒素ガスを所定の流量で吐出する。そして、圧力調整部６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。また、アンテナ８３及び下側バイアス電極１２０に対して夫々高周波電力を供給する。

【0045】

第１の処理領域Ｐ１では、図１２に示すように、ウエハＷの表面に第１の処理ガスの成分が吸着して吸着層３００が生成する。次いで、第２の処理領域Ｐ２において、図１３に示すように、ウエハＷ上の吸着層３００が酸化されて、薄膜成分であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の分子層が１層あるいは複数層形成されて反応生成物である反応層３０１が形成される。この反応層３０１には、例えば第１の処理ガスに含まれる残留基のため、水分（ＯＨ基）や有機物などの不純物が残る場合がある。

【0046】

プラズマ処理部８０では、プラズマ高周波電源８５から供給される高周波電力により、電界及び磁界が発生する。これら電界及び磁界のうち電界は、ファラデーシールド９５により反射あるいは吸収（減衰）されて、真空容器１内への到達が阻害される。一方、磁界は、ファラデーシールド９５にスリット９７を形成しているので、このスリット９７を通過して、筐体９０の底面を介して真空容器１内の改質領域Ｓ１に到達する。

【0047】

従って、プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出されたプラズマ発生用ガスは、磁界によって活性化されて、例えばイオン（アルゴンイオン：Ａｒ^＋）やラジカルなどのプラズマが生成する。既述のように、回転テーブル２の半径方向に伸びる帯状体領域を囲むようにアンテナ８３を配置していることから、このプラズマは、アンテナ８３の下方側において、回転テーブル２の半径方向に伸びるように概略ライン状となる。

【0048】

ここで、プラズマは、アンテナ８３の巻回方向に沿って、いわば平面的に分布しようとする。しかしながら、ファラデーシールド９５と下側バイアス電極１２０との間を容量結合させて高周波電界を形成していることから、このプラズマ中のイオンに対して上下方向の電界が加わるので、既述のようにイオンがウエハＷ側に引き込まれる。従って、プラズマ中のイオンは、図１４に示すように、ウエハＷの表面（互いに隣接する凹部１０、１０同士の間における水平面）だけでなく、凹部１０の内壁面や当該凹部１０の底面にまで亘って接触する。こうして反応層３０１にアルゴンイオンが衝突すると、反応層３０１から水分や有機物などの不純物が放出されたり、反応層３０１内の元素の再配列が起こって当該反応層３０１の緻密化（高密度化）が図られたりして、当該反応層３０１が改質される。そのため、改質処理は、ウエハＷの面内に亘って、且つ凹部１０の深さ方向に亘って均等に行われる。

【0049】

その後、回転テーブル２の回転を続けることにより、吸着層３００の吸着、反応層３０１の生成及び反応層３０１の改質処理がこの順番で多数回に亘って行われて、反応層３０１の積層によって薄膜が形成される。この薄膜は、面内に亘って、且つ凹部１０の深さ方向に亘って緻密で均質な膜質となる。尚、図１４では、ファラデーシールド９５、下側バイアス電極１２０及びウエハＷについて模式的に示している。

【0050】

以上の一連のプロセスを行っている間、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に窒素ガスを供給しているので、第１の処理ガスと第２の処理ガス及びプラズマ発生用ガスとが互いに混合しないように各ガスが排気される。また、回転テーブル２の下方側にパージガスを供給しているため、回転テーブル２の下方側に拡散しようとするガスは、前記パージガスにより排気口６１、６２側へと押し戻される。

【0051】

上述の実施の形態によれば、ウエハＷに対してプラズマ処理を行うにあたり、プラズマ処理部８０の下方側にて回転テーブル２上のウエハＷが位置する領域を介してバイアス空間Ｓ３が形成されるように、当該ウエハＷを介して対向するようにファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０を配置している。そして、下側バイアス電極１２０に対して高周波電力を供給して、これら下側バイアス電極１２０とファラデーシールド９５とを容量結合させて高周波電界を形成している。そのため、プラズマ（アルゴンイオン）をウエハＷ側に引き込むことができるので、当該ウエハＷの表面にアスペクト比の大きな凹部１０が形成されていても、凹部１０の深さ方向に亘ってプラズマ改質処理を均等に行うことができ、従って膜質の均一性に優れた薄膜を形成できる。

【0052】

また、プラズマ処理部８０の直下にバイアス空間Ｓ３を形成して、いわば改質領域Ｓ１とバイアス空間Ｓ３とを互いに重ね合わせていることから、当該改質領域Ｓ１以外の領域における不要なプラズマの発生を抑制できる。即ち、既述のように、アンテナ８３の下方位置にてプラズマを発生させようとしているが、例えば真空容器１内で局所的に圧力が低くなっている場所や、真空容器１の内壁面など金属面が露出している場所等において、意図せずにプラズマが発生（拡散）してしまう場合がある。そして、このような意図しないプラズマが例えばＳｉ系ガスに干渉すると、ウエハＷに吸着する前にガス分解が起こり、膜質の劣化に繋がってしまう。しかしながら、既に詳述したように、アンテナ８３の下方側にバイアス空間Ｓ３を形成して、プラズマ（イオン）をウエハＷ側に引き込んでいる。そのため、プラズマ改質処理を行いながら、意図しないプラズマの発生を抑制できる。

【0053】

更に、ファラデーシールド９５と下側バイアス電極１２０との間に容量結合を形成し、イオンをウエハＷ側に引き込んでいることから、イオンがウエハＷに衝突する時、このイオンの衝突するエネルギーが熱に変換されて当該ウエハＷの温度が上昇する。このウエハＷの温度変化（温度上昇）は、高周波電源１２８に供給する電力量に比例する。従って、ウエハＷ上の反応生成物の改質処理を行うにあたり、当該ウエハＷに対してイオンを供給するだけでなく、ウエハＷの温度を上昇させることができるので、ウエハＷの温度上昇分だけ更に良好な膜質の薄膜を形成できる。

【0054】

バイアス用の高周波は、１周波に限らず、２周波（互いに周波数が異なる高周波電源を２つ用いる）であっても良いし、３周波以上であっても良い。即ち、下側バイアス電極１２０に対して互いに周波数の異なる高周波電源を接続することにより、ウエハＷの中心部と外縁部との間におけるプラズマ処理の度合いを調整できるので、ウエハＷの面内に亘って膜質の揃った薄膜を形成できる。

【0055】

図１５は、ファラデーシールド９５と下側バイアス電極１２０とを容量結合させる構成として、高周波電源１２８について、下側バイアス電極１２０に接続することに代えて、上側バイアス電極に相当するファラデーシールド９５に接続した例を示している。下側バイアス電極１２０については、バイアス引き込み回路４０２を介して接地している。また、図１６は、容量結合を形成するための高周波電源として、高周波電源１２８に代えて、プラズマ発生用のプラズマ高周波電源８５を利用した例を示している。即ち、図１６では、プラズマ高周波電源８５は、アンテナ８３及びファラデーシールド９５に対して並列で接続されている。プラズマ発生用のプラズマ高周波電源８５とバイアス電界形成用の高周波電源１２８とを共通化することにより、装置を安価に構成できる。尚、図１５及び図１６について、既に説明済みの部材については、既述の例と同じ符号を付して説明を省略すると共に、装置構成を簡略化して描画している。以降の他の例についても同様である。

【0056】

このようにファラデーシールド９５側に高周波電源１２８（８５）を接続する場合においても、既述のように２周波あるいは３周波以上の電源を用いても良いし、あるいはファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０の夫々について２周波以上の電源に接続しても良い。

【0057】

図１７は、下側バイアス電極１２０に高周波電源１２８を接続すると共に、ファラデーシールド９５にも別の高周波電源１４３を接続した例を示している。この例では、高周波電源１４３の発振周波数は、高周波電源１２８と同じ周波数となっている。この場合には、高周波電源１２８、１４３の夫々の位相を調整できるので、例えば高周波電源１２８、１４３が互いに逆位相となるように調整することにより、既述の図１の構成と比べてバイアス電界の強度を２倍程度まで大きくできる。そのため、凹部１０の深さ方向に亘って更に均一なプラズマ処理を行うことができる。尚、高周波電源１２８、１４３に対して供給する高周波電力についても個別に調整しても良い。

【0058】

図１７において、ファラデーシールド９５に高周波電力を供給するにあたり、高周波電源１４３に代えて、図１６のように、プラズマ発生用のプラズマ高周波電源８５を利用しても良い。このようにファラデーシールド９５に対してプラズマ発生用のプラズマ高周波電源８５を接続する場合には、下側バイアス電極１２０に供給する高周波電源１２８についても、プラズマ高周波電源８５と同じ周波数にしても良い。

【0059】

ここで、図１７のようにファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に対して同じ周波数の高周波電力を供給する場合、高周波電源１２８、１４３を共通化することが好ましい。即ち、高周波電源１２８について、ファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に対して例えば並列で接続することが好ましい。そして、このように共通の高周波電源１２８を用いながら、ファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に供給する高周波の位相を逆位相にする場合には、例えば図１８のように構成しても良い。即ち、図１８では、２つのトランス結合を用いて、共通の高周波電源１２８からファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に供給する高周波を互いに逆位相にしている。

【0060】

具体的には、一方側（左側）から他方側（右側）に向かって伸びる軸周りに各々巻回した３つの巻き線（コイル）１５１〜１５３を形成すると共に、これら巻き線１５１〜１５３について、各々の巻き線１５１〜１５３における前記軸が一列に並ぶように、当該一方側から他方側に向かって順番に配置する。そして、これら３つの巻き線１５１〜１５３のうち左側の巻き線１５１について、左側の端子をアースすると共に、右側の端子にファラデーシールド９５を接続する。また、３つの巻き線１５１〜１５３のうち中央の巻き線１５２については、左側の端子及び右側の端子を夫々高周波電源１２８及びアースに接続する。更に、右側の巻き線１５３については、左側の端子を下側バイアス電極１２０に接続すると共に、右側の端子をアースに接続する。こうして共通の高周波電源１２８からファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に対して逆位相で高周波電力を供給できる。

【0061】

また、図１９は、このように共通の高周波電源１２８を用いると共にファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に対して逆位相で高周波電力を供給するにあたり、一つのトランス結合を利用した例を示している。具体的には、ファラデーシールド９５と下側バイアス電極１２０との間に、既述の図１８と同様に構成された巻き線１５４を配置すると共に、当該巻き線１５４に隣接するように、高周波電源１２８に接続された巻き線１５２を配置している。従って、この例では巻き線１５４の巻回軸と、巻き線１５２の巻回軸とは互いに隣接すると共に互いに平行になっている。そして、これらファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に対して互いに逆位相で高周波電力が供給されるようにしている。

【0062】

以上の図１８及び図１９のように、共通の高周波電源１２８からファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に給電する場合には、これらファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に夫々供給する電力量を調整しても良い。具体的には、高周波電源１２８とファラデーシールド９５との間及び高周波電源１２８と下側バイアス電極１２０との間に、誘導結合用のコイル及びインピーダンス調整用の可変コンデンサを各々配置しても良い。また、以上のようにファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０に対して共通の高周波電源１２８を設ける場合には、当該高周波電源１２８とプラズマ発生用の高周波電源８５とを共通化しても良い。即ち、共通の高周波電源８５について、アンテナ８３、ファラデーシールド９５及び下側バイアス電極１２０の各々に並列で接続しても良い。

【0063】

更にまた、図２０に示すように、下側バイアス電極１２０に対向する電極として、真空容器１の内壁面とファラデーシールド９５とを利用しても良い。即ち、真空容器１が例えばアルミニウムなどの導電材により構成されており、真空容器１の内壁面が回転テーブル２の外周面に近接している。従って、下側バイアス電極１２０に対向する上側バイアス電極として、ファラデーシールド９５と共に、前記内壁面を利用しても良い。バイアス引き込み回路４０２は、真空容器１の内壁面及びファラデーシールド９５に各々接続される。図２０中１６０は、前記内壁面と真空容器１の他の内壁面との間を絶縁するために、バイアス空間Ｓ３に隣接する内壁面を環状に囲むように形成された絶縁部材である。即ち、真空容器１の内壁面のうちバイアス空間Ｓ３を臨む内壁面だけが上側バイアス電極をなすように、絶縁部材１６０を設けている。

【0064】

更に、上側バイアス電極について、回転テーブル２上のウエハＷの高さ位置よりも上方側に設けること（ファラデーシールド９５や真空容器１の内壁面）に代えて、回転テーブル２上のウエハＷと同じ高さ位置に設けても良い。具体的には、図２１に示すように、ウエハＷを周方向に亘ってリング状に囲む導電材からなるフォーカスリング１６１を回転テーブル２上に配置して、当該フォーカスリング１６１を前記電極として利用しても良い。フォーカスリング１６１は、例えば回転軸２２の内部を引き回された図示しない導電路を介して、バイアス引き込み回路４０２に接続される。図２１中１６２は、ウエハＷとフォーカスリング１６１との間を絶縁するための絶縁体からなるリング部材または空間ギャップであり、図２２に示すように、フォーカスリング１６１及びウエハＷと共に回転テーブル２に配置される。

【0065】

フォーカスリング１６１を設ける場合についても、フォーカスリング１６１の上面からウエハＷの配置領域を経由して下側バイアス電極１２０に向かう電界が形成されて、同様にプラズマ中のイオンがウエハＷに引き込まれる。尚、前記電界に加えて、フォーカスリング１６１の下面から下側バイアス電極１２０に直接向かう電界についても形成される。

【0066】

このようなフォーカスリング１６１を設ける場合についても、既述の図１５〜図１９のように構成しても良いし、あるいはフォーカスリング１６１と共にファラデーシールド９５や真空容器１の内壁面を上側バイアス電極として利用しても良い。尚、リング部材１６２を設けずに、ウエハＷとフォーカスリング１６１とを互いに直接接触させても良い。

【0067】

また、アンテナ８３の下方側に下側バイアス電極１２０を配置したが、例えば回転テーブル２の回転方向におけるプラズマの分布状態を調整する場合などにおいて、図２３に示すように、アンテナ８３に対して例えば前記回転方向上流側に下側バイアス電極１２０をずらしても良い。

【0068】

以上纏めると、下側バイアス電極１２０については、回転テーブル２上のウエハＷの高さ位置よりも下方側に設けられている。一方、当該下側バイアス電極１２０に対向する電極は、回転テーブル２上のウエハＷの高さ位置と同じ（フォーカスリング１６１）か、あるいは当該高さ位置よりも上方側（ファラデーシールド９５や真空容器１の内壁面）に設けられている。そして、下側バイアス電極１２０と、当該下側バイアス電極１２０に対向する電極とは、各々平面で見た時に改質領域Ｓ１と重なり合う位置に配置されていなくても良い。また、下側バイアス電極１２０については、回転テーブル２内部に下部バイアス電極１２０を挿入すると共に、例えば回転テーブル２や回転軸２２などを導電材により構成し、当該回転軸２２に対して例えば図示しないスリップリング機構を介して給電するように構成しても良い。更に、アンテナ８３については、一端側の端子を高周波電源８５に接続すると共に、他端側の端子を接地したが、これら一端側及び他端側を各々高周波電源８５に接続しても良い。また、アンテナ８３の一端側の端子を高周波電源８５に接続すると共に、他端側の端子についてはフロート状態に（周囲の導電部から浮いた状態で支持）しても良い。

【0069】

更にまた、以上述べた各例では、プラズマ処理部８０としてアンテナ８３を巻回して誘導結合型のプラズマ（ＩＣＰ：Inductively coupled plasma）を発生させたが、容量結合型のプラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を発生させるようにしても良い。この場合には、図２４に示すように、プラズマ発生用ガスノズル３４に対して回転テーブル２の回転方向下流側に、一対の対向電極１７０、１７０が配置される。そして、図２５に示すように、これら対向電極１７０、１７０のうち一方の対向電極１７０が既述の高周波電源８５に接続され、他方の対向電極１７０が接地される。図２５では、バイアス用の高周波電源は、この高周波電源８５を利用しており、即ちプラズマ発生用の高周波電源と共通化されていて、上側バイアス電極に接続されている。そして、この上側バイアス電極は、ファラデーシールド９５に代えて、例えば円板状の電極板１７１を用いている。

【0070】

このように容量結合型のプラズマによってプラズマ発生用ガスのプラズマ化を行う場合には、下側バイアス電極１２０と上側バイアス電極（ファラデーシールド９５や電極板１７１）との間に高周波電力を印加しても良い。あるいは、これら下側バイアス電極１２０及び上側バイアス電極に各々隣接させて、プラズマ発生用の一対の対向電極を専用に設けても良い。
また、下側バイアス電極１２０としては、真空容器１の外側（真空容器１の底面部の下側）に配置しても良い。

【0071】

以上説明したシリコン酸化膜を成膜するにあたって用いる第１の処理ガスとしては、以下の表１の化合物を用いても良い。尚、以下の各表において、「原料Ａエリア」とは、第１の処理領域Ｐ１を示しており、「原料Ｂエリア」とは、第２の処理領域Ｐ２を示している。また、以下の各ガスは一例であり、既に説明したガスについても併せて記載している。

【0072】

（表１）

【0073】

また、表１の第１の処理ガスを酸化するための第２の処理ガスとしては、表２の化合物を用いても良い。
（表２）

尚、この表２における「プラズマ＋Ｏ2」や「プラズマ＋Ｏ3」とは、例えば第２の処理ガスノズル３２の上方側に既述のプラズマ処理部８０を設けて、これら酸素ガスやオゾンガスをプラズマ化して用いることを意味している。

【0074】

また、既述の表１の化合物を第１の処理ガスとして用いると共に、表３の化合物からなるガスを第２の処理ガスとして用いて、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成しても良い。
（表３）

尚、この表３における「プラズマ」についても、表２と同様に「プラズマ」の用語に続く各ガスをプラズマ化して用いることを意味している。

【0075】

更に、第１の処理ガス及び第２の処理ガスとして表４の化合物からなるガスを各々用いて、炭化シリコン（ＳｉＣ）膜を成膜しても良い。
（表４）

【0076】

更にまた、上に挙げた表４の第１の処理ガスを用いて、シリコン膜（Ｓｉ膜）を成膜しても良い。即ち、この場合には第２の処理ガスノズル３２が設けられておらず、回転テーブル２上のウエハＷは、第１の処理領域（成膜領域）Ｐ１と改質領域Ｓ１とを分離領域Ｄを介して交互に通過することになる。そして、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷの表面に第１の処理ガスの成分が吸着して吸着層３００が形成されると、回転テーブル２によって回転する間に、ヒータユニット７の熱によってウエハＷの表面にて吸着層３００が熱分解を起こして水素や塩素などの不純物が脱離していく。従って、吸着層３００の熱分解反応によって反応層３０１が形成されていく。

【0077】

しかしながら、回転テーブル２が鉛直軸周りに回転していることから、回転テーブル２上のウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過した後、改質領域Ｓ１に至るまでの時間、即ち吸着層３００から不純物を排出するための時間は極めて短い。そのため、改質領域Ｓ１に到達する直前のウエハＷの反応層３０１には、依然として不純物が含まれている。そこで、改質領域Ｓ１において例えばアルゴンガスのプラズマをウエハＷに供給することにより、反応層３０１から不純物が除去されて、良好な膜質の反応層３０１が得られる。こうして領域Ｐ１、Ｓ１を交互に通過させることにより、反応層３０１が多層積層されてシリコン膜が成膜される。従って、本発明において「プラズマ改質処理」とは、反応層３０１から不純物を除去して当該反応層３０１の改質を行う処理の他に、吸着層３００を反応（熱分解反応）させるための処理も含まれる。

【0078】

シリコン膜のプラズマ処理に用いるプラズマ発生用ガスとしては、ウエハＷに対してイオンのエネルギーを与えるプラズマを発生させるガスが用いられ、具体的には既述のアルゴンガスの他に、ヘリウム（Ｈｅ）ガスなどの希ガスあるいは水素ガスなどが用いられる。

【0079】

また、シリコン膜を形成する場合には、第２の処理ガスとして表５のドープ材を用いて、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）を当該シリコン膜にドープしても良い。
（表５）

【0080】

また、以下の表６に示す化合物からなるガスを第１の処理ガスとして用いると共に、既述の第２の処理ガスを用いることにより、金属酸化膜、金属窒化膜、金属炭化膜あるいはＨｉｇｈ−ｋ膜（高誘電率膜）を形成しても良い。
（表６）

【0081】

また、プラズマ改質用ガスあるいは当該プラズマ改質用ガスと共に用いるプラズマイオン注入ガスとしては、以下の表７の化合物からなるガスのプラズマを用いても良い。
（表７）

尚、この表７において、酸素元素（Ｏ）を含むプラズマ、窒素元素（Ｎ）を含むプラズマ及び炭素元素（Ｃ）を含むプラズマについては、酸化膜、窒化膜及び炭化膜を成膜するプロセスだけに夫々用いても良い。

【0082】

また、以上説明したプラズマ改質処理は、回転テーブル２が回転する度に、即ち反応層３０１を成膜する度に行ったが、例えば１０〜１００層の反応層３０１を積層する度に行っても良い。この場合には、成膜開始時にはプラズマ高周波電源８５、１２８への給電を停止しておき、回転テーブル２を反応層３０１の積層数分だけ回転させた後、ノズル３１、３２へのガスの供給を停止すると共に、これらプラズマ高周波電源８５、１２８に対して給電してプラズマ改質を行う。その後、再度反応層３０１の積層とプラズマ改質とを繰り返す。

【0083】

更にまた、既に薄膜が形成されたウエハＷに対してプラズマ改質処理を行っても良い。この場合には、真空容器１内には、各ガスノズル３１、３２、４１、４２は設けられずに、プラズマ発生用ガスノズル３４、回転テーブル２及び下側バイアス電極１２０などが配置される。このように真空容器１内でプラズマ改質処理だけを行う場合であっても、バイアス空間Ｓ３によって凹部１０内にプラズマ（イオン）を引き込むことができるので、当該凹部１０の深さ方向に亘って均一なプラズマ改質処理を行うことができる。

【0084】

更にまた、ウエハＷに対して行うプラズマ処理としては、改質処理に代えて、処理ガスの活性化を行っても良い。具体的には、既述の第２の処理ガスノズル３２にプラズマ処理部８０を組み合わせると共に、当該ノズル３２の下方側に下側バイアス電極１２０を配置しても良い。この場合には、ノズル３２から吐出する処理ガス（酸素ガス）がプラズマ処理部８０にて活性化されてプラズマが生成し、このプラズマがウエハＷ側に引き込まれる。従って、凹部１０の深さ方向に亘って、反応層３０１の膜厚や膜質を揃えることができる。

【0085】

このように処理ガスをプラズマ化する場合であっても、処理ガスのプラズマ化と共に、既述のプラズマ改質処理を行っても良い。また、処理ガスをプラズマ化する具体的なプロセスとしては、既述のＳｉ−Ｏ系の薄膜の成膜以外にも、例えばＳｉ−Ｎ（窒化シリコン）系の薄膜に適用しても良い。このＳｉ−Ｎ系の薄膜を成膜する場合には、第２の処理ガスとして窒素（Ｎ）を含むガス例えばアンモニア（ＮＨ3）ガスが用いられる。

【符号の説明】

【0086】

Ｗ ウエハ
１ 真空容器
２ 回転テーブル
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
Ｓ３ バイアス空間
１０ 凹部
３１、３２、３４ ガスノズル
８０ プラズマ処理部
８３ アンテナ
９５ ファラデーシールド
１２０ 下側バイアス電極
８５、１２８ 高周波電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】