特許 6569520 成膜装置

(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】6569520

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20190826BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20190826BHJP

   C23C 16/511 20060101ALI20190826BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   C23C16/455

   C23C16/511

   H05H1/46 B

【請求項の数】8

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-252064(P2015-252064)

(22)【出願日】2015年12月24日

(65)【公開番号】特開2017-117941(P2017-117941A)

(43)【公開日】2017年6月29日

【審査請求日】2018年4月23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】110002756

【氏名又は名称】特許業務法人弥生特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100162008

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧澤 宣明

(72)【発明者】

【氏名】池川 寛晃

(72)【発明者】

【氏名】和田 博之

(72)【発明者】

【氏名】菱谷 克幸

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１６５４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１４２０２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１８０７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５１３４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２、２１／２０５、２１／３１−２１／３２、

２１／３６５、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薄膜を成膜するための成膜装置において、
前記真空容器内に設けられ、基板が載置される基板載置領域を公転中心周りに公転させるための回転テーブルと、
前記基板載置領域が通過する公転面を、当該基板載置領域の公転の方向と交差する方向に区画してなる第１の領域に、前記回転テーブルと対向するように設けられた吐出部から前記薄膜の原料ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記吐出部の周囲を囲む第１の閉路に沿って延在するように形成された排気口から排気を行う排気部と、
前記排気口の周囲を囲む第２の閉路に沿って延在するように形成された分離ガス供給口から、前記第２の閉路の内外を分離するための分離ガスを供給する第２のガス供給部と、 前記基板載置領域の公転の方向と交差する方向に伸び、前記第２の閉路の外側に位置している前記回転テーブルの上方空間の一部の空間として設けられた第２の領域を挟んで、前記公転の方向に間隔を開けて配置されると共に、各々、前記原料ガスと反応する反応ガスを第２の領域側へ向けて吐出するためのガス吐出孔が形成された２本のガスインジェクターを備えた第３のガス供給部と、
前記第２の領域へ向けて吐出された反応ガスをプラズマ化するための前記反応ガス用のプラズマ形成部と、
前記第１の領域、第２の領域とは異なる位置に、前記第２の閉路の外側に位置している前記回転テーブルの上方空間の一部の空間として、基板載置領域が通過する公転面を、前記公転の方向と交差する方向に区画して設けられ、前記原料ガスの供給、及びプラズマ化した反応ガスの供給による処理とは異なる処理が行われる他の処理領域を備えたことを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記他の処理領域は、基板載置領域の公転の方向に沿って見たとき、前記第１の領域の下流側、且つ前記第２の領域の上流側に設けられた反応前領域であり、
前記反応前領域に、前記第１の領域にて基板に吸着した原料ガスに含まれる不純物を除去するための前処理ガスを供給する前処理ガス供給部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記前処理ガスをプラズマ化するための前処理ガス用のプラズマ形成部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記前処理ガス供給部は、前記基板載置領域の公転の方向と交差する方向に沿って前記前処理ガスを供給することを特徴とする請求項２または３に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記他の処理領域は、基板載置領域の公転の方向に沿って見たとき、前記第２の領域の下流側、且つ前記第１の領域の上流側に設けられた反応後領域であり、
前記反応後領域に、基板に成膜された薄膜を改質するための後処理ガスを供給する後処理ガス供給部を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜装置。

【請求項6】

前記後処理ガスをプラズマ化するための後処理ガス用のプラズマ形成部を備えたことを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。

【請求項7】

前記後処理ガス供給部は、前記基板載置領域の公転の方向と交差する方向に沿って前記後処理ガスを供給することを特徴とする請求項５または６に記載の成膜装置。

【請求項8】

前記プラズマ形成部は、プラズマ化するガスが供給される領域内に、マイクロ波を放射するための多数のスロットが形成されたスロット板と、前記回転テーブルとスロット板との間に設けられ、当該スロット板から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、を備えることを特徴とする請求項１、３、６のいずれか一つに記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板の表面に対し、原料ガス、及び原料ガスと反応する反応ガスを供給して薄膜を形成する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという）上に薄膜を形成する手法の一種として、プラズマ励起原子（分子）層堆積（ＰＥ−ＡＬＤ（ＭＬＤ）: Plasma Enhanced Atomic (Molecular) Layer Deposition）法が知られている（以下、ＡＬＤとＭＬＤをまとめて「ＡＬＤ」と記す）。ＰＥ−ＡＬＤ法においては、薄膜の前駆体を含む原料ガスにウエハを晒すことにより、薄膜の構成元素を含有する原料ガスをウエハ上に吸着させる。次いで、原料ガスを吸着させたウエハは、反応ガスのプラズマに晒される。反応ガスが、既述の前駆体を分解し、または前駆体中の構成元素と結合する他の構成元素を供給することにより、ウエハ上に所望の原子層や分子層が形成される。ＰＥ−ＡＬＤ法では、上述の工程を繰り返すことにより、前記原子層や分子層を堆積させた薄膜がウエハ上に形成される。

【0003】

上述のＰＥ−ＡＬＤ法を実施する装置としては、真空容器内にウエハを１枚ずつ搬入し、真空容器内に原料ガスと反応ガスとを切り替えて供給する枚葉式成膜装置と、真空容器内の空間を原料ガスが供給される領域と、反応ガスが供給される領域とに区画し、これらの領域に順次、ウエハを通過させるセミバッチ式の成膜装置とが知られている。セミバッチ式の成膜装置は、異なる領域にて原料ガスや反応ガスの供給を行うので、複数枚のウエハを同時に処理することが可能であり、枚葉式の成膜装置に比べてスループットが高いという利点がある。

【0004】

例えば特許文献１に示すように、出願人は、真空容器（処理容器：括弧内には先行技術文献にて用いている用語を示してある。以下の背景技術の記載において同じ）内に、軸線周りに回転可能な回転テーブル（載置台）を設けると共に、真空容器内を原料ガス（前駆体ガス）が供給される第１の領域と、プラズマ化した反応ガスが供給される第２の領域とに区画したセミバッチ式の成膜装置の開発を行っている。回転テーブル上には複数のウエハが周方向に並べて設けられ、当該回転テーブルを回転させることにより、各ウエハが第１、第２の領域を交互に繰り返し通過して成膜が行われる。

【0005】

特許文献１に記載の成膜装置において、前記第１の領域は、回転テーブルの上方側の円形の空間の一部を周方向に区画した扇形の空間として構成されており、残りの空間が第２の領域となっている。第１の領域は、原料ガスを供給する吐出部（噴射部）の周囲を囲む排気口、及びこの排気口の周囲を囲み、分離ガス（パージガス）を供給する分離ガス供給口（噴射口）によって第２の領域から区画されている。
この成膜装置によれば、原料ガスの吸着に要する時間に比べて、より長い反応時間を要する反応ガスが供給される第２の領域を大きくすることにより、良好な膜質を有する薄膜を成膜することができる。

【0006】

一方で、成膜された薄膜中には、薄膜を構成する原子同士の結合が十分に進行していない部分が含まれる場合もある。このため、例えば成膜処理を終えた後、原料ガスの供給を停止すると共に、プラズマ化するガスを、水素などの後処理ガスに切り替えて、薄膜中の原子の未結合手を結合させ、膜を緻密化する後処理が必要となることがあった。
しかしながら、成膜処理を終えた後に、真空容器内に供給されるガスを切り替え、追加の後処理を行うと、成膜装置にウエハを搬入してから搬出するまでに要する時間が長くなり、成膜装置の処理効率を低下させる要因ともなる。

【0007】

また、ウエハに吸着した直後の反応ガスには、前駆体に由来する不純物が含まれている場合もある。このとき、基板に吸着させた原料を反応ガスと反応させる前に、プラズマ化させた水素などを含む前処理ガスを用いて不純物を除去する前処理を行うと薄膜の膜質を向上させることが可能である。しかしながら、引用文献１に記載の成膜装置は、真空容器内の各領域（第１、第２の領域）が原料ガスや反応ガスで満たされた状態となっているため、原料ガスを吸着させてから反応ガスと反応させる間に、不純物を除去する処理を行うことができない。

【0008】

なお特許文献２には、回転テーブル上に周方向に並べて配置されたウエハの移動方向と交差する方向に沿って、活性化ガスインジェクターを配置したセミバッチ式の成膜装置が記載されている。しかしながら、特許文献２に記載の成膜装置は、真空容器を構成する天井面の一部の領域を回転テーブルに近接させて狭隘な空間を形成することにより、異なるガスが供給される領域（処理領域）を互いに分離する構造であり、特許文献１に記載の成膜装置とはタイプが異なる。
このため、特許文献２には、特許文献１に記載の第２の領域のように、反応ガスが供給される真空処理容器内が複数の空間に分離されていない成膜装置内で既述の前処理や後処理を行うことを可能とする構成の開示はない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１３−１６８４３７号公報：請求項１、段落００１０〜００１１、図１、３、５

【特許文献2】特開２０１０−２３９１０３号公報：請求項７、図２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、原料ガスの供給が行われる第１の領域から区画され、前記原料ガスと反応するプラズマ化した反応ガスの供給が行われる真空容器内にて、前記反応ガスの供給とは異なる他の処理を行うことが可能な成膜装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の成膜装置は、真空容器内にて基板に薄膜を成膜するための成膜装置において、
前記真空容器内に設けられ、基板が載置される基板載置領域を公転中心周りに公転させるための回転テーブルと、
前記基板載置領域が通過する公転面を、当該基板載置領域の公転の方向と交差する方向に区画してなる第１の領域に、前記回転テーブルと対向するように設けられた吐出部から前記薄膜の原料ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記吐出部の周囲を囲む第１の閉路に沿って延在するように形成された排気口から排気を行う排気部と、
前記排気口の周囲を囲む第２の閉路に沿って延在するように形成された分離ガス供給口から、前記第２の閉路の内外を分離するための分離ガスを供給する第２のガス供給部と、 前記基板載置領域の公転の方向と交差する方向に伸び、前記第２の閉路の外側に位置している前記回転テーブルの上方空間の一部の空間として設けられた第２の領域を挟んで、前記公転の方向に間隔を開けて配置されると共に、各々、前記原料ガスと反応する反応ガスを第２の領域側へ向けて吐出するためのガス吐出孔が形成された２本のガスインジェクターを備えた第３のガス供給部と、
前記第２の領域へ向けて吐出された反応ガスをプラズマ化するための前記反応ガス用のプラズマ形成部と、
前記第１の領域、第２の領域とは異なる位置に、前記第２の閉路の外側に位置している前記回転テーブルの上方空間の一部の空間として、基板載置領域が通過する公転面を、前記公転の方向と交差する方向に区画して設けられ、前記原料ガスの供給、及びプラズマ化した反応ガスの供給による処理とは異なる処理が行われる他の処理領域を備えたことを特徴とする。

【0012】

前記成膜装置は、以下の構成を備えていてもよい。
（ａ）前記他の処理領域は、基板載置領域の公転の方向に沿って見たとき、前記第１の領域の下流側、且つ前記第２の領域の上流側に設けられた反応前領域であり、前記反応前領域に、前記第１の領域にて基板に吸着した原料ガスに含まれる不純物を除去するための前処理ガスを供給する前処理ガス供給部を備えたこと。さらに、前記前処理ガスをプラズマ化するための前処理ガス用のプラズマ形成部を備えたこと。また、前記前処理ガス供給部は、前記基板載置領域の公転の方向と交差する方向に沿って前記前処理ガスを供給すること。
（ｂ）前記他の処理領域は、基板載置領域の公転の方向に沿って見たとき、前記第２の領域の下流側、且つ前記第１の領域の上流側に設けられた反応後領域であり、前記反応後領域に、基板に成膜された薄膜を改質するための後処理ガスを供給する後処理ガス供給部を備えたこと。さらに、前記後処理ガスをプラズマ化するための後処理ガス用のプラズマ形成部を備えたこと。また、前記後処理ガス供給部は、前記基板載置領域の公転の方向と交差する方向に沿って前記後処理ガスを供給すること。
（ｃ）前記プラズマ形成部は、プラズマ化するガスが供給される領域内に、マイクロ波を放射するための多数のスロットが形成されたスロット板と、前記回転テーブルとスロット板との間に設けられ、当該スロット板から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、を備えること。

【発明の効果】

【0013】

本発明は、原料ガスの供給が行われる第１の領域から区画された真空容器内に、プラズマ化した反応ガスの供給が行われる第２の領域を挟んで２本のガスインジェクターを配置することにより、回転テーブル上に設けられた基板載置領域が通過する前記真空容器内の空間をさらに区画している。そして、これら第１の領域と第２の領域との間に、原料ガスの供給やプラズマ化した反応ガスの供給とは異なる他の処理が行われる他の処理領域を設けている。この結果、基板への原料ガスの吸着と反応ガスとの反応とを交互に繰り返す成膜サイクルの中で、成膜を行ううえで必要な他の処理を実行することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。

【図2】前記成膜装置の横断平面図である。

【図3】前記成膜装置を上面側から見た平面図である。

【図4】前記成膜装置に設けられている第１の領域の拡大縦断側面図である。

【図5】前記第１の領域に設けられている原料ガスユニットを下面側から見た平面図である。

【図6】前記成膜装置に設けられている第２の領域の拡大縦断側面図である。

【図7】前記第２の領域に設けられているガスインジェクターの配置状態を示す模式図である。

【図8】前記第２の領域に設けられているプラズマ形成部内のスロット板の平面図である。

【図9】前記成膜装置に設けられている反応前領域または反応後領域の拡大縦断側面図である。

【図10】前記成膜装置の作用を示す説明図である。

【図11】実施例の膜厚分布を示す説明図である。

【図12】比較例の膜厚分布を示す第１の説明図である。

【図13】比較例の膜厚分布を示す第２の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態に係る成膜装置の構成について、図１〜９を参照しながら説明する。本例では、前駆体であるジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）を含む原料ガスと、アンモニア（ＮＨ_３）を含む反応ガスとを反応させ、基板に窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜の薄膜を形成する例について説明する。

【0016】

図１、２に示すように、成膜装置は、成膜処理が行われる処理空間を成す真空容器１１と、この真空容器１１内に配置され、複数のウエハ載置領域２１が形成された回転テーブル２と、回転テーブル２の上方側の空間の第１の領域Ｒ１へ向けて原料ガスを供給するための原料ガスユニット３と、第１の領域Ｒ１から区画された第２の領域Ｒ２へ向けて反応ガスを供給するためのガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）と、前記第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間に挟まれた位置に設けられた反応前領域ｒ１、反応後領域ｒ２へ各々、前処理ガスや後処理ガスを供給する機構と、反応ガスや前処理ガス、後処理ガスのプラズマを形成するためのプラズマ形成部６（６Ａ〜６Ｃ）と、を備えている。

【0017】

真空容器１１は、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３と、この容器本体１３の上面側の開口を気密に塞ぐ天板１２とにより構成され、平面形状が概ね円形の扁平な容器である。真空容器１１（天板１２、容器本体１３）は、例えばアルミニウムなどの金属から構成され、真空容器１１の内面には、耐プラズマ処理（例えば、アルマイト処理やセラミクス材の溶射処理）が施される。

【0018】

真空容器１１内には、例えば真空容器１１と同様の耐プラズマ処理が施された、セラミクス製の円板からなる回転テーブル２が設けられている。回転テーブル２の中心部には鉛直下方へ伸びる回転軸１４が設けられ、回転軸１４の下端部には、回転テーブル２を鉛直軸周りに回転させるためのモーターなどの回転駆動機構１５が設けられている。

【0019】

回転テーブル２の上面には、少なくとも１つのウエハ載置領域２１が設けられている。本例では図１に示すように、回転テーブル２の回転中心の周りに、６つのウエハ載置領域２１が周方向に並べて設けられている。各ウエハ載置領域２１は、ウエハＷよりもやや大きな直径を有する円形の凹部として構成されている。
なお、ウエハ載置領域２１の構成は、ウエハＷを収容するだけの単純な凹部を設ける場合（例えば図７の模式図参照）に限定されるものではない。例えば上述の凹部に加え、ウエハＷの周縁に沿って当該凹部より深い円環状の溝を設けることにより、原料ガスや反応ガスの滞留時間を調節する構成を採用してもよい。

【0020】

図１、４、６に示すように、回転テーブル２の下方に位置する容器本体１３の底面には、前記回転テーブル２の周方向に沿って、扁平な円環状の環状溝部４５が形成されている。この環状溝部４５内には、ウエハ載置領域２１が並ぶ領域に対応させてヒーター４６が配置されている。ヒーター４６は、原料ガスと反応ガスのプラズマとの反応を進行させるのに好適な温度まで回転テーブル２上のウエハＷを加熱する。また、環状溝部４５の上面の開口は、円環状の板部材であるヒーターカバー４７によって塞がれている。例えばヒーターカバー４７は、ヒーター４６からの熱放射を回転テーブル２へ向けて供給できるように、ヒーター４６から放射される電磁波を透過する材料により構成される。

【0021】

図２、３などに示すように、真空容器１１（容器本体１３）の側壁面には、不図示のゲートバルブにより開閉自在に構成された搬入出部１０１が設けられている。外部の搬送機構に保持されたウエハＷは、この搬入出部１０１を介して真空容器１１内に搬入される。搬送機構とウエハ載置領域２１との間のウエハＷの受け渡しは、各ウエハ載置領域２１に設けられた不図示の貫通口を介して回転テーブル２の上方位置と下方位置との間を昇降自在に構成された昇降ピンを用いて行われるが、昇降ピンの記載は省略してある。

【0022】

上述の構成を備えた回転テーブル２において、回転軸１４により回転テーブル２を回転させると、図２に示す回転中心Ｃの周囲を各ウエハ載置領域２１が公転する。回転テーブル２を回転させたときにこれらウエハ載置領域２１が通過する領域を公転面Ｒ_Ａと呼ぶと、本例の公転面Ｒ_Ａは図２中に一点鎖線で囲んだ円環形状の領域となる。

【0023】

図１、４に示すように、原料ガスユニット３は回転テーブル２の上面と対向する天板１２の下面側に設けられる。また図２、３に示すように原料ガスユニット３の平面形状は、ウエハ載置領域２１の公転面Ｒ_Ａを、ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に区画して形成される扇形の形状となっている。

【0024】

図４の拡大縦断面図に示すように、例えば原料ガスユニット３は、凹部や開口が形成された複数枚の板材を積層した構造となっている。この結果、原料ガスユニット３の内部には原料ガスが拡散する原料ガス拡散空間３３と、原料ガスの排気が行われる排気空間３２と、原料ガスユニット３の下方側の領域と、原料ガスユニット３の外方側の領域とを分離する分離ガスが拡散する分離ガス拡散空間３１とが、下方側からこの順に積層された構造となっている。

【0025】

最下層の原料ガス拡散空間３３は、原料ガス供給路１７、開閉弁Ｖ１、流量調節部５２１を介して原料ガス供給源５２に接続されている。原料ガス供給源５２からは、ジクロロシランを含む原料ガスが供給される。
図４、及び原料ガスユニット３を下面側から見た平面図である図５に示すように、原料ガス拡散空間３３（原料ガスユニット３）の下面には、原料ガス拡散空間３３から回転テーブル２側へ向けて原料ガスを供給するための多数の吐出孔３３１が穿設されている。

【0026】

図５に示すように、吐出孔３３１は同図中に破線で示した扇形の領域内に分散して設けられている。当該扇形の領域において、回転テーブル２の半径方向に伸びる２辺の長さは、ウエハ載置領域２１（ウエハＷ）の直径よりも長くなっている。この結果、ウエハ載置領域２１の公転面Ｒ_Ａ上に配置された原料ガスユニット３の下方側をウエハ載置領域２１が通過すると、ウエハ載置領域２１内に載置されたウエハＷの全面に対して吐出孔３３１から原料ガスが供給されることとなる。
多数の吐出孔３３１が設けられた前記領域は、原料ガスの吐出部３３０に相当する。また、吐出部３３０、原料ガス拡散空間３３、原料ガス供給路１７、開閉弁Ｖ１、流量調節部５２１、原料ガス供給源５２は、本例の第１のガス供給部を構成している。

【0027】

図４、図５に示すように、原料ガス拡散空間３３の上方側に形成された排気空間３２は、吐出部３３０の周囲を囲む閉路（第１の閉路）に沿って延在するように形成された排気口３２１に連通している。また排気空間３２は、排気路１９２を介して排気手段５１に接続され、原料ガス拡散空間３３から原料ガスユニット３の下方側に供給された原料ガスを排気手段５１側へと排気する独立した流路が形成されている。
上述の排気口３２１、排気空間３２、排気路１９２、排気手段５１は、本例の排気部を構成している。

【0028】

さらに図４、図５に示すように、上述の排気空間３２の上方側に形成された分離ガス拡散空間３１は、排気口３２１の周囲を囲む閉路（第２の閉路）に沿って延在するように形成された分離ガス供給口３１１に連通している。また分離ガス拡散空間３１は、分離ガス供給路１６、開閉弁Ｖ２、流量調節部５３１を介して分離ガス供給源５３に接続されている。分離ガス供給源５３からは、分離ガス供給口３１１の内側と外側の雰囲気を分離すると共に、ウエハＷに過剰に吸着した原料ガスを除去するためのパージガスの役割も果たす分離ガスが供給される。分離ガスとしては不活性ガスである例えば窒素ガスが用いられる。
上述の分離ガス供給口３１１、分離ガス拡散空間３１、分離ガス供給路１６、開閉弁Ｖ２、流量調節部５３１、分離ガス供給源５３は、本例の第２のガス供給部を構成している。

【0029】

以上に説明した構成の原料ガスユニット３によれば、吐出部３３０の各吐出孔３３１から供給された原料ガスは、回転テーブル２の上面を流れながら周囲に向けて広がり、やがて排気口３２１に到達して回転テーブル２の上面から排気される。従って、真空容器１１内において、原料ガスが存在する領域は、第１の閉路に沿って設けられた排気口３２１の内側に限られる（第１の領域Ｒ１）。

【0030】

また既述のように、原料ガスユニット３はウエハ載置領域２１の公転面Ｒ_Ａの一部をウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に区画した形状となっている。このため、回転テーブル２を回転させると、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷは前記第１の領域Ｒ１を通過し、その全面に原料ガスを吸着させることができる。

【0031】

一方で排気口３２１の周囲には、第２の閉路に沿って分離ガス供給口３１１が設けられ、この分離ガス供給口３１１から回転テーブル２の上面側へ向けて分離ガスの供給が行われる。従って、第１の領域Ｒ１の内外は、排気口３２１による排気、及び分離ガス供給口３１１から供給される分離ガスによって２重に分離され、第１の領域Ｒ１の外側への原料ガスの漏出、及び第１の領域Ｒ１の外側からの反応ガス成分の進入を抑える構成となっている。

【0032】

第１の領域Ｒ１の設定範囲は、ウエハＷの全面に原料ガスを吸着させるのに十分な接触時間を確保でき、且つ、第１の領域Ｒ１の外側に設けられ、反応ガスの供給が行われる第２の領域Ｒ２と干渉しない範囲であれば特段の限定はない。例えば第１の領域Ｒ１の形状を扇形に設定する場合には、回転テーブル２の半径方向に伸びる２辺の成す角度θ１は、大きくとも１８０度未満、好適には１０〜１１０度の範囲に調節される。なお、図３が煩雑になることを避けるため、角度θ１は図１０に記してある。

【0033】

以上に説明した構成を備えた原料ガスユニット３を用い、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷに対して原料ガスを供給した後、第１の領域Ｒ１の外側にてプラズマ化した反応ガスを供給することにより、ウエハＷに吸着した原料ガスと反応ガスとが反応して窒化ケイ素の分子層が形成される。

【0034】

発明者らは、前記分子層を堆積させて窒化ケイ素の薄膜を形成するにあたり、面内均一性の高い薄膜を形成するためには、プラズマ化した反応ガス濃度の高い領域を形成することが重要であることを見出した。この点、原料ガスユニット３（第１の領域Ｒ１）以外の回転テーブル２の上方空間全体に反応ガスを供給する手法では、反応ガスの高濃度領域を形成することが困難な場合もある。
そこで、本実施の形態の成膜装置では、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）を用いて反応ガスの高濃度領域を形成している。以下、ガスインジェクター７を用いてプラズマ化した反応ガスを供給する機構の構成例について説明する。

【0035】

図２、６などに示すように、回転テーブル２の回転方向（本例では上面側から見て時計回り）の下流側には、回転テーブル２の半径方向（ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向）に伸びる細長い直棒状のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）が、回転テーブル２の周方向に間隔を開けて２本、挿入されている。

【0036】

ウエハ載置領域２１のウエハＷが第１の領域Ｒ１を通過した直後は、分離ガスにより過剰な原料ガスのパージをした後であっても、過剰吸着した原料ガス（本例ではジクロロシラン）が残っている可能性もある。そこで後述するように、本例の成膜装置では、原料ガスの吸着が行われる第１の領域Ｒ１と、プラズマ化した反応ガスの供給が行われる第２の領域Ｒ２との間で、ウエハＷの前処理を実施する。このため、反応ガスの供給は第１の領域Ｒ１から下流側に離れた位置にて行われるようにインジェクター７を配置している。

【0037】

窒化ケイ素薄膜の成膜の場合は、各ガスインジェクター７は、例えばセラミクス製の細長い円柱により構成される。ガスインジェクター７の内部は空洞となっており、その長さ方向へ向けて原料ガスが流れる流路が形成されている。そして図６に示すように、ガスインジェクター７の側面には、ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷの全面に反応ガスを供給可能な範囲に亘って、複数の反応ガス吐出孔７０１が互いに間隔を開けて設けられている。

【0038】

図２、６に示すように、ガスインジェクター７は真空容器１１（容器本体１３）の側壁面から回転テーブル２の回転中心へ向けてほぼ水平に挿入された２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）が、角度θ２を成すように配置されている。なお、角度θ１と同様に、角度θ２は図１０に記してある。

【0039】

各ガスインジェクター７は、開閉バルブＶ３、Ｖ４や流量調節部５４１、５４２を介して反応ガス供給源５４に接続されている。反応ガス供給源５４からは、アンモニア（ＮＨ_３）を含む反応ガスが供給される。ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）、開閉バルブＶ３、Ｖ４、流量調節部５４１、５４２、及び反応ガス供給源５４は本例の第３のガス供給部を構成している。

【0040】

図７に模式的に示すように、第１、第２のインジェクター７１、７２は、後述のアンテナ部６０により反応ガスのプラズマが形成されるプラズマ発生領域Ｐへ向けて反応ガスを供給することが可能なように、反応ガス吐出孔７０１を互いに対向する方向へ向けて配置される。プラズマ発生領域Ｐが形成される範囲は、真空容器１１内の圧力や原料ガスの種類、濃度、流量などの条件によって変化する。

【0041】

これに対して第１、第２のインジェクター７１、７２の配置高さや、その長さ方向に沿って反応ガス吐出孔７０１を設ける範囲、反応ガス吐出孔７０１の向きなどについては、プラズマ発生領域Ｐが形成される範囲に係る各種条件が決定された前提下で、プラズマ発生領域Ｐ内へ向けて原料ガスを吐出することが可能な状態に設定される。プラズマ発生領域Ｐの形成範囲は、プラズマ発光エリアとして確認することができる。

【0042】

また、プラズマ発生領域Ｐ内にガスインジェクター７を配置すると、ガスインジェクター７の内部で反応ガスのプラズマ化が始まってしまい、反応ガス吐出孔７０１から吐出された後の原料ガスのプラズマの活性が低下してしまうおそれがある。そこで、図７に示すようにガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）は、プラズマ発生領域Ｐの外方側の近傍位置に配置される。

【0043】

以上に説明したように、原料ガスの供給が行われる第１の領域Ｒ１の外方側に設定された所定の領域を挟み、当該領域へ向けて反応ガス吐出孔７０１から反応ガスが吐出されるように配置された２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）を用いることにより、反応ガスの高濃度領域を形成することができる。
反応ガスの高濃度領域を形成するという観点では、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）が成す角度θ２は、１８０度未満、好ましくは１０〜１１０度の範囲内の値となるように調節するとよい。

【0044】

さらに図６に示すように、本例の成膜装置においては、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）に挟まれた領域へ、回転テーブル２の周縁側に対応する位置から反応ガスを供給するための周縁側反応ガス吐出孔７０２が設けられている。例えば周縁側反応ガス吐出孔７０２は、後述するプラズマ形成用のアンテナ部６０に設けられた誘電体窓６１の下方領域へ向けて反応ガスを供給できるように、誘電体窓６１を支持している天板１２に設けられた開口部の内周面に設けられている。

【0045】

周縁側反応ガス吐出孔７０２は、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）に挟まれ、平面形状が三角形となっている第２の領域Ｒ２における回転テーブル２の周縁側の１辺に沿って、互いに間隔を開けて複数箇所に配置されている。この結果、周縁側反応ガス吐出孔７０２は、図１０に記載の第２の領域Ｒ２内に実線で模式的に示すように、前記周縁部側の１辺から、ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向へ向けて原料ガスを吐出することができる。

【0046】

図６に示すように、各周縁側反応ガス吐出孔７０２は、第２の領域Ｒ２の前記周縁部側の１辺に沿って伸びるように設けられた反応ガス供給路１８３に連通している。反応ガス供給路１８３は、天板１２外部に設けられた開閉バルブＶ５、流量調節部５４３を介して反応ガス供給源５４に接続されている。これら周縁側反応ガス吐出孔７０２を設けたことにより、既述の２本のガスインジェクター７から反応ガスが供給される領域へ向けて、反応ガスを供給し、当該領域の反応ガス濃度をさらに高くすることができる。反応ガス供給路１８３、周縁側吐出孔７０２、開閉バルブＶ５、流量調節部５４３、反応ガス供給源５４は、本例の第４のガス供給部を構成している。ここで図示の便宜上、図１においては、周縁側反応ガス吐出孔７０２や反応ガス供給路１８３などの記載を省略してある。
なお、第４のガス供給部から反応ガスを供給することは必須ではない。例えばガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）から回転テーブル２の周縁部側の領域に対しても十分に高濃度の反応ガスを供給できる場合などにおいては、第４のガス供給部の設置を省略してもよい。

【0047】

次いで、上述のガスインジェクター７から供給された反応ガスをプラズマ化するプラズマ形成部６（６Ａ）の構成について説明する。
図３、６に示すようにプラズマ形成部６は、真空容器１１内へ向けてマイクロ波を放射するアンテナ部６０と、アンテナ部６０に向けてマクロ波を供給する同軸導波管６５、及びマイクロ波発生器６９を備える。アンテナ部６０は、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）から反応ガスが供給される領域の上方位置の天板１２に設けられ、前記領域に対応させた概略三角形の形状の開口を塞いでいる。

【0048】

アンテナ部６０は、誘電体窓６１、スロット板６２、誘電体プレート６３、及び、冷却ジャケット６４を有するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ（東京エレクトロン株式会社の登録商標））として構成されている。
誘電体窓６１はマイクロ波の波長を短縮させるものであり、例えばアルミナセラミックから構成され、天板１２側の開口を塞ぐことが可能な概略三角形の平面形状を有する。誘電体窓６１の周縁部は、天板１２に形成された開口の周囲の部材によって支持されている一方、当該周縁部よりも内側の領域は、真空容器１１内へ向けて露出している。誘電体窓６１の下面には、所定の領域にマイクロ波のエネルギーを集中させることにより、プラズマを安定して発生させるための、テーパー面を備えた環状の凹部６１１を設けてもよい。

【0049】

スロット板６２は、多数のスロット孔６２１が形成された概略三角形の金属板である。図８の平面図に一例を示すように、スロット板６２に形成された多数のスロット孔６２１は、上述の三角形の形状の中心から周縁へ向けた径方向、及び周方向に所定の間隔で配置されている。また各スロット孔６２１は、隣り合うスロット孔６２１、６２１同士が互いに交差又は直交する方向へ向くように形成されている。

【0050】

さらにスロット板６２上には誘電体プレート６３が設けられている。誘電体プレート６３は、例えば、アルミナセラミックから構成され、誘電体窓６１やスロット板６２に対応した概略三角形の平面形状を有する。誘電体プレート６３上には冷却ジャケット６４が設けられている。冷却ジャケット６４の内部には冷媒流路６４１が形成され、当該冷媒流路６４１に冷媒を通流させることによりアンテナ部６０を冷却することができる。

【0051】

アンテナ部６０は、同軸導波管６５、モード変換器６６、導波管６７を介してマイクロ波発生器６９に接続されている。同軸導波管６５は、その下端部が誘電体プレート６３に接続され、上端部がモード変換器６６に接続された円柱形状の内側導体６５１と、下端部が、例えば金属製（導電性）の冷却ジャケット６４の上面に接続され、上端部がモード変換器６６に接続されると共に、その内部に前記内側導体６５１を収容した円筒形状の外側導体６５２とを備える。

【0052】

マイクロ波発生器６９は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器６９にて発生したマイクロ波は、整合器であるチューナー６８、導波管６７、及び同軸導波管６５にて導波される伝搬モードにマイクロ波を変換するモード変換器６６を介して同軸導波管６５に導入される。
以上に説明した構成により、プラズマ形成部６においては、マイクロ波発生器６９にて発生させたマイクロ波が、同軸導波管６５を通って、誘電体プレート６３に供給され、スロット板６２のスロット孔６２１を介して誘電体窓６１からその下方側の空間に供給される。

【0053】

ここで既述のようにプラズマ形成部６は、アンテナ部６０の平面形状が、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）から反応ガスが供給される領域の扇形形状に対応させた概略三角形となっている。従って、反応ガスがプラズマ化する領域の形状についても、アンテナ部６０（真空容器１１内に露出する誘電体窓６１の平面形状）に対応した形状となる。

【0054】

本例の成膜装置では、反応ガスのプラズマが形成される前述の領域が第２の領域Ｒ２に設定されている。
従って、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）は、第２の領域Ｒ２を挟んで間隔を開けて配置されると言い替えることができる。またプラズマ形成部６についても当該第２の領域Ｒ２へ向けて吐出された反応ガスをプラズマ化する構成となっていると言える。そして既述のように、ガスインジェクター７はウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に伸びるように設けられ、また反応ガス吐出孔７０１はウエハＷの全面に反応ガスを供給可能な範囲に亘って形成されている。従って、回転テーブル２を回転させると、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷが第２の領域Ｒ２を通過し、原料ガスを吸着したウエハＷの全面に対してプラズマ化した反応ガスを供給することができる。

【0055】

さらに図２、６に示すように、第２の領域Ｒ２が設けられている領域の外方側には、回転テーブル２と真空容器１１の内壁面との間の容器本体１３の底面側に、回転テーブル２の周方向に沿って、反応ガスを排出するための排気溝１９１が設けられている。排気溝１９１の底部には、排気口１９０Ａが開口し、排気路１９を介して、真空容器１１内の真空排気を行うための排気手段５５が接続されている。
排気溝１９１、排気口１９０Ａ、排気路１９、及び排気手段５５は、本例の反応ガス排気部に相当する。また第２の領域Ｒ２の外方側へ均等に排気が行われるように、排気溝１９１の上面に、例えば多数の開口が形成された整流板を設けてもよい。

【0056】

以上に説明した構成を備えた本実施の形態に係る成膜装置は、既述の第１、第２の領域Ｒ１、Ｒ２とは異なる他の領域にて、原料ガスやプラズマ化した反応ガスの供給とは異なる処理を行うことができる。
他の領域にて行われる処理として、本例の成膜装置においては、ウエハＷに吸着した原料ガスに含まれる不純物を除去するための前処理と、ウエハＷに成膜された薄膜中の未結合手を結合させ、膜を緻密化する（改質する）後処理とが行われる。

【0057】

図２に示すように反応前領域ｒ１は、基板載置領域２１の公転の方向（回転テーブル２の回転方向）に沿って見たとき、第１の領域Ｒ１の下流側、且つ第２の領域Ｒ２の上流側の位置に設けられている。また反応前領域ｒ１の平面形状は、基板載置領域２１が通過する既述の公転面Ｒ_Ａを、前記公転の方向と交差する方向に区画してなる概略三角形の領域として形成されている。
一方、反応後領域ｒ２は、前記公転の方向に沿って見て、第２の領域Ｒ２の下流側、且つ第１の領域Ｒ１の上流側の位置に設けられている。また反応後領域ｒ２の平面形状についても、基板載置領域２１が通過する既述の公転面Ｒ_Ａを、前記公転の方向と交差する方向に区画してなる概略三角形の領域として形成されている。

【0058】

反応前領域ｒ１、反応後領域ｒ２に設けられた各機器については、ウエハＷに供給されるガスの成分が異なる場合があることを除いて共通の構成を備えるので、共通の拡大縦断側面図である図９を参照しながら、先に反応前領域ｒ１側の構成について説明を行う。
図９に示すように、反応前領域ｒ１には、当該領域に前処理ガスを供給するための周縁側処理ガス吐出孔７０３、中央側処理ガス吐出孔７０４が設けられている。

【0059】

周縁側処理ガス吐出孔７０３は、後述するプラズマ形成部６（６Ｂ）のアンテナ部６０に設けられた誘電体窓６１の下方領域へ向けて各種の処理ガスを供給できるように、誘電体窓６１を支持している天板１２に設けられた開口部の内周面に設けられている。周縁側処理ガス吐出孔７０３は、平面形状が概略三角形となっている反応前領域ｒ１における、回転テーブル２の周縁側の１辺に沿って、互いに間隔を開けて複数箇所に配置されている。
各周縁側処理ガス吐出孔７０３は、反応前領域ｒ１の前記周縁部側の１辺に沿って伸びるように設けられた周縁側処理ガス供給路１８４に連通している。周縁側処理ガス供給路１８４は、天板１２外部に設けられた開閉バルブＶ６１、流量調節部５５１を介して前処理ガス供給源５５に接続されている。

【0060】

一方で、中央側処理ガス吐出孔７０４は、周縁側処理ガス吐出孔７０３が設けられている前記周縁部側の１辺と対向する概略三角形の頂点側の領域に沿って、互いに間隔を開けて複数箇所（例えば２箇所）に設置されている。
各中央側処理ガス吐出孔７０４は、反応前領域ｒ１の前記頂点側の領域に設けられた共通の中央側処理ガス供給路１８５に連通している。中央側処理ガス供給路１８５は、天板１２の外部に設けられた開閉バルブＶ７１、流量調節部５５２を介して既述の前処理ガス供給源５５に接続されている。

【0061】

前処理ガス供給源５５からは、ウエハＷに吸着した原料ガスに含まれる不純物である塩素を除去するための水素を含む前処理ガスが供給される。前処理ガスには、アンモニアや窒素などの窒素源となるガスや、アルゴンなどのラジカル源となるガスを水素に対して添加してもよい。
反応前領域ｒ１において、周縁側処理ガス吐出孔７０３、周縁側処理ガス供給路１８４、開閉弁Ｖ６１、流量調節部５５１、中央側処理ガス吐出孔７０４、開閉弁Ｖ７１、流量調節部５５２、前処理ガス供給源５５は、本例の前処理ガス供給部を構成している。

【0062】

上述の構成により、図１０に記載の反応前領域ｒ１内に実線で模式的に示すように、反応前領域ｒ１の前記周縁部側の１辺に設けられた周縁側処理ガス吐出孔７０３、及び当該周縁部側の１辺と対向する頂点側に設けられた中央側処理ガス吐出孔７０４から、ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向へ向けて前処理ガスを吐出することができる。

【0063】

さらに、ウエハ載置領域２１の公転の方向に沿って見たとき、反応前領域ｒ１の上流側に位置する回転テーブル２と真空容器１１の内壁面との間の容器本体１３の底面側には、真空容器１１の外部へ前処理ガスを排出するための排気口１９０Ｂを備えた排気溝１９１が設けられている。反応前領域ｒ１の上流側に排気口１９０Ｂが配置されていることにより、反応前領域ｒ１に供給された前処理ガスが、第２の領域Ｒ２から遠ざかる方向へと流れる流れが形成される（図１０）。

【0064】

さらに図３、図６などに示すように、反応前領域ｒ１には、上述の前処理ガスをプラズマ化するための前処理ガス用のプラズマ形成部６（６Ｂ）が設けられている。プラズマ形成部６（６Ｂ）の構成については、図６を用いて説明した、第２の領域Ｒ２側の反応ガス用のプラズマ形成部６（６Ａ）と共通のものを用いることができるので、再度の説明を省略する。

【0065】

次いで反応後領域ｒ２側の構成について、反応前領域ｒ１との異同を中心に説明する。
反応前領域ｒ１側と同様に、反応後領域ｒ２においても周縁側処理ガス吐出孔７０３は、平面形状が概略三角形となっている反応後領域ｒ２における、回転テーブル２の周縁側の１辺に沿って複数箇所に配置されている。これらの周縁側処理ガス吐出孔７０３は、周縁側処理ガス供給路１８４、開閉バルブＶ６２、流量調節部５６１を介して後処理ガス供給源５６に接続されている。また、中央側処理ガス吐出孔７０４は、前記周縁部側の１辺と対向する概略三角形の頂点側の領域に沿って複数箇所に配置されている点において反応前領域ｒ１側と同様である。これら中央側処理ガス吐出孔７０４は、中央側処理ガス供給路１８５、開閉バルブＶ７２、流量調節部５６２を介して後処理ガス供給源５６に接続されている。

【0066】

後処理ガス供給源５６からは、ウエハＷに成膜された薄膜中の未結合手を結合させ、膜を緻密化する（改質する）ための水素ガスを含む後処理ガスが供給される。
反応後領域ｒ２において、周縁側処理ガス吐出孔７０３、周縁側処理ガス供給路１８４、開閉弁Ｖ６２、流量調節部５６１、中央側処理ガス吐出孔７０４、開閉弁Ｖ７２、流量調節部５６２、後処理ガス供給源５６は、本例の後処理ガス供給部を構成している。

【0067】

上述の構成により、図１０に記載の反応後領域ｒ２内に実線で模式的に示すように、反応前領域ｒ１の前記周縁部側の１辺に設けられた周縁側処理ガス吐出孔７０３、及び当該周縁部側の１辺と対向する頂点側に設けられた中央側処理ガス吐出孔７０４から、ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向へ向けて後処理ガスを吐出することができる。

【0068】

反応後領域ｒ２側においては、後処理ガス用の排気口１９０Ｃは、反応後領域ｒ２の下流側に設けられている。反応後領域ｒ２の下流側に排気口１９０Ｃが配置されていることにより、反応後領域ｒ２に供給された後処理ガスが、第２の領域Ｒ２から遠ざかる方向へと流れる流れが形成される（図１０）。

【0069】

これらに加え、反応後領域ｒ２においても、後処理ガスをプラズマ化するための後処理ガス用のプラズマ形成部６（６Ｃ）が設けられている。プラズマ形成部６（６Ｃ）の構成についても、図６を用いて説明した、第２の領域Ｒ２側の反応ガス用のプラズマ形成部６（６Ａ）と共通のものを用いることができるので、再度の説明を省略する。

【0070】

図１に示すように、成膜装置には制御部８が設けられている。制御部８は不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には上述した回転テーブル２や第１〜第４のガス供給部、前処理ガス供給部、後処理ガス供給部やプラズマ形成部６（６Ａ〜６Ｃ）の各動作を実行させる制御信号を出力するためのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、そこから記憶部にインストールされる。

【0071】

以下、上述の構成を備えた本例の成膜装置の作用について説明する。
初めに、搬入出部１０１のゲートバルブを開き、外部の搬送機構によって真空容器１１内にウエハＷを搬入した後、不図示の昇降ピンを用いて回転テーブル２のウエハ載置領域２１に受け渡す。ウエハＷの受け渡しは、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、全てのウエハ載置領域２１にウエハＷを載置する。

【0072】

続いて搬送機構を退出させ、搬入出部１０１のゲートバルブを閉じる。このとき真空容器１１内は各排気手段５１、５５によって予め所定の圧力に真空排気されている。また分離ガス供給口３１１からも分離ガスの供給が行われている。
しかる後、時計回りに回転テーブル２を回転させ、予め設定された回転速度を維持しながら、ヒーター４６によりウエハＷを加熱する。図示しない温度センサによりウエハＷの温度が所定の設定温度になったことを確認したら、吐出部３３０から原料ガスの供給、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）、周縁側吐出孔７０２から反応ガスの供給、反応前領域ｒ１、反応後領域ｒ２に設けられた周縁側処理ガス吐出孔７０３、中央側処理ガス吐出孔７０４からの前処理ガス、及び後処理ガスの供給を各々、開始する。また、これら反応ガスなどの供給開始と共に、反応ガス用、前処理ガス用、及び後処理ガス用のプラズマ形成部６（６Ａ〜６Ｃ）のアンテナ部６０からのマイクロ波の供給を行う。

【0073】

この結果、図１０に示すように真空容器１１内において、原料ガスユニット３の吐出部３３０から供給された原料ガスは、吐出部３３０の周囲を囲む排気口３２までの限定された領域である第１の領域Ｒ１内を流れる。また、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）、周縁側吐出孔７０２から供給された後、マイクロ波によりプラズマ化され、排気溝１９１の排気口１９０Ａへと排出される反応ガスについても、所定の第２の領域Ｒ２において、プラズマ化した反応ガスが高濃度となる流れを形成する。なお、図１０では、回転テーブル２上のウエハ載置領域２１、及びウエハＷの記載を省略してある。

【0074】

第１の領域Ｒ１に原料ガスが供給され、また第２の領域Ｒ２にプラズマ化した反応ガスが供給されると、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷはこれら第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２とを交互に繰り返し通過する。この結果、ウエハＷの表面に原料ガス中のジクロロシランが吸着し、次いでプラズマ化した反応ガス中のアンモニアとの反応により窒化ケイ素の分子層が形成され、こうして窒化ケイ素の分子層が順次積層されて窒化ケイ素の薄膜が成膜される。

【0075】

上述の作用において、第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給することにより、第１の領域Ｒ１以外の真空容器１１内全体に反応ガスを供給する場合に比べて、プラズマ化した反応ガスを高濃度でウエハＷに供給することが可能となる。この結果、後述の実施例に示すように、ウエハＷに形成される膜厚の面内均一性を向上させることができる。

【0076】

ここで回転テーブル２の回転方向に対し、上流側に配置された第１のインジェクター７１、及び下流側に配置された第２のインジェクター７２から供給する反応ガスの流量は、等量であってもよいし、異なっていてもよい。
例えば、成膜後のウエハＷの膜厚分布を測定したとき、回転テーブル２の回転方向に見て、先に第２の領域Ｒ２に進入するウエハＷの端部（上流端部）側の膜厚が相対的に薄く、後から第２の領域Ｒ２に進入するウエハＷの端部（下流端部）側の膜厚が相対的に厚くなる結果が得られたとする。この場合には、例えば上流側に配置された第１のインジェクター７１から供給する反応ガスの流量が、下流側に配置された第２のインジェクター７２から供給する反応ガスの流量よりも大きくなるように流量調節を行うことより、上述の膜厚分布を平坦化することが可能であることが分かっている。

【0077】

さらに本例の成膜装置は、排気口３２１による排気や分離ガスによって２重に分離された第１の領域Ｒ１の外側の真空容器１１内の空間が、反応ガスの流れによって第２の領域Ｒ２とそれ以外の領域とに区画されている。
この結果、第１の領域Ｒ１の下流側、且つ、第２の領域Ｒ２の上流側に反応前領域ｒ１を設けることが可能となり、当該反応前領域ｒ１へ向けてプラズマ化した前処理ガスを供給すると、第１の領域Ｒ１にてウエハＷに吸着した原料ガスに含まれる不純物である塩素が除去されウエハＷに成膜される薄膜の膜質を向上させることができる。

【0078】

また、第２の領域Ｒ２の下流側、且つ、第１の領域Ｒ１の上流側にも反応後領域ｒ２を設けることが可能となり、当該反応後領域ｒ２へ向けてプラズマ化した後処理ガスを供給すると、ウエハＷに成膜された薄膜中の未結合手を結合させ、膜を緻密化することができる。

【0079】

ここで、回転テーブル２の１回転に対応して、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷが、第１の領域Ｒ１にて原料ガスを吸着し、第２の領域Ｒ２にて当該原料ガスをプラズマ化させた反応ガスと反応により窒化ケイ素の分子層の形成が行われた後、さらに第１の領域Ｒ１にてウエハＷに原料ガスを吸着させる処理を行う直前までの工程を、１サイクルとする。
このとき。第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間に反応前領域ｒ１、反応後領域ｒ２が配置されていることにより、上述の１サイクル内で既述の前処理、処理を行うことができる。この結果、窒化ケイ素を堆積させ薄膜を形成させる過程で、各分子層に対して確実に既述の前処理や後処理を実施することができる。

【0080】

これらに加え、図１０に示すように、反応前領域ｒ１にて供給された前処理ガス、及び反応後領域ｒ２にて供給された後処理ガスが、第２の領域Ｒ２から遠ざかる方向へと流れるように各排気口１９０Ｂ、１９０Cが配置されているので、共通の真空容器１１内に第２の領域Ｒ２に供給される反応ガスと、前処理ガス、後処理ガスとの分離を確実にすることもできる。

【0081】

上述の動作に基づき、予め設定した時間だけ成膜を実行し、所望の膜厚を有する窒化ケイ素の薄膜が形成されたら、原料ガス及び反応ガスの供給、ヒーター４６によるウエハＷの加熱を停止する。そして、ウエハＷの温度が予め設定した温度まで低下したら、搬入時とは逆の動作により、搬入出部１０１から順次、ウエハＷを搬出して成膜動作を終える。

【0082】

本実施の形態の成膜装置によれば以下の効果がある。原料ガスの供給が行われる第１の領域Ｒ１から区画された真空容器１１内に、プラズマ化した反応ガスの供給が行われる第２の領域Ｒ２を挟んで２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）を配置することにより、回転テーブル２上に設けられた基板載置領域２１が通過する前記真空容器１１内の空間をさらに区画している。そして、これら第１の領域Ｒ1と第２の領域Ｒ２との間に、原料ガスの供給やプラズマ化した反応ガスの供給とは異なる他の処理である、ウエハＷに吸着した原料ガスに含まれる不純物を除去するための前処理を行う反応前領域ｒ１や、ウエハＷに成膜された薄膜中の未結合手を結合させ、膜を緻密化する後処理を行う反応後領域ｒ２を設けている。この結果、ウエハＷへの原料ガスの吸着と反応ガスとの反応とを交互に繰り返す成膜サイクルの中で、成膜を行ううえで膜質の向上などに必要な他の処理を実行することが可能となる。

【0083】

ここで、第１の領域Ｒ１における原料ガスの供給、第２の領域Ｒ２におけるプラズマ化した反応ガスの供給とは異なる処理の内容は、既述の原料ガスに含まれる不純物を除去するための前処理や、薄膜中の未結合手を結合させて膜を緻密化する後処理の例に限定されない。
例えば、ＳｉＯ_２膜の成膜時にＨ_２ガスを供給して改質する処理を行ってもよい。また、他の処理が行われる領域に、処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部を設けることは必須の要件ではない。例えば、真空容器１１の外部でプラズマ化させた処理ガスを他の処理領域へ導入するリモートプラズマ方式により処理を行ってもよいし、ヒーター４６を用いた加熱により薄膜を処理ガスと反応させて処理を行ってもよい。

【0084】

また、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）については図２などに示すように回転テーブル２の回転中心に向けて半径方向に沿って配置することも必須ではない。例えば２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）をウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に配置しつつ、上面側から見て第１のインジェクター７１と第２のインジェクター７２とが平行になるように配置してもよい。この場合における、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）の成す角度を定義しておくと、回転テーブル２の回転中心を基準として、当該回転中心からの半径方向の距離が等しい位置（同心円上）における第１、第２のインジェクター７１、７２を見たとき、上面側から見たこれらのガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）の成す角度が、既述のように０度より大きく、１８０度未満の範囲であればよい。この考え方は、第１、第２のインジェクター７１、７２が直棒状ではなく、湾曲している場合にも適用することができる。
また、第１の領域Ｒ１の形状が扇形ではない場合についても、ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に伸びる２辺の成す角度は、ガスインジェクター７の場合と同様に定義することができる。

【0085】

さらには、第２の領域Ｒ２を形成するために用いるガスインジェクター７の本数も上流側の第１のインジェクター７１について１本のみ、下流側の第２のインジェクター７２について１本のみ設ける例に限定されることもない。例えば、第１、第２のインジェクター７１、７２を上下方向に並べて２本以上ずつ配置してもよい。このような場合においても、第２の領域Ｒ２を挟んで配置された複数の第１、第２のインジェクター７１、７２の組み合わせについて、各組の２本の第１、第２のインジェクター７１、７２の成す角度が１８０度未満となっていればよい。

【0086】

この他、第１の領域Ｒ１内に原料ガスを供給する吐出部３３０の構成は、図５に示した多数の吐出孔３３１を備える多孔板の例に限定されない。例えば、排気口３２１の内側に、周縁部側から中央部側向けて次第に高くなるように、反転させたすり鉢状の凹部を形成し、凹部の上端位置に設けた１つのガスノズルから原料ガスを吐出する構成としてもよい。

【0087】

そして反応ガスをプラズマ化する手法についても、ＲＬＳＡ以外の手法を採用することもできる。例えば天板１２の上面側にコイル状のアンテナを配置し、誘導結合によりプラズマを発生させてもよい。

【0088】

これらに加え、本実施の形態の成膜装置により成膜される薄膜の種類も窒化ケイ素の例に限定されない。例えば原料ガスとしてＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガス、プラズマ化される反応ガスとして酸素（Ｏ_２）ガスを供給し、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の薄膜を成膜してもよい。この場合には、ガスインジェクター７の材料として石英を用いることもできる。

【実施例】

【0089】

（実験）
実施の形態に係る成膜装置を用いた場合と、ガスインジェクター７を用いない従来法にて反応ガスを供給する成膜装置を用いた場合とで、ウエハＷに成膜される窒化ケイ素膜の膜厚分布、及び窒化ケイ素膜の緻密さを測定した。
Ａ．実験条件
（実施例）図１〜図１０を用いて説明した成膜装置を用いてシリコン窒化膜の成膜を行った。第１の領域Ｒ１に供給される原料ガス（ジクロロシラン濃度１００ｖｏｌ％）の供給流量は１０００ｃｃｍ、反応ガス（アンモニア濃度１００ｖｏｌ％、アルゴン濃度１００ｖｏｌ％〕）の供給流量はアンモニア８００ｃｃｍ、アルゴン５０００ｃｃｍであり、ウエハＷの加熱温度は４７５℃に設定した。また、反応前領域ｒ１に対しては、前処理ガスとして水素を４０００ｃｃｍの供給流量で供給し、反応後領域ｒ２に対しては、後処理ガスとして水素を４０００ｃｃｍの供給流量で供給した。回転テーブル２の回転速度は２０ｒｐｍに設定し、回転テーブル２が積算で８７回転する期間、成膜処理を行った。成膜された窒化ケイ素膜の膜厚分布を膜厚計により計測した。また、窒化ケイ素膜の緻密さの指標として、０．５重量％濃度のフッ酸によるウェットエッチング速度（ＷＥＲ：Wet Etching Rate、[Å/分]）を測定した。
（比較例１）図１０を用いて説明した構成の成膜装置において、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）を設けずに、プラズマ形成部６（６Ａ〜６Ｃ）が設けられた領域に、図９を用いて説明した周縁側処理ガス吐出孔７０３、中央側処理ガス吐出孔７０４から反応ガス（アンモニア濃度１００ｖｏｌ％、水素濃度１００ｖｏｌ％）を供給した。原料ガス（ジクロロシラン濃度１００ｖｏｌ％）の供給流量は１０００ｃｃｍであり、ウエハＷの加熱温度は４７５℃に設定した。回転テーブル２の回転速度は２０ｒｐｍに設定し、回転テーブル２が積算で８７回転する期間中、成膜処理を行った。成膜された窒化ケイ素膜について、実施例１と同様の手法にて膜厚分布、及びＷＥＲを計測した。
（比較例２）窒化ケイ素膜の成膜を行った後、さらにプラズマ形成部６（６Ａ〜６Ｃ）が設けられた領域に後処理ガスとして水素を４０００ｃｃｍの供給流量で供給した点を除いて、比較例１と同様の条件で成膜処理を行った。成膜された窒化ケイ素膜について、実施例１と同様の手法にて膜厚分布、及びＷＥＲを計測した。

【0090】

Ｂ．実験結果
実施例に係る膜厚分布測定結果を図１１に示し、比較例１、２に係る同様の結果を図１２、図１３に示す。実施例、及び比較例１、２の結果によれば、実施例の方がウエハＷの面内でより均一な膜厚の窒化ケイ素膜が得られた一方、比較例１、２では回転テーブル２の中心側に載置された位置から、ウエハＷの中央側へ向けて膜厚が厚くなる傾向が顕著であった。平均の膜厚（Å）に対する±３σ（Å）の値の割合で比較すると、実施例は１．６％であり、比較例１は１９．５％、比較例２は３２．０％であった。従って、実施の形態に係る成膜装置はウエハＷに成膜される薄膜の面内均一性を顕著に向上させる効果があることを確認できた。

【0091】

また、成膜された窒化ケイ素膜の緻密さに着目すると、実施例のＷＥＲは１１．４[Å／ｍｉｎ]であった。これに対して、成膜処理を終えた後、別途、水素による後処理を行った比較例２では、ＷＥＲは９．０[Å／ｍｉｎ]となった。発明者らはＷＥＲが１０±１[Å／ｍｉｎ]程度となる緻密さを有する窒化ケイ素膜を成膜することが可能な成膜装置の開発を目標としている。従って、実施例は成膜処理後に別途、後処理を行う場合（比較例２）と同程度の膜質を有する窒化ケイ素膜を成膜できていると言える。一方で、実施例１においては、成膜処理後の後処理の時間が削減されているので、成膜装置の処理効率が大幅に向上していると評価できる。なお、水素による後処理を行わない比較例１のＷＥＲは１６．９[Å／ｍｉｎ]であり、実施例と比べて緻密さに関する膜質が劣っていると評価される。

【符号の説明】

【0092】

Ｒ１ 第１の領域
Ｒ２ 第２の領域
ｒ１ 反応前領域
ｒ２ 反応後領域
Ｗ ウエハ
２ 回転テーブル
２１ 基板載置領域
３３０ 吐出部
６、６Ａ〜６Ｃ
プラズマ形成部
７ ガスインジェクター
７０３ 周縁側処理ガス吐出孔
７０４ 中央側処理ガス吐出孔
８ 制御部

【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】