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JP5803706B2 - 成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、互いに反応する処理ガスを順番に供給して基板の表面に反応生成物を積層すると共に、基板に対してプラズマ処理を行う成膜装置に関する。
半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」と言う）に対して例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ−Ｎ）などの薄膜の成膜を行う手法の一つとして、互いに反応する複数種類の処理ガス（反応ガス）をウエハの表面に順番に供給して反応生成物を積層するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。このＡＬＤ法を用いて成膜処理を行う成膜装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、複数枚のウエハを周方向に並べて公転させるための回転テーブルを真空容器内に設けると共に、この回転テーブルに対向するように複数のガス供給ノズルを設けた構成が挙げられる。この装置では、処理ガスが夫々供給される処理領域同士の間には、処理ガス同士が互いに混じり合わないように、分離ガスの供給される分離領域が設けられている。
そして、このような装置において、例えば特許文献２に記載されているように、処理領域及び分離領域と共に、プラズマを用いて例えば反応生成物の改質や処理ガスの活性化を行うプラズマ領域を回転テーブルの周方向に沿って配置する構成が知られている。しかしながら、小型の装置を構成しようとすると、このようなプラズマ領域を設けにくい。言い換えると、プラズマ領域を設ける場合には、装置の大型化が避けられない。また、プラズマ領域を設ける場合には、当該プラズマ領域に供給するプラズマ発生用のガスの分だけ、装置の運用コスト（ガスのコスト）が嵩むと共に、真空ポンプも大型化してしまう。
特開２０１０−２３９１０２ 特開２０１１−４０５７４
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、互いに反応する処理ガスを真空容器内に順番に供給して基板の表面に反応生成物を積層すると共に基板に対してプラズマ処理を行うにあたり、処理ガス同士が真空容器内で互いに混ざり合うことを阻止しながら、小型の真空容器を構成できる成膜装置を提供することにある。
本発明の成膜装置は、
真空容器内にて互いに反応する複数種類の処理ガスを順番に供給するサイクルを複数回行って、基板に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられ、基板を載置する基板載置領域がその一面側に形成されると共に、この基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
この回転テーブルの周方向に互いに離間した第１の処理領域及び第２の処理領域に対して、基板の表面に吸着する第１の処理ガス及びこの基板の表面に吸着した第１の処理ガスの成分を反応させて反応生成物を形成するための第２の処理ガスを夫々供給する第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部と、
前記回転テーブルの回転方向上流側から見て前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間に位置する分離領域に対して、これら処理領域の雰囲気を分離するために分離ガスを供給する分離ガス供給部と、
前記回転テーブルの回転方向上流側から見て前記第２の処理領域と前記第１の処理領域との間に位置し、基板上の反応生成物に対してプラズマにより改質処理を行うための改質領域と、
前記改質領域の上方側における前記真空容器の天板に形成された開口部と、
前記開口部に嵌合すると共に当該開口部の口縁部との間にシール部が形成された誘電体からなる筐体と、
第１の処理ガス及び第２の処理ガスと反応しない改質用ガスを前記改質領域に供給するための改質用ガス供給部と、
改質用ガスをプラズマ化するための第１のプラズマ発生部と、
前記周方向において前記改質領域の両側に隣接する隣接領域から当該改質領域へのガスの侵入を阻止するために、前記筐体の下面に、当該改質領域を囲むようにかつ前記隣接領域における真空容器の天井面よりも低い位置まで伸び出して設けられ、前記回転テーブルとの間に狭隘な空間を形成するための突起部と、を備え、
前記改質領域は、前記隣接領域よりも高圧に設定され、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの混合を阻止するための分離領域として設けられたものであり、
前記第１のプラズマ発生部は、
改質用ガスを誘導結合によりプラズマ化するために、前記回転テーブルの一面側に対向するように前記筐体内に設けられたアンテナと、
このアンテナと改質領域との間に介在して設けられ、前記アンテナの周囲に発生した電磁界における電界成分の通過を阻止すると共に磁界を基板側に通過させるために、前記アンテナと各々直交する方向に伸びるスリットが当該アンテナの伸びる方向に多数配列された導電性の板状体からなる、接地されたファラデーシールドと、を備えたことを特徴とする。
本発明は、第２の処理ガスをプラズマ化するための第２のプラズマ発生部を備えている構成であってもよい。前記第２のプラズマ発生部は、第２の処理ガスを誘導結合によりプラズマ化するために、前記回転テーブルの一面側に対向するように設けられた第２のアンテナと、この第２のアンテナと第２の処理領域との間に介在して設けられ、前記第２のアンテナの周囲に発生した電磁界における電界成分の通過を阻止すると共に磁界を基板側に通過させるために、前記第２のアンテナと各々直交する方向に伸びるスリットが当該第２のアンテナの伸びる方向に多数配列された導電性の板状体からなる、接地されたファラデーシールドと、を有する構成としてもよい。
本発明は、回転テーブルの回転方向上流側から見て第１の処理領域と第２の処理領域との間に分離領域を設けると共に、前記回転方向上流側から見て第２の処理領域と第１の処理領域との間に、プラズマ発生部により基板上の反応生成物の改質を行う改質領域を配置している。また、改質領域の上方側に天壁部を設けると共に、回転テーブルの周方向において改質領域に隣接する領域と当該改質領域との間に、回転テーブルとの間に狭隘な空間を形成するための狭隘空間形成部を各々設けている。そして、改質領域について、隣接領域からのガスの侵入を阻止するために、これら隣接領域よりも高圧に設定している。そのため、改質領域では、基板上の反応生成物に対して改質処理を行いながら、第１の処理ガスと第２の処理ガスとが互いに混ざり合うことを阻止できる。従って、回転テーブルの回転方向上流側から見て第２の処理領域と第１の処理領域との間に分離領域を設けずに済むので、小型の真空容器を構成できる。
本発明の成膜装置の一例を示す縦断面である。 前記成膜装置の斜視図である。 前記成膜装置の横断平面図である。 前記成膜装置の横断平面図である。 前記成膜装置の内部の一部を示す斜視図である。 前記成膜装置の内部を展開して示す縦断面図である。 前記成膜装置の内部の一部を拡大して示す分解斜視図である。 前記成膜装置の内部の一部を示す縦断面図である。 前記成膜装置の筐体を示す斜視図である。 前記成膜装置のファラデーシールドのスリットを示す模式図である。 前記成膜装置のファラデーシールドを示す平面図である。 前記成膜装置のサイドリングを示す分解斜視図である。 前記成膜装置のラビリンス構造部を拡大して示す縦断面図である。 前記成膜装置におけるガス流れを示す横断平面図である。 前記成膜装置においてプラズマが発生する様子を示す模式図である。 前記成膜装置の他の例を示す横断平面図である。 前記成膜装置の更に他の例の一部を示す縦断面図である。 前記成膜装置の別の例の一部を示す平面図である。 前記成膜装置の更に別の例の一部を示す斜視図である。 前記成膜装置の他の例を示す横断平面図である。 前記成膜装置の他の例を示す横断平面図である。 前記成膜装置の他の例を示す横断平面図である。 前記成膜装置の他の例を示す横断平面図である。 前記成膜装置の他の例の一部を示す縦断面図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。 本発明の実施例にて得られた結果を示す特性図である。
本発明の実施の形態の成膜装置の一例について、図１〜図１３を参照して説明する。この成膜装置は、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と共にウエハＷを公転させるための回転テーブル２と、を備えている。そして、この成膜装置は、後で詳述するように、ウエハＷに対して、Ｓｉ含有ガスの吸着処理と、ウエハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスの窒化処理と、ウエハＷ上に形成された窒化シリコン膜のプラズマ改質処理と、を回転テーブル２が１回転する度に行うように構成されている。この時、これら各処理を行うためのノズルなどの部材を設けるにあたって、吸着処理及び窒化処理に夫々用いられる各処理ガス同士が真空容器１内で互いに混ざり合うことを阻止しつつ、平面で見た時の真空容器１ができるだけ小型で済むように装置を構成している。続いて、成膜装置の各部について詳述する。
真空容器１は、天板１１及び容器本体１２を備えており、天板１１が容器本体１２から着脱できるように構成されている。平面で見た時の真空容器１の直径寸法（内径寸法）は、例えば１１００ｍｍ程度となっている。天板１１の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために、窒素（Ｎ2）ガスを分離ガスとして供給するための分離ガス供給管５１が接続されている。図１中１３は、容器本体１２の上面の周縁部にリング状に設けられたシール部材例えばＯリングである。
回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸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。回転テーブル２の直径寸法は、例えば１０００ｍｍとなっている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部であり、２０は回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体である。このケース体２０は、上面側のフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域に窒素ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａをなしている。
回転テーブル２の表面部には、図２〜図４に示すように、直径寸法が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置するための円形状の凹部２４が基板載置領域として形成されており、この凹部２４は、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箇所に設けられている。凹部２４は、ウエハＷを当該凹部２４に落とし込む（収納する）と、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが揃うように、直径寸法及び深さ寸法が設定されている。凹部２４の底面には、ウエハＷを下方側から突き上げて昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。
図３及び図４に示すように、回転テーブル２における凹部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４本のノズル３１、３２、３４、４１が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各ノズル３１、３２、３４、４１は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃ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から見て反時計周り（回転テーブル２の回転方向）に第１のプラズマ発生用ガスノズル３４、第１の処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４１及び第２の処理ガスノズルを兼用する第２のプラズマ発生用ガスノズル３２がこの順番で配列されている。尚、第１の処理ガスノズル３１は、後述の図６に示すように、回転テーブル２の外周端よりも中心部領域Ｃ側では角筒型に形成されていて、当該第１の処理ガスノズル３１と後述のカバー体５３との間にガスが回り込みにくくなっている。
第１のプラズマ発生用ガスノズル３４及び第２のプラズマ発生用ガスノズル３２の上方側には、図３に示すように、これらノズル３４、３２から夫々吐出されるガスをプラズマ化するために、第１のプラズマ発生部８１及び第２のプラズマ発生部８２が夫々設けられている。これらプラズマ発生部８１、８２については後で詳述する。尚、図４はプラズマ発生用ガスノズル３２、３４が見えるようにプラズマ発生部８１、８２及び後述の筐体９０を取り外した状態、図３はプラズマ発生部８１、８２及び筐体９０を取り付けた状態を表している。また、図２〜図４では、天板１１の描画を省略している。
第１の処理ガスノズル３１は第１の処理ガス供給部をなし、第２のプラズマ発生用ガスノズル３２は第２の処理ガス供給部をなしている。第１のプラズマ発生用ガスノズル３４は、改質用ガス供給部をなしている。また、分離ガスノズル４１は、分離ガス供給部をなしている。尚、図１では、プラズマ発生部８１について、模式的に一点鎖線で示している。
各ノズル３１、３２、３４、４１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、シリコン（Ｓｉ）を含む第１の処理ガス例えばＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスなどの供給源に接続されている。第１のプラズマ発生用ガスノズル３４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと水素（Ｈ2）ガスとの混合ガスからなる改質用ガスの供給源に接続されている。第２のプラズマ発生用ガスノズル３２は、第２の処理ガス及び第２のプラズマ発生用ガスである例えばアンモニア（ＮＨ3）ガスの供給源に接続されている。分離ガスノズル４１は、分離ガスである窒素ガスの供給源に接続されている。尚、アンモニアガスと共に、プラズマ発生用ガスの一部となるアルゴンガスを供給しても良いし、アンモニアガスに代えて、窒素元素（Ｎ）を含むガス例えば窒素（Ｎ2）ガスを用いても良い。
これらノズル３１、３２、３４、４１の下面側には、ウエハＷに対してガスを供給するためのガス吐出孔３３が回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に形成されている。これら各ノズル３１、３２、３４、４１は、当該ノズル３１、３２、３４、４１の下端縁と回転テーブル２の上面との離間距離が例えば１〜５ｍｍ程度となるように配置されている。
処理ガスノズル３１の下方領域は、Ｓｉ含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１であり、第２のプラズマ発生用ガスノズル３２の下方領域は、ウエハＷに吸着したＳｉ含有ガスの成分とアンモニアガスのプラズマとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２となる。また、第１のプラズマ発生用ガスノズル３４の下方領域は、処理領域Ｐ１、Ｐ２を通過することによってウエハＷ上に形成された反応生成物の改質処理を行うと共に、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するための第３の処理領域Ｐ３となる。分離ガスノズル４１は、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。従って、分離ガスノズル４１は、回転テーブル２の回転方向上流側から見ると、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に設けられている。また、第３の処理領域Ｐ３は、同様に回転テーブル２の回転方向上流側から見ると、第２の処理領域Ｐ２と第１の処理領域Ｐ１との間に設けられている。
第１の処理ガスノズル３１の上方側には、第１の処理ガスをウエハＷに沿って通流させるために、且つ分離ガスやアルゴンガスがウエハＷの近傍を避けて真空容器１の天板１１側を通流するように、図５にも示すように、当該第１の処理ガスノズル３１を長さ方向に亘って覆うように形成された例えば石英からなるノズルカバー（フィン）５２が設けられている。このノズルカバー５２は、第１の処理ガスノズル３１を収納するために下面側が開口する概略箱形のカバー体５３と、このカバー体５３の下面側開口端における回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側に夫々接続された板状体である整流板５４、５４とを備えている。回転テーブル２の回転中心側におけるカバー体５３の側壁面（垂直面）は、第１の処理ガスノズル３１の先端部に対向するように回転テーブル２に向かって伸び出している。また、回転テーブル２の外縁側におけるカバー体５３の側壁面は、第１の処理ガスノズル３１に干渉しないように切り欠かれている。従って、第１の処理ガスノズル３１から周囲を見ると、カバー体５３の側壁面と回転テーブル２との間の狭い隙間が周方向に亘って形成されている。
回転テーブル２の外周端よりも真空容器１の内壁面に近接した領域における整流板５４、５４は、第１の処理ガスノズル３１の先端部側における第１の処理ガスが中心部領域Ｃに供給される分離ガスによって希釈されることを抑えるために、回転テーブル２の外周端に沿うように下方側に向かって屈曲している。そして、このカバー体５３は、第１の処理ガスノズル３１の長さ方向における一方側及び他方側に各々設けられた支持部５５、５５により、後述の突出部５及び覆い部材７ａに支持されている。
分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、図３及び図４に示すように、概略扇形の凸状部４が設けられており、分離ガスノズル４１は、この凸状部４に形成された溝部４３内に収められている。従って、分離ガスノズル４１における回転テーブル２の周方向両側には、図６にも示すように、各処理ガス同士の混合を阻止するために、前記凸状部４の下面である低い天井面４４（第１の天井面）が配置され、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が配置されている。凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。尚、図６は、回転テーブル２の周方向に沿って真空容器１を切断した縦断面を示している。
次に、既述の第１のプラズマ発生部８１及び第２のプラズマ発生部８２について詳述する。始めに、第１のプラズマ発生部８１について説明すると、この第１のプラズマ発生部８１は、既述のように搬送口１５から見て右側（回転テーブル２の回転方向下流側）に設けられており、金属線からなるアンテナ８３をコイル状に巻回して構成されている。この例では、アンテナ８３は、例えば銅（Ｃｕ）の表面にニッケルメッキ及び金メッキをこの順番で施した材質により構成されている。また、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、当該真空容器１の天板１１上に設けられている。具体的には、図７に示すように、既述の第１のプラズマ発生用ガスノズル３４の上方側（詳しくはこのノズル３４よりも回転テーブル２の回転方向下流側の位置から搬送口１５よりも僅かにノズル３４側に寄った位置まで）における天板１１には、平面的に見た時に概略扇形に開口する開口部１１ａが形成されている。尚、プラズマ発生部８１、８２について、混同を避けるために夫々「第１の」及び「第２の」の用語を付して説明するが、これらプラズマ発生部８１、８２は互いにほぼ同じ構成となっており、また各々のプラズマ発生部８１、８２にて各々行われるプラズマ処理についても互いに独立した処理となっている。
前記開口部１１ａは、回転テーブル２の回転中心から例えば６０ｍｍ程度外周側に離間した位置から、回転テーブル２の外縁よりも８０ｍｍ程度外側に離れた位置までに亘って形成されている。また、開口部１１ａは、真空容器１の中心部領域Ｃに設けられた後述のラビリンス構造部１１０に干渉しない（避ける）ように、平面で見た時に回転テーブル２の中心側における端部が当該ラビリンス構造部１１０の外縁に沿うように円弧状に窪んでいる。そして、この開口部１１ａは、図７及び図８に示すように、天板１１の上端面から下端面に向かって当該開口部１１ａの開口径が段階的に小さくなるように、例えば３段の段部１１ｂが周方向に亘って形成されている。これら段部１１ｂのうち最下段の段部（口縁部）１１ｂの上面には、図８に示すように、周方向に亘って溝１１ｃが形成されており、この溝１１ｃ内にはシール部材例えばＯ−リング１１ｄが配置されている。尚、溝１１ｃ及びＯ−リング１１ｄについては、図７では図示を省略している。
この開口部１１ａには、図７及び図９にも示すように、アンテナ８３を天板１１よりも下方側に位置させるための筐体９０が設けられている。即ち、この筐体９０は、上方側の周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出してフランジ部９０ａをなすと共に、平面で見た時の中央部が下方側の真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されている。この筐体９０は、第１のプラズマ発生部８１において発生する磁界をウエハＷ側に通過させるために、例えば石英などの誘電体により透磁体（磁界を透過させる材質）として構成されており、図１０に示すように、前記窪んだ部分の厚み寸法ｔが例えば２０ｍｍとなっている。また、この筐体９０は、当該筐体９０の下方にウエハＷが位置した時に、回転テーブル２の半径方向におけるウエハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。具体的には、回転テーブル２の半径方向における筐体９０の内壁面のうち中心部領域Ｃ側の内壁面は、ウエハＷの外縁よりも当該中心部領域Ｃ側に７０ｍｍ離間するように形成されている。また回転テーブル２の半径方向における筐体９０の内壁面のうち回転テーブル２の外周端側の内壁面は、ウエハＷの外縁よりも前記外周端側に７０ｍｍ離間するように配置されている。
この筐体９０を既述の開口部１１ａ内に落とし込むと、フランジ部９０ａと段部１１ｂのうち最下段の段部１１ｂとが互いに係止する。そして、既述のＯ−リング１１ｄによって、当該段部１１ｂ（天板１１）と筐体９０とが気密に接続される。また、開口部１１ａの外縁に沿うように枠状に形成された押圧部材９１によって前記フランジ部９０ａを下方側に向かって周方向に亘って押圧すると共に、この押圧部材９１を図示しないボルトなどにより天板１１に固定することにより、真空容器１の内部雰囲気が気密に設定される。このように筐体９０を天板１１に気密に固定した時の当該筐体９０の下面と回転テーブル２上のウエハＷの表面との間の離間寸法ｈは、４〜６０ｍｍこの例では３０ｍｍとなっている。尚、図９は、筐体９０を下方側から見た図を示している。
筐体９０の下面である天壁部には、当該筐体９０の下方側の処理領域Ｐ３の雰囲気を、回転テーブル２の周方向において処理領域Ｐ３に各々隣接する雰囲気よりも高圧に維持するために、狭隘空間形成部である突起部９２が当該第３の処理領域Ｐ３を囲むように形成されている。即ち、筐体９０の下面に突起部９２を設けることにより、回転テーブル２との間に狭隘な空間Ｓ１を形成して、筐体９０の下方側の領域に供給されたガスをいわば閉じこめて（排気されにくくして）、当該領域を前記隣接する雰囲気よりも高圧に設定できるようにしている。そのため、後で詳述するように、筐体９０の下方側の領域により、前記隣接する雰囲気同士のガスが互いに混ざり合うことが阻止されて、この領域が既述の分離領域Ｄにおけるガス分離機能を持つこととなる。
この突起部９２は、図６、図８及び図９に示すように、筐体９０の下面側の外周縁から下方側（回転テーブル２側）に向かって周方向に亘って垂直に伸び出すように形成されている。従って、突起部９２の下面（端部）は、筐体９０の下面及び既述の天井面４５よりも低い位置に形成されている。この突起部９２の下面と回転テーブル２の上面との間の離間寸法ｄは、図６に示すように、０．５〜５ｍｍこの例では２ｍｍとなっている。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、既述の第１のプラズマ発生用ガスノズル３４が収納されている。第１のプラズマ発生用ガスノズル３４の基端側（真空容器１の内壁側）における突起部９２は、当該プラズマ発生用ガスノズル３４の外形に沿うように概略円弧状に切り欠かれている。尚、図６は、既述の離間寸法ｄを模式的に大きく描画しており、アンテナ８３などについては記載を省略している。
ここで、筐体９０の下方（第３の処理領域Ｐ３）側から天板１１と筐体９０との間の領域をシールする既述のＯ−リング１１ｄを見ると、図８に示すように、当該第３の処理領域Ｐ３とＯ−リング１１ｄとの間には突起部９２が周方向に亘って形成されている。そのため、Ｏ−リング１１ｄは、プラズマに直接曝されないように、第３の処理領域Ｐ３から隔離されていると言える。従って、第３の処理領域Ｐ３からプラズマが例えばＯ−リング１１ｄ側に拡散しようとしても、突起部９２の下方を経由して行くことになるので、Ｏ−リング１１ｄに到達する前にプラズマが失活することになる。
筐体９０の上方側には、当該筐体９０の内部形状に概略沿うように形成された厚み寸法ｋが例えば１ｍｍ程度の導電性の板状体である金属板からなる、接地されたファラデーシールド９５が収納されている。この例では、ファラデーシールド９５は、例えば銅（Ｃｕ）板または銅板にニッケル（Ｎｉ）膜及び金（Ａｕ）膜とを下側からメッキした板材により構成されている。このファラデーシールド９５は、筐体９０の底面に沿うように水平に形成された水平面９５ａと、この水平面９５ａの外周端から周方向に亘って上方側に伸びる垂直面９５ｂと、を備えており、平面で見た時に概略六角形となるように構成されている。
また、回転テーブル２の回転中心からファラデーシールド９５を見た時の右側及び左側におけるファラデーシールド９５の上端縁は、夫々右側及び左側に水平に伸び出して支持部９６をなしている。そして、ファラデーシールド９５と筐体９０との間には、前記支持部９６を下方側から支持すると共に筐体９０の中心部領域Ｃ側及び回転テーブル２の外縁部側のフランジ部９０ａに各々支持される枠状体９９が設けられている。従って、ファラデーシールド９５を筐体９０の内部に収納すると、ファラデーシールド９５の下面と筐体９０の上面とが互いに接触すると共に、前記支持部９６が枠状体９９を介して筐体９０のフランジ部９０ａにより支持される。
前記水平面９５ａには、多数のスリット９７が形成されているが、このスリット９７の形状や配置レイアウトについては、第１のプラズマ発生部８１のアンテナ８３の形状と併せて詳述する。ファラデーシールド９５の水平面９５ａ上には、当該ファラデーシールド９５の上方に載置される第１のプラズマ発生部８１との絶縁を取るために、厚み寸法が例えば２ｍｍ程度の例えば石英からなる絶縁板９４が積層されている。
第１のプラズマ発生部８１は、ファラデーシールド９５の内側に収納されるように構成されており、従って図７及び図８に示すように、筐体９０、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４を介して真空容器１の内部（回転テーブル２上のウエハＷ）を臨むように配置されている。この第１のプラズマ発生部８１は、既述のようにアンテナ８３を鉛直軸周りに例えば３重に巻回して構成されており、当該アンテナ８３が回転テーブル２の半径方向に伸びる帯状体領域を囲むように配置されている。尚、アンテナ８３の内部には、冷却水の通流する流路が形成されているが、ここでは省略している。
アンテナ８３は、第１のプラズマ発生部８１の下方にウエハＷが位置した時に、このウエハＷにおける中心部領域Ｃ側の端部と回転テーブル２の外縁側の端部との間に亘ってプラズマを照射（供給）できるように、中心部領域Ｃ側の端部及び外周側の端部が各々筐体９０の内壁面に近接するように配置されている。このアンテナ８３は、整合器８４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に接続されている。尚、図１及び図３などおける８６は、アンテナ８３と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極である。
ここで、既述のファラデーシールド９５のスリット９７について詳述する。このスリット９７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に到達させるためのものである。即ち、電界がウエハＷに到達すると、当該ウエハＷの内部に形成されている電気配線が電気的にダメージを受けてしまう場合がある。一方、ファラデーシールド９５は、既述のように接地された金属板により構成されているので、スリット９７を形成しないと、電界に加えて磁界も遮断してしまう。また、アンテナ８３の下方に大きな開口部を形成すると、磁界だけでなく電界も通過してしまう。そこで、電界を遮断して磁界を通過させるために、以下のように寸法及び配置レイアウトを設定したスリット９７を形成している。
具体的には、スリット９７は、図１１に示すように、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように、周方向に亘ってアンテナ８３の下方位置に形成されている。従って、例えば回転テーブル２の半径方向（アンテナ８３の長手方向）に沿うようにアンテナ８３が伸びる領域においては、スリット９７は回転テーブル２の接線方向に沿うように直線状に形成されている。また、回転テーブル２の接線方向に沿うようにアンテナ８３が伸びる領域においては、スリット９７は回転テーブル２の回転中心から外縁に向かう方向に直線状に形成されている。そして、前記２つの領域間においてアンテナ８３が屈曲する部分では、スリット９７は当該屈曲する部分におけるアンテナ８３の伸びる方向に対して直交するように形成されている。こうしてスリット９７は、アンテナ８３の伸びる方向に沿って多数配列されている。
ここで、アンテナ８３には、既述のように周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電源８５が接続されており、この周波数に対応する波長は２２ｍである。そのため、スリット９７は、この波長の１／１００００以下程度の幅寸法となるように、図１０に示すように、幅寸法ｄ１が１〜５ｍｍこの例では２ｍｍ、スリット９７、９７間の離間寸法ｄ２が１〜５ｍｍこの例では２ｍｍとなるように形成されている。また、このスリット９７は、アンテナ８３の伸びる方向から見た時に、長さ寸法が例えば各々６０ｍｍとなるように、当該アンテナ８３の右端よりも３０ｍｍ程度右側に離間した位置から、アンテナ８３の左端よりも３０ｍｍ程度左側に離間した位置までに亘って形成されている。従って、各々のスリット９７の長さ方向における一端側及び他端側には、これらスリット９７の開口端を塞ぐように、接地された導電体からなる導電路９７ａ、９７ａが周方向に亘って各々配置されていると言える。
ファラデーシールド９５においてこれらスリット９７の形成領域から外れた領域、即ちアンテナ８３の巻回された領域の中央側には、当該領域を介してプラズマの発光状態を確認するための開口部９８が形成されている。尚、既述の第１のプラズマ発生用ガスノズル３４は、この開口部９８よりも回転テーブル２の回転方向下流側に設けられている。また、図３ではスリット９７を省略しており、スリット９７の形成領域を一点鎖線で示している。図７や図１１などではスリット９７について簡略化しているが、スリット９７は例えば１５０本程度形成されている。
以上説明した第１のプラズマ発生部８１に対して回転テーブル２の回転方向上流側に離間するように、第２のプラズマ発生部８２が配置されており、この第２のプラズマ発生部８２は、第１のプラズマ発生部８１とほぼ同じ構成となっている。即ち、第２のプラズマ発生部８２は、アンテナ８３により構成されており、筐体９０、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４の上方側に配置されている。第２のプラズマ発生部８２のアンテナ（第２のアンテナ）８３についても、第１のプラズマ発生部８１と同様に、整合器８４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に接続されている。第２のプラズマ発生部８２では、既述の第２のプラズマ発生用ガスノズル３２は、スリット９７の形成領域よりも回転テーブル２の回転方向上流側に配置されている。
続いて、真空容器１の各部の説明に戻る。回転テーブル２の外周側において当該回転テーブル２よりも僅かに下位置には、図４及び図１２に示すように、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。このサイドリング１００は、例えば装置のクリーニング時において、各処理ガスに代えてフッ素系のクリーニングガスを通流させた時に、当該クリーニングガスから真空容器１の内壁を保護するためのものである。即ち、サイドリング１００を設けないと、回転テーブル２の外周部と真空容器１の内壁との間には、横方向に気流（排気流）が形成される凹部状の気流通路が周方向に亘ってリング状に形成されていると言える。そのため、このサイドリング１００は、気流通路に真空容器１の内壁面ができるだけ露出しないように、当該気流通路に設けられている。
サイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように２箇所に排気口６１、６２が形成されている。言い換えると、前記気流通路の下方側に２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００に、排気口６１、６２が形成されている。これら２つの排気口６１、６２のうち一方及び他方を夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２と呼ぶと、第１の排気口６１は、第１の処理ガスノズル３１と、第１のプラズマ発生部８１との間において、当該第１のプラズマ発生部８１側に寄った位置に形成されている。第２の排気口６２は、第２のプラズマ発生部８２と分離領域Ｄとの間において、この第２のプラズマ発生部８２側に寄った位置に形成されている。第１の排気口６１は、Ｓｉ含有ガスや改質用ガスなどと共に分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、アンモニアガス及び分離ガスを排気するためのものである。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、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。
ここで、既述のように、中心部領域Ｃ側から外縁側に亘って筐体９０を形成しているので、例えばプラズマ発生部８１、８２間の領域（後述の搬送アーム１０によりウエハＷの搬入出が行われる領域）に通流して来た分離ガスなどは、これらプラズマ発生部８１、８２の筐体９０、９０によって排気口６１、６２に向かおうとするガス流がいわば規制されてしまう。そこで、第１のプラズマ発生部８１におけるＳｉ含有ガスとアンモニアガスとの混合を阻止するガス分離機能を確保しつつ、前記領域からガスを排気するために、第２のプラズマ発生部８２における筐体９０の外側のサイドリング１００の上面に、ガスが流れるための溝状のガス流路１０１を形成している。具体的には、このガス流路１０１は、図４に示すように、第２のプラズマ発生部８２の筐体９０における回転テーブル２の回転方向下流側の端部よりも例えば６０ｍｍ程度第１の排気口６１側に寄った位置から、既述の第２の排気口６２までの間に亘って、深さ寸法が例えば３０ｍｍとなるように円弧状に形成されている。従って、このガス流路１０１は、筐体９０の外縁に沿うように、また上方側から見た時に第２のプラズマ発生部８２の筐体９０の外縁部に跨がるように形成されている。このサイドリング１００は、図示を省略しているが、フッ素系ガスに対する耐腐食性を持たせるために、表面が例えばアルミナなどによりコーティングされているか、あるいは石英カバーなどにより覆われている。
天板１１の下面における中央部には、図２に示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域ＣにおいてＳｉ含有ガスとアンモニアガスなどとが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。即ち、既述の図１から分かるように、筐体９０を中心部領域Ｃ側に寄った位置まで形成しているので、回転テーブル２の中央部を支持するコア部２１は、回転テーブル２の上方側の部位が筐体９０を避けるように前記回転中心側に寄った位置に形成されている。従って、中心部領域Ｃ側では、外縁部側よりも例えば処理ガス同士が混ざりやすい状態となっていると言える。そこで、ラビリンス構造部１１０を形成することにより、ガスの流路を稼いで処理ガス同士が混ざり合うことを防止している。
具体的には、このラビリンス構造部１１０は、図１３に当該ラビリンス構造部１１０を拡大して示すように、回転テーブル２側から天板１１側に向かって垂直に伸びる第１の壁部１１１と、天板１１側から回転テーブル２に向かって垂直に伸びる第２の壁部１１２と、が各々周方向に亘って形成されると共に、これら壁部１１１、１１２が回転テーブル２の半径方向において交互に配置された構造を採っている。この例では、既述の突出部５側から中心部領域Ｃ側に向かって、第２の壁部１１２、第１の壁部１１１及び第２の壁部１１２がこの順番で配置されている。突出部５側の第２の壁部１１２は、当該突出部５の一部をなしている。このような壁部１１１、１１２の各寸法について一例を挙げると、壁部１１１、１１２間の離間寸法ｊは例えば１ｍｍ、壁部１１１と天板１１との間の離間寸法（壁部１１２とコア部２１との間の隙間寸法）ｍは例えば１ｍｍとなっている。
従って、ラビリンス構造部１１０では、例えば第１の処理ガスノズル３１から吐出されて中心部領域Ｃに向かおうとするＳｉ含有ガスは、壁部１１１、１１２を乗り越えていく必要があるので、中心部領域Ｃに向かうにつれて流速が遅くなり、拡散しにくくなる。そのため、処理ガスが中心部領域Ｃに到達する前に、当該中心部領域Ｃに供給される分離ガスにより処理領域Ｐ１側に押し戻されることになる。また、中心部領域Ｃに向かおうとするアンモニアガスやアルゴンガスなどについても、同様にラビリンス構造部１１０によって中心部領域Ｃに到達しにくくなる。そのため、処理ガス同士が中心部領域Ｃにおいて互いに混ざり合うことが防止される。
一方、この中心部領域Ｃに上方側から供給された窒素ガスは、周方向に勢いよく広がって行こうとするが、ラビリンス構造部１１０を設けているので、当該ラビリンス構造部１１０における壁部１１１、１１２を乗り越えるうちに流速が抑えられていく。この時、前記窒素ガスは、例えば回転テーブル２と突起部９２との間の極めて狭い領域へも侵入しようとするが、ラビリンス構造部１１０により流速が抑えられているので、当該狭い領域よりも広い領域（例えば筐体９０、９０間の領域）に流れて行く。そのため、筐体９０の下方側への窒素ガスの流入が抑えられる。また、後述するように、筐体９０の下方側の空間は、真空容器１内の他の領域よりも陽圧に設定されていることからも、当該空間への窒素ガスの流入が抑えられている。
回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、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、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを例えば３００℃に加熱するようになっている。図１中７１ａはヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材、７ａはこのヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材である。また、真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が周方向に亘って複数箇所に設けられている。
真空容器１の側壁には、図２及び図３に示すように図示しない外部の搬送アーム１０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。そして、搬送アーム１０が真空容器１に対して進退する領域における天板１１の上方には、ウエハＷの周縁部を検知するためのカメラユニット１０ａが設けられている。即ち、このカメラユニット１０ａは、ウエハＷの周縁部を撮像することにより、例えば搬送アーム１０上のウエハＷの有無や、回転テーブル２に載置されたウエハＷあるいは当該搬送アーム１０上のウエハＷの位置ずれを検知するためのものである。従って、カメラユニット１０ａは、ウエハＷの直径寸法に対応する程度の幅広い視野を持つように、プラズマ発生部８１、８２の各々の筐体９０、９０間の領域に跨るように配置されている。
回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位には、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。
また、この成膜装置には、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１２０が設けられており、この制御部１２０のメモリ内には後述の成膜処理及び改質処理を行うためのプログラムが格納されている。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１２１から制御部１２０内にインストールされる。
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、搬送アーム１０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。このウエハＷには、ドライエッチング処理やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いた配線埋め込み工程が既に施されており、従って当該ウエハＷの内部には電気配線構造が形成されている。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４及び圧力調整部６５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を反時計周りに回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを例えば３００℃に加熱する。
続いて、処理ガスノズル３１からＳｉ含有ガスを例えば３００ｓｃｃｍで吐出すると共に、第２のプラズマ発生用ガスノズル３２からアンモニアガスを例えば１００ｓｃｃｍで吐出する。また、第１のプラズマ発生用ガスノズル３４からアルゴンガス及び水素ガスの混合ガスを例えば１００００ｓｃｃｍで吐出する。更に、分離ガスノズル４１から分離ガスを例えば５０００ｓｃｃｍで吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７３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例えば４００〜５００Ｐａこの例では５００Ｐａに調整する。また、プラズマ発生部８１、８２では、各々のアンテナ８３に対して、例えば１５００Ｗとなるように高周波電力を供給する。
この時、筐体９０の下面側に突起部９２を周方向に沿って設けると共に、この突起部９２の下端面を回転テーブル２に近接させている。また、第１のプラズマ発生用ガスノズル３４では、改質用ガスの流量を既述のように大流量に設定している。そのため、第１のプラズマ発生部８１における筐体９０の下方側の雰囲気は、真空容器１内の他の領域（例えば搬送アーム１０の進退する領域など）の雰囲気よりも例えば１０Ｐａ程度だけ高圧となる。従って、第１のプラズマ発生部８１よりも回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側のガスは、当該筐体９０の下方側の領域に通流しようとすることが阻害される。具体的には、第３の処理領域Ｐ３を介してＳｉ含有ガスとアンモニアガスとが互いに混ざり合うことが阻止される。また、第２のプラズマ発生部８２では、同様に筐体９０に突起部９２を設けているので、第２の処理領域Ｐ２を介してアルゴンガスと窒素ガスなどとが互いに混ざり合うことが抑制される。
そして、各々のプラズマ発生部８１、８２では、高周波電源８５から供給される高周波電力により、図１４に模式的に示すように、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、既述のようにファラデーシールド９５を設けていることから、この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（遮断される）。更に、スリット９７の長さ方向における一端側及び他端側に導電路９７ａ、９７ａを各々配置していることから、またアンテナ８３の側方側に垂直面９５ｂを設けていることから、当該一端側及び他端側を回り込んでウエハＷ側に向かおうとする電界についても遮断される。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内に到達する。
こうしてプラズマ発生用ガスノズル３２、３４から吐出されたプラズマ発生用ガスは、スリット９７を介して通過してきた磁界によって各々活性化されて、例えばイオンやラジカルなどのプラズマが生成する。具体的には、第２の処理領域Ｐ２及び第３の処理領域Ｐ３では、夫々アンモニアガスのプラズマと、アルゴンガス及び水素ガスのプラズマとが発生する。
この時、第１のプラズマ発生部８１では、アルゴンガスのプラズマが筐体９０の外側に漏れ出そうとする。しかし、アルゴンガスのプラズマは、寿命が極めて短いので、直ぐに不活性化して元のアルゴンガスに戻る。そのため、第１のプラズマ発生部８１の筐体９０よりも回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側の領域では、アルゴンガスやアルゴンガスのプラズマと他のガスとの反応が起こらない。
一方、アンモニアガスのプラズマは、アルゴンガスのプラズマよりも寿命が長い。従って、アンモニアガスのプラズマは、活性を保ったまま、第２のプラズマ発生部８２の筐体９０の下方側の領域を抜け出して回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側に通流していく。しかし、第２のプラズマ発生部８２から回転テーブル２の回転方向上流側を見ると、分離領域Ｄが回転テーブル２の半径方向に沿って形成されている。また、第２のプラズマ発生部８２から回転テーブル２の回転方向下流側を見ると、搬送アーム１０の進退領域を介して第１のプラズマ発生部８１が位置している。従って、第２のプラズマ発生部８２の筐体９０から抜け出したアンモニアガスのプラズマは、分離領域Ｄ及び第１のプラズマ発生部８１により、第１の処理領域Ｐ１側への侵入が阻止される。こうして既述の図６（ｂ）及び図１５に示すように、分離領域Ｄ及び第１のプラズマ発生部８１において各々Ｓｉ含有ガスとアンモニアガスとの混合が阻止されながら、各ガスが排気口６１、６２に向かって排気されていく。
また、筐体９０、９０間の領域に通流して来たガスは、これら筐体９０、９０によりガス流れが阻害されようとするが、筐体９０、９０の下方側の領域を避けるように、サイドリング１００におけるガス流路１０１を通って排気口６２に向かって排気される。尚、図１４ではアンテナ８３について模式的に示しており、これらアンテナ８３、ファラデーシールド９５、筐体９０及びウエハＷの間の各寸法については模式的に大きく描画している。
一方、ウエハＷの表面では、回転テーブル２の回転によって第１の処理領域Ｐ１においてＳｉ含有ガスが吸着し、次いで第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスの成分がアンモニアガスのプラズマにより窒化され、薄膜成分であるシリコン窒化膜（Ｓｉ−Ｎ）の分子層が１層あるいは複数層形成されて反応生成物が形成される。この時、シリコン窒化膜中には、例えばＳｉ含有ガス中に含まれる残留基のため、塩素（Ｃｌ）や有機物などの不純物が含まれている場合がある。
そして、回転テーブル２の回転によって、ウエハＷの表面に第１のプラズマ発生部８１のプラズマが接触すると、シリコン窒化膜の改質処理が行われることになる。具体的には、例えばプラズマがウエハＷの表面に衝突することにより、例えばシリコン窒化膜から前記不純物がＨＣｌや有機ガスなどとして放出されたり、シリコン窒化膜内の元素が再配列されてシリコン窒化膜の緻密化（高密度化）が図られたりすることになる。こうして回転テーブル２の回転を続けることにより、ウエハＷ表面へのＳｉ含有ガスの吸着、ウエハＷ表面に吸着したＳｉ含有ガスの成分の窒化及び反応生成物のプラズマ改質がこの順番で多数回に亘って行われて、反応生成物が積層されて薄膜が形成される。ここで、既述のようにウエハＷの内部には電気配線構造が形成されているが、プラズマ発生部８１、８２とウエハＷとの間にファラデーシールド９５を設けて電界を遮断しているので、この電気配線構造に対する電気的ダメージが抑えられる。
上述の実施の形態によれば、回転テーブル２の回転方向上流側から見て第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に分離領域Ｄを設けると共に、回転テーブル２の回転方向上流側から見て第２の処理領域Ｐ２と第１の処理領域Ｐ１との間に、プラズマ発生部８１によりウエハＷ上の反応生成物の改質を行う改質領域（第３の処理領域Ｐ３）を配置している。そして、第３の処理領域Ｐ３の周囲を囲むように筐体９０の突起部９２を配置して、第３の処理領域Ｐ３の雰囲気を当該第３の処理領域Ｐ３に隣接する雰囲気（筐体９０の外部の雰囲気）よりも高圧に設定している。そのため、第３の処理領域Ｐ３では、ウエハＷ上の反応生成物の改質処理を行いながら、処理ガス同士が互いに混ざり合うことを阻止できる。従って、回転テーブル２の回転方向上流側から見て第２の処理領域Ｐ２と第１の処理領域Ｐ１との間に更に分離領域Ｄを設けずに済むので、小型の装置を構成できる。言い換えると、各処理ガスの分離機能を確保しながら、Ｓｉ含有ガスの吸着処理、アンモニアガスのプラズマによる窒化処理及び反応生成物のプラズマ改質処理を回転テーブル２が１回転する度に行うにあたって、第３の処理領域Ｐ３に分離領域Ｄを兼用させることにより、いわば分離領域Ｄを一つ削除することができる。そのため、プラズマ発生部８１、８２を設けるためのスペースの制限を緩和できる。従って、小型の装置（真空容器１）であっても、ウエハＷの搬入出領域を確保できるし、またカメラユニット１０ａを設けるスペースを配置できる。
また、分離領域Ｄが一つで済むことから、当該分離領域Ｄとは別の分離領域Ｄを設けた場合と比べて、分離ガスの使用量を抑えることができるので、装置の運転コスト（ガスのコスト）を低減でき、また真空ポンプ６４も小型で済む。
この時、プラズマ発生部８１、８２とウエハＷとの間にファラデーシールド９５を各々配置しているので、これらプラズマ発生部８１、８２において発生する電界については遮断できる。従って、プラズマによるウエハＷの内部の電気配線構造に対する電気的ダメージを抑えてプラズマ処理を行うことができる。そのため、良好な膜質及び電気的特性を持つ薄膜を速やかに得ることができる。更に、２つのプラズマ発生部８１、８２を設けているので、互いに異なる種別のプラズマ処理を組み合わせることができる。従って、既述のようにウエハＷの表面に吸着したＳｉ含有ガスのプラズマ窒化処理及び反応生成物のプラズマ改質処理といった互いに異なる種別のプラズマ処理を組み合わせることができるので、自由度の高い装置を得ることができる。
また、ファラデーシールド９５を設けていることから、プラズマ（電界）による筐体９０などの石英部材へのダメージ（エッチング）を抑えることができる。そのため、前記石英部材のロングライフ化を図ることができ、またコンタミの発生を抑えることができる。
更に、筐体９０を設けているので、プラズマ発生部８１、８２を回転テーブル２上のウエハＷに近接させることができる。そのため、成膜処理を行う程度の高い圧力雰囲気（低い真空度）であっても、プラズマ中のイオンやラジカルの失活を抑えて良好な改質処理を行うことができる。そして、筐体９０に突起部９２を設けているので、処理領域Ｐ２、Ｐ３にＯ−リング１１ｄが露出しない。そのため、Ｏ−リング１１ｄに含まれる例えばフッ素系成分のウエハＷへの混入を抑えることができ、また当該Ｏ−リング１１ｄのロングライフ化を図ることができる。
更にまた、筐体９０の内部にプラズマ発生部８１、８２を収納しているので、これらプラズマ発生部８１、８２を大気雰囲気の領域（真空容器１の外側領域）に配置することができ、従ってプラズマ発生部８１、８２のメンテナンスが容易となる。
ここで、筐体９０の内部にプラズマ発生部８１、８２を収納しているので、例えば中心部領域Ｃ側では、この筐体９０の側壁の厚み寸法の分、プラズマ発生部８１の端部が回転テーブル２の回転中心から離間することになる。そのため、中心部領域Ｃ側におけるウエハＷの端部にはプラズマが到達しにくくなる。一方、中心部領域Ｃ側におけるウエハＷの端部にプラズマが到達するように筐体９０を中心部領域Ｃ側に寄った位置にまで形成しようとすると、既述のように中心部領域Ｃが狭くなる。この場合には、Ｓｉ含有ガスとアンモニアガスなどとが中心部領域Ｃにおいて混ざり合ってしまうおそれがある。しかし、本発明では、中心部領域Ｃにラビリンス構造部１１０を形成し、ガス流路を稼いでいるので、回転テーブル２の半径方向に亘って広いプラズマ空間を確保しながら、中心部領域ＣにおけるＳｉ含有ガスとアンモニアガスなどとの混合を抑えることができる。
続いて、以上説明した成膜装置の他の例について列挙する。図１６は、第１の処理ガスとして、ＤＣＳガスに代えて例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン：ＳｉＨ2（ＮＨ−Ｃ（ＣＨ3）3）2）ガスを用いると共に、第２の処理ガスとしてアンモニアガスに代えて酸素（Ｏ2）ガスを用いた例を示している。この装置では、第２のプラズマ発生部８２において酸素ガスがプラズマ化されて、反応生成物としてシリコン酸化膜（Ｓｉ−Ｏ）が形成される。
また、処理領域Ｐ３を真空容器１の他の領域よりも高圧に設定するにあたり、図１７（ａ）に示すように装置を構成しても良い。即ち、図１７（ａ）は、プラズマ発生部８１を天板１１の上方側に設けると共に、当該プラズマ発生部８１の下方側における天板１１である天壁部１３０を、石英などの磁界を透過する材質により構成した例を示している。そして、突起部９２は、筐体９０の下面に設けることに代えて、天壁部１３０の下面側から回転テーブル２に向かって処理領域Ｐ３を囲むように周方向に亘って伸び出している。
以上述べた狭隘空間形成部である突起部９２とは、既述の各例のように筐体９０や天壁部１３０の下面側から回転テーブル２に伸び出している構成だけでなく、例えば図１７（ｂ）に示すように、筐体９０や天壁部１３０の下面側から回転テーブル２に向かって下端部が伸び出すと共に、当該下端部が外側に向かって周方向にフランジ状に伸び出した構成を採っても良い。
更に、突起部９２としては、第３の処理領域Ｐ３を周方向に亘って囲むように形成したが、回転テーブル２の上流側及び下流側から当該第３の処理領域Ｐ３に向かって通流してこようとするガス流れを阻止すれば良い。従って、突起部９２は、第３の処理領域Ｐ３を周方向に亘って囲む構成に代えて、第３の処理領域Ｐ３から見た時に、回転テーブル２の上流側及び下流側において、中心部領域Ｃ側から回転テーブル２の外縁部側に亘って伸びるように夫々形成されていても良い。
更にまた、突起部９２を設けることに代えて、第１のプラズマ発生用ガスノズル３４の上方側に、既述のノズルカバー５２を配置しても良い。この場合には、ノズルカバー５２における上面部が天壁部をなし、ノズルカバー５２の垂直面及び整流板５４が狭隘空間形成部をなす。そして、第１のプラズマ発生部８１の下方側における天板１１は、図１７（ａ）と同様に磁界を透過する材質により構成される。
更にまた、アンテナ８３及びファラデーシールド９５の表面を被覆するように例えば石英からなる保護膜を各々形成し、これらアンテナ８３及びファラデーシールド９５を真空容器１に設けても良い。
また、アンテナ８３について、図１８に示すように、平面で見た時に筐体９０の外形に沿うように概略扇形に形成しても良い。また、図１８に示すように、アンテナ８３に加えて、回転テーブル２の外周側に対向するように別のアンテナ８３ａを設けても良い。
更に、アンテナ８３としては、上下方向に伸びる軸周りに巻回することに代えて、図１９に示すように、回転テーブル２の回転方向に沿って伸びる軸の周りに巻回しても良い。
以上の各例において、ファラデーシールド９５を構成する材質としては、磁界をできるだけ透過するように、比透磁率のなるべく低い材質が好ましく、具体的には、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いても良い。また、ファラデーシールド９５のスリット９７の数量としては、少なすぎると真空容器１内に到達する磁界が小さくなり、一方多すぎるとファラデーシールド９５を製造しにくくなることから、例えばアンテナ８３の長さ１ｍに対して１００〜５００本程度であることが好ましい。更に、プラズマ発生用ガスノズル３２、３４のガス吐出孔３３について、回転テーブル２の回転方向上流側且つ下方側（斜め下）あるいは回転テーブル２の回転方向下流側且つ下方側を向くように形成しても良い。
また、第１のプラズマ発生部８１にて反応生成物の改質処理に用いる改質用ガスとしては、反応生成物を改質する活性種を生成すると共に、第１の処理ガス及び第２の処理ガスと反応しないガスが挙げられ、具体的にはアルゴンガス及び水素ガスの混合ガスに代えて、あるいはこれらアルゴンガスや水素ガスと共に、ヘリウム（Ｈｅ）ガスや窒素ガスを用いても良い。更に、既述のように第１のプラズマ発生部８１にガスの分離機能を持たせるためには、当該第１のプラズマ発生部８１の筐体９０の下方側の圧力は、当該筐体９０の回転テーブル２の回転方向上流側の雰囲気及び下流側の雰囲気（圧力調整部６５により調整される真空容器１内の圧力）よりも５〜３０Ｐａ程度高圧となるように、第１のプラズマ発生用ガスノズル３４から吐出するガス流量を設定すれば良い。この第１のプラズマ発生用ガスノズル３４から吐出するガス流量としては、具体的には真空容器１内に供給される全ガス流量（ノズル３１、３２、３４、４１、５１、７２、７３からの合計流量）の１０％〜４０％程度であれば良く、第１の処理ガスの５倍〜２０倍、第２の処理ガスの１倍〜５倍である。
筐体９０を構成する材質としては、石英に代えて、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、イットリアなどの耐プラズマエッチング材を用いても良いし、例えばパイレックスガラス（コーニング社の耐熱ガラス、商標）などの表面にこれら耐プラズマエッチング材をコーティングしても良い。即ち、筐体９０はプラズマに対する耐性が高く、且つ磁界を透過する材質（誘電体）により構成すれば良い。
また、ファラデーシールド９５の上方に絶縁板９４を配置して、当該ファラデーシールド９５とアンテナ８３との絶縁を取るようにしたが、この絶縁板９４を配置せずに、例えばアンテナ８３を石英などの絶縁材により被覆するようにしても良い。
また、以上の各例では、プラズマ発生部８１（８２）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、これらプラズマ発生部８１、８２としては、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。具体的にこれらプラズマ発生部８１、８２のうちプラズマ発生部８２を例に挙げて説明すると、図２０に示すように、プラズマ発生用ガスノズル３２に対して回転テーブル２の回転方向下流側には、一対の電極１４１、１４２が平行電極として設けられており、これら電極１４１、１４２は、真空容器１の側壁から気密に挿入されている。また、電極１４１、１４２には、整合器８４及び高周波電源８５が接続されている。尚、これら電極１４１、１４２の表面には、プラズマから当該電極１４１、１４２を保護するために、例えば石英などの保護被膜が形成されている。
このような第２のプラズマ発生部８２においても、電極１４１、１４２間の領域においてプラズマ発生用ガスがプラズマ化されてプラズマ処理が行われる。
ここで、既に述べたように、アンモニアガスのプラズマは、アルゴンガスのプラズマよりも寿命が長い。従って、アンモニアガスのプラズマを用いる場合には、当該プラズマを発生させるための第２のプラズマ発生部８２について、真空容器１の上方側あるいは真空容器１の内部に設けることに代えて、第２のプラズマ発生用ガスノズル３２の基端側（真空容器１の外側）に設けても良い。具体的には、図２１に示すように、第２のプラズマ発生用ガスノズル３２と整合器８４及び高周波電源８５との間には、ＩＣＰタイプあるいはＣＣＰタイプの第２のプラズマ発生部８２が設けられており、この第２のプラズマ発生部８２に対してアンモニアガスが供給されるように構成されている。
この構成の装置では、第２のプラズマ発生部８２により発生したアンモニアガスのプラズマが第２のプラズマ発生用ガスノズル３２を通流して真空容器１内のウエハＷに接触し、既述の例と同様にプラズマ窒化処理が行われる。
更に、第２の処理領域Ｐ２において第２の処理ガスを活性化させるにあたり、当該第２の処理ガスをプラズマ化することに代えて、第２の処理ガスを例えば１０００°程度に加熱することにより活性化しても良い。具体的には、図２２に示すように、第２のプラズマ発生用ガスノズル３２に沿うように、回転テーブル２の半径方向に沿って伸びると共に内部に図示しないヒーターの埋設された加熱ユニット１４３を設けても良い。図２２中１４４はスイッチ、１４５は電源部である。
このような装置では、第２のプラズマ発生用ガスノズル３２から真空容器１内に供給された第２の処理ガスは、加熱ユニット１４３により活性化されて活性種を生成する。そして、この活性種により、同様にウエハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスの成分が反応（窒化あるいは酸化）する。
また、アンモニアガスの活性種の寿命がアルゴンガスのプラズマよりも長いことから、この加熱ユニット１４３についても、真空容器１内に設けることに代えて、真空容器１の外側に設けても良い。
更に、第２の処理ガスとして酸素ガスを用いる場合（シリコン酸化膜を成膜する場合）には、図２３に示すように、酸素ガスからオゾン（Ｏ3）ガスを発生させるためのオゾナイザー１４６を例えば真空容器１の外側に設けて、ウエハＷに対してオゾンガスを用いて酸化反応を行うようにしても良い。
更にまた、第２の処理ガスを活性化する手法としては、図２４に示すように、紫外線（ＵＶ）をウエハＷに対して照射するためのランプ１４７を用いても良い。図２４中１４８は透明窓、１４９は透明窓１４８と天板１１との間に設けられたシール部材、１５０はランプ１４７を収納する筐体である。
このランプ１４７により第２の処理ガスに対して紫外線を照射すると、既述の例と同様に第２の処理ガスが活性化して、ウエハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスの成分が窒化あるいは酸化される。
次に、既述の図１の装置において、以下のシミュレーション条件で行ったシミュレーションについて説明する。尚、第１のプラズマ発生用ガスノズル３４については第１のプラズマ発生部８１の筐体９０における回転テーブル２の回転方向上流側に設置すると共に、第２のプラズマ発生用ガスノズル３２については第２のプラズマ発生部８２の筐体９０における回転テーブル２の回転方向下流側に設けた。また、以下に説明する圧力分布や質量濃度分布については、回転テーブル２から１ｍｍ上方における値を用いた。
（シミュレーション条件）
第１の処理ガス（ＤＣＳガス）の流量：０．３ｓｌｍ
第２の処理ガス（アンモニアガス）の流量：５ｓｌｍ
改質用ガス（アルゴンガス）の流量：１５ｓｌｍ
分離ガスノズル４１の分離ガスの流量：５ｓｌｍ
分離ガス供給管５１の分離ガスの流量：１ｓｌｍ
パージガス供給管７２、７３の分離ガスの合計流量：０．４ｓｌｍ
真空容器１内の圧力：２６６．６Ｐａ（２．０Ｔｏｒｒ）
回転テーブル２の回転数：２０ｒｐｍ
ウエハＷの加熱温度：５００℃
始めに、真空容器１内の圧力分布を図２５に示すと、第１のプラズマ発生部８１では、筐体９０の内部が例えば搬送アーム１０の進退領域などよりも高圧となっていることが分かった。
ここで、各ガスの流跡線を図２６〜図２９に示す。図２６に示す窒素ガスは、分離ガスノズル４１から左右両側に広がっていることが分かる。また、図２７のアルゴンガスは、筐体９０の内部に亘って広く拡散している一方、第３の処理領域Ｐ３に隣接する第１の処理領域Ｐ１や第２の処理領域Ｐ２には干渉していないことが分かる。図２８のアンモニアガスについては、同様に筐体９０の内部に亘って拡散し、第２の処理領域Ｐ２に隣接する分離領域Ｄや第３の処理領域Ｐ３には入り込んでいないことが分かる。図２９のＤＣＳガスは、ノズルカバー５２により回転テーブル２の回転方向に沿って通流しながら、排気口６１に排気されている。従って、既に詳述したように、第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、分離ガスや改質用ガスにより、互いに混合することが阻止されながら排気されている。また、筐体９０に突起部９２を設けることにより、アンモニアガス及びアルゴンガスが筐体９０の内部を広く拡散することが分かる。
続いて、各ガスの質量濃度分布をシミュレーションした結果を示す。窒素ガスについては、図３０に示すように、既述の流跡線の結果と同様に分離ガスノズル４１から左右両側に広がっている。アンモニアガスは、図３１に示すように、筐体９０の内部を拡散している。アルゴンガスは、図３２に示すように、第１のプラズマ発生部８１の筐体９０の内部を広く拡散すると共に、第１の処理領域Ｐ１や第２のプラズマ発生部８２の筐体９０（第２の処理領域Ｐ２）を避けるように通流している。ＤＣＳガスは、図３３に示すように、ノズルカバー５２の下方側において均一に分布している。
ここで、分離ガス、アンモニアガス及びアルゴンガスについて、既述の図３０〜図３２における各ガスの質量濃度が０％〜１０％の領域を拡大すると、即ちこれら図３０〜図３２においてガスが僅かでも拡散している領域を見ると、図３４〜図３６の結果が得られた。具体的には、窒素ガスは、第１のプラズマ発生部８１の筐体９０の内部には入り込んでいないことが分かった。アンモニアガスについては、第２のプラズマ発生部８２の筐体９０から左右両側に抜け出ると、速やかに排気口６２に向かって通流している。アルゴンガスは、第１の処理領域Ｐ１や分離領域Ｄには回り込んでいない。
１ 真空容器
２ 回転テーブル
Ｄ 分離領域
Ｗ ウエハ
３１ 処理ガスノズル
３２ 第２のプラズマ発生用ガスノズル
３４ 第１のプラズマ発生用ガスノズル
４１ 分離ガスノズル
６１、６２ 排気口
８１ 第１のプラズマ発生部
８２ 第２のプラズマ発生部
９２ 突起部
９５ ファラデーシールド
９７ スリット
Ｐ１〜Ｐ３ 処理領域

Claims (3)

  1. 真空容器内にて互いに反応する複数種類の処理ガスを順番に供給するサイクルを複数回行って、基板に薄膜を成膜する成膜装置において、
    前記真空容器内に設けられ、基板を載置する基板載置領域がその一面側に形成されると共に、この基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
    この回転テーブルの周方向に互いに離間した第１の処理領域及び第２の処理領域に対して、基板の表面に吸着する第１の処理ガス及びこの基板の表面に吸着した第１の処理ガスの成分を反応させて反応生成物を形成するための第２の処理ガスを夫々供給する第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部と、
    前記回転テーブルの回転方向上流側から見て前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との間に位置する分離領域に対して、これら処理領域の雰囲気を分離するために分離ガスを供給する分離ガス供給部と、
    前記回転テーブルの回転方向上流側から見て前記第２の処理領域と前記第１の処理領域との間に位置し、基板上の反応生成物に対してプラズマにより改質処理を行うための改質領域と、
    前記改質領域の上方側における前記真空容器の天板に形成された開口部と、
    前記開口部に嵌合すると共に当該開口部の口縁部との間にシール部が形成された誘電体からなる筐体と、
    前記第１の処理ガス及び第２の処理ガスと反応しない改質用ガスを前記改質領域に供給するための改質用ガス供給部と、
    前記改質用ガスをプラズマ化するための第１のプラズマ発生部と、
    前記回転テーブルの周方向において前記改質領域の両側に隣接する隣接領域から当該改質領域へのガスの侵入を阻止するために、前記筐体の下面に、当該改質領域を囲むようにかつ前記隣接領域における真空容器の天井面よりも低い位置まで伸び出して設けられ、前記回転テーブルとの間に狭隘な空間を形成するための突起部と、を備え、
    前記改質領域は、前記隣接領域よりも高圧に設定され、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの混合を阻止するための分離領域として設けられたものであり、
    前記第１のプラズマ発生部は、
    改質用ガスを誘導結合によりプラズマ化するために、前記回転テーブルの一面側に対向するように前記筐体内に設けられたアンテナと、
    このアンテナと改質領域との間に介在して設けられ、前記アンテナの周囲に発生した電磁界における電界成分の通過を阻止すると共に磁界を基板側に通過させるために、前記アンテナと各々直交する方向に伸びるスリットが当該アンテナの伸びる方向に多数配列された導電性の板状体からなる、接地されたファラデーシールドと、を備えたことを特徴とする成膜装置。
  2. 第２の処理ガスをプラズマ化するための第２のプラズマ発生部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記第２のプラズマ発生部は、
    第２の処理ガスを誘導結合によりプラズマ化するために、前記回転テーブルの一面側に対向するように設けられた第２のアンテナと、
    この第２のアンテナと第２の処理領域との間に介在して設けられ、前記第２のアンテナの周囲に発生した電磁界における電界成分の通過を阻止すると共に磁界を基板側に通過させるために、前記第２のアンテナと各々直交する方向に伸びるスリットが当該第２のアンテナの伸びる方向に多数配列された導電性の板状体からなる、接地されたファラデーシールドと、を有することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
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