プラズマ処理装置
【課題】効率的に高品質な膜を成膜することができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置は、処理容器内に配置され、その上に被処理基板Ｗを支持する支持台３４と、支持台３４の上方側を覆って支持台３４との間に小容積領域Ｓを形成可能な第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であって、成膜ガスを供給する第一のガス供給孔６８が一方面側に開口するように設けられている板状のヘッド部６２を有し、成膜ガス等の供給を行うガス供給機構６１と、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗの外方側に設けられたガス排気孔７０を有し、ガスの排気を行うガス排気機構とを備える。
【解決手段】プラズマ処理装置は、処理容器内に配置され、その上に被処理基板Ｗを支持する支持台３４と、支持台３４の上方側を覆って支持台３４との間に小容積領域Ｓを形成可能な第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であって、成膜ガスを供給する第一のガス供給孔６８が一方面側に開口するように設けられている板状のヘッド部６２を有し、成膜ガス等の供給を行うガス供給機構６１と、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗの外方側に設けられたガス排気孔７０を有し、ガスの排気を行うガス排気機構とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置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プラズマ処理装置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）トランジスタ等に代表される半導体素子のゲート酸化膜等への高耐圧特性や優れたリーク特性が要求される絶縁層を形成する場合、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることが一般的であった。しかし、高い絶縁性が要求されるシリコン酸化膜を成膜する場合において、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等が形成されている場合、低融点金属の溶融等が生じる問題があった。
【０００３】
一方、近年のデバイスの高集積化の観点から、３次元構造等への段差被覆性や均一性、絶縁膜内および界面に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】
昨今においては、半導体素子に要求される特性の向上の観点から、成膜のさらなる薄膜化や成膜された薄膜の膜厚の均一化等、膜質の向上が求められている。
【０００７】
ここで、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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
この発明の目的は、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プラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るプラズマ処理装置は、下方側に位置する底部および底部の外周側から上方側に延びる側壁を含み、密封可能であって、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を支持する支持台と、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、支持台の上方側を覆って支持台との間に小容積領域を形成可能な第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であって、成膜ガスを供給する第一のガス供給孔が一方面側に開口するように設けられている板状のヘッド部を有し、成膜ガスの供給を行う成膜ガス供給機構と、ヘッド部が第一の位置にあるときに処理容器内の空間から小容積領域を遮断する遮断機構とを備える。
【００１３】
このようなプラズマ処理装置によると、ヘッド部が第一の位置にある状態、すなわち、ヘッド部が支持台の上方側を覆い、支持台とヘッド部との間に小容積領域を形成し、処理容器内の空間から小容積領域を遮断している状態において、成膜ガスの供給を行う。そうすると、成膜ガスの供給は処理容器の空間よりも狭い領域であるため、成膜ガスの供給に要する時間や圧力調整の時間の短縮を図ることができる。また、ヘッド部が支持台の上方側を覆うようにして小容積領域が形成されているため、成膜ガスを被処理基板に供給させている間も処理容器内にプラズマを継続して発生させておくことができる。そうすると、成膜を行った後にヘッド部を第二の位置に移動させて、そのままプラズマ処理を行うことができ、プラズマを発生し安定させるために要する時間や処理容器内の圧力をプラズマ処理に最適な圧力とするための時間を省略することができる。したがって、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、この場合、処理容器内の空間から小容積領域が遮断されているため、プラズマ処理を行う際に、処理容器の内壁面が成膜ガスに曝されることがなく、処理容器の内壁面への反応生成物の付着の抑制やパーティクル発生の抑制、処理容器の内壁面のクリーニング工程数の減少を図ることができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、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。
【００１４】
好ましくは、遮断機構は、支持台上に支持された被処理基板の外方側に設けられたガス排気孔を有し、ガスの排気を行うガス排気機構を含む。
【００１５】
さらに好ましくは、遮断機構は、支持台上に支持された被処理基板の周縁に設けられ、パージガスを供給可能な第二のガス供給孔を有し、第二のガス供給孔からパージガスを供給するパージガス供給機構を含む。
【００１６】
さらに好ましくは、第二のガス供給孔は、ガス排気孔の外方側に設けられている。
【００１７】
さらに好ましくは、パージガス供給機構は、小容積領域から外れるようにパージガスを供給する。
【００１８】
さらに好ましくは、ガス排気孔および第二のガス供給孔のうちの少なくともいずれか一方は、径方向に複数設けられている。
【００１９】
さらに好ましくは、ガス排気孔は、ヘッド部に設けられており、パージガス供給機構は、支持台の外方側に設けられ、第二のガス供給孔が設けられたパージガス供給部材を含む。
【００２０】
さらに好ましくは、ガス排気孔および第二のガス供給孔のうちの少なくともいずれか一方は、環状に設けられている。
【００２１】
さらに好ましくは、ガス排気孔は、ヘッド部に設けられており、成膜ガス供給機構は、支持台上に支持された被処理基板の外方側でガス排気孔に対向する位置であって、支持台の上に着脱可能なフォーカスリングを含む。
【００２２】
さらに好ましくは、成膜ガス供給機構は、側壁側から延びてヘッド部に連結され、ヘッド部を支持する支持部を含み、ガス排気機構は、支持部の内部に設けられ、ガス排気孔に通じ、排気されたガスの通路となるガス排気路を含み、成膜ガス供給機構は、支持部の内部に設けられ、第一のガス供給孔に通じ、供給する成膜ガスの通路となる第一のガス供給路を含み、第一のガス供給路は、ガス排気路の内側となるように多重に設けられている。
【００２３】
さらに好ましくは、処理容器には、側壁の一部が外方側に延びるようにして形成されており、ヘッド部を収容可能な収容部が設けられており、第二のガス供給孔は、ヘッド部に設けられており、ガス排気機構は、ヘッド部が処理容器内に位置するときにガスを排気し、パージガス供給機構は、ヘッド部が収容部に位置するときにパージガスを供給する。
【００２４】
さらに好ましい一実施形態として、第二のガス供給孔とガス排気孔とは、同じ孔である。
【００２５】
さらに好ましくは、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構を備える。
【００２６】
さらに好ましい一実施形態として、被処理基板移動機構は、その上に被処理基板を載置可能であって、所定の箇所を基準として相対的に回転可能な載置部を備える。そして、所定の箇所を基準とした載置部の相対的な回転運動により、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方を行うよう構成してもよい。
【００２７】
また、処理容器内の排気を行う第一の排気系統と、小容積領域内の排気を行う第二の排気系統とを備え、第一の排気系統と第二の排気系統とは、それぞれ別個に設けられているよう構成してもよい。
【００２８】
さらに好ましくは、プラズマ発生手段は、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と、支持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を処理容器内に導入する誘電体窓とを含む。
【００２９】
さらに好ましい一実施形態として、プラズマ発生手段は、複数のスロット孔が設けられており、誘電体窓の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体窓に放射するスロットアンテナ板を含む。
【発明の効果】
【００３０】
このようなプラズマ処理装置によると、ヘッド部が第一の位置にある状態、すなわち、ヘッド部が支持台の上方側を覆い、支持台とヘッド部との間に小容積領域を形成し、処理容器内の空間から小容積領域を遮断している状態において、成膜ガスの供給を行う。そうすると、成膜ガスの供給は処理容器の空間よりも狭い領域であるため、成膜ガスの供給に要する時間や圧力調整の時間の短縮を図ることができる。また、ヘッド部が支持台の上方側を覆うようにして小容積領域が形成されているため、成膜ガスを被処理基板に供給させている間も処理容器内にプラズマを継続して発生させておくことができる。そうすると、成膜を行った後にヘッド部を第二の位置に移動させて、そのままプラズマ処理を行うことができ、プラズマを発生し安定させるために要する時間や処理容器内の圧力をプラズマ処理に最適な圧力とするための時間を省略することができる。したがって、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。プラズマ処理を行う際にも、処理容器の内壁面が成膜ガスに曝されることがないため、処理容器の内壁面への反応生成物の付着の抑制やパーティクル発生の抑制、処理容器の内壁面のクリーニング工程数の減少を図ることができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＭＯＳ型半導体素子の一部を示す概略断面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図３】図２に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を板厚方向から見た図である。
【図４】誘電体窓の下面からの距離とプラズマの電子温度との関係を示すグラフである。
【図５】誘電体窓の下面からの距離とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
【図６】図２に示すプラズマ処理装置に含まれるヘッド部の一部を、図２中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。
【図７】図６に示すヘッド部の一部を示す断面図であり、図２中のＶＩＩＩで示す部分の拡大断面図である。
【図８】図２に示すプラズマ処理装置において、ヘッド部が収容部に収容された状態を示す概略断面図である。
【図９】成膜ガス吸着工程において、被処理基板Ｗにガスを供給する際のシーケンスを概略的に示す図である。
【図１０】処理の流れを示す簡単なチャート図である。
【図１１】ガス供給機構等の一部を示す概略断面図であり、アルゴンガスのみを第一のガス供給孔から供給する場合を示す。
【図１２】ガス供給機構等の一部を示す概略断面図であり、アルゴンガスおよびプリカーサガスを混合した成膜ガスを第一のガス供給孔から供給する場合を示す。
【図１３】処理容器全体におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。
【図１４】支持台とヘッド部との間に形成される小容積領域におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。
【図１５】整合時間とチューナーポジションの変化を示したグラフである。
【図１６】この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図１７】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図１８】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図１９】図１８に示すプラズマ処理装置を用いて被処理基板Ｗの成膜を行う際のシーケンスを概略的に示す図である。
【図２０】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２１】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２２】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２３】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２４】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２５】ヘッド部が上下方向に回転するようにして移動するプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。
【図２６】ヘッド部が水平方向に移動可能なプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２７】ヘッド部が水平方向に回転可能なプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２８】図２６に示す支持部のうちの根元部付近の一部の構成を示す概略断面図である。
【図２９】図２６に示す支持部のうちの根元部付近の一部の構成を示す概略断面図であり、図２８に示す断面を９０度回転させた場合の断面に相当する。
【図３０】図２６に示す支持部のうちの根元部付近の一部の構成を示す概略断面図であり、図２９中のＸＸＸ−ＸＸＸ断面に相当する。
【図３１】排気系統を２つ有するプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。
【図３２】排気系統が１つのプラズマ処理装置における排気の流れを示す図である。
【図３３】排気系統を２つ有するプラズマ処理装置における排気の流れを示す図である。
【図３４】第一および第二の処理空間を行き来可能なヘッド部を備えるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図３５】プラズマ処理システムの構成を概略的に示す概略図である。
【図３６】回転可能な支持台付近を概略的に示す概略斜視図である。
【図３７】固定された支持台付近を概略的に示す概略斜視図である。
【図３８】ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台の一部を示す概略断面図であり、支持台上に被処理基板Ｗが支持された状態を示す。
【図３９】ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台の一部を示す概略断面図であり、ピンの上側端部に被処理基板Ｗを載せた状態を示す。
【図４０】ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台の一部を示す概略断面図であり、載置部の上面と被処理基板Ｗの下面が対向した位置にある状態を示す。
【図４１】ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台の一部を示す概略断面図であり、載置部に被処理基板Ｗを載置した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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プラズマ処理装置によって製造される半導体素子の構成について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置によって製造されるＭＯＳ型半導体素子の一部を示す概略断面図である。なお、図１に示すＭＯＳ型半導体素子において、導電層をハッチングで示している。
【００３３】
図１を参照して、ＭＯＳ型半導体素子１１には、シリコン基板１２上に、素子分離領域１３、ｐ型ウェル１４ａ、ｎ型ウェル１４ｂ、高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａ、高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂ、ｎ型不純物拡散領域１６ａ、ｐ型不純物拡散領域１６ｂ、およびゲート酸化膜１７が形成されている。ゲート酸化膜１７を間に挟むように形成される高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａおよび高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂのいずれか一方は、ドレインとなり、他方はソースとなる。
【００３４】
また、ゲート酸化膜１７の上には、導電層となるゲート電極１８が形成されており、ゲート電極１８の側部には、絶縁膜となるゲート側壁部１９が形成される。さらに、上記したゲート電極１８等が形成されたシリコン基板１２の上には、絶縁膜２１が形成される。絶縁膜２１には、高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａおよび高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂに連なるコンタクトホール２２が形成され、コンタクトホール２２内には穴埋め電極２３が形成される。さらにその上に導電層となるメタル配線層２４が形成される。さらに、絶縁層となる層間絶縁膜（図示せず）および導電層となるメタル配線層を交互に形成し、最後に外部との接点となるパッド（図示せず）を形成する。このようにＭＯＳ型半導体素子１１が形成されている。
【００３５】
この発明に係るプラズマ処理装置によって製造される半導体素子には、後述するように、被処理基板上に成膜ガスを吸着させてプラズマ処理を行うことで形成されたシリコン酸化膜が、例えば、ゲート酸化膜１７として含まれる。また、この発明に係るプラズマ処理装置によって成膜される絶縁膜は、上記したゲート酸化膜を構成するシリコン酸化膜であって、被処理基板上に成膜ガスを吸着させてプラズマ処理することにより成膜されている。
【００３６】
次に、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成および動作について説明する。
【００３７】
図２は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。また、図３は、図２に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を下方側、すなわち、図２中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。なお、図２および後述する図８において、理解の容易の観点から、部材の一部のハッチングを省略している。また、図２および後述する図８中の二点鎖線で、処理容器内に発生させたプラズマを模式的に示している。
【００３８】
図２および図３を参照して、プラズマ処理装置３１は、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理容器３２と、処理容器３２内にプラズマ処理用の反応ガスを供給するプラズマ処理用のガス供給部３３と、その上に被処理基板Ｗを支持する円板状の支持台３４と、処理容器３２内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構３９と、成膜ガスやパージガスの供給を行うガス供給機構と、ガスの排気を行うガス排気機構と、プラズマ処理装置３１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、プラズマ処理用のガス供給部３３におけるガス流量、処理容器３２内の圧力等、プラズマ処理装置３１全体の制御を行なう。
【００３９】
処理容器３２は、支持台３４の下方側に位置する底部４１と、底部４１の外周から上方向に延びる側壁４２とを含む。側壁４２は、一部を除いて略円筒状である。処理容器３２の底部４１には、その一部を貫通するように排気用の排気孔４３が設けられている。処理容器３２の上部側は開口しており、処理容器３２の上部側に配置される蓋部４４、後述する誘電体窓３６、および誘電体窓３６と蓋部４４との間に介在するシール部材としてのＯリング４５によって、処理容器３２は密封可能に構成されている。
【００４０】
プラズマ処理用のガス供給部３３は、側壁４２の上部側の一部において、処理容器３２内にプラズマ処理用ガスを供給する複数のプラズマ処理用のガス供給孔４６を設けることにより形成されている。複数のプラズマ処理用のガス供給孔４６は、周方向に等配に設けられている。プラズマ処理用のガス供給部３３には、反応ガス供給源（図示せず）からプラズマ処理用のガスが供給される。
【００４１】
支持台３４は、静電チャック（図示せず）によりその上に被処理基板Ｗを支持可能である。また、支持台３４は、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。支持台３４は、底部４１の下方側から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部４９に支持されている。上記した排気孔４３は、筒状支持部４９の外周に沿って処理容器３２の底部４１の一部を貫通するように設けられている。環状の排気孔４３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。排気装置により、処理容器３２内を所定の圧力まで減圧することができる。
【００４２】
プラズマ発生機構３９は、処理容器３２外に設けられており、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３５と、複数のスロット孔４０が設けられており、誘電体窓３６の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体窓３６に放射するスロットアンテナ板３７と、スロットアンテナ板３７の上方側に配置され、後述する同軸導波管５４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３８とを含む。
【００４３】
マッチング機構５１を有するマイクロ波発生器３５は、モード変換器５２および導波管５３を介して、マイクロ波を導入する同軸導波管５４の上部に接続されている。例えば、マイクロ波発生器３５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管５３を通り、モード変換器５２によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管５４を伝播する。マイクロ波発生器３５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。
【００４４】
誘電体窓３６は、略円板状であって、誘電体で構成されている。なお、誘電体窓３６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。
【００４５】
スロットアンテナ板３７は、薄板状であって、円板状である。複数の長孔状のスロット孔４０については、図３に示すように、一対のスロット孔４０が略ハの字状に直交するように設けられており、一対をなしたスロット孔４０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、複数の一対のスロット孔４０が所定の間隔を開けて設けられている。
【００４６】
マイクロ波発生器３５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管５４を通って、誘電体部材３８に伝播され、スロットアンテナ板３７に設けられた複数のスロット孔４０から誘電体窓３６に放射される。誘電体窓３６を透過したマイクロ波は、誘電体窓３６の直下に電界を生じさせ、処理容器３２内にプラズマを生成させる。すなわち、プラズマ処理装置３１において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３７および誘電体部材３８を含むラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎａ）により生成されている。
【００４７】
図４は、プラズマ処理装置３１においてプラズマを発生させた際の処理容器３２内における誘電体窓３６の下面４８からの距離とプラズマの電子温度との関係を示すグラフである。図５は、プラズマ処理装置３１においてプラズマを発生させた際の処理容器３２内における誘電体窓３６の下面４８からの距離とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
【００４８】
図４および図５を参照して、誘電体窓３６の直下の領域、具体的には、一点鎖線で示すおおよそ１０ｍｍ程度までの領域２６は、いわゆるプラズマ生成領域と呼ばれる。この領域２６においては、プラズマの電子温度が１．５〜２．５ｅＶ程度であって比較的高く、プラズマの電子密度が１×１０１２ｃｍ−３よりも大きい。一方、二点鎖線で示す１０ｍｍを越える領域２７は、プラズマ拡散領域と呼ばれる。この領域２７においては、プラズマの電子温度が１．０〜１．３ｅＶ程度、少なくとも１．５ｅＶよりも低く、プラズマの電子密度が１×１０１２ｃｍ−３程度、少なくとも１×１０１１ｃｍ−３よりも高い。プラズマ処理装置３１の処理容器３２内においては、マイクロ波により励起され、このようなプラズマの状態となっている。そして、後述する被処理基板Ｗに対するプラズマ処理は、プラズマ拡散領域で行なわれる。すなわち、プラズマ処理工程は、被処理基板の表面近傍において、プラズマの電子温度が１．５ｅＶよりも低く、かつプラズマの電子密度が１×１０１１ｃｍ−３よりも高いマイクロ波プラズマを用いた処理である。
【００４９】
次に、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置３１に備えられるガス供給機構および遮断機構の構成について説明する。図６は、後述するヘッド部６２の一部を、図２に示す矢印ＩＩＩの方向から見た図である。図７は、図６に示すヘッド部６２の一部を示す断面図であり、図２中のＶＩＩで示す部分の拡大断面図である。
【００５０】
図２、図６および図７を参照して、ガス供給機構６１は、円板状のヘッド部６２と、処理容器３２の側壁４２側から延び、内方側部分である内方側端部６５がヘッド部６２に接続されてヘッド部６２を支持する支持部６６とを含む。
【００５１】
ヘッド部６２は、支持台３４の上方側を覆って支持台３４との間に小容積領域Ｓを形成可能な第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能である。小容積領域Ｓとは、処理容器３２全体の大容積の領域と比較し、ヘッド部６２と支持台３４との間に形成される小さな容積の領域をいう。なお、第一および第二の位置については、後述する。
【００５２】
円板状のヘッド部６２は、その外径側領域から板厚方向下方側に延びる環状の延出部６７を備える。ヘッド部６２は、被処理基板Ｗよりも大きく構成されている。そして、延出部６７は、ヘッド部６２において、板厚方向から見た場合に、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗよりも外径側に位置するように設けられている。上記した第一の位置とは、この場合、ヘッド部６２が支持台３４の上方側を覆う位置である。第一の位置においては、支持台３４の外径側の上面４７と延出部６７を構成する下面６３とが対向する。
【００５３】
ヘッド部６２は、ヘッド部６２が第一の位置、すなわち、支持台３４上に配置された際に、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗに対向する位置に設けられ、成膜ガスやパージガスを供給する第一のガス供給孔６８を含む。第一のガス供給孔６８は、ヘッド部６２の下方側に位置する面の一部を開口するように複数設けられている。複数の第一のガス供給孔６８は、図６中縦方向および横方向に所定の間隔を開けて、それぞれ略等配に設けられている。なお、第一のガス供給孔６８については、単一であってもよい。すなわち、第一のガス供給孔６８については、ヘッド部６２の下方側に位置する面の一部を開口するように単一で設けられていてもよい。
【００５４】
ヘッド部６２の内部および支持部６６の内部には、一方側が各第一のガス供給孔６８に通じ、他方側が処理容器３２外に設けられ、成膜ガスやパージガスを供給するガス供給部（図示せず）に通ずる第一のガス供給路６９が設けられている。ガス供給機構６１は、第一のガス供給路６９および複数の第一のガス供給孔６８を介して、処理容器３２の外部側から被処理基板Ｗに対して、成膜ガスやパージガスを供給する。ヘッド部６２は、小容積領域Ｓへのプラズマを遮蔽するために金属で構成されている。ヘッド部６２の材質としては、具体的には、例えば、アルマイトやイットリア等により酸化皮膜が形成されたアルミニウムが好適に用いられる。
【００５５】
処理容器３２内の空間から小容積領域Ｓを遮断する遮断機構６４は、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗの外方側に設けられたガス排気孔７０および後述するガス排気路７１を有し、ガスの排気を行うガス排気機構を含む。ガス排気孔７０は、ヘッド部６２のうち、延出部６７の下面６３に開口を有し、下面６３から凹むように設けられている。ガス排気孔７０は、環状に連なった形状である。すなわち、環状の延出部６７の形状に沿って設けられている。
【００５６】
板厚方向から見た場合に延出部６７が位置する部分であって、ヘッド部６２の周縁における内部には、一方側がガス排気孔７０に通じ、他方側が処理容器３２外に設けられ、余剰の成膜ガス等を排気するガス排気部（図示せず）に通ずるガス排気路７１が設けられている。ガス排気機構は、ガス排気路７１および環状のガス排気孔７０を介して、処理容器３２の外部に、ガス供給機構６１から供給された余剰の成膜ガス等を排気する。
【００５７】
また、遮断機構６４は、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗの周縁に設けられ、パージガスを供給可能な第二のガス供給孔を有し、第二のガス供給孔からパージガスを供給するパージガス供給機構を含む。ここで、上記したガス排気孔７０は、第二のガス供給孔を兼ねるものである。
【００５８】
ヘッド部６２の周縁における内部には、一方側が第二のガス供給孔に通じ、他方側が処理容器３２外に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部（図示せず）に通ずる第二のガス供給路が設けられている。ここで、上記したガス排気路７１は、第二のガス供給路を兼ねるものである。すなわち、第二のガス供給路を兼ねるガス排気路７１および第二のガス供給孔を兼ねるガス供給孔８０を介して、処理容器３２の外部側からパージガスを供給することができる。
【００５９】
なお、遮断機構６４は、ガス排気機構のみを備えていてもよく、パージガス供給機構のみを備えていてもよい。
【００６０】
また、プラズマ処理装置３１に備えられる処理容器３２には、側壁４２の一部が外方側に延びるようにして形成されており、ヘッド部６２を収容可能な収容部７６が設けられている。収容部７６は、側壁４２の一部から外方側に向かって真直ぐ延びるようにして形成されている。なお、この収容部７６内の領域が、図２に示すプラズマ処理装置３１におけるヘッド部６２が移動可能な第二の位置となる。
【００６１】
上記したようにヘッド部６２は、支持台３４の上方側である第一の位置、および収容部７６内である第二の位置に移動可能である。すなわち、ヘッド部６２は、図２に示す矢印Ａ１の方向またはその逆の方向に移動可能である。なお、ヘッド部６２が第一の位置に配置された場合を図２で示し、ヘッド部６２が第二の位置に配置された場合を、図８で示している。図８は、図２に示すプラズマ処理装置３１において、ヘッド部６２が収容部７６に収容された状態を示す概略断面図である。
【００６２】
また、プラズマ処理装置３１には、収容部７６内の領域と収容部７６外の領域、ここでは、処理容器３２との領域を遮断する遮断機構としての遮蔽板７７が設けられていてもよい。遮蔽板７７は、側壁４２の内壁面７８に沿って、図２中の矢印Ａ２の方向またはその逆の方向に移動可能である。遮蔽板７７により、収容部７６内の領域と収容部７６外の領域を遮蔽した場合を、図８に示している。
【００６３】
次に、図１〜図８、図９、図１０、図１１、および図１２を用いて、絶縁膜を含む半導体素子を製造する方法について説明する。図９は、図２に示すプラズマ処理装置３１を用いて、成膜ガス吸着工程において、被処理基板Ｗにガスを供給する際のシーケンスを概略的に示す図である。図９においては、ヘッド部６２、被処理基板Ｗ、および支持台３４を模式的に示している。図１０は、処理の流れを示す簡単なチャート図である。図１０においては、（Ａ）から（Ｈ）に向かって時間が経過していくものである。なお、図１０において、折れ線で示すチャートについては、上側に位置する場合、各ガスの供給状態またはプラズマの生成状態を示し、下側に位置する場合、各ガスの供給停止状態を示す。図１１および図１２は、ガス供給機構６１等の一部を示す概略断面図である。図１１は、アルゴンガスのみを第一のガス供給孔６８から供給する場合を示す。図１２は、アルゴンガスおよびプリカーサガスを混合した成膜ガスを第一のガス供給孔６８から供給する場合を示す。図１１および図１２においては、理解の容易の観点から、第一のガス供給路６９との接続部分については、概略的に示している。
【００６４】
ここで、図１１に示すガス供給機構６１の構成について簡単に説明する。図１１を参照して、ガス供給機構６１は、アルゴンガスの供給系統５５ａと、プリカーサガスの供給系統５５ｂとを備える。アルゴンガスの供給系統５５ａは、流量を調整するＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５６ａと、パイプ５８ａと、パイプ５８ａの間において、開閉によりアルゴンガスの供給および停止を行うバルブ５７ａとを備える。また、プリカーサガスの供給系統５５ｂは、プリカーサガスの流量を調整するＭＦＣ５６ｂと、パイプ５８ｂと、各所において開閉によりプリカーサガスの供給および停止を行うバルブ５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ、５７ｅとを備える。バルブ５７ａの下流側のパイプとバルブ５７ｃの下流側のパイプとは、共用されており、ヘッド部６２内に設けられた第一のガス供給路６９に連結されている。図１２に示すガス供給機構６１については、図１１に示す符号と同じ符号を付して、その説明を省略する。なお、バルブ５７ａ〜５７ｅにおいて、ハッチングで示している状態のときは、閉じられている状態を示し、白抜きで示している状態のときは、開けられている状態を示す。
【００６５】
なお、後述するプラズマ処理時における支持台３４の温度は、例えば、１００〜６００℃、好ましくは、３００〜４００℃の間の任意の温度が選択される。
【００６６】
処理の開始（図１０（Ａ））後、すなわち、被処理基板Ｗを静電チャックにより支持させた後、まず、プラズマを発生させる。プラズマ発生の際には、処理容器３２内にアルゴンガス、酸素ガスの供給を開始し、マイクロ波プラズマを生成する。ヘッド部６２については、アルゴンガスの供給を開始する。具体的には、図１１に示すように、バルブ５７ａを開ける。そうすると、ヘッド部６２に設けられた第一のガス供給路６９にアルゴンガスが供給される。ここで、被処理基板Ｗの上部側の領域においては、ヘッド部６２に覆われた状態ではなく、プラズマに曝された状態であり、初期における処理の下地層となる被処理基板Ｗの上面の酸化処理が行われる（図１０（Ｂ））。
【００６７】
次に、ヘッド部６２を第一の位置、すなわち、被処理基板Ｗがその上に支持された支持台３４の上方側に移動させる（図１０（Ｃ））。そして、支持台３４とヘッド部６２との間に小容積領域Ｓを形成する。その後、第一のガス供給孔６８から、パージガスを被処理基板Ｗに向けて供給する（図９（Ｋ１）、図１０（Ｄ））。この場合、パージガスとしてのアルゴンガスは、既に供給されている。また、ヘッド部６２におけるガスの排気を行う。排気については、上記したガス排気機構を用いて行う。
【００６８】
次に、成膜ガスを供給する（図９（Ｋ２）、図１０（Ｅ））。具体的には、プリカーサガスを含む成膜ガスを複数の第一のガス供給孔６８から噴出するようにして供給する。この場合、アルゴンガスの供給は連続しておいて、プリカーサガスを併せて供給するようにする。すなわち、図１２に示すように、バルブ５７ａを開けたまま、バルブ５７ｂ、５７ｃを開ける。そうすると、バルブ５７ａとバルブ５７ｃの下流側において、アルゴンガスとプリカーサガスが混合され、ヘッド部６２に設けられた第一のガス供給路６９に供給される。この実施形態においては、成膜ガスは、アルゴンガスとプリカーサガスとの混合ガスであり、それぞれの流量については、アルゴンガスが５００ｓｃｃｍであり、プリカーサガスが１００ｓｃｃｍである。なお、プリカーサガスとしては、ＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ−ｔｅｒｔｉａｒｙｌ−ｂｕｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ−ｓｉｌａｎｅ）を含むガスを用いている。また、ヘッド部６２におけるガスの排気を行う。このガスの排気は、連続して行われていてもよい。
【００６９】
ここで、圧力について説明する。図１３は、処理容器全体におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。図１４は、支持台３４とヘッド部６２との間に形成される小容積領域Ｓにおけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。図１３および図１４中、縦軸は、到達時間（秒）を示し、横軸は、ガス流量（ｓｃｃｍ）を示す。なお、ガス流量は、Ａｒ（アルゴン）ガス換算で示している。図１３および図１４に示すグラフは、１Ｔｏｒｒから３Ｔｏｒｒに昇圧する場合のグラフである。図１３に示す場合において、処理容器３２全体の容積は、約５４リットルである。図１４に示す場合において、支持台３４とヘッド部６２との間に形成される小容積領域Ｓの容積は、約０．７５リットルである。なお、このような容積は、例えば、プラズマ処理装置３１において処理する被処理基板Ｗの直径を３００ｍｍとした場合を想定している。
【００７０】
図１３および図１４を参照して、いずれのガス流量においても、３Ｔｏｒｒに到達するまでに要する時間は、図１４に示す場合の方が、大幅に短くなっていることが把握できる。なお、支持台３４とヘッド部６２の間に形成される小容積領域Ｓの容積は、例えば、処理容器３２の全体の容積の５０％以内であることが好ましい。また、小容積領域Ｓの容積は、処理容器３２の全体の容積の２０％以内であればさらに好ましい。ここで、上記した図１３および図１４に示す場合であれば、小容積領域Ｓの容積は、処理容器３２の全体の容積のおおよそ１．４％となる。
【００７１】
このようにして、第一のガス供給孔６８から、成膜ガスを被処理基板Ｗに向けて供給する。そうすると、被処理基板Ｗ上にプリカーサガス分子がおおよそ１層化学吸着される。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プリカーサガス分子の吸着の層、すなわち、過吸着の物理吸着層が形成される。
【００７２】
成膜ガスを被処理基板Ｗ上に化学吸着させた後、過吸着のプリカーサガスを含む成膜ガスを除去するための物理吸着層除去工程、および小容積領域Ｓ内のガスの置換を行うため、パージガスを供給する（図９（Ｋ３）、図１０（Ｆ））。パージガスの供給に際しては、プリカーサガスの供給を停止し、ヘッド部６２に設けられた第一のガス供給孔６８からアルゴンガスの供給のみを行うことによりなされる。この実施形態においては、パージガスとして、アルゴンガスを５００ｓｃｃｍの流量にて供給する。また、ヘッド部６２におけるガスの排気を行う。このガスの排気は、連続して行われていてもよい。
【００７３】
次に、パージガスを供給した後、マイクロ波による化学吸着層のプラズマ処理を行う。この実施形態においては、プラズマ処理用ガスは、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスであり、それぞれの流量については、アルゴンガスが５００ｓｃｃｍであり、酸素ガスが６０ｓｃｃｍである。プラズマ処理に際しては、ヘッド部６２を第２の位置となる収容部７６に移動して収容後（図９（Ｋ４）、図１０（Ｇ））、遮蔽板７７を上方向に移動させ、収容部７６内と収容部７６外とを遮蔽板７７により遮断する。その後、被処理基板Ｗを処理容器３２内の誘電体窓３６の直下に置く状態、すなわち、ヘッド部６２によって覆われていない状態とし、被処理基板Ｗの上に形成されたシリコン原子を含む化学吸着層のマイクロ波によるプラズマ処理を行う（図１０（Ｈ））。このとき、処理容器３２内には、連続してプラズマが生成されている。この場合のマイクロ波によるプラズマ処理は、シリコン原子の酸化処理である。このプラズマ処理は、上記したプラズマ拡散領域で行う。
【００７４】
このようにして、原子層が一層程度形成された成膜を行う。そして、この一連の流れを、プラズマを発生させた状態のまま、所望の膜厚となるまで繰り返す。すなわち、図１０における（Ｃ）から（Ｈ）までの工程を１サイクルとして、所望の膜厚となるまでサイクルを繰り返し行う。
【００７５】
ここで、従来のプラズマ処理については、プラズマ生成の際、つまりプラズマ着火後にプラズマが安定するまでの時間を要するが、本実施形態のプラズマ処理については、プラズマを発生させた状態のままであるため、プラズマが安定するまでの時間を要しない。
【００７６】
これについて簡単に説明すると、以下の通りである。図１５は、プラズマが安定するために要する時間を示すグラフであり、整合時間とチューナーポジションの変化を示したグラフである。図１５中、縦軸は、基準の位置に対するチューナーの位置、いわゆるチューナーポジションを示し、横軸は、チューナーのポジションが整合するまでに要する整合時間、すなわち、経過時間（秒）を示す。チューナーは、図示はしないが、上記した図２等におけるマッチング機構５１の内部に設けられているものであり、マイクロ波発生器３５にて発生させたマイクロ波の波長をチューナーの先端の位置を上下させることにより調整し、安定したマイクロ波を供給するためのものである。図１５中において、複数設けられるチューナーについて、第一のチューナーの位置を位置Ｔ１、第二のチューナーの位置を位置Ｔ２として示している。チューナーが上下方向に移動せず、その位置が安定したときが、安定してマイクロ波が供給されている状態であり、つまり、プラズマが安定していることとなる。
【００７７】
図１５を参照して、位置Ｔ１および位置Ｔ２が確実に安定するのは、９０秒経過後であり、少なくとも１５秒程度までは、位置Ｔ１および位置Ｔ２が上下に激しく移動していることが分かる。この１５秒以前にプラズマ処理を行うと、不安定なプラズマ状態で処理することになり、例えば、電子温度の高い活性種が被処理基板Ｗにプラズマダメージを与えるおそれがある。すなわち、プラズマの安定に要する時間は、少なくとも約１５秒となり、この時間が経過するまで、プラズマの処理を待つ必要がある。このような待ち時間が、数十回〜数百回のサイクル毎に生じるとなると、スループットの大幅な低下を招くことになる。
【００７８】
具体的には、例えば、上記した処理容器３２と同様の容積において、直径が３００ｍｍの被処理基板に薄膜を形成する場合を考えると、ガス吸着工程については、１秒程度であるが、パージガスの供給による成膜ガスの排気に要する時間は２０秒程度かかり、プラズマの安定に要する時間を含めたプラズマ処理に要する時間は６０秒程度かかり、プラズマ処理用のガスの排気に要する時間は、２０秒程度かかる。そうすると、１サイクルのサイクルタイムは、１０１秒かかることになる。原子層一層はおおよそ１Å（オングストローム）程度である。実際に成膜に要求される膜厚としては、膜厚１ｎｍ〜５００ｎｍが選択されるが、例えば、１００Å（＝１０ｎｍ）の膜厚の層を形成しようとすると、１００サイクル行う必要があり、１００サイクル×１０１秒＝１０１００秒＝２．５時間半以上かかることとなってしまう。
【００７９】
しかし、本願発明の構成によれば、プラズマを発生させた状態のままとすることができるので、このような待ち時間、具体的には、少なくとも上記した図１５の場合の１５秒程度のプラズマが安定するために要する時間が生じることはない。したがって、サイクルタイム、すなわち、上記した一連の流れに要する時間を大幅に短縮することができ、スループットの向上を図ることができる。
【００８０】
このようにして、被処理基板Ｗに対するシリコン酸化膜の成膜を行なう。その後、被処理基板Ｗに対して、所望の箇所のエッチング等を繰り返し、図１に示すような半導体素子を製造する。なお、このような処理を、ＲＬＳＡを用いたＰＥ−ＡＬＤ処理という。また、このような装置を、ＲＬＳＡを用いたＰＥ−ＡＬＤ装置ともいう。
【００８１】
すなわち、このようなプラズマ処理装置３１によると、ヘッド部６２が第一の位置にある状態、すなわち、ヘッド部６２が支持台３４の上方側を覆い、支持台３４とヘッド部６２との間に小容積領域Ｓを形成し、処理容器３２内の空間から小容積領域Ｓを遮断している状態において、成膜ガスの供給を行う。そうすると、成膜ガスの供給は処理容器３２の空間よりも狭い領域であるため、成膜ガスの供給に要する時間の短縮を図ることができる。また、ヘッド部６２が支持台３４の上方側を覆うようにして小容積領域Ｓが形成されているため、成膜ガスを被処理基板Ｗに供給させている間も処理容器３２内にプラズマを継続して発生させておくことができる。そうすると、成膜を行った後にヘッド部６２を第二の位置に移動させて、そのままプラズマ処理を行うことができ、プラズマを発生させるために要する時間を省略することができる。したがって、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、この場合、処理容器３２内の空間から小容積領域Ｓが遮断されており、プラズマ処理を行う際にも、処理容器３２の内壁面が成膜ガスに曝されることがないため、処理容器３２の内壁面への反応生成物の付着の抑制やパーティクル発生の抑制、処理容器３２の内壁面のクリーニング工程数の減少を図ることができる。したがって、このようなプラズマ処理装置３１によると、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。
【００８２】
さらにこの場合、ヘッド部６２を収容部７６に収容し、遮蔽板７７により遮蔽しているため、プラズマによる処理の際のヘッド部６２および収容部７６の内壁面へのプラズマ処理による反応生成物の付着等も低減することができる。
【００８３】
また、この場合、低電子温度のマイクロ波プラズマによりプラズマ処理を行っているため、成膜時におけるプラズマダメージを大きく低減することができる。したがって、このような成膜方法によると、高品質な膜を形成することができる。
【００８４】
ここで、上記の実施の形態においては、収容部は側壁の一部から外方側に向かって真直ぐ延びるようにして形成されることとしたが、これに限らず、収容部は、側壁の一部から外方側に向かって斜め方向に延びるようにして形成することにしてもよい。また、収容部の容積とヘッド部の大きさとをほぼ同一とし、ヘッド部の側壁において遮蔽機構を備えるよう構成してもよい。さらに遮蔽板の移動は上下方向に限らず、水平方向や円周方向、斜め方向に移動可能に構成してもよい。さらに、収容部内の空間と処理容器内の空間とを仕切るシャッター状のものを備えるようにしてもよい。さらに、遮蔽機構については、用途等に応じて設ける必要はない。
【００８５】
なお、ヘッド部および支持部の温度を調整可能な温度調整機構を含むよう構成してもよい。こうすることにより、供給するガスの温度を適切にして、より効率的に成膜等を行うことができる。具体的には、例えば、ヒータおよびセンサ（いずれも図示せず）をヘッド部の内部および支持部の内部に設ける。そして、プラズマ処理装置に備えられる制御部により、センサからの温度情報に基づいて、ヒータのオンおよびオフを行うようにする。なお、ヒータやセンサは、ヘッド部や支持部の外側に取り付けるようにして設けることとしてもよい。また、いずれか一方、すなわち、ヘッド部のみや支持部のみに温度調整機構を備えるよう構成してもよい。
【００８６】
ここで、温度調整を行う際の設定温度については、用いるプリカーサガスによって任意に設定される。制御においては、例えば、用いるプリカーサガスの蒸気圧に対応する温度範囲に設定してもよい。なお、上記の実施の形態においては、第二のガス供給孔を兼ねるガス排気孔を環状となるように設けることとしたが、これに限らず、丸孔状のものや長孔状のものを複数周方向に間隔を空けて設けるように構成してもよい。
【００８７】
また、上記の実施の形態においては、ガス排気機構による排気を連続して行うこととしたが、これに限らず、各工程において適宜タイミングを合わせてガス排気機構による排気を行うこととしてもよい。
【００８８】
これについて説明すると、以下の通りである。再び図９を参照して、ヘッド部６２を第一の位置へ移動させた後、上記と同様に、パージガス、すなわち、ここではアルゴンガスの供給を開始する（図９（Ｍ１））。この時、同時にガス排気機構による排気を行わないようにする。そして、パージガスの供給をしている段階で、すなわち、パージガスの供給が終了する前に、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図９（Ｌ１））。そして、ガスの排気を行いながら、パージガスの供給を終了する（図９（Ｌ２））。その後、ガスの排気を停止し、次に成膜ガスの供給を開始する（図９（Ｌ３））。すなわち、アルゴンガスとプリカーサガスとの混合ガスを同時に供給し始める。次に、成膜ガスの供給をしている段階で、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図９（Ｌ４））。そして、ガスの排気を行いながら、成膜ガスの供給を終了する（図９（Ｌ５））。その後、再びガスの排気を停止し、再びパージガスの供給を開始する（図９（Ｌ６））。そして、パージガスの供給をしている段階で、すなわち、パージガスの供給が終了する前に、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図９（Ｌ７））。そして、ガスの排気を行いながら、パージガスの供給を終了する（図９（Ｌ８））。そして、最後に、ヘッド部６２を第二の位置に移動させて（図９（Ｍ７））、プラズマ処理を行う。このように構成することにより、ガスの置換効率を改善することができる。
【００８９】
また、パージガスおよび成膜ガスの供給と、ガスの排気については、それぞれのタイミングが重ならないように行っていてもよい。再び図９を参照して、ヘッド部６２を第一の位置に移動させた後、パージガスを供給する（図９（Ｍ１））。ここで、ガス排気機構による排気を行わない。その後、パージガスの供給を停止し、ガス排気機構による排気を開始する（図９（Ｍ２））。次に、ガス排気機構による排気を停止した後、成膜ガスの供給を開始する（図９（Ｍ３））。その後、成膜ガスの供給を停止し、ガス排気機構による排気を再び開始する（図９（Ｍ４））。次に、再びガス排気機構による排気を停止した後、パージガスの供給を開始する（図９（Ｍ５））。その後、パージガスの供給を再び停止し、ガス排気機構による排気を再び開始する（図９（Ｍ６））。その後、ヘッド部６２を第二の位置に移動させて（図９（Ｍ７））、プラズマ処理を行う。このように構成することにより、ガスの置換効率を改善することができる。
【００９０】
なお、支持台上に支持された被処理基板の外周側に、フォーカスリングを設けることにしてもよい。図１６は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ａに備えられるヘッド部８２ａおよび支持台８３ａのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、図７に示す断面に相当する。図１６を参照して、ヘッド部８２ａには、第二のガス供給孔を兼ねるガス排気孔８４ａおよび第二のガス供給路を兼ねるガス排気路８５ａが設けられている。支持台８３ａ上に支持された被処理基板Ｗの外周側には、環状であって、板状のフォーカスリング８８ａが設けられている。フォーカスリング８８ａは、所定の板厚を有し、ヘッド部８２ａに設けられたガス排気孔８４ａに対向する位置に設けられている。具体的には、フォーカスリング８８ａの上側に位置する一方の面が、ヘッド部８２ａの外周側に設けられた延出部の下方側に位置する面と対向するようにして設けられている。このように構成することにより、処理容器内の空間からの小容積領域Ｓ、すなわち、ヘッド部８２ａが第一の位置に配置された際のヘッド部８２ａと支持台８３ａとの間に形成される領域を遮断する効率を高めることができる。また、このようなフォーカスリング８８ａは、取り外し可能に設置されている。そのため、例え、成膜ガスがプラズマ中の反応種に曝されることによって生成された反応生成物が付着したとしても、交換や変更が容易である。したがって、メンテナンス性を向上させることができる。なお、このようなフォーカスリング８８ａは、被処理基板Ｗの処理における均一性向上にも効果的である。
【００９１】
また、上記した第二のガス供給孔を兼ねるガス排気孔は、複数設けることにしてもよい。図１７は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｂに備えられるヘッド部８２ｂおよび支持台８３ｂのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、図７に示す断面に相当する。
【００９２】
図１７を参照して、ヘッド部８２ｂには、第一のガス排気孔８４ｂ、第一のガス排気孔８４ｂに通ずる第一のガス排気路８５ｂ、第二のガス排気孔８６ｂおよび第二のガス排気孔８６ｂに通ずる第二のガス排気路８７ｂが設けられている。第一のガス排気孔８４ｂは、第二のガス排気孔８６ｂよりも、外径側に設けられている。また、第一のガス排気路８５ｂについても、第二のガス排気路８７ｂよりも、外径側に設けられている。このように構成することにより、第一のガス排気孔８４ｂから成膜ガスを効果的に排気することができ、第二のガス排気孔８６ｂからヘッド部６２内部の小容積領域Ｓ内に侵入するプラズマ中の反応種を効果的に排気することができる。よって、それぞれの排気路内にて意図せずに形成される反応生成物を減少させることができる。また、ガスの排気効率を向上させて、小容積領域Ｓを遮断する効率を高めることができる。
【００９３】
また、ガス排気孔と第二のガス供給孔とを別に設けるようにしてもよい。図１８は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｃに備えられるヘッド部８２ｃおよび支持台８３ｃのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、それぞれ図７に示す断面に相当する。
【００９４】
図１８を参照して、ガス排気機構７２は、支持台８３ｃ上に支持された被処理基板Ｗの外方側に設けられたガス排気孔８４ｃを有する。ガス排気孔８４ｃは、ヘッド部８２ｃのうち、延出部７３の下面７４に開口を有し、下面７４から凹むように設けられている。ガス排気孔８４ｃは、環状に連なった形状である。すなわち、環状の延出部７３の形状に沿って設けられている。
【００９５】
板厚方向から見た場合に延出部７３が位置する部分であって、ヘッド部８２ｃの周縁における内部には、一方側がガス排気孔８４ｃに通じ、他方側が処理容器外に設けられ、余剰の成膜ガス等を排気するガス排気部（図示せず）に通ずるガス排気路８５ｃが設けられている。ガス排気機構７２は、ガス排気路８５ｃおよび環状のガス排気孔８４ｃを介して、処理容器の外部に、成膜ガス等を排気する。
【００９６】
また、プラズマ処理装置８１ｃに含まれ、パージガスを供給するパージガス供給機構７５は、支持台８３ｃ上に支持された被処理基板Ｗの周縁となるヘッド部８２ｃの周縁に設けられた第二のガス供給孔８６ｃを備える。第二のガス供給孔８６ｃは、ヘッド部８２ｃのうち、延出部７３の下面７４に開口を有し、下面７４から凹むように設けられている。第二のガス供給孔８６ｃは、環状に連なった形状である。すなわち、環状の延出部７３の形状に沿って設けられている。
【００９７】
ヘッド部８２ｃの周縁における内部には、一方側が第二のガス供給孔８６ｃに通じ、他方側が処理容器外に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部（図示せず）に通ずる第二のガス供給路８７ｃが設けられている。第二のガス供給路８７ｃおよび環状の第二のガス供給孔８６ｃを介して、処理容器の外部側からパージガスを供給することができる。
【００９８】
ヘッド部８２ｃの周縁において、第二のガス供給孔８６ｃは、ガス排気孔８４ｃよりも外方側に設けられている。すなわち、円板状のヘッド部８２ｃの径方向において、ガス排気孔８４ｃが設けられた位置の方が、第二のガス供給孔８６ｃが設けられた位置よりも、支持台８３ｃ上に支持された被処理基板Ｗに近くなるように構成されている。このように構成することにしてもよい。こうすることにより、より小容積領域Ｓの遮断効率を向上させることができる。具体的には、より外径側の部分においてパージガスを供給して、小容積領域Ｓ内へのプラズマの侵入等を効率的に排除し、より内径側の部分において、外径側で供給されたパージガスを含めた余剰な成膜ガスを効率的に排気して、小容積領域Ｓ外への成膜ガス等の拡散を抑制することができる。
【００９９】
図１８に示すプラズマ処理装置において、処理の流れを説明する。図１９は、図１８に示すプラズマ処理装置８１ｃを用いて、成膜ガス吸着工程において、被処理基板Ｗにガスを供給する際のシーケンスを概略的に示す図であり、図９に相当する。また、図９と同様に、図１９においては、ヘッド部８２ｃ、被処理基板Ｗ、および支持台８３ｃを模式的に示している。
【０１００】
処理の開始後、すなわち、被処理基板Ｗを静電チャックにより支持させた後、まず、プラズマを発生させる。プラズマ発生の際には、処理容器内にアルゴンガス、酸素ガスの供給を開始し、マイクロ波プラズマを生成する。ヘッド部８２ｃについては、アルゴンガスの供給を開始する。さらに、第二のガス供給孔８６ｃによるパージガスの供給を行う。このパージガスの供給は、連続して行われる。ここで、初期における処理の下地層となる被処理基板Ｗの上面の酸化処理が行なわれる。
【０１０１】
次に、ヘッド部８２ｃを第一の位置、すなわち、被処理基板Ｗがその上に支持された支持台３４の上方側に移動させる。そして、支持台８３ｃとヘッド部８２ｃとの間に小容積領域Ｓを形成する。その後、第一のガス供給孔７９から、パージガスを被処理基板Ｗに向けて供給する（図１９（Ｎ１））。この場合、パージガスとしてのアルゴンガスは、既に供給されている。また、ヘッド部８２ｃにおけるガスの排気を行う。排気については、上記したガス排気機構を用いて行う。
【０１０２】
次に、成膜ガスを供給する（図１９（Ｎ２））。具体的には、プリカーサガスを含む成膜ガスを複数の第一のガス供給孔７９から噴出するようにして供給する。この場合、アルゴンガスの供給は連続しておいて、プリカーサガスを併せて供給するようにする。また、ヘッド部８２ｃにおけるガスの排気を行う。このガスの排気は、連続して行われる。
【０１０３】
このようにして、第一のガス供給孔７９から、成膜ガスを被処理基板Ｗに向けて供給する。そうすると、被処理基板Ｗ上にプリカーサガス分子がおおよそ１層化学吸着される。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。
【０１０４】
成膜ガスを被処理基板Ｗ上に化学吸着させた後、過吸着のプリカーサガスを含む成膜ガスを除去するための物理吸着層除去工程、および小容積領域Ｓ内のガスの置換を行うため、再びパージガスを供給する（図１９（Ｎ３））。パージガスの供給に際しては、プリカーサガスの供給を停止し、ヘッド部８２ｃに設けられた第一のガス供給孔７９からアルゴンガスの供給のみを行うことによりなされる。また、ヘッド部８２ｃにおけるガスの排気を行う。このガスの排気は、連続して行われる。
【０１０５】
次に、パージガスを供給した後、マイクロ波による化学吸着層のプラズマ処理を行う。プラズマ処理に際しては、ヘッド部８２ｃを第２の位置となる収容部７６に移動して収容後（図１９（Ｎ４））、遮蔽板７７を上方向に移動させ、収容部７６内と収容部７６外とを遮蔽板７７により遮断する。その後、被処理基板Ｗを処理容器３２内の誘電体窓３６の直下に置く状態、すなわち、ヘッド部８２ｃによって覆われていない状態とし、被処理基板Ｗの上に形成されたシリコン原子を含む化学吸着層のマイクロ波によるプラズマ処理を行う。このとき、処理容器３２内には、連続してプラズマが生成されている。
【０１０６】
このようにして、原子層が一層程度形成された成膜を行う。そして、この一連の流れを、プラズマを発生させた状態のまま、所望の膜厚となるまで繰り返す。このように構成してもよい。
【０１０７】
また、上記の実施の形態においては、ガス排気機構による排気を連続して行うこととしたが、これに限らず、適宜タイミングを合わせてガス排気機構による排気を行うこととしてもよい。
【０１０８】
これについて説明すると、以下の通りである。再び図１９を参照して、ヘッド部８２ｃを第一の位置へ移動させた後、第二のガス供給孔８６ｃから連続してパージガスの供給を行いながら、第一のガス供給孔７９からパージガス、すなわち、ここではアルゴンガスの供給を開始する（図１９（Ｑ１））。この時、同時にガス排気機構による排気を行わないようにする。そして、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給をしている段階で、すなわち、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給が終了する前に、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図１９（Ｐ１））。そして、ガスの排気を行いながら、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を終了する（図１９（Ｐ２））。その後、ガスの排気を停止し、次に第一のガス供給孔７９からの成膜ガスの供給を開始する（図１９（Ｐ３））。すなわち、アルゴンガスとプリカーサガスとの混合ガスを同時に供給し始める。次に、成膜ガスの供給をしている段階で、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図１９（Ｐ４））。そして、ガスの排気を行いながら、第一のガス供給孔７９からの成膜ガスの供給を終了する（図１９（Ｐ５））。その後、再びガスの排気を停止し、再び第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を開始する（図１９（Ｐ６））。そして、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給をしている段階で、すなわち、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給が終了する前に、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図１９（Ｐ７））。そして、ガスの排気を行いながら、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を終了する（図１９（Ｐ８））。そして、最後に、ヘッド部６２を第二の位置に移動させて（図１９（Ｑ７））、プラズマ処理を行う。このように構成することにより、ガスの置換効率を改善することができる。
【０１０９】
また、第一のガス供給孔７９からのパージガスおよび成膜ガスの供給と、ガスの排気については、それぞれのタイミングが重ならないように行っていてもよい。再び図１９を参照して、ヘッド部６２を第一の位置に移動させた後、第二のガス供給孔８６ｃから連続してパージガスの供給を行いながら、第一のガス供給孔７９からのパージガスを供給する（図１９（Ｑ１））。ここで、ガス排気機構による排気を行わない。その後、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を停止し、ガス排気機構による排気を開始する（図１９（Ｑ２））。次に、ガス排気機構による排気を停止した後、第一のガス供給孔７９からの成膜ガスの供給を開始する（図１９（Ｑ３））。その後、第一のガス供給孔７９からの成膜ガスの供給を停止し、ガス排気機構による排気を再び開始する（図１９（Ｑ４））。次に、再びガス排気機構による排気を停止した後、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を開始する（図１９（Ｑ５））。その後、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を再び停止し、ガス排気機構による排気を再び開始する（図１９（Ｑ６））。その後、ヘッド部６２を第二の位置に移動させて（図１９（Ｑ７））、プラズマ処理を行う。このように構成することにより、ガスの置換効率を改善することができる。
【０１１０】
なお、上記の実施の形態においては、ガス排気孔および第二のガス供給孔をそれぞれ共に、ヘッド部に設けることとしたが、これに限らない。図２０は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｄに備えられるヘッド部８２ｄおよび支持台８３ｄのうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。図２１は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｅに備えられるヘッド部８２ｅおよび支持台８３ｅのうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。図２２は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｆに備えられるヘッド部８２ｆおよび支持台８３ｆのうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。図２０〜図２２は、それぞれ図７に示す断面に相当する。
【０１１１】
図２０に示すプラズマ処理装置８１ｄのように、ガス排気孔８４ｄおよびガス排気路８５ｄが、ヘッド部８２ｄに設けられており、第二のガス供給孔８６ｄおよび第二のガス供給路８７ｄが、支持台８３ｄに設けられている構成としてもよい。また、図２１に示すプラズマ処理装置８１ｅのように、ガス排気孔８４ｅおよびガス排気路８５ｅが、支持台８３ｅに設けられており、第二のガス供給孔８６ｅおよび第二のガス供給路８７ｅが、ヘッド部８２ｅに設けられている構成としてもよい。また、図２２に示すプラズマ処理装置８１ｆのように、ガス排気孔８４ｆ、ガス排気路８５ｆ、第二のガス供給孔８６ｆおよび第二のガス供給路８７ｆがそれぞれ共に、支持台８３ｆに設けられている構成としてもよい。図２０、図２１、および図２２のように構成すると、ヘッド部８２ｄ等の構造を簡略化することができる。
【０１１２】
また、パージガス供給機構は、小容積領域から外れるようにパージガスを供給するよう構成してもよい。この場合の具体的な一例として、第二のガス供給孔を設ける際には、ガス排気孔と第二のガス供給孔とのなす角度を、鋭角とするようにしてもよい。図２３は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｇに備えられるヘッド部８２ｇおよび支持台８３ｇのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、図７に示す断面に相当する。
【０１１３】
図２３を参照して、プラズマ処理装置８１ｇには、ヘッド部８２ｇの周縁において、ガス排気孔８４ｇが、真下方向に向かって開口している。そして、第二のガス供給孔８６ｇは、真下方向ではなく、外方側に向かって所定の角度傾けて開口するように設けられている。ここでいう角度θは、第二のガス供給孔８６ｇを構成する内径側の壁面８８ｇとガス排気孔８４ｇを構成する外径側の壁面８９ｇとのなす角度をいい、この角度が鋭角となるという意味である。このように構成することにより、パージガスが、被処理基板Ｗの位置する側と反対の側に供給されることになるため、より効率よく小容積領域Ｓ内へのプラズマ等の侵入を抑制することができる。
【０１１４】
また、支持台にガス排気孔や第二のガス供給孔を設ける際には、支持台の外周側に配置される別部材を設け、この別部材に対して、ガス排気孔や第二のガス供給孔を設けることにしてもよい。図２４は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｈに備えられるヘッド部８２ｈおよび支持台８３ｈのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、図７に示す断面に相当する。
【０１１５】
図２４を参照して、支持台８３ｈの外周側には、支持台８３ｈと別部材であるパージガス供給部材としての支持台外方部材８８ｈが設けられている。支持台外方部材８８ｈは、環状であって、支持台８３ｈの外周面８９ｈと支持台外方部材８８ｈの内周面９０ｈとが互いに対向して当接するように設けられている。ここで、ヘッド部８２ｈには、ガス排気孔８４ｈおよびガス排気路８５ｈが設けられており、支持台外方部材８８ｈには、第二のガス供給孔８６ｈおよび第二のガス供給路８７ｈが設けられている。
【０１１６】
このように構成することにより、従来の構造の支持台８３ｈを用いながらパージガスを効率的に供給することができる。さらに、支持台８３ｈにおける温度管理と支持台外方部材８８ｈにおける温度管理を別途制御して、より適切な温度で、パージガスを供給することができる。また、支持台外方部材８８ｈのみの交換や形状変更等が容易になる。
【０１１７】
なお、この場合において、支持台外方部材にガス排気孔およびガス排気路を設けることにしてもよいし、ガス排気孔、ガス排気路、第二のガス供給孔、第二のガス供給路を設けることにしてもよい。さらに、支持台と支持台外方部材とを着脱可能とするようにしてもよいし、支持台と支持台外方部材との間に、すき間を設けることにしてもよい。さらに、上下方向に位置する部材の全ての組合せについて、別部材で構成することにしてもよい。
【０１１８】
なお、上記の実施の形態においては、ヘッド部は、処理容器内を横方向、すなわち、水平方向に進退するように移動することとしたが、これに限らず、ヘッド部は、処理容器内において、上下方向に移動可能なように構成することとしてもよい。
【０１１９】
図２５は、この場合におけるプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。図２５を参照して、プラズマ処理装置９１の処理容器９２内には、ヘッド部９３と支持部９４とが備えられている。支持部９４の外径側端部９５は、処理容器９２の内壁面９６に取り付けられている。ヘッド部９３および支持部９４は、外径側端部９５を回転中心として、図２５中の矢印Ｃで示す方向、すなわち、上下方向に回転可能に構成されている。ヘッド部９３は、第一の位置として、支持台９７の上方側に配置される。また、ヘッド部９３は、第二の位置として、図２５に示す状態から、上側に回転させた状態に配置される。
【０１２０】
成膜処理については、まず、ガスを吸着する工程において、ヘッド部９３を支持台９７の上方側に位置させる。そして、プラズマ処理時においては、図２５中の矢印Ｃで示す方向に支持部９４ごと回転させて、ヘッド部９３を第二の位置、ここでは、内壁面９６側に傾けた位置にする。そして、マイクロ波による被処理基板Ｗのプラズマ処理を行う。このように構成することにしてもよい。
【０１２１】
ここで、図２６に示すように、プラズマ処理装置１１１に備えられるヘッド部１１２は、支持部１１３の根元部１１４を回転中心として、矢印Ｄで示す方向に処理容器１１５内を水平方向に回転可能な構成としてもよい。また、プラズマ処理装置１１６に備えられるヘッド部１１７は、図２７に示すように、支持部１１８ごと処理容器１１９内を矢印Ｅで示す水平方向に移動可能な構成としてもよい。
【０１２２】
ここで、支持部１１３の構成については、以下のようにしてもよい。図２８、図２９、および図３０は、図２６に示す支持部１１３のうちの根元部１１４付近の構成を示す概略断面図である。図２８に示す断面は、支持部１１３のうちの根元部１１４付近を、図２６における紙面表裏方向に延びる面で切断した場合の断面に相当し、図２９に示す断面は、図２８に示す断面を９０度回転させた場合の断面に相当し、図３０に示す断面は、図２９中のＸＸＸ−ＸＸＸ断面に相当する。
【０１２３】
図２６、図２８〜図３０を参照して、支持部１１３のうちの根元部１１４には、回転可能な可動部１５１と、ベース１５３に固定されている固定部１５２とが設けられている。固定部１５２については、下方側に位置する部分が、土台となるベース１５３に取り付けられ、固定されている。一方、可動部１５１については、図２８および図２９に一点鎖線で示す紙面上下方向に延びる回転中心軸１５４を中心に、図２６および図３０中の矢印Ｄで示す方向におおよそ９０度回転することができる。
【０１２４】
支持部１１３および根元部１１４の内部においては、ヘッド部側にガスを供給するガス供給孔（図示せず）に通じるガス供給路１５５と、排気する成膜ガスの通路となり、ガス排気孔（図示せず）に通じるガス排気路１５６とが設けられている。ここで、ガス供給路１５５とガス排気路１５６とは、ガス供給路１５５が内側に位置し、ガス排気路１５６が外側に位置するよう、支持部１１３内において、二重に設けられている。すなわち、図２９中の矢印Ｈ１で示す方向にガスが供給され、図３０中の矢印Ｈ２で示す方向にガスが排気される。
【０１２５】
このように構成することにより、ガス供給路１５５から供給されるガスがガス供給路１５５の一部から漏洩したとしても、ガス排気路１５６が外側に設けられているため、ガス排気路１５６に漏洩したガスが入り込み、排気されることになる。そうすると、ガス供給路１５５から漏洩したガスが、他の部分に漏洩することはない。したがって、より安全かつ確実にガス供給路１５５からのガスをヘッド部に供給することができる。
【０１２６】
もちろん、上記した図２８に示す場合において、ガス供給路１５５が二重以上の多重に設けられていてもよいし、ガス排気路１５６が二重以上の多重に設けられていてもよい。すなわち、ガス供給機構は、側壁側から延び、内方側部分がヘッド部に連結され、ヘッド部を支持する支持部を含む構成であり、排気機構は、支持部の内部に、排気された排気ガスの通路となる排気路を含み、ガス供給機構は、支持部の内部に、供給するガスの通路となるガス供給路を含み、ガス供給路は、ガス排気路の内側となるように多重に設けられていればよい。
【０１２７】
また、上記したプラズマ処理装置において、排気系統を２つとすると、装置のメンテナンスの観点からも有利である。
【０１２８】
これについて説明すると、以下の通りである。図３１は、この場合のプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図であり、図２に相当する。図３１に示すプラズマ処理装置８１ｊにおいて、図２に示すプラズマ処理装置３１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図３１を参照して、プラズマ処理装置８１ｊは、処理容器３２内の空間のガスを排気する排気孔４３を有する第一の排気系統８２ｊと、小容積領域Ｓ内のガスを排気するガス排気路に繋がる第二の排気系統８３ｊとを有する。すなわち、プラズマ処理装置８１ｊは、排気孔４３からの第一の排気系統８２ｊと、ガス排気孔７０からの第二の排気系統８３ｊという２つ独立した排気系統を備える構成である。具体的には、第一の排気系統８２ｊを構成するドライポンプ８４ｊや概略図示した配管８５ｊと、第二の排気系統８３ｊを構成するドライポンプ８６ｊや概略図示した配管８７ｊとが、それぞれ別個に設けられているものである。そして、それぞれの排気系統８２ｊ、８３ｊが、燃焼により反応生成物や成膜ガス等を除害する除害装置８８ｊに繋がっている。除害装置８８ｊからの排気については、プラズマ処理装置８１ｊが備えられている工場の排気設備へ送られる。
【０１２９】
次に、排気系統が一つのプラズマ処理装置において、上記した処理を行った場合の排気について説明する。図３２は、排気系統が一つのプラズマ処理装置における排気の流れを示す図である。排気系統が一つとは、処理容器の空間を排気する排気系統のみを有する構成である。図３２を参照して、例えば、成膜ガスを供給する場合において、処理容器からの排気については成膜ガスが排気される（Ｒ１）。排気された成膜ガスの大部分は、コールドトラップ、すなわち、トラップ部分を低温にした機構にて、余剰の成膜ガスが捕集される。そして、ドライポンプを用いて排気され、除害装置にて成膜ガスを燃焼させて除害する。ここで、ドライポンプ内での成膜ガスの付着を防止するため、ドライポンプには、加熱したＮ２ガスが供給されている。次に、供給されたパージガスが排気され、コールドトラップで捕集され、燃焼させて除害される（Ｒ２）。次のプラズマ処理工程においては、排気系統においては、プラズマ処理用のガスが排気される。このときに、プラズマ処理によって生じる活性種もコールドトラップで捕集され、排気される。そして、燃焼されて除害される（Ｒ３）。その後、再び供給されたパージガスが排気され、コールドトラップで捕集され、燃焼されて除害される（Ｒ４）。
【０１３０】
このように、排気系統が一つであると、コールドトラップを用いて成膜ガスを捕集する必要があり、コールドトラップを定期的にクリーニングする必要があった。また、ドライポンプに加熱したＮ２ガスを供給する装置を別途用意する必要があった。さらに、配管やドライポンプにおいて、成膜ガスが残っていた場合、プラズマ中の反応種がこの成膜ガスに触れると、成膜が進行してしまうことになる。すなわち、配管の内壁やドライポンプの内部において、成膜反応が起こってしまうことになる。そうすると、配管やドライポンプのクリーニングや交換の頻度が高くなり、メンテナンス性が悪くなってしまう。
【０１３１】
次に、図３１に示す排気系統を二つ有するプラズマ処理装置における排気について説明する。図３３は、排気系統を二つ有するプラズマ処理装置における排気の流れを示す図である。図３１および図３３を参照して、成膜ガスを供給する工程においては、第一の排気系統８２ｊにおいて、処理容器内の雰囲気の排気が行われ、プラズマ処理用のガスが排気される。このとき、処理容器内に存在する活性種も同時に排気される。ここで、小容積領域Ｓについては、第二の排気系統８３ｊにおいて、小容積領域Ｓ内の排気が行われ、余剰な成膜ガスが排気される（Ｓ１）。それぞれの排気系統８２ｊ、８３ｊで排気されたガスは、それぞれの排気系統８２ｊ、８３ｊに設けられたドライポンプ８４ｊ、８６ｊを経由し、除害装置８８ｊに送られる。そして、除害装置８８ｊで、燃焼されて除害される。次に、供給されたパージガスが排気され、燃焼されて除害される（Ｓ２）。この場合についても、第一の排気系統８２ｊで、処理容器内の雰囲気を排気し、第二の排気系統８３ｊでパージガスを排気するため、それぞれのガスが混ざり合うことはない。次のプラズマ処理工程においては、第一の排気系統８２ｊにおいて、処理容器内の雰囲気が排気され、除害装置８８ｊにて燃焼されて除害される（Ｓ３）。なお、第二の排気系統８３ｊにおいては、小容積領域Ｓへのガスの供給が行われていないため、排気をしなくともよい。その後、第一の排気系統８２ｊにおいては、処理容器内の雰囲気が排気され、第二の排気系統８３ｊにおいては、供給されたパージガスが排気され、それぞれ除害装置８８ｊにおいて燃焼されて除害される（Ｓ４）。
【０１３２】
このように構成することにより、それぞれの排気ガスが排気系統において混ざり合うことはない。そうすると、配管やドライポンプ内に残った成膜ガスが、プラズマ中の反応種によって反応し反応生成物が形成されることはない。したがって、コールドトラップやドライポンプに加熱したＮ２ガスを供給する装置を設ける必要がなくなり、メンテナンス性を向上させ、コストを低減することができる。
【０１３３】
さらにプラズマ処理装置において、処理容器内における処理空間を２つ以上有する構成として、ヘッド部を２つ以上の処理空間の間で行き来可能な構成としてもよい。
【０１３４】
図３４は、この場合のプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。図３４を参照して、プラズマ処理装置１２１は、図３４中の左方側に位置する第一の処理空間１２２ａと、右方側に位置する第二の処理空間１２２ｂとを備える。第一の処理空間１２２ａと第二の処理空間１２２ｂとは、その間に位置する側壁１２３を共有するようにして設けられている。そして、各処理空間１２２ａ、１２２ｂにはそれぞれ、支持台１２４ａ、１２４ｂ、プラズマ処理用ガス供給部および誘電体窓１２５ａ、１２５ｂ等が設けられている。そして、各処理空間１２２ａ、１２２ｂ内でそれぞれ、被処理基板Ｗに対するプラズマ処理が可能である。しかし、ヘッド部１２６を含むガス供給機構については、プラズマ処理装置において、１つのみ設けられている。
【０１３５】
ここで、第一の処理空間１２２ａと第二の処理空間１２２ｂとの間に位置する側壁１２３の一部は、開口している。この開口部１２７を通じて、ヘッド部１２６は、第一の処理空間１２２ａと第二の処理空間１２２ｂとの間を移動可能に構成されている。また、第一および第二の処理空間１２２ａ、１２２ｂ側には、開口部１２７の開閉を可能とする第一のシャッター１２８ａ、および第二のシャッター１２８ｂが設けられている。具体的には、開口部１２７を通じて、ヘッド部１２６は、第一の処理空間１２２ａと第二の処理空間１２２ｂとの間を行き来可能とされている。
【０１３６】
このような構成によると、効率的な成膜工程を行なうことができる。すなわち、例えば、一方側である第二の処理空間１２２ｂで被処理基板Ｗのプラズマ処理を行っている間に、他方側である第一の処理空間１２２ａにヘッド部１２６を移動させて、第一の処理空間１２２ａ内で、ヘッド部１２６により被処理基板Ｗに対するガス吸着工程を行う。このように構成することにより、効率的な成膜が可能となる。この場合、プラズマ発生器等についても、２つの処理空間における処理で、共用することができる。もちろん処理容器等を２つ以上設け、２つ以上の処理空間としてもよい。
【０１３７】
なお、プラズマ処理装置は、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構を備えるよう構成してもよい。図３５は、この場合におけるプラズマ処理システムの構成を概略的に示す概略図である。図３５を参照して、プラズマ処理システム１６１は、処理前の被処理基板Ｗの搬入口や処理後の被処理基板Ｗの搬出口となり、プラズマ処理システム１６１と外部との間において被処理基板Ｗの出し入れを行うための３つのロードポート１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃと、大気圧雰囲気下において被処理基板Ｗの搬送を行う空間を有するロードモジュール１６３と、ロードモジュール１６３とトランスファモジュール１６５との間において圧力調整等を行う２つのロードロックモジュール１６４ａ、１６４ｂと、真空雰囲気下において被処理基板Ｗの搬送を行う空間を有するトランスファモジュール１６５と、被処理基板Ｗのプラズマ処理を行う２つのプラズマ処理装置１８１ａ、１８１ｂと、トランスファモジュール１６５の内部に備えられ、図示しないアームを用いて、プラズマ処理装置１８１ａ、１８１ｂとの間において被処理基板Ｗの出し入れ等の搬送を行う被処理基板搬送機構（図示せず）とを備える。
【０１３８】
各プラズマ処理装置１８１ａ、１８１ｂに備えられるそれぞれの支持台１６７ａ、１６７ｂは、それぞれ４枚の被処理基板Ｗを載置するようにして支持することができる。支持台１６７ａにおける４枚の被処理基板Ｗの支持領域を、図３５等における一点鎖線で示す領域１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃ、１６８ｄで示している。また、支持台１６７ｂにおける４枚の被処理基板Ｗの支持領域を、図３５等における一点鎖線で示す領域１６８ｅ、１６８ｆ、１６８ｇ、１６８ｈで示している。なお、ここでは支持台１６７ａ、１６７ｂは、４枚の被処理基板Ｗを載置できることとしたが、これに囚われず、例えば、２枚以上の被処理基板Ｗを載置できるようにしてもよい。
【０１３９】
図３６は、支持台１６７ａ付近を概略的に示す概略斜視図である。図３６を参照して、被処理基板Ｗの支持台１６７ａ上への支持および被処理基板Ｗの支持台１６７ａからの取り外しについては、３つのピン（図示せず）が用いられる。ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しについては、後述する。なお、図３６においては、支持台１６７ａの領域１６８ａにおける３つのピンの設置領域となる３つのピン孔１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃを示している。他の領域１６８ｂ〜１６８ｄにおけるピン孔の図示は省略する。３つのピン孔１７２ａ〜１７２ｃは、それぞれを仮想線で結んだ場合に、ほぼ正三角形を形成する位置に設けられている。すなわち、３つのピン孔１７２ａ〜１７２ｃは、仮想の正三角形の角に位置する部分に設けられている。
【０１４０】
支持台１６７ａを備える一方のプラズマ処理装置１８１ａには、上述したヘッド部１６９が設けられている。ヘッド部１６９は、支持部１７０に取り付けられている。ヘッド部１６９は、支持部１７０の外方側端部となる根元部１７１を回転中心として、図３６中の矢印Ｊ１で示す方向に３６０度回転可能である。こうすることにより、４つの領域１６８ａ〜１６８ｄにそれぞれ支持された被処理基板Ｗにおいて、成膜等の処理を効率的に行うことができる。また、支持台１６７ａは、根元部１７１の中心を回転中心として、図３６中の矢印Ｊ２で示す方向に３６０度回転可能である。
【０１４１】
こうすることにより、処理を行う被処理基板Ｗの搬入、すなわち、支持台１６７ａ上への支持や、処理が終了した被処理基板Ｗの搬出、すなわち、支持台１６７ａ上からの取り外しを効率的に行うことができる。ここで、上記した回転する支持台１６７ａおよびピンは、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構として作動する。すなわち、プラズマ処理装置は、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構としての支持台およびピンを含む。
【０１４２】
また、図３７を参照して、支持台１６７ｂを備える他方のプラズマ処理装置１８１ｂについても、上述したヘッド部１７３、支持部１７４ａ、および根元部１７５が設けられている。そして、根元部１７５を中心としてヘッド部１７３と１８０度対向する位置に、被処理基板Ｗをその上に載置することができる載置部１７６が設けられている。載置部１７６は、支持部１７４ｂによって支持されている。ヘッド部１７３を支持する支持部１７４ａと載置部１７６を支持する支持部１７４ｂとは、根元部１７５を間に挟んで、ほぼ一直線に連なるように設けられている。
【０１４３】
載置部１７６は、断面Ｌ字状であって、回転中心軸方向から見た場合に、略半円状である。載置部１７６は、断面Ｌ字状の上面において、被処理基板Ｗを載置することができる。根元部１７５の回転により、ヘッド部１７３および載置部１７６は、根元部１７５の中心を回転中心として３６０度回転することができる。すなわち、所定の箇所を根元部１７５として、所定の箇所を基準として載置部１７６は、相対的に回転可能である。そして、所定の箇所を基準とした載置部１７６の相対的な回転運動により、支持台１６７ｂ上への被処理基板Ｗの支持および支持台１６７ｂ上に支持された被処理基板Ｗの取り外しを行う。こうすることにより、支持台１６７ｂが固定されており、支持台１６７ｂが回転できない構成であったとしても、４つの支持領域１６８ｅ〜１６８ｈに支持された被処理基板Ｗの搬入および搬出を行うことができる。なお、図３７においては、支持台１６７ｂの領域１６８ｅにおける３つのピンの設置領域となる３つのピン孔１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃを示している。他の領域１６８ｆ〜１６８ｈにおけるピン孔およびピンの図示については、省略する。なお、所定の箇所を基準とした載置部１７６の相対的な回転運動により、支持台１６７ｂ上への被処理基板Ｗの支持および支持台１６７ｂ上に支持された被処理基板Ｗの取り外しのうちの少なくともいずれか一方を行う構成としてもよい。
【０１４４】
ここで、ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しについて説明すると、以下の通りである。図３８、図３９、図４０、および図４１は、ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台１６７ｂの一部を示す概略断面図である。まず、図３８を参照して、支持台１６７ｂの上の領域１６８ｅに被処理基板Ｗが支持されている。被処理基板Ｗが支持された領域１６８ｅには、ピン１７８ａ、１７８ｂおよびピン孔１７７ａ、１７７ｂが設けられている。ピン１７８ａ、１７８ｂはそれぞれ、ピン孔１７７ａ、１７７ｂ内に設けられている。なお、図３８〜図４１においては、理解の容易の観点から、ピン孔１７７ｃおよびピン孔１７７ｃ内に設けられているピンの図示については、省略する。ピン１７８ａ、１７８ｂは、図３８における紙面上下方向に移動可能である。
【０１４５】
次に、図３９を参照して、ピン孔１７７ａ、１７７ｂ内に配置されたピン１７８ａ、１７８ｂがそれぞれ紙面上方向に移動する。そうすると、被処理基板Ｗの下面１７９をピン１７８ａ、１７８ｂの上側端部で押し、被処理基板Ｗが上方向に移動する。この場合、被処理基板Ｗは、ピン１７８ａ、１７８ｂの上側端部に載るような状態となるが、ピンは合計３つあるので、いわゆる三点支持の形となり、比較的安定して被処理基板Ｗを載せることができる。
【０１４６】
次に、図４０を参照して、載置部１７６が支持領域１６８ｅの位置まで回転して移動する。そうすると、被処理基板Ｗの下面１７９が載置部１７６における断面Ｌ字状の上面１８０に対向する位置にくる。なお、図４０においては、載置部１７６のうち、外方側に位置する部分が回転により早く到達するため、外方側に位置する部分を実線で示し、内方側に位置する部分を点線で示している。
【０１４７】
次に、図４１に示す状態で、ピン１７８ａ、１７８ｂを下方向に移動する。そうすると、載置部１７６の上面１８０上に被処理基板Ｗの下面１７９が載置される。そして、載置部１７６の回転により、支持領域１６８ｅ外に被処理基板Ｗが移動させられる。
【０１４８】
なお、被処理基板Ｗの支持台１６７ｂへの支持については、上記したように載置部１７６により所定の位置、例えば、被処理基板Ｗが領域１６８ｆに移動させられた後、ピンが上昇し、被処理基板Ｗを持ち上げた状態で、載置部１７６を回転させて領域１６８ｆ外に移動し、その後、ピンを下降させることにより、領域１６８ｆに支持させることができる。
【０１４９】
こうすることにより、支持台１６７ｂが回転せず、固定されている状態によっても、被処理基板Ｗの支持台１６７ｂ上への支持および支持台１６７ｂからの取り外しを効率的に行うことができる。
【０１５０】
ここで、上記した載置部およびピンは、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構として作動する。すなわち、プラズマ処理装置は、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構としての載置部およびピンを含む。
【０１５１】
なお、上記の実施の形態においては、各領域において、３つのピンおよびピン孔を設ける構成としたが、これに限らず、４つ以上のピン等を設ける構成にしてもよい。さらには、安定した状態でピンの上側端部に載せることができればよく、３つのピンを正三角形の位置に必ずしも設けなくともよい。また、例えば、ピンの先端が平板状でもよく、この場合、ピンの数は、１つまたは２つであっても安定した状態で被処理基板Ｗを一時的に載せることができる。
【０１５２】
なお、上記の実施の形態において、支持台を上下方向および左右方向の少なくともいずれか一方側に移動可能なように構成することにしてもよい。こうすることにより、より適切に、プラズマ処理やガス吸着を行うことができる。具体的には、例えば、ヘッド部を第一の位置に配置させる際に、ヘッド部の移動に連動させて、支持台をヘッド部に近づけるように移動させるようにする。
【０１５３】
また、上記したプラズマ処理装置において、ガスの置換性を改善させるため、ヘッド部から供給する成膜ガスおよびパージガスのうち、同一のガスであるアルゴンガスを継続して供給するようにしたが、これについて説明すると以下の通りである。上記の実施の形態においては、ヘッド部から供給されるガスのうち、成膜ガスは、希釈用のアルゴンガスとプリカーサガスとの混合ガスであり、パージガスは、アルゴンガスである。つまり、アルゴンガスを、継続して供給するようにしてもよい。さらに、ヘッド部が退避する際も、継続してパージガスを供給している。これによると、成膜ガスおよびパージガスが供給されていない間に、プラズマがガス供給孔６８やガス供給路６９内に侵入するおそれがない。なお、上記の実施の形態においては、プラズマ処理用のガスは、アルゴンガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスであるため、例え、ヘッド部からアルゴンガスを継続して供給していても、プラズマ処理に影響を与えない。つまり、プラズマ処理用のガス、成膜ガス、パージガスのそれぞれ少なくとも一つのガスは、同一のガスであることが好ましい。
【０１５４】
なお、上記の実施の形態においては、ヘッド部から供給する成膜ガスおよびパージガスのうち、同一のガスを継続して供給するようにしたが、これに限らず、適宜タイミングを合わせてガスを供給するようにしてもよい。また、ヘッド部が退避している際にパージガスを供給しなくてもよい。
【０１５５】
なお、上記の実施の形態においては、シリコン原子を酸化する場合について説明したが、これに限らず、シリコン原子を窒化する場合についても適用される。すなわち、上記したガス吸着工程の後に、窒化物を含むガス、例えば、Ｎ２ガスやＮＨ３ガスを処理容器内に供給してプラズマ処理を行い、シリコン窒化膜を形成する。このような場合についても適用される。
【０１５６】
また、上記の実施の形態においては、ガス吸着用のプリカーサガスとしてＢＴＢＡＳを含むガスを用いることとしたが、アミノシラン系のガス、ジクロロシラン（ＤＣＳ（Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）：ＳｉＨ２ＣＬ２）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ（Ｈｅｘａｃｈｌｏｒｏｄｉｓｉｌａｎｅ）：Ｓｉ２Ｃｌ６）などのハロゲンを含むガス、金属元素を含むＡＬＤ用ガスを用いても構わない。また、プラズマ処理においても、一酸化炭素等の酸素原子を含むガス以外のガスを用いることも可能である。
【０１５７】
なお、上記の実施形態において、ヘッド部の移動に関わらず、プラズマを常に生成した状態として説明したが、スループットを勘案し、プラズマの連続した生成を中断することもできる。この場合であっても、成膜ガスがヘッド部内の小容積領域Ｓから処理容器内へ過剰に供給されることを抑制することができる。
【０１５８】
なお、上記の実施の形態においては、素子分離領域においてトレンチを形成し、穴埋め絶縁膜によりトレンチを埋める前にトレンチの表面に形成されるライナー膜を形成する場合について説明したが、これに限らず、例えば、ＭＯＳトランジスタにおけるゲート酸化膜や他の絶縁層、例えば、層間絶縁膜やゲート側壁部の形成に適用してもよい。さらに、ＣＣＤやＬＳＩ等においても、もちろん有効に適用される。すなわち、成膜ガスを供給して吸着層を形成するガス吸着工程とプラズマ処理工程を組み合わせて行う全ての成膜プロセスに適用される。
【０１５９】
具体的な膜としては以下のものが挙げられる。すなわち、ゲート絶縁膜として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のトレンチキャパシターとして、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＦｉｎＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の３Ｄデバイスのゲート酸化膜として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ナノラミネートとして、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＵＶブロックレイヤーとしてＺｎＯ、ＴｉＯ２、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子としてアルミナ絶縁膜であるＡｌ２Ｏ３、オプティカルデバイスや太陽電池等として、ＡｌＴｉＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、圧電素子としてＺｎＯ等が挙げられる。
【０１６０】
なお、上記の実施の形態において、ガス吸着工程とプラズマ処理工程との間に、処理容器内を排気する排気工程を行ってもよい。さらに、プラズマ処理工程の後に、排気工程を行ってもよい。
【０１６１】
また、上記の実施の形態においては、プラズマ処理用のガスは、側壁に設けられたガス供給孔から供給することにしたが、これに限らず、被処理基板の中央に向かって噴出するガス供給孔を、例えば、誘電体窓の中央領域に設け、このガス供給孔から供給することにしてもよい。
【０１６２】
また、上記の実施の形態においては、スロットアンテナ板を用いたＲＬＳＡによるマイクロ波によりプラズマ処理を行うこととしたが、これに限らず、くし型のアンテナ部を有するマイクロ波プラズマ処理装置を用いてもよい。
【０１６３】
なお、上記の実施の形態においては、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置であったが、これに限らず、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏａｎｎｃｅ）プラズマ、平行平板型プラズマ等をプラズマ源とするプラズマ処理装置等についても適用され、プラズマ生成手段に限定されない。
【０１６４】
また、上記の実施の形態においては、シリコン酸化膜等の絶縁膜を成膜する場合について説明したが、これに限らず、導電膜を成膜する場合についても適用される。
【０１６５】
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】
【０１６６】
１１ ＭＯＳ型半導体素子、１２ シリコン基板、１３ 素子分離領域、１４ａ ｐ型ウェル、１４ｂ ｎ型ウェル、１５ａ 高濃度ｎ型不純物拡散領域、１５ｂ 高濃度ｐ型不純物拡散領域、１６ａ ｎ型不純物拡散領域、１６ｂ ｐ型不純物拡散領域、１７ ゲート酸化膜、１８ ゲート電極、１９ ゲート側壁部、２１ 絶縁膜、２２ コンタクトホール、２３ 穴埋め電極、２４ メタル配線層、２６，２７，１６８ａ，１６８ｂ，１６８ｃ，１６８ｄ，１６８ｅ，１６８ｆ，１６８ｇ，１６８ｈ 領域、３１，８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ，８１ｇ，８１ｈ，８１ｊ，９１，１１１，１１６，１２１，１８１ａ，１８１ｂ プラズマ処理装置、３２，９２，１１５，１１９ 処理容器、３３ ガス供給部、３４，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆ，８３ｇ，８３ｈ，９７，１２４ａ，１２４ｂ，１６７ａ，１６７ｂ 支持台、３５ マイクロ波発生器、３６，１２５ａ，１２５ｂ 誘電体窓、３７ スロットアンテナ板、３８ 誘電体部材、３９ プラズマ発生機構、４０ スロット孔、４１ 底部、４２，１２３ 側壁、４３ 排気孔、４４ 蓋部、４５ Ｏリング、４６，６８，７９，８０，８６ｃ，８６ｄ，８６ｅ，８６ｆ，８６ｇ，８６ｈ ガス供給孔、４７，１８０ 上面、４８，６３，７４，１７９ 下面、４９ 筒状支持部、５１ マッチング機構、５２ モード変換器、５３ 導波管、５４ 同軸導波管、５５ａ，５５ｂ 供給系統、５６ａ，５６ｂ ＭＦＣ、５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ，５７ｅ バルブ、５８ａ，５８ｂ パイプ、６１ ガス供給機構、６２，８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈ，９３，１１２，１１７，１６９，１７３ ヘッド部、６４ 遮断機構、６５，９５ 端部、６６，９４，１１３，１１８，１２６，１７０，１７４ａ，１７４ｂ 支持部、６７，７３ 延出部、６９，８７ｃ，８７ｄ，８７ｅ，８７ｆ，８７ｈ，１５５ ガス供給路、７０，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，８４ｅ，８４ｆ，８４ｇ，８４ｈ，８６ｂ ガス排気孔、７１，８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄ，８５ｅ，８５ｆ，８５ｈ，８７ｂ，１５６ ガス排気路、７２ ガス排気機構、７５ パージガス供給機構、 ７６ 収容部、７７ 遮蔽板、７８，９６ 内壁面、８２ｊ，８３ｊ 排気系統、８４ｊ，８６ｊ ドライポンプ、８５ｊ，８７ｊ 配管、８８ａ フォーカスリング、８８ｇ，８９ｇ 壁面、８８ｈ 支持台外方部材、８８ｊ 除害装置、８９ｈ 外周面、９０ｈ 内周面、１５１ 可動部、１５２ 固定部、１５３ ベース、１５４ 回転中心軸、１２２ａ，１２２ｂ 処理空間、１２７ 開口部、１２８ａ，１２８ｂ シャッター、１６１ プラズマ処理システム、１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ ロードポート、１６３ ロードモジュール、１６４ａ，１６４ｂ ロードロックモジュール、１６５ トランスファモジュール、１７１，１７５ 根元部、１７２ａ，１７２ｂ，１７２ｃ，１７７ａ，１７７ｂ，１７７ｃ ピン孔、１７６ 載置部、１７８ａ，１７８ｂ ピン。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置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プラズマ処理装置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）トランジスタ等に代表される半導体素子のゲート酸化膜等への高耐圧特性や優れたリーク特性が要求される絶縁層を形成する場合、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることが一般的であった。しかし、高い絶縁性が要求されるシリコン酸化膜を成膜する場合において、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等が形成されている場合、低融点金属の溶融等が生じる問題があった。
【０００３】
一方、近年のデバイスの高集積化の観点から、３次元構造等への段差被覆性や均一性、絶縁膜内および界面に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】
昨今においては、半導体素子に要求される特性の向上の観点から、成膜のさらなる薄膜化や成膜された薄膜の膜厚の均一化等、膜質の向上が求められている。
【０００７】
ここで、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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
この発明の目的は、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プラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るプラズマ処理装置は、下方側に位置する底部および底部の外周側から上方側に延びる側壁を含み、密封可能であって、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を支持する支持台と、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、支持台の上方側を覆って支持台との間に小容積領域を形成可能な第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であって、成膜ガスを供給する第一のガス供給孔が一方面側に開口するように設けられている板状のヘッド部を有し、成膜ガスの供給を行う成膜ガス供給機構と、ヘッド部が第一の位置にあるときに処理容器内の空間から小容積領域を遮断する遮断機構とを備える。
【００１３】
このようなプラズマ処理装置によると、ヘッド部が第一の位置にある状態、すなわち、ヘッド部が支持台の上方側を覆い、支持台とヘッド部との間に小容積領域を形成し、処理容器内の空間から小容積領域を遮断している状態において、成膜ガスの供給を行う。そうすると、成膜ガスの供給は処理容器の空間よりも狭い領域であるため、成膜ガスの供給に要する時間や圧力調整の時間の短縮を図ることができる。また、ヘッド部が支持台の上方側を覆うようにして小容積領域が形成されているため、成膜ガスを被処理基板に供給させている間も処理容器内にプラズマを継続して発生させておくことができる。そうすると、成膜を行った後にヘッド部を第二の位置に移動させて、そのままプラズマ処理を行うことができ、プラズマを発生し安定させるために要する時間や処理容器内の圧力をプラズマ処理に最適な圧力とするための時間を省略することができる。したがって、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、この場合、処理容器内の空間から小容積領域が遮断されているため、プラズマ処理を行う際に、処理容器の内壁面が成膜ガスに曝されることがなく、処理容器の内壁面への反応生成物の付着の抑制やパーティクル発生の抑制、処理容器の内壁面のクリーニング工程数の減少を図ることができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、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。
【００１４】
好ましくは、遮断機構は、支持台上に支持された被処理基板の外方側に設けられたガス排気孔を有し、ガスの排気を行うガス排気機構を含む。
【００１５】
さらに好ましくは、遮断機構は、支持台上に支持された被処理基板の周縁に設けられ、パージガスを供給可能な第二のガス供給孔を有し、第二のガス供給孔からパージガスを供給するパージガス供給機構を含む。
【００１６】
さらに好ましくは、第二のガス供給孔は、ガス排気孔の外方側に設けられている。
【００１７】
さらに好ましくは、パージガス供給機構は、小容積領域から外れるようにパージガスを供給する。
【００１８】
さらに好ましくは、ガス排気孔および第二のガス供給孔のうちの少なくともいずれか一方は、径方向に複数設けられている。
【００１９】
さらに好ましくは、ガス排気孔は、ヘッド部に設けられており、パージガス供給機構は、支持台の外方側に設けられ、第二のガス供給孔が設けられたパージガス供給部材を含む。
【００２０】
さらに好ましくは、ガス排気孔および第二のガス供給孔のうちの少なくともいずれか一方は、環状に設けられている。
【００２１】
さらに好ましくは、ガス排気孔は、ヘッド部に設けられており、成膜ガス供給機構は、支持台上に支持された被処理基板の外方側でガス排気孔に対向する位置であって、支持台の上に着脱可能なフォーカスリングを含む。
【００２２】
さらに好ましくは、成膜ガス供給機構は、側壁側から延びてヘッド部に連結され、ヘッド部を支持する支持部を含み、ガス排気機構は、支持部の内部に設けられ、ガス排気孔に通じ、排気されたガスの通路となるガス排気路を含み、成膜ガス供給機構は、支持部の内部に設けられ、第一のガス供給孔に通じ、供給する成膜ガスの通路となる第一のガス供給路を含み、第一のガス供給路は、ガス排気路の内側となるように多重に設けられている。
【００２３】
さらに好ましくは、処理容器には、側壁の一部が外方側に延びるようにして形成されており、ヘッド部を収容可能な収容部が設けられており、第二のガス供給孔は、ヘッド部に設けられており、ガス排気機構は、ヘッド部が処理容器内に位置するときにガスを排気し、パージガス供給機構は、ヘッド部が収容部に位置するときにパージガスを供給する。
【００２４】
さらに好ましい一実施形態として、第二のガス供給孔とガス排気孔とは、同じ孔である。
【００２５】
さらに好ましくは、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構を備える。
【００２６】
さらに好ましい一実施形態として、被処理基板移動機構は、その上に被処理基板を載置可能であって、所定の箇所を基準として相対的に回転可能な載置部を備える。そして、所定の箇所を基準とした載置部の相対的な回転運動により、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方を行うよう構成してもよい。
【００２７】
また、処理容器内の排気を行う第一の排気系統と、小容積領域内の排気を行う第二の排気系統とを備え、第一の排気系統と第二の排気系統とは、それぞれ別個に設けられているよう構成してもよい。
【００２８】
さらに好ましくは、プラズマ発生手段は、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と、支持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を処理容器内に導入する誘電体窓とを含む。
【００２９】
さらに好ましい一実施形態として、プラズマ発生手段は、複数のスロット孔が設けられており、誘電体窓の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体窓に放射するスロットアンテナ板を含む。
【発明の効果】
【００３０】
このようなプラズマ処理装置によると、ヘッド部が第一の位置にある状態、すなわち、ヘッド部が支持台の上方側を覆い、支持台とヘッド部との間に小容積領域を形成し、処理容器内の空間から小容積領域を遮断している状態において、成膜ガスの供給を行う。そうすると、成膜ガスの供給は処理容器の空間よりも狭い領域であるため、成膜ガスの供給に要する時間や圧力調整の時間の短縮を図ることができる。また、ヘッド部が支持台の上方側を覆うようにして小容積領域が形成されているため、成膜ガスを被処理基板に供給させている間も処理容器内にプラズマを継続して発生させておくことができる。そうすると、成膜を行った後にヘッド部を第二の位置に移動させて、そのままプラズマ処理を行うことができ、プラズマを発生し安定させるために要する時間や処理容器内の圧力をプラズマ処理に最適な圧力とするための時間を省略することができる。したがって、プラズマ処理に要する時間を短縮することができる。プラズマ処理を行う際にも、処理容器の内壁面が成膜ガスに曝されることがないため、処理容器の内壁面への反応生成物の付着の抑制やパーティクル発生の抑制、処理容器の内壁面のクリーニング工程数の減少を図ることができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＭＯＳ型半導体素子の一部を示す概略断面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図３】図２に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を板厚方向から見た図である。
【図４】誘電体窓の下面からの距離とプラズマの電子温度との関係を示すグラフである。
【図５】誘電体窓の下面からの距離とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
【図６】図２に示すプラズマ処理装置に含まれるヘッド部の一部を、図２中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。
【図７】図６に示すヘッド部の一部を示す断面図であり、図２中のＶＩＩＩで示す部分の拡大断面図である。
【図８】図２に示すプラズマ処理装置において、ヘッド部が収容部に収容された状態を示す概略断面図である。
【図９】成膜ガス吸着工程において、被処理基板Ｗにガスを供給する際のシーケンスを概略的に示す図である。
【図１０】処理の流れを示す簡単なチャート図である。
【図１１】ガス供給機構等の一部を示す概略断面図であり、アルゴンガスのみを第一のガス供給孔から供給する場合を示す。
【図１２】ガス供給機構等の一部を示す概略断面図であり、アルゴンガスおよびプリカーサガスを混合した成膜ガスを第一のガス供給孔から供給する場合を示す。
【図１３】処理容器全体におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。
【図１４】支持台とヘッド部との間に形成される小容積領域におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。
【図１５】整合時間とチューナーポジションの変化を示したグラフである。
【図１６】この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図１７】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図１８】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図１９】図１８に示すプラズマ処理装置を用いて被処理基板Ｗの成膜を行う際のシーケンスを概略的に示す図である。
【図２０】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２１】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２２】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２３】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２４】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるヘッド部および支持台のうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図２５】ヘッド部が上下方向に回転するようにして移動するプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。
【図２６】ヘッド部が水平方向に移動可能なプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２７】ヘッド部が水平方向に回転可能なプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２８】図２６に示す支持部のうちの根元部付近の一部の構成を示す概略断面図である。
【図２９】図２６に示す支持部のうちの根元部付近の一部の構成を示す概略断面図であり、図２８に示す断面を９０度回転させた場合の断面に相当する。
【図３０】図２６に示す支持部のうちの根元部付近の一部の構成を示す概略断面図であり、図２９中のＸＸＸ−ＸＸＸ断面に相当する。
【図３１】排気系統を２つ有するプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。
【図３２】排気系統が１つのプラズマ処理装置における排気の流れを示す図である。
【図３３】排気系統を２つ有するプラズマ処理装置における排気の流れを示す図である。
【図３４】第一および第二の処理空間を行き来可能なヘッド部を備えるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図３５】プラズマ処理システムの構成を概略的に示す概略図である。
【図３６】回転可能な支持台付近を概略的に示す概略斜視図である。
【図３７】固定された支持台付近を概略的に示す概略斜視図である。
【図３８】ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台の一部を示す概略断面図であり、支持台上に被処理基板Ｗが支持された状態を示す。
【図３９】ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台の一部を示す概略断面図であり、ピンの上側端部に被処理基板Ｗを載せた状態を示す。
【図４０】ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台の一部を示す概略断面図であり、載置部の上面と被処理基板Ｗの下面が対向した位置にある状態を示す。
【図４１】ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台の一部を示す概略断面図であり、載置部に被処理基板Ｗを載置した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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プラズマ処理装置によって製造される半導体素子の構成について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置によって製造されるＭＯＳ型半導体素子の一部を示す概略断面図である。なお、図１に示すＭＯＳ型半導体素子において、導電層をハッチングで示している。
【００３３】
図１を参照して、ＭＯＳ型半導体素子１１には、シリコン基板１２上に、素子分離領域１３、ｐ型ウェル１４ａ、ｎ型ウェル１４ｂ、高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａ、高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂ、ｎ型不純物拡散領域１６ａ、ｐ型不純物拡散領域１６ｂ、およびゲート酸化膜１７が形成されている。ゲート酸化膜１７を間に挟むように形成される高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａおよび高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂのいずれか一方は、ドレインとなり、他方はソースとなる。
【００３４】
また、ゲート酸化膜１７の上には、導電層となるゲート電極１８が形成されており、ゲート電極１８の側部には、絶縁膜となるゲート側壁部１９が形成される。さらに、上記したゲート電極１８等が形成されたシリコン基板１２の上には、絶縁膜２１が形成される。絶縁膜２１には、高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａおよび高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂに連なるコンタクトホール２２が形成され、コンタクトホール２２内には穴埋め電極２３が形成される。さらにその上に導電層となるメタル配線層２４が形成される。さらに、絶縁層となる層間絶縁膜（図示せず）および導電層となるメタル配線層を交互に形成し、最後に外部との接点となるパッド（図示せず）を形成する。このようにＭＯＳ型半導体素子１１が形成されている。
【００３５】
この発明に係るプラズマ処理装置によって製造される半導体素子には、後述するように、被処理基板上に成膜ガスを吸着させてプラズマ処理を行うことで形成されたシリコン酸化膜が、例えば、ゲート酸化膜１７として含まれる。また、この発明に係るプラズマ処理装置によって成膜される絶縁膜は、上記したゲート酸化膜を構成するシリコン酸化膜であって、被処理基板上に成膜ガスを吸着させてプラズマ処理することにより成膜されている。
【００３６】
次に、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成および動作について説明する。
【００３７】
図２は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。また、図３は、図２に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を下方側、すなわち、図２中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。なお、図２および後述する図８において、理解の容易の観点から、部材の一部のハッチングを省略している。また、図２および後述する図８中の二点鎖線で、処理容器内に発生させたプラズマを模式的に示している。
【００３８】
図２および図３を参照して、プラズマ処理装置３１は、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理容器３２と、処理容器３２内にプラズマ処理用の反応ガスを供給するプラズマ処理用のガス供給部３３と、その上に被処理基板Ｗを支持する円板状の支持台３４と、処理容器３２内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構３９と、成膜ガスやパージガスの供給を行うガス供給機構と、ガスの排気を行うガス排気機構と、プラズマ処理装置３１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、プラズマ処理用のガス供給部３３におけるガス流量、処理容器３２内の圧力等、プラズマ処理装置３１全体の制御を行なう。
【００３９】
処理容器３２は、支持台３４の下方側に位置する底部４１と、底部４１の外周から上方向に延びる側壁４２とを含む。側壁４２は、一部を除いて略円筒状である。処理容器３２の底部４１には、その一部を貫通するように排気用の排気孔４３が設けられている。処理容器３２の上部側は開口しており、処理容器３２の上部側に配置される蓋部４４、後述する誘電体窓３６、および誘電体窓３６と蓋部４４との間に介在するシール部材としてのＯリング４５によって、処理容器３２は密封可能に構成されている。
【００４０】
プラズマ処理用のガス供給部３３は、側壁４２の上部側の一部において、処理容器３２内にプラズマ処理用ガスを供給する複数のプラズマ処理用のガス供給孔４６を設けることにより形成されている。複数のプラズマ処理用のガス供給孔４６は、周方向に等配に設けられている。プラズマ処理用のガス供給部３３には、反応ガス供給源（図示せず）からプラズマ処理用のガスが供給される。
【００４１】
支持台３４は、静電チャック（図示せず）によりその上に被処理基板Ｗを支持可能である。また、支持台３４は、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。支持台３４は、底部４１の下方側から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部４９に支持されている。上記した排気孔４３は、筒状支持部４９の外周に沿って処理容器３２の底部４１の一部を貫通するように設けられている。環状の排気孔４３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。排気装置により、処理容器３２内を所定の圧力まで減圧することができる。
【００４２】
プラズマ発生機構３９は、処理容器３２外に設けられており、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３５と、複数のスロット孔４０が設けられており、誘電体窓３６の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体窓３６に放射するスロットアンテナ板３７と、スロットアンテナ板３７の上方側に配置され、後述する同軸導波管５４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３８とを含む。
【００４３】
マッチング機構５１を有するマイクロ波発生器３５は、モード変換器５２および導波管５３を介して、マイクロ波を導入する同軸導波管５４の上部に接続されている。例えば、マイクロ波発生器３５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管５３を通り、モード変換器５２によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管５４を伝播する。マイクロ波発生器３５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。
【００４４】
誘電体窓３６は、略円板状であって、誘電体で構成されている。なお、誘電体窓３６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。
【００４５】
スロットアンテナ板３７は、薄板状であって、円板状である。複数の長孔状のスロット孔４０については、図３に示すように、一対のスロット孔４０が略ハの字状に直交するように設けられており、一対をなしたスロット孔４０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、複数の一対のスロット孔４０が所定の間隔を開けて設けられている。
【００４６】
マイクロ波発生器３５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管５４を通って、誘電体部材３８に伝播され、スロットアンテナ板３７に設けられた複数のスロット孔４０から誘電体窓３６に放射される。誘電体窓３６を透過したマイクロ波は、誘電体窓３６の直下に電界を生じさせ、処理容器３２内にプラズマを生成させる。すなわち、プラズマ処理装置３１において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３７および誘電体部材３８を含むラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ Ｌｉｎｅ Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎａ）により生成されている。
【００４７】
図４は、プラズマ処理装置３１においてプラズマを発生させた際の処理容器３２内における誘電体窓３６の下面４８からの距離とプラズマの電子温度との関係を示すグラフである。図５は、プラズマ処理装置３１においてプラズマを発生させた際の処理容器３２内における誘電体窓３６の下面４８からの距離とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
【００４８】
図４および図５を参照して、誘電体窓３６の直下の領域、具体的には、一点鎖線で示すおおよそ１０ｍｍ程度までの領域２６は、いわゆるプラズマ生成領域と呼ばれる。この領域２６においては、プラズマの電子温度が１．５〜２．５ｅＶ程度であって比較的高く、プラズマの電子密度が１×１０１２ｃｍ−３よりも大きい。一方、二点鎖線で示す１０ｍｍを越える領域２７は、プラズマ拡散領域と呼ばれる。この領域２７においては、プラズマの電子温度が１．０〜１．３ｅＶ程度、少なくとも１．５ｅＶよりも低く、プラズマの電子密度が１×１０１２ｃｍ−３程度、少なくとも１×１０１１ｃｍ−３よりも高い。プラズマ処理装置３１の処理容器３２内においては、マイクロ波により励起され、このようなプラズマの状態となっている。そして、後述する被処理基板Ｗに対するプラズマ処理は、プラズマ拡散領域で行なわれる。すなわち、プラズマ処理工程は、被処理基板の表面近傍において、プラズマの電子温度が１．５ｅＶよりも低く、かつプラズマの電子密度が１×１０１１ｃｍ−３よりも高いマイクロ波プラズマを用いた処理である。
【００４９】
次に、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置３１に備えられるガス供給機構および遮断機構の構成について説明する。図６は、後述するヘッド部６２の一部を、図２に示す矢印ＩＩＩの方向から見た図である。図７は、図６に示すヘッド部６２の一部を示す断面図であり、図２中のＶＩＩで示す部分の拡大断面図である。
【００５０】
図２、図６および図７を参照して、ガス供給機構６１は、円板状のヘッド部６２と、処理容器３２の側壁４２側から延び、内方側部分である内方側端部６５がヘッド部６２に接続されてヘッド部６２を支持する支持部６６とを含む。
【００５１】
ヘッド部６２は、支持台３４の上方側を覆って支持台３４との間に小容積領域Ｓを形成可能な第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能である。小容積領域Ｓとは、処理容器３２全体の大容積の領域と比較し、ヘッド部６２と支持台３４との間に形成される小さな容積の領域をいう。なお、第一および第二の位置については、後述する。
【００５２】
円板状のヘッド部６２は、その外径側領域から板厚方向下方側に延びる環状の延出部６７を備える。ヘッド部６２は、被処理基板Ｗよりも大きく構成されている。そして、延出部６７は、ヘッド部６２において、板厚方向から見た場合に、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗよりも外径側に位置するように設けられている。上記した第一の位置とは、この場合、ヘッド部６２が支持台３４の上方側を覆う位置である。第一の位置においては、支持台３４の外径側の上面４７と延出部６７を構成する下面６３とが対向する。
【００５３】
ヘッド部６２は、ヘッド部６２が第一の位置、すなわち、支持台３４上に配置された際に、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗに対向する位置に設けられ、成膜ガスやパージガスを供給する第一のガス供給孔６８を含む。第一のガス供給孔６８は、ヘッド部６２の下方側に位置する面の一部を開口するように複数設けられている。複数の第一のガス供給孔６８は、図６中縦方向および横方向に所定の間隔を開けて、それぞれ略等配に設けられている。なお、第一のガス供給孔６８については、単一であってもよい。すなわち、第一のガス供給孔６８については、ヘッド部６２の下方側に位置する面の一部を開口するように単一で設けられていてもよい。
【００５４】
ヘッド部６２の内部および支持部６６の内部には、一方側が各第一のガス供給孔６８に通じ、他方側が処理容器３２外に設けられ、成膜ガスやパージガスを供給するガス供給部（図示せず）に通ずる第一のガス供給路６９が設けられている。ガス供給機構６１は、第一のガス供給路６９および複数の第一のガス供給孔６８を介して、処理容器３２の外部側から被処理基板Ｗに対して、成膜ガスやパージガスを供給する。ヘッド部６２は、小容積領域Ｓへのプラズマを遮蔽するために金属で構成されている。ヘッド部６２の材質としては、具体的には、例えば、アルマイトやイットリア等により酸化皮膜が形成されたアルミニウムが好適に用いられる。
【００５５】
処理容器３２内の空間から小容積領域Ｓを遮断する遮断機構６４は、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗの外方側に設けられたガス排気孔７０および後述するガス排気路７１を有し、ガスの排気を行うガス排気機構を含む。ガス排気孔７０は、ヘッド部６２のうち、延出部６７の下面６３に開口を有し、下面６３から凹むように設けられている。ガス排気孔７０は、環状に連なった形状である。すなわち、環状の延出部６７の形状に沿って設けられている。
【００５６】
板厚方向から見た場合に延出部６７が位置する部分であって、ヘッド部６２の周縁における内部には、一方側がガス排気孔７０に通じ、他方側が処理容器３２外に設けられ、余剰の成膜ガス等を排気するガス排気部（図示せず）に通ずるガス排気路７１が設けられている。ガス排気機構は、ガス排気路７１および環状のガス排気孔７０を介して、処理容器３２の外部に、ガス供給機構６１から供給された余剰の成膜ガス等を排気する。
【００５７】
また、遮断機構６４は、支持台３４上に支持された被処理基板Ｗの周縁に設けられ、パージガスを供給可能な第二のガス供給孔を有し、第二のガス供給孔からパージガスを供給するパージガス供給機構を含む。ここで、上記したガス排気孔７０は、第二のガス供給孔を兼ねるものである。
【００５８】
ヘッド部６２の周縁における内部には、一方側が第二のガス供給孔に通じ、他方側が処理容器３２外に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部（図示せず）に通ずる第二のガス供給路が設けられている。ここで、上記したガス排気路７１は、第二のガス供給路を兼ねるものである。すなわち、第二のガス供給路を兼ねるガス排気路７１および第二のガス供給孔を兼ねるガス供給孔８０を介して、処理容器３２の外部側からパージガスを供給することができる。
【００５９】
なお、遮断機構６４は、ガス排気機構のみを備えていてもよく、パージガス供給機構のみを備えていてもよい。
【００６０】
また、プラズマ処理装置３１に備えられる処理容器３２には、側壁４２の一部が外方側に延びるようにして形成されており、ヘッド部６２を収容可能な収容部７６が設けられている。収容部７６は、側壁４２の一部から外方側に向かって真直ぐ延びるようにして形成されている。なお、この収容部７６内の領域が、図２に示すプラズマ処理装置３１におけるヘッド部６２が移動可能な第二の位置となる。
【００６１】
上記したようにヘッド部６２は、支持台３４の上方側である第一の位置、および収容部７６内である第二の位置に移動可能である。すなわち、ヘッド部６２は、図２に示す矢印Ａ１の方向またはその逆の方向に移動可能である。なお、ヘッド部６２が第一の位置に配置された場合を図２で示し、ヘッド部６２が第二の位置に配置された場合を、図８で示している。図８は、図２に示すプラズマ処理装置３１において、ヘッド部６２が収容部７６に収容された状態を示す概略断面図である。
【００６２】
また、プラズマ処理装置３１には、収容部７６内の領域と収容部７６外の領域、ここでは、処理容器３２との領域を遮断する遮断機構としての遮蔽板７７が設けられていてもよい。遮蔽板７７は、側壁４２の内壁面７８に沿って、図２中の矢印Ａ２の方向またはその逆の方向に移動可能である。遮蔽板７７により、収容部７６内の領域と収容部７６外の領域を遮蔽した場合を、図８に示している。
【００６３】
次に、図１〜図８、図９、図１０、図１１、および図１２を用いて、絶縁膜を含む半導体素子を製造する方法について説明する。図９は、図２に示すプラズマ処理装置３１を用いて、成膜ガス吸着工程において、被処理基板Ｗにガスを供給する際のシーケンスを概略的に示す図である。図９においては、ヘッド部６２、被処理基板Ｗ、および支持台３４を模式的に示している。図１０は、処理の流れを示す簡単なチャート図である。図１０においては、（Ａ）から（Ｈ）に向かって時間が経過していくものである。なお、図１０において、折れ線で示すチャートについては、上側に位置する場合、各ガスの供給状態またはプラズマの生成状態を示し、下側に位置する場合、各ガスの供給停止状態を示す。図１１および図１２は、ガス供給機構６１等の一部を示す概略断面図である。図１１は、アルゴンガスのみを第一のガス供給孔６８から供給する場合を示す。図１２は、アルゴンガスおよびプリカーサガスを混合した成膜ガスを第一のガス供給孔６８から供給する場合を示す。図１１および図１２においては、理解の容易の観点から、第一のガス供給路６９との接続部分については、概略的に示している。
【００６４】
ここで、図１１に示すガス供給機構６１の構成について簡単に説明する。図１１を参照して、ガス供給機構６１は、アルゴンガスの供給系統５５ａと、プリカーサガスの供給系統５５ｂとを備える。アルゴンガスの供給系統５５ａは、流量を調整するＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５６ａと、パイプ５８ａと、パイプ５８ａの間において、開閉によりアルゴンガスの供給および停止を行うバルブ５７ａとを備える。また、プリカーサガスの供給系統５５ｂは、プリカーサガスの流量を調整するＭＦＣ５６ｂと、パイプ５８ｂと、各所において開閉によりプリカーサガスの供給および停止を行うバルブ５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ、５７ｅとを備える。バルブ５７ａの下流側のパイプとバルブ５７ｃの下流側のパイプとは、共用されており、ヘッド部６２内に設けられた第一のガス供給路６９に連結されている。図１２に示すガス供給機構６１については、図１１に示す符号と同じ符号を付して、その説明を省略する。なお、バルブ５７ａ〜５７ｅにおいて、ハッチングで示している状態のときは、閉じられている状態を示し、白抜きで示している状態のときは、開けられている状態を示す。
【００６５】
なお、後述するプラズマ処理時における支持台３４の温度は、例えば、１００〜６００℃、好ましくは、３００〜４００℃の間の任意の温度が選択される。
【００６６】
処理の開始（図１０（Ａ））後、すなわち、被処理基板Ｗを静電チャックにより支持させた後、まず、プラズマを発生させる。プラズマ発生の際には、処理容器３２内にアルゴンガス、酸素ガスの供給を開始し、マイクロ波プラズマを生成する。ヘッド部６２については、アルゴンガスの供給を開始する。具体的には、図１１に示すように、バルブ５７ａを開ける。そうすると、ヘッド部６２に設けられた第一のガス供給路６９にアルゴンガスが供給される。ここで、被処理基板Ｗの上部側の領域においては、ヘッド部６２に覆われた状態ではなく、プラズマに曝された状態であり、初期における処理の下地層となる被処理基板Ｗの上面の酸化処理が行われる（図１０（Ｂ））。
【００６７】
次に、ヘッド部６２を第一の位置、すなわち、被処理基板Ｗがその上に支持された支持台３４の上方側に移動させる（図１０（Ｃ））。そして、支持台３４とヘッド部６２との間に小容積領域Ｓを形成する。その後、第一のガス供給孔６８から、パージガスを被処理基板Ｗに向けて供給する（図９（Ｋ１）、図１０（Ｄ））。この場合、パージガスとしてのアルゴンガスは、既に供給されている。また、ヘッド部６２におけるガスの排気を行う。排気については、上記したガス排気機構を用いて行う。
【００６８】
次に、成膜ガスを供給する（図９（Ｋ２）、図１０（Ｅ））。具体的には、プリカーサガスを含む成膜ガスを複数の第一のガス供給孔６８から噴出するようにして供給する。この場合、アルゴンガスの供給は連続しておいて、プリカーサガスを併せて供給するようにする。すなわち、図１２に示すように、バルブ５７ａを開けたまま、バルブ５７ｂ、５７ｃを開ける。そうすると、バルブ５７ａとバルブ５７ｃの下流側において、アルゴンガスとプリカーサガスが混合され、ヘッド部６２に設けられた第一のガス供給路６９に供給される。この実施形態においては、成膜ガスは、アルゴンガスとプリカーサガスとの混合ガスであり、それぞれの流量については、アルゴンガスが５００ｓｃｃｍであり、プリカーサガスが１００ｓｃｃｍである。なお、プリカーサガスとしては、ＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ−ｔｅｒｔｉａｒｙｌ−ｂｕｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏ−ｓｉｌａｎｅ）を含むガスを用いている。また、ヘッド部６２におけるガスの排気を行う。このガスの排気は、連続して行われていてもよい。
【００６９】
ここで、圧力について説明する。図１３は、処理容器全体におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。図１４は、支持台３４とヘッド部６２との間に形成される小容積領域Ｓにおけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。図１３および図１４中、縦軸は、到達時間（秒）を示し、横軸は、ガス流量（ｓｃｃｍ）を示す。なお、ガス流量は、Ａｒ（アルゴン）ガス換算で示している。図１３および図１４に示すグラフは、１Ｔｏｒｒから３Ｔｏｒｒに昇圧する場合のグラフである。図１３に示す場合において、処理容器３２全体の容積は、約５４リットルである。図１４に示す場合において、支持台３４とヘッド部６２との間に形成される小容積領域Ｓの容積は、約０．７５リットルである。なお、このような容積は、例えば、プラズマ処理装置３１において処理する被処理基板Ｗの直径を３００ｍｍとした場合を想定している。
【００７０】
図１３および図１４を参照して、いずれのガス流量においても、３Ｔｏｒｒに到達するまでに要する時間は、図１４に示す場合の方が、大幅に短くなっていることが把握できる。なお、支持台３４とヘッド部６２の間に形成される小容積領域Ｓの容積は、例えば、処理容器３２の全体の容積の５０％以内であることが好ましい。また、小容積領域Ｓの容積は、処理容器３２の全体の容積の２０％以内であればさらに好ましい。ここで、上記した図１３および図１４に示す場合であれば、小容積領域Ｓの容積は、処理容器３２の全体の容積のおおよそ１．４％となる。
【００７１】
このようにして、第一のガス供給孔６８から、成膜ガスを被処理基板Ｗに向けて供給する。そうすると、被処理基板Ｗ上にプリカーサガス分子がおおよそ１層化学吸着される。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プリカーサガス分子の吸着の層、すなわち、過吸着の物理吸着層が形成される。
【００７２】
成膜ガスを被処理基板Ｗ上に化学吸着させた後、過吸着のプリカーサガスを含む成膜ガスを除去するための物理吸着層除去工程、および小容積領域Ｓ内のガスの置換を行うため、パージガスを供給する（図９（Ｋ３）、図１０（Ｆ））。パージガスの供給に際しては、プリカーサガスの供給を停止し、ヘッド部６２に設けられた第一のガス供給孔６８からアルゴンガスの供給のみを行うことによりなされる。この実施形態においては、パージガスとして、アルゴンガスを５００ｓｃｃｍの流量にて供給する。また、ヘッド部６２におけるガスの排気を行う。このガスの排気は、連続して行われていてもよい。
【００７３】
次に、パージガスを供給した後、マイクロ波による化学吸着層のプラズマ処理を行う。この実施形態においては、プラズマ処理用ガスは、アルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスであり、それぞれの流量については、アルゴンガスが５００ｓｃｃｍであり、酸素ガスが６０ｓｃｃｍである。プラズマ処理に際しては、ヘッド部６２を第２の位置となる収容部７６に移動して収容後（図９（Ｋ４）、図１０（Ｇ））、遮蔽板７７を上方向に移動させ、収容部７６内と収容部７６外とを遮蔽板７７により遮断する。その後、被処理基板Ｗを処理容器３２内の誘電体窓３６の直下に置く状態、すなわち、ヘッド部６２によって覆われていない状態とし、被処理基板Ｗの上に形成されたシリコン原子を含む化学吸着層のマイクロ波によるプラズマ処理を行う（図１０（Ｈ））。このとき、処理容器３２内には、連続してプラズマが生成されている。この場合のマイクロ波によるプラズマ処理は、シリコン原子の酸化処理である。このプラズマ処理は、上記したプラズマ拡散領域で行う。
【００７４】
このようにして、原子層が一層程度形成された成膜を行う。そして、この一連の流れを、プラズマを発生させた状態のまま、所望の膜厚となるまで繰り返す。すなわち、図１０における（Ｃ）から（Ｈ）までの工程を１サイクルとして、所望の膜厚となるまでサイクルを繰り返し行う。
【００７５】
ここで、従来のプラズマ処理については、プラズマ生成の際、つまりプラズマ着火後にプラズマが安定するまでの時間を要するが、本実施形態のプラズマ処理については、プラズマを発生させた状態のままであるため、プラズマが安定するまでの時間を要しない。
【００７６】
これについて簡単に説明すると、以下の通りである。図１５は、プラズマが安定するために要する時間を示すグラフであり、整合時間とチューナーポジションの変化を示したグラフである。図１５中、縦軸は、基準の位置に対するチューナーの位置、いわゆるチューナーポジションを示し、横軸は、チューナーのポジションが整合するまでに要する整合時間、すなわち、経過時間（秒）を示す。チューナーは、図示はしないが、上記した図２等におけるマッチング機構５１の内部に設けられているものであり、マイクロ波発生器３５にて発生させたマイクロ波の波長をチューナーの先端の位置を上下させることにより調整し、安定したマイクロ波を供給するためのものである。図１５中において、複数設けられるチューナーについて、第一のチューナーの位置を位置Ｔ１、第二のチューナーの位置を位置Ｔ２として示している。チューナーが上下方向に移動せず、その位置が安定したときが、安定してマイクロ波が供給されている状態であり、つまり、プラズマが安定していることとなる。
【００７７】
図１５を参照して、位置Ｔ１および位置Ｔ２が確実に安定するのは、９０秒経過後であり、少なくとも１５秒程度までは、位置Ｔ１および位置Ｔ２が上下に激しく移動していることが分かる。この１５秒以前にプラズマ処理を行うと、不安定なプラズマ状態で処理することになり、例えば、電子温度の高い活性種が被処理基板Ｗにプラズマダメージを与えるおそれがある。すなわち、プラズマの安定に要する時間は、少なくとも約１５秒となり、この時間が経過するまで、プラズマの処理を待つ必要がある。このような待ち時間が、数十回〜数百回のサイクル毎に生じるとなると、スループットの大幅な低下を招くことになる。
【００７８】
具体的には、例えば、上記した処理容器３２と同様の容積において、直径が３００ｍｍの被処理基板に薄膜を形成する場合を考えると、ガス吸着工程については、１秒程度であるが、パージガスの供給による成膜ガスの排気に要する時間は２０秒程度かかり、プラズマの安定に要する時間を含めたプラズマ処理に要する時間は６０秒程度かかり、プラズマ処理用のガスの排気に要する時間は、２０秒程度かかる。そうすると、１サイクルのサイクルタイムは、１０１秒かかることになる。原子層一層はおおよそ１Å（オングストローム）程度である。実際に成膜に要求される膜厚としては、膜厚１ｎｍ〜５００ｎｍが選択されるが、例えば、１００Å（＝１０ｎｍ）の膜厚の層を形成しようとすると、１００サイクル行う必要があり、１００サイクル×１０１秒＝１０１００秒＝２．５時間半以上かかることとなってしまう。
【００７９】
しかし、本願発明の構成によれば、プラズマを発生させた状態のままとすることができるので、このような待ち時間、具体的には、少なくとも上記した図１５の場合の１５秒程度のプラズマが安定するために要する時間が生じることはない。したがって、サイクルタイム、すなわち、上記した一連の流れに要する時間を大幅に短縮することができ、スループットの向上を図ることができる。
【００８０】
このようにして、被処理基板Ｗに対するシリコン酸化膜の成膜を行なう。その後、被処理基板Ｗに対して、所望の箇所のエッチング等を繰り返し、図１に示すような半導体素子を製造する。なお、このような処理を、ＲＬＳＡを用いたＰＥ−ＡＬＤ処理という。また、このような装置を、ＲＬＳＡを用いたＰＥ−ＡＬＤ装置ともいう。
【００８１】
すなわち、このようなプラズマ処理装置３１によると、ヘッド部６２が第一の位置にある状態、すなわち、ヘッド部６２が支持台３４の上方側を覆い、支持台３４とヘッド部６２との間に小容積領域Ｓを形成し、処理容器３２内の空間から小容積領域Ｓを遮断している状態において、成膜ガスの供給を行う。そうすると、成膜ガスの供給は処理容器３２の空間よりも狭い領域であるため、成膜ガスの供給に要する時間の短縮を図ることができる。また、ヘッド部６２が支持台３４の上方側を覆うようにして小容積領域Ｓが形成されているため、成膜ガスを被処理基板Ｗに供給させている間も処理容器３２内にプラズマを継続して発生させておくことができる。そうすると、成膜を行った後にヘッド部６２を第二の位置に移動させて、そのままプラズマ処理を行うことができ、プラズマを発生させるために要する時間を省略することができる。したがって、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、この場合、処理容器３２内の空間から小容積領域Ｓが遮断されており、プラズマ処理を行う際にも、処理容器３２の内壁面が成膜ガスに曝されることがないため、処理容器３２の内壁面への反応生成物の付着の抑制やパーティクル発生の抑制、処理容器３２の内壁面のクリーニング工程数の減少を図ることができる。したがって、このようなプラズマ処理装置３１によると、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。
【００８２】
さらにこの場合、ヘッド部６２を収容部７６に収容し、遮蔽板７７により遮蔽しているため、プラズマによる処理の際のヘッド部６２および収容部７６の内壁面へのプラズマ処理による反応生成物の付着等も低減することができる。
【００８３】
また、この場合、低電子温度のマイクロ波プラズマによりプラズマ処理を行っているため、成膜時におけるプラズマダメージを大きく低減することができる。したがって、このような成膜方法によると、高品質な膜を形成することができる。
【００８４】
ここで、上記の実施の形態においては、収容部は側壁の一部から外方側に向かって真直ぐ延びるようにして形成されることとしたが、これに限らず、収容部は、側壁の一部から外方側に向かって斜め方向に延びるようにして形成することにしてもよい。また、収容部の容積とヘッド部の大きさとをほぼ同一とし、ヘッド部の側壁において遮蔽機構を備えるよう構成してもよい。さらに遮蔽板の移動は上下方向に限らず、水平方向や円周方向、斜め方向に移動可能に構成してもよい。さらに、収容部内の空間と処理容器内の空間とを仕切るシャッター状のものを備えるようにしてもよい。さらに、遮蔽機構については、用途等に応じて設ける必要はない。
【００８５】
なお、ヘッド部および支持部の温度を調整可能な温度調整機構を含むよう構成してもよい。こうすることにより、供給するガスの温度を適切にして、より効率的に成膜等を行うことができる。具体的には、例えば、ヒータおよびセンサ（いずれも図示せず）をヘッド部の内部および支持部の内部に設ける。そして、プラズマ処理装置に備えられる制御部により、センサからの温度情報に基づいて、ヒータのオンおよびオフを行うようにする。なお、ヒータやセンサは、ヘッド部や支持部の外側に取り付けるようにして設けることとしてもよい。また、いずれか一方、すなわち、ヘッド部のみや支持部のみに温度調整機構を備えるよう構成してもよい。
【００８６】
ここで、温度調整を行う際の設定温度については、用いるプリカーサガスによって任意に設定される。制御においては、例えば、用いるプリカーサガスの蒸気圧に対応する温度範囲に設定してもよい。なお、上記の実施の形態においては、第二のガス供給孔を兼ねるガス排気孔を環状となるように設けることとしたが、これに限らず、丸孔状のものや長孔状のものを複数周方向に間隔を空けて設けるように構成してもよい。
【００８７】
また、上記の実施の形態においては、ガス排気機構による排気を連続して行うこととしたが、これに限らず、各工程において適宜タイミングを合わせてガス排気機構による排気を行うこととしてもよい。
【００８８】
これについて説明すると、以下の通りである。再び図９を参照して、ヘッド部６２を第一の位置へ移動させた後、上記と同様に、パージガス、すなわち、ここではアルゴンガスの供給を開始する（図９（Ｍ１））。この時、同時にガス排気機構による排気を行わないようにする。そして、パージガスの供給をしている段階で、すなわち、パージガスの供給が終了する前に、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図９（Ｌ１））。そして、ガスの排気を行いながら、パージガスの供給を終了する（図９（Ｌ２））。その後、ガスの排気を停止し、次に成膜ガスの供給を開始する（図９（Ｌ３））。すなわち、アルゴンガスとプリカーサガスとの混合ガスを同時に供給し始める。次に、成膜ガスの供給をしている段階で、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図９（Ｌ４））。そして、ガスの排気を行いながら、成膜ガスの供給を終了する（図９（Ｌ５））。その後、再びガスの排気を停止し、再びパージガスの供給を開始する（図９（Ｌ６））。そして、パージガスの供給をしている段階で、すなわち、パージガスの供給が終了する前に、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図９（Ｌ７））。そして、ガスの排気を行いながら、パージガスの供給を終了する（図９（Ｌ８））。そして、最後に、ヘッド部６２を第二の位置に移動させて（図９（Ｍ７））、プラズマ処理を行う。このように構成することにより、ガスの置換効率を改善することができる。
【００８９】
また、パージガスおよび成膜ガスの供給と、ガスの排気については、それぞれのタイミングが重ならないように行っていてもよい。再び図９を参照して、ヘッド部６２を第一の位置に移動させた後、パージガスを供給する（図９（Ｍ１））。ここで、ガス排気機構による排気を行わない。その後、パージガスの供給を停止し、ガス排気機構による排気を開始する（図９（Ｍ２））。次に、ガス排気機構による排気を停止した後、成膜ガスの供給を開始する（図９（Ｍ３））。その後、成膜ガスの供給を停止し、ガス排気機構による排気を再び開始する（図９（Ｍ４））。次に、再びガス排気機構による排気を停止した後、パージガスの供給を開始する（図９（Ｍ５））。その後、パージガスの供給を再び停止し、ガス排気機構による排気を再び開始する（図９（Ｍ６））。その後、ヘッド部６２を第二の位置に移動させて（図９（Ｍ７））、プラズマ処理を行う。このように構成することにより、ガスの置換効率を改善することができる。
【００９０】
なお、支持台上に支持された被処理基板の外周側に、フォーカスリングを設けることにしてもよい。図１６は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ａに備えられるヘッド部８２ａおよび支持台８３ａのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、図７に示す断面に相当する。図１６を参照して、ヘッド部８２ａには、第二のガス供給孔を兼ねるガス排気孔８４ａおよび第二のガス供給路を兼ねるガス排気路８５ａが設けられている。支持台８３ａ上に支持された被処理基板Ｗの外周側には、環状であって、板状のフォーカスリング８８ａが設けられている。フォーカスリング８８ａは、所定の板厚を有し、ヘッド部８２ａに設けられたガス排気孔８４ａに対向する位置に設けられている。具体的には、フォーカスリング８８ａの上側に位置する一方の面が、ヘッド部８２ａの外周側に設けられた延出部の下方側に位置する面と対向するようにして設けられている。このように構成することにより、処理容器内の空間からの小容積領域Ｓ、すなわち、ヘッド部８２ａが第一の位置に配置された際のヘッド部８２ａと支持台８３ａとの間に形成される領域を遮断する効率を高めることができる。また、このようなフォーカスリング８８ａは、取り外し可能に設置されている。そのため、例え、成膜ガスがプラズマ中の反応種に曝されることによって生成された反応生成物が付着したとしても、交換や変更が容易である。したがって、メンテナンス性を向上させることができる。なお、このようなフォーカスリング８８ａは、被処理基板Ｗの処理における均一性向上にも効果的である。
【００９１】
また、上記した第二のガス供給孔を兼ねるガス排気孔は、複数設けることにしてもよい。図１７は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｂに備えられるヘッド部８２ｂおよび支持台８３ｂのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、図７に示す断面に相当する。
【００９２】
図１７を参照して、ヘッド部８２ｂには、第一のガス排気孔８４ｂ、第一のガス排気孔８４ｂに通ずる第一のガス排気路８５ｂ、第二のガス排気孔８６ｂおよび第二のガス排気孔８６ｂに通ずる第二のガス排気路８７ｂが設けられている。第一のガス排気孔８４ｂは、第二のガス排気孔８６ｂよりも、外径側に設けられている。また、第一のガス排気路８５ｂについても、第二のガス排気路８７ｂよりも、外径側に設けられている。このように構成することにより、第一のガス排気孔８４ｂから成膜ガスを効果的に排気することができ、第二のガス排気孔８６ｂからヘッド部６２内部の小容積領域Ｓ内に侵入するプラズマ中の反応種を効果的に排気することができる。よって、それぞれの排気路内にて意図せずに形成される反応生成物を減少させることができる。また、ガスの排気効率を向上させて、小容積領域Ｓを遮断する効率を高めることができる。
【００９３】
また、ガス排気孔と第二のガス供給孔とを別に設けるようにしてもよい。図１８は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｃに備えられるヘッド部８２ｃおよび支持台８３ｃのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、それぞれ図７に示す断面に相当する。
【００９４】
図１８を参照して、ガス排気機構７２は、支持台８３ｃ上に支持された被処理基板Ｗの外方側に設けられたガス排気孔８４ｃを有する。ガス排気孔８４ｃは、ヘッド部８２ｃのうち、延出部７３の下面７４に開口を有し、下面７４から凹むように設けられている。ガス排気孔８４ｃは、環状に連なった形状である。すなわち、環状の延出部７３の形状に沿って設けられている。
【００９５】
板厚方向から見た場合に延出部７３が位置する部分であって、ヘッド部８２ｃの周縁における内部には、一方側がガス排気孔８４ｃに通じ、他方側が処理容器外に設けられ、余剰の成膜ガス等を排気するガス排気部（図示せず）に通ずるガス排気路８５ｃが設けられている。ガス排気機構７２は、ガス排気路８５ｃおよび環状のガス排気孔８４ｃを介して、処理容器の外部に、成膜ガス等を排気する。
【００９６】
また、プラズマ処理装置８１ｃに含まれ、パージガスを供給するパージガス供給機構７５は、支持台８３ｃ上に支持された被処理基板Ｗの周縁となるヘッド部８２ｃの周縁に設けられた第二のガス供給孔８６ｃを備える。第二のガス供給孔８６ｃは、ヘッド部８２ｃのうち、延出部７３の下面７４に開口を有し、下面７４から凹むように設けられている。第二のガス供給孔８６ｃは、環状に連なった形状である。すなわち、環状の延出部７３の形状に沿って設けられている。
【００９７】
ヘッド部８２ｃの周縁における内部には、一方側が第二のガス供給孔８６ｃに通じ、他方側が処理容器外に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部（図示せず）に通ずる第二のガス供給路８７ｃが設けられている。第二のガス供給路８７ｃおよび環状の第二のガス供給孔８６ｃを介して、処理容器の外部側からパージガスを供給することができる。
【００９８】
ヘッド部８２ｃの周縁において、第二のガス供給孔８６ｃは、ガス排気孔８４ｃよりも外方側に設けられている。すなわち、円板状のヘッド部８２ｃの径方向において、ガス排気孔８４ｃが設けられた位置の方が、第二のガス供給孔８６ｃが設けられた位置よりも、支持台８３ｃ上に支持された被処理基板Ｗに近くなるように構成されている。このように構成することにしてもよい。こうすることにより、より小容積領域Ｓの遮断効率を向上させることができる。具体的には、より外径側の部分においてパージガスを供給して、小容積領域Ｓ内へのプラズマの侵入等を効率的に排除し、より内径側の部分において、外径側で供給されたパージガスを含めた余剰な成膜ガスを効率的に排気して、小容積領域Ｓ外への成膜ガス等の拡散を抑制することができる。
【００９９】
図１８に示すプラズマ処理装置において、処理の流れを説明する。図１９は、図１８に示すプラズマ処理装置８１ｃを用いて、成膜ガス吸着工程において、被処理基板Ｗにガスを供給する際のシーケンスを概略的に示す図であり、図９に相当する。また、図９と同様に、図１９においては、ヘッド部８２ｃ、被処理基板Ｗ、および支持台８３ｃを模式的に示している。
【０１００】
処理の開始後、すなわち、被処理基板Ｗを静電チャックにより支持させた後、まず、プラズマを発生させる。プラズマ発生の際には、処理容器内にアルゴンガス、酸素ガスの供給を開始し、マイクロ波プラズマを生成する。ヘッド部８２ｃについては、アルゴンガスの供給を開始する。さらに、第二のガス供給孔８６ｃによるパージガスの供給を行う。このパージガスの供給は、連続して行われる。ここで、初期における処理の下地層となる被処理基板Ｗの上面の酸化処理が行なわれる。
【０１０１】
次に、ヘッド部８２ｃを第一の位置、すなわち、被処理基板Ｗがその上に支持された支持台３４の上方側に移動させる。そして、支持台８３ｃとヘッド部８２ｃとの間に小容積領域Ｓを形成する。その後、第一のガス供給孔７９から、パージガスを被処理基板Ｗに向けて供給する（図１９（Ｎ１））。この場合、パージガスとしてのアルゴンガスは、既に供給されている。また、ヘッド部８２ｃにおけるガスの排気を行う。排気については、上記したガス排気機構を用いて行う。
【０１０２】
次に、成膜ガスを供給する（図１９（Ｎ２））。具体的には、プリカーサガスを含む成膜ガスを複数の第一のガス供給孔７９から噴出するようにして供給する。この場合、アルゴンガスの供給は連続しておいて、プリカーサガスを併せて供給するようにする。また、ヘッド部８２ｃにおけるガスの排気を行う。このガスの排気は、連続して行われる。
【０１０３】
このようにして、第一のガス供給孔７９から、成膜ガスを被処理基板Ｗに向けて供給する。そうすると、被処理基板Ｗ上にプリカーサガス分子がおおよそ１層化学吸着される。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。
【０１０４】
成膜ガスを被処理基板Ｗ上に化学吸着させた後、過吸着のプリカーサガスを含む成膜ガスを除去するための物理吸着層除去工程、および小容積領域Ｓ内のガスの置換を行うため、再びパージガスを供給する（図１９（Ｎ３））。パージガスの供給に際しては、プリカーサガスの供給を停止し、ヘッド部８２ｃに設けられた第一のガス供給孔７９からアルゴンガスの供給のみを行うことによりなされる。また、ヘッド部８２ｃにおけるガスの排気を行う。このガスの排気は、連続して行われる。
【０１０５】
次に、パージガスを供給した後、マイクロ波による化学吸着層のプラズマ処理を行う。プラズマ処理に際しては、ヘッド部８２ｃを第２の位置となる収容部７６に移動して収容後（図１９（Ｎ４））、遮蔽板７７を上方向に移動させ、収容部７６内と収容部７６外とを遮蔽板７７により遮断する。その後、被処理基板Ｗを処理容器３２内の誘電体窓３６の直下に置く状態、すなわち、ヘッド部８２ｃによって覆われていない状態とし、被処理基板Ｗの上に形成されたシリコン原子を含む化学吸着層のマイクロ波によるプラズマ処理を行う。このとき、処理容器３２内には、連続してプラズマが生成されている。
【０１０６】
このようにして、原子層が一層程度形成された成膜を行う。そして、この一連の流れを、プラズマを発生させた状態のまま、所望の膜厚となるまで繰り返す。このように構成してもよい。
【０１０７】
また、上記の実施の形態においては、ガス排気機構による排気を連続して行うこととしたが、これに限らず、適宜タイミングを合わせてガス排気機構による排気を行うこととしてもよい。
【０１０８】
これについて説明すると、以下の通りである。再び図１９を参照して、ヘッド部８２ｃを第一の位置へ移動させた後、第二のガス供給孔８６ｃから連続してパージガスの供給を行いながら、第一のガス供給孔７９からパージガス、すなわち、ここではアルゴンガスの供給を開始する（図１９（Ｑ１））。この時、同時にガス排気機構による排気を行わないようにする。そして、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給をしている段階で、すなわち、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給が終了する前に、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図１９（Ｐ１））。そして、ガスの排気を行いながら、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を終了する（図１９（Ｐ２））。その後、ガスの排気を停止し、次に第一のガス供給孔７９からの成膜ガスの供給を開始する（図１９（Ｐ３））。すなわち、アルゴンガスとプリカーサガスとの混合ガスを同時に供給し始める。次に、成膜ガスの供給をしている段階で、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図１９（Ｐ４））。そして、ガスの排気を行いながら、第一のガス供給孔７９からの成膜ガスの供給を終了する（図１９（Ｐ５））。その後、再びガスの排気を停止し、再び第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を開始する（図１９（Ｐ６））。そして、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給をしている段階で、すなわち、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給が終了する前に、ガス排気機構によるガスの排気を開始する（図１９（Ｐ７））。そして、ガスの排気を行いながら、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を終了する（図１９（Ｐ８））。そして、最後に、ヘッド部６２を第二の位置に移動させて（図１９（Ｑ７））、プラズマ処理を行う。このように構成することにより、ガスの置換効率を改善することができる。
【０１０９】
また、第一のガス供給孔７９からのパージガスおよび成膜ガスの供給と、ガスの排気については、それぞれのタイミングが重ならないように行っていてもよい。再び図１９を参照して、ヘッド部６２を第一の位置に移動させた後、第二のガス供給孔８６ｃから連続してパージガスの供給を行いながら、第一のガス供給孔７９からのパージガスを供給する（図１９（Ｑ１））。ここで、ガス排気機構による排気を行わない。その後、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を停止し、ガス排気機構による排気を開始する（図１９（Ｑ２））。次に、ガス排気機構による排気を停止した後、第一のガス供給孔７９からの成膜ガスの供給を開始する（図１９（Ｑ３））。その後、第一のガス供給孔７９からの成膜ガスの供給を停止し、ガス排気機構による排気を再び開始する（図１９（Ｑ４））。次に、再びガス排気機構による排気を停止した後、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を開始する（図１９（Ｑ５））。その後、第一のガス供給孔７９からのパージガスの供給を再び停止し、ガス排気機構による排気を再び開始する（図１９（Ｑ６））。その後、ヘッド部６２を第二の位置に移動させて（図１９（Ｑ７））、プラズマ処理を行う。このように構成することにより、ガスの置換効率を改善することができる。
【０１１０】
なお、上記の実施の形態においては、ガス排気孔および第二のガス供給孔をそれぞれ共に、ヘッド部に設けることとしたが、これに限らない。図２０は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｄに備えられるヘッド部８２ｄおよび支持台８３ｄのうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。図２１は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｅに備えられるヘッド部８２ｅおよび支持台８３ｅのうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。図２２は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｆに備えられるヘッド部８２ｆおよび支持台８３ｆのうちの一部を拡大して示す拡大断面図である。図２０〜図２２は、それぞれ図７に示す断面に相当する。
【０１１１】
図２０に示すプラズマ処理装置８１ｄのように、ガス排気孔８４ｄおよびガス排気路８５ｄが、ヘッド部８２ｄに設けられており、第二のガス供給孔８６ｄおよび第二のガス供給路８７ｄが、支持台８３ｄに設けられている構成としてもよい。また、図２１に示すプラズマ処理装置８１ｅのように、ガス排気孔８４ｅおよびガス排気路８５ｅが、支持台８３ｅに設けられており、第二のガス供給孔８６ｅおよび第二のガス供給路８７ｅが、ヘッド部８２ｅに設けられている構成としてもよい。また、図２２に示すプラズマ処理装置８１ｆのように、ガス排気孔８４ｆ、ガス排気路８５ｆ、第二のガス供給孔８６ｆおよび第二のガス供給路８７ｆがそれぞれ共に、支持台８３ｆに設けられている構成としてもよい。図２０、図２１、および図２２のように構成すると、ヘッド部８２ｄ等の構造を簡略化することができる。
【０１１２】
また、パージガス供給機構は、小容積領域から外れるようにパージガスを供給するよう構成してもよい。この場合の具体的な一例として、第二のガス供給孔を設ける際には、ガス排気孔と第二のガス供給孔とのなす角度を、鋭角とするようにしてもよい。図２３は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｇに備えられるヘッド部８２ｇおよび支持台８３ｇのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、図７に示す断面に相当する。
【０１１３】
図２３を参照して、プラズマ処理装置８１ｇには、ヘッド部８２ｇの周縁において、ガス排気孔８４ｇが、真下方向に向かって開口している。そして、第二のガス供給孔８６ｇは、真下方向ではなく、外方側に向かって所定の角度傾けて開口するように設けられている。ここでいう角度θは、第二のガス供給孔８６ｇを構成する内径側の壁面８８ｇとガス排気孔８４ｇを構成する外径側の壁面８９ｇとのなす角度をいい、この角度が鋭角となるという意味である。このように構成することにより、パージガスが、被処理基板Ｗの位置する側と反対の側に供給されることになるため、より効率よく小容積領域Ｓ内へのプラズマ等の侵入を抑制することができる。
【０１１４】
また、支持台にガス排気孔や第二のガス供給孔を設ける際には、支持台の外周側に配置される別部材を設け、この別部材に対して、ガス排気孔や第二のガス供給孔を設けることにしてもよい。図２４は、この場合におけるこの発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置８１ｈに備えられるヘッド部８２ｈおよび支持台８３ｈのうちの一部を拡大して示す拡大断面図であり、図７に示す断面に相当する。
【０１１５】
図２４を参照して、支持台８３ｈの外周側には、支持台８３ｈと別部材であるパージガス供給部材としての支持台外方部材８８ｈが設けられている。支持台外方部材８８ｈは、環状であって、支持台８３ｈの外周面８９ｈと支持台外方部材８８ｈの内周面９０ｈとが互いに対向して当接するように設けられている。ここで、ヘッド部８２ｈには、ガス排気孔８４ｈおよびガス排気路８５ｈが設けられており、支持台外方部材８８ｈには、第二のガス供給孔８６ｈおよび第二のガス供給路８７ｈが設けられている。
【０１１６】
このように構成することにより、従来の構造の支持台８３ｈを用いながらパージガスを効率的に供給することができる。さらに、支持台８３ｈにおける温度管理と支持台外方部材８８ｈにおける温度管理を別途制御して、より適切な温度で、パージガスを供給することができる。また、支持台外方部材８８ｈのみの交換や形状変更等が容易になる。
【０１１７】
なお、この場合において、支持台外方部材にガス排気孔およびガス排気路を設けることにしてもよいし、ガス排気孔、ガス排気路、第二のガス供給孔、第二のガス供給路を設けることにしてもよい。さらに、支持台と支持台外方部材とを着脱可能とするようにしてもよいし、支持台と支持台外方部材との間に、すき間を設けることにしてもよい。さらに、上下方向に位置する部材の全ての組合せについて、別部材で構成することにしてもよい。
【０１１８】
なお、上記の実施の形態においては、ヘッド部は、処理容器内を横方向、すなわち、水平方向に進退するように移動することとしたが、これに限らず、ヘッド部は、処理容器内において、上下方向に移動可能なように構成することとしてもよい。
【０１１９】
図２５は、この場合におけるプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。図２５を参照して、プラズマ処理装置９１の処理容器９２内には、ヘッド部９３と支持部９４とが備えられている。支持部９４の外径側端部９５は、処理容器９２の内壁面９６に取り付けられている。ヘッド部９３および支持部９４は、外径側端部９５を回転中心として、図２５中の矢印Ｃで示す方向、すなわち、上下方向に回転可能に構成されている。ヘッド部９３は、第一の位置として、支持台９７の上方側に配置される。また、ヘッド部９３は、第二の位置として、図２５に示す状態から、上側に回転させた状態に配置される。
【０１２０】
成膜処理については、まず、ガスを吸着する工程において、ヘッド部９３を支持台９７の上方側に位置させる。そして、プラズマ処理時においては、図２５中の矢印Ｃで示す方向に支持部９４ごと回転させて、ヘッド部９３を第二の位置、ここでは、内壁面９６側に傾けた位置にする。そして、マイクロ波による被処理基板Ｗのプラズマ処理を行う。このように構成することにしてもよい。
【０１２１】
ここで、図２６に示すように、プラズマ処理装置１１１に備えられるヘッド部１１２は、支持部１１３の根元部１１４を回転中心として、矢印Ｄで示す方向に処理容器１１５内を水平方向に回転可能な構成としてもよい。また、プラズマ処理装置１１６に備えられるヘッド部１１７は、図２７に示すように、支持部１１８ごと処理容器１１９内を矢印Ｅで示す水平方向に移動可能な構成としてもよい。
【０１２２】
ここで、支持部１１３の構成については、以下のようにしてもよい。図２８、図２９、および図３０は、図２６に示す支持部１１３のうちの根元部１１４付近の構成を示す概略断面図である。図２８に示す断面は、支持部１１３のうちの根元部１１４付近を、図２６における紙面表裏方向に延びる面で切断した場合の断面に相当し、図２９に示す断面は、図２８に示す断面を９０度回転させた場合の断面に相当し、図３０に示す断面は、図２９中のＸＸＸ−ＸＸＸ断面に相当する。
【０１２３】
図２６、図２８〜図３０を参照して、支持部１１３のうちの根元部１１４には、回転可能な可動部１５１と、ベース１５３に固定されている固定部１５２とが設けられている。固定部１５２については、下方側に位置する部分が、土台となるベース１５３に取り付けられ、固定されている。一方、可動部１５１については、図２８および図２９に一点鎖線で示す紙面上下方向に延びる回転中心軸１５４を中心に、図２６および図３０中の矢印Ｄで示す方向におおよそ９０度回転することができる。
【０１２４】
支持部１１３および根元部１１４の内部においては、ヘッド部側にガスを供給するガス供給孔（図示せず）に通じるガス供給路１５５と、排気する成膜ガスの通路となり、ガス排気孔（図示せず）に通じるガス排気路１５６とが設けられている。ここで、ガス供給路１５５とガス排気路１５６とは、ガス供給路１５５が内側に位置し、ガス排気路１５６が外側に位置するよう、支持部１１３内において、二重に設けられている。すなわち、図２９中の矢印Ｈ１で示す方向にガスが供給され、図３０中の矢印Ｈ２で示す方向にガスが排気される。
【０１２５】
このように構成することにより、ガス供給路１５５から供給されるガスがガス供給路１５５の一部から漏洩したとしても、ガス排気路１５６が外側に設けられているため、ガス排気路１５６に漏洩したガスが入り込み、排気されることになる。そうすると、ガス供給路１５５から漏洩したガスが、他の部分に漏洩することはない。したがって、より安全かつ確実にガス供給路１５５からのガスをヘッド部に供給することができる。
【０１２６】
もちろん、上記した図２８に示す場合において、ガス供給路１５５が二重以上の多重に設けられていてもよいし、ガス排気路１５６が二重以上の多重に設けられていてもよい。すなわち、ガス供給機構は、側壁側から延び、内方側部分がヘッド部に連結され、ヘッド部を支持する支持部を含む構成であり、排気機構は、支持部の内部に、排気された排気ガスの通路となる排気路を含み、ガス供給機構は、支持部の内部に、供給するガスの通路となるガス供給路を含み、ガス供給路は、ガス排気路の内側となるように多重に設けられていればよい。
【０１２７】
また、上記したプラズマ処理装置において、排気系統を２つとすると、装置のメンテナンスの観点からも有利である。
【０１２８】
これについて説明すると、以下の通りである。図３１は、この場合のプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図であり、図２に相当する。図３１に示すプラズマ処理装置８１ｊにおいて、図２に示すプラズマ処理装置３１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図３１を参照して、プラズマ処理装置８１ｊは、処理容器３２内の空間のガスを排気する排気孔４３を有する第一の排気系統８２ｊと、小容積領域Ｓ内のガスを排気するガス排気路に繋がる第二の排気系統８３ｊとを有する。すなわち、プラズマ処理装置８１ｊは、排気孔４３からの第一の排気系統８２ｊと、ガス排気孔７０からの第二の排気系統８３ｊという２つ独立した排気系統を備える構成である。具体的には、第一の排気系統８２ｊを構成するドライポンプ８４ｊや概略図示した配管８５ｊと、第二の排気系統８３ｊを構成するドライポンプ８６ｊや概略図示した配管８７ｊとが、それぞれ別個に設けられているものである。そして、それぞれの排気系統８２ｊ、８３ｊが、燃焼により反応生成物や成膜ガス等を除害する除害装置８８ｊに繋がっている。除害装置８８ｊからの排気については、プラズマ処理装置８１ｊが備えられている工場の排気設備へ送られる。
【０１２９】
次に、排気系統が一つのプラズマ処理装置において、上記した処理を行った場合の排気について説明する。図３２は、排気系統が一つのプラズマ処理装置における排気の流れを示す図である。排気系統が一つとは、処理容器の空間を排気する排気系統のみを有する構成である。図３２を参照して、例えば、成膜ガスを供給する場合において、処理容器からの排気については成膜ガスが排気される（Ｒ１）。排気された成膜ガスの大部分は、コールドトラップ、すなわち、トラップ部分を低温にした機構にて、余剰の成膜ガスが捕集される。そして、ドライポンプを用いて排気され、除害装置にて成膜ガスを燃焼させて除害する。ここで、ドライポンプ内での成膜ガスの付着を防止するため、ドライポンプには、加熱したＮ２ガスが供給されている。次に、供給されたパージガスが排気され、コールドトラップで捕集され、燃焼させて除害される（Ｒ２）。次のプラズマ処理工程においては、排気系統においては、プラズマ処理用のガスが排気される。このときに、プラズマ処理によって生じる活性種もコールドトラップで捕集され、排気される。そして、燃焼されて除害される（Ｒ３）。その後、再び供給されたパージガスが排気され、コールドトラップで捕集され、燃焼されて除害される（Ｒ４）。
【０１３０】
このように、排気系統が一つであると、コールドトラップを用いて成膜ガスを捕集する必要があり、コールドトラップを定期的にクリーニングする必要があった。また、ドライポンプに加熱したＮ２ガスを供給する装置を別途用意する必要があった。さらに、配管やドライポンプにおいて、成膜ガスが残っていた場合、プラズマ中の反応種がこの成膜ガスに触れると、成膜が進行してしまうことになる。すなわち、配管の内壁やドライポンプの内部において、成膜反応が起こってしまうことになる。そうすると、配管やドライポンプのクリーニングや交換の頻度が高くなり、メンテナンス性が悪くなってしまう。
【０１３１】
次に、図３１に示す排気系統を二つ有するプラズマ処理装置における排気について説明する。図３３は、排気系統を二つ有するプラズマ処理装置における排気の流れを示す図である。図３１および図３３を参照して、成膜ガスを供給する工程においては、第一の排気系統８２ｊにおいて、処理容器内の雰囲気の排気が行われ、プラズマ処理用のガスが排気される。このとき、処理容器内に存在する活性種も同時に排気される。ここで、小容積領域Ｓについては、第二の排気系統８３ｊにおいて、小容積領域Ｓ内の排気が行われ、余剰な成膜ガスが排気される（Ｓ１）。それぞれの排気系統８２ｊ、８３ｊで排気されたガスは、それぞれの排気系統８２ｊ、８３ｊに設けられたドライポンプ８４ｊ、８６ｊを経由し、除害装置８８ｊに送られる。そして、除害装置８８ｊで、燃焼されて除害される。次に、供給されたパージガスが排気され、燃焼されて除害される（Ｓ２）。この場合についても、第一の排気系統８２ｊで、処理容器内の雰囲気を排気し、第二の排気系統８３ｊでパージガスを排気するため、それぞれのガスが混ざり合うことはない。次のプラズマ処理工程においては、第一の排気系統８２ｊにおいて、処理容器内の雰囲気が排気され、除害装置８８ｊにて燃焼されて除害される（Ｓ３）。なお、第二の排気系統８３ｊにおいては、小容積領域Ｓへのガスの供給が行われていないため、排気をしなくともよい。その後、第一の排気系統８２ｊにおいては、処理容器内の雰囲気が排気され、第二の排気系統８３ｊにおいては、供給されたパージガスが排気され、それぞれ除害装置８８ｊにおいて燃焼されて除害される（Ｓ４）。
【０１３２】
このように構成することにより、それぞれの排気ガスが排気系統において混ざり合うことはない。そうすると、配管やドライポンプ内に残った成膜ガスが、プラズマ中の反応種によって反応し反応生成物が形成されることはない。したがって、コールドトラップやドライポンプに加熱したＮ２ガスを供給する装置を設ける必要がなくなり、メンテナンス性を向上させ、コストを低減することができる。
【０１３３】
さらにプラズマ処理装置において、処理容器内における処理空間を２つ以上有する構成として、ヘッド部を２つ以上の処理空間の間で行き来可能な構成としてもよい。
【０１３４】
図３４は、この場合のプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。図３４を参照して、プラズマ処理装置１２１は、図３４中の左方側に位置する第一の処理空間１２２ａと、右方側に位置する第二の処理空間１２２ｂとを備える。第一の処理空間１２２ａと第二の処理空間１２２ｂとは、その間に位置する側壁１２３を共有するようにして設けられている。そして、各処理空間１２２ａ、１２２ｂにはそれぞれ、支持台１２４ａ、１２４ｂ、プラズマ処理用ガス供給部および誘電体窓１２５ａ、１２５ｂ等が設けられている。そして、各処理空間１２２ａ、１２２ｂ内でそれぞれ、被処理基板Ｗに対するプラズマ処理が可能である。しかし、ヘッド部１２６を含むガス供給機構については、プラズマ処理装置において、１つのみ設けられている。
【０１３５】
ここで、第一の処理空間１２２ａと第二の処理空間１２２ｂとの間に位置する側壁１２３の一部は、開口している。この開口部１２７を通じて、ヘッド部１２６は、第一の処理空間１２２ａと第二の処理空間１２２ｂとの間を移動可能に構成されている。また、第一および第二の処理空間１２２ａ、１２２ｂ側には、開口部１２７の開閉を可能とする第一のシャッター１２８ａ、および第二のシャッター１２８ｂが設けられている。具体的には、開口部１２７を通じて、ヘッド部１２６は、第一の処理空間１２２ａと第二の処理空間１２２ｂとの間を行き来可能とされている。
【０１３６】
このような構成によると、効率的な成膜工程を行なうことができる。すなわち、例えば、一方側である第二の処理空間１２２ｂで被処理基板Ｗのプラズマ処理を行っている間に、他方側である第一の処理空間１２２ａにヘッド部１２６を移動させて、第一の処理空間１２２ａ内で、ヘッド部１２６により被処理基板Ｗに対するガス吸着工程を行う。このように構成することにより、効率的な成膜が可能となる。この場合、プラズマ発生器等についても、２つの処理空間における処理で、共用することができる。もちろん処理容器等を２つ以上設け、２つ以上の処理空間としてもよい。
【０１３７】
なお、プラズマ処理装置は、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構を備えるよう構成してもよい。図３５は、この場合におけるプラズマ処理システムの構成を概略的に示す概略図である。図３５を参照して、プラズマ処理システム１６１は、処理前の被処理基板Ｗの搬入口や処理後の被処理基板Ｗの搬出口となり、プラズマ処理システム１６１と外部との間において被処理基板Ｗの出し入れを行うための３つのロードポート１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃと、大気圧雰囲気下において被処理基板Ｗの搬送を行う空間を有するロードモジュール１６３と、ロードモジュール１６３とトランスファモジュール１６５との間において圧力調整等を行う２つのロードロックモジュール１６４ａ、１６４ｂと、真空雰囲気下において被処理基板Ｗの搬送を行う空間を有するトランスファモジュール１６５と、被処理基板Ｗのプラズマ処理を行う２つのプラズマ処理装置１８１ａ、１８１ｂと、トランスファモジュール１６５の内部に備えられ、図示しないアームを用いて、プラズマ処理装置１８１ａ、１８１ｂとの間において被処理基板Ｗの出し入れ等の搬送を行う被処理基板搬送機構（図示せず）とを備える。
【０１３８】
各プラズマ処理装置１８１ａ、１８１ｂに備えられるそれぞれの支持台１６７ａ、１６７ｂは、それぞれ４枚の被処理基板Ｗを載置するようにして支持することができる。支持台１６７ａにおける４枚の被処理基板Ｗの支持領域を、図３５等における一点鎖線で示す領域１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃ、１６８ｄで示している。また、支持台１６７ｂにおける４枚の被処理基板Ｗの支持領域を、図３５等における一点鎖線で示す領域１６８ｅ、１６８ｆ、１６８ｇ、１６８ｈで示している。なお、ここでは支持台１６７ａ、１６７ｂは、４枚の被処理基板Ｗを載置できることとしたが、これに囚われず、例えば、２枚以上の被処理基板Ｗを載置できるようにしてもよい。
【０１３９】
図３６は、支持台１６７ａ付近を概略的に示す概略斜視図である。図３６を参照して、被処理基板Ｗの支持台１６７ａ上への支持および被処理基板Ｗの支持台１６７ａからの取り外しについては、３つのピン（図示せず）が用いられる。ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しについては、後述する。なお、図３６においては、支持台１６７ａの領域１６８ａにおける３つのピンの設置領域となる３つのピン孔１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃを示している。他の領域１６８ｂ〜１６８ｄにおけるピン孔の図示は省略する。３つのピン孔１７２ａ〜１７２ｃは、それぞれを仮想線で結んだ場合に、ほぼ正三角形を形成する位置に設けられている。すなわち、３つのピン孔１７２ａ〜１７２ｃは、仮想の正三角形の角に位置する部分に設けられている。
【０１４０】
支持台１６７ａを備える一方のプラズマ処理装置１８１ａには、上述したヘッド部１６９が設けられている。ヘッド部１６９は、支持部１７０に取り付けられている。ヘッド部１６９は、支持部１７０の外方側端部となる根元部１７１を回転中心として、図３６中の矢印Ｊ１で示す方向に３６０度回転可能である。こうすることにより、４つの領域１６８ａ〜１６８ｄにそれぞれ支持された被処理基板Ｗにおいて、成膜等の処理を効率的に行うことができる。また、支持台１６７ａは、根元部１７１の中心を回転中心として、図３６中の矢印Ｊ２で示す方向に３６０度回転可能である。
【０１４１】
こうすることにより、処理を行う被処理基板Ｗの搬入、すなわち、支持台１６７ａ上への支持や、処理が終了した被処理基板Ｗの搬出、すなわち、支持台１６７ａ上からの取り外しを効率的に行うことができる。ここで、上記した回転する支持台１６７ａおよびピンは、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構として作動する。すなわち、プラズマ処理装置は、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構としての支持台およびピンを含む。
【０１４２】
また、図３７を参照して、支持台１６７ｂを備える他方のプラズマ処理装置１８１ｂについても、上述したヘッド部１７３、支持部１７４ａ、および根元部１７５が設けられている。そして、根元部１７５を中心としてヘッド部１７３と１８０度対向する位置に、被処理基板Ｗをその上に載置することができる載置部１７６が設けられている。載置部１７６は、支持部１７４ｂによって支持されている。ヘッド部１７３を支持する支持部１７４ａと載置部１７６を支持する支持部１７４ｂとは、根元部１７５を間に挟んで、ほぼ一直線に連なるように設けられている。
【０１４３】
載置部１７６は、断面Ｌ字状であって、回転中心軸方向から見た場合に、略半円状である。載置部１７６は、断面Ｌ字状の上面において、被処理基板Ｗを載置することができる。根元部１７５の回転により、ヘッド部１７３および載置部１７６は、根元部１７５の中心を回転中心として３６０度回転することができる。すなわち、所定の箇所を根元部１７５として、所定の箇所を基準として載置部１７６は、相対的に回転可能である。そして、所定の箇所を基準とした載置部１７６の相対的な回転運動により、支持台１６７ｂ上への被処理基板Ｗの支持および支持台１６７ｂ上に支持された被処理基板Ｗの取り外しを行う。こうすることにより、支持台１６７ｂが固定されており、支持台１６７ｂが回転できない構成であったとしても、４つの支持領域１６８ｅ〜１６８ｈに支持された被処理基板Ｗの搬入および搬出を行うことができる。なお、図３７においては、支持台１６７ｂの領域１６８ｅにおける３つのピンの設置領域となる３つのピン孔１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃを示している。他の領域１６８ｆ〜１６８ｈにおけるピン孔およびピンの図示については、省略する。なお、所定の箇所を基準とした載置部１７６の相対的な回転運動により、支持台１６７ｂ上への被処理基板Ｗの支持および支持台１６７ｂ上に支持された被処理基板Ｗの取り外しのうちの少なくともいずれか一方を行う構成としてもよい。
【０１４４】
ここで、ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しについて説明すると、以下の通りである。図３８、図３９、図４０、および図４１は、ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の支持台１６７ｂの一部を示す概略断面図である。まず、図３８を参照して、支持台１６７ｂの上の領域１６８ｅに被処理基板Ｗが支持されている。被処理基板Ｗが支持された領域１６８ｅには、ピン１７８ａ、１７８ｂおよびピン孔１７７ａ、１７７ｂが設けられている。ピン１７８ａ、１７８ｂはそれぞれ、ピン孔１７７ａ、１７７ｂ内に設けられている。なお、図３８〜図４１においては、理解の容易の観点から、ピン孔１７７ｃおよびピン孔１７７ｃ内に設けられているピンの図示については、省略する。ピン１７８ａ、１７８ｂは、図３８における紙面上下方向に移動可能である。
【０１４５】
次に、図３９を参照して、ピン孔１７７ａ、１７７ｂ内に配置されたピン１７８ａ、１７８ｂがそれぞれ紙面上方向に移動する。そうすると、被処理基板Ｗの下面１７９をピン１７８ａ、１７８ｂの上側端部で押し、被処理基板Ｗが上方向に移動する。この場合、被処理基板Ｗは、ピン１７８ａ、１７８ｂの上側端部に載るような状態となるが、ピンは合計３つあるので、いわゆる三点支持の形となり、比較的安定して被処理基板Ｗを載せることができる。
【０１４６】
次に、図４０を参照して、載置部１７６が支持領域１６８ｅの位置まで回転して移動する。そうすると、被処理基板Ｗの下面１７９が載置部１７６における断面Ｌ字状の上面１８０に対向する位置にくる。なお、図４０においては、載置部１７６のうち、外方側に位置する部分が回転により早く到達するため、外方側に位置する部分を実線で示し、内方側に位置する部分を点線で示している。
【０１４７】
次に、図４１に示す状態で、ピン１７８ａ、１７８ｂを下方向に移動する。そうすると、載置部１７６の上面１８０上に被処理基板Ｗの下面１７９が載置される。そして、載置部１７６の回転により、支持領域１６８ｅ外に被処理基板Ｗが移動させられる。
【０１４８】
なお、被処理基板Ｗの支持台１６７ｂへの支持については、上記したように載置部１７６により所定の位置、例えば、被処理基板Ｗが領域１６８ｆに移動させられた後、ピンが上昇し、被処理基板Ｗを持ち上げた状態で、載置部１７６を回転させて領域１６８ｆ外に移動し、その後、ピンを下降させることにより、領域１６８ｆに支持させることができる。
【０１４９】
こうすることにより、支持台１６７ｂが回転せず、固定されている状態によっても、被処理基板Ｗの支持台１６７ｂ上への支持および支持台１６７ｂからの取り外しを効率的に行うことができる。
【０１５０】
ここで、上記した載置部およびピンは、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構として作動する。すなわち、プラズマ処理装置は、支持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構としての載置部およびピンを含む。
【０１５１】
なお、上記の実施の形態においては、各領域において、３つのピンおよびピン孔を設ける構成としたが、これに限らず、４つ以上のピン等を設ける構成にしてもよい。さらには、安定した状態でピンの上側端部に載せることができればよく、３つのピンを正三角形の位置に必ずしも設けなくともよい。また、例えば、ピンの先端が平板状でもよく、この場合、ピンの数は、１つまたは２つであっても安定した状態で被処理基板Ｗを一時的に載せることができる。
【０１５２】
なお、上記の実施の形態において、支持台を上下方向および左右方向の少なくともいずれか一方側に移動可能なように構成することにしてもよい。こうすることにより、より適切に、プラズマ処理やガス吸着を行うことができる。具体的には、例えば、ヘッド部を第一の位置に配置させる際に、ヘッド部の移動に連動させて、支持台をヘッド部に近づけるように移動させるようにする。
【０１５３】
また、上記したプラズマ処理装置において、ガスの置換性を改善させるため、ヘッド部から供給する成膜ガスおよびパージガスのうち、同一のガスであるアルゴンガスを継続して供給するようにしたが、これについて説明すると以下の通りである。上記の実施の形態においては、ヘッド部から供給されるガスのうち、成膜ガスは、希釈用のアルゴンガスとプリカーサガスとの混合ガスであり、パージガスは、アルゴンガスである。つまり、アルゴンガスを、継続して供給するようにしてもよい。さらに、ヘッド部が退避する際も、継続してパージガスを供給している。これによると、成膜ガスおよびパージガスが供給されていない間に、プラズマがガス供給孔６８やガス供給路６９内に侵入するおそれがない。なお、上記の実施の形態においては、プラズマ処理用のガスは、アルゴンガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスであるため、例え、ヘッド部からアルゴンガスを継続して供給していても、プラズマ処理に影響を与えない。つまり、プラズマ処理用のガス、成膜ガス、パージガスのそれぞれ少なくとも一つのガスは、同一のガスであることが好ましい。
【０１５４】
なお、上記の実施の形態においては、ヘッド部から供給する成膜ガスおよびパージガスのうち、同一のガスを継続して供給するようにしたが、これに限らず、適宜タイミングを合わせてガスを供給するようにしてもよい。また、ヘッド部が退避している際にパージガスを供給しなくてもよい。
【０１５５】
なお、上記の実施の形態においては、シリコン原子を酸化する場合について説明したが、これに限らず、シリコン原子を窒化する場合についても適用される。すなわち、上記したガス吸着工程の後に、窒化物を含むガス、例えば、Ｎ２ガスやＮＨ３ガスを処理容器内に供給してプラズマ処理を行い、シリコン窒化膜を形成する。このような場合についても適用される。
【０１５６】
また、上記の実施の形態においては、ガス吸着用のプリカーサガスとしてＢＴＢＡＳを含むガスを用いることとしたが、アミノシラン系のガス、ジクロロシラン（ＤＣＳ（Ｄｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）：ＳｉＨ２ＣＬ２）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ（Ｈｅｘａｃｈｌｏｒｏｄｉｓｉｌａｎｅ）：Ｓｉ２Ｃｌ６）などのハロゲンを含むガス、金属元素を含むＡＬＤ用ガスを用いても構わない。また、プラズマ処理においても、一酸化炭素等の酸素原子を含むガス以外のガスを用いることも可能である。
【０１５７】
なお、上記の実施形態において、ヘッド部の移動に関わらず、プラズマを常に生成した状態として説明したが、スループットを勘案し、プラズマの連続した生成を中断することもできる。この場合であっても、成膜ガスがヘッド部内の小容積領域Ｓから処理容器内へ過剰に供給されることを抑制することができる。
【０１５８】
なお、上記の実施の形態においては、素子分離領域においてトレンチを形成し、穴埋め絶縁膜によりトレンチを埋める前にトレンチの表面に形成されるライナー膜を形成する場合について説明したが、これに限らず、例えば、ＭＯＳトランジスタにおけるゲート酸化膜や他の絶縁層、例えば、層間絶縁膜やゲート側壁部の形成に適用してもよい。さらに、ＣＣＤやＬＳＩ等においても、もちろん有効に適用される。すなわち、成膜ガスを供給して吸着層を形成するガス吸着工程とプラズマ処理工程を組み合わせて行う全ての成膜プロセスに適用される。
【０１５９】
具体的な膜としては以下のものが挙げられる。すなわち、ゲート絶縁膜として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のトレンチキャパシターとして、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＦｉｎＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の３Ｄデバイスのゲート酸化膜として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ナノラミネートとして、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＵＶブロックレイヤーとしてＺｎＯ、ＴｉＯ２、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子としてアルミナ絶縁膜であるＡｌ２Ｏ３、オプティカルデバイスや太陽電池等として、ＡｌＴｉＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、圧電素子としてＺｎＯ等が挙げられる。
【０１６０】
なお、上記の実施の形態において、ガス吸着工程とプラズマ処理工程との間に、処理容器内を排気する排気工程を行ってもよい。さらに、プラズマ処理工程の後に、排気工程を行ってもよい。
【０１６１】
また、上記の実施の形態においては、プラズマ処理用のガスは、側壁に設けられたガス供給孔から供給することにしたが、これに限らず、被処理基板の中央に向かって噴出するガス供給孔を、例えば、誘電体窓の中央領域に設け、このガス供給孔から供給することにしてもよい。
【０１６２】
また、上記の実施の形態においては、スロットアンテナ板を用いたＲＬＳＡによるマイクロ波によりプラズマ処理を行うこととしたが、これに限らず、くし型のアンテナ部を有するマイクロ波プラズマ処理装置を用いてもよい。
【０１６３】
なお、上記の実施の形態においては、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置であったが、これに限らず、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏａｎｎｃｅ）プラズマ、平行平板型プラズマ等をプラズマ源とするプラズマ処理装置等についても適用され、プラズマ生成手段に限定されない。
【０１６４】
また、上記の実施の形態においては、シリコン酸化膜等の絶縁膜を成膜する場合について説明したが、これに限らず、導電膜を成膜する場合についても適用される。
【０１６５】
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】
【０１６６】
１１ ＭＯＳ型半導体素子、１２ シリコン基板、１３ 素子分離領域、１４ａ ｐ型ウェル、１４ｂ ｎ型ウェル、１５ａ 高濃度ｎ型不純物拡散領域、１５ｂ 高濃度ｐ型不純物拡散領域、１６ａ ｎ型不純物拡散領域、１６ｂ ｐ型不純物拡散領域、１７ ゲート酸化膜、１８ ゲート電極、１９ ゲート側壁部、２１ 絶縁膜、２２ コンタクトホール、２３ 穴埋め電極、２４ メタル配線層、２６，２７，１６８ａ，１６８ｂ，１６８ｃ，１６８ｄ，１６８ｅ，１６８ｆ，１６８ｇ，１６８ｈ 領域、３１，８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ，８１ｇ，８１ｈ，８１ｊ，９１，１１１，１１６，１２１，１８１ａ，１８１ｂ プラズマ処理装置、３２，９２，１１５，１１９ 処理容器、３３ ガス供給部、３４，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆ，８３ｇ，８３ｈ，９７，１２４ａ，１２４ｂ，１６７ａ，１６７ｂ 支持台、３５ マイクロ波発生器、３６，１２５ａ，１２５ｂ 誘電体窓、３７ スロットアンテナ板、３８ 誘電体部材、３９ プラズマ発生機構、４０ スロット孔、４１ 底部、４２，１２３ 側壁、４３ 排気孔、４４ 蓋部、４５ Ｏリング、４６，６８，７９，８０，８６ｃ，８６ｄ，８６ｅ，８６ｆ，８６ｇ，８６ｈ ガス供給孔、４７，１８０ 上面、４８，６３，７４，１７９ 下面、４９ 筒状支持部、５１ マッチング機構、５２ モード変換器、５３ 導波管、５４ 同軸導波管、５５ａ，５５ｂ 供給系統、５６ａ，５６ｂ ＭＦＣ、５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ，５７ｅ バルブ、５８ａ，５８ｂ パイプ、６１ ガス供給機構、６２，８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈ，９３，１１２，１１７，１６９，１７３ ヘッド部、６４ 遮断機構、６５，９５ 端部、６６，９４，１１３，１１８，１２６，１７０，１７４ａ，１７４ｂ 支持部、６７，７３ 延出部、６９，８７ｃ，８７ｄ，８７ｅ，８７ｆ，８７ｈ，１５５ ガス供給路、７０，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，８４ｅ，８４ｆ，８４ｇ，８４ｈ，８６ｂ ガス排気孔、７１，８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄ，８５ｅ，８５ｆ，８５ｈ，８７ｂ，１５６ ガス排気路、７２ ガス排気機構、７５ パージガス供給機構、 ７６ 収容部、７７ 遮蔽板、７８，９６ 内壁面、８２ｊ，８３ｊ 排気系統、８４ｊ，８６ｊ ドライポンプ、８５ｊ，８７ｊ 配管、８８ａ フォーカスリング、８８ｇ，８９ｇ 壁面、８８ｈ 支持台外方部材、８８ｊ 除害装置、８９ｈ 外周面、９０ｈ 内周面、１５１ 可動部、１５２ 固定部、１５３ ベース、１５４ 回転中心軸、１２２ａ，１２２ｂ 処理空間、１２７ 開口部、１２８ａ，１２８ｂ シャッター、１６１ プラズマ処理システム、１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ ロードポート、１６３ ロードモジュール、１６４ａ，１６４ｂ ロードロックモジュール、１６５ トランスファモジュール、１７１，１７５ 根元部、１７２ａ，１７２ｂ，１７２ｃ，１７７ａ，１７７ｂ，１７７ｃ ピン孔、１７６ 載置部、１７８ａ，１７８ｂ ピン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方側に位置する底部および前記底部の外周側から上方側に延びる側壁を含み、密封可能であって、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、
前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を支持する支持台と、
前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記支持台の上方側を覆って前記支持台との間に小容積領域を形成可能な第一の位置および前記第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であって、成膜ガスを供給する第一のガス供給孔が一方面側に開口するように設けられている板状のヘッド部を有し、成膜ガスの供給を行う成膜ガス供給機構と、
前記ヘッド部が前記第一の位置にあるときに前記処理容器内の空間から前記小容積領域を遮断する遮断機構とを備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記遮断機構は、前記支持台上に支持された被処理基板の外方側に設けられたガス排気孔を有し、ガスの排気を行うガス排気機構を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記遮断機構は、前記支持台上に支持された被処理基板の周縁に設けられ、パージガスを供給可能な第二のガス供給孔を有し、前記第二のガス供給孔からパージガスを供給するパージガス供給機構を含む、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第二のガス供給孔は、前記ガス排気孔の外方側に設けられている、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記パージガス供給機構は、前記小容積領域から外れるように前記パージガスを供給する、請求項３または４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ガス排気孔および前記第二のガス供給孔のうちの少なくともいずれか一方は、径方向に複数設けられている、請求項３〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記ガス排気孔は、前記ヘッド部に設けられており、
前記パージガス供給機構は、前記支持台の外方側に設けられ、前記第二のガス供給孔が設けられたパージガス供給部材を含む、請求項３〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記ガス排気孔および前記第二のガス供給孔のうちの少なくともいずれか一方は、環状に設けられている、請求項３〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記ガス排気孔は、前記ヘッド部に設けられており、
前記成膜ガス供給機構は、前記支持台上に支持された被処理基板の外方側で前記ガス排気孔に対向する位置であって、前記支持台の上に着脱可能なフォーカスリングを含む、請求項２〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記成膜ガス供給機構は、前記側壁側から延びて前記ヘッド部に連結され、前記ヘッド部を支持する支持部を含み、
前記ガス排気機構は、前記支持部の内部に設けられ、前記ガス排気孔に通じ、排気されたガスの通路となるガス排気路を含み、
前記成膜ガス供給機構は、前記支持部の内部に設けられ、前記第一のガス供給孔に通じ、供給する成膜ガスの通路となる第一のガス供給路を含み、
前記第一のガス供給路は、前記ガス排気路の内側となるように多重に設けられている、請求項２〜９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記処理容器には、前記側壁の一部が外方側に延びるようにして形成されており、前記ヘッド部を収容可能な収容部が設けられており、
前記第二のガス供給孔は、前記ヘッド部に設けられており、
前記ガス排気機構は、前記ヘッド部が前記処理容器内に位置するときにガスを排気し、
前記パージガス供給機構は、前記ヘッド部が前記収容部に位置するときに前記パージガスを供給する、請求項２〜１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記第二のガス供給孔と前記ガス排気孔とは、同じ孔である、請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記支持台上への前記被処理基板の支持および前記支持台上に支持された前記被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構を備える、請求項１〜１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記被処理基板移動機構は、その上に被処理基板を載置可能であって、所定の箇所を基準として相対的に回転可能な載置部を備え、
前記所定の箇所を基準とした前記載置部の相対的な回転運動により、前記支持台上への前記被処理基板の支持および前記支持台上に支持された前記被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方を行う、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記処理容器内の排気を行う第一の排気系統と、前記小容積領域内の排気を行う第二の排気系統とを備え、
前記第一の排気系統と前記第二の排気系統とは、それぞれ別個に設けられている、請求項１〜１４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記プラズマ発生手段は、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と、前記支持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を前記処理容器内に導入する誘電体窓とを含む、請求項１〜１５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記プラズマ発生手段は、複数のスロット孔が設けられており、前記誘電体窓の上方側に配置され、マイクロ波を前記誘電体窓に放射するスロットアンテナ板を含む、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
下方側に位置する底部および前記底部の外周側から上方側に延びる側壁を含み、密封可能であって、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、
前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を支持する支持台と、
前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記支持台の上方側を覆って前記支持台との間に小容積領域を形成可能な第一の位置および前記第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であって、成膜ガスを供給する第一のガス供給孔が一方面側に開口するように設けられている板状のヘッド部を有し、成膜ガスの供給を行う成膜ガス供給機構と、
前記ヘッド部が前記第一の位置にあるときに前記処理容器内の空間から前記小容積領域を遮断する遮断機構とを備える、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記遮断機構は、前記支持台上に支持された被処理基板の外方側に設けられたガス排気孔を有し、ガスの排気を行うガス排気機構を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記遮断機構は、前記支持台上に支持された被処理基板の周縁に設けられ、パージガスを供給可能な第二のガス供給孔を有し、前記第二のガス供給孔からパージガスを供給するパージガス供給機構を含む、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第二のガス供給孔は、前記ガス排気孔の外方側に設けられている、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記パージガス供給機構は、前記小容積領域から外れるように前記パージガスを供給する、請求項３または４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ガス排気孔および前記第二のガス供給孔のうちの少なくともいずれか一方は、径方向に複数設けられている、請求項３〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記ガス排気孔は、前記ヘッド部に設けられており、
前記パージガス供給機構は、前記支持台の外方側に設けられ、前記第二のガス供給孔が設けられたパージガス供給部材を含む、請求項３〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記ガス排気孔および前記第二のガス供給孔のうちの少なくともいずれか一方は、環状に設けられている、請求項３〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記ガス排気孔は、前記ヘッド部に設けられており、
前記成膜ガス供給機構は、前記支持台上に支持された被処理基板の外方側で前記ガス排気孔に対向する位置であって、前記支持台の上に着脱可能なフォーカスリングを含む、請求項２〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記成膜ガス供給機構は、前記側壁側から延びて前記ヘッド部に連結され、前記ヘッド部を支持する支持部を含み、
前記ガス排気機構は、前記支持部の内部に設けられ、前記ガス排気孔に通じ、排気されたガスの通路となるガス排気路を含み、
前記成膜ガス供給機構は、前記支持部の内部に設けられ、前記第一のガス供給孔に通じ、供給する成膜ガスの通路となる第一のガス供給路を含み、
前記第一のガス供給路は、前記ガス排気路の内側となるように多重に設けられている、請求項２〜９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記処理容器には、前記側壁の一部が外方側に延びるようにして形成されており、前記ヘッド部を収容可能な収容部が設けられており、
前記第二のガス供給孔は、前記ヘッド部に設けられており、
前記ガス排気機構は、前記ヘッド部が前記処理容器内に位置するときにガスを排気し、
前記パージガス供給機構は、前記ヘッド部が前記収容部に位置するときに前記パージガスを供給する、請求項２〜１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記第二のガス供給孔と前記ガス排気孔とは、同じ孔である、請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記支持台上への前記被処理基板の支持および前記支持台上に支持された前記被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構を備える、請求項１〜１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記被処理基板移動機構は、その上に被処理基板を載置可能であって、所定の箇所を基準として相対的に回転可能な載置部を備え、
前記所定の箇所を基準とした前記載置部の相対的な回転運動により、前記支持台上への前記被処理基板の支持および前記支持台上に支持された前記被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方を行う、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記処理容器内の排気を行う第一の排気系統と、前記小容積領域内の排気を行う第二の排気系統とを備え、
前記第一の排気系統と前記第二の排気系統とは、それぞれ別個に設けられている、請求項１〜１４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記プラズマ発生手段は、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と、前記支持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を前記処理容器内に導入する誘電体窓とを含む、請求項１〜１５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記プラズマ発生手段は、複数のスロット孔が設けられており、前記誘電体窓の上方側に配置され、マイクロ波を前記誘電体窓に放射するスロットアンテナ板を含む、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【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】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【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】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【公開番号】特開２０１２−１９５５１３（Ｐ２０１２−１９５５１３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５９７６３（Ｐ２０１１−５９７６３）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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