JP2014154630A - 基板処理装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転テーブルにより各々公転している複数の基板に対してプラズマ処理を行うにあたって、各々の基板の表面の凹部の深さ方向において均一性の高いプラズマ処理を行うこと。
【解決手段】回転テーブル２の下方側にて改質領域Ｓ１に対向する位置にバイアス電極１２０を配置すると共に、改質領域Ｓ１の上方側にファラデーシールド９５を配置して、これらバイアス電極１２０とファラデーシールド９５とを容量結合させて前記改質領域Ｓ１にバイアス電界を形成する。そして、バイアス電極１２０について、回転テーブル２の回転方向における幅寸法ｔが互いに隣接するウエハＷ同士の離間寸法ｄよりも小さくなるように形成して、互いに隣接するウエハＷに対して同時にバイアス電界が加わることを防止しながら、各ウエハＷに対して個別にバイアス電界を形成する。
【選択図】図９

Description

本発明は、基板に対してプラズマ処理を行う基板処理装置及び成膜方法に関する。

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

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

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

特開２０１０−２３９１０２ 特開２０１１−４０５７４ 特開平８−２１３３７８

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

本発明の基板処理装置は、
真空容器内にて基板に対してプラズマ処理を行うための基板処理装置において、
基板を載置するための基板載置領域を前記真空容器の周方向に沿って複数箇所に配置すると共にこれら基板載置領域を各々公転させるための回転テーブルと、
基板に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ発生領域にプラズマ発生用ガスを供給するプラズマ発生用ガス供給部と、
前記プラズマ発生用ガスにエネルギーを供給して当該ガスをプラズマ化するためのエネルギー供給部と、
前記回転テーブルの下方側にて前記プラズマ発生領域に対向するように設けられ、プラズマ中のイオンを基板の表面に引き込むためのバイアス電極と、
前記真空容器内を排気するための排気口と、を備え、
前記バイアス電極は、前記回転テーブルの回転中心側から外縁側に向かって伸びるように形成されると共に、前記回転テーブルの回転方向における幅寸法が互いに隣接する基板載置領域同士の離間寸法よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする。

前記基板処理装置については、以下のように構成しても良い。
前記プラズマ発生領域に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して位置し、前記回転テーブルの回転に伴い基板上に分子層あるいは原子層を順次積層して薄膜を形成するために前記基板載置領域に処理ガスを供給する処理ガス供給部を備え、
前記プラズマ発生領域は、前記分子層あるいは原子層の改質処理を行うためのものである構成。

前記回転テーブルの上方側にて前記バイアス電極に対向するように配置された、容量結合用の対向電極と、
前記対向電極及び前記バイアス電極を容量結合させて基板にバイアス電位を発生させるために、これら電極の間に高周波電力を供給するためのバイアス用の高周波電源と、を備えた構成。
プラズマ中のイオンを前記回転テーブル上の基板の表面に引き込むためのバイアス電位を静電誘導により当該基板に発生させるための電源部を備えた構成。

前記エネルギー供給部は、プラズマ発生領域に誘導結合プラズマを発生させるために、鉛直軸周りに巻回されたアンテナと、このアンテナに接続されたプラズマ発生用の高周波電源と、を備え、
前記対向電極は、前記アンテナと前記プラズマ発生領域との間に設けられ、前記アンテナにより形成される電磁界の電界を遮断し、磁界を通過させるために、前記アンテナの伸びる方向と交差するように形成されたスリットをアンテナの長さ方向に沿って複数配列した導電板である構成。
前記エネルギー供給部は、前記プラズマ発生領域に容量結合プラズマを発生させるために、互いに対向するように配置された一対の電極を備えている構成。
前記基板載置領域は、前記回転テーブル上に４箇所以上設けられ、
互いに隣接する基板載置領域同士の離間寸法は、３０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下である構成。前記バイアス電極を昇降させるための昇降機構を備えた構成。

本発明の成膜方法は、
真空容器内にて基板に対して成膜処理を行うための成膜方法において、
前記真空容器の周方向に沿って回転テーブル上に複数箇所に設けられた基板載置領域に、表面に凹部が形成された基板を各々載置すると共に、これら基板載置領域を各々公転させる工程と、
次いで、前記基板載置領域上の各々の基板に対して処理ガスを供給して、基板上に分子層あるいは原子層を成膜する工程と、
続いて、前記真空容器内のプラズマ発生領域にプラズマ発生用ガスを供給すると共に、このプラズマ発生用ガスをプラズマ化して、プラズマによって前記分子層あるいは原子層の改質処理を行う工程と、
前記回転テーブルの下方側にて前記プラズマ発生領域に対向するように設けられたバイアス電極を用いて、プラズマ中のイオンを基板の表面に引き込む工程と、
前記真空容器内を排気する工程と、を含み、
前記バイアス電極は、前記回転テーブルの回転中心側から外縁側に向かって伸びるように形成されると共に、前記回転テーブルの回転方向における幅寸法が互いに隣接する基板載置領域同士の離間寸法よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする。

本発明は、回転テーブル上にて各々公転している複数の基板に対してプラズマ処理を行うにあたり、回転テーブルの下方側にてプラズマ発生領域に対向する位置に、イオン引き込み用のバイアス電極を配置している。そして、このバイアス電極について、回転テーブルの回転中心側から外縁側に向かって伸びるように形成すると共に、前記回転テーブルの回転方向における幅寸法が互いに隣接する基板載置領域同士の離間寸法よりも小さくなるように形成している。そのため、互いに隣接する２枚の基板に対して同時にバイアス電界が加わることを抑制しながら、各々の基板に対してプラズマ中のイオンを個別に引き込むことができる。従って、基板の表面に既述の大きなアスペクト比の凹部が形成されていても、凹部の深さ方向に亘ってプラズマ処理を均質に行うことができると共に、当該プラズマ処理の度合いを面内に亘って且つ複数の基板の間に亘って揃えることができる。

本発明の成膜装置の一例を示す縦断面図である。 前記成膜装置を示す斜視図である。 前記成膜装置を示す横断平面図である。 前記成膜装置を示す横断平面図である。 前記成膜装置の回転テーブルを示す斜視図である。 前記成膜装置のプラズマ処理部を示す分解斜視図である。 前記成膜装置のバイアス電極を示す分解斜視図である。 プラズマ処理部及びバイアス電極を拡大して示す縦断面図である。 前記成膜装置を周方向に沿って上下方向に切断した縦断面を展開した展開図である。 バイアス電極を２枚のウエハに跨るように形成した場合にプラズマが発生する部位を模式的に示す横断平面図である。 バイアス電極を２枚のウエハに跨るように形成した場合のプラズマの特性を模式的に示す縦断面図である。 バイアス電極を２枚のウエハに跨るように形成した場合のプラズマの特性を模式的に示す縦断面図である。 本発明におけるプラズマの特性を模式的に示す縦断面図である。 本発明におけるプラズマの特性を模式的に示す縦断面図である。 前記プラズマ処理部及びバイアス電極に係る電気回路を模式的に示す縦断面図である。 前記成膜装置における作用を示す模式図である。 前記成膜装置における作用を示す模式図である。 前記成膜装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。 前記成膜装置の他の例を示す縦断面図である。 前記成膜装置の他の例を示す平面図である。 前記成膜装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。 前記成膜装置の他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縦断面図である。

本発明の実施の形態の基板処理装置（成膜装置）について、図１〜図１５を参照して説明する。この装置は、図１〜図４に示すように、平面形状が概ね円形である真空容器１と、真空容器１の中心に回転中心を有すると共に複数枚この例では５枚のウエハＷを各々公転させる回転テーブル２と、を備えており、これらウエハＷに対して成膜処理及びプラズマ改質処理を行うように構成されている。また、プラズマ改質処理を行うにあたって、回転テーブル２の下方側にバイアス電極を配置して、プラズマ中のイオンをウエハＷ側に引き込むようにしている。そして、各ウエハＷ間において高い均一性でプラズマ改質処理を行うために、回転テーブル２の回転方向におけるバイアス電極の幅寸法について、後述の図９に示すように、互いに隣接するウエハＷ同士の離間寸法よりも小さくしている。続いて、既述のバイアス電極について詳述する前に、装置の全体の概要について簡単に説明する。

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

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

回転テーブル２の表面部には、図３〜図４に示すように、直径寸法が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置するための載置領域をなす凹部２４が当該回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば５箇所に形成されている。回転テーブル２の回転方向において互いに隣接する凹部２４、２４間の離間寸法ｄは、３０ｍｍ以上、１２０ｍｍ以下となっている。回転テーブル２の下面は、図５及び図８に示すように、各々の凹部２４の底面と回転テーブル２の下面との間の寸法（回転テーブル２の板厚寸法）ができるだけ小さくなるように、回転テーブル２と同心円状にリング状に窪んでバイアス電極１２０を収納するための凹部である溝部２ａをなしている。尚、図５は、回転テーブル２を下側から見た斜視図を示している。

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

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

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

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

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

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

アンテナ８３には、図１５に示すように、スイッチ８４ａ、整合器（マッチングボックス）８４ｂ及びフィルタ８４ｃを介して、周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５がエネルギー供給部として接続されている。尚、フィルタ８４ｃは、後述の高周波電源１２８の周波数帯の信号を阻止（カット）するためのものである。図１中８６は、後述のプラズマ高周波電源８５にアンテナ８３を電気的に接続するための接続電極である。

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

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

ファラデーシールド９５の水平面には、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるために、スリット９７が形成されている。このスリット９７は、アンテナ８３の巻回方向に対して直交（交差）する方向に伸びるように形成されており、アンテナ８３に沿うように周方向に亘って当該アンテナ８３の下方位置に設けられている。図６などにおける９４は、ファラデーシールド９５とアンテナ８３とを絶縁するための例えば石英からなる絶縁板である。

ここで、図１５を参照してファラデーシールド９５に関わる電気回路について説明する。ファラデーシールド９５は、例えば可変容量コンデンサ４００やインダクタンス４０１などを含むバイアス引き込み回路４０２を介して接地されている。このバイアス引き込み回路４０２の前段側（ファラデーシールド９５側）には、電流値を検出するための検出部４０３が設けられており、検出部４０３における検出値に基づいて例えば可変容量コンデンサ４００の容量値をアクチュエータ（図示せず）により調整するようにしている。具体的には、前記電流値が事前に求めた最大値付近の設定値を超えるように、ファラデーシールド９５とバイアス電極１２０との間におけるインピーダンスを調整し、高周波が異常経路を流れることを抑えて、異常放電を防止している。

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

そして、以上説明したファラデーシールド９５の下方側における真空容器１の底面部には、既述の図１及び図７に示すように、平面で見た時にアンテナ８３の配置された領域と重なり合う位置に開口部１２１が形成されている。具体的には、この開口部１２１は、平面で見た時に既述のプラズマ発生用ガスノズル３４に対して回転テーブル２の回転方向下流側に離間した位置において、当該回転テーブル２の回転中心側から外縁側に向かって回転テーブル２の半径方向に沿って細長く形成されている。

この開口部１２１内には、図７及び図８に示すように、概略円筒形の絶縁部材１２２が下方側から気密に挿入されており、この絶縁部材１２２は、下方側が開口すると共に平面で見た時に開口部１２１と同様に回転テーブル２の半径方向に沿って細長く形成されている。絶縁部材１２２の下端側外周端は、外側に向かって周方向に亘ってフランジ状に伸び出しており、この下端側外周端の上面側に周方向に沿って設けられたＯ−リングなどのシール部材１２３によって、真空容器１の底面部に気密に接触している。この絶縁部材１２２と回転テーブル２との間の領域をプラズマ非励起領域Ｓ２と呼ぶと、絶縁部材１２２の上面部の概略中央部には、当該プラズマ非励起領域Ｓ２に対して後述のプラズマ阻止用ガスを吐出するために、当該絶縁部材１２２を上下方向に貫通するガス吐出口１２４が形成されている。この例では、絶縁部材１２２は、例えば石英などの誘電体により構成されている。

続いて、バイアス電極１２０について詳述する。このバイアス電極１２０は、当該バイアス電極１２０とファラデーシールド９５とを容量結合させてバイアス電界を形成し、回転テーブル２上のウエハＷにプラズマ中のイオンを引き込むためのものであり、回転テーブル２の下方側にて改質領域Ｓ１に対向するように配置されている。そして、このバイアス電極１２０は、図３から分かるように、当該バイアス電極１２０の上方側にウエハＷが位置した時、当該ウエハＷにおける回転中心側の端部と、外縁側の端部との間に跨るように配置されると共に、既述の絶縁部材１２２の内部に収納されている。即ち、バイアス電極１２０は、図８に示すように、下端側が開口すると共にこの下端側外周端がフランジ状に外側に向かって伸び出す概略円筒形状をなしており、絶縁部材１２２よりも一回り小さく形成されている。この例では、バイアス電極１２０は、例えばニッケル（Ｎｉ）や銅（Ｃｕ）などの導電部材により構成されている。

そして、バイアス電極１２０（詳しくは後述の流路部材１２７）には、図１５に示すように、スイッチ１３０、整合器１３２フィルタ１３３を介して、周波数が５０ｋＨｚ〜４０ＭＨｚ及び出力電力が５００〜５０００Ｗの高周波電源１２８が電気的に接続されている。この例では、この高周波電源１２８の周波数と既述のプラズマ発生用のプラズマ高周波電源８５の周波数とは互いに異なる周波数（高周波電源１２８の周波数：１３．５６〜１００ＭＨｚ）になっている。この高周波電源１２８と既述のバイアス引き込み回路４０２との各アース側は、図示しない導電路により互いに接続されている。

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

ここで、バイアス電極１２０は、既述の図３に破線で示すように、互いに隣接する２枚のウエハＷに対して同時にバイアス電界が加わらないように、平面で見た時にこれら２枚のウエハＷに同時に跨らないように配置されている。即ち、回転テーブル２の回転方向におけるバイアス電極１２０の幅寸法ｔは、図９にも示すように、回転テーブル２上における互いに隣接する凹部２４、２４同士の離間寸法ｄよりも小さくなるように形成されており、具体的には２０ｍｍ〜９０ｍｍ（幅寸法ｔ＝離間寸法ｄ×（５０％〜９０％））となっている。以下に、バイアス電極１２０の幅寸法ｔをこのような値に設定した理由について詳述する。

即ち、バイアス電極１２０に対して後述のように高周波電力を供給すると、平面で見た時に、当該バイアス電極１２０の中央部では周縁部よりも電圧が高くなる。従って、回転テーブル２の回転によってウエハＷの端部が当該回転テーブル２の回転方向上流側から移動してバイアス電極１２０の上方側に差し掛かった時、前記端部には、バイアス電極１２０の中央部に対応する、比較的強いバイアス電圧が印加されることになる。

そのため、この電圧がウエハＷの周方向に沿って伝達されて、意図しない領域にてプラズマが発生してしまうおそれがある。具体的には、図１０に示すように、改質領域Ｓ１に対して回転テーブル２の回転方向上流側に外れた位置においてプラズマが発生するおそれがある。このように予期しない位置でプラズマが発生すると、予定していない反応（パーティクルの発生）が起こったり、ウエハＷにダメージが発生してしまったりする場合がある。また、改質領域Ｓ１をウエハＷが抜け出ようとする時、同様に当該ウエハＷにおける回転テーブル２の回転方向上流側の端部についても、前記比較的強い電圧が印加される。従って、既に改質領域Ｓ１の外に位置するウエハＷの反対側（回転テーブル２の回転方向下流側）の端部にてプラズマが発生するおそれもある。尚、図１０では、改質領域Ｓ１から外れた領域でプラズマが発生する部位について、斜線を付して模式的に示している。

更に、平面で見た時にバイアス電極１２０が互いに隣接する２枚のウエハＷに跨るように配置されていると、バイアス電界は、これら２枚のウエハＷの各々に対して印加される。従って、このように２枚のウエハＷに対して一度に（同時に）バイアス電界が印加されると、回転テーブル２上の５枚のウエハＷにおいてプラズマ処理の度合いがばらついてしまうおそれがある。即ち、例えば回転軸２２の歪みやぶれ、あるいはウエハＷの厚み寸法や凹部２４の深さ寸法の極僅かな誤差などによって、ウエハＷの表面の高さ位置は、各ウエハＷ毎にまちまちになっている。また、５枚のウエハＷのうちある特定のウエハＷについても、回転テーブル２が一回転する中で、同様に既述の歪みなどによって、改質領域Ｓ１に到達する度に前記高さ位置が変わる場合がある。

従って、図１１及び図１２に示すように、２枚のウエハＷのうち一方のウエハＷに対して、他方のウエハＷよりも大きなバイアス電界が印加されるおそれがある。そして、これら互いに隣接する２枚のウエハＷ間における相対的な高さ位置は各ウエハＷ毎に変わるため、ウエハＷ間でプラズマ処理の度合いがばらついてしまう。図１１及び図１２において、改質領域Ｓ１における回転テーブル２の回転方向下流側のウエハＷ及び回転テーブル２の回転方向上流側のウエハＷに夫々「１」及び「２」を付すと、バイアス電界は、図１１ではウエハＷ２よりもウエハＷ１の方が大きくなり、図１２ではウエハＷ１よりもウエハＷ２が大きくなっている。

そこで、バイアス電極１２０の幅寸法ｔについて、既に説明したように、互いに隣接するウエハＷ（凹部２４）同士の離間寸法ｄよりも小さく設定している。そのため、５枚のウエハＷのうち一のウエハＷに対してプラズマ処理が行われている時、図１３及び図１４に示すように、他の４枚のウエハＷについてはプラズマが照射されない（バイアス電界が印加されない）か、あるいはプラズマが照射されたとしてもそのプラズマ強度は前記一のウエハＷよりも小さい。即ち、一のウエハＷ（ウエハＷ１）がバイアス電極１２０の上方側に位置している時、図１３に示すように、当該一のウエハＷに対してプラズマ処理が行われる。次いで、図１４に示すように、この一のウエハＷが改質領域Ｓ１から抜け出ようとする時、当該一のウエハＷに対して回転テーブル２の回転方向上流側に位置する他のウエハＷ（ウエハＷ２）は、バイアス電極１２０の上方側の領域に対して前記上流側に離間している。そして、前記他のウエハＷがバイアス電極１２０の上方側の領域に到達した時には、前記一のウエハＷは、当該領域から回転テーブル２の回転方向下流側に既に離脱している。従って、各ウエハＷに対して、個別にプラズマ処理（バイアス電界の印加）が行われる。

続いて、バイアス電極１２０の構成の説明に戻ると、このバイアス電極１２０における下端側外周端は、既述の図８に示すように、真空容器１の底面部に接触しないように、絶縁部材１２２の外端部よりも内側寄りに位置するように配置されている。そして、バイアス電極１２０は、前記下端側外周端の上面側に設けられたＯ−リングなどのシール部材１２５によって、絶縁部材１２２に対して気密に配置されている。従って、バイアス電極１２０は、回転テーブル２に接触しないように（非接触となるように）、また真空容器１に対して電気的に絶縁されるように配置されている。

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

図１に示すように、バイアス電極１２０の下方側には、封止部材１３１が配置されており、この封止部材１３１は、例えば石英などの絶縁体により構成されると共に概略円板状に形成されている。封止部材１３１の外周端は、真空容器１の底面部とバイアス電極１２０の外周端との間において、上方側の絶縁部材１２２に向かって周方向に亘って起立している。従って、真空容器１の開口部１２１に絶縁部材１２２、バイアス電極１２０及び封止部材１３１を下方側からこの順番で挿入すると共に、この封止部材１３１を真空容器１の底面部に対して例えば図示しないボルトなどによって固定すると、真空容器１に対して絶縁部材１２２が気密に接触する。また、絶縁部材１２２に対してバイアス電極１２０が気密に接触する。更に、封止部材１３１によって、バイアス電極１２０と真空容器１との間が電気的に絶縁される。

そして、図８の下側に拡大して示すように、回転テーブル２の下面側の溝部２ａ内に絶縁部材１２２の上面が位置すると共に、回転テーブル２上のウエハＷとバイアス電極１２０とが面内に亘って平行になる。これら回転テーブル２の下面と絶縁部材１２２の上面との間の離間寸法は、例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍとなる。尚、図７では、シール部材１２３、１２５については描画を省略している。

回転テーブル２の外周側には、環状のサイドリング１００が配置されており、既述の筐体９０の外縁側におけるサイドリング１００の上面には、当該筐体９０を避けてガスを通流させるための溝状のガス流路１０１が形成されている。このサイドリング１００の上面には、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２に夫々対応するように排気口６１、６２が形成されている。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２から夫々伸びる排気管６３には、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を介して、排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。

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

従って、以上説明したバイアス電極１２０とファラデーシールド９５とからなる構成は、図１５に示すように、一対の対向電極をなしており、改質領域Ｓ１の下方側にウエハＷが位置した時、平面で見ると当該ウエハＷと重なり合う位置に各々配置されている。そして、バイアス電極１２０に対して高周波電源１２８から供給される高周波電力によって、これら対向電極間に容量結合が形成されて、いわばバイアス空間Ｓ３が発生する。そのため、プラズマ処理部８０によって真空容器１内に形成されるプラズマ中のイオンは、後述するように、このバイアス空間Ｓ３において上下方向に振動（移動）する。従って、回転テーブル２の回転によってウエハＷがこのバイアス空間Ｓ３に位置すると、イオンが上下動する中で当該ウエハＷに衝突するので、イオンがウエハＷに引き込まれることになる。尚、図１では、以上説明した電気回路については省略している。

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

次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず、ゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、図示しない搬送アームにより搬送口１５を介して回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを載置する。各々のウエハＷの表面には、溝やホールなどからなる凹部１０（図１６参照）が形成されており、この凹部１０のアスペクト比（凹部１０の深さ寸法÷凹部１０の幅寸法）は、例えば数十から百を超える大きさになっている。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にすると共に、回転テーブル２を例えば２ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍで時計周りに回転させる。そして、ヒータユニット７によりウエハＷを例えば３００℃程度に加熱する。

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

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

第１の処理領域Ｐ１では、ウエハＷの表面に第１の処理ガスの成分が吸着して吸着層が生成する。次いで、第２の処理領域Ｐ２では、図１６に示すように、ウエハＷ上の吸着層が酸化されて、薄膜成分であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の分子層が１層あるいは複数層形成されて反応生成物である反応層３０１が形成される。この反応層３０１には、例えば第１の処理ガスに含まれる残留基のため、水分（ＯＨ基）や有機物などの不純物が残る場合がある。

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

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

ここで、プラズマは、アンテナ８３の巻回方向に沿って、いわば平面的に分布しようとする。しかしながら、ファラデーシールド９５とバイアス電極１２０との間を容量結合させて高周波電界を形成していることから、このプラズマ中のイオンに対して上下方向の電界が加わるので、既述のようにイオンがウエハＷ側に引き込まれる。従って、プラズマ中のイオンは、図１７に示すように、ウエハＷの表面（互いに隣接する凹部１０、１０同士の間における水平面）だけでなく、凹部１０の内壁面や当該凹部１０の底面にまで亘って接触する。こうして反応層３０１にアルゴンイオンが衝突すると、反応層３０１から水分や有機物などの不純物が放出されたり、反応層３０１内の元素の再配列が起こって当該反応層３０１の緻密化（高密度化）が図られたりして、当該反応層３０１が改質される。そのため、改質処理は、ウエハＷの面内に亘って、且つ凹部１０の深さ方向に亘って均等に行われる。また、既述のようにバイアス電極１２０の幅寸法ｔについて、互いに隣接するウエハＷ同士の離間寸法ｄよりも小さく設定しており、各ウエハＷに対して個別にバイアス電界が形成されるので、改質処理は、５枚のウエハＷ間に亘って均等に行われる。

その後、回転テーブル２の回転を続けることにより、吸着層の吸着、反応層３０１の生成及び反応層３０１の改質処理がこの順番で多数回に亘って行われて、反応層３０１の積層によって薄膜が形成される。この薄膜は、凹部１０の深さ方向に亘って、且つウエハＷの面内に亘って、更にはウエハＷ間に亘って、緻密で均質な膜質となる。尚、図１７では、ファラデーシールド９５、バイアス電極１２０及びウエハＷについて模式的に示している。

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

上述の実施の形態によれば、回転テーブル２上にて各々公転している複数枚のウエハＷに対してプラズマ処理を行うにあたって、回転テーブル２の下方側にて改質領域Ｓ１に対向する位置にバイアス電極１２０を配置している。そして、このバイアス電極１２０について、回転テーブル２の回転方向における幅寸法ｔが互いに隣接するウエハＷ同士の離間寸法ｄよりも小さくなるように形成している。そのため、互いに隣接するウエハＷに対して同時にバイアス電界が加わることを抑制しながら、各ウエハＷに対して個別にバイアス電界を形成してプラズマ中のイオンを引き込むことができる。従って、ウエハＷの表面にアスペクト比の大きな凹部１０が形成されていても、凹部１０の深さ方向に亘って、且つウエハＷの面内に亘って、更には複数のウエハＷ間に亘って膜質の揃った薄膜を形成できる。

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

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

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

図１８は、ファラデーシールド９５とバイアス電極１２０とを容量結合させる構成として、高周波電源１２８について、バイアス電極１２０に接続することに代えて、対向電極に相当するファラデーシールド９５に接続した例を示している。バイアス電極１２０については、バイアス引き込み回路４０２を介して接地している。このようにファラデーシールド９５に高周波電源１２８を接続する場合には、プラズマ発生用のプラズマ高周波電源８５を利用しても良い。即ち、高周波電源１２８を使用せずに、プラズマ高周波電源８５について、アンテナ８３及びファラデーシールド９５に対して並列で接続しても良い。尚、図１８について、既に説明済みの部材については、既述の例と同じ符号を付して説明を省略すると共に、装置構成を簡略化して描画している。

また、アンテナ８３の下方側にバイアス電極１２０を配置したが、例えば回転テーブル２の回転方向におけるプラズマの分布状態を調整する場合などにおいて、アンテナ８３に対して例えば前記回転方向上流側にバイアス電極１２０をずらしても良い。従って、バイアス電極１２０について、「回転テーブル２の下方側にて改質領域Ｓ１に対向する位置」とは、当該改質領域Ｓ１の直下だけではなく、改質領域Ｓ１から回転テーブル２の回転方向下流側あるいは上流側に各々０ｍｍ〜１００ｍｍだけ離間した位置も含まれる。

更に、図１９及び図２０に示すように、金属（Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム））などの導電体及びＳｉなどの半導体の少なくとも一方を含む円板状の補助電極１４０を回転テーブル２の内部に埋設しても良い。図２０に示すように、この補助電極１４０は、各々のウエハＷ毎に個別に設けられると共に、平面で見た時に各々のウエハＷの投影領域と同じかこの投影領域よりも大きくなるように形成されている。このように回転テーブル２の内部に補助電極１４０を埋設すると、ファラデーシールド９５とバイアス電極１２０との間の容量結合は、当該補助電極１４０を介して形成される。従って、補助電極１４０の厚み寸法の分だけ、ウエハＷをバイアス電極１２０側に電気的に近接させることができるので、イオンをウエハＷ側に引き込む作用をより一層高めることができる。

また、補助電極１４０に対して給電するにあたり、例えば回転テーブル２や回転軸２２などを導電材により構成し、当該回転軸２２に対して例えば図示しないスリップリング機構を介して給電するように構成しても良い。更に、アンテナ８３については、一端側の端子を高周波電源８５に接続すると共に、他端側の端子を接地したが、これら一端側及び他端側を各々高周波電源８５に接続しても良い。また、アンテナ８３の一端側の端子を高周波電源８５に接続すると共に、他端側の端子についてはフロート状態に（周囲の導電部から浮いた状態で支持）しても良い。

更にまた、プラズマ中のイオンをウエハＷ側に引き込むにあたって、既述の各例ではファラデーシールド９５とバイアス電極１２０とを容量結合させたが、ウエハＷとバイアス電極１２０との間における静電結合を利用しても良い。即ち、ファラデーシールド９５を配置せずに、バイアス電極１２０に対して高周波電源１２８から給電した時におけるある瞬間を見ると、図２１に示すように、当該バイアス電極１２０には負の直流電圧が印加されていると言える。即ち、バイアス電極１２０に対して高周波電源１２８から電子が供給されて、当該バイアス電極１２０は負に帯電している。そして、これらバイアス電極１２０とウエハＷとが非接触となっており、また電気的に絶縁されている。また、非励起領域Ｓ２では、既述のようにプラズマの発生が阻止されている。そのため、バイアス電極１２０の上方側にウエハＷが到達すると、バイアス電極１２０の負の直流電圧によって、当該ウエハＷには静電誘導により厚み方向における電荷の偏りが生じる。即ち、ウエハＷ内部の電子は、前記負の直流電圧の斥力によって、ウエハＷの表面側に移動する。この電子の移動量（ウエハＷの表面側の帯電量）は、ウエハＷに対してバイアス電極１２０の上面が平行となるように配置していることから、ウエハＷの面内に亘って揃う。

一方、バイアス電極１２０に対して高周波電源１２８から高周波電力を供給している別の瞬間を見ると、当該バイアス電極１２０には正の直流電圧が印加されていると言える。そのため、バイアス電極１２０に対して、高周波電源１２８から正の電荷（陽子）が移動しようとする。しかし、既述のように高周波電源１２８では高周波を使用しており、正の直流電圧と負の直流電圧とが高速で切り替わっている。従って、バイアス電極１２０に正の直流電圧が印加される時間（高周波電源１２８から印加される極性が維持される時間）は極めて短い。そして、電子と比べて陽子の質量が３桁程度も大きく、従って陽子は電子よりも移動しにくい。そのため、高周波電源１２８からバイアス電極１２０に陽子が到達する前に、当該高周波電源１２８の極性が切り替わり、一方電子は直ぐにこのバイアス電極１２０に到達するため、結果としてバイアス電極１２０は、負に帯電したままとなる。こうしてウエハの表面の負の電荷によって、改質領域Ｓ１における正のイオン具体的にはアルゴンイオンがウエハＷ側に引き寄せられる。

このようにバイアス電極１２０とウエハＷとの間の静電結合を利用する場合においても、アンテナ８３と改質領域Ｓ１との間に既述のファラデーシールド９５を配置しても良い。この場合には、アンテナ８３のアース側の端子と、バイアス電極１２０（高周波電源１２８）のアース側の端子とは、ファラデーシールド９５とバイアス電極１２０とが容量結合しないように、互いに別経路で接地される。また、ファラデーシールド９５としては、アースすることに代えて、真空容器１の他の導電部材から電気的にフロート（浮いた）状態となるように保持しても良い。
以上の例において、図２１に示すように、高周波電源１２８に代えて、負の直流電源１２９を用いても良い。

また、以上述べた各例では、プラズマ処理部８０としてアンテナ８３を巻回して誘導結合型のプラズマ（ＩＣＰ：Inductively coupled plasma）を発生させたが、容量結合型のプラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を発生させるようにしても良い。この場合には、図２２に示すように、プラズマ発生用ガスノズル３４に対して回転テーブル２の回転方向下流側に、一対の対向電極１７０、１７０が配置される。

更に、バイアス電極１２０の幅寸法ｔについて、平面で見た時に互いに隣接するウエハＷ同士の離間寸法ｄよりも小さくするにあたって、以下のように構成しても良い。図２３は、バイアス電極１２０について、プラズマ発生用ガスノズル３４に対して回転テーブル２の回転方向下流側に離間した位置に配置するにあたり、当該ガスノズル３４と平行となるように配置した例を示している。従って、バイアス電極１２０は、回転テーブル２の半径方向に伸びる仮想線と交差するように（前記仮想線と平行にならないように）配置されている。

図２４は、バイアス電極１２０について、回転テーブル２の中心側から外縁側に向かうにつれて、平面で見た時に概略拡径するように配置した例を示している。即ち、互いに隣接するウエハＷ同士の離間寸法ｄは、回転テーブル２の回転中心側及び外縁側では比較的大きくなっていて、これら回転中心と外縁との間の領域では小さくなっている。言い換えると、前記離間寸法ｄは、平面で見た時に５枚のウエハＷの各々の中心を結んだ円を通る位置にて最も小さくなり、当該位置から回転中心側あるいは外周部側に向かう程大きくなっている。そこで、図２４では、バイアス電極１２０の幅寸法ｔを当該バイアス電極１２０の長さ方向に亘って前記離間寸法ｄより小さく設定しながらも、外縁側に向かうにつれて拡径するように形成している。そのため、回転テーブル２の回転によって前記外縁側にて中心側よりもプラズマ処理の度合いが小さくなろうとしても、回転テーブル２の半径方向におけるプラズマ処理の度合いを揃えることができる。

また、図２５は、バイアス電極１２０について、回転テーブル２の回転方向上流側の縁部及び回転テーブル２の回転方向下流側の縁部を各々ウエハＷの外縁に沿うように概略円弧状に形成した例を示している。従って、回転テーブル２上のウエハＷがバイアス電極１２０の上方側の領域に進入する時、及び当該領域から抜け出る時のいずれの場合についても、ウエハＷの外縁部は、回転テーブル２の半径方向に亘って当該プラズマに接触する。そのため、例えばウエハＷの端部にて局所的にバイアス電界が加わることを抑制できる。
これら図２４及び図２５についても、バイアス電極１２０は、平面で見た時に互いに隣接する２枚のウエハＷに同時に跨らないように形成されている。

また、回転テーブル２におけるウエハＷの載置枚数としては、既述の例では５枚に設定した例について説明したが、複数枚例えば２枚以上であれば良い。そして、直径寸法をある任意の値に設定した回転テーブル２にウエハＷを載置するにあたって、ウエハＷの載置枚数が増える程、互いに隣接するウエハＷ同士の離間寸法ｄが小さくなっていき、従って互いに隣接する２枚のウエハＷに対して同時にバイアス電界が形成されやすくなる。一方、ウエハＷの載置枚数が増える程、同時に処理できるウエハＷの数量が増加してスループットの向上につながることから、回転テーブル２に載置するウエハＷの枚数としては、４枚以上が好ましい。

更に、回転テーブル２の中心側から外縁側に向かう方向（半径方向）における前記バイアス電極１２０の長さ寸法について、ウエハＷの直径寸法（３００ｍｍ）よりも長くなるように形成すると共に、当該ウエハＷの直径部分と重なり合うように配置したが、この直径部分の一部だけと重なり合うように配置しても良い。即ち、例えばウエハＷの中央部にだけ既述のアスペクト比を持つ凹部が形成されている場合には、回転テーブル２の半径部分における中央部にだけ対向するようにバイアス電極１２０を配置しても良い。

ここで、回転テーブル２の下方側にバイアス電極１２０を非接触で配置する場合において、当該バイアス電極１２０の好ましい高さ位置について説明する。回転テーブル２に対してバイアス電極１２０を離間させて配置するにあたって、回転テーブル２とバイアス電極１２０とが離間しすぎていると、非励起領域Ｓ２にてプラズマ（異常放電）が発生してしまうおそれがある。従って、前記異常放電を抑制するためには、回転テーブル２に対してバイアス電極１２０をできるだけ近づけた方が良いことは当然である。しかしながら、真空容器１内の加熱温度に応じて、回転テーブル２の熱膨張量が変わるので、バイアス電極１２０の最適な高さ位置は、処理レシピ毎にまちまちになると言える。また、例えば真空容器１内の真空度に応じて、前記異常放電の起こりやすさが変わる。更に、回転テーブル２の回転数（回転テーブル２のぶれやすさ）、回転テーブル２の下面の加工精度などによっても、バイアス電極１２０の最適な高さ位置が異なる場合がある。

そこで、バイアス電極１２０について、昇降自在に構成することが好ましい。図２６は、このような例を示しており、流路部材１２７は、真空容器１の下方側において昇降機構７２０に接続されている。図２６中７２１は流路部材１２７と真空容器１の底面との間を気密に密閉するためのベローズである。尚、バイアス電極１２０の上方側に既述の絶縁部材１２２を設けて、当該バイアス電極１２０と共に昇降自在に構成しても良いし、あるいはバイアス電極１２０の表面に例えば石英などの絶縁材を用いてコーティング膜を形成しても良い。

以下の表１は、回転テーブル２の下面とバイアス電極１２０の上面との間の離間距離及びバイアス電極１２０に供給する高周波電力値を種々変えて、これら回転テーブル２とバイアス電極１２０との間の領域におけるプラズマの発生状態（電圧）を確認した結果を示している。表１において、薄い灰色を付した部位は条件によっては非励起領域Ｓ２にてプラズマが発生した結果、濃い灰色を付した部位は前記領域Ｓ２にプラズマが発生した結果を示している。また、白色（灰色以外の場所）は、領域Ｓ２にはプラズマが発生しなかった結果を示している。

（表１）

尚、この表１の実験には、アンテナ８３に供給する高周波電力を１５００Ｗに設定すると共に、バイアス電極１２０には周波数が４０ＭＨｚの高周波電源１２９を接続した。また、回転テーブル２の下方側に供給するガスとしては、ＡｒガスとＯ2ガスとの混合ガス（Ａｒ：７００ｓｃｃｍ、Ｏ2：７０ｓｃｃｍ）を用いた。

この結果、回転テーブル２とバイアス電極１２０との間の離間寸法が小さい程、非励起領域Ｓ２ではプラズマが発生しにくくなることが分かった。また、バイアス用の高周波電力値が小さくなる程、異常放電が抑制されることが分かった。
また、バイアス電極１２０に接続する高周波電源１２９の周波数について、３．２ＭＨｚに設定したところ、以下の表２に示すように、同様の結果が得られた。

（表２）

また、このようにバイアス電極１２０を昇降自在に構成するにあたり、回転テーブル２とバイアス電極１２０との間の領域（非励起領域Ｓ２）に対して不活性ガスを導入することによって、当該領域Ｓ２を真空容器１の内部雰囲気よりも高圧にしても良い。また、図示しない真空ポンプから伸びる排気路を当該領域Ｓ２にて開口させて、この領域Ｓ２を真空容器１の内部領域よりも低圧に設定しても良い。

以上説明したシリコン酸化膜を成膜するにあたって用いる第１の処理ガスとしては、以下の表３の化合物を用いても良い。尚、以下の各表において、「原料Ａエリア」とは、第１の処理領域Ｐ１を示しており、「原料Ｂエリア」とは、第２の処理領域Ｐ２を示している。また、以下の各ガスは一例であり、既に説明したガスについても併せて記載している。

（表３）

また、表３の第１の処理ガスを酸化するための第２の処理ガスとしては、表４の化合物を用いても良い。
（表４）

尚、この表４における「プラズマ＋Ｏ2」や「プラズマ＋Ｏ3」とは、例えば第２の処理ガスノズル３２の上方側に既述のプラズマ処理部８０を設けて、これら酸素ガスやオゾンガスをプラズマ化して用いることを意味している。

また、既述の表３の化合物を第１の処理ガスとして用いると共に、表５の化合物からなるガスを第２の処理ガスとして用いて、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成しても良い。
（表５）

尚、この表５における「プラズマ」についても、表４と同様に「プラズマ」の用語に続く各ガスをプラズマ化して用いることを意味している。

更に、第１の処理ガス及び第２の処理ガスとして表６の化合物からなるガスを各々用いて、炭化シリコン（ＳｉＣ）膜を成膜しても良い。
（表６）

更にまた、上に挙げた表６の第１の処理ガスを用いて、シリコン膜（Ｓｉ膜）を成膜しても良い。即ち、この場合には第２の処理ガスノズル３２が設けられておらず、回転テーブル２上のウエハＷは、第１の処理領域（成膜領域）Ｐ１と改質領域Ｓ１とを分離領域Ｄを介して交互に通過することになる。そして、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷの表面に第１の処理ガスの成分が吸着して吸着層が形成されると、回転テーブル２によって回転する間に、ヒータユニット７の熱によってウエハＷの表面にて吸着層が熱分解を起こして水素や塩素などの不純物が脱離していく。従って、吸着層の熱分解反応によって反応層３０１が形成されていく。

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

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

また、シリコン膜を形成する場合には、第２の処理ガスとして表７のドープ材を用いて、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）を当該シリコン膜にドープしても良い。
（表７）

また、以下の表８に示す化合物からなるガスを第１の処理ガスとして用いると共に、既述の第２の処理ガスを用いることにより、金属酸化膜、金属窒化膜、金属炭化膜あるいはＨｉｇｈ−ｋ膜（高誘電率膜）を形成しても良い。
（表８）

また、プラズマ改質用ガスあるいは当該プラズマ改質用ガスと共に用いるプラズマイオン注入ガスとしては、以下の表９の化合物からなるガスのプラズマを用いても良い。
（表９）

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

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

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

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

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

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

Claims (9)

1. 真空容器内にて基板に対してプラズマ処理を行うための基板処理装置において、
   基板を載置するための基板載置領域を前記真空容器の周方向に沿って複数箇所に配置すると共にこれら基板載置領域を各々公転させるための回転テーブルと、
   基板に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ発生領域にプラズマ発生用ガスを供給するプラズマ発生用ガス供給部と、
   前記プラズマ発生用ガスにエネルギーを供給して当該ガスをプラズマ化するためのエネルギー供給部と、
   前記回転テーブルの下方側にて前記プラズマ発生領域に対向するように設けられ、プラズマ中のイオンを基板の表面に引き込むためのバイアス電極と、
   前記真空容器内を排気するための排気口と、を備え、
   前記バイアス電極は、前記回転テーブルの回転中心側から外縁側に向かって伸びるように形成されると共に、前記回転テーブルの回転方向における幅寸法が互いに隣接する基板載置領域同士の離間寸法よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記プラズマ発生領域に対して前記回転テーブルの回転方向に離間して位置し、前記回転テーブルの回転に伴い基板上に分子層あるいは原子層を順次積層して薄膜を形成するために前記基板載置領域に処理ガスを供給する処理ガス供給部を備え、
   前記プラズマ発生領域は、前記分子層あるいは原子層の改質処理を行うためのものであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記回転テーブルの上方側にて前記バイアス電極に対向するように配置された、容量結合用の対向電極と、
   前記対向電極及び前記バイアス電極を容量結合させて基板にバイアス電位を発生させるために、これら電極の間に高周波電力を供給するためのバイアス用の高周波電源と、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. プラズマ中のイオンを前記回転テーブル上の基板の表面に引き込むためのバイアス電位を静電誘導により当該基板に発生させるための電源部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
5. 前記エネルギー供給部は、プラズマ発生領域に誘導結合プラズマを発生させるために、鉛直軸周りに巻回されたアンテナと、このアンテナに接続されたプラズマ発生用の高周波電源と、を備え、
   前記対向電極は、前記アンテナと前記プラズマ発生領域との間に設けられ、前記アンテナにより形成される電磁界の電界を遮断し、磁界を通過させるために、前記アンテナの伸びる方向と交差するように形成されたスリットをアンテナの長さ方向に沿って複数配列した導電板であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
6. 前記エネルギー供給部は、前記プラズマ発生領域に容量結合プラズマを発生させるために、互いに対向するように配置された一対の電極を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
7. 前記基板載置領域は、前記回転テーブル上に４箇所以上設けられ、
   互いに隣接する基板載置領域同士の離間寸法は、３０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
8. 前記バイアス電極を昇降させるための昇降機構を備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の基板処理装置。
9. 真空容器内にて基板に対して成膜処理を行うための成膜方法において、
   前記真空容器の周方向に沿って回転テーブル上に複数箇所に設けられた基板載置領域に、表面に凹部が形成された基板を各々載置すると共に、これら基板載置領域を各々公転させる工程と、
   次いで、前記基板載置領域上の各々の基板に対して処理ガスを供給して、基板上に分子層あるいは原子層を成膜する工程と、
   続いて、前記真空容器内のプラズマ発生領域にプラズマ発生用ガスを供給すると共に、このプラズマ発生用ガスをプラズマ化して、プラズマによって前記分子層あるいは原子層の改質処理を行う工程と、
   前記回転テーブルの下方側にて前記プラズマ発生領域に対向するように設けられたバイアス電極を用いて、プラズマ中のイオンを基板の表面に引き込む工程と、
   前記真空容器内を排気する工程と、を含み、
   前記バイアス電極は、前記回転テーブルの回転中心側から外縁側に向かって伸びるように形成されると共に、前記回転テーブルの回転方向における幅寸法が互いに隣接する基板載置領域同士の離間寸法よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする成膜方法。

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