JP5287592B2

JP5287592B2 - 成膜装置

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Publication number: JP5287592B2
Application number: JP2009186709A
Authority: JP
Inventors: 寿加藤; 宏之菊地; 繁博牛窪
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-08-11
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Description

本発明は、少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを複数回実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置に関する。

半導体製造プロセスにおける成膜手法として、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）等の表面に真空雰囲気下で第１の反応ガスを吸着させた後、供給するガスを第２の反応ガスに切り替えて、両ガスの反応により１層あるいは複数層の原子層や分子層を形成し、このサイクルを多数回行うことにより、これらの層を積層して、基板上への成膜を行うプロセスが知られている。このプロセスは、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）などと呼ばれており（以下、ＡＬＤ方式と呼ぶ）、サイクル数に応じて膜厚を高精度にコントロールすることができると共に、膜質の面内均一性も良好であり、半導体デバイスの薄膜化に対応できる有効な手法である。この成膜手法では、従来から用いられているＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法よりも低温で薄膜を成膜することができ、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）においては６５０℃以下の成膜温度で成膜できる。

このような多数回のサイクルに亘る成膜方法を短時間で行うために、例えば特許文献１〜特許文献８に記載の装置が知られている。これらの装置について概略的に説明すると、この装置の真空容器内には、複数枚のウエハを周方向（回転方向）に並べて載置するための載置台と、この載置台上のウエハに対して処理ガス（反応ガス）を供給する複数のガス供給部と、が設けられている。そして、ウエハを載置台に載置して加熱すると共に、載置台と上記のガス供給部とを鉛直軸回りに相対的に回転させる。また、複数のガス供給部からウエハの表面に例えば夫々既述の第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給すると共に、反応ガスを供給するガス供給部同士の間に物理的な隔壁を設けたり、あるいは不活性ガスをエアカーテンとして吹き出したりすることによって、真空容器内において第１の反応ガスにより形成される処理領域と第２の反応ガスにより形成される処理領域とを区画する。

このように、共通の真空容器内に複数種類の反応ガスを同時に供給しているが、これらの反応ガスがウエハ上において混合しないように夫々の処理領域を区画しているので、載置台上のウエハから見ると、例えば第１の反応ガス及び第２の反応ガスが上記の隔壁やエアカーテンを介して順番に供給されることになる。そのため、例えば真空容器内に供給する反応ガスの種類を切り替える度に真空容器内の雰囲気を置換する必要がないので、またウエハに供給する反応ガスを高速で切り替えることができるので、上記の手法による成膜処理を速やかに行うことができる。

一方、上記のＡＬＤ（ＭＬＤ）法により薄膜の成膜を行うと、成膜温度が低いため、例えば反応ガスに含まれていた有機物や水分などの不純物が薄膜中に取り込まれてしまう場合がある。このような不純物を膜中から外部へと排出して緻密で不純物の少ない薄膜を形成するためには、ウエハに対して例えば数百℃程度で加熱するアニール処理（熱処理）やプラズマ処理などの後処理を行う必要があるが、薄膜を積層した後にこの後処理を行うと、工程が増えるためコストの増加に繋がってしまう。そこで、真空容器内においてこれらの後処理を行う手法も考えられるが、その場合には上記の各処理領域で行われる処理に対して後処理が悪影響を及ぼさないように、各処理領域と後処理が行われる領域とを区画する必要がある。従って、後処理が行われる領域を各処理領域と同様に載置台に対して相対的に回転させることになるが、例えば後処理としてプラズマ処理を行う場合には、上記相対的回転により真空容器内の気流が乱れてプラズマが局所的に発生し、ウエハの面内において均一な後処理が行われないおそれがある。その場合には、薄膜の膜厚及び膜質が面内においてばらついてしまう。

米国特許公報７，１５３，５４２号：図６（ａ）、図６（ｂ）特開２００１−２５４１８１号公報：図１、図２特許３１４４６６４号公報：図１、図２、請求項１特開平４−２８７９１２号公報：米国特許公報６，６３４，３１４号特開２００７−２４７０６６号公報：段落００２３〜００２５、００５８、図１２及び図２０米国特許公開公報２００７−２１８７０１号米国特許公開公報２００７−２１８７０２号

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、真空容器内のテーブル上の基板載置領域に基板を載置し、少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板に供給し、かつこの供給サイクルを複数回実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成するにあたり、緻密で且つ不純物が少なく、更には基板の面内において膜厚及び膜質が均質な薄膜を形成する成膜装置を提供することにある。

本発明の成膜装置は、
真空容器内のテーブル上の基板載置領域に基板を載置し、少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板に供給し、かつこの供給サイクルを複数回実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記基板に第１の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段と、
前記基板に第２の反応ガスを供給するための第２の反応ガス供給手段と、
放電ガスと、この放電ガスよりも電子親和力の大きい添加ガスと、を含む処理ガスを活性化して得たプラズマを、前記基板載置領域における前記テーブルの中心側の内縁と前記テーブルの外周側の外縁との間に亘って生成させ、前記基板上の反応生成物の改質処理を行うための活性化ガスインジェクターと、
前記第１の反応ガス供給手段、前記第２の反応ガス供給手段及び前記活性化ガスインジェクターと前記テーブルとを相対的に回転させるための回転機構と、を備え、
前記第１の反応ガス供給手段、前記第２の反応ガス供給手段及び前記活性化ガスインジェクターは、前記相対的な回転時にこの順に基板が位置するように配置され、
前記活性化ガスインジェクターは、前記基板載置領域の内縁から外縁に亘って伸びる一対の平行電極と、この平行電極間に前記処理ガスを供給するガス供給部と、を備えたことを特徴とする。

前記活性化ガスインジェクターは、前記平行電極及び前記ガス供給部を覆うと共に下部が開口するカバー体と、このカバー体の長手方向に伸びる側面の下縁部を外方側にフランジ状に屈曲させて形成したガス流の規制部と、を備えていることが好ましい。
前記放電ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、アンモニアガス、水素ガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガス及び窒素ガスから選択されたガスであり、
前記添加ガスは、酸素ガス、オゾンガス、水素ガス及びＨ2Ｏ（純水）ガスから選択されたガスであることが好ましい。

本発明は、真空容器内のテーブル上の基板載置領域に基板を載置すると共に、前記テーブルと、少なくとも２種類の反応ガスを夫々供給する複数の反応ガス供給手段と、を相対的に回転させることによって基板に対して前記少なくとも２種類の反応ガスを順番に供給し、かつこの供給サイクルを複数回実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成するにあたり、前記テーブルと、基板の表面に第１の反応ガスを吸着させるための第１の反応ガス供給手段、基板の表面に吸着した第１の反応ガスと反応して反応生成物を生成する第２の反応ガスを供給するための第２の反応ガス供給手段及び、放電ガスと、この放電ガスよりも電子親和力の大きい添加ガスと、を含む処理ガスを活性化して得たプラズマを、前記基板載置領域における前記テーブルの中心側の内縁と前記テーブルの外周側の外縁との間に亘って生成させ、前記基板上の反応生成物の改質処理を行うための活性化ガスインジェクターと、を相対的に回転させることにより、第１の反応ガスの吸着、反応生成物の生成及び前記反応生成物の改質処理をこの順で複数回行っている。そのため、前記添加ガスによりプラズマの局所的な発生を抑えて改質処理を基板の面内に亘って均一に行うことができるので、緻密で且つ不純物が少なく、更には面内において膜厚及び膜質が均質な薄膜を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面を示す図３のＩ−Ｉ’線縦断面図である。上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。上記の成膜装置の横断平面図である。上記の成膜装置の内部の一部の概略構成を示す斜視図である。上記の成膜装置の内部の一部の概略構成を示す縦断面図である。分離ガスあるいはパージガスの流れる様子を示す説明図である。上記の成膜装置に設けられた活性化ガスインジェクターの一例を示す斜視図である。上記の活性化ガスインジェクターを示す成膜装置の縦断面図である。上記の活性化ガスインジェクターの周囲におけるガス流れを示す模式図である。上記の活性化ガスインジェクターにおけるガス導入ノズルの取り付け方法を示す概略図である。上記の成膜装置におけるガス流れを示す模式図である。上記の分離領域を示す概略図である。上記の成膜装置の他の例を示す縦断面図である。上記の成膜装置の他の例を示す縦断面図である。上記の他の例の成膜装置を示す平面図である。上記の他の例の成膜装置を示す斜視図である。上記の他の例の成膜装置を示す縦断面図である。上記の成膜装置を備えた基板処理装置の一例を概略的に示す平面図である。本発明の実施例において得られた特性図である。本発明の実施例において得られた特性図である。本発明の実施例において得られた特性図である。本発明の実施例において得られた特性図である。本発明の実施例において得られた特性図である。

本発明の実施の形態である成膜装置は、図１（図３のＩ−Ｉ’線に沿った断面図）に示すように平面形状が概ね円形である扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する例えば炭素から構成された回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は天板１１が容器本体１２から分離できるように構成されている。天板１１は、内部の減圧状態により容器本体１２の上端面に設けられたシール部材例えばＯリング１３を介して容器本体１２側に押し付けられていて気密状態を維持しているが、天板１１を容器本体１２から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。

回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底面部１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。

回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを描いてある。この凹部２４は、直径がウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きく、またその深さはウエハＷの厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハＷを凹部２４に落とし込むと、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが揃うことになる。ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との間の高さの差が大きいとその段差部分で圧力変動が生じることから、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との高さを揃えることが、膜厚の面内均一性を揃える観点から好ましい。ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との高さを揃えるとは、同じ高さであるかあるいは両面の差が５ｍｍ以内であることをいうが、加工精度などに応じてできるだけ両面の高さの差をゼロに近づけることが好ましい。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。

凹部２４はウエハＷを位置決めして回転テーブル２の回転に伴う遠心力により飛び出さないようにするためのものであり、本発明の基板載置領域に相当する部位であるが、基板載置領域（ウエハ載置領域）は、凹部に限らず例えば回転テーブル２の表面にウエハＷの周縁をガイドするガイド部材をウエハＷの周方向に沿って複数並べた構成であってもよく、あるいは回転テーブル２側に静電チャックなどのチャック機構を持たせてウエハＷを吸着する場合には、その吸着によりウエハＷが載置される領域が基板載置領域となる。図２や図３などでは描画を省略しているが、上記の凹部２４の周囲には、実際には図４に示すように、ウエハＷを載置するための窪み２０２が各々の凹部２４毎に複数箇所に形成されている。

図２及び図３に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２と、２本の分離ガスノズル４１、４２と、活性化ガスインジェクター２２０と、が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計回り（回転テーブル２の回転方向）に活性化ガスインジェクター２２０、分離ガスノズル４１、第１の反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び第２の反応ガスノズル３２がこの順番で配列されており、これらの活性化ガスインジェクター２２０及びノズル３１、３２、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から回転テーブル２の回転中心に向かってウエハＷに対向して水平に伸びるようにライン状に取り付けられている。各ノズル３１、３２、４１、４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａは、真空容器１の外周壁を貫通している。また、この例では、第１の反応ガスノズル３１の長さ方向に沿って当該ノズル３１を両側面側及び上面側から覆うように、ノズル３１近傍へのＮ2ガスなどの侵入を抑えるため、また第１の反応ガスノズル３１から吐出されるガス（ＢＴＢＡＳガス）とウエハＷとの接触時間を稼ぐため、後述のカバー体２２１と同様の構成のガス流規制部材２５０が設けられている。このガス流規制部材２５０については、このカバー体２２１の説明と併せて詳述する。これら反応ガスノズル３１、３２は、夫々第１の反応ガス供給手段、第２の反応ガス供給手段をなし、分離ガスノズル４１、４２は、分離ガス供給手段をなしている。

反応ガスノズル３１、３２、活性化インジェクター２２０、分離ガスノズル４１、４２は図示の例では、真空容器１の周壁部から真空容器１内に導入されているが、後述する環状の突出部５から導入してもよい。この場合、突出部５の外周面と天板１１の外表面とに開口するＬ字型の導管を設け、真空容器１内でＬ字型の導管の一方の開口に反応ガスノズル３１（反応ガスノズル３２、活性化インジェクター２２０、分離ガスノズル４１、４２）を接続し、真空容器１の外部でＬ字型の導管の他方の開口にガス導入ポート３１ａ（３２ａ、４１ａ、４２ａ）及び後述のガス導入ポート３４ａを接続する構成を採用することができる。

第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２は、夫々図示しない流量調整バルブなどを介して、夫々第１の反応ガスであるＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン、ＳｉＨ2（ＮＨ−Ｃ（ＣＨ3）3）2）ガスのガス供給源及び第２の反応ガスであるＯ3（オゾン）ガスのガス供給源（いずれも図示せず）に接続されており、分離ガスノズル４１、４２はいずれも流量調整バルブなどを介して分離ガスであるＮ2ガス（窒素ガス）のガス供給源（図示せず）に接続されている。

第１の反応ガスノズル３１、３２には、下方側に反応ガスを吐出するための例えば口径が０．５ｍｍのガス吐出孔３３が真下を向いてノズルの長さ方向に亘って例えば１０ｍｍの間隔をおいて等間隔に配列されている。また分離ガスノズル４１、４２には、下方側に分離ガスを吐出するための例えば口径が０．５ｍｍのガス吐出孔４０が真下を向いて長さ方向に例えば１０ｍｍ程度の間隔をおいて穿設されている。各反応ガスノズル３１、３２のガス吐出孔３３とウエハＷとの間の距離は例えば１〜４ｍｍ好ましくは２ｍｍであり、分離ガスノズル４１、４２のガス吐出孔４０とウエハＷとの間の距離は例えば１〜４ｍｍ好ましくは３ｍｍである。反応ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々ＢＴＢＡＳガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びＯ3ガスをウエハＷに吸着させるための第２の処理領域Ｐ２となる。

分離ガスノズル４１、４２は、前記第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するための分離領域Ｄを形成するためのものであり、この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には図２及び図３に示すように、回転テーブル２の回転中心を中心としかつ真空容器１の内周壁の近傍に沿って描かれる円を周方向に分割してなる、平面形状が扇型で下方に突出した凸状部４が設けられている。分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４における前記円の周方向中央にて当該円の半径方向に伸びるように形成された溝部４３内に収められている。即ち分離ガスノズル４１、４２の中心軸から凸状部４である扇型の両縁（回転方向上流側の縁及び下流側の縁）までの距離は同じ長さに設定されている。

なお、溝部４３は、本実施形態では凸状部４を二等分するように形成されているが、他の実施形態においては、例えば溝部４３から見て凸状部４における回転テーブル２の回転方向上流側が前記回転方向下流側よりも広くなるように溝部４３を形成してもよい。

従って分離ガスノズル４１、４２における前記周方向両側には、前記凸状部４の下面である例えば平坦な低い天井面４４（第１の天井面）が存在し、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が存在することになる。この凸状部４の役割は、回転テーブル２との間への第１の反応ガス及び第２の反応ガスの侵入を阻止してこれら反応ガスの混合を阻止するための狭隘な空間である分離空間を形成することにある。

即ち、分離ガスノズル４１を例にとると、回転テーブル２の回転方向上流側からＯ3ガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側からＢＴＢＡＳガスが侵入することを阻止する。「ガスの侵入を阻止する」とは、分離ガスノズル４１から吐出した分離ガスであるＮ2ガスが第１の天井面４４と回転テーブル２の表面との間に拡散して、この例では当該第１の天井面４４に隣接する第２の天井面４５の下方側空間に吹き出し、これにより当該隣接空間からのガスが侵入できなくなることを意味する。そして「ガスが侵入できなくなる」とは、隣接空間から凸状部４の下方側空間に全く入り込むことができない場合のみを意味するのではなく、多少侵入はするが、両側から夫々侵入したＯ3ガス及びＢＴＢＡＳガスが凸状部４内で交じり合わない状態が確保される場合も意味し、このような作用が得られる限り、分離領域Ｄの役割である第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気との分離作用が発揮できる。従って狭隘な空間における狭隘の程度は、狭隘な空間（凸状部４の下方空間）と当該空間に隣接した領域（この例では第２の天井面４５の下方空間）との圧力差が「ガスが侵入できなくなる」作用を確保できる程度の大きさになるように設定され、その具体的な寸法は凸状部４の面積などにより異なるといえる。またウエハＷに吸着したガスについては当然に分離領域Ｄ内を通過することができ、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。

この例では直径３００ｍｍのウエハＷを被処理基板としており、この場合凸状部４は、回転テーブル２の回転中心から１４０ｍｍ外周側に離れた部位（後述の突出部５との境界部位）においては、周方向の長さ（回転テーブル２と同心円の円弧の長さ）が例えば１４６ｍｍであり、ウエハＷの載置領域（凹部２４）の最も外側部位においては、周方向の長さが例えば５０２ｍｍである。なお、当該外側部位において分離ガスノズル４１（４２）の両脇から夫々左右に位置する凸状部４の周方向の長さでみれば、この長さは２４６ｍｍである。
また凸状部４の下面即ち天井面４４における回転テーブル２の表面までの高さは、例えば０．５ｍｍから１０ｍｍであってもよく、約４ｍｍであると好適である。この場合、回転テーブル２の回転数は例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍに設定されている。そのため分離領域Ｄの分離機能を確保するためには、回転テーブル２の回転数の使用範囲などに応じて、凸状部４の大きさや凸状部４の下面（第１の天井面４４）と回転テーブル２の表面との高さを例えば実験などに基づいて設定することになる。なお分離ガスとしては、窒素（Ｎ2）ガスに限られずアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスなどを用いることができるが、このようなガスに限らず水素（Ｈ2）ガスなどであってもよく、成膜処理に影響を与えないガスであれば、ガスの種類に関しては特に限定されるものではない。

一方天板１１の下面には、図５、図６に示すように回転テーブル２におけるコア部２１よりも外周側の部位と対向するようにかつ当該コア部２１の外周に沿って突出部５が設けられている。この突出部５は図５に示すように凸状部４における前記回転中心側の部位と連続して形成されており、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成されている。図２及び図３は、前記天井面４５よりも低くかつ分離ガスノズル４１、４２よりも高い位置にて天板１１を水平に切断して示している。なお突出部５と凸状部４とは、必ずしも一体であることに限られるものではなく、別体であってもよい。

凸状部４及び分離ガスノズル４１（４２）の組み合わせ構造の作り方については、凸状部４をなす１枚の扇型プレートの中央に溝部４３を形成してこの溝部４３内に分離ガスノズル４１（４２）を配置する構造に限らず、２枚の扇型プレートを用い、分離ガスノズル４１（４２）の両側位置にて天板本体の下面にボルト締めなどにより固定する構成などであってもよい。

真空容器１の天板１１の下面、つまり回転テーブル２のウエハ載置領域（凹部２４）から見た天井面は既述のように第１の天井面４４とこの天井面４４よりも高い第２の天井面４５とが周方向に存在するが、図１では、高い天井面４５が設けられている領域についての縦断面を示しており、図５では、低い天井面４４が設けられている領域についての縦断面を示している。扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は図２及び図５に示されているように回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲して屈曲部４６を形成している。扇型の凸状部４は天板１１側に設けられていて、容器本体１２から取り外せるようになっていることから、前記屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。この屈曲部４６も凸状部４と同様に両側から反応ガスが侵入することを防止して、両反応ガスの混合を防止する目的で設けられており、屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の表面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。この例においては、回転テーブル２の表面側領域からは、屈曲部４６の内周面が真空容器１の内周壁を構成していると見ることができる。

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図５に示すように前記屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底面部１４に亘って縦断面形状が矩形に切り欠かれて外方側に窪んだ構造になっている。この窪んだ部分における既述の第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を夫々第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２と呼ぶことにすると、これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１及び図３に示すように、夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２が形成されている。第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように各々排気管６３を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４に接続されている。なお図１中、６５は圧力調整手段である。

排気口６１、６２は、分離領域Ｄの分離作用が確実に働くように、図３に示すように平面で見たときに前記分離領域Ｄの前記回転方向両側に設けられている。詳しく言えば、回転テーブル２の回転中心から見て第１の処理領域Ｐ１とこの第１の処理領域Ｐ１に対して例えば回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間に第１の排気口６１が形成され、回転テーブル２の回転中心から見て第２の処理領域Ｐ２とこの第２の処理領域Ｐ２に対して例えば回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間に第２の排気口６２が形成されている。この排気口６１はＢＴＢＡＳガスの排気を専用に行うように、また排気口６２はＯ3ガスの排気を専用に行うようにその位置が設定されている。この例では一方の排気口６１は、第１の反応ガスノズル３１とこの反応ガスノズル３１に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄの第１の反応ガスノズル３１側の縁の延長線との間に設けられ、また他方の排気口６２は、第２の反応ガスノズル３２とこの反応ガスノズル３２に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄの第２の反応ガスノズル３２側の縁の延長線との間に設けられている。即ち、第１の排気口６１は、図３中に一点鎖線で示した回転テーブル２の中心と第１の処理領域Ｐ１とを通る直線Ｌ１と、回転テーブル２の中心と前記第１の処理領域Ｐ１の下流側に隣接する分離領域Ｄの上流側の縁を通る直線Ｌ２との間に設けられ、第２の排気口６２は、この図３に二点鎖線で示した回転テーブル２の中心と第２の処理領域Ｐ２とを通る直線Ｌ３と、回転テーブル２の中心と前記第２の処理領域Ｐ２の下流側に隣接する分離領域Ｄの上流側の縁を通る直線Ｌ４との間に位置している。

排気口の設置数は２個に限られるものではなく、例えば第２の反応ガスノズル３２と活性化ガスインジェクター２２０との間に更に設置して３個としてもよいし、４個以上であってもよい。この例では排気口６１、６２は回転テーブル２よりも低い位置に設けることで真空容器１の内周壁と回転テーブル２の周縁との間の隙間から排気するようにしているが、真空容器１の底面部に設けることに限られず、真空容器１の側壁に設けてもよい。また排気口６１、６２は、真空容器１の側壁に設ける場合には、回転テーブル２よりも高い位置に設けるようにしてもよい。このように排気口６１、６２を設けることにより回転テーブル２上のガスは、回転テーブル２の外側に向けて流れるため、回転テーブル２に対向する天井面から排気する場合に比べてパーティクルの巻上げが抑えられるという観点において有利である。

前記回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１、図５及び図６に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷをプロセスレシピで決められた温度、例えば３００℃に加熱するようになっている。前記回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画するためにヒータユニット７を全周に亘って囲むようにカバー部材７１が設けられている。このカバー部材７１は上縁が外側に屈曲されてフランジ形状に形成され、その屈曲面と回転テーブル２の下面との間の隙間を小さくして、カバー部材７１内に外方からガスが侵入することを抑えている。

ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底面部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近、コア部２１に接近してその間は狭い空間になっており、また当該底面部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴についてもその内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間は前記ケース体２０内に連通している。そして前記ケース体２０にはパージガスであるＮ2ガスを前記狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側位置にて周方向の複数部位に、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が設けられている。

このようにパージガス供給管７２、７３を設けることにより図６にパージガスの流れを矢印で示すように、ケース体２０内からヒータユニット７の配置空間に至るまでの空間がＮ2ガスでパージされ、このパージガスが回転テーブル２とカバー部材７１との間の隙間から排気領域Ｅ１、Ｅ２を介して排気口６１、６２に排気される。これによって既述の第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との一方から回転テーブル２の下方を介して他方側にＢＴＢＡＳガスあるいはＯ3ガスが回り込むことが防止されるため、このパージガスは分離ガスの役割も果たしている。

また真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ2ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、図６に示すように前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出されることになる。この突出部５で囲まれる空間には分離ガスが満たされているので、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間で回転テーブル２の中心部を介して反応ガス（ＢＴＢＡＳガス及びＯ3ガス）が混合することを防止している。即ち、この成膜装置は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との雰囲気を分離するために回転テーブル２の回転中心部と天板１１とにより区画され、分離ガスがパージされると共に当該回転テーブル２の表面に分離ガスを吐出する吐出口が前記回転方向に沿って形成された中心部領域Ｃを備えているということができる。なおここでいう吐出口は前記突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０に相当する。

更に真空容器１の側壁には図２、図３に示すように外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハ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は図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。また回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。

次に、既述の活性化ガスインジェクター２２０について詳述する。活性化ガスインジェクター２２０は、例えば成膜サイクルを行う（回転テーブル２が回転する）度に、ＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとの反応によってウエハＷ上に成膜されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）をプラズマにより改質するためのものであり、図７（ａ）に示すように、プラズマ発生用の処理ガスを真空容器１内に供給するための例えば石英からなるガス供給部をなすガス導入ノズル３４と、このガス導入ノズル３４から導入される処理ガスをプラズマ化するための各々石英からなる互いに平行な１対のシース管３５ａ、３５ｂと、を備えている。図７中３７は、シース管３５ａ、３５ｂの基端側に接続された保護管である。

このシース管３５ａ、３５ｂの表面には、プラズマエッチング耐性に優れた例えばイットリア（酸化イットリウム、Ｙ2Ｏ3）膜が例えば１００μｍ程度の膜厚となるようにコーティングされている。また、これらのシース管３５ａ、３５ｂ内には、図示しない例えばニッケル合金からなる電極が各々貫挿されており、これらの電極には、図３に示すように、例えば１３．５６ＭＨｚ、例えば５００Ｗ以下の高周波電力が真空容器１の外部の高周波電源２２４から整合器２２５を介して供給されるように構成されている。即ち、これら電極は、ウエハＷの基板載置領域におけるテーブル２中心側の内縁部と、テーブル２外縁側の外縁部と、の間に亘って平行に伸び、平行電極を構成している。尚、「基板載置領域」とは、ウエハＷが成膜処理される時にウエハＷがテーブル２に載置される領域である。これらのシース管３５ａ、３５ｂは、夫々の内部に貫挿された電極間の離間距離が１０ｍｍ以下例えば４．０ｍｍとなるように配置されている。

図７（ｂ）中２２１は、ガス導入ノズル３４及びシース管３５ａ、３５ｂが配置された領域をその長さ方向に亘って両側面（長さ方向に伸びる側面）側及び上方側から覆うために設けられた例えば石英からなるカバー体であり、このカバー体２２１は、図８に示すように支持部材２２３により真空容器１の天板１１の複数箇所において固定されている。また、図７（ｂ）及び図８中２２２は、活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向に沿ってカバー体２２１の両側面の下端部から外側に向かってフランジ状に水平に伸び出す気流規制部材である気流規制面部であり、図９に示すようにＯ3ガスやＮ2ガスのカバー体２２１の内部領域への侵入を抑えるために、当該気流規制面部２２２の下端面と回転テーブル２の上面との間の隙間が小さくなるように、また回転テーブル２の中心部側からガス流の速くなる回転テーブル２の外周側に向かうほど、その幅寸法ｕが広くなるように形成されている。尚、図７（ａ）はカバー体２２１を取った状態、図７（ｂ）はカバー体２２１を配置した外観を示している。

上記の気流規制面部２２２の下端面と回転テーブル２の上面との間の隙間寸法ｔは、例えば１ｍｍ程度に設定されている。また、気流規制面部２２２の幅寸法ｕについて一例を挙げると、カバー体２２１の下方位置にウエハＷが位置した時に、回転テーブル２の回転中心側のウエハＷの外縁に対向する部位の幅寸法ｕは例えば８０ｍｍ、真空容器１の内周壁側のウエハＷの外縁に対向する部位の幅寸法ｕは例えば１３０ｍｍとなっている。一方、ガス導入ノズル３４及びシース管３５ａ、３５ｂが収納された部位におけるカバー体２２１の上端面と、真空容器１の天板１１の下面と、の間の寸法は上記の隙間ｔよりも大きくなるように２０ｍｍ以上例えば３０ｍｍに設定されている。また、既述のように、第１の反応ガスノズル３１の周囲にも、このカバー体２２１とほぼ同じ構成のガス流規制部材２５０が配置されている。

真空容器１の内部には、図１０に示すように、保護管３７（シース管３５ａ、３５ｂ）を下方側から支持するための傾き調整機構２４０が設けられている。この傾き調整機構２４０は、例えば真空容器１の内周壁に沿うように形成された板状の部材であり、例えば図示しないボルトなどの調整ネジにより上端面の高さ位置を調整して真空容器１の内周壁に固定できるように構成されている。従って、この傾き調整機構２４０の上端面の高さ位置を調整することにより、保護管３７は基端側（真空容器１の側壁側）が図示しないＯ−リングにより気密に圧着されたまま回転テーブル２の回転中心側の端部が上下するので、回転テーブル２の半径方向において保護管３７（シース管３５ａ、３５ｂ）が傾斜することになる。そのため、傾き調整機構２４０により例えば回転テーブル２の半径方向における改質の度合いを調整できるようになっている。このようにシース管３５ａ、３５ｂを傾斜させる例としては、上記の図１０に示すように、例えば回転テーブル２の回転速度の速い外周部側では中心側よりもウエハＷとシース管３５ａ、３５ｂとの間の距離が短くなるように設定される。

既述の図３に示すように、ガス導入ノズル３４の基端側には、真空容器１の外側に設けられたガス導入ポート３４ａを介してプラズマ発生用の処理ガスを供給するプラズマガス導入路２５１の一端側が接続されており、このプラズマガス導入路２５１の他端側は、２本に分岐して各々バルブ２５２及び流量調整部２５３を介してプラズマを発生させるためのプラズマ生成ガス（放電ガス）が貯留されたプラズマ生成ガス源２５４と、プラズマの発生（連鎖）を抑制するための局所放電抑制用ガス（添加ガス）が貯留された添加ガス源２５５と、に夫々接続されている。プラズマ生成ガスは、例えばＡｒ（アルゴン）ガス、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、ＮＨ3（アンモニア）ガス、Ｈ2（水素）ガス、Ｎｅ（ネオン）ガス、Ｋｒ（クリプトン）ガス、Ｘｅ（キセノン）ガス、Ｎ2（窒素）ガスあるいはＮ元素を有するガスのうちいずれか１種あるいは複数種のガスであり、この例ではＡｒガスである。また、プラズマ抑制ガスは、例えばＯ2ガス、またはＯ元素、Ｈ元素、Ｆ元素やＣｌ元素などを有するガスなど、上記プラズマ生成ガスよりも電子親和力が大きく、放電し難いガスの少なくとも１種であり、この例ではＯ2ガスである。そして、ウエハＷに対して改質処理を行う時には、後述するように、局所的なプラズマの発生を抑えるために、Ｏ2ガスはＡｒガスに対して例えば０．５体積％〜２０体積％程度添加されることになる。尚、図９中３４１は、ガス導入ノズル３４からシース管３５ａ、３５ｂに向けてプラズマ発生用の処理ガスを吐出するために当該ガス導入ノズル３４の長さ方向に沿って形成されたガス吐出口例えば複数箇所に配置されたガス孔である。

ここで、上記のようにプラズマ発生用の処理ガスとしてＡｒガスと共にＯ2ガスを用いる理由について、以下に説明する。既述のように、活性化ガスインジェクター２２０は成膜サイクル毎にプラズマによってシリコン酸化膜の改質処理を行うためのものであるが、活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向において、あるいは時間の経過（回転テーブル２の回転）と共に、当該活性化ガスインジェクター２２０のとウエハＷとの間におけるプラズマ（放電）の発生が局所的に乱れてしまう場合がある。このプラズマの乱れは、例えば真空容器１の側壁に石英からなる透過窓を設けて、石英からなる透明のカバー体２２１を介して目視によりプラズマの発光状態を観測することにより確認される。

このようなプラズマの乱れは、例えば既述の図４に示した回転テーブル２の窪み２０２や凹部２４の側壁面とウエハＷの外縁との間の隙間あるいは真空容器１内の部材を固定するための図示しないボルトなどといった真空容器１内の凹凸の影響により、真空容器１（活性化ガスインジェクター２２０）内のガス流れが乱れることによって生じると考えられる。
また、既述のように回転テーブル２が導電性の炭素により構成され、シース管３５ａ、３５ｂと回転テーブル２との間の距離が短いため、シース管３５ａ、３５ｂと回転テーブル２との間において放電が生じやすいと考えられる。そのため、活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向において、あるいは回転テーブル２の回転によって、窪み２０２や凹部２４の影響によりシース管３５ａ、３５ｂと回転テーブル２との間の距離が変化すると、放電の状態が変化してプラズマの発生が乱れてしまう場合もある。また、カバー体２２１の気流規制面部２２２と回転テーブル２との間の隙間ｔについても既述のように極めて狭いので、当該隙間ｔにおいて局部的なプラズマが発生する場合もある。特に、上記のＡｒガスなどの希ガスは、狭いギャップ部において集中して局所的なプラズマが発生しやすい傾向がある。

ここで、既述のように、シース管３５ａ、３５ｂと高周波電源２２４との間に整合器２２５を設けて、プラズマを均一に発生させる（マッチングする）ようにしているが、回転テーブル２が例えば数百ｒｐｍもの高速で回転している時には、プラズマの変化に整合器２２５のマッチングが追随できず、プラズマの発生を均一化することは困難である。また、シース管３５ａ、３５ｂとウエハＷとの間の距離が近いため、上記のようにプラズマの発生が乱れると、プラズマが均一に拡散する前にウエハＷにプラズマが到達するので、ウエハＷはプラズマの乱れの影響を強く受けてしまう。そのため、改質処理の度合いが活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向（回転テーブル２の径方向）及び回転テーブル２の回転方向においてばらつき、後述の実施例に示すように膜厚や膜質がウエハＷの面内において不均一となってしまう場合がある。
そこで、この実施の形態では、プラズマ化しやすい上記のＡｒガスと共に、Ａｒガスのプラズマ化の連鎖を抑制する作用を持つＯ2ガスを用いることによって、Ａｒガスによる局所的な放電（プラズマ化）を抑えるようにしている。

また、この成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には後述の成膜処理及び改質処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体から制御部１００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、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にした後、圧力調整手段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と共に、回転テーブル２を時計回りに回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを例えば３００℃に加熱する。ウエハＷの温度が図示しない温度センサにより設定温度になったことを確認した後、反応ガスノズル３１、３２から夫々ＢＴＢＡＳガス及びＯ3ガスを吐出すると共に、ガス導入ノズル３４からＡｒガス及びＯ3ガスを夫々９．０ｓｌｍ、２０ｓｌｍで吐出し、シース管３５ａ、３５ｂ間に１３．５６ＭＨｚ、電力が５００Ｗの高周波を印加する。また、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ2ガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からもＮ2ガスを所定の流量で吐出する。

この時、活性化ガスインジェクター２２０においては、ガス供給ポート３４ａから導入されたＡｒガス及びＯ3ガスがガス導入ノズル３４に供給され、その側周壁に設けられた各ガス孔３４１からシース管３５ａ、３５ｂに向かって吐出される。そして、シース管３５ａ、３５ｂ間の領域でこれらのプラズマ発生用の処理ガスがプラズマ化されるが、回転テーブル２の回転によりカバー体２２１内の気流が乱れる場合がある。また、シース管３５ａ、３５ｂと回転テーブル２との間の距離がシース管３５ａ、３５ｂの長さ方向において差が生じたり、あるいは時間の経過（回転テーブル２の回転）と共に変化したりすることにより、プラズマ（放電）がシース管３５ａ（３５ｂ）と回転テーブル２との間で発生する場合がある。そのため、プラズマが局所的に発生しようとするが、プラズマ発生用の処理ガスにＯ3ガスを混合しているので、Ａｒガスのプラズマ化の連鎖が抑制され、プラズマの状態が安定化することになる。この安定して生成するプラズマは、活性化ガスインジェクター２２０の下方を回転テーブル２と共に移動（回転）するウエハＷに向かって下降していく。

一方、回転テーブル２の回転により、ウエハＷの表面には第１の処理領域Ｐ１においてＢＴＢＡＳガスが吸着し、次いで第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷ上に吸着したＢＴＢＡＳガスが酸化されてシリコン酸化膜の分子層が１層あるいは複数層形成される。このシリコン酸化膜中には、例えばＢＴＢＡＳの残留基のため、水分（ＯＨ基）や有機物などの不純物が含まれている場合がある。そして、このウエハＷが活性化ガスインジェクター２２０の下方領域に到達すると、上記のプラズマによりシリコン酸化膜の改質処理が行われることになる。具体的には、例えばＡｒイオンがウエハＷの表面に衝突し、シリコン酸化膜から上記の不純物が放出されたり、シリコン酸化膜内の元素が再配列されてシリコン酸化膜の緻密化（高密度化）が図られたりすることになる。従って、改質処理後のシリコン酸化膜は、後述の実施例に示すように、緻密化してウェットエッチングに対する耐性が向上することになる。この改質処理は、上記のようにプラズマの状態が安定化していることから、ウエハＷの面内に亘って均一に行われることになり、そのためシリコン酸化膜の膜厚（収縮量）及びウェットエッチングレートがウエハＷの面内に亘って揃うことになる。こうして回転テーブル２の回転によりＢＴＢＡＳガスの吸着、ＢＴＢＡＳガスの酸化及び改質処理が成膜サイクル毎に行われてシリコン酸化膜が順次積層されていき、膜厚方向において緻密で且つウェットエッチングに対する耐性が高く、更には膜厚及び上記耐性などの膜質が面内及び面間に亘って均一な薄膜が形成されることになる。

また、この真空容器１内には、活性化ガスインジェクター２２０と第２の反応ガスノズル３２との間に分離領域Ｄを設けていないので、回転テーブル２の回転に引き連れられて、活性化ガスインジェクター２２０に向かって上流側からＯ3ガスやＮ2ガスが通流してくる。しかし、既述のように電極３６ａ、３６ｂとガス導入ノズル３４とを覆うようにカバー体２２１を設けているので、カバー体２２１の下方側（気流規制面部２２２と回転テーブル２との間の隙間ｔ）よりもカバー体２２１の上方側の領域が広くなっており、上流側から通流してくるガスは、カバー体２２１の下方側に入り込みにくくなっている。また、活性化ガスインジェクター２２０に向かって通流するガスは、回転テーブル２の回転によって上流側から引き連れられて来るので、回転テーブル２の半径方向内周側から外周側に向かうほど流速が速くなるが、回転テーブル２の内周側よりも外周側の気流規制面部２２２の幅寸法ｕを大きく取っていることから、活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向に亘ってカバー体２２１の内部へのガスの侵入が抑えられる。従って、活性化ガスインジェクター２２０に向かって上流側から流れてくるガスは、既述の図９に示すように、カバー体２２１の上方領域を介して下流側の排気口６２に通流していく。そのため、これらのＯ3ガスやＮ2ガスは、高周波によって活性化などの影響をほとんど受けないので、例えばＮＯｘなどの発生が抑えられ、またウエハＷもこれらのガスの影響をほとんど受けない。尚、改質処理によりシリコン酸化膜から排出された不純物は、その後ガス化してＡｒガスやＮ2ガスなどと共に排気口６２に向かって排気されていく。

この時、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間においてＮ2ガスを供給し、また中心部領域Ｃにおいても分離ガスであるＮ2ガスを供給しているので、図１１に示すようにＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとが混合しないように各ガスが排気されることとなる。また、分離領域Ｄにおいては、屈曲部４６と回転テーブル２の外端面との間の隙間が既述のように狭くなっているので、ＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとは、回転テーブル２の外側を介しても混合しない。従って、第１の処理領域Ｐ１の雰囲気と第２の処理領域Ｐ２の雰囲気とが完全に分離され、ＢＴＢＡＳガスは排気口６１に、またＯ3ガスは排気口６２に夫々排気される。この結果、ＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとが雰囲気中においてもウエハＷ上においても混じり合うことがない。

また、この例では反応ガスノズル３１、３２及び活性化ガスインジェクター２２０が配置されている第２の天井面４５の下方側の空間に沿った容器本体１２の内周壁においては、既述のように内周壁が切り欠かれて広くなっており、この広い空間の下方に排気口６１、６２が位置しているので、第１の天井面４４の下方側の狭隘な空間及び前記中心部領域Ｃの各圧力よりも第２の天井面４５の下方側の空間の圧力の方が低くなる。
なお、回転テーブル２の下方側をＮ2ガスによりパージしているため、排気領域Ｅに流入したガスが回転テーブル２の下方側を潜り抜けて、例えばＢＴＢＡＳガスがＯ3ガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。

ここで処理パラメータの一例について記載しておくと、回転テーブル２の回転数は、３００ｍｍ径のウエハＷを被処理基板とする場合例えば１ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ、プロセス圧力は例えば１０６７Ｐａ（８Ｔｏｒｒ）、ウエハＷの加熱温度は例えば３５０℃、ＢＴＢＡＳガス及びＯ3ガスの流量は例えば夫々１００ｓｃｃｍ及び１００００ｓｃｃｍ、分離ガスノズル４１、４２からのＮ2ガスの流量は例えば２００００ｓｃｃｍ、真空容器１の中心部の分離ガス供給管５１からのＮ2ガスの流量は例えば５０００ｓｃｃｍである。また１枚のウエハＷに対する反応ガス供給のサイクル数、即ちウエハＷが処理領域Ｐ１、Ｐ２の各々を通過する回数は目標膜厚に応じて変わるが、例えば１０００回である。

上述の実施の形態によれば、回転テーブル２を回転させてウエハＷ上にＢＴＢＡＳガスを吸着させ、次いでウエハＷの表面にＯ3ガスを供給してウエハＷの表面に吸着したＢＴＢＡＳガスを反応させてシリコン酸化膜を成膜するにあたって、シリコン酸化膜を成膜した後、活性化ガスインジェクター２２０からウエハＷ上のシリコン酸化膜に対してＡｒガスのプラズマを供給して、成膜サイクル毎に改質処理を行っている。そのため、膜厚方向に亘って緻密で不純物の少なく、更にはウェットエッチングに対する耐性が大きい薄膜を得ることができる。この時、Ａｒガスと共にＯ2ガスを供給してＡｒガスのプラズマ化の連鎖を抑制することにより、活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向において、また改質処理（成膜処理）を行う時間に亘って、プラズマの局所的な発生を抑えるようにしている。そのため、改質処理をウエハＷの面内及び面間において均一に行うことができる。従って、回転テーブル２の回転によって既述のようにカバー体２２１の内部領域においてガス流が乱れたり、シース管３５ａ、３５ｂと回転テーブル２との間の距離が活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向や時間の経過と共に変化したりすることによってプラズマが局所的に発生しやすい場合であっても、更にはプラズマ源（シース管３５ａ、３５ｂ）とウエハＷとの間の距離が短くてウエハＷがプラズマのばらつき（局所的な発生）の影響を受けやすい場合であっても、面内及び面間において膜質及び膜厚について高い均一性を得ることができる。
また、上記のように成膜温度が６５０℃以下といった低温でシリコン酸化膜を成膜する場合には、改質処理前においては膜中に不純物が残りやすく、高温で成膜した場合よりも改質処理による収縮量が大きいため、プラズマの局所的な発生を抑えることによって、上記の面内及び面間における膜質及び膜厚の均一性を大きく改善することができる。また、シリコン酸化膜を成膜するにあたり、プラズマ発生用のＡｒガスに添加するガスとしては既述のようにＯ2ガスを用いているので、薄膜に不純物が取り込まれたり副生成物が生成したりする悪影響を抑えることができる。

また、ウエハＷ（回転テーブル２）に近接する位置に例えばカバー体２２１（気流規制面部２２２）などの部材を設けることができるので、装置の設計上の自由度を高めることができる。この場合においては、カバー体２２１により上流側から通流してくるガスの当該カバー体２２１の内部への侵入を抑えることができ、これらのガスの影響を抑えて成膜サイクルの途中で改質処理を行うことができる。そのため、例えば第２の反応ガスノズル３２と活性化ガスインジェクター２２０との間に専用の分離領域Ｄを設けなくても良いので、成膜装置のコストを抑えて改質処理を行うことができるし、またＮＯｘなどの副生成ガスの発生を抑えることができる。

また、活性化ガスインジェクター２２０によりシリコン酸化膜の改質処理を行うにあたって、シース管３５ａ、３５ｂを傾斜できるようにしているので、シース管３５ａ、３５ｂの長さ方向においてウエハＷとの間の距離を調整でき、従って例えば回転テーブル２の半径方向において改質の度合いを揃えることができる。
更に、真空容器１の内部において成膜サイクルを行う度に改質処理を行っており、いわば回転テーブル２の周方向においてウエハＷが各処理領域Ｐ１、Ｐ２を通過する経路の途中において成膜処理に干渉しないように改質処理を行っているので、例えば薄膜の成膜が完了した後で改質処理を行うよりも短時間で改質処理を行うことができる。

また、電極３６ａ、３６ｂの離間距離を上記のように狭く設定していることから、ガスのイオン化に最適ではない高い圧力範囲（成膜処理の圧力範囲）であっても、低出力で改質処理に必要な程度にＡｒガスを活性化（イオン化）することができる。尚、真空容器１内の真空度を高くする程、Ａｒガスのイオン化が速やかに進行する一方、例えばＢＴＢＡＳガスの吸着効率が低下するため、真空容器１内の真空度は、成膜効率と改質の効率とを勘案して設定される。また、電極３６ａ、３６ｂに供給する高周波の電力値についても、成膜処理に悪影響を及ぼさないように、また改質処理が速やかに進行するように上記のように適宜設定される。

上記の例においては、成膜処理を行う度に改質処理を行ったが、複数回例えば２０回の成膜処理（サイクル）を行う度に改質処理を行っても良い。この場合において改質処理を行う時には、具体的にはＢＴＢＡＳガス、Ｏ3ガス及びＮ2ガスの供給を停止して、ガス導入ノズル３４から活性化ガスインジェクター２２０にＡｒガスを供給すると共に、シース管３５ａ、３５ｂに高周波を供給する。そして、５枚のウエハＷが活性化ガスインジェクター２２０の下方領域を順番に通過するように回転テーブル２を例えば２００回回転させる。こうして改質処理を行った後、再度各ガスの供給を再開して成膜処理を行い、改質処理と成膜処理とを順番に繰り返す。この例においても、上記の例と同様に緻密で不純物濃度の低い薄膜が得られる。この場合には、改質処理を行うときにはＯ3ガスやＮ2ガスの供給を停止しているので、既述の図７（ａ）に示すように、カバー体２２１を設けなくても良い。

更に本実施の形態に係わる成膜装置は、回転テーブル２の回転方向に複数のウエハＷを配置し、回転テーブル２を回転させて第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを順番に通過させていわゆるＡＬＤ（あるいはＭＬＤ）を行うようにしているため、高いスループットで成膜処理を行うことができる。そして前記回転方向において第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に低い天井面を備えた分離領域Ｄを設けると共に回転テーブル２の回転中心部と真空容器１とにより区画した中心部領域Ｃから回転テーブル２の周縁に向けて分離ガスを吐出し、前記分離領域Ｄの両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域Ｃから吐出する分離ガスと共に前記反応ガスが回転テーブル２の周縁と真空容器の内周壁との隙間を介して排気されるため、両反応ガスの混合を防止することができ、この結果良好な成膜処理を行うことができるし、回転テーブル２上において反応生成物が生じることが全くないか極力抑えられ、パーティクルの発生が抑えられる。なお本発明は、回転テーブル２に１個のウエハＷを載置する場合にも適用できる。また、上記の例において、Ａｒガスと共にＯ2ガスを供給するにあたり、Ｏ2ガスについては少なくとも１部がＡｒガスと共にプラズマ化（活性化）していれば良い。

上記のシリコン酸化膜を成膜するための処理ガスとしては、第１の反応ガスとしてＢＴＢＡＳ［ビスターシャルブチルアミノシラン］、ＤＣＳ[ジクロロシラン]、ＨＣＤ[ヘキサクロロジシラン]、ＴＭＡ[トリメチルアルミニウム]、３ＤＭＡＳ[トリスジメチルアミノシラン]、ＴＥＭＡＺ[テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム]、ＴＥＭＨＦ[テトラキスエチルメチルアミノハフニウム]、Ｓｒ(ＴＨＤ)2[ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト]、Ｔｉ(ＭＰＤ)(ＴＨＤ)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]、モノアミノシランなどを採用し、これらの原料ガスを酸化する酸化ガスである第２の反応ガスとして水蒸気などを採用しても良い。

そして前記分離ガス供給ノズル４１（４２）の両側に各々位置する狭隘な空間を形成する前記第１の天井面４４は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に前記分離ガス供給ノズル４１を代表して示すように例えば３００ｍｍ径のウエハＷを被処理基板とする場合、ウエハＷの中心ＷＯが通過する部位において回転テーブル２の回転方向に沿った幅寸法Ｌが５０ｍｍ以上であることが好ましい。凸状部４の両側から当該凸状部４の下方（狭隘な空間）に反応ガスが侵入することを有効に阻止するためには、前記幅寸法Ｌが短い場合にはそれに応じて第１の天井面４４と回転テーブル２との間の距離も小さくする必要がある。更に第１の天井面４４と回転テーブル２との間の距離をある寸法に設定したとすると、回転テーブル２の回転中心から離れる程、回転テーブル２の速度が速くなってくるので、反応ガスの侵入阻止効果を得るために要求される幅寸法Ｌは回転中心から離れる程長くなってくる。このような観点から考察すると、ウエハＷの中心ＷＯが通過する部位における前記幅寸法Ｌが５０ｍｍよりも小さいと、第１の天井面４４と回転テーブル２との距離をかなり小さくする必要があるため、回転テーブル２を回転したときに回転テーブル２あるいはウエハＷと天井面４４との衝突を防止するために、回転テーブル２の振れを極力抑える工夫が要求される。更にまた回転テーブル２の回転数が高い程、凸状部４の上流側から当該凸状部４の下方側に反応ガスが侵入しやすくなるので、前記幅寸法Ｌを５０ｍｍよりも小さくすると、回転テーブル２の回転数を低くしなければならず、スループットの点で得策ではない。従って幅寸法Ｌが５０ｍｍ以上であることが好ましいが、５０ｍｍ以下であっても本発明の効果が得られないというものではない。即ち、前記幅寸法ＬがウエハＷの直径の１／１０〜１／１であることが好ましく、約１／６以上であることがより好ましい。なお、図１２（ａ）においては図示の便宜上、凹部２４の記載を省略してある。

また本発明は、分離ガスノズル４１（４２）の両側に狭隘な空間を形成するために低い天井面（第１の天井面）４４を設けることが必要であるが、反応ガスノズル３１、３２及び活性化ガスインジェクター２２０の両側にも同様の低い天井面を設け、これら天井面を連続させる構成、つまり分離ガスノズル４１（４２）、反応ガスノズル３１（３２）及び活性化ガスインジェクター２２０が設けられる箇所以外は、回転テーブル２に対向する領域全面に凸状部４を設ける構成としても同様の効果が得られる。この構成は別の見方をすれば、分離ガスノズル４１（４２）の両側の第１の天井面４４が反応ガスノズル３１、３２及び活性化ガスインジェクター２２０にまで広がった例である。この場合には、分離ガスノズル４１（４２）の両側に分離ガスが拡散し、反応ガスノズル３１、３２及び活性化ガスインジェクター２２０の両側に反応ガスが拡散し、両ガスが凸状部４の下方側（狭隘な空間）にて合流するが、これらのガスは排気口６１（６２）から排気されることになる。

以上の実施の形態では、回転テーブル２の回転軸２２が真空容器１の中心部に位置し、回転テーブル２の中心部と真空容器１の上面部との間の空間に分離ガスをパージしているが、本発明は図１３に示すように構成してもよい。図１３の成膜装置においては、真空容器１の中央領域の底面部１４が下方側に突出していて駆動部の収容空間８０を形成していると共に、真空容器１の中央領域の上面に凹部８０ａが形成され、真空容器１の中心部において収容空間８０の底部と真空容器１の前記凹部８０ａの上面との間に支柱８１を介在させて、第１の反応ガスノズル３１からのＢＴＢＡＳガスガスと第２の反応ガスノズル３２からのＯ3ガスとが前記中心部を介して混ざり合うことを防止している。

回転テーブル２を回転させる機構については、支柱８１を囲むように回転スリーブ８２を設けてこの回転スリーブ８１に沿ってリング状の回転テーブル２を設けている。そして前記収容空間８０にモーター８３により駆動される駆動ギヤ部８４を設け、この駆動ギヤ部８４により、回転スリーブ８２の下部の外周に形成されたギヤ部８５を介して当該回転スリーブ８２を回転させるようにしている。８６、８７及び８８は軸受け部である。また前記収容空間８０の底部にパージガス供給管７４を接続すると共に、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間にパージガスを供給するためのパージガス供給管７５を真空容器１の上部に接続している。図１３では、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間にパージガスを供給するための開口部は左右２箇所に記載してあるが、回転スリーブ８２の近傍領域を介してＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとが混じり合わないようにするために、開口部（パージガス供給口）の配列数を設計することが好ましい。

図１３の実施の形態では、回転テーブル２側から見ると、前記凹部８０ａの側面と回転スリーブ８２の上端部との間の空間は分離ガス吐出孔に相当し、そしてこの分離ガス吐出孔、回転スリーブ８２及び支柱８１により、真空容器１の中心部に位置する中心部領域が構成される。

更にまた、実施の形態に係わる各種の反応ガスノズルを適用可能な成膜装置は、図１、図２等に示した回転テーブル型の成膜装置に限定されるものではない。例えば回転テーブル２に替えてベルトコンベア上にウエハＷを載置し、互いに区画された処理室内にウエハＷを搬送して成膜処理を行うタイプの成膜装置に本発明の各反応ガスノズルを適用してもよいし、また固定された載置台上にウエハＷを１枚ずつ載置して成膜を行う枚葉式の成膜装置に適用してもよい。

また、上記の各実施の形態の成膜装置としては、ガス供給系（ノズル３１、３２、４１、４２及び活性化ガスインジェクター２２０）に対して回転テーブル２を鉛直軸回りに回転させる構成としたが、ガス供給系が回転テーブル２に対して鉛直軸回りに回転する構成としても良い。つまり、ガス供給系と回転テーブル２とが相対的に回転する構成であれば良い。このような具体的な装置構成について、図１４〜図１７を参照して説明する。尚、既述の成膜装置と同じ部位については、同じ符号を付して説明を省略する。

真空容器１内には、既述の回転テーブル２に代えて、テーブルであるサセプタ３００が配置されている。このサセプタ３００の底面中央には、回転軸２２の上端側が接続されており、ウエハＷの搬入出を行うときにはサセプタ３００を回転できるように構成されている。このサセプタ３００上には、既述の凹部２４が周方向に亘って複数箇所例えば５箇所に形成されている。

図１４〜図１６に示すように、既述のノズル３１、３２、４１、４２及び活性化ガスインジェクター２２０は、サセプタ３００の中央部の直上に設けられた扁平な円盤状のコア部３０１に取り付けられており、基端部が当該コア部３０１の側壁を貫通している。コア部３０１は後述するように例えば鉛直軸回りに反時計方向に回転するように構成されており、当該コア部３０１を回転させることによって各ガス供給ノズル３１、３２、４１、４２及び活性化ガスインジェクター２２０をサセプタ３００の上方位置において回転させることができるようになっている。従って、例えばサセプタ３００上のある１つのウエハＷからガス供給系（ノズル３１、３２、４１、４２及び活性化ガスインジェクター２２０）を見た時にこれらのノズル３１、３２、４１、４２及び活性化ガスインジェクター２２０が向かってくる方向をサセプタ３００の相対的回転方向下流側、ノズル３１、３２、４１、４２及び活性化ガスインジェクター２２０が遠ざかっていく方向を相対的回転方向上流側と呼ぶと、この成膜装置では、既述の図１に示した成膜装置と同様に、各ウエハＷに対してＢＴＢＡＳガス、Ｏ3ガスが分離領域Ｄを介してこの順番で供給されるように、またＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとによりシリコン酸化膜が形成されたウエハＷが活性化ガスインジェクター２２０の下方領域を通過するように、各ノズル３１、３２、４１、４２及び活性化ガスインジェクター２２０が配置されている。尚、図１５は、真空容器１（天板１１及び容器本体１２）並びに天板１１の上面に固定された後述のスリーブ３０４を取り去った状態を示している。

既述の凸状部４は、上記のコア部３０１の側壁部に固定されており、各ガス供給ノズル３１、３２、４１、４２及び活性化ガスインジェクター２２０と共にサセプタ３００上を回転できるように構成されている。コア部３０１の側壁部には、図１５、図１６に示すように、各反応ガス供給ノズル３１、３２の回転方向上流側であって、当該上流側に設けられている凸状部４とコア部３０１との接合部の手前の位置に、２つの排気口６１、６２が設けられている。これら排気口６１、６２は各々後述の排気管３０２に接続されていて、反応ガス及び分離ガスを各処理領域Ｐ１、Ｐ２から排気する役割を果たす。排気口６１、６２は、既述の例と同様に、分離領域Ｄの前記回転方向両側に設けられ、各反応ガス（ＢＴＢＡＳガス及びＯ3ガス）の排気を専用に行うようにしている。

図１４に示すように、コア部３０１の上面中央部には円筒状の回転筒３０３の下端部が接続されており、真空容器１の天板１１上に固定されたスリーブ３０４内にて当該回転筒３０３を回転させることにより、真空容器１内でコア部３０１と共にノズル３１、３２、４１、４２、活性化ガスインジェクター２２０及び凸状部４を回転させる構成となっている。活性化ガスインジェクター２２０のカバー体２２１は、既述の支持部材２２３によりコア部３０１の側壁部に固定されている。コア部３０１内は下面側が開放された空間となっていて、コア部３０１の側壁を貫通した反応ガス供給ノズル３１、３２、３４、分離ガス供給ノズル４１、４２は、当該空間において各々ＢＴＢＡＳガスを供給する第１の反応ガス供給管３０５、Ｏ3ガスを供給する第２の反応ガス供給管３０６、プラズマ発生用の処理ガス（Ａｒガス及びＯ2ガス）を供給する第３の反応ガス供給管４０１、分離ガスであるＮ2ガスを供給する分離ガス供給管３０７、３０８と接続されている（便宜上、図１４には、分離ガス供給管３０７、３０８のみを図示してある）。
各供給管３０５〜３０８、４０１は、コア部３０１の回転中心近傍、詳細には後述の排気管３０２の周囲にてＬ字に屈曲されて上方に向けて伸び、コア部３０１の天井面を貫通して、垂直上方へ向けて円筒状の回転筒３０３内を延伸されている。また、高周波電源２２４からシース管３５ａ、３５ｂに高周波電力を給電する給電線５００についても、コア部３０１の天井面を貫通して、垂直上方へ向けて回転筒３０３内を延伸されている。

図１４、図１５、図１６に示すように、回転筒３０３は外径の異なる２つの円筒を上下２段に積み重ねた外観形状に構成されており、外径の大きな上段側の円筒の底面をスリーブ３０４の上端面にて係止させることにより、当該回転筒３０３を上面側から見て周方向に回転可能な状態でスリーブ３０４内に挿入する一方、回転筒３０３の下端側は天板１１を貫通してコア部３０１の上面と接続されている。
天板１１の上方位置における回転筒３０３の外周面側には、当該外周面の周方向の全面に亘って形成された環状流路であるガス拡散路が上下方向に間隔をおいて配置されている。本例においては、上段側から順番に分離ガス（Ｎ2ガス）を拡散させるための分離ガス拡散路３０９、ＢＴＢＡＳガスを拡散させるための第１の反応ガス拡散路３１０、Ｏ3ガスを拡散させるための第２の反応ガス拡散路３１１、プラズマ発生用の処理ガスを拡散させるための第３の反応ガス拡散路４０２が配置されている。図中、３１２は回転筒３０３の蓋部であり、３１３は当該蓋部３１２と回転筒３０３とを密着させるＯリングである。

各ガス拡散路３０９〜３１１、４０２には、回転筒３０３の全周に亘り、当該回転筒３０３の外面へ向けて開口するスリット３２０、３２１、３２２、４０３が設けられており、夫々のガス拡散路３０９〜３１１、４０２には、これらのスリット３２０、３２１、３２２、４０３を介して各種のガスが供給されるようになっている。一方、回転筒３０３を覆うスリーブ３０４には、各スリット３２０、３２１、３２２、４０３に対応する高さ位置に、ガス供給口であるガス供給ポート３２３、３２４、３２５、４０４が設けられており、不図示のガス供給源よりこれらのガス供給ポート３２３、３２４、３２５、４０４へと供給されたガスは、当該各ポート３２３、３２４、３２５、４０４に向けて開口するスリット３２０、３２１、３２２、４０３を介して各ガス拡散路３０９、３１０、３１１、４０２内に供給されることとなる。

ここでスリーブ３０４内に挿入された回転筒３０３の外径は、当該回転筒３０３が回転可能な範囲で、可能な限りスリーブ３０４の内径と近い大きさに形成されており、前記各ポート３２３、３２４、３２５、４０４の開口部以外の領域においては、各スリット３２０、３２１、３２２、４０３はスリーブ３０４の内周面によって塞がれた状態となっている。この結果、各ガス拡散路３０９、３１０、３１１、４０２に導入されたガスは、当該ガス拡散路３０９、３１０、３１１、４０２内のみを拡散して、例えば他のガス拡散路３０９、３１０、３１１、４０２や真空容器１内、成膜装置の外部などに漏れ出さないようになっている。図１４中、３２６は回転筒３０３とスリーブ３０４との隙間からのガス漏れを防止するための磁気シールであり、これら磁気シール３２６は各ガス拡散路３０９、３１０、３１１、４０２の上下にも設けられていて、各種ガスをガス拡散路３０９、３１０、３１１、４０２内に確実に封止する構成となっているが同図では便宜上省略してある。また、図１７においても磁気シール３２６の記載は省略してある。

図１７に示すように、回転筒３０３の内周面側において、ガス拡散路３０９にはガス供給管３０７、３０８が接続され、各ガス拡散路３１０、３１１には既述の各ガス供給管３０５、３０６が夫々接続されている。また、ガス拡散路４０２にはガス供給管４０１に接続されている。これによりガス供給ポート３２３から供給された分離ガスは、ガス拡散路３０９内を拡散してガス供給管３０７、３０８を介してノズル４１、４２へと流れ、また各ガス供給ポート３２４、３２５から供給された各種反応ガスは、夫々ガス拡散路３１０、３１１内を拡散し、ガス供給管３０５、３０６を介して各ノズル３１、３２へと流れ、真空容器１内に供給されるようになっている。また、ガス供給ポート４０４から供給されたプラズマ発生用の処理ガスは、ガス拡散路４０２及びガス供給管４０１を介してノズル３４から真空容器１内に供給される。なお、図１７においては図示の便宜上、後述の排気管３０２の記載は省略してある。

ここで図１７に示すように、分離ガス拡散路３０９にはさらにパージガス供給管３３０が接続されており、当該パージガス供給管３３０は回転筒３０３内を下方側に延伸されて図１６に示すようにコア部３０１内の空間に開口しており、当該空間内にＮ2ガスを供給することができる。ここで例えば図１４に示すようにコア部３０１は、サセプタ３００の表面から僅かな隙間を空けて浮いた状態となるように回転筒３０３に支持されており、サセプタ３００に対してコア部３０１が固定されていないことにより自由に回転させることができる。しかしながらこのようにサセプタ３００とコア部３０１との間に隙間が開いていると、例えば既述の処理領域Ｐ１、Ｐ２の一方からコア部３０１の下方を介して他方にＢＴＢＡＳガスあるいはＯ3ガスが回り込むおそれがある。

そこでコア部３０１の内側を空洞とし、当該空洞の下面側をサセプタ３００に向けて開放すると共に、当該空洞内にパージガス供給管３３０からパージガス（Ｎ2ガス）を供給して、前記隙間を介して各処理領域Ｐ１、Ｐ２へ向けてパージガスを吹き出させることにより、前述の反応ガスの回り込みを防止することができる。即ち、この成膜装置は、処理領域Ｐ１、Ｐ２の雰囲気を分離するためにサセプタ３００の中心部と真空容器１とにより区画され、当該サセプタ３００の表面にパージガスを吐出する吐出口がコア部３０１の回転方向に沿って形成された中心部領域Ｃを備えているということができる。この場合にパージガスは、コア部３０１の下方を介して他方にＢＴＢＡＳガスあるいはＯ3ガスが回り込むことを防止するための分離ガスの役割を果たしている。なおここでいう吐出口はコア部３０１の側壁とサセプタ３００との間の隙間に相当する。

図１４に示すように、回転筒３０３の上段側の外径の大きな円筒部の側周面には、駆動ベルト３３５が巻き掛けられており、この駆動ベルト３３５は、真空容器１の上方に配置された回転機構である駆動部３３６により、この駆動ベルト３３５を介して当該駆動部３３６の駆動力をコア部３０１に伝達し、これによりスリーブ３０４内の回転筒３０３を回転させることができる。尚、図１４中３３７は、真空容器１の上方位置において駆動部３３６を保持するための保持部である。

回転筒３０３内には、その回転中心に沿って排気管３０２が配設されている。排気管３０２の下端部は、コア部３０１の上面を貫通してコア部３０１内の空間に伸びだしていて、その下端面は封止されている。一方、当該コア部３０１内に伸びだした排気管３０２の側周面には、例えば図１６に示すように、各排気口６１、６２と接続された排気引込管３４１、３４２が設けられていて、パージガスで満たされたコア部３０１内の雰囲気とは隔離して各処理領域Ｐ１、Ｐ２からの排ガスを排気管３０２内へと引き込むことができるようになっている。なお、既述のように図１７においては排気管３０２の記載は省略してあるが、当該図１７に記載された各ガス供給管３０５、３０６、３０７、３０８、４０１並びにパージガス供給管３３０は、この排気管３０２の周囲に配置されている。
図１４に示すように排気管３０２の上端部は回転筒３０３の蓋部３１２を貫通し、真空排気手段である例えば真空ポンプ３４３に接続されている。なお図１４中、３４４は下流側の配管に対して排気管３０２を回転可能に接続するロータリージョイントである。また、図示を省略するが、既述の給電線５００についても、この排気管３０２と同様に、ロータリージョイント３４４の周囲にリング状に形成された給電路により回転時においても高周波電源２２４から給電できるように構成されている。

この装置を用いた成膜処理の流れについて、既述の実施の形態の作用と異なる点について、以下に簡単に説明する。先ず、真空容器１内にウエハＷを搬入する時には、サセプタ３００を間欠的に回転させて、搬送アーム１０と昇降ピン１６との協働作業により５つの凹部２４にウエハＷを各々載置する。
そして、成膜装置に対してシリコン酸化膜の成膜処理を行う時には、回転筒３０３を反時計回りに回転させる。すると、図１７に示すように回転筒３０３に設けられた各ガス拡散路３０９〜３１１、４０２は回転筒３０３の回転に伴って回転するが、これらのガス拡散路３０９〜３１１、４０２に設けられたスリット３２０〜３２２、４０３の一部が各々対応するガス供給ポート３２３〜３２５、４０４の開口部へ向けて常時開口していることにより、ガス拡散路３０９〜３１１、４０２には各種のガスが連続的に供給される。

ガス拡散路３０９〜３１１、４０２に供給された各種のガスは、各々のガス拡散路３０９〜３１１、４０２に接続されたガス供給管３０５〜３０８、４０１を介して反応ガス供給ノズル３１、３２、３４、分離ガス供給ノズル４１、４２より各処理領域Ｐ１、Ｐ２、活性化ガスインジェクター２２０、分離領域Ｄへと供給される。これらのガス供給管３０５〜３０８、４０１は回転筒３０３に固定され、また、反応ガス供給ノズル３１、３２、３４、分離ガス供給ノズル４１、４２についてはコア部３０１を介して回転筒３０３に固定されていることから、回転筒３０３の回転に伴ってこれらのガス供給管３０５〜３０８、４０１及び各ガス供給ノズル３１、３２、４１、４２及び活性化ガスインジェクター２２０（ガス導入ノズル３４）も回転しながら各種のガスを真空容器１内に供給している。また、シース管３５ａ、３５ｂについても同様に回転し、このシース管３５ａ、３５ｂ間においてプラズマ化されたプラズマ発生用の処理ガスが下方側のウエハＷのシリコン酸化膜に対して既述の例と同様に供給される。

このとき、回転筒３０３と一体となって回転しているパージガス供給管３３０からも分離ガスであるＮ2ガスを供給し、これにより中心部領域Ｃから即ちコア部３０１の側壁部とサセプタ３００の中心部との間からサセプタ３００の表面に沿ってＮ2ガスが吐出する。またこの例では反応ガス供給ノズル３１、３２が配置されている第２の天井面４５の下方側の空間に沿ったコア部３０１の側壁部に排気口６１、６２が位置しているので、第１の天井面４４の下方側の狭隘な空間及び前記中心部領域Ｃの各圧力よりも第２の天井面４５の下方側の空間の圧力の方が低くなっている。そのため、ＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとは、既述の成膜装置と同様に互いに混じり合うことなしに独立して排気されていくことになる。
従って、サセプタ３００上で停止している各々のウエハＷから見ると、各処理領域Ｐ１、Ｐ２及び活性化ガスインジェクター２２０が順番に通過することになり、既述のようにＢＴＢＡＳガスの吸着、Ｏ3ガスによる酸化処理及び改質処理がこの順番で行われる。
この実施の形態においても、同様にウエハＷの面内及び面間において膜厚及び膜質が均一となるように改質処理が行われて、同様の効果が得られる。

以上述べた成膜装置を備えた基板処理装置について図１８に示しておく。図１８中、１０１は例えば２５枚のウエハＷを収納するフープと呼ばれる密閉型の搬送容器、１０２は搬送アーム１０３が配置された大気搬送室、１０４、１０５は大気雰囲気と真空雰囲気との間で雰囲気が切り替え可能なロードロック室（予備真空室）、１０６は、２基の搬送アーム１０７が配置された真空搬送室、１０８、１０９は本発明の成膜装置である。搬送容器１０１は図示しない載置台を備えた搬入搬出ポートに外部から搬送され、大気搬送室１０２に接続された後、図示しない開閉機構により蓋が開けられて搬送アーム１０３により当該搬送容器１０１内からウエハＷが取り出される。次いでロードロック室１０４（１０５）内にウエハＷが搬入された後、当該室内を大気雰囲気から真空雰囲気に切り替え、その後搬送アーム１０７によりウエハＷが取り出されて成膜装置１０８、１０９の一方に搬入され、既述の成膜処理がされる。このように例えば５枚処理用の本発明の成膜装置を複数個例えば２個備えることにより、いわゆるＡＬＤ（ＭＬＤ）を高いスループットで実施することができる。

上記の例では、ガス導入ノズル３４からＡｒガスとＯ2ガスとを混合して供給するようにしたが、カバー体２２１内に２本のノズルを独立して設けて、これらのノズルから夫々Ａｒガス及びＯ2ガスを個別に供給しても良い。
また、上記の例では、ＢＴＢＡＳガスなどとＯ3ガスとを用いてシリコン酸化膜を成膜する例について説明したが、例えば第１の反応ガス及び第２の反応ガスとして夫々ＴｉＣｌ2（塩化チタン）ガスなどとＮＨ3（アンモニア）ガスとを用いて窒化シリコン膜を成膜する場合に改質処理を行うようにしても良い。この場合には、プラズマを発生させるためのプラズマ生成ガスとしては、水素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどが用いられ、プラズマの発生を抑制するためのプラズマ抑制ガスとしては、ＮＨ3ガス、Ｎ2Ｈ4（窒化水素）ガス及びアミン系ガスなどが用いられる。この場合においても、上記の例と同様に改質処理により面内に亘って膜厚及び膜質が均一な薄膜が得られる。

更に、上記の例では活性化ガスインジェクター２２０として、シース管３５ａ、３５ｂやガス導入ノズル３４の下方が広く開口するカバー体２２１を配置したが、これらのシース管３５ａ、３５ｂ及びガス導入ノズル３４を箱状のプラズマボックス内に収納し、真空容器１内の各処理領域Ｐ１、Ｐ２と連通する雰囲気とこれらのシース管３５ａ、３５ｂ及びガス導入ノズル３４が設置される雰囲気とを区画するようにしても良い。この場合には、例えばプラズマボックスの下方に既述のガス孔３４１が形成される。

（実施例１：ウェットエッチングレート）
成膜サイクル（回転テーブル２の回転）毎にシリコン酸化膜の改質処理を行うにあたり、プラズマ発生用の処理ガスとしてＡｒガスと共にＯ2ガスを用いることにより、ウェットエッチングに対する耐性がウエハＷの面内においてどの程度均一となるか確認する実験を行った。この実験では、改質処理によりシリコン酸化膜中から不純物が排出されてシリコン酸化膜の純度が向上し、ウェットエッチングに対する耐性が向上することから、ウェットエッチングレートを測定することにより、改質処理がどの程度行われたかを確認した。
以下の成膜条件でシリコン酸化膜を成膜した後、ウエハＷを沸酸水溶液に浸漬し、その後シリコン酸化膜の膜厚を測定してウェットエッチングレートを計算した。この時、シリコン酸化膜の膜厚を測定するにあたり、回転テーブル２にウエハＷが載置されていた時に当該回転テーブル２の中心側から外周側に向かう方向に対応するように、ウエハＷの一端側から他端側に向かって直線的に複数箇所において測定した。また、活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向と直交する方向（回転テーブル２の周縁の接線方向）においても、このウェットエッチングレートを同様に計算した。
（成膜条件）

回転テーブル２の中心側から外周側に向かってウェットエッチングレートを測定した実験結果を図１９に示す。この図１９から分かるように、改質処理を行わない場合にはウェットエッチングレートが大きくなっていたが、改質処理を行うことによりウェットエッチングに対する耐性が向上していた。また、プラズマ発生用の処理ガスとしてＡｒガスだけを用いた場合には、ウェットエッチングレートがウエハＷの面内に亘って波状にばらついていたが、このＡｒガスと共にＯ2ガスを用いることにより、ウェットエッチングレートが均一化していた。そのため、Ｏ2ガスの添加により、局所的なプラズマの発生が抑えられることが分かった。この時、Ｏ2ガスの添加量を増やすほど、ウェットエッチングレートが均一化することが分かった。また、ウェットエッチングレートは、回転テーブル２の中心部側に向かうほどばらつく傾向の大きいことが分かった。尚、この図１９では、９５０℃にて得られた熱酸化膜のウェットエッチングレートを１として規格化した値を示している。

また、図２０に活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向と直交する方向においてウェットエッチングレートを測定した結果を示すと、上記の結果と同様の結果が得られた。この時、活性化ガスインジェクター２２０の下方位置にウエハＷが到達した時（図２０中左側）よりも、当該活性化ガスインジェクター２２０の下方位置を通過する時（同右側）の方がウェットエッチングレートがばらつく傾向のあることが分かった。

（実施例２：成膜速度）
次に、上記の実施例と同様にプラズマ発生用の処理ガスとしてＡｒガスと共にＯ2ガスを用いることにより、ウエハＷの面内において成膜速度がどの程度均一化するか確認する実験を行った。つまり、改質処理によりシリコン酸化膜中の不純物などが排出され、シリコン酸化膜が収縮することから、この成膜速度を測定することにより、上記のウェットエッチングレートと同様に、改質処理の均一性を確認した。実験は、以下の条件において成膜したシリコン酸化膜について、回転テーブル２の中心部側から外側に向かって膜厚を測定して成膜速度を計算した。
（実験条件）

尚、この実験においては、第１の反応ガスとして既述のＢＴＢＡＳガスよりも蒸気圧が高く、分子が小さく、分子中の有機物がシリコン原子から脱離しやすいジイソプロピルアミノシランガスを用いた。また、第２の反応ガスであるＯ3ガスについては、濃度及び流量を夫々３００ｇ／Ｎｍ^３及び１０ｓｌｍ（Ｏ2ガスとしての流量）とした。

この実験の結果、図２１に示すように、プラズマ発生用の処理ガスとしてＡｒガスと共にＯ2ガスを用いることにより、成膜速度についてもウエハＷの面内における均一性が向上し、更にＯ2ガスの添加量を増やすほど均一性が良好になることが分かった。尚、ウエハＷの直径方向（図２１中の左右方向）において成膜速度に差があるが、既述の傾き調整機構２４０により活性化ガスインジェクター２２０の長さ方向における傾きを調整することにより、面内に亘って成膜速度を揃えることができると考えられる。

（実施例３：成膜速度のばらつき）
次に、上記の実施例２と同様の実験を行い、成膜速度について面内において得られた平均値からのばらつきを計算した。この時、第１の反応ガスの流量、成膜温度、処理圧力及び回転テーブル２の回転数は、夫々２７５ｓｃｃｍ、３５０℃、１．０７ｋＰａ（８Ｔｏｒｒ）及び２４０ｒｐｍとした。この実験における他の処理条件や成膜速度の測定位置については、上記の実施例２と同様とした。
その結果、図２２に示すように、実施例２と同様に、プラズマ発生用の処理ガスとしてＡｒガスと共にＯ2ガスを用いることによって成膜速度のばらつきが小さくなっていた。

（実施例４：収縮量）
この実施例では、シリコン酸化膜を成膜した後、窒素ガス雰囲気中で８５０℃のアニール処理を行った時に、改質処理時にＡｒガスに添加するＯ2ガスによってシリコン酸化膜の収縮量がウエハＷ全体ではどのように変化するか確認する実験を行った。以下に示す以外の成膜条件は、実施例２と同様とした。
（成膜条件）

また、第１の反応ガスとしては、比較例４ではＢＴＢＡＳガスを用い、その他の実験では既述のジイソプロピルアミノシランガスを用いた。

その結果、改質処理を行うことによりその後のアニール処理時におけるシリコン酸化膜の収縮量が減少していた。そのため、改質処理によりシリコン酸化膜が緻密化していることが分かる。この時、ＡｒガスへのＯ2ガスの添加の有無によっては、収縮量がほとんど変わらなかったことから、Ｏ2ガスは改質処理を阻害するなどといった悪影響を及ぼさないことが分かった。また、成膜サイクル毎に改質処理を行ったシリコン酸化膜の全面について膜厚を４９点測定し、成膜速度の平均を算出したところ、同様にＯ2ガスの添加によって成膜速度には大きな差が生じないことが分かった。尚、この図２３では、アニール処理前の膜厚を１としてシリコン酸化膜の収縮量を計算している。

また、図示を省略するが、既述のように、真空容器１の側壁に石英からなる透過窓を設けて、石英からなる透明のカバー体２２１を介して目視によりプラズマの発光状態を観測したところ、プラズマ発生用の処理ガスとしてＡｒガスと共にＯ2ガスを用いることにより、Ａｒガスだけを用いた場合よりもプラズマの発光状態が安定化することが分かった。

Ｗウエハ
１真空容器
２回転テーブル
４凸状部
３１第１の反応ガスノズル
３２第２の反応ガスノズル
３４ガス導入ノズル
３５ａ、３５ｂシース管
４１、４２分離ガスノズル
２２０活性化ガスインジェクター

Claims

真空容器内のテーブル上の基板載置領域に基板を載置し、少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板に供給し、かつこの供給サイクルを複数回実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記基板に第１の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段と、
前記基板に第２の反応ガスを供給するための第２の反応ガス供給手段と、
放電ガスと、この放電ガスよりも電子親和力の大きい添加ガスと、を含む処理ガスを活性化して得たプラズマを、前記基板載置領域における前記テーブルの中心側の内縁と前記テーブルの外周側の外縁との間に亘って生成させ、前記基板上の反応生成物の改質処理を行うための活性化ガスインジェクターと、
前記第１の反応ガス供給手段、前記第２の反応ガス供給手段及び前記活性化ガスインジェクターと前記テーブルとを相対的に回転させるための回転機構と、を備え、
前記第１の反応ガス供給手段、前記第２の反応ガス供給手段及び前記活性化ガスインジェクターは、前記相対的な回転時にこの順に基板が位置するように配置され、
前記活性化ガスインジェクターは、前記基板載置領域の内縁から外縁に亘って伸びる一対の平行電極と、この平行電極間に前記処理ガスを供給するガス供給部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
前記活性化ガスインジェクターは、前記平行電極及び前記ガス供給部を覆うと共に下部が開口するカバー体と、このカバー体の長手方向に伸びる側面の下縁部を外方側にフランジ状に屈曲させて形成したガス流の規制部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記放電ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、アンモニアガス、水素ガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガス及び窒素ガスから選択されたガスであり、
前記添加ガスは、酸素ガス、オゾンガス、水素ガス及びＨ_２Ｏガスから選択されたガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。