JP6084179B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、基板処理装置および基板処理方法に関するものである。

基板上に成膜を行う手法の一種として、プラズマ励起原子層堆積（PE-ALD：Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition）法が知られている。ＰＥ−ＡＬＤ法においては、基板を前駆体ガスに晒すことにより、基板上に形成しようとする薄膜の構成元素を含有する前駆体ガスを化学吸着させる。次いで、基板をパージガスに晒すことにより、当該基板に過剰に化学吸着した前駆体ガスを除去する。そして、形成しようとする薄膜の構成元素を含有する反応ガスのプラズマに基板を晒すことにより、基板上に所望の薄膜を形成する。ＰＥ−ＡＬＤ法では、このような工程が繰り返されることにより、前駆体ガスに含まれる原子又は分子の処理された膜が基板上に生成される。

かかるＰＥ−ＡＬＤ法を実施する装置として、セミバッチ式の成膜装置が知られている。セミバッチ式の成膜装置では、前駆体ガスを供給する領域と反応ガスのプラズマを生成する領域とが別個に処理室内に設けられており、基板がこれら領域を順に通過することで、所望の膜が基板上に生成される。

また、上記のようなＰＥ−ＡＬＤ法において、前駆体ガスによる吸着工程の後、または反応ガスのプラズマによる反応工程の後に、水素等の改質ガスのプラズマによる改質工程を追加すると膜質が向上することが知られている。

特開２００６−２７８４９７号公報 国際公開第２０１３／１３７１１５号

ところで、セミバッチ式の成膜装置において、吸着工程または反応工程の後に改質工程を実施する場合、吸着工程を行う領域および反応工程を行う領域に加えて、処理容器内に改質工程を行う領域を設けることが考えられる。しかし、その場合、反応ガスのプラズマを生成する領域と、改質ガスのプラズマを生成する領域とで、独立してガスを制御する必要があり、基板処理装置のコストが高くなる欠点があった。また、反応ガスのプラズマを生成する領域と、改質ガスのプラズマを生成する領域との間でガスの混合が生じ、処理均一性や膜質が悪化するという欠点があった。

開示する基板処理装置は、被処理基板が載置される基板載置領域を有し、前記基板載置領域が周方向に移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、前記載置台を収容する処理室であり、前記載置台の回転により前記軸線に対して周方向に移動する前記基板載置領域が順に通過する第１の領域および第２の領域を含む該処理室を画成する処理容器と、前記第１の領域に前駆体ガスを供給する前駆体ガス供給部と、前記第２の領域に第１のガスまたは前記第１のガスとは異なる第２のガスを供給するプロセスガス供給部と、前記第２の領域において前記第１のガスまたは前記第２のガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記第１のガスを前記第２の領域に第１の時間供給する第１の動作と、前記第２のガスを前記第２の領域に第２の時間供給する第２の動作とを繰り返す反復制御を行う制御部と、を備える。

開示する基板処理装置および基板処理方法の１つの態様によれば、低いコストで、基板にプラズマによる改質効果を与えることができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す上面図である。 図２は、図１に示す基板処理装置から処理容器の上部を取り除いた状態を示す平面図である。 図３は、図１における基板処理装置のＩ−Ｉ断面図である。 図４は、図３に向かって軸線Ｘの左側の部分の拡大断面図である。 図５は、図３に向かって軸線Ｘの右側の部分の拡大断面図である。 図６は、処理容器内を５つに分割した場合のそれぞれの領域の一例を示す図である。 図７は、ＮＨ３ガスの供給および停止を１サイクルあたり９秒で制御する場合のＮＨ３ガスの供給タイミングの一例を示す図である。 図８は、ＮＨ３ガスの供給および停止を１サイクルあたり９秒で制御する場合のＮＨ３ガスの供給タイミングの一例を示す図である。 図９は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜質との関係の一例を示す図である。 図１０は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜厚および均一性との関係の一例を示す図である。 図１１は、デポジションレートと膜質との関係の一例を示す図である。 図１２は、第２の実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す上面図である。 図１３は、ＮＨ３ガスの供給および停止を１サイクルあたり１１秒で制御する場合のＮＨ３ガスの供給タイミングの一例を示す図である。 図１４は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜質との関係の一例を示す図である。 図１５は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜厚および均一性との関係の一例を示す図である。 図１６は、ＮＨ３ガスの供給および停止を１サイクルあたり５５秒で制御する場合のＮＨ３ガスの供給タイミングの一例を示す図である。 図１７は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜質との関係の一例を示す図である。 図１８は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜厚および均一性との関係の一例を示す図である。 図１９は、デポジションレートと膜質との関係の一例を示す図である。 図２０は、第３の実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す上面図である。 図２１は、アンテナの概略形状の一例を示す図である。

開示する基板処理装置は、１つの実施形態において、被処理基板が載置される基板載置領域を有し、基板載置領域が周方向に移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、載置台を収容する処理室であり、載置台の回転により軸線に対して周方向に移動する基板載置領域が順に通過する第１の領域および第２の領域を含む該処理室を画成する処理容器と、第１の領域に前駆体ガスを供給する前駆体ガス供給部と、第２の領域に第１のガスまたは第１のガスとは異なる第２のガスを供給するプロセスガス供給部と、第２の領域において第１のガスまたは第２のガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、第１のガスを第２の領域に第１の時間供給する第１の動作と、第２のガスを第２の領域に第２の時間供給する第２の動作とを繰り返す反復制御を行う制御部と、を備える。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、プラズマ生成部は、複数設けられ、複数のプラズマ生成部に形成された各プロセスガス供給部は、共通のプロセスガス供給源に接続されてもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、第１の時間および第２の時間の合計は、載置台が軸線を中心に１回転するのに要する時間とは異なる長さであってもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、制御部は、反復制御の開始時における被処理基板と、反復制御の終了時における被処理基板とが、処理容器内で同じ位置となるように、第１の時間の長さ、第２の時間の長さ、載置台の回転速度、および、プロセス時間の長さを制御してもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、制御部は、載置台が軸線を中心に１回転するのに要する時間の長さと、第１の時間および第２の時間の合計の長さとの公倍数となる時間の長さをプロセス時間としてもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、載置台が軸線を中心にｘ秒で１回転する場合、プロセスガス供給部は、第１の時間をｍ秒、第２の時間をｎ秒、任意の自然数をｋとした場合、以下の関係式（１）が成り立つ第１の時間および第２の時間に基づいて、第１の動作と第２の動作とを繰り返してもよい。
ｘｋ±１＝ｍ＋ｎ・・・（１）

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、プラズマ生成部は、第２の領域にマイクロ波を放射するアンテナと、アンテナにマイクロ波を供給する同軸導波管と、を有し、アンテナを軸線に沿う方向から見た場合の断面形状を構成する線分には、軸線から離れるに従って互いに遠ざかる２つの線分が含まれ、同軸導波管は、アンテナの重心からアンテナにマイクロ波を供給してもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、アンテナを軸線に沿う方向から見た場合の断面形状は、回転対称性を有する形状であってもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、アンテナを軸線に沿う方向から見た場合の断面形状は、略正三角形状であってもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、前駆体ガスは、少なくともシランを含有し、第１のガスは、少なくとも窒素を含有し、第２のガスは、少なくとも水素を含有してもよい。

また、開示する基板処理方法は、被処理基板が載置される基板載置領域を有し、基板載置領域が周方向に移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、載置台を収容する処理室であり、載置台の回転により軸線に対して周方向に移動する基板載置領域が順に通過する第１の領域および第２の領域を含む該処理室を画成する処理容器と、を備える基板処理装置における基板処理方法であって、第１の領域に前駆体ガスを供給し、被処理基板の表面に吸着層を形成する吸着工程と、第２の領域に第１のガスを供給し、第１のガスのプラズマを生成して被処理基板の表面を反応させる反応工程と、第２の領域に第１のガスとは異なる第２のガスを供給し、第２のガスのプラズマを生成して被処理基板の表面を改質する改質工程と、を含み、載置台を回転させながら、反応工程を第１の時間行う第１の動作と、改質工程を第２の時間行う第２の動作とを繰り返す。

また、開示する基板処理方法の１つの実施形態において、基板処理装置は、第２の領域に複数のプラズマ生成部を備え、各プラズマ生成部は、第１のガスまたは第２のガスを共通に用いてプラズマを生成してもよい。

また、開示する基板処理方法の１つの実施形態において、第１の時間および第２の時間の合計は、載置台が軸線を中心に１回転するのに要する時間とは異なる長さであってもよい。

また、開示する基板処理方法の１つの実施形態において、反復制御の開始時における被処理基板と、反復制御の終了時における被処理基板とが、処理容器内で同じ位置となるように、第１の時間の長さ、第２の時間の長さ、載置台の回転速度、および、プロセス時間を制御してもよい。

また、開示する基板処理方法の１つの実施形態において、載置台が軸線を中心に１回転するのに要する時間の長さと、第１の時間および第２の時間の合計の長さとの公倍数となる時間の長さをプロセス時間としてもよい。

また、開示する基板処理方法の１つの実施形態において、載置台が軸線を中心にｘ秒で１回転する場合、第１の時間をｍ秒（ｍは自然数）、第２の時間をｎ秒（ｎは自然数）、任意の自然数をｋとした場合、以下の関係式（１）が成り立つ第１の時間および第２の時間に基づいて、第１の動作と第２の動作とを繰り返してもよい。
ｘｋ±１＝ｍ＋ｎ・・・（１）

また、開示する基板処理方法の１つの実施形態において、前駆体ガスは、少なくともシランを含有し、第１のガスは、少なくとも窒素を含有し、第２のガスは、少なくとも水素を含有してもよい。

以下に、開示する基板処理装置および基板処理方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る基板処理装置１０を概略的に示す上面図である。図２は、図１に示す基板処理装置１０から処理容器１２の上部を取り除いた状態を示す平面図である。図３は、図１における基板処理装置１０のＩ−Ｉ断面図である。図４は、図３に向かって軸線Ｘの左側の部分の拡大断面図である。図５は、図３に向かって軸線Ｘの右側の部分の拡大断面図である。図１〜図５に示す基板処理装置１０は、主に、処理容器１２、載置台１４、前駆体ガス供給部１６、排気部１８、パージガス供給部２０、およびプラズマ生成部２２を備える。

処理容器１２は、鉛直軸Ｘを中心軸とする略円筒状の容器である。処理容器１２は、処理室Ｃを内部に備える。処理室Ｃは、噴射部１６ａを備えたユニットＵを含む。処理容器１２は、例えば、アルマイト処理またはＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）の溶射処理等の耐プラズマ処理が内面に施されたＡｌ（アルミニウム）等の金属で形成される。

また、基板処理装置１０は、処理容器１２の上方に、プラズマ生成部２２を備える。プラズマ生成部２２は、軸線Ｘを中心に、処理容器１２の上方の略円面を５つの略等しい扇形に分割した領域のうち、連続する３つの領域にそれぞれ設けられる。プラズマ生成部２２は、マイクロ波を出力するアンテナ２２ａをそれぞれ備える。アンテナ２２ａは、誘電体板４０を内部に備える。また、アンテナ２２ａは、誘電体板４０上に設けられた導波管４２を備える。なお、処理容器１２の上方の略円面を分割する数、プラズマ生成部２２が設けられる数、および、ユニットＵの位置は、図１および図２に例示するものに限定されず、適宜変更してもよい。

図２に示すように、基板処理装置１０は、上面に複数の基板載置領域１４ａを有する載置台１４を備える。載置台１４は、軸線Ｘを中心軸とする略円板状の板材である。載置台１４の上面には、基板Ｗを載置する凹部である基板載置領域１４ａが形成される。凹部は平面上に同心円状に複数形成される。本実施形態において、凹部は、載置台１４の上面に軸線Ｘを中心とする同心円状に例えば５個形成される。基板Ｗは凹部内に配置され、回転した際、ズレないように支持される。凹部は、略円状の基板Ｗと略同形状の略円状である。凹部の直径Ｗ１は、基板Ｗの直径と比べ、略同一である。すなわち、凹部の直径Ｗ１は、載置される基板Ｗが凹部に嵌合し、載置台１４が回転しても、遠心力により基板Ｗが嵌合位置から移動しないように基板Ｗを固定する程度であればよい。

また、基板処理装置１０は、処理容器１２の外縁に、ロボットアーム等の搬送装置を介して、基板Ｗを処理室Ｃへ搬入し、基板Ｗを処理室Ｃから搬出するゲートバルブＧを備える。また、基板処理装置１０は、載置台１４の外縁の下方に、排気口２２ｈを備える。基板処理装置１０は、排気口２２ｈからの排気により、処理室Ｃ内の圧力を、目的とする圧力に維持する。

図３に示すように、処理容器１２は、下部部材１２ａおよび上部部材１２ｂを有する。下部部材１２ａは、上方に開口した略筒形状を有し、処理室Ｃを形成する側壁および底壁を含む凹部を形成する。上部部材１２ｂは、略筒形状を有し、下部部材１２ａの凹部の上部開口を閉蓋することにより処理室Ｃを形成する蓋体である。下部部材１２ａと上部部材１２ｂとの間の外周部には、処理室Ｃを密閉するための弾性封止部材、例えば、Ｏリングが設けられてもよい。

また、載置台１４は、駆動機構２４によって軸線Ｘを中心に回転駆動される。駆動機構２４は、モータ等の駆動装置２４ａおよび回転軸２４ｂを有し、処理容器１２の下部部材１２ａに取り付けられる。

回転軸２４ｂは、軸線Ｘを中心軸線とし、処理室Ｃの内部まで延在する。回転軸２４ｂは、駆動装置２４ａから伝達される駆動力により軸線Ｘを中心に、例えば時計回りの方向へ回転する。載置台１４は、中央部分が回転軸２４ｂにより支持される。よって、載置台１４は、軸線Ｘを中心に、回転軸２４ｂの回転に従って回転する。なお、処理容器１２の下部部材１２ａと駆動機構２４との間には、処理室Ｃを密閉するＯリング等の弾性封止部材が設けられていてもよい。

基板処理装置１０は、処理室Ｃ内部の載置台１４の下方に、基板載置領域１４ａに載置された基板Ｗを加熱するためのヒータ２６を備える。具体的には、載置台１４を加熱することで基板Ｗを加熱する。処理室Ｃは、軸線Ｘを中心とする円周上に平面状に配列された第１の領域Ｒ１（図２参照）および第２の領域Ｒ２を形成する。基板載置領域１４ａに載置された基板Ｗは、載置台１４の回転にともない、第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を通過する。

基板処理装置１０は、例えば図４に示すように、第１の領域Ｒ１の上方に、載置台１４の上面に対面するように、前駆体ガス供給部１６を備える。前駆体ガス供給部１６は、噴射部１６ａを備える。すなわち、処理室Ｃに含まれる領域のうち噴射部１６ａに対面する領域が第１の領域Ｒ１である。

また、噴射部１６ａは、複数の噴射口１６ｈを備える。前駆体ガス供給部１６は、複数の噴射口１６ｈを介して第１の領域Ｒ１へ前駆体ガスを供給する。前駆体ガスが第１の領域Ｒ１に供給されることにより、第１の領域Ｒ１を通過した基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が化学的に吸着する。前駆体ガスは、例えば、少なくともシランを含有するガスである。前駆体ガスは、例えばＤＣＳ（Dichlorosilane、ジクロロシラン）やモノクロロシラン、トリクロロシラン等である。例えば、前駆体ガスがＤＣＳである場合、基板Ｗが第１の領域Ｒ１を通過することにより、Ｓｉ（ケイ素）が基板Ｗの表面に化学的に吸着する。

また、第１の領域Ｒ１の上方には、載置台１４の上面に対面するように、排気部１８の排気口１８ａが設けられる。排気口１８ａは、噴射部１６ａの周囲に設けられる。排気部１８は、真空ポンプなどの排気装置３４の動作により、排気口１８ａを介して処理室Ｃ内のガスを排気する。

また、第１の領域Ｒ１の上方には、載置台１４の上面に対面するように、パージガス供給部２０の噴射口２０ａが設けられる。噴射口２０ａは、排気口１８ａの周囲に設けられる。パージガス供給部２０は、噴射口２０ａを介して第１の領域Ｒ１へパージガスを供給する。パージガス供給部２０によって供給されるパージガスは、例えばＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスである。パージガスが基板Ｗの表面に噴射されることにより、基板Ｗに過剰に吸着した前駆体ガスの原子または分子（残留ガス成分）が基板Ｗから除去される。これにより、基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が所定量吸着した層が形成されることになる。

基板処理装置１０は、噴射口２０ａからパージガスを噴射し、排気口１８ａより載置台１４の表面に沿ってパージガスを排気する。これにより、排気部１８は、第１の領域Ｒ１に供給する前駆体ガスが第１の領域Ｒ１外に漏れ出すことを抑制する。また、基板処理装置１０は、噴射口２０ａからパージガスを噴射して排気口１８ａより載置台１４の面に沿ってパージガスを排気するので、第２の領域Ｒ２に供給する反応ガスまたは反応ガスのラジカル等が第１の領域Ｒ１内に侵入することを抑制する。すなわち、基板処理装置１０は、パージガス供給部２０からのパージガスの噴射および排気部１８による排気の作用により、第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２とを分離する構成を形成している。

なお、基板処理装置１０は、噴射部１６ａ、排気口１８ａ、噴射口２０ａを含むユニットＵを備える。すなわち、噴射部１６ａ、排気口１８ａ、噴射口２０ａは、ユニットＵを構成する部位として形成される。ユニットＵは、例えば図４に示すように、第１の部材Ｍ１、第２の部材Ｍ２、第３の部材Ｍ３、および第４の部材Ｍ４が順次積み重ねられて構成される。ユニットＵは、処理容器１２の上部部材１２ｂの下面に当接するように処理容器１２に取り付けられる。

ユニットＵには、例えば図４に示すように、第２の部材Ｍ２から第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路１６ｐが形成される。ガス供給路１６ｐは、上端が、処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２ｐと接続される。ガス供給路１２ｐには、弁１６ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器１６ｃを介して、前駆体ガスを供給するガス供給源１６ｇが接続される。また、ガス供給路１６ｐの下端は、第１の部材Ｍ１と、第２の部材Ｍ２との間に形成された空間１６ｄに接続される。空間１６ｄには、第１の部材Ｍ１に設けられた噴射部１６ａの噴射口１６ｈが接続される。

また、ユニットＵには、第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路２０ｒが形成される。ガス供給路２０ｒは、上端が、処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２ｒと接続される。ガス供給路１２ｒには、弁２０ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器２０ｃを介して、パージガスのガス供給源２０ｇが接続される。

また、ユニットＵは、ガス供給路２０ｒの下端が、第４の部材Ｍ４の下面と第３の部材Ｍ３の上面との間に設けられた空間２０ｄに接続される。また、第４の部材Ｍ４は、第１の部材Ｍ１から第３の部材Ｍ３を収容する凹部を形成する。凹部を形成する第４の部材Ｍ４の側面と、第３の部材Ｍ３の側面との間にはギャップ２０ｐが設けられている。ギャップ２０ｐは、空間２０ｄに接続される。

また、ユニットＵには、第３の部材Ｍ３および第４の部材Ｍ４を貫通する排気路１８ｑが形成される。排気路１８ｑは、上端が、処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられた排気路１２ｑと接続される。排気路１２ｑは、真空ポンプ等の排気装置３４に接続される。また、排気路１８ｑは、下端が、第３の部材Ｍ３の下面と、第２の部材Ｍ２の上面との間に設けられた空間１８ｄに接続される。

また、第３の部材Ｍ３は、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２を収容する凹部を備える。第３の部材Ｍ３が備える凹部を構成する第３の部材Ｍ３の内側面と、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２の側端面との間には、ギャップ１８ｇが設けられる。空間１８ｄは、ギャップ１８ｇに接続される。ギャップ１８ｇの下端は、排気口１８ａとして機能する。基板処理装置１０は、噴射口２０ａからパージガスを噴射して排気口１８ａより載置台１４の面に沿ってパージガスを排気することにより、第１の領域Ｒ１に供給する前駆体ガスが第１の領域Ｒ１の外へ漏れ出すことを抑制する。

基板処理装置１０は、例えば図５に示すように、上部部材１２ｂの開口部である第２の領域Ｒ２の上方に、載置台１４の上面に対面するように、プラズマ生成部２２を備える。プラズマ生成部２２は、例えば図２に示すように、開口部が略扇状の形状を有する。本実施形態において、上部部材１２ｂには３つの開口部が形成され、基板処理装置１０は、例えば３つのプラズマ生成部２２を備える。

反応工程において、プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２へ、反応ガスおよびマイクロ波を供給して、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマを生成する。反応ガスに窒素含有ガスを用いた場合、プラズマにより生成された活性種と、基板Ｗに化学的に吸着した原子または分子の層とが反応し、基板Ｗに化学的に吸着した原子または分子の層が窒化させる。反応ガスとしては、例えばＮ２（窒素）またはＮＨ３（アンモニア）等の窒素含有ガス、Ｈ２（水素）、またはこれらのガスを適切に混合した混合ガスを用いることができる。本実施形態では、反応ガスとしてＮＨ３およびＨ２の混合ガスが用いられ、反応工程において、ＮＨ３の流量は、例えば１５００ｓｃｃｍであり、Ｈ２に流量は、例えば１５０ｓｃｃｍである。

また、改質工程において、プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２へ、改質ガスおよびマイクロ波を供給して、第２の領域Ｒ２において改質ガスのプラズマを生成する。改質ガスのプラズマにより生成された活性種によって、基板Ｗの表面に形成された窒化膜を改質させることが出来る。改質ガスとしては、例えばＮ２、ＮＨ３、Ａｒ（アルゴン）、Ｈ２のいずれかのガス、または、これらのガスを適切に混合した混合ガスを用いることができる。本実施形態では、改質ガスとしてＨ２が用いられ、改質工程において、Ｈ２の流量は、例えば１５０ｓｃｃｍである。

プラズマ生成部２２は、例えば図５に示すように、開口ＡＰを閉塞するように誘電体板４０を気密に配置する。誘電体板４０上には導波管４２が配置され、導波管４２の内部には、マイクロ波が伝播する導波路の内部空間４２ｉが形成される。導波管４２と誘電体板４０の間の上面には、第２の領域Ｒ２にマイクロ波を供給するためのアンテナ２２ａが設けられる。誘電体板４０は、ＳｉＯ２（石英）等の誘電体材料により形成された略板状の部材である。誘電体板４０は、第２の領域Ｒ２に対面するように設けられる。誘電体板４０は、処理容器１２の上部部材１２ｂによって支持される。

また、例えば図５に示すように、処理容器１２の上部部材１２ｂには、誘電体板４０が第２の領域Ｒ２に対して露出するよう開口ＡＰが形成される。開口ＡＰの上側部分の平面サイズは、開口ＡＰの下側部分の平面サイズよりも大きい。なお、平面サイズとは、軸線Ｘと直交する平面における断面積をいう。開口ＡＰを形成する上部部材１２ｂの部分には、略Ｌ字状の段差面１２ｓが設けられる。誘電体板４０の縁部は、被支持部４０ｓとして機能し、段差面１２ｓにＯリング等により気密に当接する。被支持部４０ｓが段差面１２ｓに当接することにより、誘電体板４０が上部部材１２ｂに支持される。

上部部材１２ｂにより支持される誘電体板４０は、第２の領域Ｒ２を介して載置台１４と対面、すなわち第２の領域Ｒ２と対面する部分が、誘電体窓４０ｗとして機能する。導波管４２は、内部空間４２ｉが軸線Ｘに対して略放射方向に延在するように、誘電体板４０上に設けられる。

スロット板４２ａは、金属製の板状部材である。スロット板４２ａは、内部空間４２ｉの下面を形成する。スロット板４２ａは、誘電体板４０の上面に接し、誘電体板４０の上面を被覆する。スロット板４２ａは、内部空間４２ｉを形成する部分に、複数のスロット孔４２ｓを備える。

スロット板４２ａ上には、スロット板４２ａを被覆するように、金属製の上部部材４２ｂが設けられる。上部部材４２ｂは、導波管４２の内部空間４２ｉの上面を形成する。上部部材４２ｂは、上部部材４２ｂと、処理容器１２の上部部材１２ｂとの間にスロット板４２ａおよび誘電体板４０を狭持するように、上部部材１２ｂにネジ留めされる。

端部材４２ｃは、金属製の部材である。端部材４２ｃは、導波管４２の長手方向の一端に設けられる。すなわち、端部材４２ｃは、内部空間４２ｉの一端を閉じるように、スロット板４２ａおよび上部部材４２ｂの一端部に取り付けられる。導波管４２の他端には、マイクロ波発生器４８が接続される。

マイクロ波発生器４８は、例えば約２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させ、導波管４２へ供給する。マイクロ波発生器４８が発生させたマイクロ波は、導波管４２の内部空間４２ｉ内を伝搬して、スロット板４２ａのスロット孔４２ｓを介して誘電体板４０に伝搬する。誘電体板４０に伝搬したマイクロ波は、誘電体板４０を透過して第２の領域Ｒ２に供給される。

改質ガスは、Ｎ２、ＮＨ３、Ａｒ、Ｈ２の何れかのガス、または、これらのガスを適切に混合した混合ガスである。プロセスガス供給部２２ｂは、上部部材１２ｂの開口部の内周側に形成される。プロセスガス供給部２２ｂは、ガス供給部５０ａおよび噴射部５０ｂを備える。

ガス供給部５０ａは、例えば開口ＡＰの周囲に延在するように、処理容器１２の上部部材１２ｂ内部に形成される。反応ガスまたは改質ガスを誘電体窓４０ｗの下方に向けて噴射するための噴射部５０ｂがガス供給部５０ａに連通して形成される。ガス供給部５０ａには、弁５０ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御部５０ｃを介して、ガス供給源５０ｇが接続される。また、ガス供給部５０ａには、弁５１ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御部５１ｃを介して、ガス供給源５１ｇが接続される。本実施形態において、ガス供給源５０ｇは、例えばＮＨ３ガスを供給し、ガス供給源５１ｇは、例えばＨ２ガスを供給する。

第２の領域Ｒ２へ反応ガスを供給する場合、弁５０ｖおよび弁５１ｖが開状態に制御され、流量制御部５０ｃによってガス供給源５０ｇからのＮＨ３ガスが所定の流量で第２の領域Ｒ２へ供給され、流量制御部５１ｃによってガス供給源５１ｇからのＨ２ガスが所定の流量で第２の領域Ｒ２へ供給される。これにより、所定の流量のＮＨ３ガスと所定の流量のＨ２ガスとの混合ガスである反応ガスが、第２の領域Ｒ２に供給される。

また、第２の領域Ｒ２へ改質ガスを供給する場合、弁５０ｖが閉状態に制御され、弁５１ｖが開状態に制御され、流量制御部５１ｃによってガス供給源５１ｇからのＨ２ガスが所定の流量で第２の領域Ｒ２へ供給される。これにより、所定の流量のＨ２ガスである改質ガスが、第２の領域Ｒ２に供給される。

そして、プラズマ生成部２２は、プロセスガス供給部２２ｂにより第２の領域Ｒ２へ反応ガスまたは改質ガスが供給された状態で、アンテナ２２ａにより第２の領域Ｒ２にマイクロ波を供給することにより、第２の領域Ｒ２において反応ガスまたは改質ガスのプラズマを生成する。

また、プラズマ生成部２２が複数存在する場合は、各プラズマ生成部２２にガスを供給する必要がある。この場合は、プロセスガスを分配して複数のプラズマ生成部２２に供給することにより、プラズマ生成部２２毎にガス供給源や流量制御部を設ける場合に比べて基板処理装置１０のコストを低減することができる。さらに、各プラズマ生成部２２から供給されるガスが共通となるため、異なるプロセスガスの混合による処理性能の劣化の恐れが無い。

第２の領域Ｒ２が軸線Ｘの円周方向に延在する角度範囲は、例えば図３に示すように、第１の領域Ｒ１が円周方向に延在する角度範囲よりも大きく形成される。これにより、第２の領域Ｒ２において生成された反応ガスまたは改質ガスのプラズマにより、基板Ｗ上に吸着した原子または分子の層がそのプラズマに長く晒されて効率的に処理される。例えば基板Ｗ上に吸着したＳｉの層が、Ｎ２の遊離基（ラジカル）により効率的に窒化される。

なお、処理容器１２の下部部材１２ａには、例えば図２に示すように、載置台１４の外縁の下方において排気口２２ｈが形成される。排気口２２ｈには、排気装置５２が接続される。基板処理装置１０は、排気装置５２の動作による排気口２２ｈからの排気により、第２の領域Ｒ２内の圧力を、目的とする圧力に維持する。

また、基板処理装置１０は、例えば図３に示すように、基板処理装置１０の各構成要素を制御するための制御部６０を備える。制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御装置、メモリ等の記憶装置、入出力装置等を備えるコンピュータであってもよい。制御部６０は、メモリに記憶された制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、基板処理装置１０の各構成要素を制御する。

制御部６０は、載置台１４の回転速度を制御する制御信号を駆動装置２４ａへ送信する。また、制御部６０は、基板Ｗの温度を制御する制御信号をヒータ２６に接続された電源へ送出する。また、制御部６０は、前駆体ガスの流量を制御する制御信号を弁１６ｖおよび流量制御器１６ｃへ送出する。また、制御部６０は、排気口１８ａに接続される排気装置３４の排気量を制御する制御信号を排気装置３４へ送信する。

また、制御部６０は、パージガスの流量を制御する制御信号を弁２０ｖおよび流量制御器２０ｃへ送信する。また、制御部６０は、マイクロ波のパワーを制御する制御信号をマイクロ波発生器４８へ送信する。また、制御部６０は、反応ガスに含まれる例えばＮＨ３ガスの流量を制御する制御信号を弁５０ｖおよび流量制御部５０ｃへ送信し、反応ガスに含まれる例えばＨ２ガスの流量を制御する制御信号を弁５１ｖおよび流量制御部５１ｃへ送信する。また、制御部６０は、改質ガスの流量を制御する制御信号を弁５１ｖおよび流量制御部５１ｃへ送信する。また、制御部６０は、排気量を制御する制御信号を排気装置３４および排気装置５２へ送信する。

図６は、処理容器１２内を５つに分割した場合のそれぞれの領域の一例を示す図である。図６に示すように、ユニットＵが配置された領域を領域Ａｄと定義する。また、領域Ａｄに対し、図６における時計回りの方向に隣接して位置する、ゲートバルブＧが配置された領域を領域Ｇと定義する。また、領域Ｇに対し、図６における時計回りの方向に隣接して位置するプラズマ生成部２２の領域を領域Ａ１と定義する。また、領域Ａ１に対し、図６における時計回りの方向に隣接して位置するプラズマ生成部２２の領域を領域Ａ２と定義する。また、領域Ａ２に対し、図６における時計回りの方向に隣接して位置するプラズマ生成部２２の領域を領域Ａ３と定義する。

本実施形態において、制御部６０は、載置台１４が所定の秒数で１回転する回転速度となる制御信号を駆動装置２４ａへ送信する。駆動装置２４ａは、所定の秒数で１回転する回転速度で載置台１４を回転させる。本実施形態において、制御部６０は、載置台１４を上方から見た場合に時計回りに回転させる制御信号を駆動装置２４ａへ送信する。

図６に示した例では、制御部６０は、載置台１４が例えば５秒で１回転する回転速度となる制御信号を駆動装置２４ａへ送信し、駆動装置２４ａは、載置台１４が５秒で１回転する回転速度、即ち１２ｒｐｍで載置台１４を回転させる。

領域Ａｄでは、ユニットＵの噴射部１６ａから前駆体ガスが供給され、噴射部１６ａの周囲の排気口１８ａから排気が行われ、排気口１８ａの周囲の噴射口２０ａからパージガスが供給される。載置台１４の回転によって、領域Ａｄ内のユニットＵの噴射部１６ａの下を基板Ｗが通過することにより、基板Ｗに前駆体ガスを化学吸着させる吸着工程が実施される。そして、載置台１４の回転によって、領域Ａｄ内のユニットＵの排気口１８ａの下を基板Ｗが通過することにより、基板Ｗに過剰に吸着した前駆体ガスの原子または分子が基板Ｗから除去されるパージ工程が実施される。

領域Ａ１〜Ａ３では、プロセスガス供給部２２ｂから、反応ガスまたは改質ガスが供給され、アンテナ２２ａによりマイクロ波が供給される。これにより、領域Ａ１〜Ａ３では、反応ガスまたは改質ガスのプラズマが生成される。プロセスガス供給部２２ｂから領域Ａ１〜Ａ３に反応ガスが供給されている場合、載置台１４の回転によって、反応ガスのプラズマが生成された領域Ａ１〜Ａ３を基板Ｗが通過することにより、基板Ｗに化学的に吸着した原子または分子の層を窒化させる反応工程が実施される。また、プロセスガス供給部２２ｂからの反応ガスの供給が停止し、プロセスガス供給部２２ｂから領域Ａ１〜Ａ３に改質ガスが供給されている場合、載置台１４の回転によって、改質ガスのプラズマが生成された領域Ａ１〜Ａ３を基板Ｗが通過することにより、基板Ｗの窒化膜を改質させる改質工程が実施される。

なお、領域Ｇには、基板Ｗの位置を検出するための機構等が設けられる。そのため、シャワーヘッド（ユニットＵ）やプラズマ生成部２２等を設けることができない。また、領域Ｇは、載置台１４の回転方向において、シャワーヘッドが設けられる領域Ａｄの後方に隣接して設けられる。これにより、領域Ｇは、領域Ａｄにおいて実施されたパージが不十分であった場合に、基板Ｗが、パージ工程が実施された領域Ａｄから、反応工程または改質工程が実施される領域Ａ１までの間におけるバッファ領域として機能する。これにより、パージ工程後に基板Ｗが領域Ａ１に至るまでの間に、基板Ｗの近傍に残存するＣｌ等の不純物を減らすことができ、基板Ｗに形成される膜の品質を高めることができる。

基板Ｗは、載置台１４の回転により、領域Ａｄにおいて吸着工程およびパージ工程が実施される。そして、領域Ｇを通過した後に、領域Ａ１〜Ａ３において反応ガスのプラズマが生成されていれば、基板Ｗが領域Ａ１〜Ａ３を通過している間に、基板Ｗに反応工程が実施される。一方、領域Ａ１〜Ａ３において改質ガスのプラズマが生成されている場合、基板Ｗが載置台１４の回転により領域Ａ１〜Ａ３を通過している間、基板Ｗに改質工程が実施される。

本実施形態において、プロセスガス供給部２２ｂは、制御部６０からの制御により、領域Ａ１〜Ａ３に反応ガスを第１の時間供給する第１の動作と、領域Ａ１〜Ａ３に改質ガスを第２の時間供給する第２の動作とを繰り返す反復制御を行う。領域Ａ１〜Ａ３に反応ガスが供給されている間、領域Ａ１〜Ａ３において反応ガスのプラズマが生成され、領域Ａ１〜Ａ３に改質ガスが供給されている間、領域Ａ１〜Ａ３において改質ガスのプラズマが生成される。

ここで、載置台１４が１回転するのに要する時間をｘ秒、領域Ａ１〜Ａ３に反応ガスが供給される時間をｍ秒（ｍは自然数）、領域Ａ１〜Ａ３に改質ガスが供給される時間をｎ秒（ｎは自然数）、任意の自然数をｋとした場合、制御部６０は、例えば以下の関係式（１）が成り立つｍおよびｎの値に基づいて、第１の動作と第２の動作とを繰り返すように弁５０ｖおよび５１ｖならびに流量制御部５０ｃおよび５１ｃへ制御信号を送信する。
ｘｋ±１＝ｍ＋ｎ・・・（１）

これにより、プロセスガス供給部２２ｂは、反応ガスを領域Ａ１〜Ａ３にｍ秒供給する動作と、反応ガスの供給を停止し、改質ガスを領域Ａ１〜Ａ３にｎ秒供給する動作とを繰り返すことになる。なお、上記した関係式（１）は、ｘｋ＋１＝ｍ＋ｎ、または、ｘｋ−１＝ｍ＋ｎのいずれでもよいことを意味している。

上記の関係式（１）において、ｍ＋ｎは、反応ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間を意味する。また、載置台１４が１回転するのに要する時間がｘ秒であるため、ｘｋは、載置台１４がｋ回転するのに要する時間を意味する。そのため、上記の関係式（１）は、載置台１４がｋ回転すると、載置台１４がｋ回転するのに要する時間と、反応ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とが１秒ずれることを意味している。

ここで、処理容器１２の分割数をｙとする。本実施形態において、載置台１４が１回転するのに要する時間の秒数ｘは、処理容器１２の分割数ｙと一致させている。即ち、ｘ＝ｙである。これにより、処理容器１２内で分割されたそれぞれの区画を基板Ｗが通過する時間は１秒となる。従って、上記の関係式（１）は、載置台１４がｋ回転すると、載置台１４がｋ回転するのに要する時間と、反応ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とが１秒、即ち、基板Ｗが処理容器１２内の１区画を通過する時間分ずれることになる。

そして、反応ガスの供給および停止のサイクルがｘ回繰り返されると、載置台１４がｋ回転するのに要する時間と、反応ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とのずれの累積値が、基板Ｗが処理容器１２内のｙ個の区画を通過する時間、即ち、１周分の時間となる。なお、他の形態として、載置台１４が１回転するのに要する時間の秒数と、処理容器１２の分割数とは、一致しなくてもよい。

ここで、本実施形態において、制御部６０は、反応ガスを領域Ａ１〜Ａ３に供給する場合、反応ガスとして、例えば１５００ｓｃｃｍの流量のＮＨ３ガスと、例えば１５０ｓｃｃｍの流量のＨ２ガスとの混合ガスを供給するよう流量制御部５０ｃおよび流量制御部５１ｃを制御する。また、制御部６０は、改質ガスを領域Ａ１〜Ａ３に供給する場合、改質ガスとして、例えば１５０ｓｃｃｍの流量のＨ２ガスを供給するよう流量制御部５１ｃを制御する。

ところで、基板Ｗが領域Ａ１〜Ａ３内を通過している間に、反応ガスに含まれるＮＨ３ガスの供給が停止したり、停止していたＮＨ３ガスの供給が再開した場合、ＮＨ３ガスの流量が例えば０から１５００ｓｃｃｍの中間の状態となる期間が発生する。この期間に反応ガスのプラズマに晒された基板Ｗには、所望の窒化膜が形成されない場合がある。そして、載置台１４が１回転するのに要する時間と、反応ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とが一致すると、載置台１４上に載置された複数の基板Ｗの中で、ＮＨ３ガスの流量が例えば０から１５００ｓｃｃｍの中間となる期間に領域Ａ１〜Ａ３内を通過する基板Ｗが、特定の基板Ｗに固定される。これにより、載置台１４上に載置された複数の基板Ｗの中で、特定の基板Ｗの膜質が悪くなってしまう。

これに対し、本実施形態の基板処理装置１０では、載置台１４がｋ回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とをずらすことにより、ＮＨ３ガスの供給および停止の影響を、載置台１４に載置された複数の基板Ｗに分散させることができる。これにより、極端に品質の悪い基板Ｗが製造されるリスクを回避することができ、品質のばらつきの少ない基板Ｗを製造することができる。

この効果を得るためには、載置台１４が１回転するのに要する時間ｘと反応ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間（ｍ＋ｎ）の公倍数となる時間をプロセス時間とすればよい。よって、ｘと（ｍ＋ｎ）とを任意に設定することにより、条件にあうプロセス時間を算出して処理を行うことができる。また、ｘとプロセス時間とを任意に設定して、（ｍ＋ｎ）を算出したり、（ｍ＋ｎ）とプロセス時間とを任意に設定して、ｘを算出することもできる。

例えば上記の関係式（１）において、ｋの値として２を選択すると、載置台１４が２回転する毎に、載置台１４が２回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とのずれが、基板Ｗが処理容器１２内の１区画を通過する時間分ずれることになる。この場合、本実施形態では処理容器１２内の分割数ｙが５であり、載置台１４が１回転するのに要する時間ｘが５秒であるため、載置台１４が１０回転すると、載置台１４が２回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とのずれの累積値が、処理容器１２内の５個の区画を通過する時間、即ち、１周分の時間である５秒となる。これにより、載置台１４が１０回転すると、ＮＨ３ガスの切り替えによる影響を、載置台１４上のそれぞれの基板Ｗに分散させることができる。そのため、載置台１４の回転数を１０の倍数とすることで、載置台１４上のそれぞれの基板Ｗの膜質のばらつきを減らすことができる。

また、上記の関係式（１）において、ｍおよびｎの値は、ｍとｎの合計がｘｋ±１と等しくなる範囲で、任意に選択することができる。処理容器１２の分割数ｙが５、載置台１４が１回転するのに要する時間の秒数ｘが５、ｋの値が２の場合、ｘｋ−１＝９であるため、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルの時間であるｍ＋ｎが９となる範囲で、例えば、ｍ＝７、ｎ＝２を選択することができる。ＮＨ３ガスの供給時間ｍとして７秒、ＮＨ３ガスの供給停止時間ｎとして２秒を選択した場合のＮＨ３ガスの供給タイミングは、例えば図７のようになる。

図７は、ＮＨ３ガスの供給および停止を１サイクルあたり９秒で制御する場合のＮＨ３ガスの供給タイミングの一例を示す図である。図７に示した「Ａ１」、「Ａ２」、「Ａ３」、「Ａｄ」、および「Ｇ」は、それぞれ、処理容器１２内の領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、領域Ａｄ、および領域Ｇを示している。

図７に示すように、本実施形態における改質ガスの一例としても用いられるＨ２ガスは、ＮＨ３ガスの供給または停止にかかわらず領域Ａ１〜Ａ３に供給されている。一方、ＮＨ３ガスでは、領域Ａ１〜Ａ３への７秒間の供給と、２秒間の供給停止とが繰り返されている。載置台１４は、５秒で１回転するので、２回転するのに要する時間は１０秒である。そして、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間は７＋２＝９秒なので、載置台１４が２回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とは、載置台１４が２回転する毎に、１秒ずつ、即ち、基板Ｗが処理容器１２内の１区画を通過する時間分ずれる。そして、載置台１４が１０回転すると、載置台１４が２回転するのに要する時間である１０秒と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間である９秒とのずれの累積値が、処理容器１２内の５個の区画を通過する時間、即ち、１周分の時間である５秒となる。

また、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルの時間であるｍ＋ｎが９となる範囲で、ＮＨ３ガスの供給時間ｍを例えば５秒、ＮＨ３ガスの供給停止時間ｎを例えば４秒と選択した場合、ＮＨ３ガスの供給タイミングは、例えば図８のようになる。図８は、ＮＨ３ガスの供給および停止を１サイクルあたり９秒で制御する場合のＮＨ３ガスの供給タイミングの一例を示す図である。

図８において、ＮＨ３では、領域Ａ１〜Ａ３への５秒間の供給と、４秒間の供給停止とが繰り返されている。図８に示した例においても、載置台１４が２回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とは、載置台１４が２回転する毎に、１秒ずつ、即ち、基板Ｗが処理容器１２内の１区画を通過する時間分ずれる。そして、載置台１４が１０回転すると、載置台１４が２回転するのに要する時間である１０秒と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間である９秒とのずれの累積値が、処理容器１２内の５個の区画を通過する時間、即ち、１周分の時間である５秒となる。

図９は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜質との関係の一例を示す図である。図９の横軸は、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（９秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間を示している。図９の縦軸は、ＷＥＲＲ（Wet Etching Rate Ratio）を示している。

ここで、ＷＥＲＲとは、実験サンプルを、ＤＨＦ（０．５％フッ酸）に所定時間浸漬し、ＤＨＦによる実験サンプルのエッチングレートを算出し、実験サンプルと同様の基板上に熱酸化膜を成膜した指標サンプルをＤＨＦに浸漬し、ＤＨＦによる指標サンプルのエッチングレートを算出し、実験サンプルのエッチングレートを指標サンプルのエッチングレートで除した値である。なお、ＷＥＲＲは、値が小さいほどエッチング耐性が高く、膜質が良好であることを示す。

図９を参照すると、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（９秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間を長くするほど、ＷＥＲＲの値が下がり、膜質が向上することがわかる。

図１０は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜厚および均一性との関係の一例を示す図である。図１０の横軸は、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（９秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間を示している。図１０の縦軸は、膜厚または均一性（１σ）を示している。

図１０を参照すると、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（９秒）においてＮＨ３ガスの供給停止時間の長さが変わっても、基板Ｗの面内均一性に大きな変化は見られない。なお、図９および図１０において、ＮＨ３ガスの供給停止時間が０の計測値は、ＮＨ３ガスを停止させないプロセス、即ち、改質工程を設けないプロセスを示している。

図９および図１０を参照すると、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルにおけるＮＨ３ガスの供給停止時間を長くする、即ち、反応３ガスの供給および停止の１サイクルにおける反応ガスの供給停止時間を長くすると、基板Ｗの膜厚の均一性を維持しつつ、膜質を向上させることができることがわかる。

図１１は、デポジションレートと膜質との関係の一例を示す図である。図１１において、符号７０ａ〜７０ｃは、ＮＨ３ガスの供給を停止しないプロセス、即ち、改質工程を設けないプロセスにおいて、載置台１４の回転速度を変えた場合の計測値を示している。符号７０ａは載置台１４の回転速度が２０ｒｐｍの場合の計測値を示し、符号７０ｂは載置台１４の回転速度が１０ｒｐｍの場合の計測値を示し、符号７０ｃは載置台１４の回転速度が５ｒｐｍの場合の計測値を示している。

また、符号７１ａ〜７１ｃは、ＮＨ３ガスの供給および停止を１サイクルあたり９秒で制御する場合において、ＮＨ３ガスの供給停止時間を変えた場合の計測値を示している。符号７１ａ〜７１ｃの計測値では、載置台１４の回転速度は全て１２ｒｐｍである。符号７１ａはＮＨ３ガスを停止させないプロセス、即ち、改質工程を設けないプロセスにおける計測値を示している。符号７１ｂは、１サイクルあたりのＮＨ３ガスの供給停止時間を２秒とした場合の計測値を示している。符号７１ｃは、１サイクルあたりのＮＨ３ガスの供給停止時間を４秒とした場合の計測値を示している。

符号７０ａ〜７０ｃの計測値から明らかなように、ＮＨ３ガスの供給停止時間を設けない場合、即ち、反応ガスの供給停止時間を設けない場合であっても、載置台１４の回転速度を下げると、ＷＥＲＲが小さくなり、膜質が向上することがわかる。また、符号７１ａ〜７１ｃの計測値から明らかなように、ＮＨ３ガスの供給停止時間を長くした場合、即ち、反応ガスの供給停止時間を長くした場合も、ＷＥＲＲが小さくなり、膜質が向上することがわかる。そして、ＮＨ３ガスの供給停止時間を長くした場合、即ち、反応ガスの供給停止時間を長くした場合には、載置台１４の回転速度を下げた場合よりも、デポジションレートの低下を抑えつつ、膜質を向上させることができることがわかる。

また、図１１において、符号７０ｃの計測値と、符号７１ｃの計測値とを比較すると、ＷＥＲＲの値が同程度であるが、符号７１ｃの計測値の方が、符号７０ｃの計測値よりも、デポジションレートが高い。具体的には、符号７０ｃの計測値のデポジションレートが３．５（A/min）であるのに対し、符号７１ｃの計測値のデポジションレートは５．２（A/min）である。即ち、符号７１ｃの計測値のデポジションレートは、符号７０ｃの計測値のデポジションレートの１．５倍である。従って、符号７１ｃの計測値、即ち、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルあたり、ＮＨ３ガスの供給時間を５秒とし、ＮＨ３ガスの供給停止時間を４秒とするプロセスの場合、符号７０ｃの計測値、即ち、載置台１４の回転速度を５ｒｐｍとしたプロセスの場合に比べて、同程度の膜質を保ちつつ、スループットを１．５倍に向上させることができる。

［第２の実施形態］
図１２は、第２の実施形態に係る基板処理装置１０を概略的に示す上面図である。なお、以下に説明する点を除き、図１２において、図６と同じ符号を付した構成は、図６における構成と同一または同様の機能を有するため説明を省略する。

本実施形態において、プラズマ生成部２２は、例えば図１２に示すように、軸線Ｘを中心に、処理容器１２の上方の略円面を６つの略等しい扇形に分割した領域のうち、連続する４つの領域にそれぞれ設けられる。また、処理容器１２の内で分割した領域のうち、ユニットＵが配置された領域を領域Ａｄと定義し、ゲートバルブＧが配置された領域を領域Ｇと定義する。また、アンテナ２２ａが設けられたプラズマ生成部２２内のそれぞれの領域を、図１２における時計回りの方向へ順に、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、および領域Ａ４と定義する。

図１２に示すように、本実施形態において、処理容器１２の分割数ｙは６であるため、制御部６０は、載置台１４が例えば６秒で時計回りに１回転する回転速度（１０ｒｐｍ）となる制御信号を駆動装置２４ａへ送信するように設定される。駆動装置２４ａは、６秒で１回転する回転速度で載置台１４を回転させる。載置台１４が１回転するのに要する時間ｘが６秒である。

基板Ｗは、載置台１４の回転により、領域Ａｄにおいて吸着工程およびパージ工程が実施される。そして、領域Ｇを通過した後に、領域Ａ１〜Ａ４において反応ガスのプラズマが生成されていれば、基板Ｗが領域Ａ１〜Ａ４を通過する間に、基板Ｗに反応工程が実施される。一方、領域Ａ１〜Ａ４において改質ガスのプラズマが生成されている場合、基板Ｗが載置台１４の回転により領域Ａ１〜Ａ４を通過している間に、基板Ｗに改質工程が実施される。

また、例えば前述の関係式（１）において、ｋの値として２を選択すると、載置台１４が２回転する毎に、載置台１４が２回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とのずれが、基板Ｗが処理容器１２内の１区画を通過する時間分ずれることになる。この場合、本実施形態では処理容器１２内の分割数ｙが６であり、載置台１４が１回転するのに要する時間ｘが６秒であるため、載置台１４が１２回転すると、載置台１４が２回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とのずれの累積値が、処理容器１２内の６個の区画を通過する時間、即ち、１周分の時間である６秒となる。

また、前述の関係式（１）において、処理容器１２の分割数ｙが６、載置台１４が１回転するのに要する秒数ｘが６、ｋの値が２の場合、ｘｋ−１＝１１であるため、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルの時間であるｍ＋ｎが１１となる範囲で、例えば、ｍ＝６、ｎ＝５を選択することができる。ＮＨ３ガスの供給時間ｍとして６秒、ＮＨ３ガスの供給停止時間ｎとして５秒を選択した場合のＮＨ３ガスの供給タイミングは、例えば図１３のようになる。

図１３は、ＮＨ３ガスの供給および停止を１サイクルあたり１１秒で制御する場合のＮＨ３ガスの供給タイミングの一例を示す図である。図１３に示した「Ａ１」、「Ａ２」、「Ａ３」、「Ａ４」、「Ａｄ」、および「Ｇ」は、それぞれ、処理容器１２内の領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、領域Ａ４、領域Ａｄ、および領域Ｇを示している。

図１３に示すように、改質ガスの一例としても用いられるＨ２ガスは、ＮＨ３ガスの供給または停止にかかわらず領域Ａ１〜Ａ４に供給されている。一方、ＮＨ３ガスでは、領域Ａ１〜Ａ４への６秒間の供給と、５秒間の供給停止とが繰り返されている。載置台１４は６秒で１回転するので、２回転するのに要する時間は１２秒である。そして、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間は６＋５＝１１秒なので、載置台１４が２回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とは、載置台１４が２回転する毎に、１秒ずつ、即ち、処理容器１２内の１区画を通過する時間分ずれる。そして、載置台１４が１２回転すると、載置台１４が２回転するのに要する時間である１２秒と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間である１１秒とのずれの累積値が、処理容器１２内の６個の区画を通過する時間、即ち、１周分の時間である６秒となる。

図１４は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜質との関係の一例を示す図である。図１４の横軸は、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（１１秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間を示している。図１４の縦軸は、ＷＥＲＲを示している。図１４から明らかなように、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（１１秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間を長くすると、ＷＥＲＲの値が下がり、膜質が向上することがわかる。

図１５は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜厚および均一性との関係の一例を示す図である。図１５の横軸は、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（１１秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間を示している。図１５の縦軸は、膜厚または均一性（１σ）を示している。図１５を参照すると、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（１１秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間が長くなると、基板Ｗの面内均一性が多少悪化するが、大きく悪化するほどではないことがわかる。

図１６は、ＮＨ３ガスの供給および停止を１サイクルあたり５５秒で制御する場合のＮＨ３ガスの供給タイミングの一例を示す図である。図１６に示した「Ａ１」、「Ａ２」、「Ａ３」、「Ａ４」、「Ａｄ」、および「Ｇ」は、それぞれ、処理容器１２内の領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、領域Ａ４、領域Ａｄ、および領域Ｇを示している。

図１６では、処理容器１２の分割数ｙが６、載置台１４が１回転するのに要する時間ｘが６秒、ｋの値が９の場合の例を示している。この場合、ｘｋ＋１＝５５であるため、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルあたりの時間を示すｍ＋ｎが５５となる範囲で、例えば、ｍ＝３０、ｎ＝２５を選択することができる。図１６には、ＮＨ３ガスの供給時間ｍとして３０秒、ＮＨ３ガスの供給停止時間ｎとして２５秒を選択した場合のＮＨ３ガスの供給タイミングが例示されている。

図１６の例では、載置台１４が９回転する毎に、載置台１４が９回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とが、処理容器１２内の１区画を通過する時間分ずれる。図１６の例では、処理容器１２内の分割数ｙが６であり、載置台１４が１回転するのに要する時間の秒数ｘが６であるため、載置台１４が５４回転すると、載置台１４が２回転するのに要する時間と、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルに要する時間とのずれの累積値が、処理容器１２内の６個の区画を通過する時間、即ち、１周分の時間である６秒となる。

図１７は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜質との関係の一例を示す図である。図１７の横軸は、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（５５秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間を示している。図１７の縦軸は、ＷＥＲＲを示している。図１７から明らかなように、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（５５秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間を長くすると、ＷＥＲＲの値が下がり、膜質が向上することがわかる。

図１８は、ＮＨ３ガスの供給停止時間と膜厚および均一性との関係の一例を示す図である。図１８の横軸は、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（５５秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間を示している。図１８の縦軸は、膜厚または均一性（１σ）を示している。図１８を参照すると、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（５５秒）におけるＮＨ３ガスの供給停止時間が長くなると、基板Ｗの面内均一性が多少悪化するが、大きく悪化するほどではないことがわかる。

図１９は、デポジションレートと膜質との関係の一例を示す図である。図１９において、符号７０ｄ〜７０ｆは、ＮＨ３ガスの供給を停止しないプロセス、即ち、改質工程を設けないプロセスにおいて、載置台１４の回転速度を変えた場合の計測値を示している。符号７０ｄは載置台１４の回転速度が５ｒｐｍの場合の計測値を示し、符号７０ｅは載置台１４の回転速度が３ｒｐｍの場合の計測値を示し、符号７０ｆは載置台１４の回転速度が２ｒｐｍの場合の計測値を示している。

また、符号７１ｄはＮＨ３ガスを停止させないプロセス、即ち、改質工程を設けないプロセスにおける計測値を示している。符号７１ｅは、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（１１秒）あたり、ＮＨ３ガスの供給停止を５秒行った場合の計測値を示している。符号７１ｆは、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（５５秒）あたり、ＮＨ３ガスの供給停止を２５秒行った場合の計測値を示している。符号７１ｄ〜７１ｆに示した計測値では、載置台１４の回転速度は全て１０ｒｐｍである。

符号７０ｄ〜７０ｆの計測値から明らかなように、ＮＨ３ガスの供給停止時間を設けない場合、即ち、反応ガスの供給停止時間を設けない場合であっても、載置台１４の回転速度を下げると、ＷＥＲＲが小さくなり、膜質が向上することがわかる。また、符号７１ｄ〜７１ｆの計測値から明らかなように、ＮＨ３ガスの供給停止時間を設けると、即ち、ＮＨ３ガスの供給停止時間を設けると、ＷＥＲＲが小さくなり、膜質が向上することがわかる。そして、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクルの長さに対する、ＮＨ３ガスの供給停止時間の長さの割合が同じであれば、膜質およびデポジションレートの値は、ほぼ変わらないことがわかる。

また、符号７０ｄの計測値と、符号７１ｅまたは７１ｆの計測値とを比較すると、ＷＥＲＲの値が同程度であるが、符号７１ｅまたは７１ｆの計測値の方が、符号７０ｄの計測値よりも、デポジションレートが高い。従って、符号７１ｅの計測値、即ち、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（１１秒）あたり、ＮＨ３ガスの供給時間を６秒とし、ＮＨ３ガスの供給停止時間を５秒とするプロセスの場合、または、符号７１ｆの計測値、即ち、ＮＨ３ガスの供給および停止の１サイクル（５５秒）あたり、ＮＨ３ガスの供給時間を３０秒とし、ＮＨ３ガスの供給停止時間を２５秒とするプロセスの場合、符号７０ｄの計測値、即ち、載置台１４の回転速度を５ｒｐｍとしたプロセスの場合よりも、スループットを向上させることができる。

［第３の実施形態］
図２０は、第３の実施形態に係る基板処理装置１０を概略的に示す上面図である。なお、以下に説明する点を除き、図２０において、図６と同じ符号を付した構成は、図６における構成と同一または同様の機能を有するため説明を省略する。

本実施形態において、プラズマ生成部２２は、例えば図２０に示すように、軸線Ｘを中心に、処理容器１２の上方の略円面を５つの略等しい扇形に分割した領域のうち、連続する３つの領域にそれぞれ設けられる。それぞれのプラズマ生成部２２は、マイクロ波を出力するアンテナ４４を備える。それぞれのアンテナ４４の重心には、アンテナ４４にマイクロ波を供給する同軸導波管が接続される接続部４４ａが設けられる。

図２１は、アンテナ４４の概略形状の一例を示す図である。軸線Ｘの方向から見た場合のアンテナ４４の断面形状は、軸線Ｘから離れるに従って互いに遠ざかる２つの線分を含む形状である。また、軸線Ｘの方向から見た場合のアンテナ４４の断面形状は、角の丸い略正三角形の形状を有しており、その外形には、３本の線４４ｂと、３本の線４４ｃとが含まれる。それぞれの線４４ｂは、略正三角形の三角形４５を構成するそれぞれの辺４５ａに、それぞれ含まれる。それぞれの線４４ｃは、隣り合う線４４ｂの端部同士を、アンテナ４４の外側に凸になる曲線で結ぶ。線４４ｃは、例えば所定の半径を有する円の一部である。これにより、アンテナ４４内の特定の位置に応力が集中することを抑制することができる。

軸線Ｘの方向から見た場合のアンテナ４４の断面形状は、回転対称性（例えば３回対称性）を有する形状であることが好ましい。また、接続部４４ａは、アンテナ４４の中心（例えば重心）に設けられることが好ましい。これにより、同軸導波管を伝搬したマイクロ波は、接続部４４ａの上端からアンテナ４４内により均一に伝搬する。これにより、アンテナ４４内を伝搬したマイクロ波が、処理容器１２内により均一に伝搬し、均一性の高いプラズマを生成することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Ｃ 処理室
Ｒ１ 第１の領域
Ｒ２ 第２の領域
Ｗ 基板
Ｘ 軸線
１０ 基板処理装置
１２ 処理容器
１４ 載置台
１４ａ 基板載置領域
１６ 第１のガス供給部
２０ 第２のガス供給部
２２ プラズマ生成部
２２ｂ 第３のガス供給部

Claims (17)

1. 被処理基板が載置される基板載置領域を有し、前記基板載置領域が周方向に移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、
   前記載置台を収容する処理室であり、前記載置台の回転により前記軸線に対して周方向に移動する前記基板載置領域が順に通過する第１の領域および第２の領域を含む該処理室を画成する処理容器と、
   前記第１の領域に前駆体ガスを供給する前駆体ガス供給部と、
   前記第２の領域に反応ガスまたは改質ガスを供給するプロセスガス供給部と、
   前記第２の領域において前記反応ガスまたは前記改質ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
   前記反応ガスを前記第２の領域に第１の時間供給する第１の動作と、前記改質ガスを前記第２の領域に第２の時間供給する第２の動作とを繰り返す反復制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記反応ガスおよび前記改質ガスは、１種類のガスまたは複数種類のガスで構成され、
   前記改質ガスが１種類のガスで構成される場合、前記改質ガスは、前記反応ガスに含まれるいずれかのガスと同じ種類のガス、または、前記反応ガスに含まれるいずれのガスとも異なる種類のガスで構成されることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記プラズマ生成部は、複数設けられ、
   複数のプラズマ生成部に形成された各プロセスガス供給部は、共通のプロセスガス供給源に接続されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記第１の時間および前記第２の時間の合計は、
   前記載置台が前記軸線を中心に１回転するのに要する時間とは異なる長さである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. 前記制御部は、
   前記反復制御の開始時における前記被処理基板と、前記反復制御の終了時における前記被処理基板とが、前記処理容器内で同じ位置となるように、前記第１の時間の長さ、前記第２の時間の長さ、前記載置台の回転速度、および、プロセス時間の長さを制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記制御部は、
   前記載置台が前記軸線を中心に１回転するのに要する時間の長さと、前記第１の時間および前記第２の時間の合計の長さとの公倍数となる時間の長さを前記プロセス時間とすることを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記載置台が前記軸線を中心にｘ秒で１回転する場合、
   前記プロセスガス供給部は、
   前記第１の時間をｍ秒（ｍは自然数）、前記第２の時間をｎ秒（ｎは自然数）、任意の自然数をｋとした場合、以下の関係式（１）が成り立つ前記第１の時間および前記第２の時間に基づいて、前記第１の動作と前記第２の動作とを繰り返すことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
   ｘｋ±１＝ｍ＋ｎ・・・（１）
7. 前記プラズマ生成部は、
   前記第２の領域にマイクロ波を放射するアンテナと、
   前記アンテナにマイクロ波を供給する同軸導波管と、
   を有し、
   前記アンテナを前記軸線に沿う方向から見た場合の断面形状を構成する線分には、
   前記軸線から離れるに従って互いに遠ざかる２つの線分が含まれ、
   前記同軸導波管は、
   前記アンテナの重心から前記アンテナにマイクロ波を供給することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
8. 前記アンテナを前記軸線に沿う方向から見た場合の断面形状は、回転対称性を有する形状であることを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記アンテナを前記軸線に沿う方向から見た場合の断面形状は、略正三角形状であることを特徴とする請求項７または８に記載の基板処理装置。
10. 前記前駆体ガスは、少なくともシランを含有し、
    前記反応ガスは、少なくとも窒素を含有し、
    前記改質ガスは、少なくとも水素を含有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の基板処理装置。
11. 被処理基板が載置される基板載置領域を有し、前記基板載置領域が周方向に移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、
    前記載置台を収容する処理室であり、前記載置台の回転により前記軸線に対して周方向に移動する前記基板載置領域が順に通過する第１の領域および第２の領域を含む該処理室を画成する処理容器と、
    を備える基板処理装置における基板処理方法であって、
    前記第１の領域に前駆体ガスを供給し、前記被処理基板の表面に、吸着層を形成する吸着工程と、
    前記第２の領域に反応ガスを供給し、前記反応ガスのプラズマを生成して前記被処理基板の表面を反応させる反応工程と、
    前記第２の領域に改質ガスを供給し、前記改質ガスのプラズマを生成して前記被処理基板の表面を改質する改質工程と、
    を含み、
    前記載置台を回転させながら、前記反応工程を第１の時間行う第１の動作と、前記改質工程を第２の時間行う第２の動作とを繰り返し、
    前記反応ガスおよび前記改質ガスは、１種類のガスまたは複数種類のガスで構成され、
    前記改質ガスが１種類のガスで構成される場合、前記改質ガスは、前記反応ガスに含まれるいずれかのガスと同じ種類のガス、または、前記反応ガスに含まれるいずれのガスとも異なる種類のガスで構成されることを特徴とする基板処理方法。
12. 前記基板処理装置は、前記第２の領域に複数のプラズマ生成部を備え、
    各プラズマ生成部は、前記反応ガスまたは前記改質ガスを共通に用いてプラズマを生成する特徴とする請求項１１に記載の基板処理方法。
13. 前記第１の時間および前記第２の時間の合計は、
    前記載置台が前記軸線を中心に１回転するのに要する時間とは異なる長さであることを特徴とする請求項１１または１２に記載の基板処理方法。
14. 反復制御の開始時における前記被処理基板と、前記反復制御の終了時における前記被処理基板とが、前記処理容器内で同じ位置となるように、前記第１の時間の長さ、前記第２の時間の長さ、前記載置台の回転速度、および、プロセス時間を制御することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
15. 前記載置台が前記軸線を中心に１回転するのに要する時間の長さと、前記第１の時間および前記第２の時間の合計の長さとの公倍数となる時間の長さを前記プロセス時間とすることを特徴とする請求項１４に記載の基板処理方法。
16. 前記載置台が前記軸線を中心にｘ秒で１回転する場合、
    前記第１の時間をｍ秒（ｍは自然数）、前記第２の時間をｎ秒（ｎは自然数）、任意の自然数をｋとした場合、以下の関係式（１）が成り立つ前記第１の時間および前記第２の時間に基づいて、前記第１の動作と前記第２の動作とを繰り返すことを特徴とする請求項１１から１５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
    ｘｋ±１＝ｍ＋ｎ・・・（１）
17. 前記前駆体ガスは、少なくともシランを含有し、
    前記反応ガスは、少なくとも窒素を含有し、
    前記改質ガスは、少なくとも水素を含有することを特徴とする請求項１１から１６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
    
    

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