WO2011034057A1 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置用ガス供給機構 - Google Patents

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processing apparatus
plasma
substrate
gas
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征英 岩崎
俊久 野沢
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28194—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation by deposition, e.g. evaporation, ALD, CVD, sputtering, laser deposition

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and a gas supply mechanism for a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus used for manufacturing a semiconductor element, and a gas supply for a plasma processing apparatus used in such a plasma processing apparatus. It relates to the mechanism.
  • an effective means is an ALD (Atomic Layer Deposition) method that can form a film by periodically supplying a reaction gas corresponding to an atomic unit to the substrate surface and perform highly accurate film thickness control. It is known to be one of However, the film quality of the film formed by the ALD method is insufficient in the withstand voltage characteristic and the leak characteristic as compared with the film quality of the film formed by the thermal CVD method.
  • PE-ALD Pulsma-Enhanced ALD
  • plasma energy is attracting attention as a means of solving these problems and forming a high-quality film more efficiently (May 15, 2008 ASM Semi Semi Mfg China ALD Article). .Pdf (Non-Patent Document 1)).
  • the processing by the PE-ALD method is performed in the following flow (1) to (3). That is, the processing by the PE-ALD method includes (1) a step of supplying and chemically adsorbing a first gas containing atoms forming a thin film on a substrate surface or a base film, and (2) an excess gas physically adsorbed in the above step. A step of removing, and (3) a step of forming a desired thin film by plasma treatment using a second gas containing atoms forming the thin film.
  • the problem here is that the performance required for the processing container is different between the steps (1) and (2) and the step (3).
  • improving the throughput has been one of the important issues in developing the apparatus.
  • the gas replacement characteristic is important. For example, consider a case where chemical adsorption is performed by supplying a gas onto a substrate. In order to adsorb and saturate the gas, it is necessary to increase the pressure in the processing container to a constant pressure.
  • the pressure difference before and after pressure increase in the processing container is ⁇ P
  • the gas supply flow rate is Q
  • the volume of the processing container is V
  • the time required for pressure increase is t
  • t ⁇ P ⁇ V / Q.
  • the volume of the processing container of a certain level or more is necessary to generate high-quality plasma. That is, there is a limit to reducing the volume of the processing container.
  • An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of efficiently forming a high-quality film.
  • Another object of the present invention is to provide a gas supply mechanism for a plasma processing apparatus that can efficiently form a high-quality film.
  • a plasma processing apparatus includes a bottom part located on the lower side and a side wall extending upward from the outer peripheral side of the bottom part, and is capable of sealing, and a processing container for performing plasma processing on the substrate to be processed therein,
  • a holding table disposed in the processing container and holding the substrate to be processed thereon; plasma generating means for generating plasma in the processing container; a first position and a first position on the upper side of the holding table;
  • a gas supply mechanism for supplying a film forming gas and for adsorbing the film forming gas on the substrate to be processed;
  • the deposition gas when the deposition gas is adsorbed on the substrate to be processed, the deposition gas can be supplied in a small volume region formed between the holding base and the head portion. Then, the supply amount of the film forming gas can be reduced.
  • pressure adjustment can be performed with a small flow rate in a small volume region, rather than pressure adjustment of the entire processing container having a large volume, so that the pressure adjustment can be shortened. Therefore, film formation can be performed efficiently.
  • the plasma treatment when the plasma treatment is performed, the inner wall surface of the processing container is not exposed to the film forming gas, so that the reaction product can be prevented from adhering to the inner wall surface of the processing container. Then, the number of processes for cleaning the inner wall surface of the processing container can be reduced. In addition, the generation of particles can be suppressed. Therefore, according to such a plasma processing apparatus, a high-quality film can be efficiently formed.
  • the head part includes a substantially disk-shaped disk part, and the disk part covers the upper side of the holding table when the head part is disposed at the first position.
  • the head portion may include a bar-shaped portion extending in the horizontal direction in the processing container, and the bar-shaped portion may be configured to be able to move in a horizontal direction on an area on the target substrate held on the holding table. .
  • the gas supply mechanism is provided at a position facing the substrate to be processed held on the holding table when the head part is arranged at the first position, and supplies a film forming gas. Including gas supply holes.
  • the gas supply mechanism includes an exhaust mechanism that exhausts a small volume region formed between the head unit and the holding base when the head unit is disposed at the first position.
  • the exhaust mechanism is provided in a position facing the substrate to be processed held on the holding table when the head unit is arranged at the first position, An exhaust hole for exhausting a small volume region formed between the head portion and the head portion is included.
  • the volume of the small volume region formed between the head unit and the holding base when the head unit is arranged at the first position is 50% or less of the volume of the processing container.
  • the head portion is movable in at least one of the vertical direction and the horizontal direction.
  • the gas supply mechanism includes a support portion that extends from the side wall, has an inner side portion connected to the head portion, and supports the head portion.
  • the gas supply mechanism includes a support portion that extends from the side wall side, the inner side portion is connected to the head portion, and supports the head portion, and the exhaust mechanism is an exhaust gas exhausted inside the support portion.
  • the gas supply mechanism includes an exhaust passage serving as a gas passage, the gas supply mechanism includes a gas supply passage serving as a passage of the gas to be supplied inside the support portion, and the gas supply passages are multiplexed so as to be inside the gas exhaust passage. It may be provided.
  • a substrate movement mechanism that can perform at least one of supporting the substrate to be processed on the holding table and detaching the substrate to be processed supported on the holding table may be provided.
  • you may comprise a head part so that it can rotate centering on the outer side edge part of a support part.
  • the processing container is formed so that a part of the side wall extends outward, and is provided with a receiving portion that can receive the head portion.
  • region outside an accommodating part may be provided.
  • the blocking mechanism includes a shielding plate that is movable along the inner wall surface of the side wall.
  • the processing container includes a first processing container and a second processing container different from the first processing container, and the head unit moves between the first processing container and the second processing container. It may be configured to be possible.
  • the holding table is movable in at least one of the vertical direction and the horizontal direction.
  • the plasma generating means includes a microwave generator that generates a microwave for plasma excitation, and a dielectric window that is provided at a position facing the holding table and introduces the microwave into the processing container.
  • the plasma generating means includes a slot antenna plate which is provided with a plurality of slot holes and which is disposed above the dielectric window and radiates microwaves to the dielectric window.
  • a gas supply mechanism for a plasma processing apparatus includes a bottom portion located on a lower side and a side wall extending upward from an outer peripheral side of the bottom portion, and is sealable, and in the inside thereof, a substrate to be processed
  • a plasma processing apparatus includes a processing container that performs plasma processing, a holding base that is disposed in the processing container and holds a substrate to be processed, and a plasma generation unit that generates plasma in the processing container.
  • the gas supply mechanism for a plasma processing apparatus includes a first position on the upper side of the holding table and a head section that can be moved to a second position different from the first position and can supply a gas.
  • a film forming gas is supplied in a small volume region formed between the head portion and the holding base when the film is disposed at the first position, and the film forming gas is adsorbed on the substrate to be processed.
  • exhaust for exhausting a small volume region formed between the holding table and the head unit at a position facing the target substrate held on the holding table includes holes.
  • the deposition gas when the deposition gas is adsorbed on the substrate to be processed, the deposition gas can be supplied in a small volume region formed between the holding table and the head portion. Then, the supply amount of the film forming gas can be reduced. In addition, during film formation, pressure adjustment can be performed with a small flow rate in a small volume region, rather than pressure adjustment of the entire processing container having a large volume, so that the pressure adjustment can be shortened. Therefore, film formation can be performed efficiently. Furthermore, when the plasma treatment is performed, the inner wall surface of the processing container is not exposed to the film forming gas, so that the reaction product can be prevented from adhering to the inner wall surface of the processing container. Then, the number of processes for cleaning the inner wall surface of the processing container can be reduced. In addition, the generation of particles can be suppressed. Therefore, according to such a plasma processing apparatus, a high-quality film can be efficiently formed.
  • FIG. 2 It is a schematic sectional drawing which shows a part of MOS type semiconductor element. It is a schematic sectional drawing which shows the principal part of the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is the figure which looked at the slot antenna board contained in the plasma processing apparatus shown in FIG. 2 from the plate
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the head portion is housed in the housing portion in the plasma processing apparatus shown in FIG. 2.
  • It is a flowchart which shows the process of the typical process at the time of forming into a film with the plasma processing apparatus shown in FIG.
  • It is a graph which shows the relationship between the gas flow rate in the whole processing container, and the arrival time until it reaches a predetermined pressure.
  • FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a part near the base portion of the support portion shown in FIG.
  • FIG. 17 corresponds to a XXVII-XXVII cross section in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing a part of a MOS type semiconductor device manufactured by a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive layer is indicated by hatching.
  • MOS type semiconductor element 11 includes element isolation region 13, p-type well 14a, n-type well 14b, high-concentration n-type impurity diffusion region 15a, high-concentration p-type impurity on silicon substrate 12. Diffusion region 15b, n-type impurity diffusion region 16a, p-type impurity diffusion region 16b, and gate oxide film 17 are formed.
  • One of the high-concentration n-type impurity diffusion region 15a and the high-concentration p-type impurity diffusion region 15b formed so as to sandwich the gate oxide film 17 is a drain, and the other is a source.
  • a gate electrode 18 serving as a conductive layer is formed on the gate oxide film 17, and a gate sidewall 19 serving as an insulating film is formed on a side portion of the gate electrode 18. Furthermore, an insulating film 21 is formed on the silicon substrate 12 on which the gate electrode 18 and the like are formed. In the insulating film 21, a contact hole 22 that is continuous with the high concentration n-type impurity diffusion region 15 a and the high concentration p-type impurity diffusion region 15 b is formed, and a buried electrode 23 is formed in the contact hole 22. Further, a metal wiring layer 24 serving as a conductive layer is formed thereon.
  • an interlayer insulating film (not shown) to be an insulating layer and a metal wiring layer to be a conductive layer are alternately formed, and finally a pad (not shown) to be a contact point with the outside is formed.
  • the MOS type semiconductor element 11 is formed.
  • a silicon oxide film formed by adsorbing a film forming gas on a substrate to be processed and performing plasma processing, for example, a gate An oxide film 17 is included.
  • the insulating film formed by the plasma processing apparatus according to the present invention is a silicon oxide film that constitutes the gate oxide film described above, and the plasma processing is performed by adsorbing the film forming gas onto the substrate to be processed. A film is formed.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • 3 is a view of the slot antenna plate included in the plasma processing apparatus shown in FIG. 2 as viewed from the lower side, that is, from the direction of arrow III in FIG. In FIG. 2, some of the members are not hatched for easy understanding.
  • the plasma processing apparatus 31 includes a processing container 32 that performs plasma processing on the substrate W to be processed therein, and a plasma processing apparatus that supplies a reactive gas for plasma processing into the processing container 32.
  • Gas supply unit 33 a disk-shaped holding table 34 for holding the substrate W to be processed thereon, a plasma generating mechanism 39 for generating plasma in the processing vessel 32, and control for controlling the entire plasma processing apparatus 31. Part (not shown).
  • the control unit controls the entire plasma processing apparatus 31 such as the gas flow rate in the gas supply unit 33 for plasma processing and the pressure in the processing container 32.
  • the processing container 32 includes a bottom portion 41 located on the lower side of the holding table 34 and a side wall 42 extending upward from the outer periphery of the bottom portion 41.
  • the side wall 42 is substantially cylindrical except for a part.
  • An exhaust hole 43 for exhaust is provided in the bottom 41 of the processing container 32 so as to penetrate a part thereof.
  • the upper side of the processing container 32 is open, and a lid 44 disposed on the upper side of the processing container 32, a dielectric window 36 described later, and a seal member interposed between the dielectric window 36 and the lid 44.
  • the processing container 32 is configured to be hermetically sealed by an O-ring 45 as a sealing member.
  • the plasma processing gas supply unit 33 is formed by providing a plurality of plasma processing gas supply holes 46 for supplying plasma processing gas in the processing vessel 32 in a part of the upper side of the side wall 42. .
  • the plurality of gas supply holes 46 for plasma processing are provided at equal intervals in the circumferential direction.
  • the plasma processing gas supply unit 33 is supplied with a plasma processing gas from a reactive gas supply source (not shown).
  • the holding table 34 can hold the substrate W to be processed thereon by an electrostatic chuck (not shown).
  • the holding table 34 can be set to a desired temperature by a temperature adjustment mechanism (not shown) provided inside.
  • the holding base 34 is supported by an insulating cylindrical support portion 49 that extends vertically upward from the lower side of the bottom portion 41.
  • the exhaust hole 43 described above is provided so as to penetrate a part of the bottom 41 of the processing container 32 along the outer periphery of the cylindrical support portion 49.
  • An exhaust device (not shown) is connected to the lower side of the annular exhaust hole 43 via an exhaust pipe (not shown).
  • the exhaust device has a vacuum pump such as a turbo molecular pump.
  • the inside of the processing container 32 can be depressurized to a predetermined pressure by the exhaust device.
  • the plasma generation mechanism 39 is provided outside the processing vessel 32, and is disposed at a position facing the microwave generator 35 that generates microwaves for plasma excitation and the holding table 34, and is generated by the microwave generator 35.
  • a dielectric window 36 for introducing the microwaves into the processing container 32 and a plurality of slot holes 40 are provided.
  • the dielectric window 36 is disposed above the dielectric window 36 and radiates the microwaves to the dielectric window 36. It includes a slot antenna plate 37 and a dielectric member 38 that is disposed above the slot antenna plate 37 and that propagates a microwave introduced by a coaxial waveguide 54 described later in the radial direction.
  • a microwave generator 35 having a matching mechanism 51 is connected to an upper portion of a coaxial waveguide 54 for introducing a microwave through a mode converter 52 and a waveguide 53.
  • the TE mode microwave generated by the microwave generator 35 passes through the waveguide 53, is converted to the TEM mode by the mode converter 52, and propagates through the coaxial waveguide 54.
  • 2.45 GHz is selected as the frequency of the microwave generated by the microwave generator 35.
  • the dielectric window 36 has a substantially disc shape and is made of a dielectric. Specific materials for the dielectric window 36 include quartz and alumina.
  • the slot antenna plate 37 has a thin plate shape and a disk shape. As shown in FIG. 3, the plurality of slot-shaped slot holes 40 are provided so that a pair of slot holes 40 are orthogonal to each other in a substantially letter C shape, and the pair of slot holes 40 is circumferential. Are provided at predetermined intervals. Also in the radial direction, a plurality of pairs of slot holes 40 are provided at predetermined intervals.
  • Microwaves generated by the microwave generator 35 are propagated through the coaxial waveguide 54 to the dielectric member 38 and radiated from the plurality of slot holes 40 provided in the slot antenna plate 37 to the dielectric window 36. Is done.
  • the microwave transmitted through the dielectric window 36 generates an electric field immediately below the dielectric window 36 and generates plasma in the processing chamber 32. That is, the microwave plasma used for processing in the plasma processing apparatus 31 is generated by a radial line slot antenna (RLSA) including the slot antenna plate 37 and the dielectric member 38 having the above-described configuration.
  • RLSA radial line slot antenna
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance from the lower surface 48 of the dielectric window 36 in the processing chamber 32 and the plasma electron temperature when plasma is generated in the plasma processing apparatus 31.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance from the lower surface 48 of the dielectric window 36 in the processing container 32 and the electron density of the plasma when plasma is generated in the plasma processing apparatus 31.
  • the region immediately below dielectric window 36, specifically, region 26 up to approximately 10 mm indicated by the alternate long and short dash line is called a so-called plasma generation region.
  • the electron temperature is about 1.5 to 2.5 eV, which is relatively high, and the electron density is higher than 1 ⁇ 10 12 cm ⁇ 3 .
  • a region 27 exceeding 10 mm indicated by a two-dot chain line is called a plasma diffusion region.
  • the electron temperature is about 1.0 to 1.3 eV, at least lower than 1.5 eV, and the electron density is about 1 ⁇ 10 12 cm ⁇ 3 , and at least higher than 1 ⁇ 10 11 cm ⁇ 3 .
  • the processing vessel 32 of the plasma processing apparatus 31 is excited by microwaves and is in such a plasma state. And the plasma processing with respect to the to-be-processed substrate W mentioned later is performed in a plasma diffusion region. That is, in the plasma processing step, processing using microwave plasma in the vicinity of the surface of the substrate to be processed has a plasma electron temperature lower than 1.5 eV and a plasma electron density higher than 1 ⁇ 10 11 cm ⁇ 3. It is.
  • the plasma processing apparatus 31 can be moved to a first position on the upper side of the holding table 34 and a second position different from the first position and can supply a film forming gas
  • An inner side end portion 64 that extends from the side wall 42 side of the processing container 32 and is connected to the head portion 62 to support the head portion 62.
  • the head portion 62 is a first portion.
  • a gas supply mechanism 61 is provided for supplying a film forming gas in a small volume region formed between the head unit 62 and the holding table 34 when being disposed at the position, and for adsorbing the film forming gas onto the substrate W to be processed. .
  • the first and second positions will be described later.
  • the small volume area refers to a small volume area formed between the head portion 62 and the holding table 34 as compared with a large volume area of the entire processing container 32.
  • FIG. 6 is a view of a part of the head portion 62 as viewed from the direction of the arrow III shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of the head portion 62 shown in FIG.
  • the head portion 62 includes a thin disc-like disc portion 66 and an annular extending portion 67 extending in the plate thickness direction from the outer diameter side region of the disc portion 66. .
  • the extension part 67 is substantially cylindrical and extends downward.
  • the disc portion 66 is configured to be larger than the substrate W to be processed.
  • the above-described first position is a position where the disc portion 66 covers the upper side of the holding table 34. In the first position, the upper surface 47 on the outer diameter side of the holding table 34 and the lower surface 70 constituting the extending portion 67 face each other.
  • the head unit 62 is provided at a first position, that is, at a position facing the target substrate W held on the holding table 34 when the head unit 62 is arranged on the holding table 34, and the film forming gas is supplied to the head unit 62.
  • a gas supply hole 68 to be supplied is included.
  • a plurality of gas supply holes 68 are provided so that a part of the surface located on the lower side of the disc part 66 included in the head part 62 is opened.
  • the plurality of gas supply holes 68 are provided substantially equally at predetermined intervals in the vertical and horizontal directions in FIG.
  • a film forming gas can be supplied to the substrate W to be processed from the outside of the processing container 32 through the gas supply path 69 and the plurality of gas supply holes 68.
  • the processing vessel 32 provided in the plasma processing apparatus 31 is formed such that a part of the side wall 42 extends outward, and is provided with an accommodating portion 71 that can accommodate the head portion 62.
  • the accommodating portion 71 is formed so as to extend straight from a part of the side wall 42 toward the outer side.
  • region in this accommodating part 71 becomes the 2nd position where the head part 62 in the plasma processing apparatus 31 shown in FIG. 2 can move.
  • the head unit 62 is movable to the first position above the holding table 34 and the second position inside the storage unit 71. That is, the head unit 62 is movable in the direction of the direction or vice versa arrow A 1 shown in FIG.
  • positioned in the 1st position is shown in FIG. 2, and the case where the head part 62 is arrange
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the head portion 62 is accommodated in the accommodating portion 71 in the plasma processing apparatus 31 shown in FIG.
  • the plasma processing apparatus 31 is provided with a shielding plate 72 as a blocking mechanism that blocks a region in the storage unit 71 and a region outside the storage unit 71, here a region from the processing container 32.
  • the shielding plate 72, along the inner wall surface 73 of the side wall 42 is movable in the direction of the direction or vice versa arrow A 2 in Fig.
  • FIG. 8 shows a case where the shielding plate 72 shields the area inside the accommodating portion 71 and the area outside the accommodating portion 71.
  • FIG. 9 is a flowchart showing typical processing steps when a substrate to be processed is formed using the plasma processing apparatus shown in FIG.
  • Table 1 is a table showing the flow of processing and processing conditions. Note that the temperature of the holding table 34 at the time of plasma processing, which will be described later, is selected, for example, from 100 to 600 ° C., and preferably from 300 to 400 ° C.
  • a substrate W on which a semiconductor element is to be formed is held on a holding table 34 by an electrostatic chuck.
  • FIG. 9A a film forming gas is adsorbed on the substrate W to be processed.
  • the head unit 62 is moved to the first position, that is, above the holding table 34 on which the substrate W to be processed is held. And the inside of the small volume area
  • FIG. 9A a film forming gas is adsorbed on the substrate W to be processed
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the gas flow rate in the entire processing container and the arrival time until a predetermined pressure is reached.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the gas flow rate in the small volume region formed between the holding base 34 and the head portion 62 and the arrival time until a predetermined pressure is reached. 10 and 11, the vertical axis indicates the arrival time (seconds), and the horizontal axis indicates the gas flow rate (sccm). The gas flow rate is shown in terms of Ar (argon) gas.
  • the graphs shown in FIGS. 10 and 11 are graphs when the pressure is increased from 1 Torr to 3 Torr. In the case shown in FIG. 10, the total volume of the processing container is about 54 liters. In the case shown in FIG. 11, the volume of the small volume area formed between the holding base 34 and the head portion 62 is 0.75 liter.
  • the time required to reach 3 Torr is significantly shorter in the case shown in FIG. 11 at any gas flow rate.
  • region formed between the holding stand 34 and the head part 62 is 50% or less of the whole volume of the processing container 32, for example. Further, it is more preferable that the volume of the small volume region is within 20% of the entire volume of the processing container 32.
  • the volume of the small volume region is approximately 1.4% of the total volume of the processing container 32.
  • a film forming gas is supplied from the gas supply hole 68 toward the substrate W to be processed.
  • the film forming gas containing the precursor gas is supplied so as to be ejected from the plurality of gas supply holes 68.
  • one layer of gas is adsorbed on the substrate W to be processed. In this case, approximately one molecular layer containing silicon atoms is formed.
  • the head unit 62 After the film forming gas is adsorbed on the substrate W to be processed, the head unit 62 is moved to the second position and retracted to the accommodating unit 71. After the head part 62 is accommodated in the accommodating part 71, the shielding plate 72 is moved upward, and the inside of the accommodating part 71 and the outside of the accommodating part 71 are blocked by the shielding plate 72.
  • step (B) in Table 1 As a physical adsorption removal process for removing the film forming gas containing the unadsorbed precursor gas, an exhaust and purge process in the processing container 32 is performed (FIG. 9). (B)).
  • the processing container 32 is exhausted using the exhaust hole 43 and an exhaust device.
  • step (C) in Table 1 plasma processing using microwaves is performed (FIG. 9C).
  • a plasma processing gas including a plasma excitation gas and a reactive gas is supplied from the plasma processing gas supply unit 33 into the processing vessel 32.
  • the reaction gas in this case is oxygen (O 2 ) gas.
  • plasma is generated in the processing container 32 by the plasma generation mechanism 39, and the formed adsorption layer containing silicon atoms is subjected to plasma processing using microwaves.
  • the plasma treatment using microwaves is termination treatment of an adsorption layer containing silicon molecules and oxidation treatment of silicon atoms. This plasma treatment is performed in the plasma diffusion region described above.
  • the series of steps (A) to (C) is repeated until the desired film thickness is obtained.
  • a film thickness of 1 nm to 500 nm is selected as the actual film thickness.
  • a silicon oxide film is formed on the substrate W to be processed.
  • etching of a desired portion is repeated on the substrate W to be processed, and a semiconductor element as shown in FIG. 1 is manufactured.
  • Such processing is called PE-ALD processing using RLSA.
  • Such an apparatus is also referred to as a PE-ALD apparatus using RLSA.
  • the adsorption layer when the gas is adsorbed on the substrate to be processed, the adsorption layer can be formed in a small volume region formed between the holding base and the head portion. Then, the supply amount of the film forming gas in the adsorption process can be reduced, and the pressure adjustment between the adsorption process and the plasma treatment process can be shortened, and the film formation can be performed efficiently. Further, since the inner wall surface of the processing container is not exposed to the film forming gas, film formation and reaction product adhesion to the inner wall surface of the processing container can be suppressed. Then, the number of processes for cleaning the inner wall surface of the processing container can be reduced. In addition, the generation of particles can be suppressed. Therefore, according to such a plasma processing apparatus, a high-quality film can be efficiently formed.
  • the head portion is accommodated in the accommodating portion and is shielded by the shielding plate, adhesion of reaction products due to the plasma treatment to the head portion and the inner wall surface of the accommodating portion during the plasma treatment is also reduced. be able to.
  • the housing portion is formed so as to extend straight from a part of the side wall toward the outer side. You may decide to form it so that it may extend in the diagonal direction toward the outward side from a part.
  • the volume of the accommodating portion and the size of the head portion may be substantially the same, and a shielding mechanism may be provided on the side wall of the head portion.
  • the movement of the shielding plate is not limited to the vertical direction, but may be configured to be movable in the horizontal direction, the circumferential direction, and the oblique direction.
  • FIG. 12 is a photomicrograph showing an enlarged cross section of the liner film treated with PE-ALD using RLSA, and shows a case where the aspect ratio is about 6.
  • FIG. 13 is a photomicrograph showing an enlarged cross section of a liner film treated with PE-ALD using RLSA, and shows a case where the aspect ratio is about 3.
  • the part indicated by the arrow B 2 in parts and 13 indicated by an arrow B 1 in FIG. 12, a liner film In the formation of the liner film, a gas containing BTBAS (bis-tertiary-butyl-amino-silane) is used as a precursor gas.
  • BTBAS bis-tertiary-butyl-amino-silane
  • the aspect ratio is 5.8.
  • the aspect ratio is 3.4.
  • the trench is completely covered and the film is formed by the liner film up to the deepest part of the trench both when the aspect ratio is about 6 and about 3.
  • the film is formed so as to completely cover the above shape. Can do. Furthermore, since plasma processing is performed using microwave plasma, plasma damage during film formation can be greatly reduced. Therefore, according to such a film forming method, a high quality film can be formed.
  • a silicon oxide film having high insulating properties can be formed at a low temperature in a semiconductor element. In this case, problems due to restrictions on the order of manufacturing processes can be avoided.
  • the insulating film formed in this way is excellent in insulating performance.
  • the semiconductor element including the insulating film formed in this way has a high quality because it includes an insulating film having excellent insulating performance.
  • the head portion moves in the processing container so as to advance and retreat in the horizontal direction, that is, in the horizontal direction.
  • the present invention is not limited to this. Further, it may be configured to be movable in the vertical direction.
  • a heater and a sensor are provided inside the head portion and inside the support portion. The heater is turned on and off based on the temperature information from the sensor by the control unit provided in the plasma processing apparatus.
  • the heater and the sensor may be provided so as to be attached to the outside of the head part or the support part.
  • the set temperature at the time of temperature adjustment is arbitrarily set depending on the precursor gas used.
  • a temperature range corresponding to the vapor pressure of the precursor gas to be used may be set.
  • the temperature of the precursor gas used may be set to a temperature range of 10 Torr (1.333 ⁇ 10 3 Pa) or more, or the precursor gas used may have a vapor pressure of 100 Torr (1.333 ⁇ ).
  • the temperature range may be 10 4 Pa) or more.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a part of the plasma processing apparatus in this case.
  • a head portion 93 and a support portion 94 are provided in the processing container 92 of the plasma processing apparatus 91.
  • the outer diameter side end portion 95 of the support portion 94 is attached to the inner wall surface 96 of the processing container 92.
  • the head portion 93 and the support portion 94 are configured to be rotatable in the direction indicated by the arrow C in FIG. 14, that is, in the vertical direction, with the outer diameter side end portion 95 as the rotation center.
  • the head portion 93 is disposed on the upper side of the holding base 97 as the first position.
  • the head part 93 is arrange
  • the head portion 93 is positioned above the holding table 97. Then, at the time of plasma processing, the support portion 94 is rotated in the direction indicated by the arrow C in FIG. 14 so that the head portion 93 is inclined to the second position, here the inner wall surface 96 side. And the plasma processing of the to-be-processed substrate W by microwave is performed. You may decide to comprise in this way.
  • the head unit may be configured to include an exhaust mechanism.
  • FIG. 15 is a view of a part of the head unit 101 provided in the plasma processing apparatus in this case as seen from the thickness direction, and corresponds to FIG. 16 is a cross-sectional view showing a part of the head unit 101 shown in FIG. 15, and corresponds to FIG.
  • the overall configuration of the plasma processing apparatus including the head unit shown in FIGS. 15 and 16 is as shown in FIGS.
  • the head unit 101 is provided with a plurality of gas supply holes 102 similar to the head unit shown in FIG. 6 and gas exhaust holes 103 for exhaust.
  • a plurality of gas exhaust holes 103 are provided.
  • the gas exhaust holes 103 are provided at substantially equal intervals in the vertical direction and the horizontal direction shown in FIG.
  • a gas exhaust passage 104 serving as a passage for a film forming gas to be exhausted is provided in the head portion 101 and a support portion (not shown).
  • the head unit 112 provided in the plasma processing apparatus 111 can rotate in the processing container 115 in the horizontal direction in the direction indicated by the arrow D with the base portion 114 of the support unit 113 as the rotation center. It is good also as a structure.
  • the head unit 117 provided in the plasma processing apparatus 116 may be configured to be movable in the horizontal direction indicated by the arrow E in the processing container 119 together with the support unit 118 as shown in FIG.
  • the configuration of the support portion 113 may be as follows. 25, 26, and 27 are schematic cross-sectional views showing the configuration in the vicinity of the root portion 114 of the support portion 113 shown in FIG.
  • the cross section shown in FIG. 25 corresponds to the cross section when the vicinity of the root portion 114 of the support portion 113 is cut by a plane extending in the front and back direction in FIG. 17, and the cross section shown in FIG. 26 is the cross section shown in FIG. Is equivalent to the cross-section when rotated 90 degrees, and the cross-section shown in FIG. 27 corresponds to the XXVII-XXVII cross-section in FIG.
  • the root portion 114 of the support portion 113 is provided with a rotatable movable portion 151 and a fixed portion 152 fixed to the base 153.
  • fixed part 152 the part located in the downward side is attached to the base 153 used as a base, and is being fixed.
  • the movable portion 151 rotates about 90 degrees in the direction indicated by the arrow D in FIGS. 17 and 27 around the rotation center axis 154 extending in the vertical direction of the drawing as indicated by the one-dot chain line in FIGS. Can do.
  • a gas supply passage 155 leading to a gas supply hole (not shown) for supplying gas to the head portion side and a passage for a film forming gas to be exhausted are provided, and a gas exhaust hole (see FIG. And a gas exhaust passage 156 leading to (not shown).
  • the gas supply path 155 and the gas exhaust path 156 are doubled in the support portion 113 so that the gas supply path 155 is located on the inner side and the gas exhaust path 156 is located on the outer side. That is, gas is supplied in the direction indicated by arrow H 1 in FIG. 26, the gas is exhausted in the direction indicated by the arrow H 2 in FIG.
  • the gas exhaust path 156 is provided outside, and thus leaks into the gas exhaust path 156. Gas enters and is exhausted. If it does so, the gas which leaked from the gas supply path 155 will not leak to another part. Therefore, the gas from the gas supply path 155 can be supplied to the head portion more safely and reliably.
  • the gas supply paths 155 may be provided in a multiple of double or more, and the gas exhaust paths 156 may be provided in a multiple of double or more.
  • the gas supply mechanism is configured to include a support portion that extends from the side wall side, the inner side portion is connected to the head portion, and supports the head portion, and the exhaust mechanism is an exhaust gas exhausted inside the support portion.
  • the gas supply mechanism includes an exhaust passage serving as a gas passage, the gas supply mechanism includes a gas supply passage serving as a passage of the gas to be supplied inside the support portion, and the gas supply passages are multiplexed so as to be inside the gas exhaust passage. What is necessary is just to be provided.
  • the head portion may be configured to be able to go back and forth between two or more processing containers.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a part of the plasma processing apparatus in this case.
  • the plasma processing apparatus 121 includes a first processing container 122a located on the left side in FIG. 19 and a second processing container 122b located on the right side.
  • the first processing container 122a and the second processing container 122b are provided so as to share the side wall 123 positioned therebetween.
  • the processing vessels 122a and 122b are provided with holding bases 124a and 124b, a plasma processing gas supply unit, dielectric windows 125a and 125b, and the like. Then, plasma processing can be performed on the substrate W to be processed in each of the processing containers 122a and 122b.
  • only one gas supply mechanism including the head portion 126 is provided in the plasma processing apparatus.
  • the head portion 126 is configured to be movable between the first processing container 122a and the second processing container 122b.
  • a first shutter 128a and a second shutter 128b that can open and close the opening 127 are provided on the first and second processing containers 122a and 122b. Specifically, the head portion 126 can go back and forth between the first processing container 122a and the second processing container 122b through the opening 127.
  • an efficient film formation process can be performed. That is, for example, while the plasma processing of the substrate W to be processed is performed in the second processing container 122b on one side, the head unit 126 is moved to the first processing container 122a on the other side, and the first The gas adsorption process for the substrate W to be processed is performed by the head unit 126 in the processing container 122a.
  • efficient film formation is possible. In this case, the plasma generator and the like can be shared by the processing in the two processing containers.
  • the plasma processing apparatus is configured to include a target substrate moving mechanism capable of at least one of supporting the target substrate on the holding table and removing the target substrate supported on the holding table. May be.
  • FIG. 28 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the plasma processing system in this case.
  • the plasma processing system 161 serves as a carry-in port for the substrate to be processed W before processing and a carry-out port for the substrate to be processed W after processing, and the substrate W to be processed between the plasma processing system 161 and the outside.
  • Each of the holding bases 167a and 167b provided in each plasma processing apparatus 181a and 181b can support the four substrates to be processed W, respectively.
  • the supporting regions of the four substrates to be processed W on the holding table 167a are indicated by regions 168a, 168b, 168c, 168d indicated by alternate long and short dash lines in FIG.
  • the support areas of the four substrates to be processed W on the holding base 167b are indicated by areas 168e, 168f, 168g, 168h indicated by alternate long and short dash lines in FIG.
  • the holding bases 167a and 167b are capable of mounting four substrates to be processed W.
  • the holders 167a and 167b are not limited to this, and for example, two or more substrates to be processed W may be mounted. .
  • FIG. 29 is a schematic perspective view schematically showing the vicinity of the holding table 167a.
  • three pins (not shown) are used for supporting substrate W to be processed on holding table 167a and removing substrate W to be processed from holding table 167a. Support and removal of the substrate W to be processed by the pins will be described later.
  • three pin holes 172a, 172b, and 172c which are three pin installation regions in the region 168a of the holding table 167a, are shown. Illustration of pin holes in the other regions 168b to 168d is omitted.
  • the three pin holes 172a to 172c are provided at positions that form an equilateral triangle when they are connected by virtual lines. That is, the three pin holes 172a to 172c are provided at portions located at the corners of a virtual equilateral triangle.
  • One plasma processing apparatus 181a including the holding table 167a is provided with the head unit 169 described above.
  • the head unit 169 is attached to the support unit 170.
  • Head portion 169, as the center of rotation of the base portion 171 made of an outer side end portion of the support portion 170 is rotatable 360 degrees in the direction indicated by the arrow J 1 in FIG. 29.
  • the holding table 167a as the rotation around the center of the base portion 171 is rotatable 360 degrees in the direction indicated by the arrow J 2 in Figure 29.
  • the rotating holding table 167a and the pins described above are capable of at least one of supporting the substrate to be processed on the holding table and removing the substrate to be processed supported on the support table.
  • the other plasma processing apparatus 181b including the holding table 167b is provided with the head portion 173, the support portion 174a, and the root portion 175 described above.
  • a placement unit 176 on which the substrate W to be processed can be placed thereon is provided at a position facing the head unit 173 by 180 degrees with the root portion 175 as the center.
  • the placement portion 176 is supported by the support portion 174b.
  • the support portion 174a that supports the head portion 173 and the support portion 174b that supports the mounting portion 176 are provided so as to be substantially in a straight line with the root portion 175 interposed therebetween.
  • the mounting portion 176 has an L-shaped cross section and has a substantially semicircular shape when viewed from the direction of the rotation center axis.
  • the placement unit 176 can place the substrate W to be processed on the upper surface having an L-shaped cross section.
  • the head portion 173 and the placement portion 176 can rotate 360 degrees with the center of the root portion 175 as the center of rotation.
  • the substrate W to be processed supported by the four support regions 168e to 168h can be loaded and unloaded. it can.
  • three pin holes 177a, 177b, and 177c which are three pin installation areas in the area 168e of the holding table 167b, are shown. Illustration of pin holes and pins in the other regions 168f to 168h is omitted.
  • FIG. 32, FIG. 33, and FIG. 34 are schematic cross-sectional views showing a part of the holding table 167b when the substrate W to be processed is supported and removed by the pins.
  • a substrate to be processed W is supported in a region 168e on the holding table 167b.
  • Pins 178a and 178b and pin holes 177a and 177b are provided in the region 168e where the target substrate W is supported.
  • the pins 178a and 178b are provided in the pin holes 177a and 177b, respectively.
  • illustration of the pin holes 177c and the pins provided in the pin holes 177c is omitted from the viewpoint of easy understanding.
  • the pins 178a and 178b are movable in the vertical direction on the paper surface in FIG.
  • the pins 178a and 178b arranged in the pin holes 177a and 177b respectively move upward in the drawing.
  • the lower surface 179 of the substrate to be processed W is pushed by the upper ends of the pins 178a and 178b, and the substrate to be processed W moves upward.
  • the substrate to be processed W is placed on the upper ends of the pins 178a and 178b.
  • W can be placed.
  • the mounting portion 176 rotates and moves to the position of the support region 168e. Then, the lower surface 179 of the substrate W to be processed comes to a position facing the upper surface 180 having an L-shaped cross section in the mounting portion 176.
  • the portion located on the outer side of the mounting portion 176 arrives faster due to the rotation, so the portion located on the outer side is indicated by a solid line, and the portion located on the inner side is indicated by a dotted line Is shown.
  • the pins 178a and 178b are moved downward. Then, the lower surface 179 of the substrate to be processed W is placed on the upper surface 180 of the placement unit 176. Then, the substrate W to be processed is moved out of the support region 168e by the rotation of the mounting portion 176.
  • the pin is raised, In a state where the substrate to be processed W is lifted, the mounting portion 176 is rotated to move out of the region 168f, and then the pin is lowered to be supported by the region 168f.
  • the substrate W to be processed can be supported on the holding table 167b and removed from the holding table 167b efficiently.
  • the mounting portion and the pin described above can move the substrate to be processed so that at least one of the support of the substrate to be processed on the holding table and the removal of the substrate to be processed supported on the support table can be performed.
  • the present invention is not limited to this, and four or more pins may be provided. Furthermore, it is only necessary that the pin can be placed on the upper end of the pin in a stable state, and the three pins are not necessarily provided at the position of the equilateral triangle. Further, for example, the tip of the pin may be flat, and in this case, the substrate W to be processed can be temporarily placed in a stable state even if the number of pins is one or two.
  • the head part provided in the gas supply mechanism is provided with a disk part.
  • the present invention is not limited to this, and the head part includes a rod-like part extending in the horizontal direction in the processing container.
  • the rod-shaped portion may be configured so that the region on the substrate to be processed held on the holding table can be moved in the horizontal direction.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the plasma processing apparatus 131 in this case, and corresponds to FIG.
  • FIG. 21 is a perspective view showing a part of a rod-like portion provided in the plasma processing apparatus.
  • the head portion 133 included in the gas supply mechanism provided in the plasma processing apparatus 131 includes a rod-like portion 134 that extends in the horizontal direction in the processing container 132.
  • the rod-shaped part 134 has a substantially perfect outer shape when cut in a cross section perpendicular to the longitudinal direction.
  • a root portion 135 that is one end of the rod-shaped portion 134 is attached to the side wall 136 of the processing container 132. That is, the rod-shaped portion 134 is supported by the side wall 136.
  • 10 mm is selected as the distance between the lowermost portion of the rod-shaped portion 134 and the holding table 34.
  • the rod-shaped portion 134 is configured to cover a part of the substrate W to be processed when positioned on the upper side of the holding table 34.
  • the rod-shaped part 134 has a hollow shape.
  • the hollow portion located on the inner side of the rod-shaped portion 134 becomes a gas supply path 137 provided in the head portion and the support portion of the gas supply mechanism provided in the plasma processing apparatus shown in FIG.
  • a gas supply hole 138 is provided so as to be connected to the gas supply path 137 from a surface facing the target substrate W on the lower side of the rod-shaped portion 134.
  • a plurality of gas supply holes 138 are provided at predetermined intervals in the longitudinal direction of the rod-like portion 134.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the plasma processing apparatus 131 shown in FIG. 20, and is a view of the plasma processing apparatus 131 viewed from above.
  • the rod-like portion 134 is movable in the horizontal direction on the region on the substrate W to be processed held on the holding table 34.
  • the rod-like portion 134 is configured to be rotatable with the root portion 135 as the rotation center.
  • the upper side of the substrate W to be processed is the first position
  • the position avoiding the upper side of the substrate W to be processed is the second position.
  • the outer shape of the side wall 136 of the plasma processing apparatus 131 is rectangular. Even with the plasma processing apparatus 131 having such a configuration, the same effects as described above can be obtained. Further, since such a rod-shaped portion has a relatively simple structure, the cost can be reduced when the rod-shaped portion 134 is manufactured. In this case, the small volume area is an area formed between the rod-shaped portion 134 and the holding table 34.
  • the rod-like portion 134 provided in the plasma processing apparatus 139 may be configured to be movable in the direction of arrow G shown in FIG. .
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing a part of the rod-like portion in this case, and corresponds to FIG. Referring to FIG. 24, the hollow portion located on the inner side of rod-shaped portion 141 is partitioned by wall portion 142. The hollow portion on one side partitioned by the wall 142 serves as the gas supply path 143 described above, and the hollow portion on the other side serves as the gas exhaust path 144. Similarly to the rod-shaped portion 134 shown in FIG. 21 described above, a gas supply hole 145 for supplying a deposition gas to the substrate W to be processed is provided at a predetermined interval in the longitudinal direction so as to be connected to the gas supply path 143. A plurality are provided.
  • the gas exhaust passage 144 is also provided with a plurality of gas exhaust holes 146 for exhausting a small volume region with a predetermined interval in the longitudinal direction.
  • a configuration may be adopted.
  • the outer shape of the cross section of the rod-shaped portion 141 is a rectangular shape.
  • the holding table may be configured to be movable in at least one of the vertical direction and the horizontal direction.
  • plasma processing and gas adsorption can be performed more appropriately. Specifically, for example, when the head unit is arranged at the first position, the holding base is moved closer to the head unit in conjunction with the movement of the head unit.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to the case where silicon atoms are nitrided. That is, after the above-described gas adsorption step, a nitride-containing gas, for example, N 2 gas is supplied into the processing container and plasma processing is performed to form a silicon nitride film. This also applies to such a case.
  • a nitride-containing gas for example, N 2 gas
  • a gas containing BTBAS is used as a precursor gas for gas adsorption, but other gas containing silicon may be used as a matter of course. Also in the plasma treatment, a gas other than oxygen gas can be used.
  • plasma may always be generated regardless of the movement of the head portion. By doing so, it is possible to further improve the throughput.
  • the present invention may be applied to formation of a gate oxide film or other insulating layer in a MOS transistor, for example, an interlayer insulating film or a gate sidewall.
  • the present invention is also effectively applied to CCDs and LSIs.
  • the present invention is applied to all film forming processes in which a gas adsorption process for supplying a film forming gas to form an adsorption layer and a plasma treatment process are combined.
  • the film include the following. That is, as a gate insulating film, SiO 2 , H 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , La 2 O 3 , DRAM (Dynamic Random Access Memory) as a trench capacitor, SiO 2 , HfO 2 , Al As gate oxide films for 3D devices such as 2 O 3 , Ta 2 O 5 , FinFET (Field Effect Transistor), etc., SiO 2 , Al 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , La 2 O 3 , MEMS as (Micro Electro Mechanical Systems) nanolaminate, HfO 2, Ta 2 O 5 , TiO 2, Ta 2 O 5, Al 2 O 3, ZnO as a UV block layer, TiO 2, organic EL (Electro Lum for Al 2 O 3 Nescence) element is an alumina insulating film, as an optical device or a solar cell or the like, AlTiO, SnO 2,
  • an exhaust process for exhausting the inside of the processing vessel may be performed between the gas adsorption process and the plasma processing process. Further, an exhaust process may be performed after the plasma treatment process.
  • the plasma processing gas is supplied from the gas supply hole provided in the side wall.
  • the present invention is not limited thereto, and the gas supply is jetted toward the center of the substrate to be processed.
  • the hole may be provided in the central region of the dielectric window and supplied from the gas supply hole.
  • a thin plate-like focus ring may be provided on the outer diameter side of the substrate to be processed held on the holding table.
  • the extension portion is positioned above the annular focus ring as the first position.
  • the configuration including such a focus ring is advantageous in the following points.
  • the head portion In the first position, the head portion is arranged so as to cover the substrate to be processed, and film formation or the like is performed also on the periphery of the substrate to be processed, specifically on the focus ring located on the outer diameter side of the substrate to be processed. Will be made.
  • the focus ring replaceable, the problem of film formation on the outer diameter side of the substrate to be processed can be solved.
  • the plate thickness of the focus ring it is possible to adjust the gap between the head portion and the holding table.
  • the plasma processing is performed by the microwave by RLSA using the slot antenna plate.
  • the present invention is not limited to this, and the microwave plasma processing apparatus having a comb-shaped antenna unit is used. Also good.
  • the plasma processing apparatus uses a microwave as a plasma source.
  • the present invention is not limited thereto, and is not limited to ICP (Inductively-coupled Plasma), ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma, parallel plate type plasma.
  • the present invention is also applicable to a plasma processing apparatus using a plasma source as a plasma source, and is not limited to plasma generation means.
  • the plasma processing apparatus and the gas supply mechanism for the plasma processing apparatus according to the present invention are effectively used when efficient production of a high-quality film is required.

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Abstract

　プラズマ処理装置３１は、処理容器３２と、処理容器３２内にプラズマ処理用のガスを供給するプラズマ処理用ガス供給部３３と、その上に被処理基板Ｗを保持する保持台３４と、処理容器３２内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構３９と、保持台３４の上方側となる第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であってガスを供給可能なヘッド部６２を含み、ヘッド部６２が第一の位置に配置された際にヘッド部６２と保持台３４との間に形成される小容積領域において、被処理基板Ｗ上に成膜ガスを吸着させるガス供給機構６１とを備える。

Description

プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置用ガス供給機構
　この発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置用ガス供給機構に関するものであり、特に、半導体素子の製造に利用されるプラズマ処理装置、およびこのようなプラズマ処理装置に用いられるプラズマ処理装置用ガス供給機構に関するものである。
　従来、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等に代表される半導体素子のゲート酸化膜等への高耐圧特性や優れたリーク特性が要求される絶縁層を形成する場合、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることが一般的であった。しかし、高い絶縁性が要求されるシリコン酸化膜を成膜する場合において、上述した熱ＣＶＤによるシリコン酸化膜の成膜によると、シリコン基板を高温に暴露する必要がある。そうすると、比較的低融点の物質、例えば、低融点の金属や高分子化合物により既にシリコン基板上に導電層等が形成されている場合、低融点金属の溶融等が生じる問題があった。
　一方、近年のデバイスの高集積化の観点から、３次元構造等への段差被覆性や均一性、絶縁膜内および界面に不純物や物理欠陥の無い高品質な膜質が要求されている。これらを解決する手法として、基板表面に原子単位相当で反応ガスを周期的に供給することにより成膜し、高精度の膜厚制御を行うことができるＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が有効な手段の一つであることが知られている。しかし、ＡＬＤ法で形成した膜の膜質は、熱ＣＶＤ法で形成した膜の膜質と比較して、耐圧特性やリーク特性が不十分であった。　それらの問題を解決し、さらに効率良く高品質な膜を形成する手段として、プラズマエネルギーを用いたＰＥ－ＡＬＤ（Ｐｌａｓｍａ－Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＡＬＤ）法が注目されている（Ｍａｙ　１５　２００８　ＡＳＭ　Ｓｅｍｉ　Ｍｆｇ　Ｃｈｉｎａ　ＡＬＤ　Ａｒｔｉｃｌｅ．ｐｄｆ（非特許文献１））。
Ｍａｙ　１５　２００８　ＡＳＭ　Ｓｅｍｉ　Ｍｆｇ　Ｃｈｉｎａ　ＡＬＤ　Ａｒｔｉｃｌｅ．ｐｄｆ
　ＰＥ－ＡＬＤ法による処理は、以下に示す（１）～（３）の流れで行なわれる。すなわち、ＰＥ－ＡＬＤ法による処理は、（１）基板表面あるいは下地膜に薄膜をなす原子を含む第一のガスを供給し化学吸着させる工程、（２）前記工程にて物理吸着した余剰ガスを除去する工程、（３）薄膜をなす原子を含む第二のガスを用いたプラズマ処理により所望の薄膜を形成する工程、からなる。
　ここで問題となるのは、（１）、（２）の工程と（３）の工程で処理容器に要求される性能が異なる事である。ＰＥ－ＡＬＤ法にとって、スループット改善は、装置開発上、重要な課題の一つであった。
　具体的には、（１）および（２）の工程では、ガス置換特性が重要である。例えば、基板上にガスを供給して化学吸着を行なう場合を考えてみる。ガスを吸着飽和させるためには、処理容器内の圧力を、一定の圧力に昇圧する必要がある。ここで、処理容器内における昇圧前と昇圧後の圧力差をΔＰ、ガスの供給流量をＱ、処理容器の容積をＶ、昇圧に要する時間をｔとすると、ｔ＝ΔＰ×Ｖ／Ｑの関係を有する。
　一定のΔＰを昇圧する場合において、時間ｔを小さくするためには、ガスの供給流量Ｑを多くすることも有効である。しかし、供給ガスである原材料の消費量が多くなり、ランニングコストに影響するので好ましくない。
　また、物理吸着した余剰ガスを除去する工程を考えると、一定圧力状態から排気およびガス置換を行なう必要がある。ここで、処理容器内の初期圧力をＰ０、到達圧力をＰ１、処理容器の容積をＶ、排気速度をＳ、時間をｔとすると、Ｐ１＝Ｐ０×ｅｘｐ（－（Ｓ／Ｖ）ｔ）の関係を有する。
　一定の初期圧力Ｐ０と到達圧力Ｐ１の場合において、時間ｔを小さくするためには、排気速度Ｓを大きくすることが有効である。しかし、排気速度Ｓを大きくするには高速大容量のポンプが必要となり、装置コストの上昇や装置自体の大型化に至り、好ましくない。
　このように、いずれの場合においても、時間ｔを小さくするためには、処理容器の容積Ｖを小さくすることが有効である。
　しかし、（３）の工程に関して、プラズマの着火性、放電安定性、基板へのダメージ等を考えると、良質なプラズマの生成には一定以上の処理容器の容積が必要である。すなわち、処理容器の容積を小さくするにも限界がある。
　また、ガス供給とプラズマ処理に同一の処理容器を用いることで、処理容器の内壁面は基板積算枚数と同様の成膜や、反応生成物の付着が発生する。このような反応生成物等は、内壁面から剥がれ、パーティクルの原因となる。したがって、一定時間ごとに処理容器をクリーニングする必要があり、生産効率上好ましくない。
　この発明の目的は、効率的に高品質な膜を成膜することができるプラズマ処理装置を提供することである。
　この発明の他の目的は、効率的に高品質な膜を成膜することができるプラズマ処理装置用ガス供給機構を提供することである。
　この発明に係るプラズマ処理装置は、下方側に位置する底部および底部の外周側から上方側に延びる側壁を含み、密封可能であって、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、保持台の上方側となる第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であってガスを供給可能なヘッド部を含み、ヘッド部が第一の位置に配置された際にヘッド部と保持台との間に形成される小容積領域において成膜ガスを供給し、被処理基板上に成膜ガスを吸着させるガス供給機構とを備える。
　このように構成することにより、成膜ガスを被処理基板上に吸着させる際に、保持台とヘッド部との間に形成される小容積領域において成膜ガスの供給を行なうことができる。そうすると、成膜ガスの供給量の低減を図ることができる。また、成膜時において、大容積である処理容器全体の圧力調整ではなく、小容積領域において小流量で圧力調整を行なうことができるため、圧力調整の短時間化を図ることができる。したがって、成膜を効率的に行なうことができる。さらに、プラズマ処理を行う際にも、処理容器の内壁面が成膜ガスに曝されることがないため、処理容器の内壁面への反応生成物の付着を抑制することができる。そうすると、処理容器の内壁面をクリーニングする工程の数を少なくすることができる。また、パーティクルの発生を抑制することもできる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、効率的に高品質な膜を成膜することができる。
　好ましくは、ヘッド部は、略円板状の円板部を含み、ヘッド部が第一の位置に配置された際に、円板部は、保持台の上方側を覆う。
　また、ヘッド部は、処理容器内において水平方向に延びる棒状部を含み、棒状部は、保持台上に保持された被処理基板上の領域を水平方向に移動可能であるよう構成してもよい。
　さらに好ましくは、ガス供給機構は、ヘッド部のうち、ヘッド部が第一の位置に配置された際に保持台上に保持された被処理基板に対向する位置に設けられ、成膜ガスを供給するガス供給孔を含む。
　さらに好ましくは、ガス供給機構は、ヘッド部が第一の位置に配置された際に、ヘッド部と保持台との間に形成される小容積領域の排気を行う排気機構を含む。
　さらに好ましい一実施形態として、排気機構は、ヘッド部のうち、ヘッド部が第一の位置に配置された際に保持台上に保持された被処理基板に対向する位置に設けられ、保持台とヘッド部との間に形成される小容積領域の排気を行う排気孔を含む。
　なお、ヘッド部が第一の位置に配置された際に、ヘッド部と保持台との間に形成される小容積領域の容積は、処理容器の容積の５０％以下であることが好ましい。
　さらに好ましくは、ヘッド部は、上下方向および水平方向のうち、少なくともいずれか一方方向に移動可能である。
　さらに好ましくは、ガス供給機構は、側壁側から延び、内方側部分がヘッド部に連結され、ヘッド部を支持する支持部を含む。
　なお、ヘッド部および支持部の温度を調整可能な温度調整機構を含むよう構成してもよい。
　また、ガス供給機構は、側壁側から延び、内方側部分がヘッド部に連結され、ヘッド部を支持する支持部を含む構成であり、排気機構は、支持部の内部に、排気された排気ガスの通路となる排気路を含み、ガス供給機構は、支持部の内部に、供給するガスの通路となるガス供給路を含み、ガス供給路は、ガス排気路の内側となるように多重に設けられていてもよい。
　また、保持台上への被処理基板の支持および保持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構を備えるよう構成してもよい。
　なお、ヘッド部は、支持部の外方側端部を中心に回転可能であるよう構成してもよい。
　さらに好ましくは、処理容器には、側壁の一部が外方側に延びるようにして形成されており、ヘッド部を収容可能な収容部が設けられている。
　ここで、収容部内の領域と収容部外の領域とを遮断可能な遮断機構を備えるよう構成してもよい。
　さらに好ましい一実施形態として、遮断機構は、側壁の内方側の壁面に沿って移動可能な遮蔽板を含む。
　また、処理容器は、第一の処理容器と、第一の処理容器とは異なる第二の処理容器とを備え、ヘッド部は、第一の処理容器と第二の処理容器との間を移動可能であるよう構成してもよい。
　さらに好ましくは、保持台は、上下方向および水平方向のうち、少なくともいずれか一方方向に移動可能である。
　さらに好ましくは、プラズマ発生手段は、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、保持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を処理容器内に導入する誘電体窓とを含む。
　さらに好ましい一実施形態として、プラズマ発生手段は、複数のスロット孔が設けられており、誘電体窓の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体窓に放射するスロットアンテナ板を含む。
　この発明の他の局面において、プラズマ処理装置用ガス供給機構は、下方側に位置する底部および底部の外周側から上方側に延びる側壁を含み、密封可能であって、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えるプラズマ処理装置に備えられる。プラズマ処理装置用ガス供給機構は、保持台の上方側となる第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であってガスを供給可能なヘッド部を含み、ヘッド部が第一の位置に配置された際にヘッド部と保持台との間に形成される小容積領域において成膜ガスを供給し、被処理基板上に成膜ガスを吸着させる。
　このようなプラズマ処理装置用ガス供給機構によると、効率的に高品質な膜を成膜することができる。
　好ましくは、第一の位置に配置された際に、保持台上に保持された被処理基板に対向する位置に、保持台とヘッド部との間に形成される小容積領域の排気を行う排気孔を含む。
　このようなプラズマ処理装置によると、成膜ガスを被処理基板上に吸着させる際に、保持台とヘッド部との間に形成される小容積領域において成膜ガスの供給を行なうことができる。そうすると、成膜ガスの供給量の低減を図ることができる。また、成膜時において、大容積である処理容器全体の圧力調整ではなく、小容積領域において小流量で圧力調整を行なうことができるため、圧力調整の短時間化を図ることができる。したがって、成膜を効率的に行なうことができる。さらに、プラズマ処理を行う際にも、処理容器の内壁面が成膜ガスに曝されることがないため、処理容器の内壁面への反応生成物の付着を抑制することができる。そうすると、処理容器の内壁面をクリーニングする工程の数を少なくすることができる。また、パーティクルの発生を抑制することもできる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、効率的に高品質な膜を成膜することができる。
　また、このようなプラズマ処理装置用ガス供給機構によると、効率的に高品質な膜を成膜することができる。
ＭＯＳ型半導体素子の一部を示す概略断面図である。 この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 図２に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を板厚方向から見た図である。 誘電体窓の下面からの距離とプラズマの電子温度との関係を示すグラフである。 誘電体窓の下面からの距離とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。 図２に示すプラズマ処理装置に含まれるヘッド部の一部を、図２中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。 図６に示すヘッド部の一部を示す断面図である。 図２に示すプラズマ処理装置において、ヘッド部が収容部に収容された状態を示す概略断面図である。 図２に示すプラズマ処理装置で成膜する際の代表的な処理の工程を示すフローチャートである。 処理容器全体におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。 保持台とヘッド部との間に形成される小容積領域におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。 ＲＬＳＡを用いたＰＥ－ＡＬＤで成膜を行ったライナー膜の断面を拡大して示す顕微鏡写真であり、アスペクト比が約６の場合を示す。 ＲＬＳＡを用いたＰＥ－ＡＬＤで成膜を行ったライナー膜の断面を拡大して示す顕微鏡写真であり、アスペクト比が約３の場合を示す。 ヘッド部が上下方向に回転するようにして移動するプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。 ガス排気孔が設けられているヘッド部の一部を板厚方向から見た図であり、図６に相当する。 ガス排気孔が設けられているヘッド部の一部を示す断面図であり、図７に相当する。 ヘッド部が水平方向に移動可能なプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 ヘッド部が水平方向に回転可能なプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 第一および第二の処理容器を行き来可能なヘッド部を備えるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 ヘッド部が棒状部を含むプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 棒状部の一部を示す斜視図である。 棒状部が水平方向に移動可能なプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 棒状部が水平方向に回転可能なプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 ガス排気孔を備える棒状部の一部を示す斜視図である。 図１７に示す支持部のうちの根元部付近の一部の構成を示す概略断面図である。 図１７に示す支持部のうちの根元部付近の一部の構成を示す概略断面図であり、図２５に示す断面を９０度回転させた場合の断面に相当する。 図１７に示す支持部のうちの根元部付近の一部の構成を示す概略断面図であり、図２６中のＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩ断面に相当する。 プラズマ処理システムの構成を概略的に示す概略図である。 回転可能な支持台付近を概略的に示す概略斜視図である。 固定された支持台付近を概略的に示す概略斜視図である。 ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の保持台の一部を示す概略断面図であり、保持台上に被処理基板Ｗが支持された状態を示す。 ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の保持台の一部を示す概略断面図であり、ピンの上側端部に被処理基板Ｗを載せた状態を示す。 ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の保持台の一部を示す概略断面図であり、載置部の上面と被処理基板Ｗの下面が対向した位置にある状態を示す。 ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の保持台の一部を示す概略断面図であり、載置部に被処理基板Ｗを載置した状態を示す。
　以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置によって製造される半導体素子の構成について説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置によって製造されるＭＯＳ型半導体素子の一部を示す概略断面図である。なお、図１に示すＭＯＳ型半導体素子において、導電層をハッチングで示している。
　図１を参照して、ＭＯＳ型半導体素子１１には、シリコン基板１２上に、素子分離領域１３、ｐ型ウェル１４ａ、ｎ型ウェル１４ｂ、高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａ、高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂ、ｎ型不純物拡散領域１６ａ、ｐ型不純物拡散領域１６ｂ、およびゲート酸化膜１７が形成されている。ゲート酸化膜１７を間に挟むように形成される高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａおよび高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂのいずれか一方は、ドレインとなり、他方はソースとなる。
　また、ゲート酸化膜１７の上には、導電層となるゲート電極１８が形成されており、ゲート電極１８の側部には、絶縁膜となるゲート側壁部１９が形成される。さらに、上記したゲート電極１８等が形成されたシリコン基板１２の上には、絶縁膜２１が形成される。絶縁膜２１には、高濃度ｎ型不純物拡散領域１５ａおよび高濃度ｐ型不純物拡散領域１５ｂに連なるコンタクトホール２２が形成され、コンタクトホール２２内には穴埋め電極２３が形成される。さらにその上に導電層となるメタル配線層２４が形成される。さらに、絶縁層となる層間絶縁膜（図示せず）および導電層となるメタル配線層を交互に形成し、最後に外部との接点となるパッド（図示せず）を形成する。このようにＭＯＳ型半導体素子１１が形成されている。
　この発明に係るプラズマ処理装置によって製造される半導体素子には、後述するように、被処理基板上に成膜ガスを吸着させてプラズマ処理を行うことで形成されたシリコン酸化膜が、例えば、ゲート酸化膜１７として含まれる。また、この発明に係るプラズマ処理装置によって成膜される絶縁膜は、上記したゲート酸化膜を構成するシリコン酸化膜であって、被処理基板上に成膜ガスを吸着させてプラズマ処理することにより成膜されている。
　次に、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成および動作について説明する。
　図２は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。また、図３は、図２に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を下方側、すなわち、図２中の矢印ＩＩＩの方向から見た図である。なお、図２において、理解の容易の観点から、部材の一部のハッチングを省略している。
　図２および図３を参照して、プラズマ処理装置３１は、その内部で被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理容器３２と、処理容器３２内にプラズマ処理用の反応ガスを供給するプラズマ処理用のガス供給部３３と、その上に被処理基板Ｗを保持する円板状の保持台３４と、処理容器３２内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構３９と、プラズマ処理装置３１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、プラズマ処理用のガス供給部３３におけるガス流量、処理容器３２内の圧力等、プラズマ処理装置３１全体の制御を行なう。
　処理容器３２は、保持台３４の下方側に位置する底部４１と、底部４１の外周から上方向に延びる側壁４２とを含む。側壁４２は、一部を除いて略円筒状である。処理容器３２の底部４１には、その一部を貫通するように排気用の排気孔４３が設けられている。処理容器３２の上部側は開口しており、処理容器３２の上部側に配置される蓋部４４、後述する誘電体窓３６、および誘電体窓３６と蓋部４４との間に介在するシール部材としてのＯリング４５によって、処理容器３２は密封可能に構成されている。
　プラズマ処理用のガス供給部３３は、側壁４２の上部側の一部において、処理容器３２内にプラズマ処理用ガスを供給する複数のプラズマ処理用のガス供給孔４６を設けることにより形成されている。複数のプラズマ処理用のガス供給孔４６は、周方向に等配に設けられている。プラズマ処理用のガス供給部３３には、反応ガス供給源（図示せず）からプラズマ処理用のガスが供給される。
　保持台３４は、静電チャック（図示せず）によりその上に被処理基板Ｗを保持可能である。また、保持台３４は、内部に設けられた温度調整機構（図示せず）により所望の温度に設定可能である。保持台３４は、底部４１の下方側から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部４９に支持されている。上記した排気孔４３は、筒状支持部４９の外周に沿って処理容器３２の底部４１の一部を貫通するように設けられている。環状の排気孔４３の下方側には排気管（図示せず）を介して排気装置（図示せず）が接続されている。排気装置は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置により、処理容器３２内を所定の圧力まで減圧することができる。
　プラズマ発生機構３９は、処理容器３２外に設けられており、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器３５と、保持台３４と対向する位置に配置され、マイクロ波発生器３５により発生させたマイクロ波を処理容器３２内に導入する誘電体窓３６と、複数のスロット孔４０が設けられており、誘電体窓３６の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体窓３６に放射するスロットアンテナ板３７と、スロットアンテナ板３７の上方側に配置され、後述する同軸導波管５４により導入されたマイクロ波を径方向に伝播する誘電体部材３８とを含む。
　マッチング機構５１を有するマイクロ波発生器３５は、モード変換器５２および導波管５３を介して、マイクロ波を導入する同軸導波管５４の上部に接続されている。例えば、マイクロ波発生器３５で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管５３を通り、モード変換器５２によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管５４を伝播する。マイクロ波発生器３５において発生させるマイクロ波の周波数としては、例えば、２．４５ＧＨｚが選択される。
　誘電体窓３６は、略円板状であって、誘電体で構成されている。なお、誘電体窓３６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。
　スロットアンテナ板３７は、薄板状であって、円板状である。複数の長孔状のスロット孔４０については、図３に示すように、一対のスロット孔４０が略ハの字状に直交するように設けられており、一対をなしたスロット孔４０が周方向に所定の間隔を開けて設けられている。また、径方向においても、複数の一対のスロット孔４０が所定の間隔を開けて設けられている。
　マイクロ波発生器３５により発生させたマイクロ波は、同軸導波管５４を通って、誘電体部材３８に伝播され、スロットアンテナ板３７に設けられた複数のスロット孔４０から誘電体窓３６に放射される。誘電体窓３６を透過したマイクロ波は、誘電体窓３６の直下に電界を生じさせ、処理容器３２内にプラズマを生成させる。すなわち、プラズマ処理装置３１において処理に供されるマイクロ波プラズマは、上記した構成のスロットアンテナ板３７および誘電体部材３８を含むラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ　Ｌｉｎｅ　Ｓｌｏｔ　Ａｎｔｅｎｎａ）により生成されている。
　図４は、プラズマ処理装置３１においてプラズマを発生させた際の処理容器３２内における誘電体窓３６の下面４８からの距離とプラズマの電子温度との関係を示すグラフである。図５は、プラズマ処理装置３１においてプラズマを発生させた際の処理容器３２内における誘電体窓３６の下面４８からの距離とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
　図４および図５を参照して、誘電体窓３６の直下の領域、具体的には、一点鎖線で示すおおよそ１０ｍｍ程度までの領域２６は、いわゆるプラズマ生成領域と呼ばれる。この領域２６においては、電子温度が１．５～２．５ｅＶ程度であって比較的高く、電子密度が１×１０１２ｃｍ－３よりも大きい。一方、二点鎖線で示す１０ｍｍを越える領域２７は、プラズマ拡散領域と呼ばれる。この領域２７においては、電子温度が１．０～１．３ｅＶ程度、少なくとも１．５ｅＶよりも低く、電子密度が１×１０１２ｃｍ－３程度、少なくとも１×１０１１ｃｍ－３よりも高い。プラズマ処理装置３１の処理容器３２内においては、マイクロ波により励起され、このようなプラズマの状態となっている。そして、後述する被処理基板Ｗに対するプラズマ処理は、プラズマ拡散領域で行なわれる。すなわち、プラズマ処理工程は、被処理基板の表面近傍において、プラズマの電子温度が１．５ｅＶよりも低く、かつプラズマの電子密度が１×１０１１ｃｍ－３よりも高いマイクロ波プラズマを用いた処理である。
　ここで、プラズマ処理装置３１は、保持台３４の上方側となる第一の位置および第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であって成膜ガスを供給可能なヘッド部６２と、処理容器３２の側壁４２側から延び、内方側部分である内方側端部６４がヘッド部６２に接続されてヘッド部６２を支持する支持部６３とを含み、ヘッド部６２が第一の位置に配置された際にヘッド部６２と保持台３４との間に形成される小容積領域において成膜ガスを供給し、被処理基板Ｗ上に成膜ガスを吸着させるガス供給機構６１を備える。第一および第二の位置については、後述する。なお、小容積領域とは、処理容器３２全体の大容積の領域と比較し、ヘッド部６２と保持台３４との間に形成される小さな容積の領域をいう。
　次に、ガス供給機構６１に備えられるヘッド部６２の詳細な構成について説明する。図６は、ヘッド部６２の一部を、図２に示す矢印ＩＩＩの方向から見た図である。図７は、図６に示すヘッド部６２の一部を示す断面図である。
　図６および図７を参照して、ヘッド部６２は、薄板円板状の円板部６６と、円板部６６の外径側領域から板厚方向に延びる環状の延出部６７とを備える。具体的には、延出部６７は、略円筒状であって、下方側に延びている。円板部６６は、被処理基板Ｗよりも大きく構成されている。上記した第一の位置とは、この場合、円板部６６が保持台３４の上方側を覆う位置である。第一の位置においては、保持台３４の外径側の上面４７と延出部６７を構成する下面７０とが対向する。
　ヘッド部６２は、ヘッド部６２が第一の位置、すなわち、保持台３４上に配置された際に保持台３４上に保持された被処理基板Ｗに対向する位置に設けられ、成膜ガスを供給するガス供給孔６８を含む。ガス供給孔６８は、ヘッド部６２に含まれる円板部６６の下方側に位置する面の一部が開口するように複数設けられている。複数のガス供給孔６８は、図６中縦方向および横方向に所定の間隔を開けて、それぞれ略等配に設けられている。
　ヘッド部６２の内部および支持部６３の内部には、一方側がガス供給孔６８に繋がり、他方側が処理容器３２外に設けられ、成膜ガスを供給するガス供給部（図示せず）に繋がるガス供給路６９が設けられている。ガス供給路６９および複数のガス供給孔６８を介して、処理容器３２の外部側から被処理基板Ｗに対して、成膜ガスを供給することができる。
　また、プラズマ処理装置３１に備えられる処理容器３２には、側壁４２の一部が外方側に延びるようにして形成されており、ヘッド部６２を収容可能な収容部７１が設けられている。収容部７１は、側壁４２の一部から外方側に向かって真直ぐ延びるようにして形成されている。なお、この収容部７１内の領域が、図２に示すプラズマ処理装置３１におけるヘッド部６２が移動可能な第二の位置となる。
　上記したようにヘッド部６２は、保持台３４の上方側である第一の位置、および収容部７１内である第二の位置に移動可能である。すなわち、ヘッド部６２は、図２に示す矢印Ａ１の方向またはその逆の方向に移動可能である。なお、ヘッド部６２が第一の位置に配置された場合を図２で示し、ヘッド部６２が第二の位置に配置された場合を、図８で示している。図８は、図２に示すプラズマ処理装置３１において、ヘッド部６２が収容部７１に収容された状態を示す概略断面図である。
　また、プラズマ処理装置３１には、収容部７１内の領域と収容部７１外の領域、ここでは、処理容器３２との領域を遮断する遮断機構としての遮蔽板７２が設けられている。遮蔽板７２は、側壁４２の内壁面７３に沿って、図２中の矢印Ａ２の方向またはその逆の方向に移動可能である。遮蔽板７２により、収容部７１内の領域と収容部７１外の領域を遮蔽した場合を、図８に示している。
　次に、図１～図９、表１および上記したプラズマ処理装置３１を用いて、絶縁膜を含む半導体素子を製造する方法について説明する。図９は、図２等に示すプラズマ処理装置を用いて被処理基板の成膜を行う際の代表的な処理の工程を示すフローチャートである。表１は、処理の流れおよびその処理条件を示すテーブルである。なお、後述するプラズマ処理時における保持台３４の温度は、例えば、１００～６００℃、好ましくは、３００～４００℃の間の任意の温度が選択される。
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　表１および図１～図９を参照して、まず、保持台３４上に半導体素子を形成する被処理基板Ｗを静電チャックにより保持させる。
　次に、被処理基板Ｗ上に成膜ガスを吸着させる（図９（Ａ））。具体的には、以下の流れによる。まず、ヘッド部６２を第一の位置、すなわち、被処理基板Ｗがその上に保持された保持台３４の上方側に移動させる。そして、保持台３４とヘッド部６２との間に形成される小容積領域内を表１のステップ（Ａ）に示す圧力とする。
　ここで、圧力の調整について説明する。図１０は、処理容器全体におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。図１１は、保持台３４とヘッド部６２との間に形成される小容積領域におけるガス流量と所定の圧力に到達するまでの到達時間との関係を示すグラフである。図１０および図１１中、縦軸は、到達時間（秒）を示し、横軸は、ガス流量（ｓｃｃｍ）を示す。なお、ガス流量は、Ａｒ（アルゴン）ガス換算で示している。図１０および図１１に示すグラフは、１Ｔｏｒｒから３Ｔｏｒｒに昇圧する場合のグラフである。図１０に示す場合において、処理容器全体の容積は、約５４リットルである。図１１に示す場合において、保持台３４とヘッド部６２との間に形成される小容積領域の容積は、０．７５リットルである。
　図１０および図１１を参照して、いずれのガス流量においても、３Ｔｏｒｒに到達するまでに要する時間は、図１１に示す場合の方が、大幅に短くなっていることが把握できる。なお、保持台３４とヘッド部６２の間に形成される小容積領域の容積は、例えば、処理容器３２の全体の容積の５０％以内であることが好ましい。また、小容積領域の容積は、処理容器３２の全体の容積の２０％以内であればさらに好ましい。ここで、上記した図１０および図１１に示す場合であれば、小容積領域の容積は、処理容器３２の全体の容積のおおよそ１．４％となる。
　その後、ガス供給孔６８から、成膜ガスを被処理基板Ｗに向けて供給する。具体的には、プリカーサガスを含む成膜ガスを複数のガス供給孔６８から噴出するようにして供給する。そうすると、被処理基板Ｗ上にガスが１層吸着される。この場合、シリコン原子を含む分子層がおおよそ１層程度形成される。
　成膜ガスを被処理基板Ｗ上に吸着させた後、ヘッド部６２を第二の位置へ移動させて収容部７１に退避させる。ヘッド部６２を収容部７１に収容後、遮蔽板７２を上方向に移動させ、収容部７１内と収容部７１外とを遮蔽板７２により遮断する。
　その後、表１のステップ（Ｂ）へ進み、未吸着のプリカーサガスを含む成膜ガスを除去するための物理吸着除去工程として、処理容器３２内の排気およびパージ（Ｐｕｒｇｅ）工程を行う（図９（Ｂ））。処理容器３２内の排気は、排気孔４３および排気装置等を用いて行なう。
　排気後、表１のステップ（Ｃ）へ進み、マイクロ波によるプラズマ処理を行う（図９（Ｃ））。具体的には、プラズマ処理用のガス供給部３３からプラズマ励起用のガスおよび反応ガスを含むプラズマ処理用ガスを処理容器３２内に供給する。この場合の反応ガスは、酸素（Ｏ２）ガスである。そして、処理容器３２内においてプラズマ発生機構３９によりプラズマを生成し、形成したシリコン原子を含む吸着層のマイクロ波によるプラズマ処理を行う。この場合のマイクロ波によるプラズマ処理は、シリコン分子を含む吸着層の終端処理と、シリコン原子の酸化処理である。このプラズマ処理は、上記したプラズマ拡散領域で行なう。
　このステップ（Ａ）～ステップ（Ｃ）の一連の流れを、所望の膜厚となるまで繰り返す。なお、実際の膜厚としては、例えば、膜厚１ｎｍ～５００ｎｍが選択される。このようにして、被処理基板Ｗに対するシリコン酸化膜の成膜を行なう。その後、被処理基板Ｗに対して、所望の箇所のエッチング等を繰り返し、図１に示すような半導体素子を製造する。なお、このような処理を、ＲＬＳＡを用いたＰＥ－ＡＬＤ処理という。また、このような装置を、ＲＬＳＡを用いたＰＥ－ＡＬＤ装置ともいう。
　このようなプラズマ処理装置によると、ガスを被処理基板上に吸着させる際に、保持台とヘッド部との間に形成される小容積領域において吸着層を形成することができる。そうすると、吸着工程の成膜ガスの供給量の低減や、吸着工程とプラズマ処理工程間における圧力調整の短時間化が図れ、成膜を効率的に行なうことができる。また、処理容器の内壁面が成膜ガスに曝されることがないため、処理容器の内壁面への成膜および反応生成物の付着を抑制することができる。そうすると、処理容器の内壁面をクリーニングする工程の数を少なくすることができる。また、パーティクルの発生を抑制することもできる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、効率的に高品質な膜を成膜することができる。
　また、このようなプラズマ処理装置用ガス供給機構によると、効率的に高品質な膜を成膜することができる。
　また、この場合、ヘッド部を収容部に収容し、遮蔽板により遮蔽しているため、プラズマによる処理の際のヘッド部および収容部の内壁面へのプラズマ処理による反応生成物の付着も低減することができる。
　ここで、上記の実施の形態においては、収容部は側壁の一部から外方側に向かって真直ぐ延びるようにして形成されることとしたが、これに限らず、収容部は、側壁の一部から外方側に向かって斜め方向に延びるようにして形成することにしてもよい。また、収容部の容積とヘッド部の大きさとをほぼ同一とし、ヘッド部の側壁において遮蔽機構を備えるよう構成してもよい。さらに遮蔽板の移動は上下方向に限らず、水平方向や円周方向、斜め方向に移動可能に構成してもよい。さらに、収容部内の空間と処理容器内の空間とを仕切るシャッター状のものを備えるようにしてもよい。さらに、遮蔽機構については、用途等に応じて設ける必要はない。
　図１２は、ＲＬＳＡを用いたＰＥ－ＡＬＤで処理を行ったライナー膜の断面を拡大して示す顕微鏡写真であり、アスペクト比が約６の場合を示す。図１３は、ＲＬＳＡを用いたＰＥ－ＡＬＤで処理を行ったライナー膜の断面を拡大して示す顕微鏡写真であり、アスペクト比が約３の場合を示す。なお、図１２中の矢印Ｂ１で示す部分および図１３中の矢印Ｂ２で示す部分が、ライナー膜である。また、ライナー膜の形成においては、ＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ－ｔｅｒｔｉａｒｙｌ－ｂｕｔｈｙｌ－ａｍｉｎｏ－ｓｉｌａｎｅ）を含むガスをプリカーサガスとしている。このようなライナー膜は、素子分離領域において形成されるトレンチにおいて、穴埋め絶縁膜によりトレンチを埋める前にトレンチの表面に形成され、高い絶縁性能等が要求される。
　図１２においては、トレンチの幅が７７．２ｎｍであり、トレンチの深さが４４９．５ｎｍであるので、アスペクト比は、５．８となる。また、図１３においては、トレンチの幅が１７０．０ｎｍであり、トレンチの深さが５８１．７ｎｍであるので、アスペクト比は、３．４となる。
　図１２および図１３を参照して、アスペクト比が約６の場合も約３の場合も、トレンチが完全に覆われ、トレンチの最深部までライナー膜による成膜がなされていることが把握できる。
　以上より、このような成膜方法によると、被処理基板が高いアスペクト比や、例えば、５０ｎｍ程度の微細な段差を有する形状であっても、上記した形状を完全に覆うように成膜することができる。さらに、マイクロ波プラズマによりプラズマ処理を行っているため、成膜時におけるプラズマダメージを大きく低減することができる。したがって、このような成膜方法によると、高品質な膜を形成することができる。
　また、このような成膜方法によると、半導体素子において高い絶縁性を有するシリコン酸化膜を低温で成膜することができる。そうすると、製造工程の順序の制約による問題等を回避することができる。
　また、このようにして成膜された絶縁膜は、絶縁性能に優れている。
　また、このようにして成膜された絶縁膜を備える半導体素子は、絶縁性能の優れている絶縁膜を備えるため、高品質である。
　なお、上記の実施の形態においては、ヘッド部は、処理容器内を横方向、すなわち、水平方向に進退するように移動することとしたが、これに限らず、ヘッド部は、処理容器内において、上下方向に移動可能なように構成することとしてもよい。
　なお、ヘッド部および支持部の温度を調整可能な温度調整機構を含むよう構成してもよい。こうすることにより、供給するガスの温度を適切にして、より効率的に成膜等を行うことができる。具体的には、例えば、ヒータおよびセンサ（いずれも図示せず）をヘッド部の内部および支持部の内部に設ける。そして、プラズマ処理装置に備えられる制御部により、センサからの温度情報に基づいて、ヒータのオンおよびオフを行うようにする。なお、ヒータやセンサは、ヘッド部や支持部の外側に取り付けるようにして設けることとしてもよい。また、いずれか一方、すなわち、ヘッド部のみや支持部のみに温度調整機構を備えるよう構成してもよい。
　ここで、温度調整を行う際の設定温度については、用いるプリカーサガスによって任意に設定される。制御においては、例えば、用いるプリカーサガスの蒸気圧に対応する温度範囲に設定してもよい。具体的には、用いるプリカーサガスの蒸気圧が１０Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０３Ｐａ）以上となるような温度範囲に設定してもよいし、用いるプリカーサガスの蒸気圧が１００Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０４Ｐａ）以上となるような温度範囲に設定してもよい。
　図１４は、この場合におけるプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。図１４を参照して、プラズマ処理装置９１の処理容器９２内には、ヘッド部９３と支持部９４とが備えられている。支持部９４の外径側端部９５は、処理容器９２の内壁面９６に取り付けられている。ヘッド部９３および支持部９４は、外径側端部９５を回転中心として、図１４中の矢印Ｃで示す方向、すなわち、上下方向に回転可能に構成されている。ヘッド部９３は、第一の位置として、保持台９７の上方側に配置される。また、ヘッド部９３は、第二の位置として、図１４に示す状態から、上側に回転させた状態に配置される。
　成膜処理については、まず、ガスを吸着する工程において、ヘッド部９３を保持台９７の上方側に位置させる。そして、プラズマ処理時においては、図１４中の矢印Ｃで示す方向に支持部９４ごと回転させて、ヘッド部９３を第二の位置、ここでは、内壁面９６側に傾けた位置にする。そして、マイクロ波による被処理基板Ｗのプラズマ処理を行う。このように構成することにしてもよい。
　また、上記の実施の形態において、ヘッド部は、排気機構を備える構成としてもよい。図１５は、この場合におけるプラズマ処理装置に備えられるヘッド部１０１の一部を板厚方向から見た図であり、図６に相当する。また、図１６は、図１５に示すヘッド部１０１の一部を示す断面図であり、図７に相当する。なお、図１５および図１６に示すヘッド部を含むプラズマ処理装置の全体的な構成は、図２および図８に示す通りである。
　図１５および図１６を参照して、ヘッド部１０１は、上記した図６に示すヘッド部と同様の複数のガス供給孔１０２と、排気のためのガス排気孔１０３とが設けられている。ガス排気孔１０３は複数設けられている。ガス排気孔１０３は、ガス供給孔１０２と所定の間隔を開けて、図１５に示す縦方向および横方向に、略等配に設けられている。さらに、ヘッド部１０１および図示しない支持部には、排気する成膜ガスの通路となるガス排気路１０４が設けられている。このように構成することにより、ヘッド部１０１が保持台１０５の上方側に配置されている状態で、未吸着の成膜ガスの排気を行うことができる。そうすると、処理容器全体の排気を行う必要がなく、スループットの向上に繋がる。
　また、図１７に示すように、プラズマ処理装置１１１に備えられるヘッド部１１２は、支持部１１３の根元部１１４を回転中心として、矢印Ｄで示す方向に処理容器１１５内を水平方向に回転可能な構成としてもよい。また、プラズマ処理装置１１６に備えられるヘッド部１１７は、図１８に示すように、支持部１１８ごと処理容器１１９内を矢印Ｅで示す水平方向に移動可能な構成としてもよい。
　ここで、支持部１１３の構成については、以下のようにしてもよい。図２５、図２６、および図２７は、図１７に示す支持部１１３のうちの根元部１１４付近の構成を示す概略断面図である。図２５に示す断面は、支持部１１３のうちの根元部１１４付近を、図１７における紙面表裏方向に延びる面で切断した場合の断面に相当し、図２６に示す断面は、図２５に示す断面を９０度回転させた場合の断面に相当し、図２７に示す断面は、図２６中のＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩ断面に相当する。
　図１７、図２５～図２７を参照して、支持部１１３のうちの根元部１１４には、回転可能な可動部１５１と、ベース１５３に固定されている固定部１５２とが設けられている。固定部１５２については、下方側に位置する部分が、土台となるベース１５３に取り付けられ、固定されている。一方、可動部１５１については、図２５および図２６に一点鎖線で示す紙面上下方向に延びる回転中心軸１５４を中心に、図１７および図２７中の矢印Ｄで示す方向におおよそ９０度回転することができる。
　支持部１１３および根元部１１４の内部においては、ヘッド部側にガスを供給するガス供給孔（図示せず）に通じるガス供給路１５５と、排気する成膜ガスの通路となり、ガス排気孔（図示せず）に通じるガス排気路１５６とが設けられている。ここで、ガス供給路１５５とガス排気路１５６とは、ガス供給路１５５が内側に位置し、ガス排気路１５６が外側に位置するよう、支持部１１３内において、二重に設けられている。すなわち、図２６中の矢印Ｈ１で示す方向にガスが供給され、図２６中の矢印Ｈ２で示す方向にガスが排気される。
　このように構成することにより、ガス供給路１５５から供給されるガスがガス供給路１５５の一部から漏洩したとしても、ガス排気路１５６が外側に設けられているため、ガス排気路１５６に漏洩したガスが入り込み、排気されることになる。そうすると、ガス供給路１５５から漏洩したガスが、他の部分に漏洩することはない。したがって、より安全かつ確実にガス供給路１５５からのガスをヘッド部に供給することができる。
　もちろん、この場合において、ガス供給路１５５が二重以上の多重に設けられていてもよいし、ガス排気路１５６が二重以上の多重に設けられていてもよい。すなわち、ガス供給機構は、側壁側から延び、内方側部分がヘッド部に連結され、ヘッド部を支持する支持部を含む構成であり、排気機構は、支持部の内部に、排気された排気ガスの通路となる排気路を含み、ガス供給機構は、支持部の内部に、供給するガスの通路となるガス供給路を含み、ガス供給路は、ガス排気路の内側となるように多重に設けられていればよい。
　さらにプラズマ処理装置において、処理容器を２つ以上有する構成として、ヘッド部を２つ以上の処理容器の間で行き来可能な構成としてもよい。
　図１９は、この場合のプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。図１９を参照して、プラズマ処理装置１２１は、図１９中の左方側に位置する第一の処理容器１２２ａと、右方側に位置する第二の処理容器１２２ｂとを備える。第一の処理容器１２２ａと第二の処理容器１２２ｂとは、その間に位置する側壁１２３を共有するようにして設けられている。そして、各処理容器１２２ａ、１２２ｂにはそれぞれ、保持台１２４ａ、１２４ｂ、プラズマ処理用ガス供給部および誘電体窓１２５ａ、１２５ｂ等が設けられている。そして、各処理容器１２２ａ、１２２ｂ内でそれぞれ、被処理基板Ｗに対するプラズマ処理が可能である。しかし、ヘッド部１２６を含むガス供給機構については、プラズマ処理装置において、１つのみ設けられている。
　ここで、第一の処理容器１２２ａと第二の処理容器１２２ｂとの間に位置する側壁１２３の一部は、開口している。この開口部１２７を通じて、ヘッド部１２６は、第一の処理容器１２２ａと第二の処理容器１２２ｂとの間を移動可能に構成されている。また、第一および第二の処理容器１２２ａ、１２２ｂ側には、開口部１２７の開閉を可能とする第一のシャッター１２８ａ、および第二のシャッター１２８ｂが設けられている。具体的には、開口部１２７を通じて、ヘッド部１２６は、第一の処理容器１２２ａと第二の処理容器１２２ｂとの間を行き来可能とされている。
　このような構成によると、効率的な成膜工程を行なうことができる。すなわち、例えば、一方側である第二の処理容器１２２ｂで被処理基板Ｗのプラズマ処理を行っている間に、他方側である第一の処理容器１２２ａにヘッド部１２６を移動させて、第一の処理容器１２２ａ内で、ヘッド部１２６により被処理基板Ｗに対するガス吸着工程を行う。このように構成することにより、効率的な成膜が可能となる。この場合、プラズマ発生器等についても、２つの処理容器における処理で、共用することができる。
　なお、プラズマ処理装置は、保持台上への被処理基板の支持および保持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構を備えるよう構成してもよい。図２８は、この場合におけるプラズマ処理システムの構成を概略的に示す概略図である。図２８を参照して、プラズマ処理システム１６１は、処理前の被処理基板Ｗの搬入口や処理後の被処理基板Ｗの搬出口となり、プラズマ処理システム１６１と外部との間において被処理基板Ｗの出し入れを行うための３つのロードポート１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃと、大気圧雰囲気下において被処理基板Ｗの搬送を行う空間を有するロードモジュール１６３と、ロードモジュール１６３とトランスファモジュール１６５との間において圧力調整等を行う２つのロードロックモジュール１６４ａ、１６４ｂと、真空雰囲気下において被処理基板Ｗの搬送を行う空間を有するトランスファモジュール１６５と、被処理基板Ｗのプラズマ処理を行う２つのプラズマ処理装置１８１ａ、１８１ｂと、トランスファモジュール１６５の内部に備えられ、図示しないアームを用いて、プラズマ処理装置１８１ａ、１８１ｂとの間において被処理基板Ｗの出し入れ等の搬送を行う被処理基板搬送機構（図示せず）とを備える。
　各プラズマ処理装置１８１ａ、１８１ｂに備えられるそれぞれの保持台１６７ａ、１６７ｂは、それぞれ４枚の被処理基板Ｗを載置するようにして支持することができる。保持台１６７ａにおける４枚の被処理基板Ｗの支持領域を、図２８等における一点鎖線で示す領域１６８ａ、１６８ｂ、１６８ｃ、１６８ｄで示している。また、保持台１６７ｂにおける４枚の被処理基板Ｗの支持領域を、図２８等における一点鎖線で示す領域１６８ｅ、１６８ｆ、１６８ｇ、１６８ｈで示している。なお、ここでは保持台１６７ａ、１６７ｂは、４枚の被処理基板Ｗを載置できることとしたが、これに囚われず、例えば、２枚以上の被処理基板Ｗを載置できるようにしてもよい。
　図２９は、保持台１６７ａ付近を概略的に示す概略斜視図である。図２９を参照して、被処理基板Ｗの保持台１６７ａ上への支持および被処理基板Ｗの保持台１６７ａからの取り外しについては、３つのピン（図示せず）が用いられる。ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しについては、後述する。なお、図２９においては、保持台１６７ａの領域１６８ａにおける３つのピンの設置領域となる３つのピン孔１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃを示している。他の領域１６８ｂ～１６８ｄにおけるピン孔の図示は省略する。３つのピン孔１７２ａ～１７２ｃは、それぞれを仮想線で結んだ場合に、ほぼ正三角形を形成する位置に設けられている。すなわち、３つのピン孔１７２ａ～１７２ｃは、仮想の正三角形の角に位置する部分に設けられている。
　保持台１６７ａを備える一方のプラズマ処理装置１８１ａには、上述したヘッド部１６９が設けられている。ヘッド部１６９は、支持部１７０に取り付けられている。ヘッド部１６９は、支持部１７０の外方側端部となる根元部１７１を回転中心として、図２９中の矢印Ｊ１で示す方向に３６０度回転可能である。こうすることにより、４つの領域１６８ａ～１６８ｄにそれぞれ支持された被処理基板Ｗにおいて、成膜等の処理を効率的に行うことができる。また、保持台１６７ａは、根元部１７１の中心を回転中心として、図２９中の矢印Ｊ２で示す方向に３６０度回転可能である。
　こうすることにより、処理を行う被処理基板Ｗの搬入、すなわち、保持台１６７ａ上への支持や、処理が終了した被処理基板Ｗの搬出、すなわち、保持台１６７ａ上からの取り外しを効率的に行うことができる。ここで、上記した回転する保持台１６７ａおよびピンは、保持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構として作動する。すなわち、プラズマ処理装置は、保持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構としての保持台およびピンを含む。
　また、保持台１６７ｂを備える他方のプラズマ処理装置１８１ｂについても、上述したヘッド部１７３、支持部１７４ａ、および根元部１７５が設けられている。そして、根元部１７５を中心としてヘッド部１７３と１８０度対向する位置に、被処理基板Ｗをその上に載置することができる載置部１７６が設けられている。載置部１７６は、支持部１７４ｂによって支持されている。ヘッド部１７３を支持する支持部１７４ａと載置部１７６を支持する支持部１７４ｂとは、根元部１７５を間に挟んで、ほぼ一直線に連なるように設けられている。
　載置部１７６は、断面Ｌ字状であって、回転中心軸方向から見た場合に、略半円状である。載置部１７６は、断面Ｌ字状の上面において、被処理基板Ｗを載置することができる。根元部１７５の回転により、ヘッド部１７３および載置部１７６は、根元部１７５の中心を回転中心として３６０度回転することができる。こうすることにより、保持台１６７ｂが固定されており、保持台１６７ｂが回転できない構成であったとしても、４つの支持領域１６８ｅ～１６８ｈに支持された被処理基板Ｗの搬入および搬出を行うことができる。なお、図３０においては、保持台１６７ｂの領域１６８ｅにおける３つのピンの設置領域となる３つのピン孔１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃを示している。他の領域１６８ｆ～１６８ｈにおけるピン孔およびピンの図示については、省略する。
　ここで、ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しについて説明すると、以下の通りである。図３１、図３２、図３３、および図３４は、ピンによる被処理基板Ｗの支持および取り外しを行う際の保持台１６７ｂの一部を示す概略断面図である。まず、図３１を参照して、保持台１６７ｂの上の領域１６８ｅに被処理基板Ｗが支持されている。被処理基板Ｗが支持された領域１６８ｅには、ピン１７８ａ、１７８ｂおよびピン孔１７７ａ、１７７ｂが設けられている。ピン１７８ａ、１７８ｂはそれぞれ、ピン孔１７７ａ、１７７ｂ内に設けられている。なお、図３１～図３４においては、理解の容易の観点から、ピン孔１７７ｃおよびピン孔１７７ｃ内に設けられているピンの図示については、省略する。ピン１７８ａ、１７８ｂは、図３１における紙面上下方向に移動可能である。
　次に、図３２を参照して、ピン孔１７７ａ、１７７ｂ内に配置されたピン１７８ａ、１７８ｂがそれぞれ紙面上方向に移動する。そうすると、被処理基板Ｗの下面１７９をピン１７８ａ、１７８ｂの上側端部で押し、被処理基板Ｗが上方向に移動する。この場合、被処理基板Ｗは、ピン１７８ａ、１７８ｂの上側端部に載るような状態となるが、ピンは合計３つあるので、いわゆる三点支持の形となり、比較的安定して被処理基板Ｗを載せることができる。
　次に、図３３を参照して、載置部１７６が支持領域１６８ｅの位置まで回転して移動する。そうすると、被処理基板Ｗの下面１７９が載置部１７６における断面Ｌ字状の上面１８０に対向する位置にくる。なお、図３３においては、載置部１７６のうち、外方側に位置する部分が回転により早く到達するため、外方側に位置する部分を実線で示し、内方側に位置する部分を点線で示している。
　次に、図３３に示す状態で、ピン１７８ａ、１７８ｂを下方向に移動する。そうすると、載置部１７６の上面１８０上に被処理基板Ｗの下面１７９が載置される。そして、載置部１７６の回転により、支持領域１６８ｅ外に被処理基板Ｗが移動させられる。
　なお、被処理基板Ｗの保持台１６７ｂへの支持については、上記したように載置部１７６により所定の位置、例えば、被処理基板Ｗが領域１６８ｆに移動させられた後、ピンが上昇し、被処理基板Ｗを持ち上げた状態で、載置部１７６を回転させて領域１６８ｆ外に移動し、その後、ピンを下降させることにより、領域１６８ｆに支持させることができる。
　こうすることにより、保持台１６７ｂが回転せず、固定されている状態によっても、被処理基板Ｗの保持台１６７ｂ上への支持および保持台１６７ｂからの取り外しを効率的に行うことができる。
　ここで、上記した載置部およびピンは、保持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構として作動する。すなわち、プラズマ処理装置は、保持台上への被処理基板の支持および支持台上に支持された被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構としての載置部およびピンを含む。
　なお、上記の実施の形態においては、各領域において、３つのピンおよびピン孔を設ける構成としたが、これに限らず、４つ以上のピン等を設ける構成にしてもよい。さらには、安定した状態でピンの上側端部に載せることができればよく、３つのピンを正三角形の位置に必ずしも設けなくともよい。また、例えば、ピンの先端が平板状でもよく、この場合、ピンの数は、１つまたは２つであっても安定した状態で被処理基板Ｗを一時的に載せることができる。
　また、上記の実施の形態においては、ガス供給機構に備えられるヘッド部は、円板部を備えることとしたが、これに限らず、ヘッド部は、処理容器内において水平方向に延びる棒状部を備え、棒状部は、保持台上に保持された被処理基板上の領域を水平方向に移動可能なように構成してもよい。
　図２０は、この場合におけるプラズマ処理装置１３１の要部を示す概略断面図であり、図２に相当する。図２１は、プラズマ処理装置に備えられる棒状部の一部を示す斜視図である。なお、図２０に示すプラズマ処理装置１３１において、図２に示すプラズマ処理装置３１と同様の構成については、同一の符号を用いて、その説明を省略する。
　図２０および図２１を参照して、プラズマ処理装置１３１に備えられるガス供給機構に含まれるヘッド部１３３は、処理容器１３２内において水平方向に延びる棒状部１３４を備える。棒状部１３４は、長手方向に直交する断面で切断した場合に、その外形形状が略真円状である。棒状部１３４の一方端部となる根元部１３５は、処理容器１３２の側壁１３６に取り付けられている。すなわち、棒状部１３４は、側壁１３６で支持されている構成である。なお、棒状部１３４の最下部と保持台３４との間の間隔については、例えば、１０ｍｍが選択される。棒状部１３４は、保持台３４の上方側に位置した場合、被処理基板Ｗの一部を覆うような構成である。
　棒状部１３４は、中空形状である。棒状部１３４の内方側に位置する中空部分が、上記した図２に示すプラズマ処理装置に備えられるガス供給機構のヘッド部および支持部に設けられたガス供給路１３７となる。また、棒状部１３４の下方側となる被処理基板Ｗに対向する面からガス供給路１３７に繋がるようにガス供給孔１３８が設けられている。ガス供給孔１３８は、棒状部１３４の長手方向に所定の間隔を開けて複数設けられている。
　棒状部１３４は、被処理基板Ｗ上の領域を水平方向に移動可能である。図２２は、図２０に示すプラズマ処理装置１３１の要部を示す概略断面図であり、プラズマ処理装置１３１を上方向から見た図である。図２０～図２２を参照して、棒状部１３４は、保持台３４上に保持された被処理基板Ｗ上の領域を水平方向に移動可能である。この場合、根元部１３５を回転中心として、図２２中の矢印Ｆで示すように、棒状部１３４が回転可能に構成されている。この場合、棒状部１３４が位置可能な第一および第二の位置としては、被処理基板Ｗの上方側が第一の位置となり、被処理基板Ｗの上方側を避けた位置が第二の位置となる。なお、プラズマ処理装置１３１の側壁１３６の外形形状は、矩形状である。このような構成のプラズマ処理装置１３１であっても、上記と同様の効果を奏することができる。さらに、このような棒状部は、比較的単純な構造であるため、棒状部１３４の製造時におけるコストダウンを図ることができる。なお、この場合の小容積領域は、棒状部１３４と保持台３４との間に形成される領域となる。
　なお、図２３に示すように、プラズマ処理装置１３９に備えられる棒状部１３４は、全体を水平方向に稼動させて、図２３中に示す矢印Ｇの方向に移動可能なように構成してもよい。
　また、棒状部に、ガス排気孔を設けるように構成してもよい。図２４は、この場合における棒状部の一部を示す断面図であり、図２１に相当する。図２４を参照して、棒状部１４１の内方側に位置する中空部分は、壁部１４２によって仕切られている。そして壁部１４２によって仕切られた一方側の中空部分が、上記したガス供給路１４３となり、他方側の中空部分がガス排気路１４４となる。そして、上記した図２１に示す棒状部１３４と同様に、ガス供給路１４３に繋がるように、長手方向に所定の間隔を開けて、被処理基板Ｗに成膜ガスを供給するガス供給孔１４５が複数設けられている。また、ガス排気路１４４についても、長手方向に所定の間隔を開けて、小容積領域の排気を行なうガス排気孔１４６が複数設けられている。このような構成としてもよい。なお、この場合の棒状部１４１の断面の外形形状は、矩形状である。
　なお、上記の実施の形態において、保持台を上下方向および左右方向の少なくともいずれか一方側に移動可能なように構成することにしてもよい。こうすることにより、より適切に、プラズマ処理やガス吸着を行うことができる。具体的には、例えば、ヘッド部を第一の位置に配置させる際に、ヘッド部の移動に連動させて、保持台をヘッド部に近づけるように移動させるようにする。
　なお、上記の実施の形態においては、シリコン原子を酸化する場合について説明したが、これに限らず、シリコン原子を窒化する場合についても適用される。すなわち、上記したガス吸着工程の後に、窒化物を含むガス、例えば、Ｎ２ガスを処理容器内に供給してプラズマ処理を行い、シリコン窒化膜を形成する。このような場合についても適用される。
　また、上記の実施の形態においては、ガス吸着用のプリカーサガスとしてＢＴＢＡＳを含むガスを用いることとしたが、もちろんシリコンを含有する他のガスを用いても構わない。また、プラズマ処理においても、酸素ガス以外のガスを用いることも可能である。
　なお、上記の実施形態において、ヘッド部の移動に関わらず、プラズマを常に生成した状態としておいてもよい。こうすることにより、さらなるスループットの向上等を図ることができる。
　なお、上記の実施の形態においては、素子分離領域においてトレンチを形成し、穴埋め絶縁膜によりトレンチを埋める前にトレンチの表面に形成されるライナー膜を形成する場合について説明したが、これに限らず、例えば、ＭＯＳトランジスタにおけるゲート酸化膜や他の絶縁層、例えば、層間絶縁膜やゲート側壁部の形成に適用してもよい。さらに、ＣＣＤやＬＳＩ等においても、もちろん有効に適用される。すなわち、成膜ガスを供給して吸着層を形成するガス吸着工程とプラズマ処理工程を組み合わせて行う全ての成膜プロセスに適用される。
　具体的な膜としては以下のものが挙げられる。すなわち、ゲート絶縁膜として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）のトレンチキャパシターとして、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＦｉｎＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の３Ｄデバイスのゲート酸化膜として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）ナノラミネートとして、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＵＶブロックレイヤーとしてＺｎＯ、ＴｉＯ２、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子としてアルミナ絶縁膜であるＡｌ２Ｏ３、オプティカルデバイスや太陽電池等として、ＡｌＴｉＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、圧電素子としてＺｎＯ等が挙げられる。
　なお、上記の実施の形態において、ガス吸着工程とプラズマ処理工程との間に、処理容器内を排気する排気工程を行ってもよい。さらに、プラズマ処理工程の後に、排気工程を行ってもよい。
　また、上記の実施の形態においては、プラズマ処理用のガスは、側壁に設けられたガス供給孔から供給することにしたが、これに限らず、被処理基板の中央に向かって噴出するガス供給孔を、例えば、誘電体窓の中央領域に設け、このガス供給孔から供給することにしてもよい。
　なお、上記の実施の形態において、保持台上に保持される被処理基板の外径側に薄板状のフォーカスリングを備える構成としてもよい。この場合、図２に示すプラズマ処理装置においては、第一の位置として、環状のフォーカスリングの上方側に、延出部が位置することになる。このようなフォーカスリングを備える構成は、以下の点において有利である。第一の位置において、ヘッド部は、被処理基板を覆うように配置されており、被処理基板の周辺、具体的には、被処理基板の外径側に位置するフォーカスリングにおいても成膜等がなされてしまう。ここで、フォーカスリングを交換可能とすることにより、被処理基板の外径側における成膜の問題を解消することができる。また、フォーカスリングの板厚を変更することにより、ヘッド部と保持台との間のすき間の間隔を調整することが可能となる。
　また、上記の実施の形態においては、スロットアンテナ板を用いたＲＬＳＡによるマイクロ波によりプラズマ処理を行うこととしたが、これに限らず、くし型のアンテナ部を有するマイクロ波プラズマ処理装置を用いてもよい。
　なお、上記の実施の形態においては、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置であったが、これに限らず、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ－ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏａｎｎｃｅ）プラズマ、平行平板型プラズマ等をプラズマ源とするプラズマ処理装置等についても適用され、プラズマ生成手段に限定されない。
　また、上記の実施の形態においては、シリコン酸化膜等の絶縁膜を成膜する場合について説明したが、これに限らず、導電膜を成膜する場合についても適用される。
　以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
　この発明に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置用ガス供給機構は、高品質な膜の効率的な製造が要求される場合に、有効に利用される。
　１１　ＭＯＳ型半導体素子、１２　シリコン基板、１３　素子分離領域、１４ａ　ｐ型ウェル、１４ｂ　ｎ型ウェル、１５ａ　高濃度ｎ型不純物拡散領域、１５ｂ　高濃度ｐ型不純物拡散領域、１６ａ　ｎ型不純物拡散領域、１６ｂ　ｐ型不純物拡散領域、１７　ゲート酸化膜、１８　ゲート電極、１９　ゲート側壁部、２１　絶縁膜、２２　コンタクトホール、２３　穴埋め電極、２４　メタル配線層、２６，２７　領域、３１，９１，１１１，１１６，１２１，１３１，１３９，１８１ａ，１８１ｂ　プラズマ処理装置、３２，９２，１１５，１１９，１２２ａ，１２２ｂ，１３２　処理容器、３３　ガス供給部、３４，９７，１０５，１２４ａ，１２４ｂ，１６７ａ，１６７ｂ　保持台、３５　マイクロ波発生器、３６，１２５ａ，１２５ｂ　誘電体窓、３７　スロットアンテナ板、３８　誘電体部材、３９　プラズマ発生機構、４０　スロット孔、４１　底部、４２，１２３，１３６　側壁、４３　排気孔、４４　蓋部、４５　Ｏリング、４６，６８，１０２，１３８，１４５　ガス供給孔、４７，１８０　上面、４８，７０，１７９　下面、４９　筒状支持部、５１　マッチング機構、５２　モード変換器、５３　導波管、５４　同軸導波管、６１　ガス供給機構、６２，９３，１０１，１１２，１１７，１２６，１３３，１６９，１７３　ヘッド部、６３，９４，１１３，１１８，１７０，１７４ａ，１７４ｂ　支持部、６４，９５　端部、６６　円板部、６７　延出部、６９，１３７，１４３，１５５　ガス供給路　７１　収容部、７２　遮蔽板、７３，９６　内壁面、１０３，１４６　ガス排気孔、１０４，１４４，１５６　ガス排気路、１１４，１３５，１７１，１７５　根元部、１２７　開口部、１２８ａ，１２８ｂ　シャッター、１３４，１４１　棒状部、１４２　壁部、１５１　可動部、１５２　固定部、１５３　ベース、１５４　回転中心軸、１６１　プラズマ処理システム、１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ　ロードポート、１６３　ロードモジュール、１６４ａ，１６４ｂ　ロードロックモジュール、１６５　トランスファモジュール、１６８ａ，１６８ｂ，１６８ｃ，１６８ｄ，１６８ｅ，１６８ｆ，１６８ｇ，１６８ｈ　領域、１７２ａ，１７２ｂ，１７２ｃ，１７７ａ，１７７ｂ，１７７ｃ　ピン孔、１７６　載置部、１７８ａ，１７８ｂ　ピン。

Claims (22)

  1. 下方側に位置する底部および前記底部の外周側から上方側に延びる側壁を含み、密封可能であって、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、
    　前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を保持する保持台と、
    　前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
    　前記保持台の上方側となる第一の位置および前記第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であってガスを供給可能なヘッド部を含み、前記ヘッド部が前記第一の位置に配置された際に前記ヘッド部と前記保持台との間に形成される小容積領域において成膜ガスを供給し、前記被処理基板上に成膜ガスを吸着させるガス供給機構とを備える、プラズマ処理装置。
  2. 前記ヘッド部は、略円板状の円板部を含み、
    　前記ヘッド部が前記第一の位置に配置された際に、前記円板部は、前記保持台の上方側を覆う、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記ヘッド部は、前記処理容器内において水平方向に延びる棒状部を含み、
    　前記棒状部は、前記保持台上に保持された前記被処理基板上の領域を水平方向に移動可能である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記ガス供給機構は、前記ヘッド部のうち、前記ヘッド部が前記第一の位置に配置された際に前記保持台上に保持された前記被処理基板に対向する位置に設けられ、成膜ガスを供給するガス供給孔を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記ガス供給機構は、前記ヘッド部が前記第一の位置に配置された際に、前記ヘッド部と前記保持台との間に形成される小容積領域の排気を行う排気機構を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記排気機構は、前記ヘッド部のうち、前記ヘッド部が前記第一の位置に配置された際に前記保持台上に保持された前記被処理基板に対向する位置に設けられ、前記保持台と前記ヘッド部との間に形成される小容積領域の排気を行う排気孔を含む、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記ヘッド部が前記第一の位置に配置された際に、前記ヘッド部と前記保持台との間に形成される小容積領域の容積は、前記処理容器の容積の５０％以下である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記ヘッド部は、上下方向および水平方向のうち、少なくともいずれか一方方向に移動可能である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記ガス供給機構は、前記側壁側から延び、内方側部分が前記ヘッド部に連結され、前記ヘッド部を支持する支持部を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記ヘッド部は、前記支持部の外方側端部を中心に回転可能である、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記ヘッド部および前記支持部の温度を調整可能な温度調整機構を含む、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記ガス供給機構は、前記側壁側から延び、内方側部分が前記ヘッド部に連結され、前記ヘッド部を支持する支持部を含み、
    　前記排気機構は、前記支持部の内部に、排気された排気ガスの通路となる排気路を含み、
    　前記ガス供給機構は、前記支持部の内部に、供給するガスの通路となるガス供給路を含み、
    　前記ガス供給路は、前記ガス排気路の内側となるように多重に設けられている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記保持台上への前記被処理基板の支持および前記保持台上に支持された前記被処理基板の取り外しのうちの少なくともいずれか一方が可能である被処理基板移動機構を備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記処理容器には、前記側壁の一部が外方側に延びるようにして形成されており、前記ヘッド部を収容可能な収容部が設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記収容部内の領域と前記収容部外の領域とを遮断可能な遮断機構を備える、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記遮断機構は、前記側壁の内方側の壁面に沿って移動可能な遮蔽板を含む、請求項１５に記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記処理容器は、第一の処理容器と、前記第一の処理容器とは異なる第二の処理容器とを備え、
    　前記ヘッド部は、前記第一の処理容器と第二の処理容器との間を移動可能である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  18. 前記保持台は、上下方向および水平方向のうち、少なくともいずれか一方方向に移動可能である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  19. 前記プラズマ発生手段は、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、前記保持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を前記処理容器内に導入する誘電体窓とを含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  20. 前記プラズマ発生手段は、複数のスロット孔が設けられており、前記誘電体窓の上方側に配置され、マイクロ波を前記誘電体窓に放射するスロットアンテナ板を含む、請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
  21. 下方側に位置する底部および前記底部の外周側から上方側に延びる側壁を含み、密封可能であって、その内部において被処理基板にプラズマ処理を行う処理容器と、前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を保持する保持台と、前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えるプラズマ処理装置に備えられ、
    　前記保持台の上方側となる第一の位置および前記第一の位置と異なる第二の位置に移動可能であってガスを供給可能なヘッド部を含み、前記ヘッド部が前記第一の位置に配置された際に前記ヘッド部と前記保持台との間に形成される小容積領域において成膜ガスを供給し、前記被処理基板上に成膜ガスを吸着させる、プラズマ処理装置用ガス供給機構。
  22. 前記第一の位置に配置された際に、前記保持台上に保持された被処理基板に対向する位置に、前記保持台と前記ヘッド部との間に形成される小容積領域の排気を行う排気孔を含む、請求項２１に記載のプラズマ処理装置用ガス供給機構。
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