JP5883154B2 - 成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、成膜装置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、薄膜の構成元素を含有する前駆体ガスを当該基板に化学吸着させる。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、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、枚葉式の成膜装置とセミバッチ式の成膜装置が知られている。枚葉式の成膜装置は、単一の処理室においてＰＥ−ＡＬＤ法の上述した工程が繰り返される。即ち、枚葉式の成膜装置では、単一の処理室内に前駆体ガスが供給され、次いで、パージガスが処理室内に供給され、その後、処理室内に反応ガスが供給されて、反応ガスのプラズマが生成される。また、枚葉式の成膜装置では、反応ガスのプラズマの生成後、後続する前駆体ガスの供給前に、処理室内にパージガスが供給される。このように、枚葉式の成膜装置では、前駆体ガスの供給、パージガスの供給、反応ガスのプラズマの生成、及びパージガスの供給を時間的に順に行う必要があるので、スループットが比較的低くなる。
一方、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ように移動する。セミバッチ式の成膜装置は、前駆体ガスの供給と反応ガスのプラズマの生成を異なる領域において同時に行うことができるので、枚葉式の成膜装置に比べてスループットが高いという利点がある。このようなセミバッチ式の成膜装置は、特許文献１〜３に記載されている。
特許文献１〜３に記載された成膜装置は、処理容器内の空間を周方向において第１の領域と第２の領域に分けて、第１の領域には前駆体ガスを供給し、第２の領域には反応ガスのプラズマを供給する。また、この成膜装置は、周方向に配列された複数の載置領域を有する載置台を備えている。この成膜装置は、載置台を軸線中心に処理容器内で回転させることにより、基板が第１の領域と第２の領域を順に通過するように構成されている。
米国特許第７１５３５４２号明細書 特開２０１０−５６４７０号公報 特開２０１１−２２２９６０号公報
上述したセミバッチ式の成膜装置では、基板内の各部分の周速度は、軸線からの距離に依存する。即ち、同じ基板内であっても、軸線からの距離が大きい位置の周速度は、軸線からの距離が小さい位置の周速度よりも大きくなる。したがって、基板内の位置によってプラズマに曝される時間が異なり得る。
本願発明者は、基板に対するプラズマ処理の時間を基板内の位置に依らず均一にするために、軸線からの距離が大きくなるにつれて互いの間の周方向における距離が大きくなる二つの縁部を有する誘電体窓、即ち略扇型の平面形状を有する誘電体窓からマイクロ波を第２の領域に導入することができる成膜装置を研究している。本願発明者は、この成膜装置において第２の領域の圧力を高くしていくと、誘電体窓の直下においてプラズマを均一に発生させることができないことがあり、また、プラズマの発生領域が変動し得ることを見いだしている。
したがって、本技術分野では、基板に対するプラズマ処理の時間の基板内の位置によるばらつきを低減することができ、且つ、高圧下においてもプラズマの発生領域の変動を抑制し得る成膜装置が要請されている。
一側面に係る成膜装置は、載置台、処理容器、第１のガス供給部、及び、プラズマ生成部を備えている。載置台は、基板載置領域を有し、当該基板載置領域が周方向に移動するよう軸線中心に回転可能に設けられている。処理容器は、処理室を画成している。載置台は、処理室に収容されている。処理室は、第１の領域及び第２の領域を含む。基板載置領域は、載置台の回転に伴い軸線に対して周方向に移動して、第１の領域及び第２の領域を順に通過する。第１のガス供給部は、第１の領域に前駆体ガスを供給する。プラズマ生成部は、第２の領域において反応ガスのプラズマを生成する。プラズマ生成部は、第２のガス供給部、及び、アンテナを有する。第２のガス供給部は、第２の領域に反応ガスを供給する。アンテナは、第２の領域にマイクロ波を導入する。アンテナは、誘電体製の窓部材、及び、導波管を含んでいる。窓部材は、上面及び下面を有し、第２の領域の上に設けられている。導波管は、窓部材の上面上に設けられている。導波管は、軸線に対して放射方向に延びる導波路を画成している。導波管には、導波路から窓部材に向けてマイクロ波を通過させるための複数のスロット孔が形成されている。窓部材の下面は、前記軸線に対して放射方向に延在する溝を画成している。即ち、この溝は、スロット状の溝であり、放射方向に長い溝である。一形態においては、前記溝は、導波路の下方において延在していてもよい。
この成膜装置では、前記溝を画成する底面と窓部材の上面との間の距離が、当該溝の周囲の下面と窓部材の上面との間の距離よりも小さくなっている。即ち、溝を画成する部分における窓部材の厚みは、当該溝の周囲の窓部材の厚みより薄くなっている。マイクロ波は窓部材の厚みが薄い部分において透過し易いので、この窓部材によれば、溝内にマイクロ波の電界を集中させることができる。これにより、プラズマの発生領域を溝内に固定することができる。したがって、この成膜装置によれば、高圧下であってもプラズマの発生領域の変動を抑制することができる。また、前記溝は、軸線に対して放射方向に長く延びている。したがって、この成膜装置によれば、基板内の位置によるプラズマ処理の時間のばらつきを低減することができる。
一形態においては、窓部材は、周方向から前記溝を画成する一対の内側面を含み、一対の内側面の間の距離は、軸線から離れるにつれて大きくなっていてもよい。この形態では、溝の幅が軸線から離れるにつれて大きくなっている。したがって、周速度が相違する基板内の異なる位置のプラズマ処理の時間の差異を更に低減することが可能となる。
一形態においては、導波管は、窓部材の上面に接する第１の壁、及び当該第１の壁と平行に設けられた第２の壁を含み、複数のスロット孔は、第１の壁に形成されており、導波路の延在方向に配列されており、第２の壁には複数の開口が設けられており、当該複数の開口は導波路の延在方向に配列されている。この形態の成膜装置は、第２の壁に取り付けられた複数のプランジャを更に備える。複数のプランジャの各々は、前記複数の開口のうち対応の開口内及び当該開口の上方において前記軸線に平行な方向における位置を変更可能な反射面を有する。この形態においては、プランジャの反射面の位置を調整することで、導波管内におけるマイクロ波のピーク位置を調整することができる。これにより、複数のスロットから漏れ出すマイクロ波のパワーを調整することができる。したがって、基板内の異なる位置に対するプラズマによる処理量の差異を調整し低減することが可能となる。
また、一形態においては、導波路の側方において該導波路に沿って延びる冷媒流路が設けられており、前記溝は、冷媒流路の下方に設けられていてもよい。溝内においてはプラズマが発生するので当該溝の近傍において窓部材には熱が発生する。この形態においては、溝の上方に冷媒流路が設けられているので、窓部材の熱を効率良く放熱することが可能となる。
一形態においては、窓部材は、周縁部と当該周縁部によって囲まれた窓領域とを含んでおり、窓領域の全体が前記溝の底面を構成していてもよい。
一形態においては、複数のスロット孔は、導波管内においてマイクロ波の定在波の節が発生する領域の下方に設けられていてもよい。この形態によれば、マイクロ波の定在波の腹、即ち定在波のピークが発生する位置の下方にスロット孔が設けられているアンテナに比して、溝内部での電界強度分布のバラツキを低減させることが可能となる。
一形態においては、成膜装置は、導波管の内部に設けられた誘電体製の遅波板（Ｄｅｌａｙ Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ）を更に備え得る。この形態では、導波管内の導波路が誘電体製の遅波板により構成される。遅波板は、マイクロ波の波長を短縮させることが可能であり、導波管内におけるマイクロ波のピーク間の距離を短くすることができる。これにより、窓部材によって画成される溝内でのプラズマ密度分布をより緻密に制御することが可能となる。
また、一形態においては、導波管は、導波路が窓領域の略全面の上方において延在するよう該導波路を画成していてもよく、成膜装置は、導波管の内部に設けられた誘電体製の遅波板であり、窓領域の上方において導波路を構成する該遅波板を更に備えていてもよく、複数のスロット孔は、遅波板の全面の下方において分布するように設けられていてもよい。即ち、窓部材の周縁領域を除く略全領域が窓領域を構成しており、当該窓領域の略全面と導波管を介して対峙するように遅波板が設けられていてもよい。この形態によれば、窓部材から遅波板を経由する放熱の効率が更に高められる。
以上説明したように、本発明の一側面及び種々の形態によれば、基板に対するプラズマ処理の時間の基板内の位置によるばらつきを低減することができ、且つ、高圧下においてもプラズマの発生位置を安定して制御することが可能な成膜装置が提供される。
一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す断面図である。 一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す平面図である。 図２に示す成膜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１に示す成膜装置の断面の軸線Ｚに対する一方側、即ち第１の領域側を拡大して示す図である。 図１に示す成膜装置のガス供給部１６の噴射部１６ａ、排気部１８の排気口１８ａ、及びガス供給部２０の噴射口２０ａを示す平面図である。 ガス供給部１６の噴射部１６ａ、排気部１８の排気口１８ａ、及びガス供給部２０の噴射口２０ａを画成する一実施形態に係るユニットの分解斜視図である。 図６に示すユニットを上方から見た平面図である。 図１に示す成膜装置の断面の軸線Ｚに対する他方側、即ち第２の領域側を拡大して示す図である。 一実施形態に係る成膜装置の一つのアンテナを上方から見て示す平面図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿ってとった断面図である。 窓部材の平面図であり、窓部材を下方から見た状態を示している。 シミュレーション１〜５の結果を示すグラフである。 別の実施形態に係るアンテナの平面図である。 図１３に示すＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿ってとった別の実施形態に係るアンテナの断面図である。 更に別の実施形態に係るアンテナを上方から見て示す平面図である。 図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢視断面図である。 図１５のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視断面図である。 更に別の実施形態に係るアンテナを上方から見て示す平面図である。 図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線矢視断面図である。 更に別の実施形態に係るアンテナを上方から見て示す平面図である。 図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線矢視断面図である。 シミュレーション６〜１０の結果を示すグラフである。 シミュレーション８及び１１〜１４の結果を示すグラフである。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る成膜装置の断面図である。図２は、一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す平面図であり、当該成膜装置を上方から見た状態を示している。図１は、図２のＩ−Ｉ線に沿ってとった断面を示している。また、図３は、図２に示す成膜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１、図２、及び図３に示す成膜装置１０は、処理容器１２、載置台１４、ガス供給部（第１のガス供給部）１６、及びプラズマ生成部２２を備えている。
処理容器１２は、軸線Ｚ方向に延在する略円筒状の容器である。処理容器１２は、その内部に処理室Ｃを画成している。処理容器１２は、例えば、内面に耐プラズマ処理（例えば、アルマイト処理又はＹ２Ｏ３の溶射処理）が施されたアルミニウムといった金属から構成され得る。一実施形態においては、図１に示すように、処理容器１２は、下部１２ａ及び上部１２ｂを含んでいる。下部１２ａは、上方に開口した筒形状を有しており、処理室Ｃを画成する側壁及び底壁を含んでいる。上部１２ｂは、処理室Ｃを上方から画成する蓋体である。上部１２ｂは、下部１２ａの上部開口を閉じるように下部１２ａの頂部に取り付けられている。これら下部１２ａと上部１２ｂとの間には、処理室Ｃを密閉するための弾性封止部材が設けられていてもよい。
処理容器１２によって画成される処理室Ｃ内には、載置台１４が設けられている。載置台１４は、略円板形状を有している。載置台１４は、その中心軸線である軸線Ｚ中心に回転可能に構成されている。一実施形態においては、載置台１４は、駆動機構２４によって軸線Ｚ中心に回転駆動される。駆動機構２４は、モータといった駆動装置２４ａ及び回転軸２４ｂを有し、処理容器１２の下部１２ａに取り付けられている。回転軸２４ｂは、軸線Ｚに沿って処理室Ｃ内まで延在しており、駆動装置２４ａからの駆動力により軸線Ｚ中心に回転する。この回転軸２４ｂには、載置台１４の中央部分が支持されている。これにより、載置台１４は、軸線Ｚ中心に回転される。なお、処理容器１２の下部１２ａと駆動機構２４との間には、処理室Ｃを封止するよう、Ｏリングといった弾性封止部材が設けられていてもよい。
図１及び図３に示すように、載置台１４の上面には、一以上の基板載置領域１４ａが設けられている。一実施形態においては、複数の基板載置領域１４ａが、軸線Ｚに対して周方向に配列されている。基板載置領域１４ａは、当該領域に載置される基板Ｗの直径と略同様、又は、基板Ｗの直径よりも若干大きな直径を有する凹部として構成されている。処理室Ｃ内において載置台１４の下方には、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が設けられている。基板Ｗは、処理容器１２に設けられたゲートバルブＧを介して、ロボットアームといった搬送装置によって処理室Ｃに搬送され、基板載置領域１４ａに載置される。また、成膜装置１０による処理後の基板Ｗは、搬送装置によってゲートバルブＧを介して処理室Ｃから取り出される。この処理室Ｃは、軸線Ｚに対して周方向に配列された第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を含んでいる。したがって、基板載置領域１４ａに載置された基板Ｗは、載置台１４の回転に伴い第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２を順に通過する。
以下、図２及び図３に加えて、図４及び図５も参照する。図４は、図１に示す成膜装置の断面の軸線Ｚに対する一方側、即ち第１の領域側を拡大して示す図である。図５は、図１に示す成膜装置のガス供給部１６の噴射部、排気部１８の排気口、及びガス供給部２０の噴射口を示す平面図であり、下方、即ち、載置台側からガス供給部１６の噴射部１６ａ、排気部１８の排気口１８ａ、及びガス供給部２０の噴射口２０ａを見た平面図である。図２〜図４に示すように、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ガス供給部１６の噴射部１６ａが設けられている。換言すると、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となる。
図４及び図５に示すように、噴射部１６ａには、複数の噴射口１６ｈが形成されている。ガス供給部１６は、これら複数の噴射口１６ｈから第１の領域Ｒ１に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を通過する基板Ｗの表面には、前駆体ガスが化学吸着する。この前駆体ガスとしては、例えば、ＤＣＳ（ジクロロシラン）が例示される。
一実施形態においては、図５に示すように、噴射部１６ａを画定する縁部には、周方向から当該噴射部１６ａを画定する二つの縁部１６ｅが含まれている。これら二つの縁部１６ｅは、軸線Ｚに近づくにつれて互いに近づくように延在している。二つの縁部１６ｅは、例えば、軸線Ｚに対して放射方向に延在し得る。即ち、噴射部１６ａは、略扇型の平面形状を有していてもよい。複数の噴射口１６ｈは、これら二つの縁部１６ｅの間にわたって設けられている。ここで、載置台１４の回転に伴う基板Ｗ内の各位置の周速度は、軸線Ｚからの距離により異なる。即ち、軸線Ｚから離れた位置ほど、その周速度は大きくなる。この実施形態では、軸線Ｚから離れた基板Ｗ内の位置ほど、より多くの噴射口１６ｈに対面するように噴射部１６ａが構成されている。したがって、基板Ｗの各位置が前駆体ガスに晒される時間のばらつきが低減され得る。
図４及び図５に示すように、噴射部１６ａの周囲には排気口１８ａが設けられており、排気部１８は当該排気口１８ａから第１の領域Ｒ１の排気を行う。排気部１８の排気口１８ａは、載置台１４の上面に対面しており、図５に示すように、噴射部１６ａの外周を囲む閉路に沿って延在している。このように、成膜装置１０では、幅狭の排気口１８ａが噴射部１６ａの周囲を囲んでいる。
また、図４及び図５に示すように、排気口１８ａの周囲にはガス供給部２０の噴射口２０ａが設けられており、ガス供給部２０は当該噴射口２０ａからパージガスを噴射する。ガス供給部２０の噴射口２０ａは載置台１４の上面に対面しており、排気口１８ａの外周を囲む閉路に沿って延在している。ガス供給部２０によって供給されるパージガスとしては、例えば、Ｎ２ガスやＡｒガスといった不活性ガスを用いることができる。このようなパージガスが基板Ｗに吹き付けられると、当該基板Ｗに過剰に化学吸着している前駆体ガスが基板から除去される。
成膜装置１０では、排気口１８ａからの排気及び噴射口２０ａからのパージガスの噴射により、第１の領域Ｒ１に供給される前駆体ガスが第１の領域Ｒ１の外に漏れ出すことを抑制しており、また、第２の領域Ｒ２において後述するように供給される反応ガス又はそのラジカル等が第１の領域Ｒ１に侵入することを抑制している。即ち、排気部１８及びガス供給部２０は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とを分離している。また、噴射口２０ａ及び排気口１８ａは噴射部１６ａの外周を取り囲む閉路に沿って延在する帯状の平面形状を有しているので、噴射口２０ａ及び排気口１８ａのそれぞれの幅は狭くなっている。したがって、第２の領域Ｒ２が軸線Ｚに対して周方向に延在する角度範囲を確保しつつ、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との分離が実現される。一実施形態においては、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間において延在している排気口１８ａの幅Ｗ２及び噴射口２０ａの幅Ｗ３（図５参照）は、基板載置領域１４ａの直径Ｗ１（図３参照）よりも小さくなっている。
一実施形態においては、成膜装置１０は、噴射部１６ａ、排気口１８ａ、及び噴射口２０ａを画成するユニットＵを備え得る。以下、図６及び図７も参照する。図６は、ガス供給部１６の噴射部１６ａ、排気部１８の排気口１８ａ、及びガス供給部２０の噴射口２０ａを画成する一実施形態に係るユニットの分解斜視図である。図７は、図６に示すユニットを上方から見た平面図である。なお、図７にはユニットＵの上面が示されており、図５には、ユニットＵの下面が示されている。図４〜図７に示すように、ユニットＵは、第１の部材Ｍ１、第２の部材Ｍ２、第３の部材Ｍ３、及び第４の部材Ｍ４から構成されており、第１〜第４の部材Ｍ１〜Ｍ４が上から順に積み重ねられた構造を有している。ユニットＵは、処理容器１２の上部１２ｂの下面に当接するよう処理容器１２に取り付けられている。処理容器１２の上部１２ｂの下面と第１の部材Ｍ１との間には、弾性封止部材３０が設けられている。この弾性封止部材３０は、第１の部材Ｍ１の上面の外縁に沿って延在している。
第１〜第４の部材Ｍ１〜Ｍ４は、略扇型の平面形状を有している。第１の部材Ｍ１は、その下部側において、第２〜第４の部材Ｍ２〜Ｍ４が収められる凹部を画成している。また、第２の部材Ｍ２は、その下部側において、第３〜第４の部材Ｍ３〜Ｍ４が収められる凹部を画成している。第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４は略同様の平面サイズを有している。
ユニットＵにおいては、第１〜第３の部材Ｍ１〜Ｍ３を貫通するガス供給路１６ｐが形成されている。ガス供給路１６ｐはその上端において、処理容器１２の上部１２ｂに設けられたガス供給路１２ｐと接続している。このガス供給路１２ｐには、弁１６ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器１６ｃを介して、前駆体ガスのガス源１６ｇが接続されている。また、ガス供給路１６ｐの下端は、第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４との間に形成された空間１６ｄに接続している。この空間１６ｄには、第４の部材Ｍ４に設けられた噴射部１６ａの噴射口１６ｈが接続している。
処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１との間には、ガス供給路１２ｐとガス供給路１６ｐの接続部分を囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３２ａが設けられている。この弾性封止部材３２ａにより、ガス供給路１６ｐ及びガス供給路１２ｐに供給された前駆体ガスが、処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１の境界から漏れ出すことが防止され得る。また、第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２との間、及び、第２の部材Ｍ２と第３の部材Ｍ３との間には、ガス供給路１６ｐを囲むようにＯリングといった弾性封止部材３２ｂ、３２ｃがそれぞれ設けられている。弾性封止部材３２ｂ及び３２ｃにより、ガス供給路１６ｐに供給された前駆体ガスが、第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２の境界、及び、第２部材Ｍ２と第３の部材Ｍ３の境界から漏れ出すことが防止され得る。また、第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４との間には、空間１６ｄを囲むように弾性封止部材３２ｄが設けられている。弾性封止部材３２ｄにより、空間１６ｄに供給された前駆体ガスが、第３の部材Ｍ３と第４の部材Ｍ４の境界から漏れ出することが防止され得る。
また、ユニットＵにおいては、第１〜第２の部材Ｍ１〜Ｍ２を貫通する排気路１８ｑが形成されている。排気路１８ｑは、その上端において、処理容器１２の上部１２ｂに設けられた排気路１２ｑと接続している。この排気路１２ｑは、真空ポンプといった排気装置３４に接続している。また、排気路１８ｑは、その下端において、第２の部材Ｍ２の下面と第３の部材Ｍ３の上面との間に設けられた空間１８ｄに接続している。また、上述したように第２の部材Ｍ２は、第３の部材Ｍ３及び第４の部材Ｍ４を収容する凹部を画成しており、当該凹部を画成する第２の部材Ｍ２の内側面と第３の部材Ｍ３及び第４の部材Ｍ４の側端面との間には、ギャップ１８ｇが設けられている。空間１８ｄは、ギャップ１８ｇに接続している。このギャップ１８ｇの下端は、上述した排気口１８ａとして機能する。
処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１との間には、排気路１８ｑと排気路１２ｑの接続部分を囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３６ａが設けられている。この弾性封止部材３６ａにより、排気路１８ｑ及び排気路１２ｑ通る排気ガスが、処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１の境界から漏れ出すことが防止され得る。また、第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２との間には、排気路１８ｑを囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３６ｂが設けられている。この弾性封止部材３６ｂにより、排気路１８ｑを通るガスが第１の部材Ｍ１と第２の部材Ｍ２の境界から漏れ出すことが防止され得る。
さらに、ユニットＵにおいては、第１の部材Ｍ１を貫通するガス供給路２０ｒが形成されている。ガス供給路２０ｒは、その上端において、処理容器１２の上部１２ｂに設けられたガス供給路１２ｒと接続している。ガス供給路１２ｒには、弁２０ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器２０ｃを介してパージガスのガス源２０ｇが接続されている。また、ガス供給路２０ｒの下端は、第１の部材Ｍ１の下面と第２の部材Ｍ２の上面との間に設けられた空間２０ｄに接続している。また、上述したように第１の部材Ｍ１は、第２〜第４の部材Ｍ２〜Ｍ４を収容する凹部を画成しており、当該凹部を画成する第１の部材Ｍ１の内側面と第２の部材Ｍ２の側面との間にはギャップ２０ｐが設けられている。このギャップ２０ｐは空間２０ｄに接続している。また、このギャップ２０ｐの下端は、ガス供給部２０の噴射口２０ａとして機能する。処理容器１２の上部１２ｂと第１の部材Ｍ１との間には、ガス供給路１２ｒとガス供給路２０ｒの接続部分を囲むように、Ｏリングといった弾性封止部材３８が設けられている。この弾性封止部材３８により、ガス供給路２０ｒ及びガス供給路１２ｒを通るパージガスが上部１２ｂと第１の部材Ｍ１の境界から漏れ出すことが防止される。
以下、図１〜図３を再び参照し、更に図８も参照する。図８は、図１に示す成膜装置の断面の軸線Ｚに対する他方側、即ち第２の領域側を拡大して示す図である。なお、図１は、上述したように図２のＩ−Ｉ線に沿ってとった断面を示しており、図８は図１の第２の領域側の拡大断面図であるが、図１及び図８においては、複数のスロット孔４２ｓが図示されるよう、スロット板４２ａについてのみ異なる断面が表わされている。図１〜図３及び図８に示すように、成膜装置１０は、プラズマ生成部２２を備えている。プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給し、当該第２の領域Ｒ２にマイクロ波を導入することにより、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマを生成する。一実施形態では、第２の領域Ｒ２においては、基板Ｗに化学吸着された前駆体ガスを、反応ガスのプラズマにより窒化させることができる。
プラズマ生成部２２は、ガス供給部（第２のガス供給部）２２ｂを含んでいる。ガス供給部２２ｂは、反応ガスを第２の領域Ｒ２に供給する。この反応ガスは、上述したように基板Ｗに化学吸着したＳｉを含有する前駆体ガスを窒化させる場合には、例えば、Ｎ２ガス又はＮＨ３ガスであり得る。
一実施形態においては、ガス供給部２２ｂは、ガス供給路５０ａ及び噴射口５０ｂを含み得る。ガス供給路５０ａは、例えば、開口ＡＰの周囲に延在するよう処理容器１２の上部１２ｂに形成されている。この開口ＡＰは、後述するように、窓部材４０の下面４０ｂを第２の領域Ｒ２に対して露出させるために、処理容器１２の上部１２ｂに形成されている。また、処理容器１２の上部１２ｂには、ガス供給路５０ａに供給された反応ガスを窓部材４０の下方に向けて噴射するための噴射口５０ｂが形成されている。一実施形態においては、複数の噴射口５０ｂが、開口ＡＰの周囲に設けられていてもよい。
ガス供給路５０ａには、弁５０ｖ及びマスフローコントローラといった流量制御器５０ｃを介して、反応ガスのガス源５０ｇが接続されている。また、処理容器１２の下部１２ａには、図３に示すように、載置台１４の外縁の下方において排気口２２ｈが形成されている。この排気口２２ｈには、図８に示す排気装置５２が接続している。
プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２にマイクロ波を導入するための一以上のアンテナ２２ａを有する。一以上のアンテナ２２ａの各々は、窓部材４０及び一以上の導波管４２を含み得る。図１〜図３に示す実施形態においては、四つのアンテナ２２ａが軸線Ｚに対して周方向に配列されている。各アンテナ２２ａは、第２の領域Ｒ２の上方に設けられた窓部材４０、及び導波管４２を有している。なお、アンテナ２２ａの個数は一つ以上の任意の個数であり得る。
ここで、図９及び図１０を更に参照する。図９は、一実施形態に係る成膜装置の一つのアンテナを上方から見て示す平面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿ってとった断面図である。なお、図９及び図１０においては、図８に示したプランジャＰ１、Ｐ２、及びＰ３は、省略されている。
導波管４２は、窓部材４０の上面４０ａ上に設けられている。導波管４２は、矩形導波管である。マイクロ波が伝播する導波管４２の内部空間、即ち導波路４２ｉは、窓部材４０の上方において軸線Ｚに対して放射方向に延びている。一実施形態においては、導波管４２は、スロット板（第１の壁）４２ａ、上部部材４２ｂ、及びプランジャＰ１０を含み得る。
スロット板４２ａは、金属製の板状部材であり、導波路４２ｉを下方から画成している。スロット板４２ａは、窓部材４０の上面４０ａに接して、窓部材４０の上面４０ａを覆っている。スロット板４２ａには、複数のスロット孔４２ｓが形成されている。複数のスロット孔４２ｓは、導波路４２ｉと窓部材４０の上面４０ａとの間に設けられている。これらスロット孔４２ｓは、一方向における長さが他方向における長さ（幅）よりも長い長孔形状を有している。一実施形態においては、複数のスロット孔４２ｓは、導波路４２ｉの延在方向に沿って配列されている。本実施形態では、２列×４個のスロット孔４２ｓが導波路４２ｉの延在方向に沿って配列されている。
スロット板４２ａ上には、金属製の上部部材（第２の壁）４２ｂが、当該スロット板４２ａを覆うように設けられている。上部部材４２ｂは、スロット板４２ａと当該上部部材４２ｂとの間に、導波路４２ｉを画成するように、設けられている。即ち、スロット板４２ａと上部部材４２ｂは、導波路４２ｉを挟んで互いに平行に設けられている。上部部材４２ｂは、スロット板４２ａ及び窓部材４０を、当該上部部材４２ｂと処理容器１２の上部１２ｂとの間に狭持するよう、当該上部１２ｂに対してねじ留めされ得る。
プランジャＰ１０は、金属製の部材であり、スロット板４２ａと上部部材４２ｂの端部に取り付けられている。プランジャＰ１０は、反射面Ｐｒ１０を有している。反射面Ｐｒ１０は、導波路４２ｉの延在方向において当該導波路４２ｉの反射端を構成している。プランジャＰ１０は、導波路４２ｉの延在方向における反射面Ｐｒ１０の位置を変更可能なように構成されている。このプランジャＰ１０により、導波路４２ｉの延在方向におけるマイクロ波のピーク位置、即ち、導波路４２ｉの延在方向において当該導波路４２ｉ内で発生する定在波の腹の位置を調整することが可能となっている。
導波路４２ｉの他端には、マイクロ波発生器４８が結合されている。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して、当該マイクロ波を導波管４２に供給する。マイクロ波発生器４８により発生されて導波路４２ｉを伝搬するマイクロ波は、スロット板４２ａのスロット孔４２ｓから漏れ出して窓部材４０に供給される。
図１１は、窓部材の平面図であり、窓部材を下方から見た状態を示している。以下、図８〜１０に加えて、図１１を参照する。窓部材４０は、アルミナセラミックといった誘電体材料から構成される部材である。図８〜図１０に示すように、窓部材４０は、上面４０ａ及び下面４０ｂ有している。窓部材４０は、その下面４０ｂが第２の領域Ｒ２に面するように設けられており、処理容器１２の上部１２ｂによって支持されている。
処理容器１２の上部１２ｂには、窓部材４０の下面４０ｂが第２の領域Ｒ２に対して露出するよう、開口ＡＰが形成されている。この開口ＡＰの上側部分の平面サイズ（軸線Ｚに交差する面内のサイズ）は、当該開口ＡＰの下側部分の平面サイズ（軸線Ｚに交差する面内のサイズ）よりも大きくなっている。したがって、開口ＡＰを画成する上部１２ｂには、上方に面した段差面１２ｓが設けられている。一方、窓部材４０の周縁部は、被支持部４０ｓとして機能し、段差面１２ｓに当接する。この被支持部４０ｓが段差面１２ｓに当接することにより、窓部材４０は上部１２ｂに支持される。なお、段差面１２ｓと窓部材４０との間には、弾性封止部材が設けられていてもよい。
上部１２ｂによって支持された窓部材４０の下面４０ｂは、第２の領域Ｒ２を介して載置台１４と対面している。この窓部材４０の下面のうち、開口ＡＰから露出した部分、即ち、第２の領域Ｒ２に面する部分は、誘電体窓として機能する。かかる誘電体窓の縁部には、軸線Ｚに近づくにつれて互いに近づく二つの縁部４０ｅが含まれている。
窓部材４０の下面４０ｂは、導波路４２ｉの下方において溝４０ｇを画成している。一実施形態においては、溝４０ｇは、導波路４２ｉの下方において、導波路４２ｉの延在方向と平行に、軸線Ｚに対して放射方向に延びている。この溝４０ｇは、スロット状の溝であり、放射方向に長い溝である。溝４０ｇを画成する部分における窓部材４０の厚みは、当該溝４０ｇの周囲における窓部材４０の厚みより薄くなっている。即ち、溝４０ｇの底面４０ｆ、即ち、溝４０ｇを上方から画成する面と窓部材４０の上面４０ａとの間の距離は、溝４０ｇの周囲の下面４０ｂと上面４０ａとの間の距離よりも、小さくなっている。マイクロ波は、窓部材４０において他の部分よりも厚みが薄い部分において透過し易い傾向を有する。したがって、窓部材４０によれば、溝４０ｇ内にマイクロ波を集中させることが可能である。これにより、５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）といった高圧下においても、プラズマの発生領域を溝４０ｇ内に固定することができる。
軸線Ｚに直交する面での溝４０ｇの面積及び形状は、窓部材の下面が平坦であるときのプラズマの発生効率、即ち、窓部材の平坦な下面の直下でのプラズマ発生領域の面積を求め、当該プラズマ発生領域の面積と略等しい面積を溝４０ｇが有するように、決定することができる。これにより、溝４０ｇ内にプラズマをより確実に閉じ込めることができる。
成膜装置１０では、溝４０ｇは、軸線Ｚに対して放射方向に長く延びている。これにより、プラズマの発生領域は、軸線Ｚに対して放射方向に長く延びるようになる。したがって、成膜装置１０によれば、基板Ｗ内の位置によるプラズマ処理の時間のばらつきを低減することができる。
一実施形態においては、溝４０ｇの幅は、軸線Ｚから離れるにつれて大きくなるようになっている。具体的には、窓部材４０は、上述した底面４０ｆと、溝４０ｇを周方向から画成する一対の内側面４０ｍを含んでいる。これら内側面４０ｍの間の距離が軸線Ｚから離れるにつれて大きくなるように構成されることにより、上記形状の溝４０ｇが形成される。この実施形態では、プラズマの発生領域は、軸線Ｚに対して放射方向に長く延びた領域となり、また、軸線Ｚから離れるにつれて大きな幅を有する領域となる。したがって、この実施形態によれば、周速度が相違する基板Ｗ内の異なる位置のプラズマ処理の時間の差異を、更に低減することが可能となる。なお、一対の内側面４０ｍが互いの間になす角度は、６度〜８度といった値であり得る。
一実施形態においては、アンテナ２２ａは、複数のプランジャを更に有し得る。図８に示す実施形態では、アンテナ２２ａは、三つのプランジャＰ１、Ｐ２、及びＰ３を有している。これらプランジャＰ１、Ｐ２、及びＰ３は、上部部材４２ｂに取り付けられている。上部部材４２ｂには、軸線Ｚに対して放射方向に配列された三つの開口が形成されている。これら開口は、上部部材４２ｂを軸線Ｚ方向に貫通している。また、一実施形態においては、これら開口は、導波路４２ｉの延在方向において隣り合うスロット孔４２ｓ間の上方に設けられている。なお、プランジャＰ１〜Ｐ３の放射方向における配置箇所は、任意に設定されてもよい。
プランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ、可動部Ｐｍ１、Ｐｍ２、Ｐｍ３を有している。可動部Ｐｍ１、Ｐｍ２、Ｐｍ３のそれぞれの先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３は、実質的に平坦であり、マイクロ波の反射面として機能する。可動部Ｐｍ１、Ｐｍ２、Ｐｍ３は、軸線Ｚに平行な方向に移動可能である。これにより、先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の軸線Ｚ方向における位置はそれぞれ、上記三つの開口、及び当該三つの開口の上方の空間を含む可動範囲内において変更することが可能である。この実施形態によれば、プランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の軸線Ｚ方向における位置を調整することにより、導波管４２内、即ち、導波路４２ｉにおけるマイクロ波のピーク位置を調整することができ、複数のスロット孔４２ｓから漏れ出すマイクロ波のパワーを調整することができる。これにより、軸線Ｚに対して放射方向において、溝４０ｇ内のマイクロ波の電界強度分布を調整することができる。その結果、基板Ｗ内の異なる位置に対するプラズマによる処理量の差異を調整し低減することが可能となる。
再び図１を参照すると、成膜装置１０は、当該成膜装置１０の各要素を制御するための制御部６０を更に備えていてもよい。制御部６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、入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プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、成膜装置１０の各要素を制御することができる。一実施形態においては、制御部６０は、載置台１４の回転速度を制御するために駆動装置２４ａに制御信号を送出し、基板Ｗの温度を制御するためにヒータ２６に接続された電源に制御信号を送出し、前駆体ガスの流量を制御するために弁１６ｖ及び流量制御器１６ｃに制御信号を送出し、排気口１８ａに接続する排気装置３４の排気量を制御するために当該排気装置３４に制御信号を送出し、パージガスの流量を制御するために弁２０ｖ及び流量制御器２０ｃに制御信号を送出し、マイクロ波のパワーを制御するためにマイクロ波発生器４８に制御信号を送出し、反応ガスの流量を制御するために弁５０ｖ及び流量制御器５０ｃに制御信号を送出し、排気装置５２の排気量を制御するよう当該排気装置５２に制御信号を送出することができる。
以下、かかる成膜装置１０を用いた基板の処理方法について説明する。以下の説明では、当該処理方法によりＳｉ基板上にシリコン窒化膜が生成されるものとする。
（基板搬送工程）
成膜装置１０により基板Ｗを処理する場合には、まず、ロボットアームといった搬送装置により、Ｓｉ基板Ｗが、ゲートバルブＧを介して載置台１４の基板載置領域１４ａ上に搬送される。そして、載置台１４が駆動機構２４により回転され、基板Ｗが載置されている基板載置領域１４ａが第２の領域Ｒ２を基点として回転移動される。
（窒化処理工程１）
次いで、基板Ｗが窒化される。具体的には、ガス供給部２２ｂにより第２の領域Ｒ２に窒素を含む反応ガスが供給され、マイクロ波発生器４８からのマイクロ波がアンテナ２２ａを介して第２の領域Ｒ２に供給される。これにより、第２の領域Ｒ２では反応ガスのプラズマが生成される。この反応ガスのプラズマにより、基板Ｗの表面が窒化される。
（前駆体ガスにより処理工程）
次いで、載置台１４の回転に伴い、基板Ｗは第１の領域Ｒ１内に移動する。第１の領域Ｒ１においては、ＤＣＳといった前駆体ガスがガス供給部１６によって供給されている。これにより、前駆体ガスに含まれるＳｉが基板Ｗ上に化学的に又は物理的に吸着される。
（パージ工程）
次いで、載置台１４の回転に伴い、基板Ｗは第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との間を通過する。このとき、基板Ｗは、ガス供給部２０によって供給されるパージガスに晒される。これにより、基板Ｗに過剰に化学吸着しているＳｉを含有する前駆体ガスが取り除かれる。
（窒化処理工程２）
次いで、載置台１４の回転に伴い、基板Ｗは第２の領域Ｒ２内に移動する。第２の領域Ｒ２には、ガス供給部２２ｂにより窒素を含む反応ガスが供給され、マイクロ波発生器４８からのマイクロ波がアンテナ２２ａを介して供給されている。したがって、第２の領域Ｒ２には反応ガスのプラズマが生成されている。この反応ガスのプラズマにより、基板Ｗの表面に化学吸着した前駆体ガスが窒化される。
基板Ｗは、載置台１４の回転により、前駆体ガスによる処理工程、パージ工程、及び、窒化処理工程２を繰り返し受ける。これにより、基板Ｗ上にシリコン窒化膜が形成される。
以下、成膜装置１０に関するシミュレーション１〜５の結果について説明する。シミュレーション１〜５では、プランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置を変更することにより、溝４０ｇ内での、電界強度分布を算出した。シミュレーション１〜５の条件は以下の通りである。なお、以下に示すプランジャの先端面の位置は、当該先端面の軸線Ｚ方向の位置であり、上部部材４２ｂの下面、即ち導波路４２ｉに接する面を含む基準平面上にあるときに、「０ｍｍ」としている。また、基準平面から上方に移動したときのプランジャの先端面の位置を、当該基準平面からの軸線Ｚ方向における距離で表わしている。
＜シミュレーション１〜５の共通条件＞
窓部材４０の底面４０ｆと上面４０ａとの距離：１１ｍｍ
窓部材４０の溝４０ｇの周囲における下面４０ｂと上面４０ａとの距離：２１ｍｍ
溝４０ｇの放射方向の長さ：３１２ｍｍ
溝４０ｇの最大幅：４９ｍｍ
一対の内側面４０ｍがなす角度：６度
プランジャ間の放射方向におけるピッチ：７９ｍｍ
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波発生器４８が発生するマイクロ波のパワー：４ｋＷ
＜シミュレーション１〜５の個別条件＞
シミュレーション１の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：０ｍｍ、０ｍｍ、０ｍｍ
シミュレーション２の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：２０ｍｍ、２０ｍｍ、２０ｍｍ
シミュレーション３の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：２５ｍｍ、１５ｍｍ、１５ｍｍ
シミュレーション４の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：２５ｍｍ、２０ｍｍ、１５ｍｍ
シミュレーション５の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：３０ｍｍ、２０ｍｍ、１５ｍｍ
図１２は、シミュレーション１〜５の結果を示すグラフである。図１２のグラフにおいて、横軸は、溝４０ｇ内の放射方向における位置を示している。位置１〜４は、スロット孔４２ｓの下方の位置を示しており、位置１，２，３，４の順に軸線Ｚに近い位置である。また、図１２のグラフにおいて、縦軸は電界強度を示している。図１２に示すように、シミュレーション１〜５によれば、プランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３それぞれの先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置を調整することにより、溝４０ｇ内での放射方向におけるマイクロ波のパワーを調整することができることが確認された。特にシミュレーション５の結果から分かるように、プランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３それぞれの先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置を調整することによって、溝４０ｇ内での放射方向において略同一レベルの電界強度が得られることが確認された。
以下、アンテナ２２ａに代えて成膜装置１０に採用し得る幾つかの別の実施形態に係るアンテナについて説明する。以下、別の実施形態に係るアンテナに関して上述したアンテナ２２ａと異なる点を説明する。なお、以下において参照する図面においては、アンテナ２２ａの対応の部分と同一又は相当の部分に対しては同一の符号が付されていることがある。図１３は、別の実施形態に係るアンテナの平面図であり、当該アンテナを上部部材４２ｂを取り除いて、上方から見た状態を示している。図１４は、図１３に示すＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿ってとった別の実施形態に係るアンテナの断面図である。
図１３及び図１４に示すアンテナ１２２ａは、アンテナ２２ａに代えて、成膜装置１０に採用され得る。アンテナ１２２ａでは、導波管４２の内部空間に、石英といった誘電体から構成された遅波板１２６が設けられている。遅波板１２６は、窓部材４０の上方においては、導波管４２の内部空間を埋めている。したがって、遅波板１２６は、導波路４２ｉとなる。遅波板１２６によって構成された導波路におけるマイクロ波の波長は、導波管４２の空洞の内部空間として構成された導波路におけるマイクロ波の波長よりも短くなる。したがって、アンテナ１２２ａでは、導波路４２ｉの延在方向におけるマイクロ波のピーク間のピッチ、即ち、定在波の腹の間隔が狭くなる。
アンテナ１２２ａの導波路４２ｉにおけるマイクロ波のピーク間のピッチに対応して、アンテナ１２２ａのスロット板４２ａには、アンテナ２２ａのスロット孔４２ｓ間のピッチよりも狭ピッチで放射方向に配列されたスロット孔４２ｓが形成されている。かかる形態のアンテナ１２２ａによれば、溝４０ｇ内での電界強度分布が、より狭いピッチで放射方向にピークを有するようになる。したがって、溝４０ｇ内でのプラズマ密度分布をより緻密に制御することが可能となる。
図１５は、更に別の実施形態に係るアンテナを上方から見て示す平面図である。図１６は、図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線矢視断面図である。図１７は、図１５の矢視断面図である。図１５〜図１７に示すアンテナ２２２ａでは、導波管４２のスロット板４２ａにおいて８個×２列のスロット孔４２ｓが導波路４２ｉの延在方向に配列されている。また、図１７に示すように、導波管４２の上部部材４２ｂには、導波路４２ｉの側方、即ち、導波路４２ｉの延在方向に直交する方向において当該導波路４２ｉの両脇において、当該導波路４２ｉに沿って冷媒流路４２ｃが設けられている。この冷媒流路４２ｃにはチラーユニットから供給される冷媒が循環される。
また、アンテナ２２２ａでは、導波路４２ｉの下方ではなく、冷媒流路４２ｃの下方に溝４０ｇが形成されている。溝４０ｇ内の空間はプラズマ発生領域となるが、プラズマ発生領域の近傍において窓部材４０には熱が発生する。このアンテナ２２２ａによれば、溝４０ｇの上方に冷媒流路４２ｃが設けられているので、窓部材４０の熱を効率良く放熱することが可能となる。
図１８は、更に別の実施形態に係るアンテナを上方から見て示す平面図である。図１９は、図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線矢視断面図である。図１８及び図１９に示すアンテナ３２２ａでは、窓部材４０は、周縁部、即ち被支持部４０ｓによって囲まれた窓領域ＷＲを有している。窓領域ＷＲは、被支持部４０ｓに連続している。このアンテナ３２２ａでは、窓領域ＷＲが溝４０ｇの底面を構成している。即ち、アンテナ３２２ａでは、溝４０ｇは、開口ＡＰと略同様の平面サイズを有している。これにより、上述した実施形態と比較してより広いプラズマ発生領域を得ることが可能となる。
また、アンテナ３２２ａでは、複数のスロット孔４２ｓは、導波管４２内、即ち導波路４２ｉにおいてマイクロ波の定在波の節が発生する領域の下方に設けられている。換言すると、複数のスロット孔４２ｓは、導波路４２ｉにおいて定在波の腹が発生する位置の下方の領域を囲む領域に配置されている。ここで、定在波の腹の下方の領域にスロット孔４２ｓが設けられている形態では、当該スロット孔４２ｓの下方における電界強度が他の箇所の電界強度よりも強くなる傾向が生じ得る。即ち、局所的に電界強度が強くなる領域が発生し得る。しかしながら、アンテナ３２２ａによれば、定在波の節の下方の領域にスロット孔４２ｓが設けられ得ているので、電界強度分布のバラツキを更に低減させることが可能となる。
図２０は、更に別の実施形態に係るアンテナを上方から見て示す平面図である。図２１は、図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線矢視断面図である。図２０及び図２１に示すアンテナ４２２ａの窓部材４０は、アンテナ３２２ａの窓部材と同様であり、周縁部、即ち被支持部４０ｓに連続する窓領域ＷＲを有しており、当該窓領域ＷＲの略全体が溝４０ｇの底面を構成している。また、アンテナ４２２ａでは、窓領域ＷＲの略全面の上方において延在するように、導波管４２が導波路４２ｉを画成している。この導波路４２ｉは、導波管４２内に設けられた遅波板１２６によって構成されている。また、アンテナ４２２ａでは、遅波板１２６は、窓部材４０と同じ材料から構成され得る。例えば、窓部材４０がアルミナセラミックから構成されている場合には、遅波板１２６もアルミナセラミックから構成され得る。さらに、スロット板４２ａには、遅波板１２６の全面の下方において分布するように、多数のスロット孔４２ｓが設けられている。
このアンテナ４２２ａでは、溝４０ｇの略全領域の上方において延在するように、窓部材４０と同材料から構成された遅波板１２６が設けられているので、窓部材４０に発生する熱が、遅波板１２６を介してより効率良く放熱される。また、遅波板１２６の全面の下方において多数のスロット孔４２ｓが分布しているので、溝４０ｇ内における電界強度分布のバラツキが更に低減され得る。
以下、アンテナ２２２ａに関するシミュレーション６〜１４の結果について説明する。シミュレーション６〜１４では、アンテナ２２２ａのプランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置を変更することにより、溝４０ｇ内での、電界強度分布を算出した。シミュレーション６〜１４の条件は以下の通りである。なお、以下に示すプランジャの先端面の位置は、当該先端面の軸線Ｚ方向の位置であり、上部部材４２ｂの下面、即ち導波路４２ｉに接する面を含む基準平面上にあるときに、「０ｍｍ」としている。また、基準平面から上方に移動したときのプランジャの先端面の位置を、当該基準平面からの軸線Ｚ方向における距離で表わしている。
＜シミュレーション６〜１４の共通条件＞
窓部材４０の底面４０ｆと上面４０ａとの距離：１１ｍｍ
窓部材４０の溝４０ｇの周囲における下面４０ｂと上面４０ａとの距離：２１ｍｍ
溝４０ｇの放射方向の長さ：３１２ｍｍ
溝４０ｇの最大幅：４９ｍｍ
一対の内側面４０ｍがなす角度：６度
プランジャ間の放射方向におけるピッチ：７９ｍｍ
マイクロ波の周波数：２．４５ＧＨｚ
マイクロ波発生器４８が発生するマイクロ波のパワー：４ｋＷ
＜シミュレーション６〜１４の個別条件＞
シミュレーション６の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：２０ｍｍ、０ｍｍ、０ｍｍ
シミュレーション７の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：１０ｍｍ、０ｍｍ、０ｍｍ
シミュレーション８の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：０ｍｍ、０ｍｍ、０ｍｍ
シミュレーション９の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：４０ｍｍ、０ｍｍ、０ｍｍ
シミュレーション１０の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：３０ｍｍ、０ｍｍ、０ｍｍ
シミュレーション１１の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：０ｍｍ、２０ｍｍ、０ｍｍ
シミュレーション１２の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：０ｍｍ、１０ｍｍ、０ｍｍ
シミュレーション１３の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：０ｍｍ、４０ｍｍ、０ｍｍ
シミュレーション１４の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置：０ｍｍ、３０ｍｍ、０ｍｍ
図２２は、シミュレーション６〜１０の結果を示すグラフであり、図２３はシミュレーション８及び１１〜１４の結果を示すグラフである。図２２及び図２３のグラフにおいて、横軸は、溝４０ｇ内の放射方向における位置を示している。位置１〜４はそれぞれ、溝４０ｇの周方向の中央を放射方向に通過するライン上の位置であり、当該ライン上における溝４０ｇの中心から放射方向に−１１２．５ｍｍ、−３７．５ｍｍ、３７．５ｍｍ、１１２．５ｍｍの位置である。なお、放射方向において負の長さを有する位置とは、アンテナ２２２ａを有する成膜装置において、前記ライン上における溝４０ｇの中心よりも軸線Ｚに近い位置である。また、図２２及び図２３のグラフにおいて、縦軸は電界強度を示している。図２２及び図２３に示すように、シミュレーション６〜１４によれば、プランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３それぞれの先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置を調整することにより、溝４０ｇ内での放射方向におけるマイクロ波のパワーを調整することができることが確認された。具体的には、放射方向において略均一な電界強度分布を形成することが可能であることが確認された。また、放射方向において軸線Ｚから離れるにつれて大きくなる電界強度分布、或いは、放射方向において軸線Ｚから離れるにつれて小さくなる電界強度分布を形成することが可能であることが確認された。
したがって、一例においては、複数のアンテナ２２２ａを周方向に配列させて、それらアンテナ２２２ａの全てが形成する電界強度分布が放射方向に略均一な電界強度分布となるようにプランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置を設定することが可能であることが確認された。
また、別の一例においては、複数のアンテナ２２２ａを周方向に配列させて、それらアンテナ２２２ａのうち一部が形成する電界強度分布が放射方向において軸線Ｚから離れるにつれて小さくなる電界強度分布となるよう、プランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置を設定し、且つ、それらアンテナ２２２ａのうち他の一部が形成する電界強度分布が放射方向において軸線Ｚから離れるにつれて大きくなる電界強度分布となるよう、プランジャＰ１、Ｐ２、Ｐ３の先端面Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３の位置を設定することが可能であることも確認された。この場合には、一つのアンテナによって形成されるプラズマによって基板Ｗが処理される量は基板Ｗの位置によって異なり得るが、基板Ｗを軸線Ｚの周りで周回させて、複数のアンテナによって形成されるプラズマに基板Ｗを晒すことにより、基板Ｗの各位置を均一にプラズマ処理することが可能となる。
以上種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、複数のスロット孔の全てが同一の形状を有していてもよく、或いは、複数のスロットの幅及び／又は長さは、互いに異なっていてもよい。また、誘電体窓、遅波板などの材質、マイクロ波の周波数についても上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。
１０…成膜装置、１２…処理容器、Ｃ…処理室、Ｒ１…領域、Ｒ２…領域、１４…載置台、１４ａ…基板載置領域、１６…第１のガス供給部（前駆体ガスの供給部）、１６ａ…噴射部、１８…排気部、１８ａ…排気口、２０…ガス供給部、２０ａ…噴射口、２２…プラズマ生成部、２２ａ…アンテナ、２２ｂ…第２のガス供給部（反応ガスの供給部）、４０…窓部材、４０ａ…上面、４０ｂ…下面、４０ｇ…溝、４０ｆ…底面、４０ｍ…内側面、４２…導波管、４２ａ…スロット板（第１の壁）、４２ｂ…上部部材（第２の壁）、４２ｓ…スロット孔、４８…マイクロ波発生器、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…プランジャ、Ｐｒ１，Ｐｒ２，Ｐｒ３…先端面（反射面）。

Claims (9)

  1. 基板載置領域を有し、該基板載置領域が周方向に移動するよう軸線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の領域及び第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第１のガス供給部と、
    前記第２の領域において反応ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    を備え、
    前記プラズマ生成部は、
    前記第２の領域に反応ガスを供給する第２のガス供給部と、
    前記第２の領域にマイクロ波を導入するアンテナと、
    を有し、
    前記アンテナは、
    上面及び下面を有し、前記第２の領域の上に設けられた誘電体製の窓部材と、
    前記窓部材の上面上に設けられた導波管であり、前記軸線に対して放射方向に延びる導波路を画成しており、前記導波路から前記窓部材に向けてマイクロ波を通過させる複数のスロット孔が形成された導波管と、
    を含み、
    前記窓部材の前記下面は、前記軸線に対して放射方向に延在する溝を画成している、
    成膜装置。
  2. 前記窓部材は、周方向から前記溝を画成する一対の内側面を含み、
    前記一対の内側面の間の距離は、前記軸線から離れるにつれて大きくなっている、
    請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記導波管は、前記窓部材の前記上面に接する第１の壁及び前記第１の壁と平行に設けられた第２の壁を含み、
    前記複数のスロット孔は、前記第１の壁に形成されており、前記導波路の延在方向に配列されており、
    前記第２の壁には複数の開口が設けられており、該複数の開口は前記導波路の延在方向に配列されており、
    前記第２の壁に取り付けられた複数のプランジャを更に備え、
    前記複数のプランジャの各々は、前記複数の開口のうち対応の開口内及び該開口の上方において前記軸線に平行な方向における位置を変更可能な反射面を有する、
    請求項１又は２に記載の成膜装置。
  4. 前記溝は、前記導波路の下方において延在している、請求項１〜３の何れか一項に記載の成膜装置。
  5. 前記導波路の側方において該導波路に沿って延びる冷媒流路が設けられており、
    前記溝は、前記冷媒流路の下方に設けられている、
    請求項１〜３の何れか一項に記載の成膜装置。
  6. 前記窓部材は、周縁部と該周縁部によって囲まれた窓領域とを含んでおり、該窓領域の全体が前記溝の底面を構成している、請求項１〜３の何れか一項に記載の成膜装置。
  7. 前記複数のスロット孔は、前記導波管内において前記マイクロ波の定在波の節が発生する領域の下方に設けられている、請求項１〜６の何れか一項に記載の成膜装置。
  8. 前記導波管の内部に設けられた誘電体製の遅波板を更に備える、請求項１〜７の何れか一項に記載の成膜装置。
  9. 前記導波管は、前記導波路が前記窓領域の略全面の上方において延在するよう該導波路を画成しており、
    前記導波管の内部に設けられた誘電体製の遅波板であり、前記窓領域の上方において前記導波路を構成する該遅波板を更に備え、
    前記複数のスロット孔は、前記遅波板の全面の下方において分布するように設けられている、
    請求項６に記載の成膜装置。
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