JP2016157724A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ガスの活性化を図りつつ成膜の基板面内均一性を調整できる成膜装置を提供することを目的とする。【解決手段】成膜装置は、略円筒形の処理室１と、該処理室内に設けられ、基板Ｗを上面に載置可能な回転テーブル２と、前記処理室の内側壁から前記回転テーブルの中心軸に向かって延び、前記回転テーブルの半径方向に沿って前記回転テーブルの上方に延在するガスノズル３１、３２、９２と、前記処理室の内側壁の少なくとも一部、及び／又は、前記回転テーブルの中心軸の周囲の少なくとも一部を壁面状に覆うように設けられた側壁ヒータ１１０〜１１３と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、成膜装置に関する。

従来から、真空容器内に複数の基板を周方向に沿って載置可能な回転テーブルを設け、回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられた第１の反応ガス供給部及び第２の反応ガス供給部から、互いに反応する第１の処理ガス及び第２の処理ガスを順番に基板の表面に供給し、この供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する原子堆積法（ＡＬＤ、Atomic Layer Deposition）法又は分子堆積法（ＭＬＤ、Molecular Layer Deposition）法を用いた回転テーブル式の成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の成膜装置では、第１の反応ガス供給部及び前記第２の反応ガス供給部の少なくとも一方は、隔壁によりガス活性化用流路とガス導入用流路とに区画された流路形成部材と、ガス導入用流路に処理ガスを導入するためのガス導入ポートと、ガス活性化用流路内にて前記隔壁に沿って互いに並行に伸びるように設けられ、処理ガスを活性化させるための電力が印加される一対の電極と、隔壁に電極の長さ方向に沿って設けられ、ガス導入用流路内の処理ガスを前記ガス活性化用流路に供給するための連通孔と、ガス活性化用流路にて活性化されたガスを吐出するためにガス活性化用流路に前記電極の長さ方向に沿って設けられたガス吐出口と、を備えた活性化ガスインジェクターとして構成されている。

上述の回転テーブル式の成膜装置では、回転テーブルの１回転で中心側と外周側の移動速度が異なるため、回転テーブルの周方向に沿って複数載置された基板の中心側と外周側とで処理ガスの吸着量が異なってしまい、成膜された膜の面内均一性に影響を及ぼす場合があるが、特許文献１に記載の活性化ガスインジェクターを用いることにより、ガスの供給を分散化でき、膜の面内均一性を向上させることができる。具体的には、吸着ガスの濃度分布及び吸着ガスに接する時間を制御することにより、ガスを基板面内で均一に吸着させ、基板面内の膜厚均一性を良好にすることができる。また、例えば、高圧条件での成膜の要求があった場合には、吸着ガスの活性化インジェクター内のガスの置換を調整するため、吸着ガスに大量のキャリアＮ_２ガスを供給し、Ｎ_２流量を増加させることにより面内均一性を制御することができる。

特開２０１３−１１８４１１号公報

しかしながら、今後更なる高圧条件での成膜の要求があった場合には、ガス置換のためキャリアＮ_２ガスの流量を増加させて対応するが、Ｎ_２ガスの供給量を増加させると、基板に供給するガスの活性を低下させることになるため、そのような対応にも限界がある。

そこで、本発明は、ガスの活性化を図りつつ成膜の基板面内均一性を調整できる成膜装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜装置は、略円筒形の処理室と、
該処理室内に設けられ、基板を上面に載置可能な回転テーブルと、
前記処理室の内側壁から前記回転テーブルの中心軸に向かって延び、前記回転テーブルの半径方向に沿って前記回転テーブルの上方に延在するガスノズルと、
前記処理室の内側壁の少なくとも一部、及び／又は、前記回転テーブルの中心軸の周囲の少なくとも一部を壁面状に覆うように設けられた側壁ヒータと、を有する。

本発明によれば、成膜における基板面上の面内均一性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略断面図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。 図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。 側壁ヒータの一例の構造を示した図である。 図１の成膜装置の真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルの同心円に沿った、当該真空容器に概略断面図である。 図１の成膜装置の別の概略断面図である。 図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す概略断面図である。 図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す他の概略断面図である。 図１の成膜装置に設けられるプラズマ発生源を示す概略上面図である。 ノズルカバーの一例の構成を示した図である。図１０（ａ）は、処理ガスノズルに取り付けられるノズルカバーを示した図である。図１０（ｂ）は、ノズルカバーの構成要素間のプロポーションの一例を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置の一例の縦断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る成膜装置の一例の分解斜視図であり、図３は、本発明の実施形態に係る成膜装置の一例の分解平面図である。

図１から図３までを参照すると、本発明の実施形態による成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯ−リングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。真空容器１は、内部に基板を収容した状態で成膜処理を行うので、処理室と呼んでもよい。

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

回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。この凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。

図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明するための図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる処理ガスノズル３１、処理ガスノズル３２、分離ガスノズル４１，４２、及びガス導入ノズル９２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、ガス導入ノズル９２、分離ガスノズル４１、処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び処理ガスノズル３２がこの順番で配列されている。これらのノズル９２、３１、３２、４１、４２は、各ノズル９２、３１、３２、４１、４２の基端部であるガス導入ポート９２ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して水平に伸びるように取り付けられている。

なお、本実施形態に係る成膜装置において、ガス導入ノズル９２を設けることは必須ではなく、必要に応じて設けるようにしてよい。即ち、ガス導入ノズル９２は、成膜処理において、プラズマ処理も行う場合に設けられる。よって、ガス導入ノズル９２の上方には、図３において簡略化して示すように、プラズマ発生器８０を設ける。プラズマ発生器８０については後述する。

処理ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量調整器などを介して、第１の処理ガスとしてのＳｉ（シリコン）含有ガスの供給源（図示せず）に接続されている。処理ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量調整器などを介して、第２の処理ガスとしての酸化ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量調整バルブなどを介して、分離ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスの供給源（図示せず）に接続されている。

Ｓｉ含有ガスとしては、例えば有機アミノシランガスを用いることができ、酸化ガスとしては、例えばＯ_３（オゾン）ガス若しくはＯ_２（酸素）ガス又はこれらの混合ガスを用いることができる。

処理ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔３３が、処理ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。処理ガスノズル３１の下方領域は、Ｓｉ含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。処理ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着されたＳｉ含有ガスを酸化させる第２の処理領域Ｐ２となる。

図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２とともに分離領域Ｄを構成するため、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇形の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。

図１〜３、全体としては図３に示すように、第１の処理領域Ｐ１の容器本体１２の内側壁面上には側壁ヒータ１１０、突出部５の外周側面には側壁ヒータ１１２が各々設けられている。また、第２の処理領域Ｐ２の容器本体１２の内側壁面上の一部には側壁ヒータ１１１、突出部５の外周側面の一部に側壁ヒータ１１３が各々設けられている。側壁ヒータ１１０〜１１３は、処理ガスノズル３１、３２から供給される第１及び第２の処理ガスの温度が低下することを防ぐために設けられる加熱手段である。側壁ヒータ１１０〜１１３は、その名が示す通り、側壁を覆うように設けられる壁面状のヒータであり、回転テーブル２の中心側と外周側の側面から真空容器１の回転テーブル２上の空間を加熱して温める機能を有する。

容器本体１２の内側壁面上に設けられている外側の側壁ヒータ１１２、１１３は、容器本体１２の内側壁面の一部又は全部（全内周面）を覆うように設けられてよい。つまり、図３においては、回転テーブル２の外側の側壁ヒータ１１２は第１の処理領域Ｐ１における容器本体１２のほぼ総ての内側壁面を覆うように設けられているが、側壁ヒータ１１３は第２の処理領域Ｐ２における容器本体１２の一部のみを覆うように設けられている。より詳細には、側壁ヒータ１１３は、プラズマ発生器８０が設けられている部分の内側壁面を覆っている。また、回転テーブル２の中心軸側の側壁ヒータ１１０は、突出部５の外周面の第１の処理領域Ｐ１の部分をほぼ総て覆うように設けられているが、側壁ヒータ１１１は、突出部５の外周面の第２の処理領域Ｐ２のプラズマ発生器８０が設けられていない部分のみを覆うように設けられている。このように、側壁ヒータ１１０〜１１３は、設けることが容易な領域に選択的に設けられてもよい。図３に示す例では、回転テーブル２の中心側においては、側壁ヒータ１１０、１１１は、分離領域Ｄ（凸状部）及びプラズマ発生器８０が設けられておらず、ヒータ取り付けスペースが十分にある領域にのみ選択的に設けられている。一方、外周側においては、側壁ヒータ１１２、１１３は、第１の処理ガスノズル３１が設けられた領域と、ガス導入ノズル９２が存在するプラズマ発生器８０が設けられた領域をカバーするように設けられている。

側壁ヒータ１１０〜１１３は、真空容器１内の構成、部品の配置状態に応じて、任意の箇所に任意の個数設けてよいが、回転テーブル２の上方の空間を加熱することに加えて、真空容器１内に供給される処理ガスを効率よく加熱する機能をも果たすことが好ましいので、第１及び第２の処理ガスノズル３１、３２及びガス導入ノズル９２等の存在する領域に対応させて設けてもよい。図３の例では、第１の処理ガスノズル３１及びガス導入ノズル９２から供給される処理ガスを直接的に加熱できるように、第１の処理ガスノズル３１及びガス導入ノズル９２が設けられた箇所をカバーするように側壁ヒータ１１０、１１２、１１３が設けられている。言い換えれば、側壁ヒータ１１０、１１２は、第１の処理ガスノズル３１が延びる延在方向と交わる位置を含むように設けられ、側壁ヒータ１１３は、ガス導入ノズル９２が延びる延在方向と交わる位置を含むように設けられている。更に、側壁ヒータ１１１は、第２の処理ガスノズル３２が延びる延在方向と交わる位置を含むように設けられている。このように、各処理領域Ｐ１、Ｐ２内においても、ガスが直接的に導入される処理ガスノズル３１、３２及びガス導入ノズル９２の延在方向と交わる位置に対応させ、この位置を包含する領域に側壁ヒータ１１０〜１１４を設けることにより、効果的にガス温度の低下を抑制することができる。

なお、図３において、第２の処理ガスノズル３２が設けられている箇所付近には、中心側の側壁ヒータ１１１しか設けられていないが、必要に応じて、第２の処理ガスノズル３２が設けられている箇所付近の外周側にも側壁ヒータを設けるようにしてもよい。

また、図３においては、第１の処理領域Ｐ１の中心側と外周側とで対をなす側壁ヒータ１１０、１１２が１対設けられ、第２の処理領域Ｐ２にも中心側と外周側とで対（必ずしも対向していないが）をなす側壁ヒータ１１１、１１４が１対設けられた例が挙げられているが、中心側及び外周側の双方において、全周に亘り側壁ヒータ１１０〜１１４を１個ずつ設け、全周で対をなすような構成であってもよい。全周に亘って中心側と外周側の双方から均等に加熱がなされるので、確実に回転テーブル２上の空間を加熱し、供給される処理ガスのガス温度の低下を防ぐことができる。

側壁ヒータ１１０〜１１４は、可能な限り広い領域に設けることが好ましいが、図３の例に示すように、搬送口１５、排気口６１、６２、凸状部４等の存在により設けることが困難な箇所には必ずしも設けなくてもよく、用途等を考慮して必要な箇所にのみ設けるようにしてもよい。また、効率的な加熱の観点からは、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２の中心側と外周側の双方に側壁ヒータ１１０〜１１４を設け、中心側と外周側から挟むようにして回転テーブル２上の空間を加熱することが好ましいが、真空容器１の構造等により、片側しか設けることができない場合には、中心側又は外周側の片側のみに設けるような構成であってもよい。

図４は、側壁ヒータ１１０、１１２の一例の構造を示した図である。側壁ヒータ１１０、１１２は、各々電熱線１１０ａ、１１２ａとケーシング１１０ｂ、１１２ｂとを備える。電熱線１１０ａ、１１２ａは、電流を流すことにより熱を発生する抵抗体であり、熱を発する発熱体である。電熱線１１０ａ、１１２ａは、突出部５の外周側面及び容器本体１２の内側壁面の略全体を覆うように配置されることが好ましく、例えば、図４に示すように、上方に延び、折れてから水平に延び、更に折れて下方に延びながら内周面に沿って延びていくような形状で構成されてもよい。また、正弦交流波のような波型の形状であってもよいし、ジグザグのつづら折り状の形状であってもよい。電熱線１１０ａ、１１２ａは、突出部５の外周側面及び容器本体１２の内側壁面の略全体を覆うことが可能であれば、用途に応じて種々の配置構成とされてよい。

ケーシング１１０ｂ、１１２ｂは、電熱線１１０ａ、１１２ａを収容するための容器であり、突出部５の外周側面及び容器本体１２の内側壁面に沿う形状に構成されることが好ましい。また、ケーシング１１０ｂ、１１２ｂは、２５０〜６００℃の温度で加熱される真空容器１内に設けられ、かつ、処理されるウエハＷを汚染しないことが必要であるので、耐熱性があり、加熱時の発塵が少ない材料であることが好ましい。ケーシング１１０ｂ、１１２ｂは、かかる条件を満たす種々の材料から構成されてよいが、例えば、回転テーブル２と同様、石英で構成されてもよい。

図４において、ケーシング１１２ｂは、容器本体１２の外周壁から導入され、回転テーブル２の半径方向に沿って延在する第１の処理ガスノズル３１を通過させるための切り欠き部１１２ｂｃを有する。これにより、第１の処理ガスノズル３１の導入を妨げることなく側壁ヒータ１１２を容器本体１２の内側壁面上に設けることができる。

なお、このような切り欠き部１１２ｃは、必要に応じて、他の箇所にも設けられてもよい。例えば、側壁ヒータ１１２の設置や第１の処理ガスノズル３１の設置のためにＯ−リング等のシール部材が用いられた場合には、シール部材を側壁ヒータ１１２の熱で焼いて劣化させないように、シール部材を回避するように切り欠き部１１２ｃを設けるようにしてもよい。

図１〜４に示すように、必要に応じて、側壁ヒータ１１０〜１１４の温度を調整可能な温度調整部１２０を設けるようにしてもよい。温度調整部１２０により、側壁ヒータ１１０〜１１４の温度調整を行うことができ、各種プロセスに対応させた適切な温度設定とすることができる。なお、図１〜４においては、複数の側壁ヒータ１１０〜１１４に対して、１個の温度調整部１２０が設けられ、側壁ヒータ１１０〜１１４は総て温度調整部１２０に接続された例が示されているが、温度調整部１２０は、個々の側壁ヒータ１１０〜１１４に対応して個別に設けられるような構成であってもよい。

側壁ヒータ１１０〜１１４の設定温度は、総て同一の設定温度であってもよいし、設けられた箇所に応じて異なる設定温度であってもよい。側壁ヒータ１１０〜１１４の設定温度は各種プロセスに応じて、適切な温度に設定することができる。

また、温度調整部１２０は、側壁ヒータ１１０〜１１４の温度を調整可能であれば、種々の構成とすることができる。また、温度調整部１２０は、制御部１００の一部として制御部１００に組み込まれてもよい。

次に、真空容器１の他の構成について説明する。

図５は、処理ガスノズル３１から処理ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示している。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられているため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇形の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。また、高い天井面４５の下方の空間に処理ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの処理ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。図５に示すように、処理ガスノズル３１は、高い天井面４５の下方の右側の空間４８１に設けられ、処理ガスノズル３２は、高い天井面４５の下方の左側の空間４８２に設けられる。

また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４２ｈ（図５参照）が、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。

天井面４４は、狭い空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２の吐出孔４２ｈからＮ_２ガスが供給されると、このＮ_２ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ_２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ_２ガスが、第１の領域Ｐ１からのＳｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の領域Ｐ１からのＳｉ含有ガスと、第２の領域Ｐ２からの酸化ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内においてＳｉ含有ガスと酸化ガスとが混合し、反応することが抑制される。

なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ_２ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。

一方、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。

先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している。一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す断面図である。図６に示すように、扇形の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から処理ガスが侵入することを抑制して、両処理ガスの混合を抑制する。扇形の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図６に示すように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域Ｅと記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１及び第２の排気口６２が形成されている。第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように各々排気管６３を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４に接続されている。なお図１に示すように、圧力調整器６５が排気管６３に接続される。

回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図６に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば４５０℃）に加熱される。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅに至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている（図６）。このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａと真空容器１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。

回転テーブル２の下方に設けられたヒータユニット７による加熱で、第１及び第２の処理ガスノズル３１、３２及びガス導入ノズル９２から供給されるガスの温度が低下せず、成膜される膜の十分な面内均一性が確保される場合には、壁面ヒータ１１０〜１１４は必ずしも設ける必要は無い。しかしながら、第１及び第２の処理ガスノズル３１、３２及びガス導入ノズル９２は、回転テーブル２よりも上方に設けられているため、ヒータユニット７からの加熱のみでは、第１及び第２の処理ガスノズル３１、３２及びガス導入ノズル９２から供給されるガスに熱が十分に伝わらず、ガス温度が低下するおそれがある。そこで、本実施形態においては、回転テーブル２の下方に設けられたヒータユニット７の他に、壁面ヒータ１１０〜１１４を設け、供給されるガスを十分に加熱することにより、成膜される膜の面内均一性を確実に向上させる。

ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ_２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図６には一つのパージガス供給管７３を示す）。また、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。

また、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ_２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給されるＳｉ含有ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される酸化ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。

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

次に、図７から図９までを参照しながら、必要に応じて設けられるプラズマ発生器８０について説明する。プラズマ発生器８０は、本実施形態に係る成膜装置において必須ではなく、必要に応じて設けるようにしてよい。図７は、回転テーブル２の半径方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図８は、回転テーブル２の半径方向と直交する方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図９は、プラズマ発生器８０の概略を示す上面図である。図示の便宜上、これらの図において一部の部材を簡略化している。

図７を参照すると、プラズマ発生器８０は、高周波透過性の材料で作製され、上面から窪んだ凹部を有し、天板１１に形成された開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１と、フレーム部材８１の凹部内に収容され、上部が開口した略箱状の形状を有するファラデー遮蔽板８２と、ファラデー遮蔽板８２の底面上に配置される絶縁板８３と、絶縁板８３の上方に支持され、略八角形の上面形状を有するコイル状のアンテナ８５とを備える。

天板１１の開口部１１ａは複数の段部を有しており、そのうちの一つの段部には全周に亘って溝部が形成され、この溝部に例えばＯ−リングなどのシール部材８１ａが嵌め込まれている。一方、フレーム部材８１は、開口部１１ａの段部に対応する複数の段部を有しており、フレーム部材８１を開口部１１ａに嵌め込むと、複数の段部のうちの一つの段部の裏面が、開口部１１ａの溝部に嵌め込まれたシール部材８１ａと接し、これにより、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性が維持される。また、図７に示すように、天板１１の開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１の外周に沿った押圧部材８１ｃが設けられ、これにより、フレーム部材８１が天板１１に対して下方に押し付けられる。このため、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性がより確実に維持される。

フレーム部材８１の下面は、真空容器１内の回転テーブル２に対向しており、その下面の外周には全周に亘って下方に（回転テーブル２に向かって）突起する突起部８１ｂが設けられている。突起部８１ｂの下面は回転テーブル２の表面に近接しており、突起部８１ｂと、回転テーブル２の表面と、フレーム部材８１の下面とにより回転テーブル２の上方に空間（以下、内部空間Ｓ）が画成されている。なお、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間隔は、分離空間Ｈ（図４）における天井面１１の回転テーブル２の上面に対する高さｈ１とほぼ同じであって良い。

内部空間Ｓには、突起部８１ｂを貫通したガス導入ノズル９２が延びている。ガス導入ノズル９２には、本実施形態においては、図７に示すように、アルゴン（Ａｒ）ガスが充填されるアルゴンガス供給源９３ａと、酸素（Ｏ_２）ガスが充填される酸素ガス供給源９３ｂと、水素（Ｈ_２）ガスが充填される水素ガス供給源９３ｃとが接続されている。アルゴンガス供給源９３ａ、酸素ガス供給源９３ｂ、及び水素ガス供給源９３ｃから、対応する流量制御器９４ａ、９４ｂ、及び９４ｃにより流量制御されたＡｒガス、Ｏ_２ガス、及びＨ_２ガスが、所定の流量比（混合比）で内部空間Ｓに供給される。なお、これらのガス導入ノズル９２に供給されるガスは一例に過ぎず、プロセスに応じて種々適切なガスを用いることができる。

ガス導入ノズル９２には、その長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）で複数の吐出孔９２ｈが形成されており、吐出孔９２から上述のＡｒガス等が吐出される。吐出孔９２ｈは、図８に示すように、回転テーブル２に対して垂直な方向から回転テーブル２の回転方向の上流側に向かって傾いている。このため、ガス導入ノズル９２から供給されるガスは、回転テーブル２の回転方向と逆の方向に、具体的には、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間の隙間に向かって吐出される。これにより、回転テーブル２の回転方向に沿ってプラズマ発生器８０よりも上流側に位置する天井面４５の下方の空間から反応ガスや分離ガスが、内部空間Ｓ内へ流れ込むのが抑止される。また、上述のとおり、フレーム部材８１の下面の外周に沿って形成される突起部８１ｂが回転テーブル２の表面に近接しているため、ガス導入ノズル９２からのガスにより内部空間Ｓ内の圧力を容易に高く維持することができる。これによっても、反応ガスや分離ガスが内部空間Ｓ内へ流れ込むのが抑止される。

ファラデー遮蔽板８２は、金属などの導電性材料から作製され、図示は省略するが接地されている。図８に示されるように、ファラデー遮蔽板８２の底部には、複数のスリット８２ｓが形成されている。各スリット８２ｓは、略八角形の平面形状を有するアンテナ８５の対応する辺とほぼ直交するように延びている。

また、ファラデー遮蔽板８２は、図８及び図９に示すように、上端の２箇所において外側に折れ曲がる支持部８２ａを有している。支持部８２ａがフレーム部材８１の上面に支持されることにより、フレーム部材８１内の所定の位置にファラデー遮蔽板８２が支持される。

絶縁板８３は、例えば石英ガラスにより作製され、ファラデー遮蔽板８２の底面よりも僅かに小さい大きさを有し、ファラデー遮蔽板８２の底面に載置される。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２とアンテナ８５とを絶縁する一方、アンテナ８５から放射される高周波を下方へ透過させる。

アンテナ８５は、平面形状が略八角形となるように銅製の中空管（パイプ）を例えば３重に巻き回すことにより形成される。パイプ内に冷却水を循環させることができ、これにより、アンテナ８５へ供給される高周波によりアンテナ８５が高温に加熱されるのが防止される。また、アンテナ８３の両端には立設部８５ａが設けられており、立設部８５ａに支持部８５ｂが取り付けられている。支持部８５ｂにより、アンテナ８５がファラデー遮蔽板８２内の所定の位置に維持される。また、支持部８５ｂには、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７が接続されている。高周波電源８７は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波を発生することができる。

このような構成を有するプラズマ発生器８０によれば、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７からアンテナ８５に高周波電力を供給すると、アンテナ８５により電磁界が発生する。この電磁界のうちの電界成分は、ファラデー遮蔽板８２により遮蔽されるため、下方へ伝播することはできない。一方、磁界成分はファラデー遮蔽板８２の複数のスリット８２ｓを通して内部空間Ｓ内へ伝播する。この磁界成分により、ガス導入ノズル９２から所定の流量比（混合比）で内部空間Ｓに供給されるＡｒガス、Ｏ_２ガス、及びＨ_２ガス等のガスからプラズマが発生する。このようにして発生するプラズマによれば、ウエハＷ上に堆積される薄膜への照射損傷や、真空容器１内の各部材の損傷などを低減することができる。

次に、図１０を参照しながら、必要に応じて設けられるノズルカバー３４について説明する。図１０は、ノズルカバーの一例の構成を示した図であり、図１０（ａ）には、処理ガスノズル３１，３２に取り付けられるノズルカバー３４が示されている。ノズルカバー３４も、本実施形態に係る成膜装置において必須ではなく、必要に応じて設けることができる。ノズルカバー３４は、処理ガスをより高い濃度でウエハＷ（回転テーブル２）に供給するために設けられる。図１０（ａ）に示すように、ノズルカバー３４は、処理ガスノズル３１、３２の長手方向に沿って延び、コ字型の断面形状を有する基部３５を有している。基部３５は、処理ガスノズル３１、３２を覆うように配置されている。基部３５における上記長手方向に延びる２つの開口端の一方には、整流板３６Ａが取り付けられ、他方には、整流板３６Ｂが取り付けられている。

図１０（ｂ）は、ノズルカバー３４の構成要素間のプロポーションの一例を示した図である。図１０（ｂ）に示されるように、図１０の例においては、整流板３６Ａ、３６Ｂは、処理ガスノズル３１、３２の中心軸に対して左右対称に形成されている。また、整流板３６Ａ，３６Ｂの回転テーブル２の回転方向に沿った長さは、回転テーブル２の外周部に向かうほど長くなっており、このため、ノズルカバー３４は、概ね扇形状の平面形状を有している。ここで、図１０（ｂ）に点線で示す扇の開き角度は、分離領域Ｄ１，Ｄ２の凸状部４のサイズをも考慮して決定されるが、例えば５°以上９０°未満であると好ましく、具体的には例えば８°以上１０°未満であると更に好ましい。このようなノズルカバー３４を設けることにより、処理ガスノズル３１、３２から供給された処理ガスとウエハＷとの接触時間を長くすることができ、処理ガスのウエハＷの表面上への吸着を効率的に行うことができる。よって、必要に応じて、処理ガスノズル３１、３２の一方又は双方に、ノズルカバー３４を設けるようにしてもよい。

本実施形態に係る成膜装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられており、この制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。

また、図１に示すように、突出部５の外周側面には側壁ヒータ１１０、１１１、容器本体１２の内周壁面には側壁ヒータ１１３が設けられ、これらの温度を調整する温度調整部１２０が電気的に接続されている。

次に、本発明の実施形態による成膜方法について、上述の成膜装置を用いて実施される場合を例にとり説明する。このため、これまでに参照した図面を適宜参照する。

先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５（図３）を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。

続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により真空容器１を最低到達真空度まで排気した後、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ_２ガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管５１及びパージガス供給管７２からもＮ_２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力調整器６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。次いで、回転テーブル２を時計回りに例えば最大で２４０ｒｐｍの回転速度で回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを例えば４５０℃に加熱する。同時に、壁面ヒータ１１０〜１１４により、回転テーブル２の上方の空間も加熱する。加熱温度は、ヒータユニット７と同じ温度（この例では４５０℃）に加熱してもよいし、異なる温度に加熱してもよい。側壁ヒータ１１０〜１１３の温度調整は、温度調整部１２０により行う。

この後、処理ガスノズル３１、３２から夫々Ｓｉ含有ガス及びＯ_３ガスを吐出する。また、ガス導入ノズル９２から、所定の流量比で混合されたＡｒガス、Ｏ_２ガス、及びＨ_２ガスの混合ガスを内部空間Ｓに供給し、高周波電源８７からプラズマ発生器８０のアンテナ８５に高周波を例えば７００Ｗの電力で供給する。これにより、内部空間Ｓにプラズマが生成される。その際、壁面ヒータ１１０〜１１３により、処理ガスノズル３１、３２及びガス導入ノズル９２から供給されるガスの温度の低下を防ぐことができ、ウエハの表面上に均一に各ガスを吸着させることができる。これにより、成膜される膜の膜厚面内均一性を向上させることができる。

なお、本実施形態で供給する各ガスは一例であり、成膜プロセスに応じて種々のガスを供給することができる。本実施形態では、シリコン酸化膜の成膜を一例に挙げて説明している。

回転テーブル２が一回転する間、以下のようにしてウエハＷに酸化シリコンが形成される。すなわち、ウエハＷが、先ず、反応ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１を通過する際、ウエハＷの表面にはＳｉ含有ガスが吸着する。次に、ウエハＷが、反応ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２を通過する際、反応ガスノズル３２からのＯ_３ガスによりウエハＷ上のＳｉ含有ガスが酸化され、酸化シリコンの一分子層（又は数分子層）が形成される。次いで、ウエハＷが、プラズマ発生源８０の下方を通過する際、ウエハＷ上の酸化シリコン層は活性酸素種及び活性水素種に晒される。酸素ラジカルなどの活性酸素種は、例えばＳｉ含有ガスに含まれ酸化シリコン層中に残留した有機物を酸化することによって酸化シリコン層から離脱させるように働く。これにより、酸化シリコン層を高純度化することができる。

以下、所望の膜厚を有する酸化シリコン膜が形成される回数だけ回転テーブル２を回転した後、Ｓｉ含有ガスと、Ｏ_３ガスと、Ａｒガス、Ｏ_２ガス、及びＨ_２ガスの混合ガスとの供給を停止することにより成膜方法を終了する。続けて、分離ガスノズル４１、４２、分離カス供給管５１、及びパージガス供給管７２、７２からのＮ_２ガスの供給も停止し、回転テーブル２の回転を停止する。この後、真空容器１内にウエハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、真空容器１内からウエハＷが搬出される。

上述のように、本実施形態に係る成膜装置によれば、回転テーブル２の中心軸側及び容器本体１２の内側壁面を覆う壁面ヒータ１１０〜１１３を設けることにより、処理ガスノズル３１、３２及びガス導入ノズル９２から供給されるガスの温度の低下を防ぐことができ、ウエハの表面上に均一に各ガスを吸着させることができる。これにより、成膜される膜の膜厚面内均一性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ 真空容器
２ 回転テーブル
４ 凸状部
５ 突出部
７ ヒータユニット
１１ 天板
１２ 容器本体
２４ 凹部（基板載置領域）
３１、３２ 処理ガスノズル
３４ ノズルカバー
４１、４２ 分離ガスノズル
８０ プラズマ発生器
１１０〜１１３ 側壁ヒータ
１１０ａ、１１２ａ 電熱線
１１０ｂ、１１２ｂ ケーシング
１１２ｃ 切り欠き部
１２０ 温度調節部
Ｃ 中心領域
Ｄ 分離領域
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
Ｗ ウエハ

Claims (16)

1. 略円筒形の処理室と、
   該処理室内に設けられ、基板を上面に載置可能な回転テーブルと、
   前記処理室の内側壁から前記回転テーブルの中心軸に向かって延び、前記回転テーブルの半径方向に沿って前記回転テーブルの上方に延在するガスノズルと、
   前記処理室の内側壁の少なくとも一部、及び／又は、前記回転テーブルの中心軸の周囲の少なくとも一部を壁面状に覆うように設けられた側壁ヒータと、を有する成膜装置。
2. 前記側壁ヒータは、前記処理室の内側壁側と前記回転テーブルの中心軸側の双方に設けられた請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記側壁ヒータは、前記処理室の内側壁側及び前記回転テーブルの中心軸側の少なくとも一方において、周方向に離間して複数設けられた請求項１又は２に記載の成膜装置。
4. 前記側壁ヒータは、前記ガスノズルの延在方向に交わる位置を含む領域に設けられた請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。
5. 前記側壁ヒータは、前記処理室の内側壁の全周面及び前記回転テーブルの中心軸の周囲の全周に亘って設けられた請求項２に記載の成膜装置。
6. 前記側壁ヒータは、電熱線と、該電熱線を覆うケーシングとを有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜装置。
7. 前記ケーシングは、石英からなる請求項６に記載の成膜装置。
8. 前記ケーシングは、前記ガスノズルが延在する箇所には前記ガスノズルを通過させる切欠き部を有する請求項６又は７に記載の成膜装置。
9. 前記側壁ヒータの温度を調整する温度調整手段を更に有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜装置。
10. 前記回転テーブルは、周方向に沿って複数の前記基板を載置可能である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の成膜装置。
11. 前記回転テーブルの下方には、前記基板を下方から加熱可能な第２のヒータが設けられた請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
12. 前記ガスノズルは、前記処理室の周方向において離間して複数設けられた請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
13. 前記ガスノズルは、前記基板に吸着可能な第１の処理ガスを供給する第１の処理ガスノズルと、
    前記第１の処理ガスと反応して反応生成物を生成可能な第２の処理ガスを供給する第２の処理ガスノズルと、を含む請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜装置。
14. 前記第１の処理ガスノズルと前記第２の処理ガスノズルとの間の領域には、前記処理室の上面から前記回転テーブルに向かって下方に突出した略扇形の凸状部を有する分離領域が設けられ、
    該分離領域内に、前記第１の処理ガスと前記第２の処理ガスとを分離可能な分離ガスを供給する分離ガスノズルが設けられた請求項１３に記載の成膜装置。
15. 前記第１の処理ガスノズルは、前記回転テーブルの回転方向において前記分離領域に両側を区画された第１の処理領域に設けられ、
    前記第２の処理ガスノズルは、前記回転テーブルの回転方向において前記分離領域に両側を区画された第２の処理領域に設けられ、
    前記側壁ヒータは、前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域の各々に設けられた請求項１４に記載の成膜装置。
16. 前記凸状部から連続して下方に突出して前記回転テーブルの中心軸の周囲に設けられた環状の突出部を更に有し、
    前記回転テーブルの中心軸側の側壁ヒータは、前記突出部の外周側面を覆うように設けられた請求項１４又は１５に記載された成膜装置。

Images