JP2018139256A

JP2018139256A - 成膜装置

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Publication number: JP2018139256A
Application number: JP2017033518A
Authority: JP
Inventors: 寿加藤; Hisashi Kato
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: JP6750534B2; KR102313812B1; KR20180098136A; US11155918B2; US20180245218A1

Abstract

【課題】プラズマ形成部の配置高さ位置を変更させつつ、安定なプラズマを形成してプラズマ処理を実施することが可能な成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１は、金属製の真空容器１１内に設けられ、回転する回転テーブル２上に載置された基板Ｗに対して互いに分離された第１、第２の処理領域Ｒ１、Ｒ２に第１、第２の処理ガスを供給して成膜処理を行う。収容容器４２は、高さ調節部４３、４４によって底面部４２１の配置高さ位置を調節可能なように、真空容器１１の天井部１２側に設けられた開口部に挿入され、シール部４００によって真空容器１１と収容容器１２との間は気密に塞がれている。さらに収容容器１２と開口部の内周面との間には、誘電体製のシールド部材４１が配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、基板への成膜を行うにあたってプラズマを利用する技術に関する。

基板である半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）に対して成膜を行う成膜装置として、真空容器内に配置された回転テーブル上に、その回転中心を囲むようにして複数のウエハを載置し、回転テーブルの上方側の所定の位置に異なる処理ガスが供給されるように複数の処理領域（第１、第２の処理領域）を分離して配置したものがある。この成膜装置においては、回転テーブルを回転させると、各基板が回転中心の周りを公転しながら各処理領域を順番に繰り返し通過し、これら基板の表面で処理ガスが反応することにより原子層や分子層が積層されて成膜が行われる。

上述の成膜装置には、前記真空容器内に供給したプラズマ発生用ガスをプラズマ化させ、このプラズマを用いて基板に対するプラズマ処理を行うものがある。例えば特許文献１に記載されているように、本願の出願人は、プラズマ形成部（特許文献１では「プラズマ発生手段」と記載）を昇降させ、当該プラズマ形成部と回転テーブルとの間の距離を変更することにより、プラズマ処理の特性を変化させることが可能な成膜装置の開発を行っている。
本発明の発明者は、より安定にプラズマを形成しつつ、プラズマ形成部を昇降させることが可能な技術を開発している。

特開２０１５−９０９１６号公報：請求項１、段落００３５〜００３６、００８７〜００８９、図４

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、プラズマ形成部の配置高さ位置を変更させつつ、安定なプラズマを形成してプラズマ処理を実施することが可能な成膜装置を提供することにある。

本発明の成膜装置は、金属製の真空容器内に設けられた回転テーブルの上面側の基板載置領域に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより、当該回転テーブルの回転中心の周りで基板を公転させながら前記基板に対して第１の処理ガス及び第２の処理ガスを順番に供給して成膜処理を行う成膜装置において、
分離領域を介して前記回転テーブルの周方向に互いに離間した第１の処理領域、第２の処理領域に、夫々第１の処理ガス、第２の処理ガスを供給するための第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部と、
基板に対してプラズマ処理を行うために、前記真空容器内にプラズマ発生用ガスを供給するプラズマ発生用ガス供給部と、
前記プラズマ発生用ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成部と、
前記真空容器の天井部側に設けられた開口部に挿入され、前記回転テーブルの上面と対向する底面部を備えると共に、前記底面部の上面側に前記プラズマ形成部を収容した収容容器と、
前記収容容器と前記真空容器の開口部の内周面との間に配置され、当該内周面の周方向に沿って環状に設けられた誘電体製のシールド部材と、
前記真空容器内に挿入された前記収容容器の底面部の配置高さ位置を調節するための高さ調節部と、
前記真空容器と前記開口部に挿入された収容容器との間を気密に塞ぐためのシール部と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、予め設定された高さ位置にシールド部材が配置されているので、高さ調節部を用いた収容容器の配置高さ位置の変化に係らず、金属製の真空容器に設けた開口部の内周面がシールド部材に覆われた状態が維持され、安定したプラズマを形成することができる。

本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。前記成膜装置の横断平面図である。前記成膜装置の拡大縦断側面図である。前記成膜装置に設けられているプラズマ形成部などの分解斜視図である。アンテナギャップと前記成膜装置にて成膜された膜のエッチング速度との関係を示す説明図である。前記成膜装置に設けられた各処理領域及び分離領域を示す縦断面展開図である。プラズマ窓の配置高さの変更に係る第１の説明図である。前記プラズマ窓の配置高さの変更に係る第２の説明図である。前記プラズマ窓の昇降機構を備えた成膜装置の第１の拡大縦断側面図である。前記昇降機構を備えた成膜装置の第２の拡大縦断側面図である。

本発明の一実施形態として、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、基板であるウエハＷに対してＳｉＯ_２膜を成膜する成膜装置１について説明する。本例の成膜装置１にて実施されるＡＬＤ法の概要について述べると、Ｓｉ（ケイ素）を含む原料ガス（第１の処理ガス）である例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）を気化させたガスをウエハＷに吸着させた後、当該ウエハＷの表面に、前記ＢＴＢＡＳを酸化する酸化ガス（第２の処理ガス）であるオゾン（Ｏ_３）ガスを供給してＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）の分子層を形成する。１枚のウエハＷに対してこの一連の処理を複数回、繰り返し行うことにより、ＳｉＯ_２膜が形成される。

図１、２に示すように、成膜装置１は、概ね円形の扁平な金属製の真空容器１１と、真空容器１１内に設けられた円板状の回転テーブル２と、を備えている。真空容器１１は、天井部を構成する天板１２と、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３と、により構成されている。

回転テーブル２は、例えば石英ガラス（以下、単に「石英」という）により構成され、その中心部には鉛直下方へ伸びる金属製の回転軸２１が設けられている。回転軸２１は、容器本体１３の底部に形成された開口部１４を有し、下端部が塞がれたスリーブ１４１内に挿入され、回転軸２１の下端部には、回転駆動部２２が接続されている。なお、ウエハＷに対する金属によるコンタミネーションのおそれが小さい場合には、回転テーブルは、ステンレススチールなどの金属により構成してもよい。

回転テーブル２は、回転軸２１を介して真空容器１１内に水平に支持され、回転駆動部２２の作用により、上面側から見て例えば時計回りに回転する。
また、スリーブ１４１の上端部には、回転テーブル２の上面側から下面側への原料ガスや酸化ガスなどの回りこみを防ぐために、スリーブ１４１や容器本体１３の開口部１４と、回転軸２１との隙間にＮ_２（窒素）ガスを供給するガス供給管１５が設けられている。

一方で、真空容器１１を構成する天板１２の下面には、回転テーブル２の中心部に向けて対向するように突出し、平面形状が円環状の中心部領域Ｃが形成されている。さらに天板１２の下面には、前記中心部領域Ｃから回転テーブル２の外側に向かって広がる、平面形状が扇型の突出部１７が、回転テーブル２の周方向に互いに間隔を開けて２箇所に設けられている。言い替えると、これら中心部領域Ｃ及び突出部１７は、天板１２の下面に、その外側領域に比べて低い天井面を形成している。

中心部領域Ｃの内側と回転テーブル２の中心部との隙間はＮ_２ガスの流路１６を構成している。この流路１６には、天板１２に接続されたガス供給管からＮ_２ガスが供給され、流路１６内に流れ込んだＮ_２が、回転テーブル２の上面と中心部領域Ｃとの隙間から、その全周に亘って回転テーブル２の径方向外側に向けて吐出される。このＮ_２ガスは、回転テーブル２上の互いに異なる位置（後述の吸着領域（第１の処理領域）Ｒ１及び酸化領域（第２の処理領域）Ｒ２）に供給された原料ガスや酸化ガスが、回転テーブル２の中心部（流路１６）をバイパスとして互いに接触することを防いでいる。

図１に示すように回転テーブル２の下方に位置する容器本体１３の底面には、平面視したとき円環状の扁平な凹部３１が、前記回転テーブル２の周方向に沿って形成されている。この凹部３１の底面には、回転テーブル２の下面全体に対向する領域に亘って、例えば細長い管状のカーボンワイヤヒータからなるヒーター３２が配置されている（図１にはヒーター３２を模式的に示してある）。ヒーター３２は、不図示の給電部からの給電によって発熱し、回転テーブル２を介してウエハＷを加熱する。
ヒーター３２が配置された凹部３１の上面は、例えば石英からなる円環状の板部材である蓋体３３によって塞がれている。

また、前記凹部３１の外周側に位置する容器本体１３の底面には、真空容器１１内を排気する排気口３４、３５が開口している。排気口３４、３５の下流側には、真空ポンプなどにより構成された図示しない真空排気機構が接続されている。

さらに図２に示すように、容器本体１３の側壁にはウエハＷの搬入出口３６と、当該搬入出口３６を開閉するゲートバルブ３７とが設けられている。外部の搬送機構に保持されたウエハＷは、この搬入出口３６を介して真空容器１１内に搬入される。回転テーブル２の上面には、回転テーブル２の回転中心に相当する流路１６の周りを囲むように、ウエハＷの載置領域を成す複数の凹部２３が形成されている。真空容器１１内に搬入されたウエハＷは、各凹部２３内に載置される。搬送機構と凹部との間のウエハＷの受け渡しは、各凹部２３に設けられた不図示の貫通口を介して回転テーブル２の上方位置と下方位置との間を昇降自在に構成された昇降ピンを介して行われるが、昇降ピンの記載は省略してある。

さらに図２に示すように、回転テーブル２の上方には、原料ガスノズル５１、分離ガスノズル５２、酸化ガスノズル５３、プラズマ用ガスノズル５４、分離ガスノズル５５がこの順に、回転テーブル２の回転方向に沿って間隔をおいて配設されている。これらのガスノズル５１〜５５は、真空容器１１の側壁から、回転テーブル２の中心部に向けて、径方向に沿って水平に伸びる棒状のノズル本体により構成されている。各ガスノズル５１〜５５を構成するノズル本体の下面には、多数の吐出口５６が互いに間隔をおいて形成されている。

原料ガスノズル５１は、回転テーブル２の上面側へ向けて、不図示の原料ガス供給源から供給された既述のＢＴＢＡＳガスを吐出する。図２、６に示すように、原料ガスノズル５１は、当該原料ガスノズル５１から、回転テーブル２の回転方向の上流側及び下流側に向けて夫々広がる扇型に形成されたノズルカバー５７によって覆われている。ノズルカバー５７は、その下方におけるＢＴＢＡＳガスの濃度を高めて、ウエハＷへのＢＴＢＡＳガスの吸着性を向上させる役割を有する。原料ガスノズル５１は、本例の第１の処理ガス供給部を構成している。

酸化ガスノズル５３は、不図示の酸化ガス供給源から供給されたオゾンガスを回転テーブル２の上面側へ向けて吐出する。酸化ガスノズル５３は、本例の第２の処理ガス供給部を構成している。
なお本説明において、所定の基準位置から回転テーブル２の回転方向に沿った方向を回転方向の下流側、これと反対の方向を上流側という。

分離ガスノズル５２、５５は、分離ガスである不活性ガス、例えばＮ_２ガスを回転テーブル２の上面側へ向けて吐出する。図２、６に示すように、各分離ガスノズル５２、５５は、天板１２に形成された扇型の突出部１７を周方向に分割する位置に設けられた溝部内に配置されている。

プラズマ用ガスノズル５４は、不図示のプラズマ発生用ガス供給源から供給されたプラズマ発生用ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ_２）ガスとの混合ガスを回転テーブル２の上面へ向けて吐出する。プラズマ用ガスノズル５４は、本例のプラズマ発生用ガス供給部を構成している。

ここで図４に示すように、天板１２には回転テーブル２の回転方向に沿って広がる扇型の開口部が設けられている。この開口部には、後述のプラズマ形成部８を収容する収容容器４２が挿入されている（図１、３）。収容容器４２は、石英などの誘電体からなり、前記開口部に対応する平面形状を有すると共に、縦断側面形状がカップ状に形成されている。本例の収容容器４２は、回転テーブル２の回転方向に見て、酸化ガスノズル５３とその下流側の突出部１７との間の下流側よりの位置に設けられている。プラズマ用ガスノズル５４は、収容容器４２の下方側であって、回転テーブル２の回転方向の上流側に位置し、半径方向に伸びる当該収容容器４２の辺に沿って挿入されている。

回転テーブル２の上面側において、原料ガスノズル５１のノズルカバー５７の下方領域は、原料ガスであるＢＴＢＡＳガスの吸着が行われる吸着領域Ｒ１であり、酸化ガスノズル５３の下方領域は、オゾンガスによるＢＴＢＡＳガスの酸化が行われる酸化領域Ｒ２である。
本実施の形態において、吸着領域Ｒ１は第１の処理領域に相当し、第１、酸化領域Ｒ２は、第２の処理領域に相当している。

また、既述の収容容器４２の底面部（後述のプラズマ窓４２１と回転テーブル２との間の空間）は、プラズマによるＳｉＯ_２膜の改質が行われるプラズマ形成領域Ｒ３となっている。そして突出部１７の下方領域は、各分離ガスノズル５２、５５から吐出されるＮ_２ガスにより、吸着領域Ｒ１と酸化領域Ｒ２とを互いに分離して、原料ガスと酸化ガスとの混合を防ぐための分離領域Ｄを夫々構成している。

さらにまた、容器本体１３の底面に設けられた一方側の排気口３４はノズルカバー５７（吸着領域Ｒ１）の下流端近傍位置であって、回転テーブル２の外方側に開口し、余剰のＢＴＢＡＳガスを排気する。他方側の排気口３５は、プラズマ形成領域Ｒ３と、当該プラズマ形成領域Ｒ３に対して前記回転方向の下流側に隣接する分離領域Ｄとの間であって、回転テーブル２の外方側に開口し、余剰のオゾンガスやプラズマ発生用ガスを排気する。各排気口３４、３５からは、各分離領域Ｄ、回転テーブル２の下方のガス供給管１５、回転テーブル２の中心部領域Ｃから夫々供給されるＮ_２ガスも排気される。

次に、収容容器４２内に収容されるプラズマ形成部８等の構成について詳細に説明する。
カップ状に形成された収容容器４２の底面部をプラズマ窓４２１と呼ぶと、図３や分解斜視図である図４に示すように、このプラズマ窓４２１の上面側には、上面側が開口する箱型のファラデーシールド９２が配置されている。ファラデーシールド９２は、収容容器４２の上面に架け渡された枠状体９１を介して収容容器４２に支持されている。ファラデーシールド９２の底面には、絶縁板９３が配置され、その上面側にプラズマ形成部８が収容されている。

図４に示すようにファラデーシールド９２の底面は、接地された導電性の板状体を構成する。当該板状体には、後述するアンテナ８１への高周波電力印加時に当該アンテナ８１に発生する電磁界のうち、電界成分が下方に向かうことを阻止すると共に、磁界成分を下方に向かわせるためのスリット９２１が形成されている。このスリット９２１は、アンテナ８１の巻回方向に対して直交（交差）する方向に伸び、アンテナ８１の巻回方向に沿って多数形成されている。

図４に示すように、例えばプラズマ形成部８は、金属線を鉛直軸周りにコイル状に巻回して構成されるアンテナ８１を備え、平面で見た時に回転テーブル２の中央部側から外周部側に亘ってウエハＷの通過領域を跨ぐように配置されている。アンテナ８１の一端は、接続電極８４及び整合器（マッチングボックス）８２を介して高周波電源８３に接続されている（図２）。高周波電源８３からは、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚ、印加電力が５０００Ｗの高周波電力が供給される。また、アンテナ８１の他端は、もう一つの接続電極８４を介して接地されている。

上記構成を備えるプラズマ形成部８において、アンテナ８１に高周波電力を印加すると、プラズマ形成部８の周囲に電磁界が発生し、ファラデーシールド９２を通過した磁界成分が誘電体製の４２の底面部を透過して、収容容器４２の下面側に供給されたプラズマ発生用ガスをプラズマ化する誘導結合が形成される。そこで本例では、プラズマ発生用の磁界を透過させる収容容器４２の底面部を「プラズマ窓４２１」と呼んでいる。

このとき、プラズマ発生用ガスのプラズマは、プラズマ窓４２１の近傍位置にて発生するため、回転テーブル２（回転テーブル２上のウエハＷ）から見たプラズマ窓４２１の配置高さ位置は、プラズマ処理の特性を変化させる操作変数となる。
例えば図５は、回転テーブル２とプラズマ窓４２１との間の距離（図５中には「アンテナギャップ」と記してある）を変化させてＳｉＯ_２膜を成膜し、希フッ酸（ＤＨＦ）を用いて成膜後のＳｉＯ_２膜をウェットエッチングしたときのエッチング速度の変化を示している。

アンテナギャップを短くしていくと、ウエハＷの表面に、比較的寿命が短く、反応性の高いイオンをより多く供給することができるので、ＳｉＯ_２膜は緻密で硬くなる。この結果、ＳｉＯ_２膜のエッチング速度が小さくなる傾向が確認できる（図５の横軸の左側に対応する領域）。
また、ウエハＷの表面に形成されたパターン上に成膜を行う場合、寿命の短いイオンは、上部側の領域で反応が進行しやすく、下部側の領域では上方領域と比較して反応が進行しにくいという傾向もみられる。この結果、パターンの上部側が緻密で硬く、下部側が柔らかい特性分布を持った膜が成膜される傾向がある。

これに対してアンテナギャップを長くしていくと、ウエハＷの表面に供給される活性種は、イオンと比較して寿命が長く、反応性の低いラジカルが主体となる。この結果、プラズマ処理が行われた膜は、イオンが多い場合と比較して緻密さは低くなり、相対的に柔らかくなる。この結果、ＳｉＯ_２膜のエッチング速度は大きくなる傾向が確認できる（図５の横軸の右側に対応する領域）。
またウエハＷの表面に形成されたパターン上に成膜を行う場合、相対的に寿命が長いラジカルは、パターン内にも進入し易く、イオンが多い場合と比較して、パターンの上部側、下部側で均質なプラズマ処理が行われる傾向もある。

以上に説明したように、プラズマ形成部８は、プラズマ窓４２１の配置高さに応じてプラズマ処理の結果を調節することが可能であるところ、本例の成膜装置１は天板１２の開口部に挿入された収容容器４２を昇降させることにより、プラズマ窓４２１の配置高さ位置を変更することができる。
以下、図３、４等を参照しながらプラズマ窓４２１の配置高さ位置を変更する機能について説明する。

図３、４に示すように、カップ状に形成された本例の収容容器４２は、カップ上面の開口を形成する縁部の周方向に沿って、外周側へ向けて広がるフランジ状の被支持部４２２を備えている。この被支持部４２２は、収容容器４２よりも一回り大きな環状の扇型に形成され、前記被支持部４２２と嵌合することが可能な切り欠きを備えた金属製の部材である枠体部４３によって下面側から支持される。

さらに枠体部４３の下面側には、当該枠体部４３に対応する環状の扇型に形成された金属製の部材であるスペーサー４４を配置することができる。本例の成膜装置１では、互いに高さが異なる複数のスペーサー４４ａ、４４ｂが準備されている。

収容容器４２が挿入される開口部の周囲の天板１２の上面には、枠体部４３が直接載置され（図８）、またはスペーサー４４ａ、４４ｂを介して枠体部４３が載置される（図３、７）。天板１２の上面と枠体部４３やスペーサー４４ａ、４４ｂとの間、スペーサー４４ａ、４４ｂと枠体部４３との間、枠体部４３と収容容器４２の被支持部４２２との間は、各々、シール部であるＯ−リング４００によって気密に塞がれる。

枠体部４３及びスペーサー４４（４４ａ、４４ｂ）は、本例の高さ調節部に相当する。本例の高さ調節部は、枠体部４３とスペーサー４４とに上下に分割されていると見ることができる。このとき、枠体部４３は上部側環状部材に相当し、スペーサー４４は下部側環状部材に相当している。

上述の高さ調節部（枠体部４３、スペーサー４４（４４ａ、４４ｂ））を介して収容容器４２は、天板１２（真空容器１１）の上面に支持された状態にて、その下部側部分が開口部内に挿入される。この収容容器４２から見て、当該収容容器４２と天板１２に形成された開口部の内周面との間には、当該内周面の全体を内側から覆うように、周方向に沿って環状に設けられたシールド部材４１が配置されている。シールド部材４１は、例えば石英などの誘電体によって構成され、収容容器４２側のプラズマ窓４２１と、金属製の天板１２との間で異常放電が形成されることを防ぐ役割を果たす。

シールド部材４１は、天板１２の開口部内に挿入されると共に、天板１２の開口部側に形成された切り欠き内に、シールド部材４１の上端部に設けられたフランジ部を係合させることによって、天板１２から吊り下げ支持されている。

例えば図６に示すように、シールド部材４１の下端部は、天板１２の下面よりも下方側へ突出した突出部４１１となっている。突出部４１１と回転テーブル２との間には、回転テーブル２の上面とプラズマ窓４２１との間の高さ寸法ｈよりも狭い、高さ寸法ｈ’の隙間が形成されている。既述のプラズマ用ガスノズル５４は、前記突出部４１１（シールド部材４１）によって囲まれた領域内に配置されている。
突出部４１１は、シールド部材４１によって囲まれた空間（プラズマ形成領域Ｒ３に対応している）内に供給されたプラズマ発生用ガスの濃度低下を抑制すると共に、当該空間の外部に供給されたＮ_２ガスやオゾンガスの進入を抑える役割を果たす。

図３に示すように、収容容器４２は前記シールド部材４１の内側に挿入される。ここで収容容器４２の外側面とシールド部材４１の内側面との間には隙間が形成されているが、天板１２と収容容器４２の被支持部４２２との間に設けられた枠体部４３及びスペーサー４４の各部材の間がＯ−リング４００によって気密にシールされていることにより、真空容器１１内の真空が保持される。

以上に説明した構成を備える成膜装置１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７が設けられている。この制御部７には、ウエハＷへの成膜処理を実行するプログラムが格納されている。前記プログラムは、成膜装置１の各部に制御信号を送信して各部の動作を制御する。具体的には、各ガスノズル５１〜５５からの各種ガスの供給量調整、ヒーター３２の出力制御、ガス供給管１５及び中心部領域ＣからのＮ_２ガスの供給量調整、回転駆動部２２による回転テーブル２の回転速度調整などが、制御信号に従って行われる。上記のプログラムにおいてはこれらの制御を行い、上述の各動作が実行されるようにステップ群が組まれている。当該プログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体から制御部７内にインストールされる。

以上に説明した構成を備える成膜装置１の動作について説明する。
初めに成膜装置１は、真空容器１１内の圧力及びヒーター３２の出力をウエハＷの搬入時の状態に調節して、ウエハＷの搬入を待つ。そして例えば隣接する真空搬送室に設けられた不図示の搬送機構により処理対象のウエハＷが搬送されてくると、ゲートバルブ３７を開放する。搬送機構は、開放された搬入出口３６を介して真空容器１１内に進入し、回転テーブル２の凹部２３内にウエハＷを載置する。そして、各凹部２３内にウエハＷが載置されるように、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、この動作を繰り返す。

ウエハＷの搬入を終えたら、真空容器１１内から搬送機構を退避させ、ゲートバルブ３７を閉じた後、排気口３４、３５からの排気により真空容器１１内を所定の圧力まで真空排気する。また分離ガスノズル５２、５５や中心部領域Ｃの流路１６、回転テーブル２の下方側のガス供給管１５からは、各々、所定量のＮ_２ガスが供給されている。そして、回転テーブル２の回転を開始し、予め設定された回転速度となるように速度調整を行うと共に、給電部からヒーター３２への電力供給を開始しウエハＷを加熱する。

そしてウエハＷが設定温度の例えば４００℃まで加熱されたら、原料ガスノズル５１、酸化ガスノズル５３、プラズマ用ガスノズル５４からの各種ガス（原料ガス、酸化ガス、プラズマ発生用ガス）の供給を開始すると共に、プラズマ形成部８へ高周波電力を印加する。

原料ガス、酸化ガスの供給により、回転テーブル２の各凹部２３に載置されたウエハＷは、原料ガスノズル５１のノズルカバー５７の下方の吸着領域Ｒ１、酸化ガスノズル５３の下方の酸化領域Ｒ２、収容容器４２（プラズマ形成部８）の下方側のプラズマ形成領域Ｒ３を、この順番で繰り返し通過する（図６）。

そして、吸着領域Ｒ１では原料ガスノズル５１から吐出されたＢＴＢＡＳガスがウエハＷに吸着し、酸化領域Ｒ２では吸着したＢＴＢＡＳが、酸化ガスノズル５３から供給されたオゾンガスにより酸化されて、ＳｉＯ_２の分子層が１層あるいは複数層形成される。また、プラズマ形成領域Ｒ３においては、ウエハＷに成膜されたしＳｉＯ_２の分子層がプラズマから供給された活性種と接触して当該分子層を改質する処理が行われる。

こうして回転テーブル２の回転を続けると、ウエハＷの表面にＳｉＯ_２の分子層が順次積層され、ＳｉＯ_２膜が形成されると共にその膜厚が次第に大きくなる。
またこのとき、吸着領域Ｒ１と酸化領域Ｒ２との間、プラズマ形成領域Ｒ３と吸着領域Ｒ１との間は、分離領域Ｄによって分離されているので、不必要な場所では原料ガスと酸化ガスとの接触に起因する堆積物は発生しにくい。

上述の動作を実行し、各ウエハＷに所望の膜厚のＳｉＯ_２膜が形成されるタイミング、例えば所定回数だけ回転テーブル２を回転させたタイミングにて、原料ガスノズル５１、酸化ガスノズル５３、プラズマ用ガスノズル５４からの各種ガスの供給、プラズマ形成部８への高周波電力の印加を停止する。そして、回転テーブル２の回転を停止すると共に、ヒーター３２の出力を待機時の状態として、成膜処理を終了する。
しかる後、真空容器１１内の圧力をウエハＷの搬出時の状態に調節し、ゲートバルブ３７を開き、搬入時とは反対の手順でウエハＷを取り出し、成膜処理を終える。

上述の動作により成膜が行われる成膜装置１においては、プラズマ形成領域Ｒ３にてプラズマ処理を行う際に、ＳｉＯ_２膜に要求される特性が異なる場合がある。例えば図５を用いて説明したように、より緻密で硬いＳｉＯ_２膜を形成したい場合は、イオンによる改質の影響を大きくし、ウエハＷに形成されたパターンの上部側、下部側の間でより均質な改質を行いたい場合は、ラジカルによる改質の影響を大きくすることが好ましい。

このとき、例えば高周波電源８３から印加される高周波電力を増減させ、プラズマ発生用ガスの電離状態を変化させることによってもイオンによる改質の影響が大きい状態や、ラジカルによる改質の影響が大きい状態を調節することができる。
しかしながらこの場合には、高周波電力の増減に応じて、プラズマの大きさも変化してしまう場合があるので、高周波電力の増減の前後で、プラズマ処理の面内均一性などが変化してしまうおそれもある。

そこで本例の成膜装置１は既述のように枠体部４３やスペーサー４４ａ、４４ｂからなる高さ調節部を用いてプラズマ窓４２１の配置高さ位置を変化させることにより、ウエハＷに対して実施されるプラズマ処理の特性を変化させる。

図３に示す例は、回転テーブル２の上面とプラズマ窓４２１との間の距離（アンテナギャップ）がｈ＝４５ｍｍであり、成膜装置１を用いて成膜されたＳｉＯ_２膜のＤＨＦによるエッチング速度が、約１４Å／分であったとする。このとき、ＳｉＯ_２膜の膜質をより緻密にしたい場合には、成膜装置１を停止し、真空容器１１の真空状態を解除した後、治具などで枠体部４３と収容容器４２を持ち上げ、図３のスペーサー４４ａよりも高さ寸法が大きなスペーサー４４ｂへの交換を行う。

しかる後、スペーサー４４ｂ上に枠体部４３、収容容器４２を載置して、図７に示すようにアンテナギャップをｈ_Ｈ＝９０ｍｍに変更したとすると、図５によれば、プラズマ処理におけるラジカルの影響が大きくなり、当該条件で成膜されたＳｉＯ_２膜のエッチング速度を約７１Å／分まで増大させることができる。

一方、図８に示すように、スペーサー４４ａ、４４ｂの配置を省略し、天板１２の上面に直接、枠体部４３を載置してアンテナギャップをｈ_Ｌ＝３０ｍｍに変更したとすると、プラズマ処理におけるイオンの影響が大きくなり、図５によれば、当該条件で成膜されたＳｉＯ_２膜のエッチング速度は約９Å／分まで低下する。

このようにプラズマ窓４２１の配置高さ位置を昇降させてプラズマ処理の特性を変化させる本例の成膜装置１では、アンテナ８１に印加する高周波電力を一定に保つことができるので、高周波電力の増減に伴うプラズマ状態の変化が生じにくい。

また、プラズマ窓４２１の配置高さ位置を変化させる手法としては、例えばカップの深さが異なる複数種類の収容容器４２を準備しておき、プラズマ窓４２１の配置高さ位置に応じて収容容器４２全体を交換する方法も想定することができる。しかしながら。石英製の収容容器４２は高価であるところ、複数の収容容器４２を準備することは成膜装置１の装置コストの増大要因となってしまう。この点、本例の成膜装置１は、金属製の環状の部材であるスペーサー４４ａ、４４ｂの交換、撤去、再配置を行うだけで、プラズマ窓４２１の配置高さ位置を変化させることが可能である。この結果、装置コストを大きく低減できるばかりでなく、プラズマ窓４２１の配置高さ位置の変更作業についても大幅に簡素化することができる。

さらには、被支持部４２２を支持する枠体部４３と、スペーサー４４ａ、４４ｂとを上下に分割することにより、形状がより簡素なスペーサー４４のみについて、互いに高さが異なる複数のスペーサー４４ａ、４４ｂを準備すればよいので、高さ調節部の部材コストをさらに低減することができる。
但し当該例は、枠体部４３とスペーサー４４ａ、４４ｂとが一体化された環状部材により高さ調節部を構成し、当該環状部材を交換することにより、プラズマ窓４２１の配置高さ位置を変更する手法の採用を否定するものではない。

さらに本例の成膜装置１は、収容容器４２とシールド部材４１とが互いに分離され、シールド部材４１は天板１２の開口部の内周面を覆った状態で固定されている。
例えば収容容器４２とシールド部材４１とが一体に構成されている場合には、プラズマギャップが大きくなるように収容容器４２を配置すると、金属製の天板１２の内周面が露出して、プラズマ窓４２１と当該内周面との間に異常放電が形成されてしまうおそれがある。

この点、シールド部材４１が所定の高さ位置に固定配置された本例の成膜装置１では、収容容器４２の配置高さ位置に係らず、天板１２の内周面が露出しないので、異常放電の発生を抑制し、安定にプラズマを形成することができる。

また、収容容器４２とシールド部材４１とを一体に構成した場合において、プラズマギャップが大きくなる位置に収容容器４２を配置すると、図６に示す突出部４１１と回転テーブル２との隙間の高さ寸法ｈ’が大きくなる。この結果、プラズマ発生用ガスの濃度低下の抑制作用や外部に供給されたＮ_２ガス、オゾンガスの進入抑制作用が得られにくくなってしまうおそでもある。

この点についても、突出部４１１が所定の高さ位置に固定配置された本例の成膜装置１では、収容容器４２の配置高さ位置に係らず、突出部４１１と回転テーブル２との隙間の高さ寸法ｈ’は一定なので、常時、良好なプラズマ発生用ガスの濃度低下の抑制作用、外部に供給されたガスの進入抑制作用を得ることができる。

本実施の形態に係る成膜装置１によれば以下の効果がある。予め設定された高さ位置にシールド部材４１が配置されているので、高さ調節部（枠体部４３、スペーサー４４ａ、４４ｂ）を用いた収容容器４２の配置高さ位置の変化に係らず、金属製の天板１２（真空容器１１）に設けた開口部の内周面がシールド部材４１に覆われた状態が維持され、安定したプラズマを形成することができる。

次いで、図９、１０を参照しながら、他の手法により収容容器４２の配置高さ位置を変更する高さ調節部を備えた成膜装置１ａの構成例について説明する。図９、１０に示す成膜装置１ａにおいて、図１〜４などを用いて説明したものと共通の構成要素には、これらの図にて用いたものと共通の符号を付してある。

図９、１０に示す成膜装置１ａは、上端部に形成されたフランジ状の被支持部４２２を枠体部４３によって支持し、この枠体部４３と天板１２（真空容器１１）の上面との間にベローズ４６を設けている。言い替えると、被支持部４２２と天板１２との間の隙間が枠体部４３及びベローズ４６によって塞がれているといえる。

さらに本例の枠体部４３の側周面には、枠体部４３の周方向に向けて互いに間隔を開けて、複数の昇降機構４５が配置されている。各昇降機構４５は、伸縮自在な伸縮部４５２と、当該伸縮部４５２を駆動する駆動部４５１とを備える。本例の昇降機構４５は、伸縮部４５２の下端は天板１２の上面に固定される一方、駆動部４５１は支持部４５３によって枠体部４３の側周面に固定されている。

これらの昇降機構４５において、伸縮部４５２を伸張させると、収容容器４２の配置高さ位置が上方側へ移動し、プラズマ窓４２１と回転テーブル２との間のプラズマギャップをｈ_Ｈまで大きくすることができる（図９）。このとき、収容容器４２の移動に合わせてベローズ４６が伸びる。

また伸縮部４５２を縮退させると、収容容器４２の配置高さ位置が下方側へ移動し、前記プラズマギャップをｈ_Ｌまで小さくすることができる（図９）。このとき、収容容器４２の移動に合わせてベローズ４６が縮む。
なお本例では、ベローズ４６やベローズ４６の設置のしやすさの観点から、金属製の枠体部４３と天板１２との間にベローズ４６を設けた例を示した。但し、石英製の枠体部４３、シールド部材４１にベローズ４６や昇降機構４５を設けることが可能な場合には、枠体部４３の設置を省略して、収容容器４２とシールド部材４１との間をベローズ４６で塞ぎ、収容容器４２に設けた昇降機構４５によって収容容器４２を昇降させる構成を採用してもよい。

また、上述の各実施の形態においては、プラズマ形成領域Ｒ３にて実施されるプラズマ処理が、ウエハＷの表面に形成されたＳｉＯ_２膜（ＳｉＯ_２の分子層）を改質するための改質処理である場合について説明した。
但し、プラズマ形成領域Ｒ３にて実施されるプラズマ処理の内容は上述の例に限定されるものではない。例えば図２に示す酸化領域Ｒ２への酸化ガスノズル５３の配置を省略する一方、現在、プラズマ用ガスノズル５４が配置されている位置にオゾンガス供給用の酸化ガスノズル５３を配置し、オゾンガス（酸化ガス）をプラズマ化してウエハＷに吸着したＢＴＢＡＳとの反応を進行させてもよい。

上述の例はプラズマ処理が、成膜処理の一部を構成し、第２の処理ガスであるオゾンガスは、プラズマ発生用ガスの機能を兼ね備え、第２の処理ガス供給部である酸化ガスノズル５３は、プラズマ発生用ガス供給部にも相当しているといえる。

さらにまた、プラズマ形成部８の構成は、プラズマ発生用ガスとの誘導結合によりプラズマを形成するアンテナ８１を用いる場合に限定されない。例えばマイクロ波発生器にて発生させたマイクロ波を、導波管を介して収容容器４２の底面部に設けられた誘電体プレートに伝搬させ、誘電体プレートからプラズマ発生用ガスへ向けてマイクロ波を供給してプラズマを発生させるマイクロ波方式のプラズマ形成部を設けてもよい。

このほか、金属によるコンタミネーションを防止するため、金属が露出している空間内でウエハＷの処理を行うことが好ましくない場合には、例えば真空容器１１の内側に石英製の容器を設置し、この石英容器内に回転テーブル２を配置してもよい。この場合は、石英容器の上面側に、プラズマ形成部８の収容容器４２や、シールド部材４１を挿入する開口部が設けられる。

この他、本例の成膜装置１を用いて成膜されるＳｉＯ_２膜の原料や、成膜される膜の種類は、上述の例に限定されるものではない。例えばジクロロシラン（ＤＣＳ）ガスを原料ガス（第１の処理ガス）とし、オゾンガスまたはプラズマ化されたオゾンガスを酸化ガス（第２の処理ガス、プラズマ発生用ガス）としてＳｉＯ_２膜を成膜してもよい。またＤＣＳガスやＢＴＢＡＳガスと原料ガスとし、酸化ガスに替えてアンモニア（ＮＨ_３）ガスや一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）ガス、これらのガスのプラズマなどの窒化ガス（第２の処理ガス、プラズマ発生用ガス）を用いてＳｉＮ膜を成膜する例など、種々の成膜処理について、本例の成膜装置１、１ａは適用することができる。

Ｗウエハ
１、１ａ成膜装置
１１真空容器
１４開口部
２回転テーブル
２１回転軸
２３凹部
３４、３５排気口
４００Ｏ−リング
４１シールド部材
４１１突出部
４２収容容器
４２１プラズマ窓
４２２被支持部
４３枠体部
４４、４４ａ、４４ｂ
スペーサー
４５昇降機構
４６ベローズ
８プラズマ形成部
９２ファラデーシールド

Claims

金属製の真空容器内に設けられた回転テーブルの上面側の基板載置領域に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより、当該回転テーブルの回転中心の周りで基板を公転させながら前記基板に対して第１の処理ガス及び第２の処理ガスを順番に供給して成膜処理を行う成膜装置において、
分離領域を介して前記回転テーブルの周方向に互いに離間した第１の処理領域、第２の処理領域に、夫々第１の処理ガス、第２の処理ガスを供給するための第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部と、
基板に対してプラズマ処理を行うために、前記真空容器内にプラズマ発生用ガスを供給するプラズマ発生用ガス供給部と、
前記プラズマ発生用ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成部と、
前記真空容器の天井部側に設けられた開口部に挿入され、前記回転テーブルの上面と対向する底面部を備えると共に、前記底面部の上面側に前記プラズマ形成部を収容した収容容器と、
前記収容容器と前記真空容器の開口部の内周面との間に配置され、当該内周面の周方向に沿って環状に設けられた誘電体製のシールド部材と、
前記真空容器内に挿入された前記収容容器の底面部の配置高さ位置を調節するための高さ調節部と、
前記真空容器と前記開口部に挿入された収容容器との間を気密に塞ぐためのシール部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
前記シールド部材は、前記真空容器の天井部側から回転テーブル側へ向けて突出する突出部を備え、
前記突出部と回転テーブルとの間には、前記回転テーブルの上面と前記収容容器の底面部との間の距離よりも狭い隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記収容容器は、前記開口部から真空容器の外部に突出した収容容器の周方向に沿って形成されたフランジ状の被支持部を備えることと、
前記高さ調節部は、前記開口部の周囲の真空容器の上面と、前記収容容器の被支持部との間に配置され、当該被支持部を介して収容容器を真空容器上に支持する環状部材により構成され、互いに高さが異なる複数の環状部材を交換することによって前記底面部の配置高さ位置の調節が行われることと、
前記シール部は、前記真空容器と高さ調節部との間、及び高さ調節部と被支持部との間に設けられることと、を特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
前記環状部材は、前記被支持部を支持する上部側環状部材と、この上部側環状部材と真空容器の上面との間に配置される下部側環状部材と、に上下に分割されていることと、
前記複数の環状部材の交換は、前記下部側環状部材の配置を省略して前記上部側環状部材を真空容器の上面に直接配置することか、または、互いに高さが異なる複数の下部側環状部材を交換して配置することにより行われることと、
前記真空容器の上面と被支持部との間に下部側環状部材及び上部側環状部材が配置されている場合に、前記シール部は、これら下部側環状部材と上部側環状部材との間にも設けられることと、を特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
前記高さ調節部は、前記収容容器を支持して上下方向に移動させる昇降機構を備えることと、
前記シール部は、前記真空容器と前記開口部に挿入された収容容器との間を気密に塞ぎ、当該収容容器の上下移動に伴って伸縮自在なベローズを備えることと、を特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
前記プラズマ形成部は、前記プラズマ発生用ガスを誘導結合によりプラズマ化するために、前記回転テーブルの上面側に対向して設けられたアンテナと、前記アンテナの周囲に発生した電磁界における電界成分の通過を阻止すると共に磁界を前記プラズマ発生用ガス側へ通過させるために、各々アンテナと直交する方向に伸びるスリットがアンテナの延伸方向に沿って多数配列され、且つ、接地された導電性の板状体からなるファラデーシールドとを備えることと、
前記収容容器は誘電体により構成されていることと、を特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記プラズマ処理は成膜処理の一部を構成し、前記プラズマ発生用ガスは、前記第２の処理ガスであり、前記プラズマ発生用ガス供給部は、前記第２の処理ガス供給部であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記プラズマ発生用ガス供給部は、前記回転テーブルの回転方向の下流側の領域に前記プラズマ発生用ガスを供給し、前記プラズマ処理は、前記第１の処理ガスと第２の処理ガスとの反応により基板上に形成された膜を改質する処理であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の成膜装置。