JP2018195733A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】公転するウエハに処理ガスを供給して、当該ウエハに対して成膜処理を行う基板処理装置において、ウエハを公転させる回転機構の負荷を抑制する技術を提供すること。【解決手段】真空容器１１内を公転するウエハＷに処理ガスを供給して、当該ウエハＷを処理する成膜装置１において、ウエハＷを載置する載置台３の下面に自転軸３２を設け、自転軸３２を載置台３の下方に設けられた公転用回転機構２３により公転させて載置台３を公転させるようにしている。また載置台３と回転機構との間に、載置台３の公転領域に亘って、ウエハＷの処理空間の底面となる伝熱板２を設け、伝熱板２に前記自転軸３２の移動路に沿った切り欠き部２０を形成している。従ってウエハＷを公転させたときに伝熱板２を回転させる必要がないため、回転機構にかかる負荷が小さくすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、公転する基板にガスを供給して基板の成膜処理を行う技術に関する。

半導体装置の製造工程においては、エッチングマスクなどを形成するための各種の膜を基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に成膜するために、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）が行われている。半導体装置の生産性を高くするために、上記のＡＬＤと呼ばれる手法を実行する装置としては、特許文献１〜３に記載されているように複数のウエハを載置した回転テーブルを回転させることでウエハを公転させ、回転テーブルの径方向に沿うように配置される処理ガスの供給領域を繰り返し通過させる装置が知られている。また上記の各膜の成膜を行うためには、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）が行われる場合があるが、このＣＶＤによる成膜も上記のＡＬＤと同様に、ウエハを公転させることで行うことが考えられる。

ところで、このようなウエハを公転させる成膜装置において、回転テーブルには、強度や耐久性の観点から、例えば石英が用いられるが、石英は重量が大きく、回転テーブルを回転させるための回転軸やモータの負荷が大きい。そのため装置のスループットを向上させるために回転テーブルを大きくして、載置台の数を増やしウエハの処理枚数を増やそうとしたときに重量が大きく増加し、回転軸やモータの負荷が増大してしまう問題がある。

また、このようなウエハを公転させる成膜装置において、回転テーブルと処理容器内の底板と間には、処理ガスの回り込みを抑制するためにパージガスが供給されている。また回転テーブルにおけるウエハの載置部には、載置部からウエハを取り出すときに昇降ピンを昇降させるための孔部が回転テーブルを厚さ方向に貫通するように形成されているが、回転テーブルは、底板部を広く覆うように設けられる。そのため回転テーブルの下方の隙間は狭く、供給されるパージガスが逃げることができずに圧力が高まって、載置部の孔部から噴出することがあり、ウエハの位置ずれを抑制する構造が要求されることがある。

特開２０１０−２１２６２７号公報 特開２０１６−９６２２０号公報 特開２０１６−９２１５６号公報

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、公転する基板に処理ガスを供給して、当該基板に対して成膜処理を行う基板処理装置において、基板を公転させる回転機構の負荷を抑制する技術を提供することにある。

本発明の基板処理装置は、基板に対して処理ガスを供給して成膜を行う基板処理装置において、
基板を載置する載置台と、
前記載置台を下面側から支持する支持棒と、
前記載置台の下方に設けられ、前記支持棒を支持して回転軸周りに回転し、前記載置台を公転させる回転機構と、
前記載置台と前記回転機構との間に、載置台の公転領域に亘って設けられ、前記支持棒が移動する移動路に環状の切り欠きが形成され、基板の処理を行う処理空間の底面部となる伝熱板と、
前記伝熱板の上方であって、前記回転機構の回転により載置台が通過する領域に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、処理容器内を公転する基板に処理ガスを供給して、当該基板を処理する基板処理装置において、基板を載置する載置台を支持棒により支持し、支持棒を載置台の下方に設けられた公転機構により公転させて載置台を公転させるようにしている。また高さ方向に見て載置台と公転機構との間に、加熱部を設け、載置台と加熱部との間に加熱部の熱を公転領域に伝熱する伝熱板を設けている。さらに加熱部と、伝熱板との各々を前記支持棒の移動路を形成するように処理容器の中央側と外側とに分割している。そのため伝熱板を回転させずに載置台を公転させて基板を公転させることができるため回転機構にかかる負荷を小さくすることができる。

本発明の基板処理装置を適用した成膜装置を示す縦断側面図である。 成膜装置の横断平面図である。 成膜装置に設けられた容器本体の底板部の一部を断面とした概略斜視図である。 載置台の公転機構に示す斜視図である。 下方側から見た従動ギアを模式的に示す平面図である。 従動ギアと駆動ギアとを概略的に示す概略斜視図である。 従動ギアと駆動ギアの一部を示す平面図である。 従動ギアと駆動ギアを模式的に示す平面図である。 従動ギアと駆動ギアを模式的に示す平面図である。 従動ギアの角速度と駆動ギアの角速度の速度差と、従動ギアの自転速度との関係を示す特性図である。 載置台に載置されたウエハを昇降する昇降機構を示す縦断面図である。 成膜装置に設けられた制御部の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における載置台の配置例を示す平面図である。 本発明の実施の形態の他の例に係る伝熱板を示す平面図及び断面図である。 さらに他の例に係る伝熱板の一部を断面とした斜視図である。 本発明の実施の形態の他の例における磁気ギア機構を示す説明図である。

以下、本発明の基板処理装置の一実施形態として、基板であるウエハＷに成膜処理であるＡＬＤを実行する成膜装置１について説明する。本例の成膜装置１は、ウエハＷにシリコン（Ｓｉ）を含む原料ガスと、原料ガスを反応する反応ガスである酸化ガスと、を反応させてシリコン酸化層（ＳｉＯ_２層）を形成するものである。これらの一連の処理が複数回、繰り返し行われ、ＳｉＯ_２膜が形成される。以下、原料ガスとしてＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスと、酸化ガスとしてオゾン（Ｏ_３）ガスを用いる場合を例にして説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の成膜装置１は、成膜処理が行われる処理容器をなす真空容器１１を備え、この真空容器１１は、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３と、この容器本体１３の上面側の開口を気密に塞ぐ天板１２とにより、平面形状が概ね円形の扁平な容器として構成されている。容器本体１３の周縁部の下面には真空容器１１を支持する図示しない支持部が設けられ、この支持部は、例えば基台１０に固定されている。

図１、図３に示すように容器本体１３の底板部１３１には、その内部に冷媒を通流させる冷媒流路１７が形成されている。さらに底板部１３１の上面には、内部にウエハＷを加熱する加熱部であるヒータ２６は、扁平な石英製のケース体２６ａ内に発熱線２６ｂが設けられて構成されている。またヒータ２６の上面には、円板状の石英製の伝熱板２が設けられている。ケース体２６ａ内には、例えばパージガス供給機構２９から、例えば窒素（Ｎ_２）ガス、またはアルゴン（Ａｒ）ガスなどのパージガスが供給できるように構成されている。

底板部１３１、ヒータ２６及び伝熱板２の各々には、成膜装置１の中心を中心とする円環状の隙間である切り欠き部（透孔部）２０が底板部１３１、ヒータ２６及び伝熱板２を厚さ方向に貫通するように形成されている。従って伝熱板２は、中央部と周縁部とに分割されていることになる。また図１に示すように伝熱板２の中心部には、天板１２から下方に向けて突出した円柱状の突起部１５に近接している。突起部１５と伝熱板２との隙間は例えばラビリンス構造になっており、ラビリンス構造部には、例えば図示しないパージガスが供給されるように構成されている。このラビリンス構造とパージガスとにより、伝熱板２の上方に供給されるガス同士の、突起部１５と伝熱板２との隙間を介しての混合が抑制されている。従って伝熱板２の上方には、突起部１５の周囲を囲むように円環状の処理空間が形成されることになる。また伝熱板２の下方には、その下面中心部を支持する支柱１８が設けられ、支柱１８は、基台１０に固定されている。なお支柱１８とヒータ２６及び底板部１３１との隙間に設けられた１９は、磁気シールである。

図１〜図３に示すように伝熱板２の上方には、各々ウエハＷを保持する載置台３が設けられている。載置台３は円板状に形成され、図２、図３に示すように伝熱板２の周方向に沿って例えば５個設けられている。載置台３上面には凹部３１が形成されており、凹部３１内にウエハＷが水平に収納される。この時載置台３の周囲に形成した縁部３ａの上面の高さと、凹部３１に載置されたウエハＷの上面の高さと、が揃うように構成されている。また載置台３には、ウエハＷを受け渡すための昇降ピンが突没する孔部が、載置台３を厚さ方向に貫通するように設けられているが、詳しくは後述する。

図１、図３及び図４に示すように各載置台３の下面側中央部には、載置台３を支持する自転軸３２が鉛直下方へ延出するように設けられ、自転軸３２は、軸受けユニット３４により支持されている。軸受けユニット３４は、自転軸３２を回転自在に保持するためのベアリング３４ｂと、ベアリング３４ｂからのパーティクルの飛散を防ぐための磁気シール３４ａと、を備えている。自転軸３２の下部側は、軸受けユニット３４を貫通しており、その下端部には従動ギア４が設けられている。従動ギア４の構成を含む各載置台３を自転させる自転機構については、後述する。

図１、図４に示すように軸受けユニット３４における、成膜装置１の中心側の側面は、円環状の回転板３３の外周面に接続されている。図４は、５台の載置台３を各々回転板３３に固定した図を示し、各載置台３は、回転板３３の外周に等間隔に支持される。そして図３に示すように回転板３３に固定された各載置台３は、自転軸３２が底板部１３１、ヒータ２６及び伝熱板２に形成された切り欠き部２０の位置に位置するように配置される。

図４では、記載が繁雑になることを避けるため図示を省略したが、図１に示すように回転板３３の下方には、回転板３３を回転させるための円環状のダイレクトドライブモータ（ＤＤモータ）からなる公転用回転機構２３が支柱１８の周囲を囲むように設けられている。この公転用回転機構２３により回転板３３は、図１中に示す成膜装置１の中心に位置する回転軸Ｃを中心に、図４に示すように、例えば上方から見て時計回りに回転する。このとき図３に示すように各載置台３に設けた自転軸３２が伝熱板２に形成した切り欠き部２０に沿って移動して公転する。これにより各載置台３は伝熱板２の上方の円環状の処理空間を伝熱板２の周方向に公転する。

図１に示すように容器本体１３の下方には、切り欠き部２０の周囲を密閉し、真空容器１１内を真空に保つための円環状の区画室３６が切り欠き部２０に沿って設けられている。各載置台３の自転軸３２における底板部１３１よりも下方の部位、従動ギア４、軸受けユニット３４の各部位は、区画室３６内に収納されている。このとき従動ギア４は、その下面が区画室３６の底面を構成する磁力線を通す材料例えばアルミニウム（Ａｌ）またはステンレス（ＳＵＳ）により構成された仕切り面３７と、ごく狭い隙間を介して対向するように配置される。また各載置台３を公転させるための回転板３３、公転用回転機構２３も各々区画室３６内に設置され、公転用回転機構２３は、区画室３６の底面に固定される。区画室３６の側壁内には、冷媒流路１７が形成されている。

また区画室３６の側壁には、区画室３６内にパージガスを供給するためのガス供給部３８が接続されており、ウエハＷの処理を行う間に区画室３６内にパージガスを供給することで処理空間側の処理ガスが、切り欠き部２０を介して、区画室３６内に流入することを抑制している。なお図１に示した３５は、切り欠き部２０の下方側端部に切り欠き部２０に沿って設けられ、自転軸３２の移動路が切り欠かれた環状の隔壁リングであり、処理空間側と下方側との間のガスを仕切るために設けられる。

続いて載置台３の自転機構について説明する。図５は既述の従動ギア４を下面側から見たものであり、この図５では従動ギア４を模式的に示している。従動ギア４は円板状に構成され、自転軸３２と互いに中心軸を一致させた状態で接続されている。従って、従動ギア４は自転軸３２を介して載置台３に連結されていることとなり、従動ギア４は載置台３の公転と共に、載置台３の移動経路に沿って公転する。軸受けユニット３４は、自転軸３２を回転自在に保持しているので、従動ギア４を周方向に回転させると、各載置台３を自転軸３２まわりに自転させることができる。

従動ギア４の下面には、自転方向に沿って永久磁石よりなる磁極部であるＮ極部４１及びＳ極部４２が交互に配列されている。Ｎ極部４１は、Ｓ極部４２と区別するために斜線で表示している。この例では、従動ギア４の下面に露出するＮ極部４１、Ｓ極部４２は、夫々同じ形状の短冊状に形成され、従動ギア４の下面の中心部から横方向に放射状に延びるように、周方向に互いに間隔を開けて例えば１８個配列されている。Ｎ極部４１及びＳ極部４２の長さは、例えば従動ギア４の底面の中心を越えないように、従動ギア４の半径より短く設定されている。

図１及び図６に示すように、区画室３６の下方（大気雰囲気側）における従動ギア４の下方側には、環状の駆動ギア５が配置されている。図６では、従動ギア４と駆動ギア５とを接近して描き、仕切り面３７は図示を省略している。この駆動ギア５は、従動ギア４と磁気ギア機構を構成するものであり、従動ギア４の公転軌道に臨むように設けられている。この例の駆動ギア５は、円環状の板状体よりなり、駆動ギア５中心は、回転板３３の回転軸Ｃ（載置台３の公転中心）と揃うように配置されている。駆動ギア５の上面には、従動ギア４の公転軌道に沿って全周に亘って、永久磁石よりなる磁極部であるＮ極部５１及びＳ極部５２が交互に配列されている。

駆動ギア５の各磁極部であるＮ極部５１及びＳ極部５２は、従動ギア４の下面と対向する面に配列されている。図７は、１つの従動ギア４の磁極部（Ｎ極部４１及びＳ極部４２）と、その下方側の駆動ギア５の磁極部（Ｎ極部５１及びＳ極部５２）とを対応させて描いたものである。このように、例えば円環状の駆動ギア５の表面に露出するＮ極部５１、Ｓ極部５２は、当該表面に対向する従動ギア４の下面に形成されたＮ極部４１、Ｓ極部４２の形状と重なり合うように、例えば短冊状に形成されている。

図７は、従動ギア４のＮ極部４１と駆動ギア５のＳ極部５２とが重なった状態を示しており、図８は、駆動ギア５のＮ極部５１とＳ極部５２との配列を示している。図７及び図８は、実機として構成した場合に想定される磁極部の数を示したものではなく、技術の理解のために示した便宜上の図であり、例えば駆動ギア５の実際の例を挙げれば、Ｎ極部５１とＳ極部５２とが合計で３００個前後配列される。また

図１に戻って駆動ギア５の下面には、駆動ギア５を回転させるための例えば環状のＤＤモータよりなる自転用回転機構５３が設けられており、この自転用回転機構５３を回転させることにより、駆動ギア５が回転軸Ｃを回転中心として回転するように構成されている。このため、駆動ギア５と公転する載置台３とは同じ回転軸Ｃまわりに回転することになる。自転用回転機構５３は、区画室３６の下方に伸び出すように設けられた環状の支持板５４上に設けられる。

続いて、載置台３の公転と自転について説明する。図８は、載置台３の公転と駆動ギア５とが各々停止している状態（回転していない状態）において、５個の従動ギア４の一部が駆動ギア５と対向して停止している状態を模式的に示している。従動ギア４は、従動ギア４の各磁極部（Ｎ極部４１、Ｓ極部４２）と駆動ギア５の各磁極部（Ｎ極部５１、Ｓ極部５２）との間の吸引力及び反発力の総合作用により決定される位置において停止する。従って、載置台３の公転と駆動ギア５とを同じ回転数（回転速度：ｒｐｍ）で回転させた時には、従動ギア４は駆動ギア５に対して相対的に停止していることから、従動ギア４即ち載置台３は、自転することなく停止している。

載置台３は、駆動ギア５の回転速度と載置台３の公転の回転数とに差が生じたとき、即ち駆動ギア５の角速度と、載置台３の公転による従動ギア４の角速度（いわば公転角速度）との間に速度差が発生したときに自転する。駆動ギア５の角速度Ｖａが従動ギア４の角速度Ｖｂよりも大きいとき（駆動ギア５の角度度から従動ギア４の角速度を差し引いた速度差がプラスのとき）は、駆動ギア５に対向している従動ギア４のＮ極部４１、Ｓ極部４２の並びの下方を、駆動ギア５のＮ極部５１、Ｓ極部５２の配列が、図７で言えば左側から右側に移動していく。このため、従動ギア４に作用する駆動ギア５からの反発力と吸引力とが右側に移動し、これに伴い従動ギア４のＮ極部４１、Ｓ極部４２の並びも右に引き連れられることから、結果として各従動ギア４が図８における右回転、即ち図８に示す状態から図９に示す状態のように、時計回りに自転することになる。

また、駆動ギア５の角速度Ｖａが従動ギア４の角速度Ｖｂよりも小さいとき（駆動ギア５の角度度から従動ギア４の角速度を差し引いた速度差がマイナスのとき）は、駆動ギア５に対向している従動ギア４のＮ極部４１、Ｓ極部４２の並びの下方を、駆動ギア５のＮ極部５１、Ｓ極部５２の配列が、図７で言えば右側から左側に移動していく。このため、従動ギア４に作用する駆動ギア５からの反発力と吸引力とが左側に移動し、これに伴い従動ギア４のＮ極部４１、Ｓ極部４２の並びも左に引き連れられることから、結果として従動ギア４が図８における左回転、即ち反時計回りに自転することになる。

本発明者らは、従動ギア４の公転による角速度と駆動ギア５の角速度との速度差と、従動ギア４の自転速度とは、図１０に示すように、速度差のある範囲において、ほぼ比例関係を維持することを把握している。図１０中、横軸は駆動ギア５の角速度Ｖａと従動ギア４の公転による角速度Ｖｂとの速度差（Ｖａ−Ｖｂ）であり、縦軸は従動ギア４の自転速度である。速度差がプラス（（Ｖａ−Ｖｂ）＞０）のときには、速度差がゼロから＋Ｖ１までは、速度差が大きくなるほど右回りの自転速度が大きくなる。また速度差がマイナス（（Ｖａ−Ｖｂ）＜０）のときには、速度差がゼロから−Ｖ２までは、速度差が大きくなるほど左回りの自転速度が大きくなる。例えば駆動ギア５の角速度は、前記速度差と従動ギア４の自転速度とがほぼ比例関係を維持している値までの間において設定される。

このように、載置台３は、駆動ギア５と載置台３の公転との回転数に差が生じたときに自転するが、このときの自転速度は、駆動ギア５と従動ギア４のギア比×回転速度差により求められる。回転速度差とは、駆動ギア５の角速度と、載置台３の公転による従動ギア４の角速度（いわば公転角速度）との速度差である。駆動ギア５を３００極の磁極部（Ｎ極部５１及びＳ極部５２）により構成し、従動ギア４を１８極の磁極部（Ｎ極部４１及びＳ極部４２）により構成したモデルについて、例えば載置台３の公転の回転数が３０ｒｐｍのときに、駆動ギア５を０．１度／秒（６度／分）進める場合の自転速度は、次のように求められる。ギア比は３００／１８＝１６．６７であり、回転速度差は６／３６０ｒｐｍであるため、従動ギア４の自転速度は、ギア比×回転速度差により、３００／１８×６／３６０＝０．２７８ｒｐｍ（１００度／分）となる。こうして求められた自転速度は、後述する評価試験にて取得した自転速度のデータと一致する。

従動ギア４の角速度Ｖｂと駆動ギア５の角速度Ｖａとの速度差と、従動ギア４の自転速度との関係は、従動ギア４及び駆動ギア５を構成するＮ極部４１、５１、Ｓ極部４２、５２の磁力の大きさ、形状や配列、従動ギア４と駆動ギア５との距離、成膜処理条件などにより変化する。このため、例えば予め従動ギア４の公転による角速度Ｖｂと駆動ギア５の角速度Ｖａとの速度差と、従動ギア４の自転速度との関係を取得しておく。

続いてガス供給系、排気系ついて説明する。図１、図２に戻って、成膜装置１における伝熱板２の上方側には、原料ガスノズル６１、分離ガスノズル６２、酸化ガスノズル６３、改質ガスノズル６４、分離ガスノズル６５が、この順に、伝熱板２の周方向に間隔をおいて配設されている。各ガスノズル６１〜６５は、真空容器１１の側壁から中心部に向かって、伝熱板２の径方向に沿って水平に伸びる棒状に形成され、その長さ方向に沿って互いに間隔を開けて設けられた多数の吐出口６６から、各種のガスを下方側に向けて吐出する。

第１のガス供給部である原料ガスノズル６１はＢＴＢＡＳガスを吐出する。図２中６７は、原料ガスノズル６１を覆うノズルカバーであり、その下方におけるＢＴＢＡＳガスの濃度を高める役割を有する。また、第２のガス供給部である酸化ガスノズル６３はＯ_３ガスを吐出する。分離ガス供給部である分離ガスノズル６２、６５はＮ_２ガスを吐出し、上面側から見て天板１２の突出部１４、１４を各々周方向に分割する位置に配置されている。改質ガスノズル６４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ_２）ガスとの混合ガスからなる改質ガスを吐出する。この例では、原料ガス、酸化ガス及び改質ガスが夫々処理ガスに相当し、原料ガスノズル６１、酸化ガスノズル６３及び改質ガスノズル６４が処理ガスを供給する処理ガス供給部に夫々相当する。

さらに、天板１２には、改質ガスノズル６４の上方側にプラズマ形成部７が設けられている。図２には、プラズマ形成部７が設けられる位置を一点鎖線で示している。図１、２中７１は、石英などの誘電体からなる本体部であり、その下面には、天板１２に設けられた扇状の開口部１２１に沿って突条部７２が設けられている。この突条部７２にて囲まれる領域内に、改質ガスノズル６４から改質ガスが吐出される。

本体部７１の上面側には、ファラデーシールド７３、絶縁用の板部材７４を介して、金属線をコイル状に巻回したアンテナ７５が設けられ、このアンテナ７５には高周波電源７６が接続されている。図中７７は電磁界の磁界成分を下方に向かわせるためのスリットである。

伝熱板２の上方の処理空間において、原料ガスノズル６１の下方領域は、ＢＴＢＡＳガスの吸着が行われる第１の処理領域である吸着領域Ｒ１、酸化ガスノズル６３の下方領域は、ＢＴＢＡＳガスが酸化される第２の処理領域である酸化領域Ｒ２に相当する。また、プラズマ形成部７の下方領域は、プラズマによりＳｉＯ_２膜の改質が行われる改質領域Ｒ３に相当し、原料ガスノズル６１から見て載置台３の公転方向、上流側及び下流側に各々設けられる突出部１４、１４の下方領域は、分離ガスノズル６２、６５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とを互いに分離するための分離領域Ｄ１、Ｄ２を構成する。

排気口２４は、吸着領域Ｒ１と、吸着領域Ｒ１から見て載置台３の公転方向の下流側に隣接する分離領域Ｄ１との間の外側に開口しており、余剰のＢＴＢＡＳガスを排気する。また、排気口２５は、改質領域Ｒ３と改質領域Ｒ３から見て載置台３の公転方向下流側に隣接する分離領域Ｄ２との境界付近の外側に開口しており、余剰のＯ_３ガス、改質ガスを排気する。排気口２４、２５からは、各分離領域Ｄ１、Ｄ２から各々供給されるＮ_２ガスも排気される。また、図２に示すように、例えば底板部１３１における伝熱板２の外側には、真空容器１１内を排気する排気口２４、２５が開口している。排気口２４、２５には、真空ポンプなどにより構成される不図示の真空排気機構が接続されている。

また図２、図１１に示すように、真空容器１１（容器本体１３）の側壁面には、ゲートバルブ２８により開閉自在に構成された搬入出口２７が設けられている。外部の図示しない搬送機構に保持されたウエハＷは、この搬入出口２７を介して真空容器１１内に搬入され、載置台３に受け渡される。図１１に示すように成膜装置１における搬入出口２７の位置には、底板部１３１、ヒータ２６及び伝熱板２を貫通すると共に、ウエハＷの受け渡し位置に位置している載置台３に形成された孔部３１ａに対応する位置に貫通孔２００が形成され、各貫通孔２００には、各々昇降部材である昇降ピン８が配置されている。この時昇降ピン８は、真空容器１１の下面に形成された環状の区画室３６と干渉しないように配置されており、成膜装置１が設置される基台１０上に設けられた昇降機構８１に昇降して、載置台３に形成された孔部３１ａから突没するように構成されている。

成膜装置１には、図１２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が設けられている。この制御部１００は、ＣＰＵ１０１、後述の成膜処理に係る動作を実行するためのプログラム等を格納するプログラム格納部１０２、記憶部１０３、入力部１０４、データ処理部１０５を備えている。図中１１０はバスであり、このバス１１０には、載置台３の公転用回転機構２３、載置台３の自転用回転機構５３が接続されている。

記憶部１０３は、例えば図１０に示すような従動ギア４の自転速度と、従動ギア４の公転による角速度と駆動ギア５の角速度との速度差と、の関係を記憶するものである。また、入力部１０４は例えば操作画面よりなり、従動ギア４の自転速度や公転による角速度（載置台３の公転の回転数）を入力するためのものである。なお、図１２では、公転による角速度を公転速度としている。データ処理部１０５は、入力された従動ギア４の自転速度と、載置台３の公転の回転数と、前記記憶部１０３に記憶された前記関係とに基づいて、駆動ギア５の回転数を設定するためのものである。従動ギア４の自転速度や公転による角速度は、例えばメンテナンス時に入力できるように構成され、従動ギア４の自転速度及び角速度を入力すると、当該自転速度に基づいて、前記関係から従動ギア４の公転による角速度と駆動ギア５の角速度との速度差を把握し、駆動ギア５の回転数が設定される。

既述のプログラムは、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。例えば載置台３の自転速度は、例えば成膜処理のレシピに書き込まれており、レシピを選択することにより、各ガスノズル６１〜６５からの各処理ガスなどの供給流量、ヒータ２６によるウエハＷの加熱温度、公転用回転機構２３による載置台３の公転、磁気ギア機構による載置台３の自転などが制御信号に従って制御される。上記のプログラムには、これらの制御を行い、後述の各処理を実行するためのステップ群が組まれている。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、メモリカードなどの記憶媒体により制御部１００にインストールされる。

以下、上述の構成を備えた成膜装置１の作用について説明する。先ず、載置台３を間欠的に公転させて、各載置台３を搬入出口２７に対向する位置に移動させ、図示しない搬送機構を用いて外部から真空容器１１内にウエハＷを搬入して載置台３に受け渡す。全ての載置台３にウエハＷが載置されたら、真空容器１１から搬送機構を退出させてゲートバルブ２８を閉じ、真空容器１１内が所定の圧力となるように排気口２４、２５を介して真空排気を実行する。また、分離ガスノズル６２、６５から処理空間に対してＮ_２ガスを供給すると共に、ヒータ２６によるウエハＷの加熱を開始し、例えばウエハＷを２００℃以下の温度に加熱する。

例えば公転用回転機構２３により、載置台３を８０ｒｐｍ以上例えば１２０ｒｐｍの回転速度で公転させると共に、自転用回転機構５３により駆動ギア５を載置台３の公転速度と等速で回転させる。これにより、載置台３は自転を停止した状態で公転する。次いで、真空容器１１内では、原料ガスノズル６１、酸化ガスノズル６３、改質ガスノズル６４からの各処理ガスの供給と、高周波電源７６からのアンテナ７５への高周波の印加によるプラズマの形成と、を開始する。また、例えば各処理ガスの供給に合わせて、自転用回転機構５３により駆動ギア５を回転させ、こうして載置台３を設定された自転速度で自転させる。

図２に示すように、真空容器１１内においては、吸着領域Ｒ１と酸化領域Ｒ２との間に、Ｎ_２ガスが供給される分離領域Ｄ１を設けているので、吸着領域Ｒ１に供給される原料ガス及び酸化領域Ｒ２に供給される酸化ガスは、伝熱板２上で互いに混合されずに排気される。また、吸着領域Ｒ１と改質領域Ｒ３との間にも、Ｎ_２ガスが供給される分離領域Ｄ２を設けているので、原料ガスと、改質領域に供給される改質ガス及び改質領域Ｒ３の回転方向上流側から当該分離領域Ｄ２に向かう酸化ガスとは、伝熱板２上で互いに混合されずに、排気口２４、２５から排気される。

上述のように各ガスの供給と排気とが行われた状態で、各ウエハＷは、吸着領域Ｒ１、酸化領域Ｒ２、改質領域Ｒ３を順番に通過する。吸着領域Ｒ１では原料ガスノズル６１から吐出されたＢＴＢＡＳガスがウエハＷに吸着され、酸化領域Ｒ２では吸着されたＢＴＢＡＳガスが、酸化ガスノズル６３から供給されたＯ_３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。改質領域Ｒ３では、前記ＳｉＯ_２の分子層が改質ガスのプラズマに曝されて改質される。そして、載置台３の公転により、上述のサイクルが複数回、繰り返し実行されることにより、ＳｉＯ_２の分子層が積層されてウエハＷ表面にＳｉＯ_２膜が形成される。

この成膜装置１においては、載置台３の公転と並行して、載置台３の公転によるウエハＷの自転が行われるが、載置台３の公転と載置台３の自転とが同期しないように、載置台３の公転の回転数と載置台３の自転速度が設定される。即ち、ウエハＷが第１の向きに向いた状態で、載置台３が開始ポイントから１回公転し、再度開始ポイントに位置したときに、ウエハＷが第１の向きとは異なる第２の向きに向けられるような自転速度でウエハＷが自転するように設定される。

このように、載置台３は載置台３の公転と同期せずに自転するので、各載置台３上のウエハＷは自転及び公転によって、原料ガスの吸着領域Ｒ１を様々な向きで通過することになる。こうして、載置台３の自転に伴い、上面側から見た向きを次第に変えながら上述のＳｉＯ_２の分子層を形成するサイクルが実行される。ウエハＷの向きを変えながら成膜が行われることで、例えば吸着領域Ｒ１内で原料ガスの濃度分布にばらつきが生じている場合であっても、複数回実行されるＳｉＯ_２分子層の形成サイクルの全期間で見たとき、ウエハＷに吸着される原料ガスの量をウエハＷの周方向に向けて揃えることができる。その結果として、ウエハＷの周方向に見て、ウエハＷに形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚の偏りを抑えることができる。

上述の動作により、ＳｉＯ_２の分子層が順次積層され、予め設定されたサイクル数を実行したら、載置台３の公転や各種のガスの供給、プラズマの形成、公転用回転機構２３、自転用回転機構５３の駆動を停止し、成膜処理を終了する。しかる後、真空容器１１内の圧力調整を行い、ゲートバルブ２８を開いて外部の搬送機構を侵入させ、搬入時とは反対の手順でウエハＷを搬出する。

既述のように、成膜装置１では、ウエハＷへの成膜時にこれらの公転と自転とが互いに並行して行われるが、ウエハＷ（載置台３）の自転には、載置台３が公転している間、ウエハＷが連続的に自転する場合の他に、間欠的に自転することも含まれる。また、ウエハＷの自転の開始及び停止のタイミングは、公転の開始及び停止のタイミングと揃えるようにしてもよいし、互いの回転の開始及び停止のタイミングがずれていてもよい。

上述の実施の形態によれば、真空容器１１内を公転するウエハＷに処理ガスを供給して、当該ウエハＷを処理する成膜装置１において、ウエハＷを載置する載置台３の下面に自転軸３２を設け、自転軸３２を載置台３の下方に設けられた公転用回転機構２３により公転させて載置台３を公転させるようにしている。また載置台３と公転用回転機構２３との間に、載置台３の公転領域に亘って、ウエハＷの処理空間の底面となる伝熱板２を設け、伝熱板２に前記自転軸３２の移動路に沿った切り欠き部２０を形成している。従ってウエハＷを公転させたときに伝熱板２を回転させる必要がないため、公転用回転機構２３にかかる負荷が小さくすることができる。

また伝熱板２の下方にパージガスを供給する場合においても、例えば昇降ピン８の昇降する孔部３１ａにパージガスが進入し、載置台３に載置したウエハＷの押し上げが問題になることがある。上述の実施の形態では、載置台３上のウエハＷを昇降させるために伝熱板２に形成する貫通孔２００は、ウエハＷを成膜装置１の外部の搬送機構に受け渡す受け渡し位置のみに形成すればよい。また孔部３１ａを形成した載置台３は、伝熱板２と独立して公転しているため、伝熱板２から吹き出すパージガスが載置台３に形成した孔部３１ａに吹き込むおそれも少ない。そのため成膜処理中に、伝熱板２の下方を流れるパージガスが昇降ピン８を昇降させる細い孔部３１ａに吹込みウエハＷの押し上げるおそれが少ない。

また成膜装置１の載置台３の数を増やし、載置台３の移動領域が広くなると、ウエハＷの処理領域の底面も大きくならざるを得ない。そのため載置台３を処理領域の底面を構成する石英板と一体となった構成とすると、載置台３の移動領域が大きくなるに従い、載置台３を公転させる公転用回転機構２３の負荷が大幅に増加する。上述の実施の形態において、石英製の伝熱板２と各載置台３が互いに独立して構成されており、載置台３のみを公転させている。そのため載置台３の通過領域が広くなり、石英製の伝熱板２を大きくした時にも公転用回転機構２３の負荷が大幅に増大することがない。従って公転用回転機構２３の大幅な改良をすることなくウエハＷの処理枚数を増やすことができる。

また石英製の伝熱板２と各載置台３が一体となった構造の場合には、載置台３のレイアウトを調整しようとすると伝熱板２を加工しなければならず、調整の手間や費用がかかる。上述の実施の形態においては、伝熱板２と各載置台３が互いに独立して構成されており、載置台３の移動軌跡が変わらない場合には、切り欠き部２０の位置や大きさを変更する必要がないため、伝熱板２を加工する必要がない。例えば本発明の実施の形態においては、５台の載置台３を備えて例を説明したが、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように伝熱板の構成を変えずに、載置台３の移動軌跡を変えない範囲で、載置台３の配置間隔を変えて載置台３の設置数を変更することができる。例えば図２に示した伝熱板２を用い、図１３（ａ）に示すように載置台３を４台とする構成や、図１３（ｂ）に示すように載置台３を６台する構成に容易に変更することができる。また個々の載置台３が劣化したときにも、各載置台３を個別に交換することが容易になる。

また伝熱板２を回転させる場合には、回転に耐えうる強度が必要になるため伝熱板２を複数の部材で構成することは難しい。上述の実施の形態では、伝熱板２は、容器本体１３に固定されるため、例えば伝熱板２を周方向に分割できるように構成することができる。伝熱板２においては、その部位により供給するガスが異なるため、伝熱板２の部位により劣化の状況が異なってくる。そのため伝熱板２を分割して構成することで、伝熱板２を部分ごとに交換することができる。

例えば図１４（ａ）に示すように伝熱板２における切り欠き部２０の外側の円環状の部分が例えば周方向に４等分された４つの円弧状部材２０ａ〜２０ｄで構成した構成が挙げられる。各円弧状部材２０ａ〜２０ｄ同士の間は、図１４（ｂ）に示すように互いに係合する段部が形成されており、断面同士を伝熱板２の下面側から挿入されたねじ２１で接合するように構成されている。このように構成することで、伝熱板２を分割して構成することで、伝熱板２を部分ごとに交換することができる。
またヒータ２６を伝熱板２に埋め込むようにしてもよい。発熱線２６ｂを伝熱板２に埋め込むことで、ヒータ２６の層を設ける必要がなく成膜装置１を小型化することができる。
また図３に示した伝熱板２に載置台３が移動する凹部を形成し、伝熱板２の周縁の上面の高さと載置台３上のウエハＷの上面の高さとが揃うように構成してもよい。例えば図１５に示すように伝熱板２の上面に載置台３が移動する環状の凹部２０１を形成する。この時伝熱板２の周縁側の縁部２０２と載置台３の移動領域の外周縁との間は、載置台３の移動を妨げないごく狭い隙間となっている。また伝熱板２の中心側の縁部２０３と載置台３の移動領域の内周縁との間も、載置台３の移動を妨げないごく狭い隙間となっている。さらに伝熱板２の周縁側の縁部２０２の上面の高さと、載置台３の縁部３ａの上面の高さと、が揃い、伝熱板２の中心側の縁部２０３の上面の高さと、載置台３の縁部３ａの上面の高さと、が揃うように構成されている。従って載置台３に載置されたウエハＷの上面の高さと、伝熱板２の周縁側の縁部２０２の上面の高さ及び伝熱板２の中心側の縁部２０３の上面の高さと、が揃う。処理ガスは、吸着領域Ｒ１及び酸化領域Ｒ２に供給されると、伝熱板２及び載置台３の上面に沿って流れ、ウエハＷに供給されるため、処理ガスが流れる面を平坦化し、処理ガスの気流を安定させることでウエハＷの処理の面内均一性が向上する。
載置台３に載置されたウエハＷの上面の高さと、伝熱板２の周縁側の縁部２０２の上面の高さ及び伝熱板２の中心側の縁部２０３の上面の高さ、さらには載置台３の縁部３ａの上面の高さを揃えることで、ウエハＷ表面とウエハＷの周囲との間で起伏が少なくなる。そのためウエハＷの表面を流れる処理ガスの気流が安定しやすくなり、ウエハＷの処理の面内均一性が向上する。

また本発明の実施の形態によれば、載置台３に載置されたウエハＷを公転させながら当該ウエハＷに対して成膜処理を行うにあたって、載置台３の自転軸３２に従動ギア４を設けると共に、この従動ギア４の公転軌道の全周に沿って当該従動ギア４と磁気ギア機構を構成する駆動ギア５を備えている。従って、駆動ギア５を回転させ、駆動ギア５の角速度と、従動ギア４の公転による角速度との間に速度差を発生させることにより、載置台３が自転するので、ウエハＷの周方向について成膜処理の均一性を向上させることができ、膜厚の面内均一性が向上する。

さらにまた磁気ギア機構の駆動ギア５及び従動ギア４の構成は、図６などに示した例に限定されるものではない。例えば図１６に示すように駆動ギア５００を、円柱の側周面に複数の永久磁石のＮ極部５０１及びＳ極部５０２を互いに間隔を開けて配置した構成とする。駆動ギア５００は、従動ギア４がその公転軌道上の予め設定された位置を通過する際に、当該従動ギア４の下面（受動面）に対して円中部の側面を対向させた状態となる位置に配置されている。
また駆動ギア５００において、前記Ｎ極部５０１及びＳ極部５０２が配置された一面の反対側の面の中央部には駆動軸５０３の一端が接続されている。この駆動軸５０３の他端には図示しない回転駆動部５０４が設けられ、当該回転駆動部５０４を用いて駆動軸５０３を回転させることにより、駆動ギア５００を回転中心回りに回転させることができる。また自転機構は各自転機構を個別に独立して自転させるモータなどで構成されていてもよい。

そして例えば駆動ギア５００のＮ極部５０１及びＳ極部５０２が、従動ギア４のＮ極部４１及びＳ極部４２永久磁石の移動方向と反対向きに移動するように駆動ギア５００を回転させると、駆動ギア５００と従動ギア４との間に形成される磁力線が移動して、従動ギア４を回転させることができる。この結果、従動ギア４の回転が自転軸３２を介して載置台３が自転する。このような載置台３を自転させる自転機構が、このような構成の場合にも載置台３を公転させるにあたって、伝熱板２を回転させる必要がないため同様の効果を得ることができる。

図６に示した成膜装置１のように駆動ギア５を、従動ギア４の公転軌道の全周に亘って設ける構成とした場合には、複数の載置台３の従動ギア４を同時に駆動することができる効果がある。また、従動ギア４が周回軌道の全周に亘って駆動力を受けるので、駆動ギア５の角速度と、従動ギア４の角速度との差を調整して、自転速度を制御するにあたって、載置台３の回転数（公転速度）が例えば８０ｒｐｍ以上と大きい場合でも、制御範囲を広くすることができる。従って、載置台３の回転速度を大きくして生産性を高めながら、ウエハＷの周方向について処理の均一性を向上させることができる効果がある。

さらに、従動ギア４及び駆動ギア５は、各々永久磁石により磁極部が構成されているので、自転動作のための制御が容易であり、生産コストを安価に設定することができる。
また上述の実施の形態では、従動ギア４と駆動ギア５との間には、磁力線を通す材料により構成された仕切り部材３７を、大気雰囲気と真空雰囲気とを仕切るように設け、駆動ギア５を大気雰囲気側に設けている。このため、駆動ギア５側においてパーティクルが発生したとしても、真空容器１１への進入が抑えられ、電気的な制御やメンテナンスが容易となる。さらに、駆動ギア５を大気雰囲気に設けると共に、従動ギア４をヒータ１６から離れた領域に配置しているので、高温による磁力の低下を抑えることができる。

また駆動ギア５及び自転用回転機構５３を区画室３６内に設けた構成の場合にも、載置台３と伝熱板２とを互いに独立するように構成することで、公転用回転機構２３の負荷を小さくすることができるため同様の効果を得ることができる。

さらにまた、従動ギア４の公転による角速度と駆動ギア５の角速度との速度差と従動ギア４の自転速度とがほぼ比例関係を維持している値までの間において、駆動ギア５の角速度を設定するようにすれば、従動ギア４の自転速度の設定を簡易に行うことができ、制御が容易となる。また、制御部１００に記憶部１０３と、入力部１０４と、データ処理部１０５を設けることにより、例えば載置台３の自転速度を変更する場合には、従動ギア４の自転速度を入力部１０４にて入力すると、自動的に駆動ギア５の回転数を設定することができ、レシピの書き換えや、メンテナンスが容易になる。

以上において、本発明では、従動ギア４、駆動ギア５の一方が磁極部で他方が磁性体の場合も含まれる。また、従動ギア４が、Ｎ極部４１、Ｓ極部４２の一方、またはＮ極部４１とＳ極部４２とが交互に配列されている場合であって、駆動ギア５が磁性体よりなる場合も含まれる。さらに、駆動ギア５が、Ｎ極部５１、Ｓ極部５２の一方、またはＮ極部５１とＳ極部５２とが交互に配列であって、従動ギア４が磁性体よりなる場合も含まれる。従動ギア４と駆動ギア５を既述の実施形態のように設ける場合には、磁石の反発力と吸引力を利用して載置台３を自転させるため、載置台３を確実に回転させることができるが、従動ギア４と駆動ギア５の一方だけが磁性体の場合には、確実に回転させるためには、載置台３が軽量であることが好ましい。

また上述の実施の形態においては、載置台３を公転させると共に、各載置台３を各々自転させるように構成しているが、載置台３を自転させずに公転のみを行う成膜装置であってもよい。この場合においても公転用回転機構２３は、処理空間の底面部を構成する伝熱板２を回転させる必要がなく、載置台３のみを公転させればよいため、公転用回転機構２３の負荷の増大を抑制する効果が得られる。
また本発明のガス供給部は、ガスを吐出する領域の周囲を囲むように環状の排気孔を設けると共に排気口の周囲に分離ガスを供給する環状の分離ガス供給孔を形成した構成でも良い。
また本発明は、基板にＣＶＤ法により成膜処理を行う装置でも良い。

１ 成膜装置
１１ 真空容器
２ 伝熱板
２３ 公転用回転機構
３ 載置台
３２ 自転軸
３４ 軸受けユニット
４ 従動ギア
５ 駆動ギア
４１、５１ Ｎ極部
４２、５２ Ｓ極部
５３ 自転用回転機構
１００ 制御部
Ｗ ウエハ

Claims (12)

1. 処理容器内にて基板に対して処理ガスを供給して成膜を行う基板処理装置において、
   基板を載置する載置台と、
   前記載置台を下面側から支持する支持棒と、
   前記載置台の下方に設けられ、前記支持棒を支持して前記処理容器の周方向に前記載置台を公転させる公転機構と、
   高さ方向で見て、前記載置台と公転機構との間に設けられ、前記載置台の公転領域を加熱するための加熱部と、
   前記加熱部と前記載置台の公転領域との間に設けられ、前記加熱部からの熱を前記公転領域に伝熱するための伝熱板と、
   前記載置台の公転領域に処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、を備え、
   前記加熱部及び伝熱板の各々は、前記支持棒の移動路を形成するように隙間を介して処理容器の中央側と外側とに分割されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記伝熱板の下面中央部を支持する支柱を備え、
   前記公転機構は、前記支柱を囲む円環状に構成され、周方向に回転することで載置台を公転させる回転駆動部を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 基板の受け渡しを行う受け渡し位置にある載置台上の基板を下方から突き上げて昇降させる昇降部材を備え、
   前記昇降部材は、前記回転駆動部よりも下方側から伸び出すことを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
4. 処理ガス供給部は、前記載置台の公転領域の一部である第１の処理領域に向けて、原料ガスを供給する第１のガス供給部と、
   前記第１の処理領域に対して、分離ガスが供給される分離領域を介して前記処理容器の周方向に離間する第２の処理領域に、前記原料ガスと反応する反応ガスを供給するための第２のガス供給部と、を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記伝熱板は、周方向に分割可能な複数の部材で構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記支持棒は、前記公転機構に自転自在に支持された自転軸として構成され、
   前記自転軸を自転させる自転機構を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
7. 前記自転機構は、前記自転軸に設けられ、回転することで自転軸を自転させる従動ギアと、
   前記従動ギアの公転軌道に臨むように設けられ、前記従動ギアと磁気によりギアを構成する磁気ギア機構を構成する駆動ギアと、
   前記駆動ギアを回転させるギア回転機構と、を備えたことを特徴とする請求項６に記載基板処理装置。
8. 前記駆動ギアは前記従動ギアの公転軌道の全周に沿って設けられたことを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記従動ギアは、自転方向に沿って全周に亘ってＮ極部及びＳ極部が交互に配列され、
   前記駆動ギアは、前記公転軌道に沿って全周に亘ってＮ極部及びＳ極部が交互に配列されていることを特徴とする請求項７または８に記載基板処理装置。
10. 前記従動ギアの各磁極部は、下面に中心部から横方向に放射状に延びるように設けられ、
    前記駆動ギアの各磁極部は、前記従動ギアの下面と対向する面に配列されていることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一項に記載基板処理装置。
11. 前記従動ギアの公転による角速度と前記駆動ギアの角速度との速度差の絶対値がゼロから、当該速度差と従動ギアの自転速度とがほぼ比例関係を維持している値までの間において、駆動ギアの角速度が設定されていることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
12. 前記従動ギアの自転速度と、前記速度差と、の関係が記憶された記憶部と、
    前記従動ギアの自転速度を入力するための入力部と、
    入力された従動ギアの自転速度と、載置台の公転の回転数と、前記記憶部に記憶された前記関係とに基づいて、前記駆動ギアの回転数を設定するためのデータ処理部と、を備えたことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。

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