JP2020026551A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】載置部に載置した基板に成膜ガスを供給して成膜するにあたって、成膜ガスが載置部の下方に回り込み、載置部に付着することを抑制する。【解決手段】処理容器内の載置部に載置した基板に載置部と対向する成膜ガス供給部から成膜ガスを供給して成膜する成膜装置において、載置部の周囲を隙間を介して囲むように第1の環状体を設け、第1の環状体の内周縁に下方に向けて伸びる第2の環状体を設けている。また載置部の周縁から第2の環状体の内周面から下端面に亘って沿う流路形成面を含む第3の環状体を設けている。【選択図】図4

Description

本開示は、基板に成膜する技術分野に関する。
基板である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)に成膜を行う成膜装置として、真空雰囲気とした処理容器内にウエハを載置する載置台と、載置台と対向する処理ガス供給部とを設けた成膜装置が知られている。このような成膜装置においてウエハに原料ガス、及び原料ガスと反応する反応ガスを順番に供給して基板の表面に反応生成物の分子層を堆積させて薄膜を得ることができる。
特許文献1に記載の成膜装置はサセプタに載置した基板に向けてガスを供給して成膜する成膜装置において、サセプタのエッジと、サセプタを囲むように設けたリングのエッジとを相補的階段形状としている。これによりリングとサセプタとの間にカギ型に屈曲した微小間隙が確保され、微小間隙を通過する間に発生する乱流により微小間隙内の堆積物層の付着量を多くすることができ、原料ガスの下部空間への進入をトラップする成膜装置が記載されている。
また特許文献2に記載の成膜装置は、処理容器内の基板に対して反応ガスを供給して成膜処理を行う成膜装置において、処理位置と基板の受け渡し位置とを昇降自在に構成された載置台と、処理位置の載置台の周囲を囲み、処理空間と、載置台の下部側空間とに仕切る囲み部材を備えている。。また載置台が処理位置に上昇したときにその内部縁が載置台上の基板の周縁部に当接し、囲み部材上面から持ち上げられることにより基板裏側への反応ガスの回り込みを防止するクランプリングが設けられ、クランプリングに、クランプリングと囲み部材との隙間から反応ガスの進入を抑える筒状壁部を設けている。
特開2000−12470号公報 特開2014−98202号公報
本開示はこのような事情の下になされたものであり、載置部に載置した基板に成膜ガスを供給して成膜するにあたって、成膜ガスが載置部の下方に回り込み、載置部に付着することを抑制する技術を提供することにある。
本開示の成膜装置は、真空雰囲気の処理室を形成する真空容器と、
上側に基板が載置され、下側の中心部が支持部により前記処理室に支持されると共に下側の周縁部が前記真空容器の底部から離間して設けられる載置部と、
前記載置部の上方に当該載置部に対向して設けられ、前記基板に成膜ガスを供給して成膜する成膜ガス供給部と、
前記真空容器の側壁に、前記載置台の外周に沿って開口した排気口と、
前記真空容器の側壁の前記排気口の下方から前記載置台へ向けて突出し、内周縁部が隙間を挟んで当該載置台の側周に対向して、前記処理室を上下に区画する第1の環状体と、
下端部が前記載置台の周縁部よりも下方に位置するように、前記第1の環状体の内周縁部から下方に延伸されて形成される第2の環状体と、
前記第2の環状体における内周面から下端面に亘って沿う流路形成面を備えるように前記載置台の周縁部から延伸されて形成され、前記隙間に漏れた前記成膜ガスをトラップして前記流路形成面及び前記第2の環状体に成膜させるための屈曲流路を当該第2の環状体との間に形成する第3の環状体と、
を備えている。
本開示によれば、載置台に載置した基板に成膜ガスを供給して成膜するにあたって、成膜ガスが載置台の下方に回り込み、載置台に付着することを抑制することができる。
一実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。 成膜装置の一部横断平面図である。 成膜装置に設けられている円環板、円筒部材及びガイド部材の分解斜視図である。 屈曲流路を示す縦断面図である。 成膜装置の作用を示す説明図である。 成膜装置の作用を示す説明図である。 成膜装置の作用を示す説明図である。 屈曲流路における成膜ガスのトラップを説明する説明図である。 成膜装置のクリーニングを示す説明図である。 成膜装置のクリーニングを示す説明図である。 屈曲流路に付着した反応生成物の除去を説明する説明図である。 屈曲流路の他の例を示す説明図である。 屈曲流路の他の例を示す説明図である。 屈曲流路の他の例を示す説明図である。 実施例におけるウエハの処理枚数に対する膜厚を示す特性図である。 比較例におけるウエハの処理枚数に対する膜厚を示す特性図である。
本開示の成膜装置の一実施形態について、図1の縦断側面図を参照しながら説明する。この成膜装置は、扁平な円形の処理容器11を備えている。当該処理容器11は、内部に真空雰囲気が形成される処理室となり、例えば直径が300mmの円形の基板であるウエハWが格納される。成膜装置は、このウエハWに対して、原料ガスであるTiCl(四塩化チタン)ガスと反応ガスであるNH(アンモニア)ガスとを交互に繰り返し供給してALDを行い、TiN(窒化チタン)膜を成膜する。TiClガスの供給を行う時間帯とNHガスの供給を行う時間帯との間には不活性ガスであるN(窒素)ガスがパージガスとして供給され、処理容器11内の雰囲気がTiClガス雰囲気またはNHガス雰囲気からNガス雰囲気に置換される。また、ALDによる成膜処理中は、TiClガス及びNHガスを処理容器11内に導入するためのキャリアガスとして、Nガスが連続して処理容器11内に供給される。また、複数枚のウエハWを成膜処理した後には、処理容器11内にクリーニングガス(ClFガス)が供給され、処理容器11内の各部に付着したTiN膜を除去するためのクリーニングが行われる。
上記の処理容器11の側壁には、ウエハWの搬入出口12と、この搬入出口12を開閉するゲートバルブ13とが設けられている。搬入出口12よりも上部側には、処理容器11の一部をなす、縦断面の形状が角型のダクトを円環状に湾曲させて構成した排気ダクト14が設けられている。この円環の排気ダクト14については内側下方の角部が切り欠かれており、その切り欠きにより当該排気ダクト14の内外が連通する。排気ダクト14に関して、この切り欠きの上方の縦壁を14A、切り欠きの外側の底壁を14Bとして示している。
排気ダクト14の底壁14Bの内周端には、第1の環状体である幅広に形成された水平なアルミ製の円環板31の外周端が接続され、当該円環板31は排気ダクト14に支持されている。円環板31の構成について成膜装置の一部の横断平面図である図2、円環板31と、後述する円筒部材34及びガイド部材35と、の分解斜視図である図3、円環板31、円筒部材34、及びガイド部材35の縦断面図である図4も参照して説明する。この円環板31の外周縁部は、垂直上方へ突出して扁平な円環突起32を形成している。当該円環突起32の上端は、上記の排気ダクト14の垂直壁14Aの下端と隙間を介して対向している。当該隙間は処理容器11内を排気するための排気口14Cとして構成され、後述の排気機構17により排気ダクト14内が排気されることで、排気口14Cから処理容器11内が排気される。また、円環板31の内周縁部は垂直下方へと突出して第2の環状体である円環突起33を形成している。
図1に戻って上記の排気ダクト14には、排気管16を介して圧力調整用のバルブ及び真空ポンプにより構成される排気機構17に接続されている。後述の制御部10から出力される制御信号に基づき、当該圧力調整用のバルブの開度が調整され、処理容器11内の圧力が所望の真空圧力とされる。
平面視、上記の円環板31に囲まれるように、円形で水平な載置台21が設けられている。載置部をなす当該載置台21には、ヒータ22が埋設されている。このヒータ22は、例えば400℃〜700℃にウエハWを加熱する。載置台21の下面側中央部には処理容器11の底部を貫通し、上下方向に伸びる支持部材23の上端が接続されており、この支持部材23の下端は昇降機構24に接続されている。この昇降機構24によって載置台21は、図1に鎖線で示す下方位置と、図1に実線で示す上方位置との間を昇降する。下方位置は、搬入出口12から処理容器11内に進入するウエハWの搬送機構との間で、当該ウエハWの受け渡しを行うための位置であり、この下方位置に位置するときに載置台21の上面は、円環突起33の下端よりも下方に位置する。上方位置はウエハWに処理を行うための位置であり、この上方位置に位置するときに載置台21は円環突起33に囲まれる。
図1中25は、支持部材23において処理容器11の底部の下方に設けられるフランジである。図1中26は伸縮自在なベローズであり、上端が処理容器11の底部に、下端がフランジ25に夫々接続され、処理容器11内の気密性を担保する。図1中27は3本(図では2本のみ表示している)の支持ピンであり、図1中28は支持ピン27を昇降させる昇降機構である。載置台21が下方位置に位置したときに、載置台21に設けられる貫通孔29を介して支持ピン27が昇降して、載置台21の上面において突没し、載置台21と上記の搬送機構との間でウエハWの受け渡しが行われる。
処理容器11の底部には、パージガス供給口41と、クリーニングガス供給口42と、が開口している。このパージガス供給口41から出るパージガス(Nガス)は、載置台21下部への成膜ガスの進入防止用のガスである。パージガス供給口41及びクリーニングガス供給口42には、夫々ガス供給管43、44を介して、パージガス供給源、クリーニングガス(ClFガス)供給源が接続されている。なお図1中の符号43A、44Aは、流量調整部であり、V43、V44は、バルブである。
上記の排気ダクト14の上側には、処理容器11を上側から塞ぐように天板部3が設けられている。天板部3には、垂直方向に各々形成された2つのガス導入路51、52と、このガス導入路51、52の下端がその上側に接続された扁平空間53と、扁平空間53の下部の互いに異なる位置から斜め下方に向けて伸びる複数のガス流路54とが形成されている。天板部3の下側中央部は下方に突出する突出部5をなし、この突出部5に上記の扁平空間53及びガス流路54が形成される。突出部5の下面の中央領域は、載置台21の表面に対向する水平な対向面として形成される。対向面の周縁部はさらに下方に突出して円環突起5Aをなし、この円環突起5Aにその周縁が沿うと共に載置台21に対向するように円形のシャワープレート50が設けられている。シャワープレート50、円環突起5A及び対向面に囲まれる空間を拡散空間58とする。突出部5及びシャワープレート50は、成膜ガス供給部に相当する。
上記の対向面には、各々扁平な円形に形成された複数のガス分散部55が設けられている。ガス分散部55は、例えば平面で見たときに載置台21の中心を中心とする同心円に沿って配置されている。上記のガス流路54の下端は、このガス分散部55の上部に設けられる図示しないガス導入口に各々接続されている。ガス分散部55の側周面には、周方向に間隔を空けて複数のガス吐出孔56が開口しており、ガス流路54からガス分散部55に導入されたガスはこのガス吐出孔56から吐出され、拡散空間58を横方向に拡散する。そのように拡散したガスはシャワープレート50に設けられるガス吐出孔57から載置台21へ向けて吐出される。またシャワープレート50の下面側には、周縁部に沿って円環突起50Aが形成されている。
また図1〜4に示すように載置台21の周囲には、載置台21を囲むように第1の部品である円筒部材34が設けられる。円筒部材34は、例えばアルミナにより、載置台21の厚さよりも長い円筒状に構成され、内側環状体に相当する円筒部34Aを備えている。円筒部34Aは、載置台21を上方位置に位置させたときに円環板31の円環突起33の内周面から下端面に亘って沿う流路形成面を備え、円筒部34Aの下端は、外周側に向かって屈曲し、後述のガイド部材35を支持する支持部34Bが形成されている。また円筒部材34の上端には、内周側に伸び出す水平部34Cが形成され、円筒部材34は、水平部34Cにより載置台21の上面部の周縁に固定されている。このとき水平部34Cの上面は、シャワープレート50の下面の円環突起50Aと対向するように配置され、載置台21を上方位置に位置させたときに円環突起50Aと、水平部34Cの上面との間にごくわずかな隙間が形成される。
そして載置台21を上方位置に移動させたときには、載置台21の上面、シャワープレート50の下面、円環突起50A、水平部34Cで囲まれるウエハWの処理空間300が形成される。さらに既述のようにシャワープレート50を介してウエハWにガスが供給されたときには、供給されたガスは処理空間300を広がり、円環突起50Aと、水平部34Cとの間を介して円環板31の上方に排気され、排気ダクト14を介して排気される。円筒部材34の外周面は、第1の周面に相当する。
また円筒部材34の周囲を囲むように、第2の部品である概略円筒形状のガイド部材35が設けられている。ガイド部材35は、例えばアルミナで構成され、内周面に第2の周面を備えた上下に伸びる上側環状体に相当する筒状部分35Aを備え、筒状部分35Aの下端から内側に向かって下側環状体に相当する水平部分35Bが伸び出し、水平部分35Bが、円筒部材34の屈曲部34Bの上面に配置されて固定されている。載置台21が昇降したときに、円筒部材34及びガイド部材35は、載置台21と一体的に昇降する。円筒部材34とガイド部材35とは、第3の環状体に相当する。
そして図4に示すように載置台21を上方位置に上昇させたときに、円環板31の内縁側の円環突起33が円筒部34Aの外周面と、ガイド部材35の筒状部分35Aの内周面との間に挿入される。この時図2、4に示すように円筒部34Aの外周面と、円環突起33の内周面との間には、ごく狭い環状の隙間30Aが形成され、円環突起33の外周面と、ガイド部材35の円筒部分35Aの内周面と、の間もごく狭い環状の隙間30Cが形成されている。また円環突起33の下端面と、ガイド部材35の水平部分35Bの上面ともごく狭い環状の隙間30Bが形成されている。
これら隙間30A〜30Cの幅は、載置台21の温度を室温から700℃まで上昇させて、円筒部材34、円環板31及びガイド部材35に熱膨張/熱収縮が生じたときにも互いに干渉しない幅に設定されている。
このような構成によれば載置台21を上方位置に位置させ、載置台21の上面側にガスを供給したときに図4に示すように隙間30Aに進入したガスが隙間30Aを下方に、隙間30Bを外周方向に、隙間30Cを上方に向かって、この順に流れる屈曲流路30が形成される。従って隙間30Aに進入したガスは、屈曲流路30にガイドされて、ガイド部材35の外側、円環板31の下方に流れだす。また図1に示すように載置台21が下方位置に下降したときには、円筒部材34の下端及びガイド部材35の下面と、処理容器11の底面との間に隙間が形成されるように構成されている。
図1に示すように上記の天板部3に形成されたガス導入路51、52の上流端には、配管71、81の下流端が夫々接続されている。配管71の上流端は、バルブV1、ガス貯留タンク72A、流量調整部73Aをこの順に介して、処理ガスであるTiClガスの供給源74Aに接続されている。流量調整部73Aはマスフローコントローラにより構成されており、ガス供給源74Aから供給されるTiClガスについて下流側へ供給される流量を調整する。なお、後述する他の各流量調整部73B〜73Fについても、この流量調整部73Aと同様に構成されており、配管の下流側へ供給されるガスの流量を調整する。
ガス貯留部をなすガス貯留タンク72Aは、ガス供給源74Aから供給されたTiClガスを処理容器11内に供給する前に一旦貯留する。そのようにTiClガスを貯留させ、ガス貯留タンク72A内が所定の圧力に昇圧した後で、ガス貯留タンク72Aからガス導入路51へTiClガスを供給する。このガス貯留タンク72Aからガス導入路51へのTiClガスの給断が、上記のバルブV1の開閉により行われる。このようにガス貯留タンク72AへTiClガスを一旦貯留することで、比較的高い流量で当該TiClガスを処理容器11に供給することができる。なお、後述するガス貯留部をなす各ガス貯留タンク72B、72D、72Eについても、ガス貯留タンク72Aと同様に、配管の上流側のガス供給源から供給される各ガスを一旦貯留する。そして、各ガス貯留タンク72B、72D、72Eの下流側に設けられるバルブV2、V4、V5の開閉によって、各ガス貯留タンク72B、72D、72Eからガス導入路51、52へのガスの給断が夫々行われる。
上記の配管71においてバルブV1の下流側には、配管75の下流端が接続されている。配管75の上流端はバルブV2、ガス貯留タンク72B、流量調整部73Bをこの順に介してNガスの供給源74Bに接続されている。さらに、配管75においてバルブV2の下流側には、配管76の下流端が接続されている。配管76の上流端は、バルブV3、流量調整部73Cをこの順に介して、Nガスの供給源74Cに接続されている。
また配管76においてバルブV3の下流側には、配管77の下流端が接続されている。配管77の上流端は、バルブV7、流量調整部73Gをこの順に介して、2本に分岐し、各端部に夫々クリーニングガス(ClF)供給源74G及びNガス供給源74Iが接続されている。なおクリーニングガス供給源74G及びNガス供給源74Iは、各々独立してガスの供給をオンオフできるように構成されており、配管77にクリーニングガスのみ、Nガスのみ、クリーニングガス及びNガスの3通りの供給ができるように構成されている。
続いて、配管81について説明する。配管81の上流端は、バルブV4、ガス貯留タンク72D、流量調整部73Dをこの順に介して、NHガスの供給源74Dに接続されている。配管81におけるバルブV4の下流側には配管82の下流端が接続されている。配管82の上流端はバルブV5、ガス貯留タンク72E、流量調整部73Eをこの順に介して、Nガスの供給源74Eに接続されている。さらに、配管82においてバルブV5の下流側には、配管83の下流端が接続されている。配管83の上流端は、バルブV6、流量調整部73Fをこの順に介して、Nガスの供給源74Fに接続されている。
また配管83においてバルブV6の下流側には、配管84の下流端が接続されている。配管84の上流端は、バルブV8、流量調整部73Hをこの順に介して、2本に分岐し、各端部に夫々クリーニングガス供給源74H及びNガス供給源74Jが接続されている。なおクリーニングガス供給源74H及びNガス供給源74Jは、各々独立してガスの供給をオンオフできるように構成されており、配管84にクリーニングガスのみ、Nガスのみ、クリーニングガス及びパージガスの3通りの供給ができるように構成されている。
ところで上記のNガス供給源74B、74Eから供給されるNガスは、既述のパージを行うために処理容器11内に供給される。Nガス供給源74C、74Fから各々供給されるNガスは、TiClガス、NHガスに対するキャリアガスであり、このキャリアガスは、上記のようにウエハWの処理中は連続して処理容器11内に供給されるので、パージを行う際にも処理容器11内に供給される。従って、当該キャリアガスが処理容器11内に供給される時間帯は、パージを行うためにガス供給源74B、74EからのNガスが処理容器11内に供給される時間帯に重なり、キャリアガスはパージにも用いられることになる。本明細書中では説明の便宜上、Nガス供給源74B、74Eから供給されるガスをパージガスとして記載し、Nガス供給源74C、74Fから供給されるガスはキャリアガスとして記載する。
成膜装置は制御部10を備えている。この制御部10はコンピュータにより構成されており、プログラム、メモリ、CPUを備えている。プログラムには、成膜装置における後述の一連の動作を実施することができるようにステップ群が組み込まれており、当該プログラムによって制御部10は成膜装置の各部に制御信号を出力し、当該各部の動作が制御される。具体的には、各バルブV1〜V8、V43、V44の開閉、流量調整部73A〜73H、43A、44Aによるガスの流量の調整、圧力調整機構18による処理容器11内の圧力の調整、ヒータ22によるウエハWの温度の調整などの各動作が、制御信号によって制御される。上記のプログラムは、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、DVDなどの記憶媒体に格納されて、制御部10にインストールされる。
続いて成膜装置における成膜処理について、各バルブの開閉状態及び各配管におけるガスの流通状態について示す図5〜図7を参照しながら説明する。図5〜図7、及び後述のクリーニング処理を説明する図9、図10では、閉じているバルブVにはハッチングを付すことで、開いているバルブVと区別して表示している。また、配管71、75〜77、81〜84について、ガスが下流側へ流通している部位は、流通していない部位に比べて太く示している。
先ず、バルブV1〜V8が閉じられた状態で、搬送機構によりウエハWが処理容器11内に搬送されて、受け渡し位置における載置台21に載置される。搬送機構が処理容器11内から退避した後、ゲートバルブ13が閉じられる。載置台21のヒータ22によりウエハWが既述の温度、例えば450℃に加熱されると共に載置台21が上方位置へ上昇し、処理空間300が形成される。また処理容器11の底部側のガス供給管43に設けたバルブV43を開きパージガス供給口41から処理容器11内にパージガスを3.0L/分〜20L/分の流量、例えば4.0L/分で供給すると共に、排気管16に介設される排気機構17により、処理容器11内が所定の真空圧力になるように調整される。
そしてバルブV3、V6が開かれ、Nガス供給源74C、74Fから夫々ガス導入路51、52にキャリアガス(Nガス)が供給される。その一方で、ガス供給源74A、ガス供給源74DからTiClガス、NHガスが配管71、81に供給される。バルブV1、V4が閉じられていることで、これらのTiClガス、NHガスは、ガス貯留タンク72A、72Dに夫々貯留され、当該ガス貯留タンク72A、72D内が昇圧する。然る後、図5に示すようにバルブV1が開かれ、ガス貯留タンク72Aに貯留されたTiClガスが、シャワープレート50を介して処理空間300に供給され、ウエハWに供給される。
この処理容器11内のウエハWへのTiClガスの供給に並行して、ガス供給源74B、74Eから配管75、82に夫々パージガス(Nガス)が供給される。バルブV2、V5が閉じられていることで、パージガスはガス貯留タンク72B、72Eに貯留され、当該ガス貯留タンク72B、72E内が昇圧する。
その後、図6に示すようにバルブV1が閉じられると共にバルブV2、V5が開かれる。これにより処理容器11内へのTiClガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク72B、72Eに各々貯留されたパージガスがガス導入路51、52に供給され、TiClガスと同様に拡散空間58を広がり、シャワープレート50から処理空間300に吐出され、処理空間300を横方向に拡散し、排気ダクト14へとパージされる。この結果処理空間300に残るTiClガスが処理容器11内から除去される。
続いて、図7に示すようにバルブV2、V5が閉じられると共にバルブV4が開かれる。それにより、ガス導入路51、52へのパージガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク72Dに貯留されたNHガスがガス導入路52へ供給され、シャワープレート50から処理空間300に吐出される。このNHガスについてもTiClガス、パージガスと同様にシャワープレート50から処理空間300に供給されて、ウエハWの面内の各部には均一性高くNHガスが供給される。結果、ウエハWの面内において均一性高く吸着されたTiClガスの窒化反応が進行し、反応生成物としてTiNの薄層が形成される。その一方で、バルブV2、V5が閉じられたことにより、ガス供給源74B、74Eから配管75、82に夫々供給されたパージガスがガス貯留タンク72B、72Eに貯留され、当該ガス貯留タンク72B、72E内が昇圧する。
然る後、バルブV4が閉じられると共にバルブV2、V5が開かれ、処理容器11内へのNHガスの供給が停止すると共に、ガス貯留タンク72B、72Eに各々貯留されたパージガスがガス導入路51、52に供給され、図6と同様にシャワープレート50から処理空間300に吐出される。その結果、処理空間300に残留した未反応のNHガスが、ウエハWの面内各部の上方から同時ないしは略同時に除去されて窒化反応が停止することで、ウエハWの面内各部におけるTiNの薄層の厚さは揃えられる。NHガスは排気ダクト14へとパージされて、処理容器11内から除去される。このようにパージが行われる一方で、バルブV4が閉じられたことにより、ガス供給源74Dから配管81に供給されたNHガスが、ガス貯留タンク72Dに貯留され、当該ガス貯留タンク72D内が昇圧する。
このようにウエハWにTiClガス、パージガス、NHガス、パージガス、の順番で供給するサイクルを一つのサイクルとすると、このサイクルが繰り返し行われ、TiNの薄層がウエハWの表面に堆積し、TiN膜が成膜される。そして、所定の回数のサイクルが実行されると、処理容器11内への搬入時とは逆の手順でウエハWが処理容器11から搬出される。
上述のようにウエハWにガスを供給して成膜処理を行うが、従来の成膜装置においては、例えばTiClガスなどの成膜ガスが円環板31の円環突起33と載置台21との間の隙間に進入し、載置台21の下方側に流れ込み載置台21の下面に反応生成物が付着してしまうことがある。そして載置台21においては、反応生成物が付着した箇所の熱の輻射率が変わってしまい、ウエハWを加熱したときにウエハWの加熱温度の面内均一性が悪くなり、ウエハWの膜厚の面内均一性が悪くなることがある。そこで成膜装置における載置台21の下方側のパージガス供給口41からパージガスを供給することにより、載置台21の下方側への成膜ガスの回り込みを抑制している。
しかしながら近年狭い処理空間300にガス貯留タンク72A、B、D、Eに貯留したガスを一気に供給することで生産性を高める手法が用いられる。このような手法の場合、載置台21の上方側のガスの圧力が高まりやすく、処理空間300から排気ダクト14に流れ込もうとした成膜ガスが、載置台21と円環板31との間に進入しやすくなる。
この時載置台21の下方側のパージガスの流量を多くすることで、載置台21の下方側への成膜ガスの流入を抑えることができるが、処理空間300側のガスの流量が少ないときにパージガスが処理空間300側に流入しやすくなる。そして処理空間300側にパージガスが流入してしまうと、パージガスにより成膜ガスの気流が乱されたり、パージガスがウエハWに吹き付けられることにより、膜厚の均一性の悪化や、膜質の悪化が懸念される。
本実施の形態では、載置台21の周囲に設けた円筒部材34の外周側にガイド部材35を設けている。それにより載置台21を上方位置に位置させたときに円筒部材34の外周面と円環板31の円環突起33の内周面との間の隙間30A、ガイド部材35の水平部35Bの上面と円環突起33の下端面との間の隙間30C、ガイド部材35の垂直部の内周面と円環突起33の外周面との間の隙間30Bとつながる屈曲流路30が形成される。そのため図8に示すように載置台21と円環板31との間に進入したガスは、当該屈曲流路30を流れるようにガイドされ、円環板31の下方側に放出される。
このように載置台21と円環板31との隙間に屈曲流路30を構成し、流路長を長くすることで、後述の実施例で示すように載置台21の下方側を抜けるガスのペクレ数を大きくすることができ、成膜ガスが載置台21上方から下方側の空間に流入しにくくすることができる。
このように処理空間300から排気されるガスが、屈曲流路30に進入したときに、屈曲流路30を流れている間に、ガス中の反応生成物301を生成しやすい成膜ガス、例えばTiClが円環突起33、円筒部材34及びガイド部材35に付着して除去される。
処理空間300側から屈曲流路30を流れ、円環板31の下方側に放出されるガスにおいては、屈曲流路30を構成し流路長を長くすることにより載置台21の下方側に成膜ガスが流れ込みにくくなると共に、ガス中の成膜ガスがトラップされて含量が少なくなる。従って載置台21の下面への成膜ガスの付着が抑制される。
さらにウエハWの成膜処理を繰り返すと、処理容器11の内壁、または円筒部材34、ガイド部材35及び円環板31の表面に成膜ガスに起因する反応生成物が蓄積してパーティクルの要因となる。そこで成膜装置におけるウエハWの処理において、所定時間毎や処理したウエハWの所定枚数毎に処理容器11内のクリーニングを実行する。
クリーニング処理について説明する。例えば処理済みのウエハWを処理容器11から払い出した後、ウエハWを載置していない状態の載置台21を上方位置に位置させる。さらにバルブV1〜V6を閉じた状態とし、処理容器11内を真空排気し、処理容器11内の圧力を調整する。
次いで図9に示すように処理容器11内の圧力を調整しながら、ヒータ22により載置台をクリーニング処理時の温度、例えば160〜250℃に調整する。さらにバルブV7を開き、ガス導入路51にクリーニングガスを供給する。この時ガス導入路52側においては、バルブV8が開かれ、ガス導入路52にパージガスが供給されている。これによりシャワープレート50から処理空間300に窒素ガスとクリーニングガスとが供給される。また同様に載置台21を上方位置に位置させた状態でガス導入路51に窒素ガスを供給すると共に、ガス導入路52にクリーニングガスを供給する(図示は省略)。このようにガス導入路51、52に各々順番にクリーニングガスを供給することでガス導入路51、52内に付着している反応生成物301を除去することができる。この時クリーニングガスは、処理空間300から円環板31の上方を通り、排気ダクト14に排気される。
さらに載置台21を上方位置に位置させた状態でバルブV43を閉じ、バルブV44を開く。これにより処理容器11の底面側のガス供給口44から、載置台21の下方側の空間にクリーニングガスが供給される(図示は省略)。これによりクリーニングガスが載置台21の下方側の空間を満たし、載置台21の下方側の空間に付着している反応生成物301が除去される。
次いでクリーニングガスの供給を停止して、載置台21を下方位置に下降させる。これにより載置台21の下方側の空間に満たされたクリーニングガスが、載置台21と円環板31との間の隙間から載置台21の上方に回り込み排気ダクト14を介して排気される。
さらに載置台21を下方位置に位置させた状態で、ガス導入路51、ガス導入路52及び処理容器11の底面側のガス供給口44の各々から順番にクリーニングガスを供給する。図10は、処理容器11の底面側のガス供給口44からクリーニングガスを供給している例を示している。このように載置台21を上方位置に位置させた状態及び下方位置に位置させた状態の各々において、ガス導入路51、ガス導入路52及び処理容器11の底面側のガス供給口44から順番にクリーニングガスを供給する。これにより処理容器11の内部に付着している反応生成物301が除去され、排気ダクト14を介して排気される。また図8にて説明したように円環突起33、円筒部材34及びガイド部材35においては、ウエハWの成膜処理時に処理空間300側から屈曲流路30を流れる成膜ガスにより反応生成物301が付着している。この時図10に示したように載置台21を下方位置に下降させた状態で処理容器11内にガスを供給することにより、処理容器11内に供給されたクリーニングガスが円環板31の円環突起33の内外周面、ガイド部材35の内周面、円筒部材34の外周面に行き渡る。これにより図11に示すように円環板31、ガイド部材35及び円筒部材34に付着した反応生成物301が除去される。
上述の実施の形態によれば、処理容器11内の載置台21に載置したウエハWに載置台21と対向するシャワープレート50から成膜ガスを供給して成膜する成膜装置において、載置台21の周囲を隙間を介して囲むように円環板31を設け、円環板31の内周縁に下方に向けて伸びる円環突起33を設けている。また載置台21の周縁から円環突起33の内周面から下端面に亘って沿う流路形成面を備える円筒部34Aを含む円筒部材34を設けている。更に円筒部材34の下端から水平に伸びだし、円環突起33の外周面に沿って上方に向けて伸びるガイド部材35を設け、円筒部材34及びガイド部材35と、円環突起33との間に屈曲流路30を形成している。このように載置台21の上方側から下方側に抜ける流路を屈曲流路30とし、流路長を長くすることで屈曲流路30を抜け円環板31及び載置台21の下方に流れ出るガスの拡散を小さくすることができる。
また載置台21と、円環突起33との間の隙間に成膜ガスが進入しても、成膜ガスを流路形成面、ガイド部材35の内周面及び円環突起33にトラップさせることができる。従って屈曲流路30を抜け円環板31及び載置台21の下方に流れ出るガス中の成膜ガスを少なくすることができる。この結果載置台21の下方におけるガスの拡散を抑えると共に成膜ガスの含有量を少なくできることから載置台21の下面における成膜ガスの付着を少なくすることができる。
さらに円筒部材34とガイド部材35と一体で構成した場合、載置台21の温度が高くなったときに熱膨張等により、ガイド部材35の部分にかかる応力が大きくなってしまい破損のおそれがある。そのため円筒部材34とガイド部材35とを互いに別個に成形することで破損を抑制することができる。また円筒部材34とガイド部材35と一体で構成する場合に比べて製作コストを抑えることができる。この時円筒部材34とガイド部材35との接合部分にかかる応力を抑える観点から、円筒部材34とガイド部材35と、は互いに同じ材質例えばセラミックで構成することが好ましい。
また円筒部材34の下端部分において、載置台21よりも下方に突出する部分が長くなると載置台21の下方が円筒部材34の下端部分により区画されてしまい、底面側のパージガス供給口41、クリーニングガス供給口42から供給されるパージガスやクリーニングガスが処理容器11中に行き渡りにくくなることがある。さらに載置台21の下方側の気流が阻害されるなどの問題がある。上述の実施の形態によれば、円筒部材34及びガイド部材35を屈曲させ、円筒部材34、ガイド部材35及び円環板31により構成される流路を上下に屈曲する屈曲流路30としている。従って円筒部材34の載置台21よりも下方に突出する部分が長くなるのを抑えながら流路長を長くすることができる。また円筒部材34の載置台21よりも下方に突出する部分が長くなると、載置台21の下方側の気流を阻害しないようにするために載置台21の下方側の空間を広くとる必要がある。そして載置台21の下方側の空間を広くなると真空圧力を維持するために大きな排気量が必要になったり、パージガスやクリーニングガスの供給量が大きくなってしまう。本実施の形態のように円筒部材34、ガイド部材35及び円環板31により屈曲流路を構成することで、円筒部材34の下端部分を短く抑えることができることから、載置台21の下方側の空間を広くしなくとも載置台21の下方側の気流を阻害しないようにすることができる。
また成膜ガスの流量を増やして生産性を向上させても載置台21の下方側への成膜ガスの拡散を小さくすることができることから載置台21の下方側に供給するパージガスの流量を大きくする必要がなく、例えば3.0L/分〜20L/分程度の流量にすることができる。このように載置台21の下方側に供給するパージガスの流量を小さく抑えることができることから、パージガスの処理空間300側への流れ込みを抑制し安定した成膜性を発揮することができる。
また載置台21を上方位置に上昇させたときに円環突起33と、円筒部材34及びガイド部材35と、の干渉をより確実に避ける好ましい。そのため載置台21をウエハWの成膜温度、例えば450℃に加熱した状態で、円筒部材34の外周面と円環突起33の内周面との隙間30Aの幅d1と、円環突起33の外周面とガイド部材35の内周面との隙間30Cの幅d2とが縦断面図で見て1.0mmから5.0mmであることが好ましく、さらには同じ幅であることが好ましい。なおガイド部材35の水平部35の上面と円環突起33の下端面との隙間30Bについても隙間30A、30Cと同じ幅としてもよい。
また隙間30A〜Cは、載置台21を室温(25℃)から700℃の範囲で温度変化させたときに円環突起33と、円筒部材34及びガイド部材35と、が互いに接触しないように設定することが好ましい。
屈曲流路30は、既述の実施の形態に示した構成に限らない。例えば図12に示すようにガイド部材35の円筒部分35Aの上端から外周方向に向かい円環板31の下面に沿って伸びるように水平部分35Cを設けてもよい。
また図13に示すように円環板31の下面から下方に突出し、ガイド部材35の外周面に沿って伸びる環状壁部303を設けてもよい。このような構成とすることで屈曲流路30の流路長をさらに長くすることができ、屈曲流路30を流れるときの成膜ガスと、円環板31、ガイド部材35及び円筒部材34との接触面積をさらに大きくすることができる。さらに流路長が長くなることにより、屈曲流路30を抜けるガスのペクレ数がさらに大きくなると想定されることから載置台21の下方側への成膜ガスの拡散をより抑制できる効果がある。
さらには、図14に示すように円環板31の円環突起33をより厚く構成すると共に円筒部材34の下端から水平に屈曲部34Dを円環突起33の下端部の端面に沿って伸ばし、屈曲流路30の長さを確保した構成としてもよい。
このような構成においても屈曲部34Dの上面と円環突起33の下端面との間の距離を長くすることにより屈曲流路30の長さを長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。
以上に検討したように、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
本開示に係る成膜装置の効果を検証するため、以下の試験を行った。成膜装置の実施例として図1に示した成膜装置を用いた。また比較例としてガイド部材35を設けず、円筒部材34に支持部34Bを形成せず隙間の流路を屈曲流路30とせず屈曲流路30より短い直線状の流路としたことを除いて実施例と同様に構成した成膜装置を用いた。実施例及び比較例の各々について実施の形態に示した方法に従う成膜処理を1000枚のウエハWに順番に行い、処理後の各ウエハWに成膜された膜の膜厚分布を測定し、ウエハW毎に、成膜された膜の膜厚の最も薄い部位と厚い部位との差(レンジ)と、平均膜厚と、を測定した。
図15、図16は夫々実施例及び比較例に係る成膜装置を用いて1枚目のウエハWから1000枚目のウエハWまで成膜処理を行った時のウエハWの処理枚数に対する、当該枚数目のウエハWに成膜された膜の平均膜厚(Å)及びウエハWに成膜された膜厚の最大値と最小値との間のレンジ(Å)を示す特性図である。
図15、16に示すように比較例ではウエハWの処理枚数が増えるに従いウエハWに成膜される膜の平均膜厚が大きく減少している、実施例では、比較例に比べてウエハWの処理枚数が増えたときにも、ウエハWに成膜される膜の平均膜厚の減少が小さいことが分かる。従ってウエハWの面間における膜厚の誤差が小さいといえる。これは、載置台21の下方に付着する成膜ガスの反応生成物が徐々に蓄積されることによりウエハWの平均膜厚が徐々に薄くなるが、実施例では、載置台21の下方側への成膜ガスの流出が抑制されているため、載置台21の下方側における成膜ガスの反応生成物の付着を抑制できるためと推測される。
また実施例及び比較例の各々の成膜装置において、載置台21と円環板31との隙間から載置台21の下方側に流れ込むガス(流路の下端にて測定)のペクレ数を算出し、ペクレ数から算出されるガスの逆拡散防止に必要な載置台21の下方側から供給するパージガスの流量を算出したところ、比較例では、6.6Lであるのに対し、実施例では、4L程度であった。この結果によれば実施例は、比較例と比べて載置台21の下方側にガスが拡散しにくく、載置台21の下方側から供給するパージガスの流量を小さくすることができると言える。これは、円筒部材34とガイド部材35とを組み合わせて屈曲流路30を構成することで流路長が長くなるためと推測される。
11 処理容器
14 排気ダクト
21 載置台
50 シャワープレート
31 円環板
34 円筒部材
35 ガイド部材
W ウエハ

Claims (8)

  1. 真空雰囲気の処理室を形成する真空容器と、
    上側に基板が載置され、下側の中心部が支持部により前記処理室に支持されると共に下側の周縁部が前記真空容器の底部から離間して設けられる載置部と、
    前記載置部の上方に当該載置部に対向して設けられ、前記基板に成膜ガスを供給して成膜する成膜ガス供給部と、
    前記真空容器の側壁に、前記載置台の外周に沿って開口した排気口と、
    前記真空容器の側壁の前記排気口の下方から前記載置台へ向けて突出し、内周縁部が隙間を挟んで当該載置台の側周に対向して、前記処理室を上下に区画する第1の環状体と、
    下端部が前記載置台の周縁部よりも下方に位置するように、前記第1の環状体の内周縁部から下方に延伸されて形成される第2の環状体と、
    前記第2の環状体における内周面から下端面に亘って沿う流路形成面を備えるように前記載置台の周縁部から延伸されて形成され、前記隙間に漏れた前記成膜ガスをトラップして前記流路形成面及び前記第2の環状体に成膜させるための屈曲流路を当該第2の環状体との間に形成する第3の環状体と、
    を備えた成膜装置。
  2. 前記流路形成面は、前記第2の環状体の内周面から下端面を介して外周面に亘って沿い、
    前記屈曲流路は上下方向に折り返される流路である請求項1記載の成膜装置。
  3. 前記第3の環状体は、
    前記流路形成面の一部を形成すると共に前記第2の環状体の内周面に沿う第1の周面を備え、前記載置部に支持される第1の部品と、
    前記流路形成面の一部を形成すると共に前記第2の環状体の外周面に沿う第2の周面を備え、前記第1の部品に支持される第2の部品と、により構成され、
    前記第1の部品と前記第2の部品とは別個に成形されている請求項2記載の成膜装置。
  4. 前記第2の部品は、
    前記第2の環状体の外周面を囲み、その内周面が前記第2の周面を形成する上側環状体と、
    前記内周面から上側環状体の中心側に向けて延伸され、その上面が前記第2の環状体の下端面に対向する下側環状体と、を備え、
    前記第1の部品は、
    その外周面が前記第1の周面を形成する内側環状体と、
    前記外周面から当該内側環状体の外側へ向けて延伸され、前記下側環状体を下方から支持する支持部と、を備える請求項3記載の成膜装置。
  5. 前記第1の部品、前記第2の部品は各々セラミックスにより構成される請求項2ないし4のいずれか一つに記載の成膜装置。
  6. 前記屈曲流路は、縦断面で見た幅が1.0mm〜5.0mmである部位を備えるように形成される請求項1ないし4のいずれか一つに記載の成膜装置。
  7. 前記成膜ガス供給部は、
    成膜ガスである原料ガスと、当該前記原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスと、を交互に繰り返し供給し、且つ原料ガスが供給される期間と反応ガスが供給される期間との間の期間にパージガスを供給し、
    前記真空容器の底部には、前記成膜ガスが前記載置部の下面に付着することを抑制するパージガスを供給するためのパージガス供給口が設けられ、
    前記成膜ガス供給部から原料ガス、反応ガス、パージガスが各々吐出される間、当該パージガス供給口からは3.0L/分〜20L/分でパージガスが供給される請求項1ないし6記載の成膜装置。
  8. 基板に成膜ガスを供給する成膜装置を用いた成膜方法において、
    真空容器の処理室に真空雰囲気を形成する工程と、
    下側の中心部が支持部により前記処理室に支持されると共に下側の周縁部が前記真空容器の底部から離間して設けられる載置部の上側に基板を載置する工程と、
    前記載置部の上方に当該載置部に対向して設けられる成膜ガス供給部から、前記基板に成膜ガスを供給して成膜する工程と、
    前記真空容器の側壁に、前記載置台の外周に沿って開口した排気口から排気する工程と、を備え、
    前記成膜装置は、前記真空容器の側壁の前記排気口の下方から前記載置台へ向けて突出し、内周縁部が隙間を挟んで当該載置台の側周に対向して、前記処理室を上下に区画する第1の環状体と、
    下端部が前記載置台の周縁部よりも下方に位置するように、前記第1の環状体の内周縁部から下方に延伸されて形成される第2の環状体と、
    前記第2の環状体における内周面から下端面に亘って沿う流路形成面を備えるように前記載置台の周縁部から延伸されて形成された第3の環状体と、を備え、
    前記隙間に漏れた前記成膜ガスを前記第2の環状体と前記第3の環状体との間に形成される屈曲流路にトラップして前記流路形成面及び当該第2の環状体に成膜させる工程と、
    を備えた成膜方法。
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