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

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_４（四塩化チタン）ガスと反応ガスであるＮＨ_３（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_４ガスの供給を行う時間帯とＮＨ_３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_２（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_４ガス雰囲気またはＮＨ_３ガス雰囲気からＮ_２ガス雰囲気に置換される。また、ＡＬＤによる成膜処理中は、ＴｉＣｌ_４ガス及びＮＨ_３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_２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_３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_２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_３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_４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_４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_４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_４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_４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_４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_４ガスを一旦貯留することで、比較的高い流量で当該ＴｉＣｌ_４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_２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_２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_３）供給源７４Ｇ及びＮ_２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_２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_２ガスのみ、クリーニングガス及びＮ_２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_３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_２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_２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_２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_２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_２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_２ガス供給源７４Ｂ、７４Ｅから供給されるＮ_２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_２ガス供給源７４Ｃ、７４Ｆから各々供給されるＮ_２ガスは、ＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３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_２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_２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_２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_２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_２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_４ガス、ＮＨ_３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_４ガス、ＮＨ_３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_４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_４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_２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_４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_４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_４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_３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_３ガスについてもＴｉＣｌ_４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_３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_４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_３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_３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_３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_３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_４ガス、パージガス、ＮＨ_３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_４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_４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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