JP2023005462A - 成膜装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】膜の面内分布の制御性を高めることを提供する。【解決手段】処理容器と、前記処理容器内に鉛直方向に延在して配置され、複数のガス孔を有するガス供給管と、前記処理容器内に鉛直方向に複数の製品基板を含む基板を収容するように構成されたボートと、を有し、前記複数のガス孔から供給されるガスにより前記複数のガス孔のそれぞれに対応する前記基板のそれぞれに膜を形成する成膜装置であって、前記複数のガス孔のうち前記複数の製品基板が存在する高さの範囲に対応して配置された複数のガス孔は、前記複数の製品基板のそれぞれの中心を通る中心軸と、前記ガス供給管の中心軸と、を結ぶ仮想線に対して前記ガス供給管の中心軸上の点から同一角度で同一の高さに開口する複数の第１ガス孔を含む、成膜装置が提供される。【選択図】図４

Description

本開示は、成膜装置に関する。
半導体デバイスの製造においては、被処理体例えば半導体ウエハに、酸化、拡散、ＣＶＤ、アニール等の熱処理を施すために各種の熱処理装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－２０９５１７号公報
本開示は、膜の面内分布の制御性を高めることができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器内に鉛直方向に延在して配置され、複数のガス孔を有するガス供給管と、前記処理容器内に鉛直方向に複数の製品基板を含む基板を収容するように構成されたボートと、を有し、前記複数のガス孔から供給されるガスにより前記複数のガス孔のそれぞれに対応する前記基板のそれぞれに膜を形成する成膜装置であって、前記複数のガス孔のうち前記複数の製品基板が存在する高さの範囲に対応して配置された複数のガス孔は、前記複数の製品基板のそれぞれの中心を通る中心軸と、前記ガス供給管の中心軸と、を結ぶ仮想線に対して前記ガス供給管の中心軸上の点から同一角度で同一の高さに開口する複数の第１ガス孔を含む、成膜装置が提供される。
一の側面によれば、膜の面内分布の制御性を高めることができる。
実施形態の成膜装置の構成例を示す断面図。 処理容器を説明するための図。 膜厚の面内均一性の課題を説明するための図。 実施形態に係る各種のガス孔の位置と角度の一例を示す図。 実施形態に係る複数のゾーンとガス孔の角度の一例を示す図。 実施形態に係るガス孔の角度と膜の面内分布の測定結果の一例を示すグラフ。 実施形態に係るガス孔の角度と膜の面内分布の測定結果の一例を示す表。 実施形態に係るガス孔の角度とサイクルレートの測定結果の一例を示すグラフ。 実施形態に係る複数のガス供給管の配置例を示す図。 実施形態に係るガス孔の角度と膜の面内分布の制御の一例を示す図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［成膜装置］
実施形態の成膜装置について説明する。図１は、実施形態の成膜装置の構成例を示す断面図である。図２は、処理容器を説明するための図である。
図１に示されるように、成膜装置１は、縦長の処理容器１０を有する。処理容器１０は、下端が開放された有天井の円筒形状の内管１２と、下端が開放されて内管１２の外側を覆う有天井の円筒形状の外管１４とを有する。内管１２及び外管１４は、石英等の耐熱性材料により形成されており、同軸状に配置されて二重管構造となっている。内管１２内には、ウエハボート１６が収容される。ウエハボート１６は、上下方向に沿って所定間隔を有して基板Ｗを略水平に保持するスロットを有する基板保持具である。基板Ｗの一例としては、直径が３００ｍｍのウエハが挙げられる。
内管１２の天井部は、例えば平坦になっている。内管１２の一側には、内管１２の長手方向（上下方向）に沿ってガス供給管を収容するノズル収容部１８が形成されている。ノズル収容部１８は、例えば図２に示されるように、内管１２の側壁の一部を外側へ向けて突出させて形成された凸部２０内の部分である。ノズル収容部１８に対向させて内管１２の反対側の側壁には、内管１２の長手方向（上下方向）に沿って矩形状の開口２２が形成されている。
開口２２は、内管１２内のガスを排気できるように形成されたガス排気口である。開口２２の長さは、ウエハボート１６の長さと同じであるか、又は、ウエハボート１６の長さよりも長く上下方向へそれぞれ延びるようにして形成されている。
処理容器１０の下端は、例えばステンレス鋼により形成される円筒形状のマニホールド２４によって支持されている。マニホールド２４の上端にはフランジ部２４ａが形成されており、フランジ部２４ａ上に外管１４の下端を設置して支持するようになっている。フランジ部２４ａと外管１４との下端との間にはＯリング等のシール部材２６を介在させて外管１４内を気密状態にしている。
マニホールド２４の上部の内壁には、円環状の支持部２４ｂが設けられており、支持部２４ｂ上に内管１２の下端を設置してこれを支持するようになっている。マニホールド２４の下端の開口には、蓋体３０がＯリング等のシール部材３２を介して気密に取り付けられており、処理容器１０の下端の開口、即ち、マニホールド２４の開口を気密に塞ぐようになっている。蓋体３０は、例えばステンレス鋼により形成される。
蓋体３０の中央部には、磁性流体シール３４を介して回転軸３６が貫通させて設けられている。回転軸３６の下部は、ボートエレベータよりなる昇降部３８のアーム３８ａに回転自在に支持されている。
回転軸３６の上端には回転プレート４０が設けられており、回転プレート４０上に石英製の保温台４２を介して基板Ｗを保持するウエハボート１６が載置されるようになっている。従って、昇降部３８を昇降させることによって蓋体３０とウエハボート１６とは一体として上下動し、ウエハボート１６を処理容器１０内に対して挿脱できるようになっている。
ガス供給部は、マニホールド２４に設けられており、内管１２内へガスを導入する。ガス供給部は、複数（図示の例では３本）の石英製のガス供給管５０ａ、５０ｂ、５０ｃを有している。各ガス供給管５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、内管１２内にその長手方向に沿って垂直方向に延在すると共に、その基端がＬ字状に屈曲されてマニホールド２４を貫通するようにして支持されている。ガス供給管５０ａ、５０ｂ、５０ｃを総称してガス供給管５０ともいう。
ガス供給管５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、図２に示されるように、内管１２のノズル収容部１８内に周方向に沿って一列になるように設置されている。各ガス供給管５０ａ、５０ｂ、５０ｃには、その長手方向に沿って所定間隔で配置され、複数のガス孔５１ａ、５１ｂ、５１ｃが形成されている。ガス孔５１ａは２つ、ガス孔５１ｂは１つ、ガス孔５１ｃは２つである。ガス孔５１ａ、５１ｂ、５１ｃを総称してガス孔５１ともいう。各ガス孔５１ａ、５１ｂ、５１ｃについての詳細は後述する。
各ガス孔５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、水平方向に向けて各ガスを吐出する。所定間隔は、例えばウエハボート１６に支持される基板Ｗの間隔と同じになるように設定される。また、高さ方向の位置は、各ガス孔５１ａ、５１ｂ、５１ｃが上下方向に隣り合う基板Ｗ間の中間に位置するように設定されており、各ガスを基板Ｗ間の空間に効率的に供給できるようになっている。ガス供給管５０ａ、５０ｂ、５０ｃには、それぞれ図示しない流量制御器、バルブ等を介してガス供給源５２ｂ、５４ｂ、５６ｂが接続されている。ガス供給源５２ｂ、５４ｂ、５６ｂは、それぞれ成膜ガス、エッチングガス及びパージガスの供給源である。ガス供給源５２ｂ，５４ｂ，５６ｂからの各ガスは、流量制御器により流量が制御され、必要に応じて各ガス供給管５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して処理容器１０内に供給される。
マニホールド２４の上部の側壁であって、支持部２４ｂの上方には、ガス出口６０が形成されており、内管１２と外管１４との間の空間を介して開口２２より排出される内管１２内のガスを排気できるようになっている。ガス出口６０は、内管１２の周方向において開口２２と異なる位置に設けられている。図示の例では、ガス出口６０は、内管１２の周方向において開口２２の位置から反時計回りに１２０度ずれた位置に設けられている。ガス出口６０には、排気部６２が設けられる。排気部６２はガス出口６０に接続された排気通路６４を有しており、排気通路６４には圧力調整弁６６及び真空ポンプ６８が順次介設されて、処理容器１０内を真空引きできるようになっている。また、排気通路６４の圧力調整弁６６の上流側には、処理容器１０内の圧力を検出するための圧力センサ６９が設けられている。
外管１４の周囲には、外管１４を覆うように円筒形状のヒータ７０が設けられている。ヒータ７０は、処理容器１０内に収容される基板Ｗを加熱する。また、ヒータ７０についても、上下方向に沿って単位領域と１対１に対応するように、ヒータ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅに分割されている。ヒータ７０ａ～７０ｅは、それぞれ電力制御器７２ａ～７２ｅにより独立に出力が制御される。
また、処理容器１０内の空間には、温度を検出するための温度センサ８０ａ～８０ｅが設けられている。温度センサ８０ａ～８０ｅは、上下方向に沿った温度分布を検出するために温度を検出する。温度センサ８０ａ～８０ｅは、例えば石英製の保護管８２内に収容されて内管１２と外管１４との間に設けられている。温度センサ８０ａ～８０ｅ及び該温度センサ８０ａ～８０ｅを収容する保護管８２は、図２に示されるように、内管１２の周方向において開口２２の位置から所定角度ずれた位置に設けられている。これにより、温度センサ８０ａ～８０ｅがガス供給管５０ａ，５０ｂ，５０ｃから死角となるため、ガス供給管５０ａ，５０ｂ，５０ｃから吐出されるガスにより温度センサ８０ａ～８０ｅの検出温度が低下することを抑制できる。なお、温度センサ８０ａ～８０ｅとしては、例えば熱電対、測温抵抗体を利用できる。
温度センサ８０ａ～８０ｅからの検出信号は、信号線８４を通して後述する制御部１００に入力される。検出信号が入力された制御部１００では、電力制御器７２ａ～７２ｅの設定値を計算し、計算した設定値を電力制御器７２ａ～７２ｅの各々へ出力する。例えば、ＰＩＤ制御により電力制御器７２ａ～７２ｅの設定値を計算することによって、制御部１００は、電力制御器７２ａ～７２ｅの各々への出力、すなわちヒータ７０ａ～７０ｅの各々の発熱量を制御する。
成膜装置１は、成膜装置１の全体の動作を制御するためのコンピュータ等の制御部１００を有する。制御部１００には、成膜装置１で実行される各種の処理を制御部１００にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて成膜装置１の各部に処理を実行させるための各種のプログラムが格納された記憶部１０２が接続されている。各種のプログラムは記憶媒体に記憶され、記憶部１０２に格納され得る。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよく、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、有線又は無線等の通信手段によって、他の装置やホストコンピュータから記憶部１０２へ適宜伝送されるようにしてもよい。なお、制御部１００は、成膜装置１とは別に設けられた制御装置であってもよい。また、記憶部１０２は、成膜装置１とは別に設けられた記憶装置であってもよい。
［成膜方法］
次に、実施形態の成膜方法について、前述の成膜装置１を用いて原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法により、薄膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。実施形態の成膜方法で成膜可能な薄膜としては、例えばＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の酸化膜、ＳｉＮ、ＨｆＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮの窒化膜、ＺｒＡｌＯ、ＨｆＡｌＯ、ＨｆＳｉＯＮ等の上記化合物を組み合わせた複合膜、ＳｉＮとＳｉＯ２の積層膜等が挙げられる。
以下では、原料ガスとしてシリコン含有ガス及び窒化ガスを用いて、基板Ｗの上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する場合を説明する。
まず、成膜準備工程では、昇降部３８により複数の基板Ｗを保持したウエハボート１６を処理容器１０内に搬入し、蓋体３０により処理容器１０の下端の開口を気密に塞ぎ密閉する。また、成膜準備工程では、処理容器１０の下端の開口が開かれたことにより、処理容器１０内の温度が低下する。そこで、制御部１００は、低下した処理容器１０内の温度が予めレシピ等で定められた設定温度（例えば、３００～７００℃）に維持されるように、温度センサ８０ａ～８０ｅの検出温度に基づいて、ヒータ７０ａ～７０ｅの出力を制御する。
続いて、処理容器１０内に供給される全ガスの平均流量と同じ流量で不活性ガスを連続的に供給し、且つ処理容器１０内を、処理容器１０内の平均圧力と同じ圧力に維持する。成膜準備工程では、ヒータ８０により処理容器１０内の基板Ｗを加熱して温度を安定化させる。これらは、例えばウエハボート１６を回転させながら行われる。また、成膜準備工程では、制御部１００は、低下した処理容器１０内の温度が予めレシピ等で定められた設定温度（例えば、３００～７００℃）に維持されるように、温度センサ８０ａ～８０ｅの検出温度に基づいて、ヒータ７０ａ～７０ｅの出力を制御する。該設定温度は、成膜準備工程から後述する成膜工程に移行する際の温度変動を小さくできるという観点から、成膜工程の設定温度と同じであることが好ましい。
続いて、成膜工程においてＡＬＤ法により、処理容器１０内に収容された基板Ｗの上にシリコン窒化膜を形成する。実施形態では、ガス供給管５０ａからのシリコン含有ガス、ガス供給管５０ｃからの不活性ガス、ガス供給管５０ｂからの窒化ガス及びガス供給管５０ｃからの不活性ガスをこの順序で間欠的に供給する。これにより、最初のシリコン含有ガスを供給するステップで基板Ｗ上にシリコン含有ガスが吸着され（吸着ステップ）、次の不活性ガスを供給するステップで余分なシリコン含有ガスがパージされる。そして、次の窒化ガスを供給するステップで供給された窒化ガスをシリコン含有ガスと反応させ（窒化ステップ）、次の不活性ガスを供給するステップにより余分な窒化ガスがパージされ、ほぼ単分子層である薄い単位膜が形成される。この一連のサイクルを所定回数行って、所望の膜厚のシリコン窒化膜を形成する。成膜工程Ｓ３０では、制御部１００は、処理容器１０内の温度が予めレシピ等で定められた設定温度（例えば、３００～７００℃）に維持されるように、温度センサ８０ａ～８０ｅの検出値に基づいて、ヒータ７０ａ～７０ｅの出力を制御する。
［膜厚の面内均一性］
次に、基板に成膜された膜の面内均一性について、図３を参照して説明する。図３は、膜厚の面内均一性の課題を説明するための図である。図３では、ウエハボート１６が横になった状態で示されている。ウエハボート１６のトップが左に描かれ、ウエハボート１６のボトムが右側に描かれている。図３には、ウエハボート１６内の複数のスロットのうち複数の製品基板（Production）が置かれた高さの範囲がＡで示されている。両端（上端、下端）にはダミー基板（Dummy）が配置されている。
処理容器１０内の複数の製品基板が配置されるウエハボート１６内のＡの空間において、例えば、ガス供給管では、製品基板の中心軸とガス供給管の中心軸とを結ぶ仮想線と同一方向に開口するガス孔が縦方向に一つずつ並んで配置されている。ガス供給管５０ａ～５０ｃからガスを供給するとき、ボトムから順にトップに向かってガスが供給される。このため、ボトムに位置するガス孔から供給されるガスの流量が最も多くなり、トップに近くなるほどガス孔から供給されるガスの流量は少なくなる。図３のグラフは、横軸がウエハボート１６の基板（製品基板及びダミー基板を含む）が載置されるスロットの番号であり、縦軸が各基板に形成された膜の面内均一性をパーセンテージで示したものを示す。膜の面内均一性の値が大きいほど、均一性が高いことを示す。これによれば、ウエハボート１６内のＡの空間では、ボトム側がトップ側よりも供給されるガスの流量が多いために膜厚が厚くなり、面内均一性が高くなった。これにより、ボトムからトップまでの領域で生成された膜の面内均一性にＢに示す差が生じた。なお、図３のグラフでは、ガス供給管からＳｉガスを流した結果である。なお、膜の面内分布は、ボトムからトップまでのいずれのスロットにて基板に形成された膜においても中心が厚く、周辺が薄かった。
［ガス孔の位置と角度］
そこで、本実施形態に係るガス供給管５０では、ガス孔５１に所定の角度をつけて配置する。ガス孔の位置と角度について、図４を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係る各種のガス孔の位置と角度の一例を示す図である。
図４では、ガス供給管５０に形成されるガス孔に使用可能な孔タイプを例示する。（ａ）～（ｄ）の孔タイプのガス孔５１の開口の角度は、複数の製品基板のそれぞれの中心を通る中心軸上の点Ｃと、ガス供給管５０の中心軸上の点Ｅと、を結ぶ仮想線Ｄに対してガス供給管５０の中心軸上の点Ｅ上の点から０°、３０°、６０°、９０°である。
図４（ａ）のガス孔タイプ１は、中心軸上の点Ｃとガス供給管５０の中心軸上の点Ｅとを結ぶ仮想線Ｄと同一方向に開口するガス孔５１である。ガス孔タイプ１のガス孔５１では、ガス供給管５０から製品基板Ｗの中心に向かってガスをまっすぐに供給することができる。
図４（ｂ）のガス孔タイプ２は、中心軸上の点Ｃとガス供給管５０の中心軸上の点Ｅとを結ぶ仮想線Ｄに対してガス供給管５０の中心軸上の点Ｅから同一角度３０°で同一の高さに開口する２つのガス孔５１である。
図４（ｃ）のガス孔タイプ３は、中心軸上の点Ｃとガス供給管５０の中心軸上の点Ｅとを結ぶ仮想線Ｄに対してガス供給管５０の中心軸上の点Ｅから同一角度６０°で同一の高さに開口する２つのガス孔５１である。
図４（ｄ）のガス孔タイプ４は、中心軸上の点Ｃとガス供給管５０の中心軸上の点Ｅとを結ぶ仮想線Ｄに対してガス供給管５０の中心軸上の点Ｅから同一角度９０°で同一の高さに開口する２つのガス孔５１である。ガス孔タイプ２～４のガス孔５１では、製品基板Ｗの中心に対して前記各角度で両側にガスが供給される。
ガス孔タイプ２～４のガス孔５１は、複数の製品基板Ｗの中心軸上の点Ｃとガス供給管５０の中心軸上の点Ｅとを結ぶ仮想線Ｄからガス供給管５０の中心軸上の点Ｅを中心に同一角度で同一の高さに開口する複数の第１ガス孔の一例である。ガス孔タイプ１のガス孔は、複数の製品基板Ｗの中心軸上の点Ｃとガス供給管５０の中心軸上の点Ｅとを結ぶ仮想線Ｄと同一方向に開口する第２ガス孔の一例である。
本実施形態に係るガス供給管５０では、トップからボトムに向かって高さ方向に複数配置されるガス孔５１の開口角度（以下、単に「ガス孔５１の角度」ともいう。）を変える。これにより、ボトムからトップまでの領域で生成された膜の面内均一性を揃えることができる。
図５は、実施形態に係る複数のゾーンとガス孔５１の角度の一例を示す図である。図５ではガス孔５１の角度を矢印で示している。図５の例では、複数の製品基板Ｗが存在する高さの範囲Ａにおいて、上から順に「ＴＯＰ」、「ＴＣ－１」、「ＴＣ－２」、「ＣＴＲ」、「ＣＢ－１」、「ＣＢ－２」、「ＢＴＭ」の高さで複数のゾーンに分割する。
「ＴＯＰ」～「ＴＣ－１」領域に縦方向に配置された各高さの２つのガス孔５１は、複数の製品基板Ｗの中心軸上の任意の点Ｃとガス供給管５０の中心軸上の任意の点Ｅとを結ぶ線（図４の仮想線Ｄ）に対して点Ｅから±２２．５°の角度で同一高さに開口する。
「ＴＣ－１」～「ＴＣ－２」領域に縦方向に配置された各高さの２つのガス孔５１は、仮想線Ｄに対して点Ｅから±２５°の角度で同一の高さに開口する。
「ＴＣ－２」～「ＣＴＲ」領域に縦方向に配置された各高さの２つのガス孔５１は、想線Ｄに対して点Ｅから±２５°の角度で同一の高さに開口する。
「ＣＴＲ」～「ＣＢ－１」領域に縦方向に配置された各高さの２つのガス孔５１は、仮想線Ｄに対して点Ｅから±２７．５°の同一角度で同一の高さに開口する。
「ＣＢ－１」～「ＣＢ－２」領域に縦方向に配置された各高さの２つのガス孔５１は、仮想線Ｄに対して点Ｅから±３０°の同一角度で同一の高さに開口する。
「ＣＢ－２」～「ＢＴＭ」の領域に縦方向に配置された各高さの２つのガス孔５１は、仮想線Ｄに対して点Ｅから±５２．５°の同一角度で同一の高さに開口する。
「ＢＴＭ」より下の領域に縦方向に配置された２つのガス孔５１は、仮想線Ｄに対して点Ｅから±５５°の同一角度で同一の高さに開口する。「ＴＯＰ」より上の領域に縦方向に配置された２つのガス孔５１は、仮想線Ｄに対して点Ｅから±２２．５°の角度で同一の高さに開口する。
係るガス供給管５０によれば、「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」へ向かってガス供給管５０の中心軸上の点Ｅを中心に同一角度で開口するガス孔５１の角度を徐々に広くする。これにより、複数の製品基板Ｗが存在する高さの範囲Ａにおいて製品基板Ｗに形成される膜厚の面内均一性を揃えることができる。
ただし、図５に示すガス孔５１の角度は一例であり、これに限らない。また、ガス供給管５０の各高さに位置するガス孔５１の角度を変えることで、膜の面内分布を調整してもよい。例えば、ガス供給管５０の各高さに配置されたガス孔５１の角度を変えることにより、膜の面内分布の調整が可能になる。例えば、ガス孔５１の角度を変えることにより、膜の面内分布を凸型（中心の膜厚が周辺の膜厚より厚い）、凹型（中心の膜厚が周辺の膜厚より薄い）、又はフラット型に調整することができる。
図６は、実施形態に係るガス供給管５０のガス孔５１の角度と膜の面内分布の測定結果の一例を示すグラフである。係るグラフは、シリコンガスを供給し、各角度のガス孔５１を用いて基板の膜の面内分布を測定した結果の一例である。
グラフの横軸がガス孔の角度（°）であり、縦軸が面内均一性をパーセンテージで示したものである。これによれば、ガス孔５１の角度を０°～９０°まで変化させたときに、膜の面内分布が、基板の中心がエッジよりも厚い凸型から、中心がエッジよりも薄い凹型まで徐々に変化した。また、ガス孔５１の角度を０°～９０°まで変化させたときに、「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの面内均一性の値の変化の傾向は概ね同じであった。膜の面内均一性の値が大きいほど、均一性が高いことを示す。
図７は、実施形態に係るガス孔５１の角度と膜の面内分布の測定結果の一例を示す表である。図７（ａ）の「±１．５％凸型」は、図６の線Ｐと「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの各線の交点の角度を「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までのそれぞれのガス孔５１の角度として示したものである。これによれば、面内均一性が±１．５％の凸型の面内分布に膜厚を調整したい場合、図７（ａ）の「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの各スロットで同一の高さに、表に示す角度を有する２組のガス孔５１を配置したガス供給管５０を作製し、成膜装置１に配置する。これにより、「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの各スロットにおいて面内均一性が±１．５％の凸型の面内分布の膜を成膜できる。
同様に、図７（ｂ）の「±１．０％凸型」は、図６の線Ｑと「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの各線の交点の角度を「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までのそれぞれのガス孔５１の角度として示したものである。これによれば、面内均一性が±１．０％の凸型の面内分布に膜厚を調整したい場合、図７（ｂ）の「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの各スロットで同一の高さに、表に示す角度を有する２組のガス孔５１を配置したガス供給管５０を作製し、成膜装置１に配置する。これにより、「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの各スロットにおいて面内均一性が±１．０％の凸型の面内分布の膜を成膜できる。
同様に、図７（ｃ）の「±１．０％凹型」は、図６の線Ｒと「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの各線の交点の角度を「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までのそれぞれのガス孔５１の角度として示したものである。これによれば、面内均一性が±１．０％の凹型の面内分布に膜厚を調整したい場合、図７（ｃ）の「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの各スロットで同一の高さに、表に示す角度を有する２組のガス孔５１を配置したガス供給管５０を作製し、成膜装置１に配置する。これにより、「ＴＯＰ」から「ＢＴＭ」までの各スロットにおいて面内均一性が±１．０％の凹型の面内分布の膜を成膜できる。
図８は、実施形態に係るガス孔５１の角度とサイクルレートの測定結果の一例を示すグラフである。横軸は、（ａ）が図４（ａ）のガス孔タイプ１の場合、（ｂ）が図４（ｂ）のガス孔タイプ２の場合、（ｃ）が図４（ｃ）のガス孔タイプ３の場合、（ｄ）が図４（ｄ）のガス孔タイプ４の場合、図８の縦軸のサイクルレートは成膜速度を示す。
図４（ａ）のガス孔タイプ１の場合、「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」、「ＢＴＭ」のいずれの場合もサイクルレートは他のガス孔タイプよりも高い。また、「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」、「ＢＴＭ」のいずれの場合も膜の面内分布は製品基板の中心領域がエッジ領域よりも厚い凸型である。
図４（ｂ）のガス孔タイプ２の場合、「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」、「ＢＴＭ」のいずれの場合もサイクルレートはガス孔タイプ１よりもやや低くなる。また、「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」、「ＢＴＭ」のいずれの場合も膜の面内分布は製品基板の中心領域がエッジ領域よりもやや厚い凸型である。
図４（ｃ）のガス孔タイプ３の場合、「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」、「ＢＴＭ」のいずれの場合もサイクルレートがガス孔タイプ１よりもやや低くなる。また、「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」、「ＢＴＭ」のいずれの場合も膜の面内分布は製品基板の中心領域とエッジ領域の間の中間領域がやや厚いフラット型である。
図４（ｄ）のガス孔タイプ４の場合、「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」、「ＢＴＭ」のいずれの場合もサイクルレートがガス孔タイプ１よりもやや低くなる。また、「ＴＯＰ」、「ＣＴＲ」、「ＢＴＭ」のいずれの場合も膜の面内分布は製品基板のエッジ領域が中心領域よりも厚い凹型である。
このように図６のフラグ又は図７の表を参照して、所望の膜の面内分布にできるガス供給管５０を作製する。このガス供給管５０を用いて複数の製品基板Ｗが存在する高さの範囲Ａにおいて製品基板Ｗに形成される膜厚の面内均一性を揃えたり、面内分布を調整したりすることができる。例えば、ガス孔５１の角度を変えることにより、膜の面内分布を凸型（中心領域の膜厚が外周領域の膜厚より厚い）、凹型（中心領域の膜厚が外周領域の膜厚より薄い）又はフラット型に調整することができる。
例えば、基板Ｗに電子デバイスが形成され、基板Ｗの表面積が大きくなるとガスがエッジから中央に供給され難くなる。この場合、凸型の膜の面内分布が望ましい。この場合、凸型の膜の面内分布に調整可能な角度に開口するガス孔５１を有するガス供給管５０を使用する。その理由は、基板Ｗの表面積が大きいために基板Ｗの中心におけるガスの濃度が落ちても、そもそも中心の膜厚が高かったため、係るガス供給管５０を使用することで膜の面内均一性を維持できる。例えば、基板Ｗをエッチングする場合、基板Ｗのエッジ側が中心側よりも削れやすい傾向があるため、凹部の膜の面内分布が望ましい。この場合、凹型の膜の面内分布に調整可能な角度に開口するガス孔５１を有するガス供給管５０を使用する。
［バリエーション］
図９は、実施形態に係る複数のガス供給管５０の配置例を示す図である。図９では、実施形態に係る膜の面内分布を凸型（例えば、面内均一性±１．０％凸型、±１．５％凸型）に調整するガス供給管５８、５９、及び膜の面内分布を凹型（例えば、面内均一性±１．０％凹型）に調整するガス供給管５７が処理容器１０内に配置される。ガス供給管５７～５９のそれぞれは、ガス供給ラインを介してガス源５３に接続されている。ガス供給管５７～５９のそれぞれは、ガス供給ラインに設けられた各バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３のオン及びオフによりガス供給管５７～５９のいずれかからガスを処理容器１０内に供給する。これにより、プロセスの種類や条件に応じて、基板Ｗへ成膜する膜の厚さの面内分布を、所定値の面内均一性を有する凸型又は凹型に調整することができる。これにより、プロセスによってその都度ガス孔５１の角度を変更せずにバルブの切り替えにより膜の面内分布を制御できる。
［ガス種、プロセスに応じたガス供給管］
複数の製品基板のそれぞれに形成すべき膜の面内分布に応じて設定される角度であって、かつガス種毎に設定される角度を有する複数のガス孔５１が形成されたガス供給管５０が、複数のガス種に対応して処理容器１０内に複数配置されてもよい。この場合、複数のガス種に応じて使用するガス供給管５０を切り替える切替部を有する。バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３は、複数のガス供給管５０から製品基板Ｗに使用するガスに応じて使用するガス供給管５０を切り替える切替部の一例である。
図１０に示すように、製品基板Ｗ（production）に応じて配置されたガス供給管５０のガス孔５１の角度を各スロットで変えることで、異なる製品を同時に処理できる場合がある。例えば、図１０に示すように、ウエハボート１６内の複数の製品基板Ｗが存在する高さの範囲Ａの上半分がガス孔タイプａのガス孔５１、下半分がガス孔タイプｂのガス孔５１であるガス供給管５０を処理容器１０内に配置してもよい。これにより、上半分のガス孔タイプａのガス孔５１では一プロセスに応じた処理を実行し、下半分のガス孔タイプｂのガス孔５１では他プロセスに応じた処理を実行できる。これにより、メンテナンスを行うことなく様々な製品基板Ｗの処理を一度に行うことができる。
なお、同一の高さに配置されたガス孔の数は２つに限らず、３つ以上にしてもよい。ガス供給管５０は、石英だけでなく、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、金属部材及びステンレス（ＳＵＳ）などの他部材でも同様に複数のガス孔５１を形成できる。
なお、上記の実施形態では、成膜方法の一例としてＡＬＤ法を説明したが、これに限定されず、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法においても同様に適用できる。また、成膜工程に限らず、クリーニングガスを供給し、ＣＶＤ法により処理容器１０内をクリーニングする処理にも適用できる。例えば、角度の異なるガス孔からクリーニングガスを供給することで、ガス供給管５０ａ、５０ｂ、５０ｃの裏側のクリーニングや、ＢＴＭ部の重点的なガス供給等に適用できる。更に、エッチングガスを供給し、ＣＶＤ法により処理容器１０内をエッチングする処理にも適用できる。原料ガス及び反応ガスによる成膜のみならず、原料ガスのみでポリシリコン膜を成膜するなど形成する膜の種類は限らない。
以上に説明したように、本実施形態の成膜装置によれば、膜の面内分布の制御性を高めることができる。
今回開示された実施形態に係る成膜装置は、すべての点において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。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、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
１ 成膜装置
１０ 処理容器
１６ ウエハボート
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ ガス供給管
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ ガス孔
６２ 排気部
１００ 制御部
Ｗ ウエハ

Claims (9)

  1. 処理容器と、
    前記処理容器内に鉛直方向に延在して配置され、複数のガス孔を有するガス供給管と、
    前記処理容器内に鉛直方向に複数の製品基板を含む基板を収容するように構成されたボートと、を有し、
    前記複数のガス孔から供給されるガスにより前記複数のガス孔のそれぞれに対応する前記基板のそれぞれに膜を形成する成膜装置であって、
    前記複数のガス孔のうち前記複数の製品基板が存在する高さの範囲に対応して配置された複数のガス孔は、前記複数の製品基板のそれぞれの中心を通る中心軸と、前記ガス供給管の中心軸と、を結ぶ仮想線に対して前記ガス供給管の中心軸上の点から同一角度で同一の高さに開口する複数の第１ガス孔を含む、成膜装置。
  2. 前記複数の第１ガス孔の角度は、前記処理容器の高さに応じて設定される、
    請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記複数の第１ガス孔の角度は、前記複数の第１ガス孔に対応する前記複数の製品基板のそれぞれに形成すべき膜の面内分布に応じて設定される、
    請求項１又は２に記載の成膜装置。
  4. 前記複数の第１ガス孔の角度は、前記複数の製品基板が存在する高さの範囲を複数のゾーンに分けたとき、前記複数の製品基板のそれぞれに形成すべき膜の面内分布に応じた角度をゾーン毎に設定する、
    請求項１又は２に記載の成膜装置。
  5. 前記複数の第１ガス孔の角度は、膜の形成に使用するガス種毎に設定される、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  6. 前記複数の第１ガス孔は、同一の高さに２つの前記開口を一組として設けられる、
    請求項１～５のいずれか一項に記載の成膜装置。
  7. 前記複数の第１ガス孔は、異なる高さに複数組設けられる、
    請求項６に記載の成膜装置。
  8. 前記複数の製品基板が存在する高さの範囲に配置された前記複数のガス孔は、
    前記複数の製品基板の中心軸と前記ガス供給管の中心軸とを結ぶ仮想線と同一方向に開口する第２ガス孔を含む、
    請求項１～７のいずれか一項に記載の成膜装置。
  9. 前記複数の製品基板のそれぞれに形成すべき膜の面内分布に応じて設定される角度であって、かつガス種毎に設定される角度を有する前記複数の第１ガス孔が形成された前記ガス供給管が、複数のガス種に対応して前記処理容器内に複数配置され、
    複数の前記ガス供給管から供給するガス種に応じて使用する前記ガス供給管を切り替える切替部を有する、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の成膜装置。
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