JP2024002304A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理空間を形成するシャワーヘッド及びステージ間のギャップを正確に測定する。【解決手段】処理容器と、前記処理容器内に昇降可能に設けられ、加熱部を有するステージと、前記ステージに対向し、複数のガス孔を有するシャワーヘッドと、成膜時に前記ステージを上昇させ、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間に処理空間を形成させる昇降機構と、前記シャワーヘッド及び前記ステージ間とのギャップを測定する測定部と、を有する、成膜装置が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、成膜装置に関する。

例えば、特許文献１は、処理容器内の昇降可能な載置台と、前記載置台に対向し、載置台との間に処理空間を形成する部材と、処理容器内へ原料ガス及び反応ガスを供給するガス供給部と、開度調整可能な圧力調整弁と、を有する基板処理装置を提案している。処理空間を形成する部材と載置台とのギャップの調整は、処理空間にて実行するプロセスへ影響を与える。

特開２０２０－２００５１０号公報

本開示は、処理空間を形成するシャワーヘッド及びステージ間のギャップを正確に測定することができる成膜装置を提供する。

本開示の一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器内に昇降可能に設けられ、加熱部を有するステージと、前記ステージに対向し、複数のガス孔を有するシャワーヘッドと、成膜時に前記ステージを上昇させ、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間に処理空間を形成させる昇降機構と、前記シャワーヘッド及び前記ステージ間とのギャップを測定する測定部と、を有する、成膜装置が提供される。

一の側面によれば、処理空間を形成するシャワーヘッド及びステージ間のギャップを正確に測定することができる。

実施形態に係る成膜装置の断面模式図の一例。 実施形態に係る測定部の一例を示す図。 実施形態に係る渦電流センサ及びその周辺の構成例を示す図。 実施形態に係る成膜処理の一例を示すフローチャート。 実施形態に係るＡＬＤ法を用いた成膜処理の一例を示すフローチャート。

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。

本明細書において平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよく、また面取りがされていてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直、円、一致には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直、略円、略一致が含まれてもよい。

［成膜装置の構成例］
本実施形態に係る成膜装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る成膜装置１００の断面模式図の一例である。

成膜装置１００は、ウェハ等の基板Ｗに対して、原料ガス及び反応ガスを順に供給して、基板Ｗの表面に所望膜を成膜する装置である。例えば、成膜装置１００は、所望膜の一例として、原料ガスとしてのＴｉＣｌ_４ガス及び反応ガスとしてのＮＨ_３ガスを供給して、基板Ｗの表面に金属含有膜であるＴｉＮ膜を成膜する。

図１に示されるように、成膜装置１００は、処理容器１、ステージ（基板載置台）２、シャワーヘッド３、排気部４、処理ガス供給部５、制御装置６を有する。処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有する。処理容器１の側壁には基板Ｗを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２で開閉可能となっている。

処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。また、排気ダクト１３の外壁には排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。天壁１４と排気ダクト１３の間はシールリング１５が設けられ、処理容器１内が気密にシールされている。区画部材１６は、ステージ２（およびアウターリング２２）が後述する処理位置へと上昇した際、処理容器１の内部を上下に区画する。

ステージ２は、処理容器１内で基板Ｗを水平に支持する。ステージ２は、基板Ｗに対応した大きさの円板状をなし、支持部材２３に支持されている。ステージ２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル基合金等の金属材料で構成されており、内部に基板Ｗを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、ステージ２の上面の基板載置面近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することにより、基板Ｗを所定の温度に制御するようになっている。ヒータ２１は、ステージ２が有する加熱部の一例である。ステージ２には、基板載置面の外周領域にステージ２の側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスからなるアウターリング２２が設けられている。

支持部材２３は、ステージ２の底面中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４によりステージ２が支持部材２３を介して、図１に実線で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示す基板Ｗの搬送が可能な搬送位置との間で昇降可能となっている。また、支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、ステージ２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。

処理容器１の底面近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）の基板支持ピン２７が設けられている。基板支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降可能になっており、搬送位置にあるステージ２に設けられた貫通孔２ａに挿通されてステージ２の上面に対して突没可能となっている。このように基板支持ピン２７を昇降させることにより、基板搬送機構（図示せず）とステージ２との間で基板Ｗの受け渡しが行われる。

シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、ステージ２に対向し、ステージ２とほぼ同じ直径を有する。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有する。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には、本体部３１及び処理容器１の天壁１４の中央を貫通するようにガス導入孔３６が設けられている。シャワープレート３２の中央側の平坦面には複数のガス孔３５が形成されている。複数のガス孔３５が形成された中央領域の外周にはステージ２側に円環状に突出する突出部３４が形成されている。

ステージ２は、処理容器１内に昇降可能に設けられ、昇降機構２４は、成膜時には処理位置までステージ２を上昇させる。これにより、シャワーヘッド３とステージ２との間に処理空間３７が形成される。すなわち、成膜時にステージ２が処理位置に存在した状態では、シャワープレート３２とステージ２との間に処理空間３７が形成され、突出部３４とステージ２及びアウターリング２２の上面が近接して円環状の隙間３８が形成される。ステージ２が処理位置に存在した状態におけるシャワーヘッド３（シャワープレート３２の突出部３４）とステージ２とのギャップ（間隔、距離）Ｇは、測定部Ａにより測定される。成膜時にステージ２が処理位置に存在した状態では、測定部Ａにより測定されるギャップＧは、例えば３ｍｍ程度である。

測定部Ａは、シャワーヘッド３（シャワープレート３２の突出部３４）に設置された渦電流センサ６０と、ステージ２に設けられたメッシュ電極２０とを有する（図１，図２（ａ）参照）。渦電流センサ６０はカバー部材６１により覆われている。カバー部材６１は絶縁体であり、少なくとも渦電流センサ６０の側面を覆う。また、シャワーヘッド３内の渦電流センサ６０の周辺の空隙を真空排気する排気配管４５を有する。測定部Ａの詳細については、後述する。

排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気ダクト１３の排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ４２と、開閉バルブ４３と、真空ポンプ４４と、を有する。排気配管４１の一端は排気ダクト１３の排気口１３ｂに接続され、他端は真空ポンプ４４の吸入ポートに接続される。排気ダクト１３と真空ポンプ４４との間には、上流側から順に、ＡＰＣバルブ４２、開閉バルブ４３が設けられる。ＡＰＣバルブ４２は、排気経路のコンダクタンスを調整して処理空間３７の圧力を調整する。開閉バルブ４３は、排気配管４１の開閉を切り替える。処理に際して、区画部材１６及びステージ２（アウターリング２２）は、処理容器１の内部を、処理空間３７を含む上部空間と、ステージ２の裏面側の下部空間と、に区画する。これにより、処理空間３７内のガスは、円環状の隙間３８、スリット１３ａを介して排気ダクト１３の内部の環状空間に至り、排気ダクト１３の排気口１３ｂから排気部４の真空ポンプ４４により排気配管４１を通って排気される。なお、下部空間は、図示しないパージガス供給機構によりパージ雰囲気となっている。このため、処理空間３７のガスは、下部空間には流入しない。

成膜装置１００は、更にシャワーヘッド３内の渦電流センサ６０の周辺の空間を真空排気する排気機構７を有する。排気機構７は排気配管４５を有する（図１，図３参照）。排気部４は、排気配管４５に接続されるＡＰＣバルブ４６と、開閉バルブ４７とを有する。排気配管４５は真空ポンプ４４の吸入ポートに接続される。排気配管４５と真空ポンプ４４との間には、上流側から順に、ＡＰＣバルブ４６、開閉バルブ４７が設けられる。ＡＰＣバルブ４６は、排気経路のコンダクタンスを調整して渦電流センサ６０の周辺の空隙の圧力を調整する。開閉バルブ４７は、排気配管４５の開閉を切り替える。渦電流センサ６０の周辺の空隙内のガスは、排気配管４５を介して真空ポンプ４４により排気される。

処理ガス供給部５は、原料ガス供給ラインＬ１、反応ガス供給ラインＬ２、パージガス供給ラインＬ３及び合流配管Ｌ４を有する。合流配管Ｌ４は、ガス導入孔３６に接続されている。原料ガス供給ラインＬ１は、原料ガス供給源５１から延び、合流配管Ｌ４に接続されている。原料ガス供給ラインＬ１には、原料ガス供給源５１側から順に、マスフローコントローラ（図示せず）及び開閉弁５４が設けられている。マスフローコントローラは、原料ガス供給ラインＬ１を流れる原料ガスの流量を制御する。開閉弁Ｖ１は、ＡＬＤプロセスの際に原料ガスの供給・停止を切り替える。マスフローコントローラと開閉弁５４の間にバッファタンク（図示せず）を有してもよい。バッファタンクは、原料ガスを一時的に貯留し、短時間で必要な原料ガスを供給する。

反応ガス供給ラインＬ２は、反応ガス供給源５２から延び、合流配管Ｌ４に接続されている。反応ガス供給ラインＬ２には、反応ガス供給源５２側から順に、マスフローコントローラ（図示せず）及び開閉弁５５が設けられている。マスフローコントローラは、反応ガス供給ラインＬ２を流れる反応ガスの流量を制御する。開閉弁５５は、ＡＬＤプロセスの際に反応ガスの供給・停止を切り替える。マスフローコントローラと開閉弁５５の間にバッファタンク（図示せず）を有してもよい。バッファタンクは、反応ガスを一時的に貯留し、短時間で必要な反応ガスを供給する。

パージガス供給ラインＬ３は、パージガス供給源５３から延び、合流配管Ｌ４に接続されている。パージガス供給ラインＬ３には、パージガス供給ラインＬ３側から順に、マスフローコントローラ（図示せず）及び開閉弁５６が設けられている。マスフローコントローラは、パージガス供給ラインＬ３を流れるパージガスの流量を制御する。開閉弁５６は、ＡＬＤプロセスの際にパージガスの供給・停止を切り替える。マスフローコントローラと開閉弁５６の間にバッファタンク（図示せず）を有してもよい。バッファタンクは、パージガスを一時的に貯留し、短時間で必要な反応ガスを供給する。

これにより、パージガス供給ラインＬ３を介して合流配管Ｌ４側にＮ_２ガスが供給される。パージガス供給ラインＬ３は、ＡＬＤ法による成膜中にＮ_２ガスを常時供給し、原料ガスのキャリアガスとしても機能する。開閉弁５６と合流配管Ｌ４との間にオリフィス（図示せず）を設け、パージガスがパージガス供給ラインＬ３に逆流することを抑制する。

制御装置６は、成膜装置１００の各部の動作を制御する。制御装置６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピに従って、所望の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報が設定されている。制御情報は、例えばガス流量、圧力、温度、プロセス時間であってよい。なお、レシピ及び制御装置６が使用するプログラムは、例えばハードディスク、半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定の位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。

［測定部］
次に、測定部Ａについて、図２を参照しながら説明する。図２は、実施形態に係る測定部Ａの一例を示す図である。図１に示すように、ステージ２を昇降させ、成膜時にシャワーヘッド３とステージ２との間のギャップＧを狭くすることで比抵抗や膜厚の均一性の改善が図られ、成膜時のカバレッジを良好にすることができる。しかし、ギャップＧを狭く制御する程、ギャップＧのわずかな制御誤差がプロセス（基板処理）へ与える影響は大きくなる。

そこで、本開示の成膜装置１００では、測定部ＡによりギャップＧを正確に測定する。図２（ａ）に示すように、測定部Ａは、渦電流センサ６０及びメッシュ電極２０を有する。渦電流センサ６０は、シャワープレート３２からステージ２に向けて突出する円環状の突出部３４に設置され、ステージ２内のメッシュ電極２０を検知する。渦電流センサ６０は、コイルを有し、高周波磁界を発生させ、この磁界内に測定対象物(図２ではメッシュ電極２０)があると、電磁誘導作用によって、メッシュ電極２０に磁束の通過と垂直方向の渦電流が流れる現象により、距離Ｄを測定する。距離Ｄは、渦電流センサ６０の検出面６０ａとメッシュ電極２０表面との距離であり、これにより、シャワーヘッド３とステージ２との間のギャップＧを正確に測定することができる。

渦電流センサ６０は、複数のガス孔３５（図１参照）から吐出されるガスの流れＦを妨げないように設けられている。このため、突出部３４の内径側の側面は、外側に向かって広がるテーパー面３２ａであり、渦電流センサ６０は、テーパー面３２ａよりも外周側に配置される。これにより、複数のガス孔３５から吐出されるガスの流れＦの方向と略同方向を指向するように渦電流センサ６０の検出面６０ａが向けられ、渦電流センサ６０の検出面６０ａと離れる方向にガス流れＦを作ることができる。この結果、検出面６０ａが成膜されて渦電流センサ６０の測定機能が低下することを防ぐことができる。

また、渦電流センサ６０は、例えば、円環状の突出部３４の円周方向に３つ、１２０°の間隔を設けて取り付けられてもよい。渦電流センサ６０の個数は、単数でも複数でもよいが、３つ以上が好ましい。突出部３４に３つ以上の渦電流センサ６０を設けることで３か所以上のギャップＧの測定値の差分を求めることにより、ステージ２の傾きを測定することができる。

渦電流センサ６０は、シャワーヘッド３に設けられ、ステージ２に配置しない。渦電流センサ６０の耐熱性を考慮すると、渦電流センサ６０を正しく使用できる温度の上限値は２００℃程度であるが、成膜時、ステージ２はヒータ２１により加熱され、４００℃以上になる。よって、渦電流センサ６０は、ステージ２側に設置することはできない。

また、ステージ２に渦電流センサ６０を配置すると、ステージ２上の基板Ｗの成膜時に渦電流センサ６０も成膜されてしまい、渦電流センサ６０の検知機能が低下し、正しいギャップＧの測定ができなくなる。また、渦電流センサ６０上の膜をクリーニングにより除去する場合に渦電流センサ６０がクリーニングガスに暴露され、渦電流センサ６０がダメージを受ける。よって、渦電流センサ６０は、ステージ２側に設置することはできない。

本開示の成膜装置１００は、シャワーヘッド３に渦電流センサ６０を配置し、ステージ２側に設置しない。このため、渦電流センサ６０を２００℃以下の環境で使用できる。また、渦電流センサ６０が成膜されないようにステージ２から離れたシャワーヘッド３側であって、ガスの流れＦの方向が渦電流センサ６０の検出面６０ａから離れるようにテーパー面３２ａの外周側に配置される。これにより、渦電流センサ６０の検知機能を低下させず、かつ、渦電流センサ６０が配置された部材の熱伸縮や、部材の機差の影響を受けずにギャップＧを正しく測定することができる。

渦電流センサ６０は、ギャップＧの状態を常時監視する。これによって、ステージ２の傾きを検出することで、昇降機構２４の動力伝導に使用されるベルトの劣化や破断、リニアガイドのロックナットの緩み、その他各種ネジの緩み等の異常が発生した際にこれを早期に発見することができる。これにより、ステージ２が基準以上に傾いた場合には異常と判定し、基板Ｗの処理を停止することで、基板Ｗが処理され続けることを防止し、廃棄しなければならない不良な基板Ｗの発生を減らすことができる。

なお、シャワーヘッド３への渦電流センサ６０の取り付け、ステージ２内のメッシュ電極２０の位置には個体差が存在するが、ギャップＧの調整時に渦電流センサ６０のゼロ点調整を実施することによって、個体差を相殺することができる。

メッシュ電極２０は、渦電流センサ６０に対向してステージ２側に設けられる金属部材の一例である。渦電流センサ６０に対向配置される金属の電極は、メッシュ電極２０に限らない。メッシュ電極２０の代わりに板状電極がステージ２内に埋設されてもよい。金属部材は、ステージ２の表面に成膜された金属膜であってもよい。渦電流センサ６０の対向位置にアウターリング２２を配置し、金属部材は、アウターリング２２内に埋設されるメッシュ電極、板状電極又はアウターリング２２の表面に成膜された金属膜であってもよい。ただし、金属部材が金属膜の場合には、金属膜は、クリーニングガスに対する耐性のある膜である必要がある。アウターリング２２の方がステージ２よりも交換が容易な分、金属部材を交換したい場合にはステージ２よりもアウターリング２２に金属部材を設けることが好ましい。

以上に説明したように、金属部材は、ステージ２又はアウターリング２２の、少なくとも渦電流センサ６０に対向する位置に設けられる。金属部材は、例えばモリブデンやその他の金属で形成されている。

ステージ２又はアウターリング２２に埋設されたメッシュ電極２０又は板状電極は、ステージ２等の全面に配置されてもよいし、ステージ２等の渦電流センサ６０と対向する位置に配置され、全面に配置されなくてもよい。メッシュ電極２０又は板状電極は、ＲＦ（高周波）電力を印加するＲＦ電極として兼用して使用してもよい。この場合、ステージ２の全面にメッシュ電極２０又は板状電極を配置することが好ましい。メッシュ電極２０又は板状電極にＲＦ電力を供給していないときにメッシュ電極２０又は板状電極を用いて渦電流センサ６０によりギャップＧを測定することができる。

メッシュ電極２０等をヒータ線として兼用して使用してもよい。この場合にも、ステージ２の全面にメッシュ電極２０等を配置することが好ましい。メッシュ電極２０等にヒータ加熱のための電圧を供給していないときにメッシュ電極２０等を用いて渦電流センサ６０によりギャップＧを測定することができる。

渦電流センサ６０は、カバー部材６１により覆われている。カバー部材６１は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、石英（ＳｉＯ_２）等のセラミックスで形成されている。渦電流センサ６０の側面をセラミックスのカバー部材６１で覆うことにより渦電流センサ６０とシャワープレート３２との隙間からガスが入り込むことを防止することができ、渦電流センサ６０の周囲でガス流れＦが乱れてしまうことを回避することできる。

渦電流センサ６０の側部の周囲に金属製の部材が存在すると誤検知の原因となることから、従来であれば渦電流センサ６０の周囲に空間を設け誤検知を防止していたが、突出部３４に配置された渦電流センサ６０の周囲に空間を設けるとガス流れＦを乱してしまうこと、及び渦電流センサ６０が原料ガス、反応ガス、クリーニングガスに曝されてしまうことから好ましくない。

そこで、渦電流センサ６０の側面をセラミックスのカバー部材６１で覆うことにより、渦電流センサ６０が、渦電流センサ６０の側面のシャワープレート３２の金属を検出することを回避することができる。これにより、誤検知を防止し、渦電流センサ６０の検出面６０ａからメッシュ電極２０の金属を検出することで、ギャップＧを正しく測定することができる。

渦電流センサ６０の周囲にカバー部材６１を設けず、渦電流センサ６０とシャワープレート３２との間に空間を設けることでも渦電流センサ６０の側面のシャワープレート３２の金属の検出を防ぐことはできる。しかし、この場合、渦電流センサ６０の周囲の空間にガスが入り込み、渦電流センサ６０が成膜されてしまい、クリーニングガスにより渦電流センサ６０の成膜を除去する際に渦電流センサ６０がダメージを受ける。

よって、渦電流センサ６０をカバー部材６１で覆うことにより、誤検知を防止するとともに渦電流センサ６０への成膜を防止することができる。加えて、渦電流センサ６０を覆うようにカバー部材６１を設けることで、ステージ２から渦電流センサ６０への輻射熱の影響を抑制し、渦電流センサ６０の温度上昇を低減することができる。

カバー部材６１の下面とシャワープレート３２の突出部３４の突出面３４ａとは同一面内に配置されている。また、渦電流センサ６０の検出面６０ａは、突出部３４の突出面３４ａと同一面内にあってもよく、突出面３４ａよりも内側（奥側）に引っ込めてもよい。

図２（ｂ）に示すように、テーパー面３２ａと渦電流センサ６０の検出面６０ａとの間に、渦電流センサ６０に対するガス付着防止用のひさし３２ｂを有してもよい。ひさし３２ｂは、突出部３４の渦電流センサ６０よりも内径側でテーパー面３２ａよりも外周側にて円周方向に全周に設けられてもよい。

［渦電流センサ及びその周辺の構成例］
次に、図３を用いて、実施形態に係る渦電流センサ６０及びその周辺の構成例について更に説明する。図３に示すように、突出部３４に配置された渦電流センサ６０は、側面だけでなく検出面６０ａもカバー部材６１で覆われてもよい。これにより、渦電流センサ６０の側面及び検出面６０ａが成膜されることを防止することができる。

カバー部材６１の側部の厚さＴ１は、通常渦電流センサの径の０．７５～１．０倍以上の厚さとすることが好ましいが、渦電流センサの仕様によっては、適宜の厚さを採用し得る。検出面６０ａを覆うカバー部材６１の先端部の厚さＴ２は、側部の厚さＴ１よりも薄く、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であってもよい。

渦電流センサ６０をシャワープレート３２に配置することで、渦電流センサ６０が温度の特異点となって処理空間３７（図１参照）内の温度分布が変わり、基板Ｗ処理（成膜）に影響を与える場合がある。このため、渦電流センサ６０は可能な限り小型化したい。また、渦電流センサ６０が小型化される程、渦電流センサ６０から発生する高周波磁界が弱くなり、カバー部材６１の側部の厚さＴ１もより薄くすることができるため好ましい。

ところが、渦電流センサ６０を小型化し、カバー部材６１の先端部の厚さＴ２を０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の薄さにすると、カバー部材６１の先端部は薄いために割れやすくなる。特に、渦電流センサ６０に接続されるケーブル６７は大気側まで配線する必要がある。つまり、渦電流センサ６０のケーブル６７は大気空間にある。これに対して、処理空間３７は真空空間である。そこで、ネジ６２によりシャワープレート３２にねじ止めされたカバー部材６１の先端部が大気と真空とを仕切る板となると、大気と真空との圧力差によりカバー部材６１の先端部が割れてしまう可能性がある。

そこで、カバー部材６１の先端部が割れないように、ケーブル６７と渦電流センサ６０との間にＯリング等のシールリング６３を設けて大気と真空とを仕切る位置をシールリング６３とすることで、ケーブル６７が伸びる大気空間から渦電流センサ６０とカバー部材６１側を封止し、カバー部材６１側を真空区間にする。また、カバー部材６１とシャワープレート３２との間にシールリング６４を、シャワープレート３２と本体部３１との間にシールリング６５をそれぞれ設けることで反応空間３７やガス拡散空間３３に供給される原料ガス、反応ガス、クリーニングガスの回り込みや、スリット１３ａ付近を流れるこれらのガスの回り込みを抑制することができる。更に、本体部３１と排気配管４５との間にシールリング６６を設けることで渦電流センサ６０及びカバー部材６１の周囲に大気が混入することを抑制する。

渦電流センサ６０及びカバー部材６１は大気や反応空間３７と流体的に隔絶された状態となるが、渦電流センサ６０及びカバー部材６１の周囲には大気状態で組み立てを行うことに起因した大気の残留や、シールリングでの大気の透過により大気が混入してしまうことがあり、そのまま反応空間３７を真空にすると渦電流センサ６０及びカバー部材６１の周囲に存在する大気との差圧によりカバー部材６１の厚さの薄い先端部が破損する虞がある。そこで、真空ポンプ４４によって排気配管４５から排気し、シャワーヘッド３内の渦電流センサ６０及びカバー部材６１の周囲の空隙を真空にすることで、反応空間３７と渦電流センサ６０及びカバー部材６１の周囲の空隙との差圧が解消され、カバー部材６１の先端部に過剰な負荷がかかることを抑制することができる。

例えば排気配管４５の断面積に応じて排気量を定めて、排気配管４５からの排気量と排気配管４１（図１参照）からの排気量を制御し、処理空間３７内の圧力と渦電流センサ６０及びカバー部材６１の周辺の圧力とが概ね同一圧力になるように調整してもよい。例えば、処理空間３７内の圧力と渦電流センサ６０及びカバー部材６１の周辺の圧力とが概ね同一圧力になるように排気配管４５のコンダクタンスを調整してもよい。また、処理空間３７内の圧力と渦電流センサ６０及びカバー部材６１の周辺の圧力とが概ね同一圧力になるようにＡＰＣバルブ４６の開度を調整してもよい。これにより、大気圧によりカバー部材６１が割れることを回避することができる。なお、排気配管４５からの排気は、真空ポンプ４４を用いてもよいし、真空ポンプ４４とは別の真空ポンプを用いてもよい。

［ＡＬＤ装置］
以上に説明した成膜装置１００は、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置であり、ＡＬＤ法を用いた成膜処理（基板処理）を行うことができる。図４及び図５を参照しながら、成膜装置１００が実行するＡＬＤ法を用いた成膜処理の一例について説明する。図４は、実施形態に係る成膜処理の一例を示すフローチャートである。図５は、実施形態に係るＡＬＤ法を用いた成膜処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、成膜装置１００の処理容器１内に基板Ｗを搬入する。具体的には、ヒータ２１により所定温度（例えば、３００℃～７００℃）に加熱されたステージ２を搬送位置（図１において二点鎖線で示す。）に下降させた状態でゲートバルブ１２を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）により基板Ｗを、搬入出口１１を介して処理容器１内に搬入し、基板支持ピン２７で支持する。搬送アームが搬入出口１１から退避すると、ゲートバルブ１２を閉じる。また、基板支持ピン２７を下降させて、基板Ｗをステージ２に載置する。

次に、ステップＳ２において、制御装置６は、昇降機構２４を制御して、ステージ２を処理位置（図１において実線で示すステージ２の位置）まで上昇させる。これにより、処理容器１の内部は、処理空間３７を含むステージ２の表面（基板載置面）側の上部空間と、ステージ２の裏面側の下部空間と、に区画される。

次に、ステップＳ３において、ステージ２上の基板Ｗを昇温するとともに、ＡＰＣバルブ４２、４６の開度を調整する。即ち、ステージ２上の基板Ｗは、ヒータ２１によって所定の温度（例えば、３００℃～７００℃）に昇温される。また、制御装置６は、排気部４を制御して処理容器１内を所定の真空度に調節する。また、制御装置６は、排気部４を制御して渦電流センサ６０及びカバー部材６１の周辺の圧力が処理空間３７内の圧力と概ね同一圧力になるように調節する。

その後、制御装置６は、処理ガス供給部５の開閉弁５６を開き、開閉弁５４、５５を閉じる。これにより、パージガス供給源５３からパージガス供給ラインＬ３及び合流配管Ｌ４を経てパージガスを処理空間３７内に供給して圧力を上昇させる。また、制御装置６は、処理空間３７内の圧力を検出する圧力センサ（図示せず）に基づいて、処理空間３７内の圧力が所望の圧力となるＡＰＣバルブ４２の開度を調整する。また、渦電流センサ６０の周辺の圧力が処理空間３７内の圧力と概ね同一圧力になるようにＡＰＣバルブ４６の開度を調整する。

次に、ステップＳ４において、基板Ｗ処理を実行する。具体的には、まず、図５のステップＳ１１において、制御装置６は、開閉弁５４を開き、原料ガス供給源５１から原料ガス供給ラインＬ１及び合流配管Ｌ４を経て原料ガスを処理空間３７内に供給し、基板Ｗに原料ガスを晒し、基板Ｗ上に原料ガスの原子層を形成する。

次に、ステップＳ１２において、制御装置６は、開閉弁５４を閉じる。これにより、パージガス供給源５３から処理空間３７内に供給されるパージガスにより処理空間３７内の原料ガスを排出する。

次に、ステップＳ１３において、制御装置６は、開閉弁５５を開き、反応ガス供給源５２から反応ガス供給ラインＬ２及び合流配管Ｌ４を経て反応ガスを処理空間３７内に供給し、基板Ｗ上の原料ガスの原子層と反応させ、所望膜を形成する。

次に、ステップＳ１４において、制御装置６は、開閉弁５５を閉じる。これにより、パージガス供給源５３から処理空間３７内に供給されるパージガスにより処理空間３７内の反応ガスを排出する。

ステップＳ１５において、ステップＳ１１～Ｓ１４の処理を所定回数行ったかを判定し、所定回数行ったと判定されるまでステップＳ１１～Ｓ１４の処理を繰り返し、所定回数行ったと判定されたとき、図５の基板処理を終了し、図４のステップＳ４に戻る。

例えば、原料ガスがＴｉＣｌ_４ガス、反応ガスがＮＨ_３ガス、パージガスがＮ_２ガスの場合、基板Ｗ上にＴｉＮ膜が形成される。また、パージ工程では、反応生成物（ＮＨ_４Ｃｌガス、ＨＣｌガス）、余剰のＴｉＣｌ_４ガス、ＮＨ_３ガス等が排出される。

図４のステップＳ４において図５に示す基板処理が終了すると、図４のステップＳ５に進み、制御装置６は、昇降機構２４を制御して、ステージ２を搬送位置まで下降させる。

次に、ステップＳ６において、成膜装置１００の処理容器１内から基板Ｗを搬出する。具体的には、基板支持ピン２７を上昇させて、ステージ２に載置された基板Ｗを持ち上げ、基板支持ピン２７で支持する。また、ゲートバルブ１２を開く。続いて、搬送アーム（図示せず）により基板Ｗを、搬入出口１１を介して処理容器１内から搬出する。搬送アームが搬入出口１１から退避すると、ゲートバルブ１２を閉じる。以上により、成膜装置１００において基板Ｗに所望膜（例えばＴｉＮ膜）を成膜する処理が終了する。

以上に説明したように、本実施形態の成膜装置１００は成膜処理を行う。その際、成膜装置１００は、処理空間３７を形成するシャワーヘッド３及びステージ２間のギャップＧを正確に測定することができる。これにより、ギャップＧの測定値が設定値（目標値）から許容範囲内であればそのまま基板処理を行い、許容範囲外であれば基板処理を中断して基板Ｗを搬出してもよい。また、ギャップＧの測定値からステージ２の傾きを算出し、算出したステージ２の傾きが許容範囲外であれば、ステージ２の傾きがなくなるようにステージ２の傾きを補正した後に基板処理を行ってもよいし、基板処理を中断して基板Ｗを搬出してもよい。

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。

例えば上述の実施形態ではＡＬＤ法による成膜処理の例を示したが、ＣＶＤ法やＳＦＤ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｆｌｏｗ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の様々な成膜処理においても本発明は適用できる。

１ 処理容器
２ ステージ
３ シャワーヘッド
４ 排気部
５ 処理ガス供給部
６ 制御装置
７ 排気機構
２２ アウターリング
２４ 昇降機構
３２ シャワープレート
３２ａ テーパー面
３４ 突出部
３４ａ 突出面
３７ 処理空間
４１、４５ 排気配管
４２ ＡＰＣバルブ
４３ 開閉バルブ
４４ 真空ポンプ
６０ 渦電流センサ
１００ 成膜装置

Claims (11)

1. 処理容器と、
   前記処理容器内に昇降可能に設けられ、加熱部を有するステージと、
   前記ステージに対向し、複数のガス孔を有するシャワーヘッドと、
   成膜時に前記ステージを上昇させ、前記シャワーヘッドと前記ステージとの間に処理空間を形成させる昇降機構と、
   前記シャワーヘッド及び前記ステージ間とのギャップを測定する測定部と、
   を有する、成膜装置。
2. 前記測定部は、前記シャワーヘッドに設置された渦電流センサと、前記ステージ又は前記ステージの外周に配置された外周部材に設けられた金属部材と、を有する、
   請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記渦電流センサは、前記シャワーヘッドの前記複数のガス孔が形成された領域の外周面に円環状に突出する突出部に設置される、
   請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記突出部の内径側の側面は、外側に向かって広がるテーパー面であり、
   前記渦電流センサは、前記テーパー面により前記複数のガス孔から吐出されるガスの流れの方向が前記渦電流センサの検出面から離れるように配置されている、
   請求項３に記載の成膜装置。
5. 前記テーパー面と前記渦電流センサとの間に、前記渦電流センサに対するガス付着防止用のひさしを有する、
   請求項４に記載の成膜装置。
6. 前記金属部材は、前記ステージ又は前記外周部材の前記渦電流センサに対向する位置に設けられた金属の電極である、
   請求項２に記載の成膜装置。
7. 前記金属の電極は、前記ステージの内部又は前記外周部材の内部に埋設されたメッシュ電極又は板状電極である、
   請求項６に記載の成膜装置。
8. 前記金属の電極は、前記ステージ又は前記外周部材の表面に形成された金属膜である、
   請求項６に記載の成膜装置。
9. 前記渦電流センサの少なくとも側面を覆う絶縁体のカバー部材を有する、
   請求項２に記載の成膜装置。
10. 前記シャワーヘッド内の前記渦電流センサの周辺の空間を真空排気する排気機構を有する、
    請求項２に記載の成膜装置。
11. 前記成膜装置は、ＡＬＤ装置である、
    請求項１に記載の成膜装置。

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