JP2024027409A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに離間した２つの処理領域の一方から他方への余剰な成分の持ち込みを抑制する。【解決手段】成膜装置は、周方向に沿って複数の基板を載置する回転テーブル２と、その回転方向の上流側から下流側に向けて順に設けられる第１処理領域Ｐ１と、分離領域Ｄ１，Ｄ２及び第２処理領域Ｐ２とを有し、第１処理領域には、第１処理ガスを供給する第１処理ガス供給部３１と、供給された第１処理ガスを排気する第１排気口６１と、が設けられ、第２処理領域には、第２処理ガスを供給する第２処理ガス供給部３２と、供給された第２処理ガスを排気する第２排気口６２と、が設けられ、分離領域には、第１処理ガスと第２処理ガスとを分離する分離ガスを供給する分離ガス供給部４１、４２、４４、４５と、分離領域に供給された分離ガスを排気する第３排気口４３、４６とが設けられる。分離ガス供給部は、回転テーブルの周方向において第３排気口を挟んで設けられる。【選択図】図３

Description

本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。

真空容器内に設けられ、周方向に沿って複数の基板を載置する回転テーブルと、回転テーブルの周方向において分離領域を介して離間して設けられる２つの処理領域を有する成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－５６４７０号公報

本開示は、互いに離間した２つの処理領域の一方から他方への余剰な成分の持ち込みを抑制できる技術を提供する。

本開示の一態様による成膜装置は、真空容器と、前記真空容器内に設けられ、周方向に沿って複数の基板を載置する回転テーブルと、前記回転テーブルの回転方向の上流側から下流側に向けて順に設けられる第１処理領域、分離領域及び第２処理領域と、有し、前記第１処理領域には、第１処理ガスを前記基板に供給する第１処理ガス供給部と、前記基板に供給された前記第１処理ガスを排気する第１排気口と、が設けられ、前記第２処理領域には、第２処理ガスを前記基板に供給する第２処理ガス供給部と、前記基板に供給された前記第２処理ガスを排気する第２排気口と、が設けられ、前記分離領域には、前記第１処理領域に供給された前記第１処理ガスと前記第２処理領域に供給された前記第２処理ガスとを分離する分離ガスを供給する分離ガス供給部と、前記分離領域に供給された前記分離ガスを排気する第３排気口と、が設けられ、前記分離ガス供給部は、前記回転テーブルの周方向において前記第３排気口を挟んで設けられ、前記分離ガスを噴出する第１噴出口及び第２噴出口を有する。

本開示によれば、互いに離間した２つの処理領域の一方から他方への余剰な成分の持ち込みを抑制できる。

図１は、第１実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。 図２は、図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す斜視図である。 図３は、図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す平面図である。 図４は、図１の成膜装置の周方向に沿った断面図である。 図５は、図１の成膜装置の半径方向に沿った断面図である。 図６は、図１の成膜装置の真空容器内のガスの流れを示す図である。 図７は、図１の成膜装置の真空容器内の圧力を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る成膜装置の周方向に沿った断面図である。 図９は、第２実施形態に係る成膜装置の周方向に沿った別の断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

〔第１実施形態〕
（成膜装置）
図１～図７を参照し、第１実施形態に係る成膜装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。図２は、図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す斜視図である。図３は、図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す平面図である。図２及び図３では、天板１１の図示を省略する。図１～図３に示されるように、成膜装置は、真空容器１と、回転テーブル２とを備える。

真空容器１は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な容器である。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリング等のシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有する。

回転テーブル２は、真空容器１内に設けられる。回転テーブル２は、真空容器１の中心に回転中心を有する。回転テーブル２は、例えば石英により形成される。回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定される。コア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定される。回転軸２２は、真空容器１の底部１４を貫通する。回転軸２２の下端は、回転軸２２を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられる。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納される。ケース体２０は、その上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられる。これにより、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持される。

回転テーブル２の表面（上面）には、図２及び図３に示されるように回転方向（周方向）に沿って複数の基板Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられる。図示の例では、６枚の基板Ｗが凹部２４に載置されている。基板Ｗは、例えば半導体ウエハである。図３には便宜上１個の凹部２４だけに基板Ｗを示す。凹部２４は、基板Ｗの直径よりも僅かに大きい内径と、基板Ｗの厚さにほぼ等しい深さとを有する。これにより、基板Ｗが凹部２４に収容されると、基板Ｗの表面と回転テーブル２の表面（基板Ｗが載置されない領域）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、基板Ｗの裏面を支持して基板Ｗを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成される。

図２及び図３に示されるように、回転テーブル２の上方には、反応ガスノズル３１，３２及び分離ガスノズル４１，４２、４４，４５が真空容器１の周方向（図３の矢印Ａで示される回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて配置される。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４４，４５、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４１，４２及び反応ガスノズル３２がこの順に配列される。反応ガスノズル３１，３２及び分離ガスノズル４１，４２，４４，４５は、例えば石英により形成される。反応ガスノズル３１，３２及び分離ガスノズル４１，４２，４４，４５の基端部であるガス導入ポート３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａ，４４ａ，４５ａ（図３）は、容器本体１２の外周壁に固定される。反応ガスノズル３１，３２及び分離ガスノズル４１，４２，４４，４５は、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して水平に伸びるように取り付けられる。

反応ガスノズル３１は、配管及び流量制御器等（図示せず）を介して、原料ガスの供給源（図示せず）に接続される。原料ガスは、例えばジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガス等のシリコン含有ガスである。原料ガスは、金属含有ガスであってもよい。

反応ガスノズル３２は、配管及び流量制御器等（図示せず）を介して、窒化ガスの供給源（図示せず）に接続される。窒化ガスは、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスである。

分離ガスノズル４１，４２，４４，４５は、いずれも配管及び流量制御バルブ等（図示せず）を介して、分離ガスの供給源（図示せず）に接続される。分離ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスである。分離ガスは、窒素（Ｎ_２）ガスであってもよい。

反応ガスノズル３１，３２には、回転テーブル２に向かって開口する複数の噴出口３１ｈ，３２ｈ（図４）が、反応ガスノズル３１，３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列される。反応ガスノズル３１の下方領域は、原料ガスを基板Ｗに吸着させるための吸着領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、吸着領域Ｐ１において基板Ｗに吸着された原料ガスを窒化させる窒化領域Ｐ２となる。

真空容器１内には、２つの凸状部４が設けられる。凸状部４は、分離ガスノズル４１，４２，４４，４５と共に分離領域Ｄ１，Ｄ２を構成する。このため、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられる。凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有する。凸状部４は、例えば内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が容器本体１２の内周面に沿うように配置される。

図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示す。図４中、回転テーブル２の回転方向を矢印Ａで示す。

図４に示されるように、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられる。このため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４７ａと、天井面４７ａの周方向両側に位置し、天井面４７ａよりも高い天井面４７ｂとが存在する。天井面４７ａは、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有する。天井面４７ａは、狭い空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成する。

分離領域Ｄ１には、２つの分離ガスノズル４１，４２と、１つの排気口４３とが設けられる。

分離ガスノズル４１，４２は、回転テーブル２の周方向において排気口４３を挟んで設けられる。回転テーブル２の回転方向の上流側から下流側に向けて、分離ガスノズル４１、排気口４３及び分離ガスノズル４２がこの順に設けられる。分離ガスノズル４１は、例えば排気口４３よりも回転テーブル２の回転方向の上流側において半径方向に沿って延びる溝４ａ内に収容される。分離ガスノズル４２は、例えば排気口４３よりも回転テーブル２の回転方向の下流側において半径方向に沿って延びる溝４ｂ内に収容される。溝４ａ，４ｂは、凸状部４に形成される。

分離ガスノズル４１，４２には、それぞれ回転テーブル２に向かって開口する複数の噴出口４１ｈ，４２ｈが、分離ガスノズル４１，４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で設けられる。分離ガスノズル４１，４２は、それぞれ複数の噴出口４１ｈ，４２ｈから回転テーブル２に向けて分離ガスを噴出する。

排気口４３は、凸状部４の周方向中央に設けられる。排気口４３は、凸状部４及び天板１１を貫通する。排気口４３は、分離ガスノズル４１，４２から分離領域Ｄ１に供給された分離ガスを排気する。排気口４３は、例えば図３に示されるように、平面視において回転テーブル２の半径方向に沿って延びる矩形状を有する。この場合、回転テーブル２の半径方向において分離ガスが均一に排気されやすい。

図６は、図１の成膜装置の真空容器１内のガスの流れを示す図である。図６では、説明の便宜上、回転テーブル２の上面と、天井面４７ａ及び天井面４７ｂとの隙間を図５よりも広く示す。

図６に示されるように、噴出口４１ｈから分離ガスが供給されると、分離ガスは吸着領域Ｐ１へ向かうガス流Ｆ１１と、排気口４３へ向かうガス流Ｆ１２とを形成する。ガス流Ｆ１１は、吸着領域Ｐ１からの原料ガスに対するカウンターフローとして働く。このため、吸着領域Ｐ１からの原料ガスが窒化領域Ｐ２へ侵入することを抑制できる。ガス流Ｆ１２は、基板Ｗの表面に余剰に吸着している原料ガス、反応生成物等（以下「余剰吸着成分」という。）のうち、噴出口４１ｈと排気口４３との間で基板Ｗから脱離する余剰吸着成分（破線矢印を参照）を排気口４３へと導いて排出する。このため、窒化領域Ｐ２に持ち込まれる余剰吸着成分の量を低減できる。例えば、原料ガスとしてＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス、窒化ガスとしてＮＨ_３ガスを用いる場合、余剰吸着成分は原料ガスであるＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスと、反応生成物であるＨＣｌとを含む。

図６に示されるように、噴出口４２ｈから分離ガスが供給されると、分離ガスは窒化領域Ｐ２へ向かうガス流Ｆ２１と、排気口４３へ向かうガス流Ｆ２２とを形成する。ガス流Ｆ２１は、窒化領域Ｐ２からの窒化ガスに対するカウンターフローとして働く。このため、窒化領域Ｐ２からの窒化ガスが吸着領域Ｐ１へ侵入することを抑制できる。ガス流Ｆ２２は、基板Ｗの表面に吸着している余剰吸着成分のうち、排気口４３と噴出口４２ｈとの間で基板Ｗから脱離する余剰吸着成分（破線矢印を参照）を排気口４３へと導いて排出する。このため、窒化領域Ｐ２に持ち込まれる余剰吸着成分の量を低減できる。

分離ガスノズル４１は、例えば噴出口４１ｈから排気口４３までの排気コンダクタンスが、噴出口４１ｈから吸着領域Ｐ１に近い分離領域Ｄ１の端部までの排気コンダクタンスよりも小さくなる位置に設けられる。この場合、ガス流Ｆ１１がガス流Ｆ１２よりも大きくなる。分離ガスノズル４２は、例えば噴出口４２ｈから排気口４３までの排気コンダクタンスが、噴出口４２ｈから窒化領域Ｐ２に近い分離領域Ｄ１の端部までの排気コンダクタンスよりも小さくなる位置に設けられる。この場合、ガス流Ｆ２１がガス流Ｆ２２よりも大きくなる。このため、吸着領域Ｐ１からの原料ガスと、窒化領域Ｐ２からの窒化ガスとが分離空間Ｈにより分離される空間分離特性が向上する。

図７は、図１の成膜装置の真空容器１内の圧力を示す図である。図７中、吸着領域Ｐ１での圧力をＰａ、噴出口４１ｈの位置での圧力をＰｂ、排気口４３の位置での圧力をＰｃ、噴出口４２ｈの位置での圧力をＰｄ、窒化領域Ｐ２での圧力をＰｅで示す。

図７に示されるように、排気口４３が設けられる位置の圧力Ｐｃは、例えば吸着領域Ｐ１の圧力Ｐａ及び窒化領域Ｐ２の圧力Ｐｅよりも低い。この場合、基板Ｗの表面に吸着している余剰吸着成分を排気口４３から排出しやすい。

図７に示されるように、噴出口４１ｈ，４２ｈの位置での圧力Ｐｂ，Ｐｄは、例えば吸着領域Ｐ１での圧力Ｐａ、排気口４３の位置での圧力Ｐｃ及び窒化領域Ｐ２での圧力Ｐｅよりも高い。この場合、噴出口４１ｈと噴出口４２ｈとの間で基板Ｗから脱離した余剰吸着成分が基板Ｗに再吸着することを抑制しやすい。

なお、分離領域Ｄ２についても分離領域Ｄ１と同様の構成であってよい。すなわち、分離領域Ｄ２には、２つの分離ガスノズル４４，４５と、１つの排気口４６とが設けられる。

回転テーブル２の上面に対する天井面４７ａの高さｈ１は、成膜の際の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、分離ガスの流量等を考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４９ａ，４９ｂの圧力に比べて高くするのに適した高さに設定される。

天板１１の下面には、コア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）が設けられる。突出部５は、例えば凸状部４における回転中心の側の部位と連続しており、その下面が天井面４７ａと同じ高さに形成される。

先に参照した図１は、図３のＩ－Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４７ｂが設けられる領域を示す。一方、図５は、天井面４７ａが設けられる領域を示す断面図である。図５に示されるように、扇型の凸状部４の周縁（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４８が形成される。屈曲部４８は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄ１，Ｄ２の両側から反応ガスが侵入することを抑制し、原料ガスと窒化ガスとの混合を抑制する。凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４８の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４８の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４８の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４７ａの高さと同様の寸法に設定される。

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄ１，Ｄ２では屈曲部４８の外周面と接近して垂直面に形成される（図５）が、分離領域Ｄ１，Ｄ２以外の部位では例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方に窪んでいる（図１）。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域Ｅと記す。具体的には、吸着領域Ｐ１に連通する排気領域を排気領域Ｅ１と記し、窒化領域Ｐ２に連通する領域を排気領域Ｅ２と記す。排気領域Ｅ１，Ｅ２の底部には、図１～図３に示されるように、それぞれ排気口６１，６２が形成される。排気口６１，６２は、図１に示されるように、それぞれ排気管６３を介して真空ポンプ６４に接続される。排気管６３には圧力制御器６５が設けられ、真空容器１内の圧力を調整可能に構成される。排気口６１，６２は、排気口４３と同様に、回転テーブル２よりも上方、例えば天板１１に設けられてもよい。

回転テーブル２と底部１４との間の空間には、図１及び図５に示されるように、ヒータユニット７が設けられる。ヒータユニット７は、輻射により、回転テーブル２上の基板Ｗを、プロセスレシピで決められた温度（例えば４００～６００℃）に加熱する。回転テーブル２の周縁付近の下方には、円環状のカバー部材７１が設けられる（図５）。カバー部材７１は、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１，Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑制する。カバー部材７１は、回転テーブル２の外縁及び外縁よりも外周側を下方から臨むように設けられた内側部材７１ａと、内側部材７１ａと真空容器１の内周面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備える。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄ１，Ｄ２において凸状部４の外縁に形成された屈曲部４８の下方にて、屈曲部４８と近接して設けられる。内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁下方（及び外縁よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。

ヒータユニット７が配置される空間よりも回転中心の側の部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方に突出して突出部１２ａをなす。突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通する。ケース体２０には、パージガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられる。パージガスは、例えばアルゴンガスである。パージガスは、窒素ガスであってもよい。真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられる（図５には１つのパージガス供給管７３を示す）。ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられる領域へのガスの侵入を抑制するために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられる。蓋部材７ａは、例えば石英により形成される。

真空容器１の天板１１の中心部には、分離ガス供給管５１が接続される。分離ガス供給管５１は、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスを供給するように構成される。分離ガスは、例えばアルゴンガスである。分離ガスは、窒素ガスであってもよい。空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２の上面に沿って周縁に向けて吐出される。隙間５０は、分離ガスにより空間４９ａ，４９ｂよりも高い圧力に維持され得る。これにより、隙間５０により、吸着領域Ｐ１に供給される原料ガスと窒化領域Ｐ２に供給される窒化ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、隙間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ１，Ｄ２）と同様に機能する。

真空容器１の側壁には、図２及び図３に示されるように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板Ｗの受け渡しを行うための搬送口１５が形成される。搬送口１５は、ゲートバルブ（図示せず）により開閉される。回転テーブル２の下方には、基板Ｗの受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通して基板Ｗを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられる。

成膜装置には、図１に示されるように、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が設けられる。制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。プログラムは、後述の成膜方法を実行するように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、フレキシブルディスク等の媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。

第１実施形態に係る成膜装置によれば、分離領域Ｄ１に、回転テーブル２の周方向において排気口４３を挟んで噴出口４１ｈ，４２ｈが設けられ、分離領域Ｄ２に、回転テーブル２の周方向において排気口４６を挟んで噴出口４４ｈ，４５ｈが設けられる。この場合、基板Ｗに窒化膜を成膜する際、分離領域Ｄ１において分離ガスの噴出と排気とを同時に実施し、分離領域Ｄ２において分離ガスの噴出と排気とを同時に実施できる。このため、真空容器１内において原料ガスと窒化ガスとの混合を抑制し、かつ互いに離間した２つの処理領域（吸着領域Ｐ１、窒化領域Ｐ２）の一方から他方への余剰な成分の持ち込みを抑制できる。

なお、第１実施形態に係る成膜装置では、ガスノズルから原料ガス、窒化ガス及び分離ガスを噴出する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、ガスノズルに代えてシャワーヘッドを設け、シャワーヘッドから原料ガス、窒化ガス及び分離ガスを噴出してもよい。

（成膜方法）
第１実施形態に係る成膜装置において、基板Ｗに窒化膜を成膜する方法について説明する。

まず、ゲートバルブ（図示せず）を開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介して基板Ｗを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。基板Ｗの受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から昇降ピン（図示せず）が昇降することにより行われる。このような基板Ｗの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の６つの凹部２４内にそれぞれ基板Ｗを載置する。

次に、ゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４により到達可能真空度まで真空容器１内を排気する。続いて、分離ガスノズル４１，４２，４４，４５及び分離ガス供給管５１から分離ガスを噴出させ、パージガス供給管７２からパージガスを噴出させる。また、排気口４３，４６を介して分離領域Ｄ１，Ｄ２を排気する。また、圧力制御器６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に制御する。続いて、回転テーブル２を時計回りに回転させながらヒータユニット７により基板Ｗを所定の温度に加熱する。

次に、反応ガスノズル３１から原料ガスを供給し、反応ガスノズル３２から窒化ガスを供給する。

回転テーブル２の回転により、基板Ｗは、吸着領域Ｐ１、分離領域Ｄ１、窒化領域Ｐ２及び分離領域Ｄ２をこの順に繰り返して通過する。吸着領域Ｐ１において基板Ｗの表面に原料ガスが吸着し、窒化領域Ｐ２において基板Ｗの表面に生成された原料ガスが窒化ガスにより窒化される。係るプロセスが繰り返されることにより、所望の膜厚を有する窒化膜が成膜される。

第１実施形態に係る成膜方法によれば、基板Ｗに窒化膜を成膜する際、分離領域Ｄ１において分離ガスの噴出と排気とを同時に実施し、分離領域Ｄ２において分離ガスの噴出と排気とを同時に実施できる。このため、真空容器１内において原料ガスと窒化ガスとの混合を抑制し、かつ互いに離間した２つの処理領域（吸着領域Ｐ１、窒化領域Ｐ２）の一方から他方への余剰な成分の持ち込みを抑制できる。

〔第２実施形態〕
（成膜装置）
第２実施形態に係る成膜装置について説明する。

図８は、第２実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。図８は、吸着領域Ｐ１から窒化領域Ｐ２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示す。図８中、回転テーブル２の回転方向を矢印Ａで示す。

図８に示されるように、第２実施形態に係る成膜装置は、分離領域Ｄ１，Ｄ２にそれぞれ４つの分離ガスノズルと、１つの排気口とが設けられる点で、第１実施形態に係る成膜装置と異なる。第２実施形態に係る成膜装置における分離領域Ｄ１，Ｄ２以外の構成については、第１実施形態に係る成膜装置と同じであってよい。以下、第１実施形態に係る成膜装置と異なる点を中心に説明する。

分離領域Ｄ１には、４つの分離ガスノズル４１，４２、１４１，１４２と、１つの排気口４３とが設けられる。

分離ガスノズル１４１は、回転テーブル２の周方向において、分離ガスノズル４１と排気口４３との間に設けられる。分離ガスノズル１４１は、分離ガスノズル４１よりも回転テーブル２の回転方向の下流側に設けられる。分離ガスノズル１４１は、例えば回転テーブル２の半径方向に沿って延びる溝４ｃ内に収容される。

分離ガスノズル１４２は、回転テーブル２の周方向において、排気口４３と分離ガスノズル４２との間に設けられる。分離ガスノズル１４２は、分離ガスノズル４２よりも回転テーブル２の回転方向の上流側に設けられる。分離ガスノズル１４２は、例えば回転テーブル２の半径方向に沿って延びる溝４ｄ内に収容される。

分離ガスノズル１４１，１４２には、それぞれ回転テーブル２に向かって開口する複数の噴出口１４１ｈ，１４２ｈが、分離ガスノズル１４１，１４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で設けられる。分離ガスノズル１４１，１４２は、それぞれ複数の噴出口１４１ｈ，１４２ｈから回転テーブル２に向けて分離ガスを噴出する。

分離ガスノズル４１は、分離ガス供給経路Ｌ１１，Ｌ１３を介して分離ガス源ＧＳ１に接続される。分離ガスノズル４２は、分離ガス供給経路Ｌ１２，Ｌ１３を介して分離ガス源ＧＳ１に接続される。分離ガス供給経路Ｌ１３には、バルブＶ１１が設けられる。これにより、分離ガス源ＧＳ１の分離ガスは、バルブＶ１１により給断が制御される。分離ガスは、分離ガス供給経路Ｌ１３，Ｌ１１から分離ガスノズル４１に流入して噴出口４１ｈから噴出される。分離ガスは、分離ガス供給経路Ｌ１３，Ｌ１２から分離ガスノズル４２に流入して噴出口４２ｈから噴出される。バルブＶ１１は、供給制御器の一例である。

分離ガスノズル１４１は、分離ガス供給経路Ｌ１４，Ｌ１６を介して分離ガス源ＧＳ１に接続される。分離ガスノズル１４２は、分離ガス供給経路Ｌ１５，Ｌ１６を介して分離ガス源ＧＳ１に接続される。分離ガス供給経路Ｌ１６には、バルブＶ１２が設けられる。これにより、分離ガス源ＧＳ１の分離ガスは、バルブＶ１２により給断が制御される。分離ガスは、分離ガス供給経路Ｌ１６，Ｌ１４から分離ガスノズル１４１に流入して噴出口１４１ｈから噴出される。分離ガスは、分離ガス供給経路Ｌ１６，Ｌ１５から分離ガスノズル１４２に流入して噴出口１４２ｈから噴出される。バルブＶ１２は、供給制御器の一例である。

排気口４３には、排気経路Ｌ１７を介して真空ポンプＥＰ１が接続される。排気経路Ｌ１７には、バルブＶ１３が設けられる。バルブＶ１３が開かれると、分離領域Ｄ１に供給された分離ガスは、排気経路Ｌ１７を介して排気される。排気経路Ｌ１７の途中には、低速排気経路Ｌ１８が排気経路Ｌ１７と並列に接続される。低速排気経路Ｌ１８は、排気経路Ｌ１７よりも排気コンダクタンスが小さい。低速排気経路Ｌ１８には、バルブＶ１４が設けられる。バルブＶ１３が閉じられた状態でバルブＶ１４が開かれると、分離領域Ｄ１に供給された分離ガスは、低速排気経路Ｌ１８を介して、バルブＶ１３が開かれた場合よりも小さい排気速度で排気される。バルブＶ１３，Ｖ１４は、排気制御器の一例である。なお、バルブＶ１３，Ｖ１４に代えて、自動圧力制御バルブによって排気口４３からの分離ガスの排気速度を制御してもよい。

図９は、窒化領域Ｐ２から吸着領域Ｐ１まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示す。図９中、回転テーブル２の回転方向を矢印Ａで示す。図９に示されるように、分離領域Ｄ２についても分離領域Ｄ１と同様の構成であってよい。分離領域Ｄ２には、分離ガスノズル４４，４５，１４４，１４５と、排気口４６とが設けられる。

分離ガスノズル１４４は、回転テーブル２の周方向において、分離ガスノズル４４と排気口４６との間に設けられる。分離ガスノズル１４４は、分離ガスノズル４４よりも回転テーブル２の回転方向の下流側に設けられる。分離ガスノズル１４４は、例えば回転テーブル２の半径方向に沿って延びる溝内に収容される。

分離ガスノズル１４５は、回転テーブル２の周方向において、排気口４６と分離ガスノズル４５との間に設けられる。分離ガスノズル１４５は、分離ガスノズル４５よりも回転テーブル２の回転方向の上流側に設けられる。分離ガスノズル１４５は、例えば回転テーブル２の半径方向に沿って延びる溝内に収容される。

分離ガスノズル１４４，１４５には、それぞれ回転テーブル２に向かって開口する複数の噴出口１４４ｈ，１４５ｈが、分離ガスノズル１４４，１４５の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で設けられる。分離ガスノズル１４４，１４５は、それぞれ複数の噴出口１４４ｈ，１４５ｈから回転テーブル２に向けて分離ガスを噴出する。

分離ガスノズル４４は、分離ガス供給経路Ｌ２１，Ｌ２３を介して分離ガス源ＧＳ２に接続される。分離ガスノズル４５は、分離ガス供給経路Ｌ２２，Ｌ２３を介して分離ガス源ＧＳ２に接続される。分離ガス供給経路Ｌ２３には、バルブＶ２１が設けられる。これにより、分離ガス源ＧＳ２の分離ガスは、バルブＶ２１により給断が制御される。分離ガスは、分離ガス供給経路Ｌ２３，Ｌ２１から分離ガスノズル４４に流入して噴出口４４ｈから噴出される。分離ガスは、分離ガス供給経路Ｌ２３，Ｌ２２から分離ガスノズル４５に流入して噴出口４５ｈから噴出される。バルブＶ２１は、供給制御器の一例である。

分離ガスノズル１４４は、分離ガス供給経路Ｌ２４，Ｌ２６を介して分離ガス源ＧＳ２に接続される。分離ガスノズル１４５は、分離ガス供給経路Ｌ２５，Ｌ２６を介して分離ガス源ＧＳ２に接続される。分離ガス供給経路Ｌ２６には、バルブＶ２２が設けられる。これにより、分離ガス源ＧＳ２の分離ガスは、バルブＶ２２により給断が制御される。分離ガスは、分離ガス供給経路Ｌ２６，Ｌ２４から分離ガスノズル１４４に流入して噴出口１４４ｈから噴出される。分離ガスは、分離ガス供給経路Ｌ２６，Ｌ２５から分離ガスノズル１４５に流入して噴出口１４５ｈから噴出される。バルブＶ２２は、供給制御器の一例である。

排気口４６には、排気経路Ｌ２７を介して真空ポンプＥＰ２が接続される。排気経路Ｌ２７には、バルブＶ２３が設けられる。バルブＶ２３が開かれると、分離領域Ｄ２に供給された分離ガスは、排気経路Ｌ２７を介して排気される。排気経路Ｌ２７の途中には、低速排気経路Ｌ２８が排気経路Ｌ２７と並列に接続される。低速排気経路Ｌ２８は、排気経路Ｌ２７よりも排気コンダクタンスが小さい。低速排気経路Ｌ２８には、バルブＶ２４が設けられる。バルブＶ２３が閉じられた状態でバルブＶ２４が開かれると、分離領域Ｄ２に供給された分離ガスは、低速排気経路Ｌ２８を介して、バルブＶ２３が開かれた場合よりも小さい排気速度で排気される。バルブＶ２３，Ｖ２４は、排気制御器の一例である。なお、バルブＶ２３，Ｖ２４に代えて、自動圧力制御バルブによって排気口４６からの分離ガスの排気速度を制御してもよい。

第２実施形態に係る成膜装置によれば、分離領域Ｄ１に、回転テーブル２の周方向において排気口４３を挟んで噴出口４１ｈ，４２ｈが設けられ、分離領域Ｄ２に、回転テーブル２の周方向において排気口４６を挟んで噴出口４４ｈ，４５ｈが設けられる。この場合、基板Ｗに窒化膜を成膜する際、分離領域Ｄ１において分離ガスの噴出と排気とを同時に実施し、分離領域Ｄ２において分離ガスの噴出と排気とを同時に実施できる。このため、真空容器１内において原料ガスと窒化ガスとの混合を抑制し、かつ互いに離間した２つの処理領域（吸着領域Ｐ１、窒化領域Ｐ２）の一方から他方への余剰な成分の持ち込みを抑制できる。

第２実施形態に係る成膜装置によれば、分離領域Ｄ１の排気口４３よりも回転テーブル２の回転方向の上流側に２つの分離ガスノズル４１，１４１が設けられる。また、分離領域Ｄ１の排気口４３よりも回転テーブル２の回転方向の下流側に２つの分離ガスノズル４２，１４２が設けられる。この場合、成膜の条件に応じて分離ガスの供給位置を変更できるので、分離領域Ｄ１におけるガス置換性能と空間分離性能とのバランスを調整できる。分離領域Ｄ２についても同様である。

第２実施形態に係る成膜装置によれば、分離領域Ｄ１の排気口４３に排気経路Ｌ１７が接続され、排気経路Ｌ１７の途中に低速排気経路Ｌ１８が排気経路Ｌ１７と並列に接続される。この場合、成膜の条件に応じて排気口４３からの分離ガスの排気速度を変更できるので、分離領域Ｄ１におけるガス置換性能と空間分離性能とのバランスを調整できる。分離領域Ｄ２についても同様である。

なお、第２実施形態に係る成膜装置では、ガスノズルから原料ガス、窒化ガス及び分離ガスを噴出する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、ガスノズルに代えてシャワーヘッドを設け、シャワーヘッドから原料ガス、窒化ガス及び分離ガスを噴出してもよい。

また、第２実施形態に係る成膜装置では、分離領域Ｄ１の排気口４３よりも回転テーブル２の回転方向の上流側に２つの分離ガスノズル４１，１４１が設けられる場合を説明したが、これに限定されない。例えば、分離領域Ｄ１の排気口４３よりも回転テーブル２の回転方向の上流側に３つ以上の分離ガスノズルが設けられてもよい。分離領域Ｄ２についても同様である。

また、第２実施形態に係る成膜装置では、分離領域Ｄ１の排気口４３よりも回転テーブル２の回転方向の下流側に２つの分離ガスノズル４２，１４２が設けられる場合を説明したが、これに限定されない。例えば、分離領域Ｄ１の排気口４３よりも回転テーブル２の回転方向の下流側に３つ以上の分離ガスノズルが設けられてもよい。分離領域Ｄ２についても同様である。

（成膜方法）
第２実施形態に係る成膜装置において、基板Ｗに窒化膜を成膜する方法について説明する。

まず、ゲートバルブ（図示せず）を開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介して基板Ｗを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。基板Ｗの受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から昇降ピン（図示せず）が昇降することにより行われる。このような基板Ｗの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の６つの凹部２４内にそれぞれ基板Ｗを載置する。

次に、ゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４により到達可能真空度まで真空容器１内を排気する。

続いて、バルブＶ１１を閉じ、バルブＶ１２を開くことにより、噴出口４１ｈ，４２ｈから分離ガスを噴出させることなく、かつ噴出口１４１ｈ，１４２ｈから分離ガスを噴出させる。また、バルブＶ２２を閉じ、バルブＶ２１を開くことにより、噴出口１４４ｈ，１４５ｈから分離ガスを噴出させることなく、かつ噴出口４４ｈ，４５ｈから分離ガスを噴出させる。また、分離ガス供給管５１から分離ガスを噴出させ、パージガス供給管７２からパージガスを噴出させる。

また、バルブＶ１３，Ｖ１４を閉じることにより、排気口４３からの分離ガスの排気を停止する。ただし、バルブＶ１３を閉じ、バルブＶ１４を開くことにより、排気口４３から分離ガスを低速で排気してもよい。また、バルブＶ２４を閉じ、バルブＶ２３を開くことにより、排気口４６から分離ガスを高速で排気する。

また、圧力制御器６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に制御する。続いて、回転テーブル２を時計回りに回転させながらヒータユニット７により基板Ｗを所定の温度に加熱する。

次に、反応ガスノズル３１から原料ガスを供給し、反応ガスノズル３２から窒化ガスを供給する。

回転テーブル２の回転により、基板Ｗは、吸着領域Ｐ１、分離領域Ｄ１、窒化領域Ｐ２及び分離領域Ｄ２をこの順に繰り返して通過する。吸着領域Ｐ１において基板Ｗの表面に原料ガスが吸着し、窒化領域Ｐ２において基板Ｗの表面に生成された原料ガスが窒化ガスにより窒化される。係るプロセスが繰り返されることにより、所望の膜厚を有する窒化膜が成膜される。

第２実施形態に係る成膜方法によれば、基板Ｗに窒化膜を成膜する際、分離領域Ｄ１において噴出口１４１ｈ，１４２ｈから分離ガスを噴出させると共に排気口４３から分離ガスの排気を停止する。この場合、分離領域Ｄ１の分離空間Ｈが高圧となるため、分離領域Ｄ１において原料ガスと窒化ガスとを分離する空間分離特性が向上する。

第２実施形態に係る成膜方法によれば、基板Ｗに窒化膜を成膜する際、分離領域Ｄ２において噴出口４４ｈ，４５ｈから分離ガスを噴出させると共に排気口４６から分離ガスを高速で排気する。この場合、分離領域Ｄ２における排気特性が向上するため、窒化領域Ｐ２から吸着領域Ｐ１に持ち込まれる余剰吸着成分の量を低減できる。

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趣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。

上記の実施形態では、反応ガスノズル３２が窒化ガスの供給源に接続される場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、反応ガスノズル３２は、酸化ガスの供給源に接続されてもよい。この場合、反応ガスノズル３２の下方領域は、吸着領域Ｐ１において基板Ｗに吸着された原料ガスを酸化させる酸化領域となる。酸化ガスは、例えばオゾン（Ｏ_３）ガスである。

１ 真空容器
２ 回転テーブル
３１，３２ 反応ガスノズル
３１ｈ，３２ｈ 噴出口
４１，４２，４４，４５ 分離ガスノズル
４１ｈ，４２ｈ，４４ｈ，４５ｈ 噴出口
４３，４６ 排気口
６１，６２ 排気口
Ｐ１ 吸着領域
Ｐ２ 窒化領域
Ｄ１，Ｄ２ 分離領域
Ｗ 基板

Claims (14)

1. 真空容器と、
   前記真空容器内に設けられ、周方向に沿って複数の基板を載置する回転テーブルと、
   前記回転テーブルの回転方向の上流側から下流側に向けて順に設けられる第１処理領域、分離領域及び第２処理領域と、
   有し、
   前記第１処理領域には、
   第１処理ガスを前記基板に供給する第１処理ガス供給部と、
   前記基板に供給された前記第１処理ガスを排気する第１排気口と、
   が設けられ、
   前記第２処理領域には、
   第２処理ガスを前記基板に供給する第２処理ガス供給部と、
   前記基板に供給された前記第２処理ガスを排気する第２排気口と、
   が設けられ、
   前記分離領域には、前記第１処理領域に供給された前記第１処理ガスと前記第２処理領域に供給された前記第２処理ガスとを分離する分離ガスを供給する分離ガス供給部と、
   前記分離領域に供給された前記分離ガスを排気する第３排気口と、
   が設けられ、
   前記分離ガス供給部は、前記回転テーブルの周方向において前記第３排気口を挟んで設けられ、前記分離ガスを噴出する第１噴出口及び第２噴出口を有する、
   成膜装置。
2. 前記回転テーブルの回転方向の上流側から下流側に向けて前記第１噴出口、前記第３排気口及び前記第２噴出口がこの順に設けられ、
   前記第１噴出口から前記第３排気口までの排気コンダクタンスは、前記第１噴出口から前記第１処理領域に近い前記分離領域の端部までの排気コンダクタンスよりも小さく、
   前記第２噴出口から前記第３排気口までの排気コンダクタンスは、前記第２噴出口から前記第２処理領域に近い前記分離領域の端部までの排気コンダクタンスよりも小さい、
   請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記第３排気口が設けられる位置の圧力は、前記第１処理領域の圧力及び前記第２処理領域の圧力よりも低い、
   請求項１に記載の成膜装置。
4. 前記分離ガス供給部は、
   前記回転テーブルの周方向において前記第１噴出口と前記第３排気口との間に設けられ、前記分離ガスを噴出する第３噴出口と、
   前記回転テーブルの周方向において前記第３排気口と前記第２噴出口との間に設けられ、前記分離ガスを噴出する第４噴出口と、
   前記第１噴出口、前記第２噴出口、前記第３噴出口及び前記第４噴出口から噴出される前記分離ガスの給断を制御する供給制御器と、
   を更に有する、
   請求項１に記載の成膜装置。
5. 前記第３排気口には、排気経路が接続され、
   前記排気経路には、前記第３排気口からの前記分離ガスの排気速度を制御する排気制御器が設けられる、
   請求項１に記載の成膜装置。
6. 前記第３排気口は、平面視において前記回転テーブルの半径方向に沿って延びる矩形状を有する、
   請求項１に記載の成膜装置。
7. 前記第１処理領域は、前記基板に原料ガスを吸着させる吸着領域であり、
   前記第２処理領域は、前記基板に吸着した前記原料ガスを酸化させる酸化領域又は窒化させる窒化領域である、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
8. 前記第２処理領域は、前記基板に原料ガスを吸着させる吸着領域であり、
   前記第１処理領域は、前記基板に吸着した前記原料ガスを酸化させる酸化領域又は窒化させる窒化領域である、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
9. 真空容器と、
   前記真空容器内に設けられ、周方向に沿って複数の基板を載置する回転テーブルと、
   前記回転テーブルの回転方向の上流側から下流側に向けて順に設けられる第１処理領域、分離領域及び第２処理領域と、
   有し、
   前記第１処理領域には、
   第１処理ガスを前記基板に供給する第１処理ガス供給部と、
   前記基板に供給された前記第１処理ガスを排気する第１排気口と、
   が設けられ、
   前記第２処理領域には、
   第２処理ガスを前記基板に供給する第２処理ガス供給部と、
   前記基板に供給された前記第２処理ガスを排気する第２排気口と、
   が設けられ、
   前記分離領域には、
   前記第１処理領域に供給された前記第１処理ガスと前記第２処理領域に供給された前記第２処理ガスとを分離する分離ガスを供給する分離ガス供給部と、
   前記分離領域に供給された前記分離ガスを排気する第３排気口と、
   が設けられ、
   前記分離ガス供給部は、
   前記回転テーブルの周方向において前記第３排気口を挟んで設けられ、前記分離ガスを噴出する第１噴出口及び第２噴出口と、
   前記回転テーブルの周方向において前記第１噴出口と前記第３排気口との間に設けられ、前記分離ガスを噴出する第３噴出口と、
   前記回転テーブルの周方向において前記第３排気口と前記第２噴出口との間に設けられ、前記分離ガスを噴出する第４噴出口と、
   前記第１噴出口、前記第２噴出口、前記第３噴出口及び前記第４噴出口から噴出される前記分離ガスの給断を制御する供給制御器と、
   を有する成膜装置において、前記回転テーブルに載置された前記基板に成膜を行う成膜方法であって、
   前記成膜の条件に応じて前記供給制御器を制御することにより、前記分離ガスが供給される位置を変更する、
   成膜方法。
10. 前記第１処理領域は、前記基板に原料ガスを吸着させる吸着領域であり、
    前記第２処理領域は、前記基板に吸着した前記原料ガスを酸化させる酸化領域又は窒化させる窒化領域であり、
    前記第１噴出口及び前記第２噴出口から前記分離ガスを噴出させることなく、かつ前記第３噴出口及び前記第４噴出口から前記分離ガスを噴出させるように前記供給制御器を制御する、
    請求項９に記載の成膜方法。
11. 前記第２処理領域は、前記基板に原料ガスを吸着させる吸着領域であり、
    前記第１処理領域は、前記基板に吸着した前記原料ガスを酸化させる酸化領域又は窒化させる窒化領域であり、
    前記第３噴出口及び前記第４噴出口から前記分離ガスを噴出させることなく、かつ前記第１噴出口及び前記第２噴出口から前記分離ガスを噴出させるように前記供給制御器を制御する、
    請求項９に記載の成膜方法。
12. 前記第３排気口には、排気経路が接続され、
    前記排気経路には、前記第３排気口からの前記分離ガスの排気速度を制御する排気制御器が設けられ、
    前記成膜の条件に応じて前記排気制御器を制御することにより、前記第３排気口からの前記分離ガスの排気速度を変更する、
    請求項９に記載の成膜方法。
13. 前記第１処理領域は、前記基板に原料ガスを吸着させる吸着領域であり、
    前記第２処理領域は、前記基板に吸着した前記原料ガスを酸化させる酸化領域又は窒化させる窒化領域であり、
    前記第３排気口からの前記分離ガスの排気を停止するように前記排気制御器を制御する、
    請求項１２に記載の成膜方法。
14. 前記第２処理領域は、前記基板に原料ガスを吸着させる吸着領域であり、
    前記第１処理領域は、前記基板に吸着した前記原料ガスを酸化させる酸化領域又は窒化させる窒化領域であり、
    前記第３排気口から前記分離ガスを排気するように前記排気制御器を制御する、
    請求項１２に記載の成膜方法。

Images