JP5527197B2

JP5527197B2 - 成膜装置

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Inventors: 行雄大泉; 学本間
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Description

本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番にウエハの表面に供給しかつこの供給サイクルを多数回実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置に関する。

半導体製造プロセスにおける成膜手法として、ウエハである半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）等の表面に真空雰囲気下で第１の反応ガスを吸着させた後、供給するガスを第２の反応ガスに切り替えて、両ガスの反応により１層あるいは複数層の原子層や分子層を形成し、このサイクルを多数回行うことにより、これらの層を積層して、ウエハ上への成膜を行うプロセスが知られている。このプロセスは、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）やＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）などと呼ばれており、サイクル数に応じて膜厚を高精度にコントロールすることができると共に、膜質の面内均一性も良好であり、半導体デバイスの薄膜化に対応できる有効な手法である。

このような成膜方法が好適である例としては、例えばゲート酸化膜に用いられる高誘電体膜の成膜が挙げられる。一例を挙げると、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する場合には、第１の反応ガス（原料ガス）として、例えばビスターシャルブチルアミノシラン（以下「ＢＴＢＡＳ」という）ガス等が用いられ、第２の反応ガス（酸化ガス）としてオゾンガス等が用いられる。

このような成膜方法を実施する装置としては、真空容器の上部中央にガスシャワーへッドを備えた枚葉の成膜装置を用いて、ウエハの中央部上方側から反応ガスを供給し、未反応の反応ガス及び反応副生成物を処理容器の底部から排気する方法が検討されている。ところで前記枚葉の成膜方法は、パージガスによるガス置換に長い時間がかかり、またサイクル数も例えば１０〜６００回もなることから、処理時間が長いという問題があり、高スループットで処理できる装置、手法が要望されている。

ＡＬＤの成膜手法として、２つの手法に大別される、
まず、第１の手法は、真空可能な反応チャンバ内に、処理されるウエハをサセプタ等の載置部に固定した装置でALD反応の成膜を行なう場合の説明をする。
（１）ウエハを反応チャンバへ移載を行なう。この場合、ウエハは、一枚処理と複数枚バッチの処理がある。
（２）反応チャンバにウエハを移載した後、反応チャンバを真空状態する。真空状態にしながら、ALD成膜に必要な温度、圧力等のALD反応に必要な条件を整える。
（３）上記の条件が整い、反応ガスAを所定の時間流す。
（４）反応ガスAを停止する。その後、反応チャンバより、反応ガスAを排気する。これは、次ぎ流される反応ガスBが供給された時点で、反応ガスAの残留成分と反応ガスBが混合してCVD反応を防止するためである。
（５）反応ガスBを所定の時間流す。
（６）（４）同様に反応ガスBを停止して、反応ガスBを反応チャンバより排気する。これも、次に流される反応ガスAが供給された時点で、反応ガスBの残留成分と反応ガスAが混合してCVD反応を防止するためである。
（１）以上の（３）〜（６）のシーケンスを繰り返してALD成膜を行なう。
（）２所定の膜厚が得られたら、全ての反応ガスを停止して、反応チャンバを常圧に復帰させて、ウエハを取り出す。

第１の手法の特徴は、
メリットとして、反応ガスA、Bを各々流す前に、反応チャンバを排気して、次の反応ガスを受け入れても、充分な排気が可能なため反応ガスAとBは混合することなくALD成長が可能である。
一方デメリットは、反応ガスAの供給⇒反応ガスAの停止⇒反応ガスAの排気⇒反応ガスBの供給とステップをくり返してALD成膜を行う、よって、反応ガスAとBが混合しないように真空引きの置換工程が必ず必要となり成膜時間が長くなる。
また、半導体製造装置に於ける定期メンテナンスを考えると、反応ガスのガス供給系配管、ガス排気系配管に設置されているバルブ、マスフローメーター等の制御機器類の稼動回数が成膜の厚さにより、切り替えは極端に多くなり、生産装置として、これら制御機器類の定期保守が必要となる。この定期メンテナンスの期間が頻繁になり、装置稼働率が低下して、生産性を阻害する要因となり経済的効果の損失になる。
これら、反応ガスの置換工程による成膜時間が長くなったり、装置の制御機器の定期メンテナンス増大化等々を改善させる手法として、回転式サセプタによる複数枚処理手段がある。
これを、第２の手法として説明する。

第２の手法として本件の回転方式ミニバッチＡＬＤ成膜工程の説明する。
（１）処理されるウエハのサイズと、回転テーブルの径で最大限許容される範囲で、
（２）効率的に複数のウエハを載置する位置を確保した、回転テーブルを具備した反応チャンバがあり、
（３）このチャンバへ複数のウエハを移載する。
（４）複数のウエハ移載した後、反応チャンバを真空状態にしながら、かつ例えば回転テーブルの下方側のヒータにより回転テーブルがプロセス温度となるように温度調整しながら、回転テーブルの回転を始めて、チャンバの圧力、回転テーブルの回転数が安定したことを確認する。
（５）次いで反応領域を分けるための分離ガスを所定の流量でチャンバ内に供給する。
（６）その後、この状態でウエハの表面には、ALD成膜に必要な温度と、各々の反応ガス流量と、圧力空間との中を各々の反応ガスを交互に暴露することが出来る。
（７）所定の膜厚が得られたら、全ての反応ガスを停止して、反応チャンバを常圧に復帰させて、ウエハを取り出す。

第２の手法の特徴は、
メリットとして、回転テーブルの回転速度に応じALD成膜量、すなわち所望の膜厚制御が可能となる。これは、反応ガスの種類によって、１２０〜５００rpmと高速回転でALD成膜を行なう事が可能と成り、成膜速度が上昇して生産性が向上する。
また、反応ガスA、反応ガスBと、排気とを同時に行い第１の手法と比べ反応ガス供給系路、排気系路にあるバルブ、マスフローメーター等の制御機器類の稼動する回数が少なくなり、定期保守の期間が延長され、定期メンテナンスの期間は延長して生産性向上が可能となり、経済的効果が得られる。

一方デメリットは、一つの反応チャンバ空間に複数の反応ガスを供給する領域と反応ガスを排気する領域が必要になる。
これは、反応チャンバ内で互いの反応ガスの混在をなくす為には、隔壁にて独立した反応領域（コンパートメント）を設けることは容易に考えられる。
しかし、反応領域を区切る方法では、反応ガス毎に区画壁を作り反応領域を設けることが考えられる。しかし、反応ガスの漏洩を考えた場合、区画壁と回転テーブルは限りなく近づけるか、完全な分離を考えた場合、連続回転をあきらめて、各々の反応領域の区画壁と回転テーブルのウエハ載置部をO-Ring等を用いてガスの漏洩を防止し、各反応領域をステップバイステップで移動する事になる。
しかし、この方式ではウエハの連続回転動作は出来ない。そこで、回転テーブルを高速で回転させても複数の反応ガスをチャンバ内で混合することなく、ウエハ表面に交互に暴露させるためには反応ガスの分離する機構が必要となる。

特許文献１に記載されている発明は、分離ガスの吐出口と反応ガスの供給領域との間に上向きの排気口を設け、反応ガスをこの排気口から分離ガスと共に排気する手法を採用。

特許文献２に記載されている発明は、ウエハ支持部材が回転して、分離ガスノズルからのエアーカーテン作用で反応ガスを分離する手法。

特許文献３に記載されている装置は、隔壁と遠心力に対応するための傾斜のある載置部にウエハを載置してウエハは、処理室と排気室を回転する成膜手法。

特許文献４に記載されている手法は、２つの反応ガスをノズルから交互に吐出して成膜する手法。

特許文献５に記載されている構成は、反応領域に真空排気口を持った処理領域があり、回転式ノズルでソースガス反応ガスを供給した後、同じく回転式ノズルでパージガスで置換する方法。

特許文献６（特許文献７，８）に開示された成膜装置および成膜方法を用いる場合、各載置領域にソースガスあるいは反応ガスを供給した後、分離ガスノズルにより当該載置領域の雰囲気をパージガスで置換する。

更に特許文献９に記載されている構成は、複数枚のウエハがその表面に配置される回転テーブルと、チャンバ上部の裏面には回転テーブルの径方向に伸び、夫々異なる反応ガスを供給する複数の吸気ゾーン（供給口）が、周方向に間隔をおいて設けられ、周方向に隣接する各供給口間には前記径方向に伸びる２つの排気ゾーン（排気口）が互いに周方向に設けられる開示がある。

特許文献１０に記載されている発明では、ウエハ載置領域は、サセプタ（プラテン）を回転させた際に、遠心力によりウエハ等のウエハはウエハ載置領域内を移動し、ウエハ載置領域の壁面と接触し、ウエハ等が破損する場合がある。破損を防止するために、図４ないし図６、クランプリング２７で開示されるウエハの固定方法がある。

米国特許公報７，１５３，５４２号：図６（ａ）、（ｂ）特開２００１−２５４１８１号公報：図１及び図２特許３１４４６６４号公報：図１、図２、請求項１特開平４−２８７９１２号公報：米国特許公報６，６３４，３１４号特開２００７−２４７０６６号公報：段落００２３〜００２５、００５８，図１２及び図１８米国特許公開公報２００７−２１８７０１号米国特許公開公報２００７−２１８７０２号特表２００８−５１６４２８号公報（ＵＳ２００６／００７３２７６）：段落００３５、図１〜４特開平９−１１５９９４号：図４、図６、図７

上記のように複数枚のウエハを真空容器内の回転テーブルに回転方向に配置して成膜処理を行う装置において、発明者は図２に示す構成を検討している。この図２を参照しながら成膜装置の構成を具体的に説明する。図２は回転テーブル２の回転方向に装置を縦断して展開した展開図である。図中３１はＢＴＢＡＳガスの供給手段である第１の反応ガスノズルであり、この第１の反応ガスノズル３１の下方の領域が第１の処理領域Ｐ１として構成されている。また３２は第２の反応ガス例えばオゾンガスを供給する手段である第２の反応ガスノズルであり、この第２の反応ガスノズル３２の下方領域が第２の処理領域がＰ２として構成されている。４１，４２は分離ガス供給手段である分離ガスノズルである。
これら反応ガスノズル及び分離ガスノズルは回転テーブル２上に、その回転テーブル２の径方向に伸びるように形成されており、下方に向けて前記径方向に沿って成膜ガスであるＢＴＢＡＳガス、分離ガスである窒素ガスを夫々吐出する。分離ガスノズル４１、４２の両側には、天井から下方に突出した扇状の凸状部４が設けられ、この凸状部４と回転テーブル２との間の狭い空間が分離領域Ｄとなる。

分離領域Ｄの圧力の低下を防ぐために、吐出された前記窒素ガスは分離領域Ｄから直接排気されず、処理領域に向かった後に排気されるようになっている。具体的に説明すると、図１７に実線の矢印で示すように分離領域Ｄから回転テーブル２の回転方向の下流側に向かって流れて処理領域Ｐ１に向かった窒素ガスは、第１の反応ガスノズル３１の上方を乗り越えて、反応ガスノズル３１とその上方の天井面４５との間に設けられた隙間Ｒを通過し、その反応ガスノズル３１からさらに前記回転方向下流側における当該回転テーブル２の外側位置に設けられた排気口に反応ガスノズル３１から吐出されたＢＴＢＡＳガスと共に流入して排気される。図１中Ｃは中心部領域であり、この中心部領域Ｃには、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との雰囲気を分離するために、回転テーブル２の基板載置側に分離ガスを吐出する吐出孔が設けられている。分離ガスとしては例えば窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。

ところが、発明者は、この装置において検討の結果、以下の知見を得た。回転テーブル２の回転数が低い場合にはＢＴＢＡＳガスの分子が反応ガスノズル３１の下方に飽和し、ウエハＷに対して飽和吸着すると考えられるが、高いスループットを得るために回転テーブル２は例えば１２０rpm以上で高速回転する必要がある。しかし、このように回転数を高くすると、図１７に実線の矢印でその流れを示すように窒素ガスが、その流速が高くなることにより反応ガスノズル３１の下方に潜り込み、第１の処理領域Ｐ１におけるＢＴＢＡＳガス濃度が低下する。そうなるとＢＴＢＡＳガスの飽和吸着は行われず、ＢＴＢＡＳ分子のウエハＷへの吸着量は当該処理領域Ｐ１におけるガスの濃度と接触時間とに比例するようになる。そして、この場合は上記のようにガス濃度が低下しているため、ＢＴＢＡＳガス分子の吸着量が低下してしまう。

また、ある物体に向かって流れるガス流は流体力学上、物体のそのガス流を受ける側を正面側とすると、圧力が低い背面側へと回り込もうとする性質を有する。つまり、反応ガスノズル３１に向かって流れて当該反応ガスノズル３１の下方に潜り込んだ窒素ガスは回転テーブル２から見て上方へと舞い上がり、反応ガスノズル３１の前記回転方向の下流側へと回り込む。このとき、図中点線の矢印でその流れを示すように、反応ガスノズル３１から処理領域Ｐ１に吐出されたＢＴＢＡＳガスもその窒素ガスの流れに従い、回転テーブル２から上方へと舞い上がるので、処理領域Ｐ１におけるＢＴＢＡＳガス濃度が更に低くなると共にＢＴＢＡＳガスのウエハＷへの接触時間が短くなり、結果としてＢＴＢＡＳガス分子の吸着量がさらに低下する。

これらの理由から反応ガスのウエハＷへの接触時間を稼ぎ、反応ガス濃度の低下を防いで、反応ガスに含まれる分子を正常にウエハＷに吸着させるためには回転テーブル２の回転数を制限することが必要になるので、スループットを十分に上昇させることができなくなる恐れがあった。

そこで、本発明者は、真空容器内にてウエハの表面に互いに反応する複数の反応ガスを順番に供給して反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成し、ウエハが載置される回転テーブルの周方向に沿って設けられる第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と、第２の反応ガスが供給される第２の処理領域とをこれら処理領域の雰囲気を分離するための分離領域とを備えた成膜装置を開発した。

この成膜装置によれば、ＡＬＤ成膜において、成膜速度の低下を抑えることができる成膜装置が出来たが、発明者はこの装置において、さらに以下の知見を得た。この反応チャンバ内で回転テーブルを高速で回転すると、ウエハがウエハ載置部である凹部より浮揚して、回転テーブルより飛び出す事を確認した。
このウエハが浮揚する原因についてウエハの挙動を観察する。ウエハの挙動を観測するプロセスパラメーターの一例として、ＡＬＤを処理する時のチャンバ内圧力は例えば、１０６７Ｐａ（８ｔｏｒｒ）であり、この時の反応ガス、分離ガスは以下の通りである、第１の処理領域Ｐ１には、ＢＴＢＡＳガスを１００ｓｃｃｍと、第２の処理領域Ｐ２には、オゾンガスを１０ｓｌｍと、分離空間Ｄが２箇所あり各々のガスは２０ｓｌｍが流される。
よってチャンバ内には１００倍以上の流量の差があり、この流量の差、すなわちガス供給と比例してチャンバ空間には１００倍以上の圧力の差が生じている。
この圧力差のある空間を回転テーブルに載置されたウエハは、２４０rpmの高速回転しながら反応領域Ｐ１と反応領域Ｐ２と反応領域を分離する２つの分離領域Ｄを交互に通過する事でウエハは浮揚してチャンバ内壁部等に接触して破損するおそれがある。

また、さらにウエハの挙動を観測すると、回転テーブルのウエハ載置部の凹部にウエハを載置したとき、ウエハの外周と、載置部の凹部内周には、ウエハを移載するために機械的精度の範囲で隙間がある。この隙間に反応ガスや、分離空間で使用する分離ガスが１０ｓｌｍで隙間へ吹き込み、前記に述べた圧力の差と、あわせてウエハを浮揚させる確率を高めることになる。

発明者は、ウエハの浮揚現象を防止するために、ウエハの係止機構を考えたが、この係止機構には、ウエハ浮揚のための、ウエハ周囲を爪状の構造物が必要になる。しかし、ＡＬＤ成膜の真空条件は、１０６７Ｐａ（８ｔｏｒｒ）と粘性流領域であり、ウエハを係止する爪状の構造物が反応ガスや、分離空間Ｄの間より吐出する分離ガスの流れを乱して、ウエハ表面に縞模様を形成する事になる。

また、この時、回転テーブルに載置されたウエハには、遠心力の作用もあることは周知の通りである。本発明はこのような圧力差、ガスの吐出し、遠心力の作用による浮揚防止と、その浮揚防止機構が与える、ＡＬＤ成膜の不均一性をなくす成膜装置の提供することである。

本発明は、真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番にウエハの表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、前記回転テーブルにウエハを載置するために設けられたウエハ載置領域と、前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける前記ウエハの載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置する分離領域と、前記第１の処理領域と前記第２の処理領域との雰囲気を分離するために真空容器内の中心部に位置し、回転テーブルのウエハ載置面側に分離ガスを吐出する吐出孔が形成された中心部領域と、前記分離領域の両側に拡散する分離ガス及び前記中心部領域から吐出する分離ガスとともに前記反応ガスを排気するための排気口と、前記分離領域は、分離ガスを供給するための分離ガス供給手段と、前記分離ガス供給手段の前記回転方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を回転テーブルとの間に形成するための天井面と、前記ウエハ載置部に設けられた前記ウエハを昇降するための昇降機構と、を備え、前記昇降機構は、前記回転テーブルに対し上下方向に移動すると共に、回転テーブルの半径方向にも移動することを特徴とする。

また、本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順次ウエハの表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜装置において、真空容器内に設けられた回転テーブルと、前記回転テーブルの同一円周上に前記ウエハを載置するため回転テーブルに設けられた複数のウエハ載置部と、前記真空容器内の前記ウエハ載置部の形成された側に設けられた第１の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段と、前記真空容器内の前記ウエハ載置部の形成された側であって、前記第１の反応ガス供給手段に対し離れた位置に設けられた第２の反応ガスを供給するための第２の反応ガス供給手段と、前記第１の反応ガス供給手段により第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と、前記第２の反応ガス供給手段により第２の反応ガスが供給される第２の処理領域とを分離するために、第１の処理領域と第２の処理領域との間に設けられた第１の分離ガスを供給するための第１の分離ガス供給手段と、前記真空容器の外部より真空容器の内部に前記ウエハを搬送するために前記真空容器の側壁に設けられたゲートバルブにより開閉する搬送口と、前記搬送口において前記ウエハを搬送するためのウエハ保持アームを備えていることを特徴とする。

また、本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順次ウエハの表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、真空容器の外部より搬送口を介し前記ウエハを搬送し、真空容器内部の回転テーブルにウエハを載置するために設けられたウエハ載置部において、回転テーブルの中心より最も離れた位置にウエハを各載置する工程と、前記回転テーブルを回転させる工程と、前記真空容器内に互いに離れて設けられた第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段から、回転テーブルにおけるウエハ載置部の形成された面に、第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給すると共に、第１の反応ガス供給手段と第２の反応ガス供給手段との間に設けられた分離ガス供給手段により分離ガスを供給し、成膜を行う工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順次ウエハの表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、真空容器の外部より搬送口を介し搬送された前記ウエハを載置するために回転テーブルに凹状に形成されたウエハ載置部において設けられた昇降機構上に置く工程と、前記ウエハを置く工程の終了後、前記昇降機構が下降することにより、前記回転テーブルの表面よりも低い位置にウエハを移動させる第１下降移動工程と、前記第１下降移動工程の終了後、前記昇降機構を前記回転テーブルの半径方向であって、外側方向に移動させることにより、前記ウエハが前記ウエハ載置部の壁面に接触又は近接させる水平移動工程と、前記水平移動工程の終了後、前記昇降機構が下降し、前記ウエハを前記ウエハ載置部の底部に載置する第２下降移動工程と、前記第２下降移動工程の終了後、前記回転テーブルを回転させる工程と、前記真空容器内に互いに離れて設けられた第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段から、回転テーブルにおけるウエハ載置部の形成された面に、第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給すると共に、第１の反応ガス供給手段と第２の反応ガス供給手段との間に設けられた分離ガス供給手段により分離ガスを供給し、成膜を行う工程と、を含むことを特徴とする。
また、外側方向にウエハを直接載置しても良い。この場合、ウエハの載置が可能な空間を残して載置を行うことを特徴とする。

また、本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順次ウエハの表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、
反応ガスや、反応ガスを分離するための不活性ガスは、大流量でウエハ載置部である凹部とウエハ円周の隙間に噴射されて、噴射されたガスはウエハWの裏面に回り込んでウエハＷを浮揚させる、この吐出により浮揚を抑制するためにウエハ裏面と、凹部の表面に溝もしくは凹凸を設けて、吐出された不活性ガスを、反対側に導く事で浮揚を抑制する事を特徴とする。

また、本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順次ウエハの表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、
載置されたウエハは、複数の反応領域と、複数の分離領域を持つ、真空容器において、各々の領域において各々圧力が異なる領域を回転テーブルに載置されたウエハが回転する時に発生するウエハが浮揚する現象がある。この現象を抑制するために、回転テーブルに凹部を設け、ウエハに載置部とする。ウエハは、載置部に載置されると同時に、ウエハ円周部をクランプリングにて係止してウエハの浮揚を抑制する係止機構を備える事を特徴とする。

また、本発明は、互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順次ウエハの表面に供給するサイクルを複数回行うことにより、反応生成物を積層させて薄膜を形成する成膜方法において、
この時にウエハ粘性流領域の真空度で成膜を行なうＡＬＤ成膜では、上記係止機構を具備すると、反応ガスは、流れの障害となる構造物がウエハの近傍あると、成膜の均一性は悪くなる。よって、係止機構の形状は、例えは流線形状にして反応ガスの流れに乱流を引き起こさない形状とし、
また、係止機構と、回転テーブルの表面と、ウエハの表面との高さの位置関係からも、反応ガスの乱れを起こさないことを特徴とする。

本発明によれば、ウエハの表面に互いに反応する複数の反応ガスを順次供給して反応生成物からなる層を積層することにより薄膜を形成する場合において、高速で回転する回転テーブルに載置されたウエハの飛び出しを防止して成膜されるウエハの割れや欠けを防止することができる。これにより、不良品の発生を防ぐと共に、パーティクル等の発生を防ぎ、清浄な環境において成膜の行うことが可能となるため、コンタミネーションの混入を極力減らすことができ、不純物が混入しない高品質な薄膜の成膜を行うことが可能となる。

更に、他の発明によれば高速で回転する回転テーブルに設けたウエハを載置する凹部の中でウエハが移動したり、振動したりすることを防止して成膜されるウエハの割れや欠けを防止することができる。これにより、不良品の発生を防ぐと共に、パーティクル等の発生を防ぎ、清浄な環境において成膜の行うことが可能となるため、コンタミネーションの混入を極力減らすことができ、不純物が混入しない高品質な薄膜の成膜を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面図上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図上記の成膜装置の横断平面図上記の成膜装置における処理領域及び分離領域を示す縦断面図ウエハと凹部２４の径の差異上記の成膜装置の一部破断斜視図ウエハと凹部２４のウエハ接触面の溝形状と凸状突起物上記の成膜装置のウエハ昇降ピン、クランプリング昇降ピン断面外略図クランプリングの断面形状上記クランプリングの他の例クランプリング、爪形状概略図ウエハクランプと、ウエハ表面、サセプタ表面の高さ位置関係及び、ウエハクランプのウエハ表面の接触方法の形態ウエハ昇降ピン、クランプリング昇降ピン機構断面図画像処理にて変心移載の実施例ウエハクランプを押し上げてウエハ移載を行なうシーケンス図本発明の成膜装置を用いたウエハ処理システムの一例を示す概略平面図である。第１の反応ガス及び、第２の反応ガス及び、分離ガスの流れを示す。

本発明の実施の形態である成膜装置は、図１に示すように平面形状が概ね円形である扁平な真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は天板１１が容器本体１２から分離できるように構成されている。天板１１は、内部の減圧状態により封止部材例えばＯリング１３を介して容器本体１２側に押し付けられていて気密状態を維持しているが、天板１１を容器本体１２から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。

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、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底面部１４を貫通し、その下端が当該回転軸２２を鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる駆動部２３に取り付けられている。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内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、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ている。

回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数枚例えば５枚のウエハであるウエハを載置するための円形状の載置部をなす凹部２４が設けられている。なお図4には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを描いてある。ここで図４は、回転テーブル２を同心円に沿って切断しかつ横に展開して示す展開図であり、ウエハを載置する凹部２４は、図５に示すようにその直径がウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きく、またその深さはウエハＷの厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハＷを凹部２４に落とし込むと、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが揃うことになる。ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との間の高さの差が大きいとその段差部分で圧力変動が生じることから、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との高さをそろえることが、膜厚の面内均一性をそろえる観点からの好ましい。ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面との高さを揃えるとは、同じ高さであるかあるいは両面の差が５ｍｍ以内であることをいうが、加工精度などに応じてできるだけ両面の高さの差をゼロに近づけることが好ましい。凹部２４の底部には、ウエハＷの裏面を支えて当該ウエハＷを昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピン１６（図６参照）が貫通する通過孔が形成されている。

凹部２４の円周部と、載置されたウエハの周縁部との隙間へ、反応ガスや不活性ガスの多量のガスの噴射で、ウエハが吹き上げられる。これを抑制するために凹部２４の表面（底面）に、図７（ａ）（ｂ）に示すように放射状の連通溝２４ａを具備して、回転サセプタ円周部とウエハ周縁部より吹き込まれたガスを放射状の連通溝とおしてガスを迂回させてウエハの浮揚を抑制するようにしてもよい、また、連通溝の代わりに図７（ａ）（ｃ）に示すようにして、凸２４ｂを島状に設けてウエハの裏面側にガスの通過空間を確保してもよい。

凹部２４はウエハＷを位置決めして回転テーブル２の回転に伴なう遠心力により飛び出さないようにするためのものであり、本発明のウエハ載置部に相当する部位であるが、ウエハ載置部は、凹部に限らず例えば回転テーブル２の表面にウエハの周縁をガイドするガイド部材、であってもよい。回転テーブル２には、図１３に示すように各凹部２４に対応してウエハ昇降用の昇降ピン１６が通過するための貫通孔１６ａと、クランプリング昇降用の昇降ピン１７が貫通する貫通孔１７ａとが形成されている。貫通孔１６ａは例えば凹部２４の底面に３ヶ所形成され、貫通孔１７ａは凹部の周囲に４ヵ所形成されている。図８は凹部２４ａ及びその周囲部分を示しており、昇降ピン１６、１７とクランプリング１８とを示している。クランプリング１８は凹部２４の周囲からウエハ載置空間に跨っている幅寸法に形成されると共に例えば凹部２４の周方向に沿ったリング状に形成され、昇降ピン１７により昇降されるように構成されている。このクランプリング１８は昇降ピン１７が下降したときに凹部２４内のウエハＷの表面周縁部に対向して、回転テーブル２の回転時にウエハＷの飛び出しを防止する係止部をなすものである。即ち、クランプリング１８は昇降ピン１７により昇降され、昇降ピン１７が下降したときに、凹部２４内のウエハＷの表面周縁部に接触する。従ってクランプリング１８の内径はウエハＷの外径よりも小さい。回転テーブル２の停止時においてクランプリング１８の下面はウエハの表面に接触していることに限らず、隙間があってもよい、またクランプリング１８においてウエハＷの表面に係止する部位は、ウエハＷの全周に亘っていることに限らず、後述の図１１に示すように、リング本体から内方に突出するように複数個所に爪を形成し、この爪によりウエハＷを係止する構造であってもよい。
クランプリング１８は、図９（ａ）に示す構造でもよいが、気流を乱しやすいことから、図９（ｂ）に示すようにウエハの表面を流れる反応ガス及び分離ガスの気流を乱す程度が小さい、断面が円弧形状のクランプリングであることが好ましい。
図９に符号２４ｐで示す部材は、回転テーブル２の凹部２４の底面に適合する形状の台座（板状部材）である。ウエハＷはこの台座２４ｐの上に載置され、台座２４Ｐは回転テーブル２における昇降ピン１６の貫通孔１６ａを塞いでいる。昇降ピン１７は、台座２４Ｐを突き上げて台座２４ｐごとウエハＷを持ち上げる。台座２４ｐはウエハＷよりも小さいサイズに形成されており、外部の搬送アーム１０（図３参照）は、台座２４ｐが存在しないウエハＷの周縁下面を保持することにより、台座２４ｐとの間の受け渡しを行うことができる。台座２４ｐの重量は、成膜処理が行われているとき回転テーブル２の下方側のパージガスの圧力により浮上しないように設定されている。
図１０に、上記クランプリングの形状の他の例を示す。図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、成膜によって異なる反応ガスの種類によって、最良の形状を選択する事が可能である。

クランプリング１８はウエハＷを、回転テーブル２の回転に伴なう遠心力とチャンバ内に存在する圧力差によるウエハWの浮揚により飛び出さないようにするためのものであり、図１１（ａ）に示すようにリング本体に各々内方に突出する爪２５を周方向に複数（図１１では４個）間隔をおいて設け、これら爪２５によりウエハの周縁部を係止するようにしてもよい。この場合、クランプリング１８の内径は、ウエハＷの外径よりも大きくし(例えば直径３００ｍｍウエハに対して直径３００ｍｍ＋（１ｍｍ〜５ｍｍ）)している。図１１（ｂ）は爪２５の配置を、回転テーブル２の回転中心を中心とする円（矢印で示す線）上に合わせた位置とし、ガス気流を極力乱さない形状としている。図１１に記載した爪２５を含むクランプリング１８の構造は、図９のクランプリング１８に対応しているが、図１２に示すクランプリングに対応させる場合には、爪２５をなす係止片をクランプリング１８の上面に溶接し、この係止片をリング１８の内方に突出させる構成とすればよい。図１１（ｃ）に示すように反応ガスがウエハ裏面に廻り込みウエハの裏面への成膜を抑制するためにウエハの円周を全て覆う形状を持つクランプリング２６の形状もある。図１１（ｃ）の形状によれば、反応ガスがウエハＷの裏面に回り込んで成膜されることを抑えることができる。これらは、前記に示すよう、反応ガスの種類によって最良の形状を選択する事が可能である。

回転テーブル２の表面上を流れる、反応ガス気流を整流するための機構を
図１２（ａ）〜（ｆ）に示す。
図１２（ａ）〜（ｃ）は、回転テーブル２の表面とクランプリングを同一面にする機構、この時、
図１２（ａ）は、ウエハクランプのウエハに接触する面と、ウエハ表面は面接触をしている。
図１２（ｂ）は、ウエハクランプのウエハに接触する面と、ウエハ表面は接触をしない。
図１２（ｃ）は、ウエハクランプのウエハに接触する面と、ウエハ表面は点接触をするものである。
図１２（ｄ）〜（ｆ）は、回転テーブル２とウエハ表面は同一で、ウエハクランプが高くなる機構、この時、
図１２（ｄ）は、ウエハクランプのウエハに接触する面と、ウエハ表面は面接触をしている。図１２（ｅ）は、ウエハクランプのウエハに接触する面と、ウエハ表面は接触をしない。
図１２（ｆ）は、ウエハクランプのウエハに接触する面と、ウエハ表面は点接触をするものである。

更に真空容器１の側壁には図２、図３及び図５に示すように外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間でウエハであるウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されており、この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。また回転テーブル２におけるウエハ載置部である載置部の凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２のウエハ載置部の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、載置部の凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン１６を上下に動かす昇降機構１９（図１３参照）が設けられる。この昇降機構１９は図３に示す制御部１００からの制御信号により制御される。

また、ウエハの浮揚を制限するクランプリング１８に対しても回転テーブル２の載置部の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、凹部周辺部を貫通してクランプリング１８を裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン１７が図１３に示すように設けられる。この例では昇降ピン１６、１７の長さを変え、昇降機構１９は昇降ピン１６，１７に対して共用化されている。

次に上述実施の形態の作用について説明する。先ず図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介してウエハＷを回転テーブル２のウエハ載置部、載置部の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、載置部の凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに図6に示すように載置部の凹部２４の底部の貫通孔を介して真空容器の底部側からウエハ昇降ピン１６とクランプリング昇降ピン１７が昇降することにより行われる。

本実施の形態、図５において使用したウエハＷの直径は３００ｍｍであり、凹部２４の直径は３０４ｍｍである。よって、凹部２４がウエハＷよりも４ｍｍ大きい。遠心力による載置部の凹部２４内でのウエハの移動を抑制する為に、移載載置が機械的精度が可能な距離に最初からウエハを円周方向に偏心した形で移載する方法を述べる。ウエハをウエハ昇降ピン１６上に載置する前に、図１４に示す例えばＣＣＤカメラ１０４を含む位置検出手段により、凹部２４の円周位置を測定して、円周部位置データーを図３に示す制御部１００へ送信する。送信された制御部１００は、一時保管エリアに凹部円周位置検出データーを保管する。保管された凹部円周位置検出データーを元に、ウエハ移載アームの送り量を、制御部１００に保管された凹部円周位置検出データーより円周方向へ載置できる数値を演算した上でアームの送り量を決定して、ウエハをウエハ昇降ピンの上に載置する。載置されたウエハ昇降ピンは、凹部に向かい下降して、ウエハは、凹部２４の壁部における回転テーブル２の外周に近い部分に、近づけて載置が可能となる。即ちＣＣＤカメラ１０４は固定されており、取得した画像の各画素のＸ−Ｙ方向の位置は、搬送アーム１０の駆動系の座標原点に対応する位置になっている。従って凹部の輪郭である円の座標をＣＣＤカメラ１０４の撮影結果から求めることにより、制御部は、凹部内の所定位置（凹部の中心に対してウエハの中心が回転テーブルの回転に伴う遠心力の作用する方向に変移した位置）にウエハが置かれるように搬送アーム１０を制御することになる。この所定位置は制御部のメモリ内に予め記憶されており、ウエハが凹部の側壁に当たるかあるいは極めて近い位置である。

図１３に示すように、本実施の形態では、回転テーブル２のウエハ載置部、載置部の凹部２４において、ウエハＷの受け渡しのための昇降ピン１６を上下方向、及び半径方向に移動させるための昇降機構１９が設けられている。この昇降機構１９は、図３に示す制御部１００からの制御信号に基づき動作の制御がなされる。具体的な動作は、３本の昇降ピン１６の昇降させることが可能である。また３本の昇降ピン１６を同時に半径方向に移動させるようにしてもよく、この場合には搬送アーム１０によりウエハの中心と凹部の中心とを合わせるようにウエハを移載し、その後昇降ピン１６によりウエハを持ち上げて昇降させることになる。尚、昇降ピン１６のみが上下方向の移動、及び半径方向の移動を行う構成であってもよいし、昇降ピン１６及び昇降ピン移動部が一体となって、上下方向の移動を行う構成である。

次に、図１５に、本実施の形態におけるウエハＷの受け渡しの手順について説明する。尚、本実施の形態において使用したウエハＷの直径は３００ｍｍであり、載置部の凹部２４の直径は３０４ｍｍである。よって、載置部の凹部２４がウエハＷよりも４ｍｍ大きい。

図１５（ａ）は、移載を開始する前の状態で、回転テーブルは、位置検出手段により回転テーブルに開けられた貫通孔にウエハ昇降ピン１６、クランプリング昇降ピン１７、が通る位置で停止している。搬送アーム１０に乗せられているウエハWは、ウエハケース（図示せず）より１枚取り出してきている状態から示す。

図１５（ｂ）は、ウエハ載置部に開けられた通過孔にクランプリング昇降ピン１７より入り、図１５（ｃ）でクランプリング１８を持ち上げる状態になる、同時にウエハ昇降ピン１６は、ウエハを受け取る位置で、搬送アーム１０に乗せられたウエハWを待つ。図１５（ｄ）で、搬送アーム１０に乗せられたウエハWは、ウエハ昇降ピン１６の真上で停止する。

この時、位置検出部で取得した当該ウエハが載置される凹部の円周位置のデータに基づいて、凹部の中心よりも回転テーブルの径方向外側に偏移した位置の真上にウエハが位置するように搬送アーム１０の停止位置を制御し次いで搬送アーム１０を下降させて図１５（ｅ）でウエハ昇降ピン１６の上に載置する。ウエハＷをウエハ昇降ピンへ移した後に、図１５（ｆ）搬送アームは更に下降して、図１５（ｇ）の搬送アーム１０が引き出せる位置まで下降して、引き抜く。

図１５（ｈ）にて搬送アーム１０は、回転テーブルより離れ、クランプリング昇降ピン１７、ウエハ昇降ピン１６は下降を始める、図１５（ｉ）でウエハ載置位置にウエハは、載置される。図１５（ｊ）で、クランプリング１８は、ウエハの円周を係止するように載置される。クランプリング昇降ピン１７は、クランプリング１８を載置した後、図１５（ｋ）で回転テーブル２の下部に戻り、回転テーブル２は回転可能になる。
こうしてこの例では５枚のウエハＷが各凹部２４内に載置されると、真空容器１内の処理雰囲気が所定の真空度になるように真空排気される。そしてウエハＷの温度が所定のプロセス温度に安定する時間が経過した後、あるいはウエハＷの温度がプロセス温度に安定したことを図示しない温度検出部で検出した後、回転テーブル２を回転させる。この回転に伴って、第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３２から例えばＢＴＢＡＳガス及びオゾンガスを夫々供給する。一方分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給し、これにより、第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２に夫々供給されたＢＴＢＡＳガス及びオゾンガスが凸状部４と回転テーブル２との間の狭隘ない空間から吐出する分離ガス（Ｎ2）ガスにより混合が防止される。そしてウエハＷは、ＢＴＢＡＳガスの吸着と、吸着されたＢＴＢＡＳガスとオゾンガスとの反応が繰り返されて薄膜成分が積層され成膜処理が進行する。

ウエハＷは、回転テーブル２の半径方向における外周方向において、回転テーブル２の凹部２４の壁面と接触又は近接しているため、回転テーブル２が高速で回転しても、遠心力によりウエハＷが回転テーブル２の載置部の凹部２４の壁面と強くぶつかることはないため、ウエハＷの割れの発生や、カケが生じる可能性は極めて低い。このため、ウエハＷと回転テーブル２の載置部の凹部２４の壁面との接触することにより生じるパーティクルの発生を防止することができ、これに起因して生じる装置内の環境汚染や成膜される膜中への不純物の混入を防止することができる。

またこの実施の形態の成膜装置は、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、この制御部１００のメモリ内は装置を運転するためのプログラムが格納されている。このプログラムは後述の装置の動作を実行する用にステップ群が組まれており、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、フロッピー（登録商標）ディスクなどの記憶媒体から制御部１００内にインストールされる。

以上述べた成膜装置を用いたウエハ処理装置について図１６に示しておく。図１６中、１
０１は例えば２５枚のウエハを収納するフープと呼ばれる密閉型の搬送容器、１０２は搬
送アーム１０３が配置された大気搬送室、１０４、１０５は大気雰囲気と真空雰囲気との
間で雰囲気が切り替え可能なロードロック室（予備真空室）、１０６は、２基の搬送アー
ム１０７ａ、１０７ｂが配置された真空搬送室、１０８、１０９は本発明の成膜装置であ
る。搬送容器１０１は図示しない載置部を備えた搬入搬出ポートに外部から搬送され、大
気搬送室１０２に接続された後、図示しない開閉機構により蓋が開けられて搬送アーム１
０３により当該搬送容器１０１内からウエハが取り出される。次いでロードロック室１０
４（１０５）内に搬入され当該室内を大気雰囲気から真空雰囲気に切り替え、その後搬送
アーム１０７ａ又は１０７ｂによりウエハが取り出されて成膜装置１０８、１０９の一方
に搬入され、既述の成膜処理がされる。このように例えば５枚処理用の本発明の成膜装置
を複数個例えば２個備えることにより、いわゆるＡＬＤ（ＭＬＤ）を高いスループットで
実施することができる。

以上のような成膜装置の構成においてウエハが飛び出す原因として考えられることは、図１７に示すとおり、気流の流れの存在が考えられる。
例えば、反応領域Ｐ１の反応ガスはＢＴＢＡＳでこの場合、１００ｓｃｃｍ、反応領域Ｐ２の反応ガスはオゾンの場合、１０ｓｌｍ、この時の各々反応領域を分離するための分離ガスは、１０ｓｌｍ、さらに中心部より反応ガスの混合を防ぐために中心部よりも１０ｓｌｍを流す。また、チャンバ圧力は８ｔｏｒｒ、回転テーブルの回転数は、２４０ｒｐｍとすると、反応ガス、分離ガスは図１７に示す矢印のような流れを形成する。
同時に、チャンバ内は、各々の圧力が異なり、ウエハを係止しないで回転テーブルに載置するとウエハは浮揚して破損するおそれがある。

第１７図を用いて本件他の実施例の成膜装置の特徴を述べる。この例は、凹部２４、昇降ピン１６，１７クランプリング１８の構造やウエハの移載の手法については先の実施形態と全く同じである。
成膜装置の複数の処理領域のうち第二の処理領域P2の面積が、第一の処理領域P1の面積に比較して２倍以上大きく、具体的には回転中心から見た扇形のP2の中心角度が約１８０度となっている。更に、この第二処理領域P2における第二の反応ノズル３２の位置が、回転テーブルの回転方向の上流側前半の中に位置しており、排気領域６が下流側下流側後半に位置し、この排気領域６２の中に、排気口６２が設けられている。
この構成を取ることにより分離領域Dの約中央に配置された分離ガスノズル４２，４１から供給された窒素ガスと、第二の反応ガスノズルから供給したオゾンがスとが共に実線矢印の通り排気される。
この気流の流れは回転テーブルに保持されて回転するウエハ表面に於いて、第一の処理領域P1で第一の反応ガスノズル殻供給されたBTBASガスが
前記ウエハ表面に吸着された状態で、第二の処理領域の内部に入ってきて、最も長い時間、オゾンガスが前記ウエハに対して供給され、BTBASガスとオゾンガスによる酸化反応が、約１８０度の中心角度を持つ扇形の処理領域を時間を要して通過することで反応を促進するのに適した時間的・空間的処理空間を提供することが出来、一回転あたりの成膜速度を大きく向上させることが出来る。従って均等割りした同じ面積の処理空間を複数も受ける技術に比較して成膜速度が向上できる技術を提供できる。

第１７図に於いて、回転中心Cからは、不活性ガスが実線矢印の通り放射状に真空容器内部に供給されているので、処理領域に供給されるプロセスガスが回転中心に存在する回転テーブルの回転機構のメカに作用して反応副生成物を付着させたり、酸化作用というメカによくない作用を避けることができる、更に中央から供給される不活性ガスは前記分離領域Dから供給される不活性ガスと共同して一体化して、処理領域に供給されるプロセスガスが、ウエハ表面以外の真空容器内部で混合し、反応することを防止している。

ＡＬＤプロセスの第一のプロセスガスは、ＢＴＢＡＳを使用して、第一反応ノズル３１から、真空容器内の第一の処理領域Ｐ１の内部に導入される。第一の反応ノズルを真空容器の側壁８チャンバウォール）から回転テーブルの中心領域Ｃに導入する構成とすることで、第一の処理領域Ｐ１の内部を流れるガスの流れ（実線の矢印）を遮ることが最小限となり、前記気流の流れがスムーズに第一の処理領域Ｐ１を横断して、第一の処理領域の外周側であり、かつ回転テーブルの外周側に設けられた排気領域６の中の排気口６１の中に流れることを達成するが出来る効果がある。第一の処理領域の回転テーブル２における両側には、二つの分離領域Ｄがそれぞれ設けられている。これらの分離領域の中央には窒素ガスノズル４１及び４２が設けられ不活性ガスであるＮ３が回転テーブルの方向に噴射される構成となっている。不活性ガスは分離領域Ｄと回転テーブル２との間に設けられたきわめて狭隘な空間の中で広がり、隣接する第一の処理領域Ｐ１と第二の処理領域Ｐ２の方向に排気される気流の流れを形成して、前記処理ガスに供給されるプロセスガスが分離領域Ｄの中に入り込前記狭隘な空間のなかで反応しない構成となって入る。この技術は発明者らの創意工夫の結果、分離領域の外周側であって、かつ回転テーブル２の外周側における真空容器の側壁（チャンバーウォール）と分離領域との間の隙間を、回転テーブルがスムーズに回転するには十分な間隔ではあるが、ガスの排気空間としては働きにくい狭い隙間とすることと、第一の処理領域Ｐ１の外周に設けた排気口６１と第二の処理領域Ｐ２の外周に設けた排気口６２の方向に、処理領域内に於いて供給されるプロセスガスと隣接する分離領域から供給される不活性ガス（窒素ガス）の両者を排気することで達成できることを見出した。この両者のガスを排気口６１，６２に流す気流の流れ（第１７図の実線の矢印で図面中に記載してある）により、次の３つの効果を達成することが出来る。
第一の効果：反応ガスノズル３１，３２から供給されたプロセスガスが回転テーブル上に載置されたウエハに供給され表面反応に使用されると、ノズルの配置に対して、交差する方向で前記ガスの気流の流れが形成されるので、常にウエハ上に新たなガスを供給することが出来る。言い換えると隣接したノズル内の開口孔から供給されるプロセスガスを使用済みのガス（反応に使用されたガス）により新たに供給されるプロセスガスが邪魔されない。
第二の効果：処理領域に供給されたプロセスガスが、分離領域の中に入り込んで、反応を起こすことをなくすことが出来る。
第三の効果：第二反応ノズルから供給されるガスが、第二処理領域の中で流れを形成することにより、第一処理領域よりも広い面積で構成された第二処理領域の面積内で期間をかけて、ＡＬＤ反応の成膜処理を回転テーブル上に載置されたウエハの上で実行できる。従って、同じ回転数の中で比較的高速な成膜速度を達成できる成膜装置を構成して提供できる。

以上のように高速な回転、例えば２４０rpmで成膜を実施すると、各ウエハに対して低速な回転、例えば１０乃至３０ｒｐｍで成膜を実施するときに比べて大きな遠心力が働き、ウエハを収納している回転テーブル２表面に設けた凹部の中でウエハが移動したり、浮き上がり、振動したり、最後には飛び出す現象を引き起こす恐れがある。
そこで本件特許の発明者は、ウエハに及ぼすこれらの現象の原因を明確にするために、真空容器の天板１１を透明なアクリル板に変更してプロセス条件下でウエハの様子を真空容器の上部より観察した結果、ウエハの浮き上がり、振動、飛び出しが発生する原因が、上記遠心力と共に、ウエハが回転テーブルの回転に伴い、真空容器を構成する分離領域から処理領域にさしかかったときにウエハが受けるガス圧力の差、言い換えると各領域に供給されるガス流量の差異がウエハに及ぼす影響が加算して、これらの減少を生じる原因であることを観察した。
これらの複合的な原因に基づくウエハの飛び出し、移動、ぶつかり、振動の中で特に飛び出しに対して、少なくとも回転テーブルのウエハを収納する凹部の近傍に、ウエハが飛び出すことを防止する係止手段を設けることが良いとの結論を得るに至った。実施例のプロセス条件ではプロセスガスとして、BTBAS：１００sccm、オゾン:10ｓlm、窒素:10ｓlmを流してSiO2膜の成膜を行ったため、ガス流量の単位がｓｃｃｍオーダーとsｌmオーダーという１０００倍の差からも分かるとおり大きな流量の差が分離領域と処理領域との境界を挟んで生じていたため、このような観察結果を得たものと考えられる。このような大きな圧力差が同じ真空容器内部に存在している環境は、
プロセスを行う処理領域がお互いに連通してはいるが、不活性ガスを流している狭隘な空間を複数の処理領域の間に作ることにより、複数のプロセスガスの流れとしてはお互いに分離されている状態を形成できる技術により達成できた。更に成膜速度大幅に向上する技術として、ウエハを載置している回転テーブルを２４０ｒｐｍという高速回転しても、前記分離領域の機能を維持できる構成を実現することに成功した。

本発明は
回転式ミニバッチＡＬＤ装置において、回転テーブルに載置されたウエハが浮揚する事を抑制するために、
（１）ウエハWの係止にあたり、４種類の構造を持つ、
（２）爪形状は、３種類ありウエハの一部を係止する方法、また、爪は、回転テーブルの円弧と同じ曲率に向けたものと、と全周にわたり爪形状をなして係止する。
（３）ウエハ裏面、回転テーブル凹部に空気抜き溝および凸状構造物を設けて、ウエハノズルから直接噴射するガスを他方へ逃がす構造。
（４）上記の回転テーブル凹部の空気抜き溝及び凸状構造物を別体として回転テーブル凹部にペデスタル載置して、そのペデスタルに上記溝および凸状構造物を設ける。
（５）ウエハクランプ及び爪形状の構造物に空気抵抗緩和のための流線型形状を施す。
（６）ウエハクランプ及び爪形状の構造物とウエハ表面の高さ位置関係と遠心力を想定した円周方向へのウエハ載置を行なう。

本発明の実施形態による成膜装置は、酸化シリコン膜の成膜に限らず、窒化シリコンの分子層成膜にも適用することができる。また、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とＯ_３ガスを用いた酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の分子層成膜、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺｒ）とＯ_３ガスを用いた酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）の分子層成膜、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨｆ）とＯ_３ガスを用いた酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）の分子層成膜、ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｓｒ（ＴＨＤ）_２）とＯ_３ガスを用いた酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の分子層成膜、チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｔｉ（ＭＰＤ）（ＴＨＤ））とＯ_３ガスを用いた酸化チタニウム（ＴｉＯ）の分子層成膜などを行うことができる。また、Ｏ_３ガスではなく、酸素プラズマを利用することも可能である。これらのガスの組み合わせを用いても、上述の効果が奏されることは言うまでもない。
以上、本発明を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

１真空容器
１０搬送アーム
１１天板
１２容器本体
１５搬送口回転テーブル
１６昇降ピン
２回転テーブル
２１コア部
２４凹部（ウエハ載置部）
３１第１の反応ガスノズル
３２第２の反応ガスノズル
Ｐ１第１の処理領域
Ｐ２第２の処理領域
Ｄ分離領域
Ｃ中心部領域
４凸状部
４１、４２分離ガスノズル
４４第１天井面
４５第２の天井面
５突出部
５１分離ガス供給管
６排気領域
６１、６２排気口
７ヒータユニット
７２、７３パージガス供給管
Ｗウエハ

Claims

真空容器内にて互いに反応する少なくとも２種類の反応ガスを順番に基板の表面に供給しかつこの供給サイクルを実行することにより反応生成物の層を多数積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられた回転テーブルと、
前記回転テーブルに基板を載置するために設けられた基板載置部と、
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、前記回転テーブルにおける前記基板の載置領域側の面に夫々第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給手段及び第２の反応ガス供給手段と、
前記第１の反応ガスが供給される第１の処理領域と第２の反応ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために、これら処理領域の間に位置する分離領域と、
予め設定された受渡し位置に停止している基板載置部に対して基板の受け渡しを行うための搬送機構と、
前記基板載置部に載置された基板の飛び出しを防止するために基板の表面を係止する係止部と、
前記回転テーブルとは別個に設けられ、基板の受け渡し時に回転テーブルより下方に離れた位置から回転テーブル内を貫通して回転テーブルと回転テーブルよりも上方位置との間で基板及び係止部を夫々昇降させるための基板用の昇降ピン及び係止部用の昇降ピンを含む昇降機構と、
前記回転テーブルに設けられ、前記基板用の昇降ピンが通る孔部及び前記係止部用の昇降ピンが通る孔部と、を備え、
前記基板用の昇降ピン及び前記係止部用の昇降ピンは、回転テーブルよりも下方側で待機するように構成されていることを特徴とする成膜装置。
前記回転テーブルには、その中に基板が載置される載置部をなす凹部が形成され、前記回転テーブル上面と凹部内の基板の表面は、概一致した事を特徴とする請求項１記載の成膜装置。
前記昇降機構は、基板、係止部を昇降させる３本以上の昇降ピンを含むことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記係止部の形状は、回転テーブルの回転に際して、気流の乱れを抑えるための流線形形状とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成膜装置。
真空容器内において、複数の基板を回転テーブル表面に設けた複数の凹部内にそれぞれ載置して回転させることにより、前記基板が複数の異なる処理領域に供給された反応ガスと順次接触して、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置において、
前記処理領域の天井から離間し前記基板の近傍に設けられ、前記基板の方向に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記異なる反応ガスが反応することを防止する不活性ガスを、前記複数の処理領域の間に設けられた分離空間内に供給する不活性ガス供給手段と、
前記複数の処理領域のそれぞれに対応して設けられ、前記回転テーブルの外側に設けられた排気口と、
前記処理領域に供給した反応ガスと前記分離領域に供給した不活性ガスとを前記処理領域を経由して前記排気口に導き前記真空容器から排気する真空排気手段と、
前記回転テーブルに設けられた前記各凹部の近傍に設けられ、前記基板が前記回転テーブルの回転中に飛び出すことを防止するために基板の表面を係止する係止部と、
前記回転テーブルとは別個に設けられ、外部の搬送機構による基板の受け渡し時に回転テーブルより下方に離れた位置から回転テーブル内を貫通して回転テーブルと回転テーブルよりも上方位置との間で基板及び係止部を夫々昇降させるための基板用の昇降ピン及び係止部用の昇降ピンを含む昇降機構と、
前記回転テーブルに設けられ、前記基板用の昇降ピンが通る孔部及び前記係止部用の昇降ピンが通る孔部と、を備え、
前記基板用の昇降ピン及び前記係止部用の昇降ピンは、回転テーブルよりも下方側で待機するように構成されていることを特徴とする成膜装置。
真空容器内において、複数の基板を回転テーブル表面に設けた複数の凹部内にそれぞれ載置して回転させることにより、前記基板が複数の異なる処理領域に供給された反応ガスと順次接触して、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器の側壁から前記回転テーブルの回転中心に向けて配置され、前記処理領域の天井から離間し前記基板の近傍に設けられ、前記基板の方向に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記異なる反応ガスが反応することを防止する不活性ガスを、前記複数の処理領域の間に設けられた分離空間内において前記回転テーブルに載置された基板方向に向けて吐出する不活性ガス供給手段と、
前記複数の処理領域のそれぞれに対応して設けられ、前記回転テーブルの外側に設けられた排気口と、
前記処理領域に供給した反応ガスと前記分離領域に供給した不活性ガスとを前記処理領域を経由して前記排気口に導き前記真空容器から排気する真空排気手段と、
前記回転テーブルに設けられた前記凹部の近傍に設けられ、前記基板が前記回転テーブルの回転中に飛び出すことを防止する係止部と、
前記回転テーブルとは別個に設けられ、外部の搬送機構による基板の受け渡し時に回転テーブルより下方に離れた位置から回転テーブル内を貫通して回転テーブルと回転テーブルよりも上方位置との間で基板及び係止部を夫々昇降させるための基板用の昇降ピン及び係止部用の昇降ピンを含む昇降機構と、
前記回転テーブルに設けられ、前記基板用の昇降ピンが通る孔部及び前記係止部用の昇降ピンが通る孔部と、を備え、
前記基板用の昇降ピン及び前記係止部用の昇降ピンは、回転テーブルよりも下方側で待機するように構成され、
前記係止部は、凹部内に載置された基板に対して非接触の状態で配置され、基板の飛び出しに際して係止するように構成されていることを特徴とする成膜装置。
真空容器内において、複数の基板を回転テーブル表面に設けた複数の凹部内にそれぞれ載置して回転させることにより、前記基板が複数の異なる処理領域に供給された反応ガスと順次接触して、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置において、
前記処理領域の天井から離間し前記基板の近傍に設けられ、前記基板の方向に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記異なる反応ガスが反応することを防止する不活性ガスを、前記複数の処理領域の間に設けられた分離空間内に供給する不活性ガス供給手段と、
前記複数の処理領域のそれぞれに対応して設けられ、前記回転テーブルの外側に設けられた排気口と、
前記処理領域に供給した反応ガスと前記分離領域に供給した不活性ガスとを前記処理領域を経由して前記排気口に導き前記真空容器から排気する真空排気手段と、
前記回転テーブルに設けられた前記各凹部の近傍に設けられ、前記基板が前記回転テーブルの回転中に飛び出すことを防止するために基板の表面を係止する係止部と、
前記回転テーブルとは別個に設けられ、外部の搬送機構による基板の受け渡し時に回転テーブルより下方に離れた位置から回転テーブル内を貫通して回転テーブルと回転テーブルよりも上方位置との間で基板及び係止部を夫々昇降させるための基板用の昇降ピン及び係止部用の昇降ピンを含む昇降機構と、
前記回転テーブルに設けられ、前記基板用の昇降ピンが通る孔部及び前記係止部用の昇降ピンが通る孔部と、
前記回転テーブルの回転の前に、前記基板を、基板の中心が前記凹部の中心に対して、前記回転テーブルの回転に伴う遠心力の方向に偏移した位置になるように制御を行なう制御部と、を備え、
前記基板用の昇降ピン及び前記係止部用の昇降ピンは、回転テーブルよりも下方側で待機するように構成されていることを特徴とする成膜装置。
真空容器内において、複数の基板を回転テーブル表面に設けた複数の凹部内にそれぞれ載置して回転させることにより、前記基板が複数の異なる処理領域に供給された反応ガスと順次接触して、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置において、
前記処理領域の天井から離間し前記基板の近傍に設けられ、前記基板の方向に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記異なる反応ガスが反応することを防止する不活性ガスを、前記複数の処理領域の間に設けられた分離空間内に供給する不活性ガス供給手段と、
前記複数の処理領域のそれぞれに対応して設けられ、前記回転テーブルの外側に設けられた排気口と、
前記処理領域に供給した反応ガスと前記分離領域に供給した不活性ガスとを前記処理領域を経由して前記排気口に導き前記真空容器から排気する真空排気手段と、
前記回転テーブルに設けられた前記各凹部の近傍に設けられ、前記基板の表面の外周部に接触して前記基板を係止することで、前記基板が回転中に前記凹部から飛び出すことを防止する係止部と、
前記回転テーブルとは別個に設けられ、外部の搬送機構による基板の受け渡し時に回転テーブルより下方に離れた位置から回転テーブル内を貫通して回転テーブルと回転テーブルよりも上方位置との間で基板及び係止部を夫々昇降させるための基板用の昇降ピン及び係止部用の昇降ピンを含む昇降機構と、、
前記回転テーブルに設けられ、前記基板用の昇降ピンが通る孔部及び前記係止部用の昇降ピンが通る孔部と、を備え、
前記基板用の昇降ピン及び前記係止部用の昇降ピンは、回転テーブルよりも下方側で待機するように構成されていること、を特徴とする成膜装置。
真空容器内において、複数の基板を回転テーブル表面に設けた複数の凹部内にそれぞれ載置して回転させることにより、前記基板が複数の異なる処理領域に供給された反応ガスと順次接触して、前記基板の表面に薄膜を形成する成膜装置において、
前記処理領域の天井から離間し前記回転テーブルの近傍に設けられ、前記回転テーブルの方向に向けて反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記異なる反応ガスが反応することを防止する不活性ガスを、前記複数の処理領域の間に設けられた分離空間内に供給する不活性ガス供給手段と、
前記回転テーブルの回転中心から前記真空容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と
前記複数の処理領域のそれぞれに対応して設けられ、前記回転テーブルの外側に設けられた排気口と、
前記処理領域に供給した反応ガスと前記分離領域に供給した不活性ガスと前記回転中心から供給される不活性ガスとを前記処理領域を経由して前記排気口に導き前記真空容器から排気する真空排気手段と、
前記各凹部の近傍に設けられ、前記基板が前記回転テーブルの回転中に飛び出すことを防止するために基板の表面を係止する係止部と、
前記回転テーブルとは別個に設けられ、外部の搬送機構による基板の受け渡し時に回転テーブルより下方に離れた位置から回転テーブル内を貫通して回転テーブルと回転テーブルよりも上方位置との間で基板及び係止部を夫々昇降させるための基板用の昇降ピン及び係止部用の昇降ピンを含む昇降機構と、
前記回転テーブルに設けられ、前記基板用の昇降ピンが通る孔部及び前記係止部用の昇降ピンが通る孔部と、を備え、
前記基板用の昇降ピン及び前記係止部用の昇降ピンは、回転テーブルよりも下方側で待機するように構成されていることを特徴とする成膜装置。