JP5712879B2 - 成膜装置及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、互いに反応する処理ガスを順番に供給して基板の表面に反応生成物を積層する成膜装置及び基板処理装置に関する。
半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」と言う）に例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）などの薄膜をＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜する装置として、例えば特許文献１に記載されているように、複数枚のウエハを周方向に並べて公転させる回転テーブルを真空容器内に配置した構成が知られている。この装置では、回転テーブルに対向するように設けられた複数のガス供給部から、互いに反応する処理ガスがウエハに対して順番に供給される。
このような装置では、処理ガスの供給される領域同士の間には、これら領域同士を区画するために、例えばＮ2（窒素）ガスなどが分離ガスとして供給される。この時、分離ガスの供給量を大流量に設定すると、装置のランニングコスト（分離ガスのコスト）が嵩んでしまう。また、処理ガスが分離ガスにより希釈されてしまうおそれもある。一方、分離ガスの流量を絞ろうとすると、処理雰囲気において処理ガス同士が互いに混合してしまうおそれがある。
特許文献２〜４には、ＡＬＤ法により薄膜を成膜する装置について記載されているが、既述の課題については記載されていない。
特許文献２〜４には、ＡＬＤ法により薄膜を成膜する装置について記載されているが、既述の課題については記載されていない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、互いに反応する処理ガスを順番に供給して基板の表面に反応生成物を積層するにあたり、処理ガスが各々供給される処理領域同士の間に分離ガスを各々供給して処理ガス同士が処理雰囲気において互いに混合することを防止しながら、分離ガスの供給流量を抑えることのできる成膜装置及び基板処理装置を提供することにある。
本発明の成膜装置は、
真空容器内にて複数種類の処理ガスを順番に基板に供給するサイクルを複数回繰り返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、周方向に沿って基板を載置する基板載置領域をその上面に備えると共に、この基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
この回転テーブルの周方向に互いに離間した処理領域に互いに異なる処理ガスを夫々供給する複数の処理ガス供給部と、
各処理領域の雰囲気を分離するために各処理領域の間に形成された分離領域に対して分離ガスを供給するために、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って伸びるように分離ガスノズルが配置された分離部と、
前記回転テーブルの外縁側に設けられ、前記真空容器内の雰囲気を真空排気するための排気口と、を備え、
前記分離部は、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として下流側に設けられ、前記回転テーブルの上面との間に当該回転テーブルの中央側から外周側に亘って狭隘な空間を形成して、この狭隘な空間への処理ガスの侵入を阻止するための第１の天井面と、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として上流側に設けられ、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って前記第１の天井面よりも高くなるように形成された第２の天井面と、を備え、
前記排気口は、前記第２の天井面と前記回転テーブルとの間の領域であるガス滞留空間に連通するように設けられていることを特徴とする。
真空容器内にて複数種類の処理ガスを順番に基板に供給するサイクルを複数回繰り返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、周方向に沿って基板を載置する基板載置領域をその上面に備えると共に、この基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
この回転テーブルの周方向に互いに離間した処理領域に互いに異なる処理ガスを夫々供給する複数の処理ガス供給部と、
各処理領域の雰囲気を分離するために各処理領域の間に形成された分離領域に対して分離ガスを供給するために、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って伸びるように分離ガスノズルが配置された分離部と、
前記回転テーブルの外縁側に設けられ、前記真空容器内の雰囲気を真空排気するための排気口と、を備え、
前記分離部は、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として下流側に設けられ、前記回転テーブルの上面との間に当該回転テーブルの中央側から外周側に亘って狭隘な空間を形成して、この狭隘な空間への処理ガスの侵入を阻止するための第１の天井面と、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として上流側に設けられ、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って前記第１の天井面よりも高くなるように形成された第２の天井面と、を備え、
前記排気口は、前記第２の天井面と前記回転テーブルとの間の領域であるガス滞留空間に連通するように設けられていることを特徴とする。
前記成膜装置は、以下のように構成しても良い。
前記ガス滞留空間に対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として上流側には、前記ガス滞留空間に処理ガスが侵入することを抑えるために、前記第２の天井面から前記回転テーブルに向かって伸びる壁面部が前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って形成されている構成。
前記ガス滞留空間よりも外周側における前記回転テーブルの外縁部と前記真空容器の内壁面との間には、前記分離ガスノズルから吐出される分離ガスを前記排気口に案内するために、前記分離ガスノズルの側方側から前記排気口に向かって当該分離ガスノズルの長さ方向に対して交差するように伸びる案内面が設けられている構成。
前記分離部は、各処理領域の間に個別に設けられ、
前記排気口は、各分離部に夫々独立して設けられている構成。
前記ガス滞留空間に対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として上流側には、前記ガス滞留空間に処理ガスが侵入することを抑えるために、前記第２の天井面から前記回転テーブルに向かって伸びる壁面部が前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って形成されている構成。
前記ガス滞留空間よりも外周側における前記回転テーブルの外縁部と前記真空容器の内壁面との間には、前記分離ガスノズルから吐出される分離ガスを前記排気口に案内するために、前記分離ガスノズルの側方側から前記排気口に向かって当該分離ガスノズルの長さ方向に対して交差するように伸びる案内面が設けられている構成。
前記分離部は、各処理領域の間に個別に設けられ、
前記排気口は、各分離部に夫々独立して設けられている構成。
また、本発明の基板処理装置は、
真空容器内にて複数種類の処理ガスを順番に供給するサイクルを複数回繰り返して基板に対して処理を行う基板処理装置において、
前記真空容器内に設けられ、周方向に沿って基板を載置する基板載置領域をその上面に備えると共に、この基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
この回転テーブルの周方向に互いに離間した処理領域に互いに異なる処理ガスを夫々供給する複数の処理ガス供給部と、
各処理領域の雰囲気を分離するために各処理領域の間に形成された分離領域に対して分離ガスを供給するために、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って伸びるように分離ガスノズルが配置された分離部と、
前記回転テーブルの外縁側に設けられ、前記真空容器内の雰囲気を真空排気するための排気口と、を備え、
前記分離部は、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として下流側に設けられ、前記回転テーブルの上面との間に当該回転テーブルの中央側から外周側に亘って狭隘な空間を形成して、この狭隘な空間への処理ガスの侵入を阻止するための第１の天井面と、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として上流側に設けられ、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って前記第１の天井面よりも高くなるように形成された第２の天井面と、を備え、
前記排気口は、前記第２の天井面と前記回転テーブルとの間の領域であるガス滞留空間に連通するように設けられていることを特徴とする。
真空容器内にて複数種類の処理ガスを順番に供給するサイクルを複数回繰り返して基板に対して処理を行う基板処理装置において、
前記真空容器内に設けられ、周方向に沿って基板を載置する基板載置領域をその上面に備えると共に、この基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
この回転テーブルの周方向に互いに離間した処理領域に互いに異なる処理ガスを夫々供給する複数の処理ガス供給部と、
各処理領域の雰囲気を分離するために各処理領域の間に形成された分離領域に対して分離ガスを供給するために、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って伸びるように分離ガスノズルが配置された分離部と、
前記回転テーブルの外縁側に設けられ、前記真空容器内の雰囲気を真空排気するための排気口と、を備え、
前記分離部は、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として下流側に設けられ、前記回転テーブルの上面との間に当該回転テーブルの中央側から外周側に亘って狭隘な空間を形成して、この狭隘な空間への処理ガスの侵入を阻止するための第１の天井面と、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として上流側に設けられ、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って前記第１の天井面よりも高くなるように形成された第２の天井面と、を備え、
前記排気口は、前記第２の天井面と前記回転テーブルとの間の領域であるガス滞留空間に連通するように設けられていることを特徴とする。
本発明は、処理ガスが各々供給される処理領域同士の間に、回転テーブルの中央側から外周側に伸びる分離ガスノズルを配置し、この分離ガスノズルから分離ガスを供給して処理領域同士を分離している。この時、分離ガスノズルにおける回転テーブルの回転方向下流側に、回転テーブルの上面との間に狭隘な空間を形成するための第１の天井面を設けている。また、分離ガスノズルにおける回転テーブルの回転方向上流側に、第１の天井面よりも高い第２の天井面をこの第１の天井面に隣接するように設けている。そのため、第２の天井面と回転テーブルとの間の領域であるガス滞留空間のガスは、下流側の狭隘な空間に侵入しにくくなり、しかもこれら空間の間には分離ガスが供給されているので、このガス滞留空間に連通する排気口に向かって分離ガスと共に排気されていく。従って、処理ガス同士が処理雰囲気において互いに混合することを防止しながら、分離ガスの供給流量を抑えることができる。
本発明の実施の形態の基板処理装置の一例について、図１〜図８を参照して説明する。この基板処理装置の一態様である成膜装置は、図１及び図２に示すように、平面形状が概ね円形である真空容器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。そして、この成膜装置では、後で詳述するように、互いに反応する複数例えば２種類の処理ガスをウエハＷに順番に供給してＡＬＤ法により薄膜を成膜すると共に、分離ガスを用いてこれら処理ガス同士が夫々供給される領域同士を互いに区画している。この時、処理雰囲気における処理ガス同士の混合を防止しながら、分離ガスの供給流量を少なく抑えている。続いて、成膜装置の各部について詳述する。
真空容器１は、天板１１及び容器本体１２を備えており、天板１１が容器本体１２から着脱できるように構成されている。天板１１の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことを抑制するために、Ｎ2（窒素）ガスを分離ガスとして供給するための分離ガス供給管５１が接続されている。図１中１３は、容器本体１２の上面の周縁部にリング状に設けられたシール部材例えばＯリングである。真空容器１内において前記分離ガスの供給される領域の外側には、天板１１から下方に向かってリング状に伸びる突出部５が形成されている。
回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２によって、鉛直軸周りこの例では時計周りに回転自在に構成されている。図１中２３は回転軸２２を鉛直軸周りに回転させる駆動部であり、２０は回転軸２２及び駆動部２３を収納するケース体である。このケース体２０は、上面側の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いる。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域にＮ2ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａをなしている。尚、以下の説明において、回転テーブル２の回転方向上流側及び回転方向下流側を夫々単に「上流側」及び「下流側」と呼ぶ場合がある。
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、直径寸法が例えば３００ｍｍサイズのウエハＷを載置するための円形状の凹部２４が基板載置領域として回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば５箇所に設けられている。凹部２４は、ウエハＷを当該凹部２４に落とし込む（収納する）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）とが揃うように、直径寸法及び深さ寸法が設定されている。凹部２４の底面には、ウエハＷを下方側から突き上げて昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（図示せず）が形成されている。
図２及び図３に示すように、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる４本のノズル３１、３２、４１、４２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向）に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。これら各ノズル３１、３２、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウエハＷに対向して水平に伸びるように各々取り付けられている。従って、これらノズル３１、３２、４１、４２は、各々回転テーブル２の中央側から外周側に亘って伸びるように配置されている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周りに分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び第２の処理ガスノズル３２がこの順番で配列されている。尚、図２は図５及び図６におけるＡ−Ａ線にて真空容器１を切断した横断平面、図３は図５及び図６におけるＢ−Ｂ線にて真空容器１を切断した横断平面を示している。また、図３における各ノズル３１、３２、４１、４２については内部の構造を省略している。
各ノズル３１、３２、４１、４２は、流量調整バルブを介して夫々以下の各ガス供給源（図示せず）に夫々接続されている。即ち、第１の処理ガスノズル３１は、Ｓｉ（シリコン）を含む第１の処理ガス例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン：ＳｉＨ2（ＮＨ−Ｃ（ＣＨ3）3）2）ガスなどの供給源に接続されている。第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガスである例えばＯ2ガス及びＯ3ガスの混合ガス（以下記載の簡略化のため「Ｏ3ガス」と言う）の供給源に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスであるＮ2（窒素）ガスの供給源に各々接続されている。第１の処理ガスノズル３１及び第２の処理ガスノズル３２は、夫々第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部をなしている。また、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。
ガスノズル３１、３２、４１、４２の下面側には、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所にガス吐出孔３３が例えば等間隔に形成されている。これら各ノズル３１、３２、４１、４２は、当該ノズル３１、３２、４１、４２の下端縁と回転テーブル２の上面との離間距離が例えば１〜５ｍｍ程度となるように配置されている。処理ガスノズル３１の下方領域は、Ｓｉ含有ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１であり、第２の処理ガスノズル３２の下方領域は、ウエハＷに吸着したＳｉ含有ガスとＯ3ガスとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２となる。分離ガスノズル４１、４２は、各々第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを形成するためのものである。
これら２つの分離領域Ｄについて、始めに分離ガスノズル４１（第２の処理ガスノズル３２よりも下流側且つ第１の処理ガスノズル３１よりも上流側）における分離領域Ｄについて説明する。分離ガスノズル４１における回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側には、図２に示すように、真空容器１の天板１１から下方側に向かって回転テーブルの半径方向に亘って突出する凸状部４、４が各々設けられており、これら凸状部４、４は、回転テーブルの回転方向に広がるように形成されて概略扇形状をなしている。従って、分離ガスノズル４１は、いわば凸状部４、４間において回転テーブル２の半径方向に伸びるように形成された溝部４３内に収納されている。凸状部４、４における回転テーブル２の回転中心側の部位は、既述の突出部５に接続されている。各々の凸状部４、４の回転テーブルの回転方向における幅寸法Ｌは、ウエハＷの中心部が通過する位置では例えば５０ｍｍとなっている。
分離ガスノズル４１の左右両側の凸状部４、４のうち回転テーブル２の回転方向下流側の凸状部４は、当該凸状部４の下流側の第１の処理ガスノズル３１の処理ガスが分離ガスノズル４１側に回り込むことを阻止するためのものである。そのため、この凸状部４の下端面は、図５及び図６に示すように、回転テーブル２の表面との間に狭隘な空間Ｓ１を形成するために、回転テーブル２の表面に近接するように配置されて第１の天井面４４をなしている。第１の天井面４４は、回転テーブル２の中央側から外周側に亘って形成されている。この第１の天井面４４と回転テーブル２との間の離間距離ｈは、例えば０．５ｍｍ〜１０ｍｍこの例では約４ｍｍとなっている。この凸状部４の外縁部（回転テーブル２の外縁部と真空容器１の内壁面との間の部位）は、図４に示すように、回転テーブル２の外縁部側をガスが通過することを抑えるために、当該回転テーブル２の外端面側に回り込むようにＬ字型に屈曲して屈曲部４６をなしている。この屈曲部４６と回転テーブル２や後述のサイドリング１００との間の隙間寸法は、既述の離間距離ｈと同程度に設定されている。
ここで、第１の天井面４４よりも回転テーブルの回転方向下流側の領域である既述の第１の処理ガスノズル３１が配置された領域では、図５及び図６に示すように、天板１１の下面が当該第１の天井面４４よりも高くなっている。従って、第１の処理ガスノズル３１から分離ガスノズル４１側を見ると、狭隘な空間Ｓ１が回転テーブル２の半径方向に亘って形成されると共に、この狭隘な空間Ｓ１から分離ガスノズル４１の分離ガスが当該第１の処理ガスノズル３１に向かって吹き出すので、第１の処理ガスが分離ガスノズル４１側に回り込むことが阻止されている。
次に、分離ガスノズル４１の左右両側の凸状部４、４のうち回転テーブル２の回転方向上流側の凸状部４について説明する。この凸状部４は、例えば第２の処理ガスノズル３２から吐出される処理ガスが既述の狭隘な空間Ｓ１に侵入することを阻止するためのものであり、当該凸状部４の下方においてガスが滞留するように、狭隘な空間Ｓ１よりも広いガス滞留空間（キャビティ）Ｓ２が形成されている。即ち、この凸状部４では、図３及び図５に示すように、分離ガスノズル４１の収納された溝部４３の天井面が上流側に向かって水平方向に伸び出して、第１の天井面４４よりも高い第２の天井面４５が形成されている。従って、ガス滞留空間Ｓ２は、回転テーブル２の中央側から外周側（半径方向）に亘って形成されると共に、当該回転テーブル２の回転方向に広がるようにいわば扇形状となっている。これら第１の天井面４４、第２の天井面４５及び分離ガスノズル４１により分離部が構成されている。尚、図５は回転テーブル２の中心部領域Ｃ寄りの位置で真空容器１を周方向に切断した縦断面、図６は回転テーブル２の外縁部よりも外側にて真空容器１を周方向に切断した縦断面を示している。
そして、この第２の天井面４５における回転テーブル２の回転方向上流側の端部は、第２の処理ガスノズル３２から真空容器１内に供給される処理ガスがガス滞留空間Ｓ２に侵入することを抑えるために、回転テーブル２に向かって垂直に伸び出して壁面部４７をなしている。この壁面部４７は、図３に示すように、回転テーブル２の中央側から外周側に亘って形成されており、具体的には回転テーブル２の中心部側における既述の突出部５から回転テーブル２の外縁部に対向する位置までに亘って配置されている。この壁面部４７と回転テーブル２との間の離間距離は、既述の離間距離ｈと同程度の寸法に設定されている。
また、ガス滞留空間Ｓ２におけるガスを回転テーブル２の外周側に排出するために、凸状部４の外周面（真空容器１の内壁面に対向する面）は、図３及び図６に示すように、回転テーブル２の回転方向上流側の部位が概略矩形に切り欠かれて開口部４８をなしている。そして、この開口部４８よりも回転テーブル２の回転方向下流側における凸状部４の外周側の部位は、図７に示すように、分離ガスノズル４１の下流側の凸状部４と同様に、回転テーブル２の外縁部と真空容器１の内壁面との間に伸び出して既述の屈曲部４６をなしている。尚、図３及び図６において屈曲部４６については図示の関係上省略している。また、図７は、凸状部４を第２の処理ガスノズル３２側から見た様子を示している。
そして、開口部４８と分離ガスノズル４１との間において中心部領域Ｃに対向する凸状部４の内壁面は、分離ガスノズル４１から吐出される分離ガスを開口部４８に向かって案内するために、図３に示すように、分離ガスノズル４１の側方側から後述の排気口６２に向かって伸び出して案内面４９をなしている。即ち、開口部４８の下流側における前記凸状部４の内壁面は、平面で見た時に開口部４８側の部位が排気口６２に向かって斜めに切り欠かれている。従って、開口部４８の下流側の前記凸状部４（屈曲部４６）は、回転テーブル２の外縁部よりも真空容器１の内壁面寄りの領域に配置されると共に、分離ガスノズル４１から開口部４８に向かうにつれて幅寸法が小さくなっている。また、案内面４９は、分離ガスノズル４１の長さ方向に対して交差するように形成されている。
分離ガスノズル４２においても、回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側に各々凸状部４、４が配置されており、これら凸状部４、４のうち第２の処理ガスノズル３２側の凸状部４には狭隘な空間Ｓ１が形成されている。また、この分離ガスノズル４２と第１の処理ガスノズル３１との間の凸状部４には、ガス滞留空間Ｓ２、壁面部４７、開口部４８及び案内面４９が形成されている。尚、図４は凸状部４の一部を切り欠いており、また凸状部４を模式的に描画している。
続いて、成膜装置の説明に戻る。回転テーブル２の外周側において当該回転テーブル２よりも僅かに下位置には、図２、図３及び図１０に示すように、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。このサイドリング１００は、例えば装置のクリーニング時において、各処理ガスに代えてフッ素系のクリーニングガスを通流させた時に、当該クリーニングガスから真空容器１の内壁を保護するためのものである。即ち、サイドリング１００を設けないと、回転テーブル２の外周部と真空容器１の内壁との間には、横方向に気流（排気流）が形成される凹部状の気流通路が周方向に亘ってリング状に形成されていると言える。そのため、このサイドリング１００は、気流通路に真空容器１の内壁面ができるだけ露出しないように、当該気流通路に設けられている。この例では、各分離領域Ｄにおける外縁側の領域（屈曲部４６）は、このサイドリング１００に向かって伸び出している。
サイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように２箇所に排気口６１、６２が形成されている。言い換えると、前記気流通路の下方側に２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００に、排気口６１、６２が形成されている。これら２つの排気口６１、６２のうち一方及び他方を夫々第１の排気口６１及び第２の排気口６２と呼ぶと、第１の排気口６１は、図２に示すように、第１の処理ガスノズル３１と、当該第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブルの回転方向下流側における凸状部４との間において、当該凸状部４側に寄った位置に形成されている。従って、第１の排気口６１は、図３に示すように、当該第１の排気口６１と分離ガスノズル４２との間のガス滞留空間Ｓ２に連通するように配置されている。
また、第２の排気口６２は、第２の処理ガスノズル３２と、当該ノズル３２よりも回転テーブルの回転方向下流側における凸状部４との間において、当該凸状部４側に寄った位置に形成されている。従って、この第２の排気口６２についても、第２の排気口６２と分離ガスノズル４１との間のガス滞留空間Ｓ２に連通するように配置されている。第１の排気口６１は、Ｓｉ含有ガス及び分離ガスを排気するためのものであり、第２の排気口６２は、Ｏ3ガス及び分離ガスを排気するためのものである。これら第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５の介設された排気管６３により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６４に接続されている。
回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを例えば３００℃に加熱するようになっている。図１中７１ａはヒータユニット７の側方側に設けられたカバー部材、７ａはこのヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材である。また、真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が周方向に亘って複数箇所に設けられている。
真空容器１の側壁には、図２及び図３に示すように図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間においてウエハ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はゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。また、回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に臨む位置にて搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位には、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及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。
また、この成膜装置には、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１２０が設けられており、この制御部１２０のメモリ内には後述の成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、装置の各動作を実行するよう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、フレキシブルディスクなどの記憶媒体である記憶部１２１から制御部１２０内にインストールされる。
次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず、ゲートバルブＧを開放して、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、図示しない搬送アームにより搬送口１５を介して回転テーブル２上に例えば５枚のウエハＷを載置する。次いで、ゲートバルブＧを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にすると共に、回転テーブル２を時計周りに回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを例えば３００℃に加熱する。
続いて、処理ガスノズル３１からＳｉ含有ガスを吐出すると共に、第２の処理ガスノズル３２からＯ3ガスを吐出する。更に、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７２からもＮ2ガスを所定の流量で吐出する。そして、圧力調整部６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。
処理ガスノズル３１、３２から真空容器１内に供給された処理ガスは、例えば回転テーブル２の回転に連れられて、下流側の凸状部４に到達する。この時、凸状部４では既述のように回転テーブル２の回転方向上流側に壁面部４７を形成しているので、この凸状部４に到達した処理ガスは、図９〜図１１に示すように、壁面部４７に衝突して大部分が回転テーブル２の外縁側（排気口６１、６２）に向かって排気されていく。
一方、処理ガスの一部については壁面部４７の下方を潜り込んでガス滞留空間Ｓ２に侵入する。既述のように、このガス滞留空間Ｓ２が壁面部４７と回転テーブル２との間の狭い空間よりも広くなっていることから、壁面部４７の下方側からガス滞留空間Ｓ２に侵入したガスは、ガス滞留空間Ｓ２に到達する前と比べて流速が遅くなり、いわばガス滞留空間Ｓ２において滞留する。また、このガス滞留空間Ｓ２の下流側には狭隘な空間Ｓ１が形成されており、ガスが入り込みにくくなっていることから、ガス滞留空間Ｓ２に侵入した処理ガスは、当該狭隘な空間Ｓ１よりも広い空間である開口部４８に向かって通流しようとする。
この時、分離ガスノズル４１、４２から見て下流側には狭隘な空間Ｓ１が形成されている一方、上流側には当該狭隘な空間Ｓ１よりも広いガス滞留空間Ｓ２が形成されている。従って、分離ガスノズル４１、４２から吐出される分離ガスのうち大部分が広い空間であるガス滞留空間Ｓ２に向かって、いわば回転テーブル２の回転方向とは逆向きに通流する。そのため、ガス滞留空間Ｓ２に入り込んだ処理ガスは、分離ガスと共に開口部４８を介して排気口６１、６２に向かって排気されていく。
そして、ガス滞留空間Ｓ２に案内面４９を設けているので、当該ガス滞留空間Ｓ２から排気口６１、６２に向かって通流する処理ガス及び分離ガスは、例えば乱流や淀みの形成が抑えられながら、案内面４９により案内されていく。また、凸状部４における外縁側を回り込んで処理領域Ｐ１（Ｐ２）側に向かおうとするＯ3ガス（Ｓｉ含有ガス）は、案内面４９によってガス流れが規制されて、排気口６２（６１）に向かって排気される。また、分離ガスノズル４１、４２から供給される分離ガスのうち一部が狭隘な空間Ｓ１を介して下流側に各々吐出しているので、当該下流側からの狭隘な空間Ｓ１への処理ガスの侵入が阻止される。従って、各処理ガスは、真空容器１内の処理雰囲気において互いに混合しないように排気される。
また、回転テーブル２の下方側にパージガスを供給しているため、回転テーブル２の下方側に拡散しようとするガスは、前記パージガスにより排気口６１、６２側へと押し戻される。更に、中心部領域Ｃに分離ガスを供給しているので、当該中心部領域Ｃにおいても各処理ガス同士が互いに混ざり合うことが防止される。
一方、ウエハＷの表面では、回転テーブル２の回転によって第１の処理領域Ｐ１においてＳｉ含有ガスが吸着し、次いで第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスがＯ3ガスにより酸化され、薄膜成分であるシリコン酸化膜（Ｓｉ−Ｏ）の分子層が１層あるいは複数層形成されて反応生成物が形成される。この時、既述のように処理ガス同士が互いに混合することが阻止されており、更には分離ガスの流量を少なく抑えることによって処理領域Ｐ１、Ｐ２において各処理ガスが分離ガスにより希釈されにくくなるので、ウエハＷ上に形成される反応生成物は、後述の図１２から分かるように、良好に反応（シリコン含有ガスの酸化）が起こって電気特性が良好となる。こうして回転テーブル２の回転により、電気特性の良好な反応生成物が多層に亘って積層されて薄膜が形成される。
上述の実施の形態によれば、処理領域Ｐ１、Ｐ２の間に分離ガスノズル４１、４２を配置し、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを各々供給して処理領域Ｐ１、Ｐ２同士を分離している。この時、分離ガスノズル４１、４２における回転テーブル２の回転方向下流側に、回転テーブル２の上面との間に狭隘な空間Ｓ１を形成するための第１の天井面４４を各々設けている。また、この第１の天井面４４における回転テーブル２の回転方向上流側に、第１の天井面４４よりも高い第２の天井面４５をこの第１の天井面４４に隣接するように各々設けている。そのため、第２の天井面４５と回転テーブル２との間の領域であるガス滞留空間Ｓ２のガスは、下流側の狭隘な空間Ｓ１に侵入しにくくなり、しかもこれら空間Ｓ１、Ｓ２の間には分離ガスが供給されているので、このガス滞留空間Ｓ２に連通する排気口６１、６２に向かって分離ガスと共に排気されていく。従って、処理ガス同士が処理雰囲気において互いに混合することを防止しながら、分離ガスの供給流量を抑えることができる。そのため、処理領域Ｐ１、Ｐ２において各処理ガスが分離ガスにより希釈されることを抑制できるので、良好な膜質の薄膜を形成できる。また、処理雰囲気におけるパーティクルの発生を抑制できる。
即ち、従来の方式では、処理領域Ｐ１、Ｐ２同士の間に極めて狭い空間（狭隘な空間Ｓ１）を形成すると共に、分離ガスを速い流速で当該空間に形成することによって処理領域Ｐ１、Ｐ２同士を互いに分離していた。従って、このような方式では、分離ガスの流量を絞っていくと分離ガスの流速が遅くなり、処理領域Ｐ１、Ｐ２同士を十分に分離できないおそれがあった。一方、分離ガスの流量を大流量に設定すると、各処理ガス同士の混合を防止することができたとしても、処理領域Ｐ１、Ｐ２において各処理ガスが分離ガスにより希釈されることによってウエハＷの表面において十分な反応（Ｓｉ含有ガスの吸着や当該ガスの酸化）が起こらないおそれがあった。
そこで、本発明では、このような狭い空間（狭隘な空間Ｓ１）よりも広いガス滞留空間Ｓ２を分離ガスノズル４１、４２の上流側に各々形成して、分離ガスノズル４１、４２から各々吐出される分離ガスの大部分がガス滞留空間Ｓ２に通流するようにしている。従って、ガス滞留空間Ｓ２では、既述のように回転テーブル２の回転方向とは逆向きのガス流れが形成され、これによりガス滞留空間Ｓ２に入り込んだ処理ガスを速やかに排気できる。そのため、前記従来の方式と比べて分離ガスの流量を抑えながらも、処理領域Ｐ１、Ｐ２同士を分離できる。この時、分離ガスノズル４１、４２から供給される分離ガスのうち一部は狭隘な空間Ｓ１を通過して下流側に吹き出しているので、狭隘な空間Ｓ１においても当然に処理ガスの侵入を阻止できる。
そこで、本発明では、このような狭い空間（狭隘な空間Ｓ１）よりも広いガス滞留空間Ｓ２を分離ガスノズル４１、４２の上流側に各々形成して、分離ガスノズル４１、４２から各々吐出される分離ガスの大部分がガス滞留空間Ｓ２に通流するようにしている。従って、ガス滞留空間Ｓ２では、既述のように回転テーブル２の回転方向とは逆向きのガス流れが形成され、これによりガス滞留空間Ｓ２に入り込んだ処理ガスを速やかに排気できる。そのため、前記従来の方式と比べて分離ガスの流量を抑えながらも、処理領域Ｐ１、Ｐ２同士を分離できる。この時、分離ガスノズル４１、４２から供給される分離ガスのうち一部は狭隘な空間Ｓ１を通過して下流側に吹き出しているので、狭隘な空間Ｓ１においても当然に処理ガスの侵入を阻止できる。
図１２は、既述の成膜装置を用いて、分離ガスノズル４１、４２から供給する分離ガスの流量を種々変えた条件において薄膜を各々成膜すると共に、各々の条件において得られた薄膜について電気抵抗を測定した結果を示している。この実験では、既述の第１の処理ガス及び第２の処理ガスとして、夫々ＴｉＣｌ4（塩化チタン）ガス及びＮＨ3（アンモニア）ガスを用いて、Ｔｉ−Ｎ（窒化チタン）膜を成膜した例を示している。分離ガスの流量が多くなるにつれて、電気抵抗が上昇して膜質が悪くなっていることが分かる。一方、分離ガスの流量が少ない（１００００ｓｃｃｍ以下）時には、電気抵抗が小さく良好な膜質となっている。即ち、分離ガスの流量が多いと、ＮＨ3ガスが希釈されてウエハＷの表面に吸着したＴｉＣｌ4ガスを十分に窒化できていないことが分かる。従って、既述のように、分離ガスの流量を少なく抑えながらも各処理ガス同士の混合を防止することにより、処理ガスの希釈を抑えて良好な膜質の薄膜が得られる。
以上の例では、凸状部４に壁面部４７を設けると共に案内面４９を配置したが、図１３に示すように、これら壁面部４７及び案内面４９を設けなくても良い。即ち、例えば分離ガスノズル４１を例に挙げると、この分離ガスノズル４１の左右両側の凸状部４、４のうち右側（上流側）の凸状部４では、回転テーブル２の回転方向及び半径方向に亘ってガス滞留空間Ｓ２が形成されるように構成しても良い。
また、第２の天井面４５について、処理ガスノズル３１、３２の配置された領域の天井面と同じ高さとなるようにしても良い。更に、分離ガスノズル４１、４２のガス吐出孔３３が下方側を向くように形成したが、ガス吐出孔３３が下方側且つ回転テーブル２の回転方向上流側を向くように形成しても良い。更にまた、排気口６１、６２についてはサイドリング１００に設けることに代えて、真空容器１の側面に形成しても良い。また、案内面４９については、既述の例では垂直に形成したが、例えば当該案内面４９が下方側を向くように、鉛直面に対して傾斜させても良い。
ここで、回転テーブル２の回転数が速くなればなる程、回転テーブル２の回転に連れられて処理ガス同士が互いに混合しやすくなり、また各処理ガスの流量が多くなる程、処理ガスが分離領域Ｄに侵入しやすくなる。従って、本発明は、回転テーブル２の回転数が５ｒｐｍ以上の場合、あるいは各処理ガスの流量が夫々５０ｓｃｃｍ（Ｓｉ含有ガス）以上及び５０００ｓｃｃｍ（Ｏ3ガス）以上の場合に特に大きな効果が得られる。また、分離ガスノズル４１、４２から各々供給される分離ガスの流量について一例を挙げると、１０００〜１００００ｓｃｃｍであり、処理ガスの流量（Ｓｉ含有ガス及びＯ3ガスの合計流量）Ｑで規定すると１００００〜４００００×Ｑｓｃｃｍである。
分離ガスとしては、Ｎ2ガスに代えて、あるいはＮ2ガスと共に、Ａｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスを用いても良い。
分離ガスとしては、Ｎ2ガスに代えて、あるいはＮ2ガスと共に、Ａｒ（アルゴン）ガスなどの不活性ガスを用いても良い。
本発明の基板処理装置としては、既述の例では成膜装置を例に挙げたが、成膜処理以外にも例えばエッチング処理を行う装置として構成しても良い。この場合には、既述の第１の処理ガスとして、例えばポリシリコン膜をエッチングするためのＢｒ（臭素）系のエッチングガスが用いられると共に、第２の処理ガスとして、例えばシリコン酸化膜をエッチングするための例えばＣＦ系のエッチングガスが用いられる。そして、各処理領域Ｐ１、Ｐ２には、各々の処理ガスをプラズマ化するために、高周波電圧を印加するプラズマ源が各々設置される。
ウエハＷ上には、例えばポリシリコン膜とシリコン酸化膜とが交互に複数層に亘って積層されると共に、この積層膜の上層側に、ホールや溝のパターニングされたレジスト膜が形成されている。このウエハＷに対して既述の基板処理装置を用いてエッチング処理を行うと、例えば第１の処理領域Ｐ１において、レジスト膜を介して積層膜の上層側のポリシリコン膜がエッチングされる。次いで、第２の処理領域Ｐ２において、このポリシリコン膜の下層側のシリコン酸化膜がレジスト膜を介してエッチングされ、こうして回転テーブル２の回転により、共通のレジスト膜を介して積層膜が上層側から下層側に向かって順番にエッチングされていく。この場合においても、処理領域Ｐ１、Ｐ２同士の間に分離領域Ｄを設けているので、処理ガス同士が混合することが防止されると共に、分離ガスにより処理ガスが希釈することが抑制されて良好なエッチング処理が行われる。
ウエハＷ上には、例えばポリシリコン膜とシリコン酸化膜とが交互に複数層に亘って積層されると共に、この積層膜の上層側に、ホールや溝のパターニングされたレジスト膜が形成されている。このウエハＷに対して既述の基板処理装置を用いてエッチング処理を行うと、例えば第１の処理領域Ｐ１において、レジスト膜を介して積層膜の上層側のポリシリコン膜がエッチングされる。次いで、第２の処理領域Ｐ２において、このポリシリコン膜の下層側のシリコン酸化膜がレジスト膜を介してエッチングされ、こうして回転テーブル２の回転により、共通のレジスト膜を介して積層膜が上層側から下層側に向かって順番にエッチングされていく。この場合においても、処理領域Ｐ１、Ｐ２同士の間に分離領域Ｄを設けているので、処理ガス同士が混合することが防止されると共に、分離ガスにより処理ガスが希釈することが抑制されて良好なエッチング処理が行われる。
Ｗ ウエハ
Ｄ 分離領域
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
Ｓ１ 狭隘な空間
Ｓ２ ガス滞留空間
１ 真空容器
２ 回転テーブル
４ 凸状部
３１、３２ 処理ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
４４ 第１の天井面
４５ 第２の天井面
Ｄ 分離領域
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
Ｓ１ 狭隘な空間
Ｓ２ ガス滞留空間
１ 真空容器
２ 回転テーブル
４ 凸状部
３１、３２ 処理ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
４４ 第１の天井面
４５ 第２の天井面
Claims (5)
- 真空容器内にて複数種類の処理ガスを順番に基板に供給するサイクルを複数回繰り返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、周方向に沿って基板を載置する基板載置領域をその上面に備えると共に、この基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
この回転テーブルの周方向に互いに離間した処理領域に互いに異なる処理ガスを夫々供給する複数の処理ガス供給部と、
各処理領域の雰囲気を分離するために各処理領域の間に形成された分離領域に対して分離ガスを供給するために、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って伸びるように分離ガスノズルが配置された分離部と、
前記回転テーブルの外縁側に設けられ、前記真空容器内の雰囲気を真空排気するための排気口と、を備え、
前記分離部は、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として下流側に設けられ、前記回転テーブルの上面との間に当該回転テーブルの中央側から外周側に亘って狭隘な空間を形成して、この狭隘な空間への処理ガスの侵入を阻止するための第１の天井面と、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として上流側に設けられ、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って前記第１の天井面よりも高くなるように形成された第２の天井面と、を備え、
前記排気口は、前記第２の天井面と前記回転テーブルとの間の領域であるガス滞留空間に連通するように設けられていることを特徴とする成膜装置。 - 前記ガス滞留空間に対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として上流側には、前記ガス滞留空間に処理ガスが侵入することを抑えるために、前記第２の天井面から前記回転テーブルに向かって伸びる壁面部が前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
- 前記ガス滞留空間よりも外周側における前記回転テーブルの外縁部と前記真空容器の内壁面との間には、前記分離ガスノズルから吐出される分離ガスを前記排気口に案内するために、前記分離ガスノズルの側方側から前記排気口に向かって当該分離ガスノズルの長さ方向に対して交差するように伸びる案内面が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
- 前記分離部は、各処理領域の間に個別に設けられ、
前記排気口は、各分離部に夫々独立して設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。 - 真空容器内にて複数種類の処理ガスを順番に供給するサイクルを複数回繰り返して基板に対して処理を行う基板処理装置において、
前記真空容器内に設けられ、周方向に沿って基板を載置する基板載置領域をその上面に備えると共に、この基板載置領域を公転させるための回転テーブルと、
この回転テーブルの周方向に互いに離間した処理領域に互いに異なる処理ガスを夫々供給する複数の処理ガス供給部と、
各処理領域の雰囲気を分離するために各処理領域の間に形成された分離領域に対して分離ガスを供給するために、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って伸びるように分離ガスノズルが配置された分離部と、
前記回転テーブルの外縁側に設けられ、前記真空容器内の雰囲気を真空排気するための排気口と、を備え、
前記分離部は、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として下流側に設けられ、前記回転テーブルの上面との間に当該回転テーブルの中央側から外周側に亘って狭隘な空間を形成して、この狭隘な空間への処理ガスの侵入を阻止するための第１の天井面と、
前記分離ガスノズルに対して、前記回転テーブルの回転の向きを基準として上流側に設けられ、前記回転テーブルの中央側から外周側に亘って前記第１の天井面よりも高くなるように形成された第２の天井面と、を備え、
前記排気口は、前記第２の天井面と前記回転テーブルとの間の領域であるガス滞留空間に連通するように設けられていることを特徴とする基板処理装置。
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