JP5765154B2 - 基板処理装置及び成膜装置 - Google Patents
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Description
本発明は、回転テーブル上の基板を複数の処理領域を通過させることにより処理する基板処理装置及び成膜装置に関する。
半導体装置の多層配線構造において、下層側の配線層と上層側の配線層との間の層間絶縁膜にこれらの配線層同士を接続するためのコンタクトホールを形成したコンタクト構造では、このコンタクトホール内に埋め込む金属材料としてアルミニウム、タングステン、銅を用いる場合がある。このコンタクトホールの内壁面には、これらのアルミニウム、タングステン、銅が層間絶縁膜内へ拡散するのを防止するためのバリア膜として、例えばＴｉＮ（チタンナイトライド、窒化チタン）膜が形成される。
このようなバリア膜をコンタクトホールの内壁面に形成するにあたり、例えばＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＬＤ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が検討されている。これらの成膜手法においてＴｉＮ膜を成膜する場合には、例えばＴｉＣｌ4（四塩化チタン）ガスを半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に供給してＴｉ分子を吸着させ、次いで例えばＮＨ3（アンモニア）ガスをウエハに供給し、前記Ｔｉ分子を窒化してＴｉＮの分子層を形成する。これら反応ガスを交互に供給することで、前記ＴｉＮの分子層が順次積層される。
このような処理を行う装置として、処理容器内に設けられるウエハを載置する回転テーブルと、上記の各反応ガスが回転テーブル上に供給される処理領域と、回転テーブルの回転方向において処理領域間に設けられ分離ガスが供給される分離領域と、を備える装置を用いることが検討されている。この装置では、回転テーブルの回転によりウエハが上記の各ガスが供給される処理領域を順番に通過する。回転テーブルの回転中にウエハは加熱され、処理領域の各ガスはウエハから熱エネルギーを受けて活性化され、上記のように分子の吸着や窒化が行われる。
しかし、この装置において各反応ガスが処理容器内を拡散することにより、十分な熱エネルギーを受けられなかったり、分離ガスによりその濃度が希釈される場合がある。それによって、十分に前記窒化が行えなかったり、Ｔｉ分子が吸着しなかったりすることで、所望の膜質が得られなくなるおそれがある。
特許文献１は、ガスノズルの上側及び側面を覆うと共に、その下端から回転テーブルの上流側及び下流側に張り出した整流部材を備えた成膜装置について記載されている。しかし、ガスノズルから回転方向上流側に見て、前記整流部材のガスノズルの側面を覆う壁面までの距離については記載されて無い。この距離が小さいと、反応ガスのガスノズルの下方の圧力の上昇により、反応ガスは回転方向上流側に向けて流れ、分離ガスと共に整流部材の上方へ乗り上げて回転方向上流側へと流れてしまう。従って、処理領域における反応ガスの濃度を高めて、確実に基板に処理を行うことができる装置が求められている。
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、処理領域における反応ガスの濃度及び分圧を高めて、前記反応ガスによる基板の処理を確実に行うことができる技術を提供することである。
本発明の基板処理装置は、処理容器内にて回転テーブルの上面側の載置領域に載置された基板を回転テーブルの回転により公転させることにより、反応ガスを夫々供給するための複数の処理領域を順次通過させ、基板にガス処理を行う基板処理装置において、
前記複数の処理領域の少なくとも一つに設けられ、前記載置領域の移動方向と交差するように伸びると共に、その長さ方向に沿って吐出口が形成された反応ガス供給用のガスノズルと、
前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するための分離ガスが供給され、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、
前記処理容器内を排気するための排気口と、
前記ガスノズルに対して前記回転テーブルの回転方向上流側及び回転方向下流側に各々設けられる側壁部と、ガスノズルの上側に設けられ、前記回転方向上流側から流れる分離ガスを、その上方領域にて下流側へと通流させる上壁部と、を含み、前記各側壁部及び上壁部によりガスノズルを囲むように設けられ、当該ガスノズルの周囲に反応ガスを滞留させるためのカバー部材と、
を備え、
前記回転方向上流側の側壁部の下部から、回転方向上流側から流れる分離ガスを前記カバー部材の上方へガイドするためのガイド面が設けられ、
ガスノズルと回転方向上流側の側壁部との間隔は８ｍｍ以上であることを特徴とする。
前記複数の処理領域の少なくとも一つに設けられ、前記載置領域の移動方向と交差するように伸びると共に、その長さ方向に沿って吐出口が形成された反応ガス供給用のガスノズルと、
前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するための分離ガスが供給され、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、
前記処理容器内を排気するための排気口と、
前記ガスノズルに対して前記回転テーブルの回転方向上流側及び回転方向下流側に各々設けられる側壁部と、ガスノズルの上側に設けられ、前記回転方向上流側から流れる分離ガスを、その上方領域にて下流側へと通流させる上壁部と、を含み、前記各側壁部及び上壁部によりガスノズルを囲むように設けられ、当該ガスノズルの周囲に反応ガスを滞留させるためのカバー部材と、
を備え、
前記回転方向上流側の側壁部の下部から、回転方向上流側から流れる分離ガスを前記カバー部材の上方へガイドするためのガイド面が設けられ、
ガスノズルと回転方向上流側の側壁部との間隔は８ｍｍ以上であることを特徴とする。
本発明の具体的態様は例えば下記の通りである。
（１）前記カバー部材は、前記ガスノズルが位置する第１の領域と、当該第１の領域の回転方向上流側に位置し、第１の領域よりも天井の高さが低く形成された第２の領域と、を形成するように前記ガスノズルの周囲に設けられる。
（２）ガイド面は、回転方向上流側に向かって下る傾斜面として形成される。
（３）回転方向上流側の側壁部は、回転方向上流側に向かって張り出した整流板を備え、当該整流板の表面が前記ガイド面を構成する。
（４）前記傾斜面は、前記カバー部材における回転方向上流側の側壁部の表面を構成する。
（５）ガスノズルと上壁部との間には反応ガスが流通するための空間が設けられる。
本発明の成膜装置は、処理容器内にて回転テーブルの上面側の載置領域に載置された基板を回転テーブルの回転により公転させることにより、当該回転テーブル上の基板に各々反応ガスを供給する複数の処理領域を順次通過させ、反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記複数の処理領域の少なくとも一つに設けられ、前記載置領域の移動方向と交差するように伸びると共に、その長さ方向に沿って吐出口が形成された反応ガス供給用のガスノズルと、
前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するための分離ガスが供給され、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、
前記処理容器内を排気するための排気口と、
前記ガスノズルに対して前記回転テーブルの回転方向上流側及び回転方向下流側に各々設けられる側壁部と、ガスノズルの上側に設けられ、前記回転方向上流側から流れる分離ガスを、その上方領域にて下流側へと通流させる上壁部と、を含み、前記各側壁部及び上壁部によりガスノズルを囲むように設けられ、当該ガスノズルの周囲に反応ガスを滞留させるためのカバー部材と、
を備え、
前記回転方向上流側の側壁部の下部から、回転方向上流側から流れる分離ガスを前記カバー部材の上方へガイドするためのガイド面が設けられ、
ガスノズルと回転方向上流側の側壁部との間隔は８ｍｍ以上であることを特徴とする。
（１）前記カバー部材は、前記ガスノズルが位置する第１の領域と、当該第１の領域の回転方向上流側に位置し、第１の領域よりも天井の高さが低く形成された第２の領域と、を形成するように前記ガスノズルの周囲に設けられる。
（２）ガイド面は、回転方向上流側に向かって下る傾斜面として形成される。
（３）回転方向上流側の側壁部は、回転方向上流側に向かって張り出した整流板を備え、当該整流板の表面が前記ガイド面を構成する。
（４）前記傾斜面は、前記カバー部材における回転方向上流側の側壁部の表面を構成する。
（５）ガスノズルと上壁部との間には反応ガスが流通するための空間が設けられる。
本発明の成膜装置は、処理容器内にて回転テーブルの上面側の載置領域に載置された基板を回転テーブルの回転により公転させることにより、当該回転テーブル上の基板に各々反応ガスを供給する複数の処理領域を順次通過させ、反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記複数の処理領域の少なくとも一つに設けられ、前記載置領域の移動方向と交差するように伸びると共に、その長さ方向に沿って吐出口が形成された反応ガス供給用のガスノズルと、
前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するための分離ガスが供給され、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、
前記処理容器内を排気するための排気口と、
前記ガスノズルに対して前記回転テーブルの回転方向上流側及び回転方向下流側に各々設けられる側壁部と、ガスノズルの上側に設けられ、前記回転方向上流側から流れる分離ガスを、その上方領域にて下流側へと通流させる上壁部と、を含み、前記各側壁部及び上壁部によりガスノズルを囲むように設けられ、当該ガスノズルの周囲に反応ガスを滞留させるためのカバー部材と、
を備え、
前記回転方向上流側の側壁部の下部から、回転方向上流側から流れる分離ガスを前記カバー部材の上方へガイドするためのガイド面が設けられ、
ガスノズルと回転方向上流側の側壁部との間隔は８ｍｍ以上であることを特徴とする。
本発明によれば、ガスノズルの周囲に反応ガスを滞留させるカバー部材が設けられ、このカバー部材の回転方向上流側の側壁部とガスノズルとの間隔が広く設定される。それによって、カバー部材内に供給される反応ガスが回転方向上流側からカバー部材の上方に回り込むことを抑えながら、反応ガスをガスノズルの周囲に滞留させることができる。その結果として、処理領域の反応ガスの濃度及び分圧が低下することを抑えることができるので、基板に確実に処理を行うことができ、また成膜を行う際に基板に形成される膜質の低下を防ぐことができる。
本発明の基板処理装置の実施形態である成膜装置１について説明する。この成膜装置１は、基板である半導体ウエハＷにＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）及びＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）を行う。図１、図２、図３は夫々成膜装置１の縦断側面図、概略斜視図、横断平面図である。成膜装置１は、概ね円形状の扁平な真空容器（処理容器）１１と、真空容器１１内に水平に設けられた円形の回転テーブル２と、を備えている。真空容器１１の周囲は大気雰囲気であり、真空容器１１内はウエハＷ処理時に真空雰囲気となる。真空容器１１は、天板１２と、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３とにより構成されている。図１中１１ａは、真空容器１１内を気密に保つためのシール部材であり、１３ａは容器本体１３の中央部を塞ぐカバーである。
回転テーブル２は回転駆動機構１４に接続され、回転駆動機構１４によりその中心軸周りに周方向に回転する。回転テーブル２の表面側（一面側）には、前記回転方向に沿って５つの基板載置領域である凹部２１が形成されており、この凹部２１に基板であるウエハＷが載置される。そして、回転テーブル２の回転により凹部２１のウエハＷが前記中心軸周りに公転する。図中１５はウエハＷの搬送口である。図３中１６は搬送口１５を開閉自在なシャッタである（図２では省略している）。各凹部２１の底面には図示しない３つの孔が回転テーブル２の厚さ方向に形成されており、この孔を介して昇降自在な不図示の昇降ピンが回転テーブル２の表面にて突没し、ウエハＷの搬送機構３Ａと凹部２１との間でウエハＷの受け渡しを行う。
回転テーブル２上には、当該回転テーブル２の外周から中心へ向かって伸びる棒状の第１の反応ガスノズル３１、分離ガスノズル３２、第２の反応ガスノズル３３及び分離ガスノズル３４が、この順で周方向に配設されている。これらのガスノズル３１〜３４の下方には、ノズル長さ方向に沿って多数の吐出口３５が形成され、回転テーブル２の径に沿って夫々ガスを供給する。成膜処理時には第１の反応ガスノズル３１はＴｉＣｌ4ガスを、第２の反応ガスノズル３３はＮＨ3ガスを夫々吐出する。分離ガスノズル３２、３４はＮ2（窒素）ガスを吐出する。また、第２の反応ガスノズル３３の周囲には滞留空間形成部材５が設けられており、この部材及び滞留空間については後に詳しく説明する。
真空容器１１の天板１２は、下方に突出する扇状の２つの突状部３６を備え、突状部３６は周方向に間隔をおいて形成されている。前記分離ガスノズル３２、２４は、夫々突状部３６にめり込むと共に、当該突状部３６を周方向に分割するように設けられている。前記第１の反応ガスノズル３１及び第２の反応ガスノズル３３は、各突状部３６から離れて設けられている。
第１の反応ガスノズル３１の下方のガス供給領域を第１の処理領域Ｐ１とする。また、第２の反応ガスノズル３３の周囲の滞留空間内を第２の処理領域Ｐ２とする。突状部３６、３６の下方は分離領域Ｄ、Ｄとして構成されている。成膜処理時に分離ガスノズル３２、３４から前記分離領域Ｄに供給されたＮ2ガスが、当該分離領域Ｄを周方向に広がり、回転テーブル２上でＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスとが混合されることを防ぎ、排気口３７，３７へと押し流す。これら排気口３７は、真空容器１１の底面において処理領域Ｐ１、Ｐ２と、回転テーブル２の回転方向に見て当該処理領域Ｐ１、Ｐ２に隣り合う分離領域Ｄとの間から、回転テーブル２の径方向外側へ向かった位置に開口している。
また、この成膜処理時には、回転テーブル２の中心部領域３８にＮ2ガスが供給される。天板１２において、円形に下方に突出した突状部３９の下方を介して、このＮ2ガスが回転テーブル２の径方向外側に供給され、前記中心部領域３８でのＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスとの混合が防がれる。突状部３９の外周には突状部３６、３６の内周が接続されている。また、図示は省略しているが、カバー１３ａ内及び回転テーブル２の裏面側にもＮ2ガスが供給され、反応ガスがパージされるようになっている。
真空容器１１の底部、即ち回転テーブル２の下方には回転テーブル２から離れた位置にヒータ４１が設けられている。ヒータ４１の回転テーブル２への輻射熱により回転テーブル２が昇温し、凹部２１に載置されたウエハＷが加熱される。図中４２はヒータ４１表面に成膜されることを防ぐためのシールドである。
続いて、滞留空間形成部材（カバー部材）５について説明する。図４、図５は夫々滞留空間形成部材５の上側斜視図、下側斜視図である。また、図３のＡ−Ａ矢視断面を図６に示している。これらの各図も参照しながら説明を続ける。滞留空間形成部材５は第２の反応ガスノズル３３の周囲を囲い、ＮＨ3ガスの滞留空間５１を形成する役割を有している。この滞留空間５１は、第２の反応ガスノズル３３から供給されるＮＨ3ガスを当該第２の反応ガスノズル３３の周囲に滞留させ、第２の反応ガスノズル３３の周囲のＮＨ3ガスの濃度を高めて、ＮＨ3ガスによる窒化処理を確実に行う役割を有する。
滞留空間形成部材５は、平面視扇状に構成されており、回転テーブル２の中央部側から外周側へ向かって広がるように形成されている。そして、不図示の固定具により真空容器１１内に回転テーブル２から浮いた状態で固定されている。滞留空間形成部材５は、第２の反応ガスノズル３３の上側を覆う上壁部５２と、前記反応ガスノズル３３の回転方向上流側の側面を覆う上流側壁部５３と、反応ガスノズル３３の回転方向下流側の側部を覆う下流側壁部５４と、回転テーブル２の外周側に設けられる外周側壁部５５と、回転テーブル２の中央側に設けられる中央側壁部５６とを備えており、これら壁部に囲まれて前記滞留空間５１が形成されている。滞留空間５１は平面視扇形状である。外周側壁部５５には反応ガスノズル３３を滞留空間５１に差し込むための切り欠き５５ａが設けられている。
図６に示すように上壁部５２に対して第２の反応ガスノズル３３は離れて設けられており、上壁部５２と第２の反応ガスノズル３３との間をＮＨ3ガスが流通できるようになっている。図６中ｈ１で示す前記上壁部５２と第２の反応ガスノズル３３との間隔は、例えば１ｍｍ〜２０ｍｍ、この例では２ｍｍに設定されている。また、滞留空間５１に十分な濃度のガスを滞留させるために、図６中ｈ２で示す上壁部５２と回転テーブル２との間隔は、例えば１２ｍｍ〜３０ｍｍに設定される。上壁部５２は、その上側に水平な水平面５２ａを備えている。水平面５２ａは、真空容器１１の天板１２から離れて形成され、天板１２と水平面５２ａとの間はＮ2ガスの通流空間５７として構成されている。
上流側壁部５３は垂直面５３ａと、この垂直面５３ａに連続し、回転方向下流側に向かうにつれて上昇する傾斜面５３ｂとを備えており、傾斜面５３ｂの下流側は前記水平面５２ａに連続している。垂直面５３ａ及び傾斜面５３ｂは回転方向上流側から流れるＮ2ガスが乗り上げて前記水平面５２ａ上へとガイドするガイド面として形成されている。また、滞留空間５１へのＮ2ガスの流入を防ぎ、滞留空間５１のＮＨ3ガスの濃度を高くするために、回転テーブル２から上流側壁部５３までの高さｈ３は１ｍｍ〜５ｍｍに設定されている。
ところで、第２の反応ガスノズル３３から吐出されたＮＨ3ガスは回転テーブル２に衝突し、回転方向上流側及び下流側に広がる。このとき第２の反応ガスノズル３３と上流側壁部５３との距離が小さいと、回転方向上流側へ向かって流れたＮＨ3ガスが上流側壁部５３と回転テーブル２との隙間から滞留空間５１の外側へと漏れ出し、Ｎ2ガスと共に上流側壁部５３により通流空間５７へとガイドされてしまう。つまり、滞留空間５１のＮＨ3ガス濃度が低下してしまう。そこで、このような滞留空間５１のＮＨ3ガス濃度の低下を防ぐために第２の反応ガスノズル３３と上流側壁部５３の内側の側壁５３ｃとの距離Ｌ１を適切に設定することが必要になる。
上記のように滞留空間５１は扇状に形成されているため、図６中の距離Ｌ１は反応ガスノズル３３の長さ方向の各位置において異なり、回転テーブル２の中心側に向かうほど小さくなるが、この反応ガスノズル３３の長さ方向の各位置において８ｍｍ以上になるように設定される。なお、上記のように図６は図３に鎖線で示すＡ−Ａ断面であり、図３で示した第２の反応ガスノズル３３の側壁の点Ｔ１と上流側壁部５３の内壁の点Ｔ２との鎖線に沿った長さは例えば３４１．５５ｍｍである。
余剰のＮＨ3ガスを排気させると共に滞留空間５１のＮＨ3ガスの濃度の低下を防ぐために、図６にｈ４で示す回転テーブル２から下流側壁部５４までの高さは例えば１ｍｍ〜５ｍｍになるように設定されている。また、図３で示した第２の反応ガスノズル３３の側壁の点Ｔ３と下流側壁部５４の内壁の点Ｔ４との距離は例えば３０．３４ｍｍである。
続いて、この成膜装置１の作用について説明する。搬送口１５からウエハ搬送機構３ＡがウエハＷを保持した状態で真空容器１１内に進入し、搬送口１５に臨む位置における凹部２１の孔から回転テーブル２上に不図示の昇降ピンが突出してウエハＷを突き上げ、凹部２１とウエハ搬送機構３Ａとの間でウエハＷが受け渡される。各凹部２１内にウエハＷが載置されると、排気口３７、３７に夫々接続された真空ポンプにより排気が行われて真空容器１１内が排気され、真空容器１１内が所定の圧力の真空雰囲気になる。そして、図７中矢印４３で示すように回転テーブル２が平面視時計回りに回転すると共にヒータ４１が昇温し、輻射熱により回転テーブル２のウエハＷが例えば３５０℃に加熱される。
続いて、各ガスノズル３１〜３４からガスが供給され、ウエハＷは第１の反応ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１と第２の反応ガスノズル３３の下方の第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過する。図７では、実線の矢印で反応ガスの流れを、点線の矢印で分離ガスの流れを夫々示している。第１の処理領域Ｐ１でウエハＷにＴｉＣｌ4ガスが供給されてその分子が吸着し、次いで滞留空間５１（第２の処理領域Ｐ２）でＮＨ3ガスが供給されて、ウエハＷ表面のＴｉ分子が窒化される。それによってウエハＷにＴｉＮの分子層が１層あるいは複数層形成され、回転テーブル２の回転が続けられることによりＴｉＮの分子層が順次積層される。
また、分離ガスノズル３２、３４から前記分離領域Ｄに供給されたＮ2ガスが、当該分離領域Ｄを周方向に広がり、回転テーブル２上でＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスとが混合されることを防ぐ。また、この成膜処理時には、回転テーブル２の中心部領域３８にＮ2ガスが供給される。天板１２において、円形状に下方に突出した突状部３９の下方を介して、このＮ2ガスが回転テーブル２の径方向外側に供給され、回転テーブル２の表面側中央部でのＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスとの混合が防がれる。また、図示は省略しているが、カバー１３ａ内及び回転テーブル２の裏面側にもＮ2ガスが供給され、反応ガスがパージされるようになっている。
図８では滞留空間形成部材５の周囲のガスの流れを矢印で示している。図７と同様に実線の矢印は反応ガスであるＮＨ3ガスの流れを、点線の矢印はＮ2ガスの流れを夫々示している。滞留空間形成部材５に向けて、回転方向上流側から流れるＮ2ガスは滞留空間形成部材５の上流側壁部５３の傾斜面５３ｂへと乗り上げ、滞留空間形成部材５上の通流空間５７へガイドされる。この通流空間５７の回転方向下流側に開口した排気口３７により排気が行われているため、前記Ｎ2ガスは通流空間５７を前記下流側へと流れ、前記排気口３７に流入して真空容器１１から除去される。
滞留空間５１においては反応ガスノズル３３から吐出されたＮＨ3ガスが回転テーブル２に衝突し、回転方向上流側及び下流側に向けて拡散する。このとき、滞留空間形成部材５の各壁部によりＮＨ3ガスの拡散が抑えられ、反応ガスノズル３３の周囲の滞留空間５１におけるＮＨ3ガスの濃度が高くなる。滞留空間５１が狭い閉鎖された空間であるため、吐出されたＮＨ3ガスは滞留空間５１を形成する壁部及び回転テーブル２に衝突しながら流れる乱流となる。そして、既述のように反応ガスノズル３３と前記上流側壁部５３の側壁５３ｃとの間隔が大きく設定されているため、回転方向上流側に向かって流れるＮＨ3ガスにより、前記間隔におけるＮＨ3ガスの分圧が過度に高くなることが抑えられる結果として、当該ＮＨ3ガスが滞留空間５１の外側に流出して上流側壁部５３の表面へ回り込むことが抑えられる。
そして、滞留空間５１に滞留されるＮＨ3ガスはウエハＷ及び回転テーブル２により加熱されて活性化され、ウエハＷ表面のＴｉ分子に吸着されて、ＴｉＮ膜が形成される。反応ガスノズル３３から回転方向上流側に向かった余剰のＮＨ3ガスは、前記排気口３７により排気が行われているため、回転方向下流側へと引き戻され、反応ガスノズル３３と滞留空間形成部材５との隙間からさらに前記下流側へと向かい、下流側壁部５２と回転テーブル２の隙間を通って滞留空間５１の外部へと流出する。そして、前記排気口３７により排気されて除去される。反応ガスノズル３３から回転方向下流側に向かった余剰のＮＨ3ガスについても同様に下流側壁部５２と回転テーブル２の隙間を通って排気口３７から除去される。上記のように、滞留空間５１内でＮＨ3ガスは乱流となることから、反応ガスノズル３３より吐出されてから排気されるまでの時間が長くなる。このようなＮＨ3ガスの流れも滞留空間５１のＮＨ3ガスの濃度及び分圧が高まることに寄与することになる。
所定の回数、回転テーブル２が回転して所定の膜厚のＴｉＮ膜が形成されると、各ガスの供給が停止し、ヒータ４１の出力が低下し、ウエハＷの温度が低下する。そして、昇降ピンが凹部２１内のウエハＷを突き上げ、前記ウエハ搬送機構３Ａが突き上げられたウエハＷを受け取り、真空容器１１の外に搬出する。
この成膜装置１によれば滞留空間形成部材５が設けられることにより、第２の反応ガスノズル３３の周囲からのＮＨ3ガスの拡散が抑えられると共に反応ガスノズル３３の周囲へＮ2ガスが流入してＮＨ3ガスが希釈されることが抑えられる。また、反応ガスノズル３３の周囲、即ちウエハＷ表面におけるＮＨ3ガスの滞留時間を長くすることができる。それによって、当該第２の反応ガスノズル３３の周囲におけるＮＨ3ガスの分圧及び濃度を高くすることができると共に、前記ＮＨ3ガスを十分に加熱して活性化させてウエハＷに対する反応性を高めることができる。従ってより確実に窒化処理を行うことができ、ウエハＷに形成されるＴｉＮ膜の膜質の向上を図ることができる。
上記の例では第２の反応ガスノズル３３の周囲に滞留空間形成部材５を設けているが、第１の反応ガスノズル３１の周囲及び第２の反応ガスノズル３３の周囲に滞留空間形成部材５を設けてもよいし、第１の反応ガスノズル３１の周囲にだけ滞留空間形成部材５を設けてもよい。第１の反応ガスノズル３１の周囲に滞留空間形成部材５を設けた場合は、第１の反応ガスノズル３１の周囲にＴｉＣｌ4ガスの分圧及び濃度を高くすることができると共にＴｉＣｌ4分子を十分に加熱することができるので、ウエハＷへのＴｉＣｌ4分子の吸着を確実に行うことができる。
また、成膜装置１はＴｉＮ膜を形成することに限られない。第１、第２の反応ガスノズル３１、３３から夫々例えばビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガス、オゾン（Ｏ3）ガスを夫々吐出して、ウエハＷに酸化シリコン膜を形成する場合にも、滞留空間形成部材５を適用してＢＴＢＡＳガスの分子のウエハＷへの吸着及びＯ3ガスによる酸化をより確実に行うことができる。
続いて滞留空間形成部材の他の実施形態について説明する。図９は滞留空間形成部材６が設けられた回転テーブル２の平面図であり、図１０は図９のＢ−Ｂ矢視縦断側面図である。滞留空間形成部材６について、滞留空間形成部材５との差異点を説明する。滞留空間形成部材６により形成される滞留空間６１は高い天井を持つ第１の領域６２と、低い天井を持つ第２の領域６３とにより構成されている。第１の領域６２及び第２の領域６３は夫々扇状に形成され、第１の領域６２は回転方向下流側に、第２の領域６３は回転方向上流側に位置している。
第２の反応ガスノズル３３は第１の領域６２に設けられ、第１の領域６２と第２の領域６３との境界に沿って伸びている。第１の領域６２と第２の領域６３との間でＮＨ3ガスが流通できるように、第２の領域６３の天井部と第２の反応ガスノズル３３の側部とは離れており、図１０に示す前記天井部とノズルの側部との距離Ｌ２は、この例では２．５ｍｍに設定されている。第２の反応ガスノズル３３と上流側壁部５３の側壁５３ｃとの距離Ｌ１は、滞留空間形成部材５と同様に設定されている。また、滞留空間形成部材５について既述したその他の各寸法についても、滞留空間形成部材６では滞留空間形成部材５と同様に設定されている。
また、このように第１の領域６２の天井と第２の領域６３の天井との高さが異なることにより、上壁部５３の上面には段差６４が形成されている。通流空間５７に流れ込んだＮ2ガスは、この段差６４を乗り越えて回転方向下流側に向かって流れて排気される。滞留空間形成部材６の周囲において、Ｎ2ガス及びＮＨ3ガスは、既述した滞留空間形成部材５の周囲と同様に流れるが、第２の領域６３は天井を低く構成していることにより、ＮＨ3ガスの分圧及び濃度をより高くすることができる。従って、この滞留空間形成部材６は、ＮＨ3ガスによる窒化処理をより確実に行うことができる。
更に他の滞留空間形成部材の構成例について、既述の滞留空間形成部材との差異点を中心に説明する。図１１、図１２、図１３は、滞留空間形成部材７の夫々斜視図、縦断斜視図、縦断側面図である。この滞留空間形成部材７における上流側壁部５３、下流側壁部５４、外周側壁部５５及び中央側壁部５６は垂直な板状に構成され、これらの各壁部５３〜５６の各下部から水平方向外側に整流板７１が張り出している。外周側壁部５５から回転テーブル２外方に向かって張り出した整流板７１の先端部は下方側に屈曲され、立て板７２として構成されている。図１２に示すように立て板７２は回転テーブル２の外側を覆い、滞留空間５１のＮＨ3ガスの濃度をより高める役割を有する。なお、既述の滞留空間形成部材５、６にこのような立て板７２を設けてもよい。
このように滞留空間形成部材７を囲むように設けられる整流板７１において、上流側壁部５３から回転方向上流側に張り出した部分を整流板７３とする。また、下流側壁部５４から回転方向上流側に張り出した部分を整流板７４とする。前記整流板７３の表面７３ａは、図１３に示すように回転方向上流側から流れるＮ2ガスを乗り上げさせて通流空間５７へガイドするガイド面を構成している。図１３に示す整流板７３の長さＬ３は、例えば５ｍｍ〜１００ｍｍである。
整流板７４は下方のＮＨ3ガス濃度を高めて反応を促進させる役割を有する。この滞留空間形成部材７においても第２の反応ガスノズル３３と上流側壁部５３との間隔Ｌ１は滞留空間形成部材５と同様に構成されている。このような滞留空間形成部材７を用いても滞留空間形成部材５と同様の効果が得られる。
ところで、既述の各例では滞留空間５１において、回転方向下流側に反応ガスノズル３３が配置されているが、既述のガスノズルと上流側壁部との間隔Ｌ１が既述の範囲に設定されるのであればこのように反応ガスノズルを配置することに限られない。つまり、図１４に示すように滞留空間５１において回転方向上流側に反応ガスノズルを配置してもよいし、滞留空間５１を回転方向に等分するように反応ガスノズルを配置してもよい。また、例えば図１５に示すように整流板７３の回転方向の長さよりも滞留空間５１の回転方向の長さが短くてもよい。また、このように整流板７１を備えるように滞留空間形成部材を構成した場合においても、図１６に示すように滞留空間形成部材６と同様、回転テーブル２からの天井の高さが互いに異なる領域６２、６３によって滞留空間６１を構成することができる。また、滞留空間５１は平面視扇状に形成することに限られず、例えば図１７に示すように平面視多角形状に構成してもよい。
また、上記の例では成膜装置への各滞留空間形成部材の適用例について示したが、成膜装置に適用することに限られない。例えば、一方の処理領域では反応ガスをウエハＷに供給してウエハＷに成膜を行い、他方の処理領域では不活性ガスを供給して、ウエハＷに形成された膜のアニール処理を行う装置に適用してもよいし、一方の処理領域でそのように成膜を行い、他方の処理領域では酸化用ガスを供給すると共にその酸化用ガスをプラズマ化して膜の酸化を行う装置に適用することもできるし、各処理領域でウエハＷにガスを供給することにより、ウエハＷに形成された膜のエッチング処理を行う装置に適用することもできる。
（評価試験１）
本発明に関連して行った評価試験について説明する。シミュレーションにより上記の滞留空間形成部材５を備えた成膜装置１において、分離ガスノズル３２、３４からのＮ2ガスの流量を変化させ、滞留空間５１内の処理領域Ｐ２における所定の位置の抵抗値ｏｈｍ／ｓｑ（square）を測定した。この抵抗値が大きいほどＮ2ガスの滞留空間５１内への進入量が多いことを示す。前記Ｎ2ガスの流量は５０００ｓｃｃｍ、８０００ｓｃｃｍ、１００００ｓｃｃｍに各々設定した。この実験を評価試験１−１とする。また、シミュレーションにより滞留空間形成部材５が設けられないことを除いて、評価試験１−１と同様の条件で抵抗値を測定した。この実験を評価試験１−２とする。
本発明に関連して行った評価試験について説明する。シミュレーションにより上記の滞留空間形成部材５を備えた成膜装置１において、分離ガスノズル３２、３４からのＮ2ガスの流量を変化させ、滞留空間５１内の処理領域Ｐ２における所定の位置の抵抗値ｏｈｍ／ｓｑ（square）を測定した。この抵抗値が大きいほどＮ2ガスの滞留空間５１内への進入量が多いことを示す。前記Ｎ2ガスの流量は５０００ｓｃｃｍ、８０００ｓｃｃｍ、１００００ｓｃｃｍに各々設定した。この実験を評価試験１−１とする。また、シミュレーションにより滞留空間形成部材５が設けられないことを除いて、評価試験１−１と同様の条件で抵抗値を測定した。この実験を評価試験１−２とする。
図１８のグラフは評価試験１−１、１−２の結果を示したグラフである。グラフの横軸は前記Ｎ2ガスの流量であり、縦軸は前記抵抗値である。Ｎ2ガス流量の設定流量に関わらず、評価試験１−１は評価試験１−２よりも低い抵抗値を示している。また、評価試験１−２ではＮ2ガスの流量が増えるに従って抵抗値が次第に上昇している。しかし、評価試験１−１ではＮ2ガスの流量を変えても抵抗値の変動量が小さい。つまり、評価試験１−１ではＮ2ガスの処理領域Ｐ２への流れ込みが抑えられている。従って、この評価試験１から既述した滞留空間形成部材５の効果が示された。
（評価試験２）
シミュレーションにより、既述の第２の反応ガスノズル３３の周囲に滞留空間形成部材５を設けた成膜装置１を設定し、処理領域Ｐ２におけるウエハＷの抵抗値を測定した。この抵抗値の測定箇所はウエハＷの面内に間隔をおいて多数設定した。これを評価試験２−１とする。また、シミュレーションにより、滞留空間形成部材５を設けない他は評価試験２−１と同様の条件でウエハＷの面内の抵抗値を測定する試験を行った。これを評価試験２−２とする。
シミュレーションにより、既述の第２の反応ガスノズル３３の周囲に滞留空間形成部材５を設けた成膜装置１を設定し、処理領域Ｐ２におけるウエハＷの抵抗値を測定した。この抵抗値の測定箇所はウエハＷの面内に間隔をおいて多数設定した。これを評価試験２−１とする。また、シミュレーションにより、滞留空間形成部材５を設けない他は評価試験２−１と同様の条件でウエハＷの面内の抵抗値を測定する試験を行った。これを評価試験２−２とする。
評価試験２−１における各測定箇所の抵抗値の平均は２２９．０ｏｈｍ／ｓｑ、評価試験２−２における各測定箇所の抵抗値の平均は２５９．０ｏｈｍ／ｓｑであった。このように評価試験２−２よりも評価試験２−１では抵抗値が低いため、処理領域Ｐ２へのＮ2ガスの流入が抑えられていることが示された。また、図１９、図２０は夫々評価試験２−１、２−２で測定された抵抗値に基づいて、ウエハＷ面内の抵抗値の分布を等高線により示した図である。実線の等高線で囲まれる領域は比較的抵抗値が高い領域を示し、点線の等高線で囲まれる領域は比較的抵抗値が低い領域を示している。また、これらの領域の境界を鎖線の等高線で示している。
評価試験２−２では評価試験２−１に比べて等高線の間隔が密になっており、ウエハＷ面内で抵抗値分布のばらつきが大きくなっている。従って、この評価試験２により滞留空間形成部材を設けることで、ウエハＷ表面へのＮ2ガスの供給を抑えることができることと、それによるウエハＷ表面のガスの分布のばらつきを抑えることができることが示された。つまり、滞留空間形成部材を設けることで、ウエハＷ面内に高濃度の反応ガスを均一性高く供給し、この反応ガスによる処理を確実に均一性高く行うことができる。
Ｗ ウエハ
Ｄ 分離領域
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
１ 成膜装置
１１ 真空容器
２ 回転テーブル
２１ 凹部
２２ テーブル本体
３１、３３ 反応ガスノズル
３２、３４ 分離ガスノズル
４１ ヒータ
５ 滞留空間形成部材
５１ 滞留空間
Ｄ 分離領域
Ｐ１、Ｐ２ 処理領域
１ 成膜装置
１１ 真空容器
２ 回転テーブル
２１ 凹部
２２ テーブル本体
３１、３３ 反応ガスノズル
３２、３４ 分離ガスノズル
４１ ヒータ
５ 滞留空間形成部材
５１ 滞留空間
Claims (7)
- 処理容器内にて回転テーブルの上面側の載置領域に載置された基板を回転テーブルの回転により公転させることにより、反応ガスを夫々供給するための複数の処理領域を順次通過させ、基板にガス処理を行う基板処理装置において、
前記複数の処理領域の少なくとも一つに設けられ、前記載置領域の移動方向と交差するように伸びると共に、その長さ方向に沿って吐出口が形成された反応ガス供給用のガスノズルと、
前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するための分離ガスが供給され、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、
前記処理容器内を排気するための排気口と、
前記ガスノズルに対して前記回転テーブルの回転方向上流側及び回転方向下流側に各々設けられる側壁部と、ガスノズルの上側に設けられ、前記回転方向上流側から流れる分離ガスを、その上方領域にて下流側へと通流させる上壁部と、を含み、前記各側壁部及び上壁部によりガスノズルを囲むように設けられ、当該ガスノズルの周囲に反応ガスを滞留させるためのカバー部材と、
を備え、
前記回転方向上流側の側壁部の下部から、回転方向上流側から流れる分離ガスを前記カバー部材の上方へガイドするためのガイド面が設けられ、
ガスノズルと回転方向上流側の側壁部との間隔は８ｍｍ以上であることを特徴とする基板処理装置。 - 前記カバー部材は、前記ガスノズルが位置する第１の領域と、
当該第１の領域の回転方向上流側に位置し、第１の領域よりも天井の高さが低く形成された第２の領域と、を形成するように前記ガスノズルの周囲に設けられることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。 - 前記ガイド面は、回転方向上流側に向かって下る傾斜面として形成されることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
- 前記傾斜面は、前記カバー部材における回転方向上流側の側壁部の表面を構成することを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
- 回転方向上流側の側壁部は、回転方向上流側に向かって張り出した整流板を備え、当該整流板の表面が前記ガイド面を構成することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
- ガスノズルと上壁部との間には反応ガスが流通するための空間が設けられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の基板処理装置。
- 処理容器内にて回転テーブルの上面側の載置領域に載置された基板を回転テーブルの回転により公転させることにより、当該回転テーブル上の基板に各々反応ガスを供給する複数の処理領域を順次通過させ、反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置において、
前記複数の処理領域の少なくとも一つに設けられ、前記載置領域の移動方向と交差するように伸びると共に、その長さ方向に沿って吐出口が形成された反応ガス供給用のガスノズルと、
前記複数の処理領域の雰囲気を互いに分離するための分離ガスが供給され、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、
前記処理容器内を排気するための排気口と、
前記ガスノズルに対して前記回転テーブルの回転方向上流側及び回転方向下流側に各々設けられる側壁部と、ガスノズルの上側に設けられ、前記回転方向上流側から流れる分離ガスを、その上方領域にて下流側へと通流させる上壁部と、を含み、前記各側壁部及び上壁部によりガスノズルを囲むように設けられ、当該ガスノズルの周囲に反応ガスを滞留させるためのカバー部材と、
を備え、
前記回転方向上流側の側壁部の下部から、回転方向上流側から流れる分離ガスを前記カバー部材の上方へガイドするためのガイド面が設けられ、
ガスノズルと回転方向上流側の側壁部との間隔は８ｍｍ以上であることを特徴とする成膜装置。
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