JP5794194B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板に対して処理ガスを用いて処理を行うための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）などの薄膜を成膜する手法として、例えば特許文献１に記載の装置を用いたＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。この装置では、回転テーブル上に５枚のウエハを周方向に並べると共に、この回転テーブルの上方側に複数のガスノズルを配置して、公転している各々のウエハに対して互いに反応する複数種類の反応ガスを順番に供給している。回転テーブル上には、各々のウエハを落とし込んで保持するための凹部が配置されており、従って凹部は、ウエハの外縁にクリアランスを設けるため（ウエハを着脱自在に保持するため）に、平面で見た時にウエハよりも一回り大きくなるように形成されている。

このような装置において多数枚のウエハに対して順次処理を行う時には、例えば回転テーブルをある温度（成膜温度）に維持したまま、５枚のウエハに対して成膜処理を行った後、これらウエハを取り出して、次いで後続の未処理の５枚のウエハを回転テーブルに載置して処理を開始することになる。従って、未処理のウエハが例えば常温の場合には、回転テーブルに載置された各々のウエハは、始め面内において温度ばらつきが生じ、その後前記成膜温度に向かって次第に均熱化（加熱）されていく。また、未処理のウエハについて、例えば前記成膜処理とは別の熱処理が予め施されている場合には、冷却のための装置や時間を別途設けるとスループットの低下やコストアップに繋がってしまうことから、回転テーブルに載置されるまでの搬送経路において、例えば周囲の雰囲気や部材を介した自然放熱によって降温して、その後ある温度で回転テーブルに載置される。この時、ウエハの外端部側では中央部側よりも周囲の雰囲気に接触しやすく、またウエハの裏面側の一部が当該ウエハよりも低温のピック（アーム）により支持される。そのため、熱処理が予め施されているウエハについては、回転テーブルに載置される時、面内において温度ばらつきが既に生じており、その後回転テーブルからの入熱により次第に均熱化される。

ここで、ウエハの面内において温度ばらつきが生じていると、ウエハが上に凸に（山状に）反る場合がある。このようにウエハが反っていると、当該ウエハは中央部が回転テーブルから浮いた状態となるように、外端縁にて回転テーブルと接触する。そして、反ったウエハは、回転テーブルによって均熱化されていくにつれて、次第に平坦になっていく。この時、ウエハが平坦化するにあたって、当該ウエハの外端縁が回転テーブルの表面に対して擦れながら外縁側に広がっていくので、ウエハのエッジ（外端縁）や回転テーブルの表層が削られてパーティクルが発生してしまう。このパーティクルは、例えばウエハが水平に伸び切った時に、当該ウエハの外端縁側を回り込んでウエハの表面に付着するおそれがある。また、ウエハが山状に反ったまま回転テーブルを回転させると、この回転テーブルの遠心力によってウエハが前記クリアランスの分だけ当該回転テーブルの外縁側に移動するので、同様にパーティクルが発生してしまう。

一方、既述の常温のウエハや熱処理が予め施されているウエハについて、面内に亘って温度が揃うまで、即ち平坦になるまで、例えば回転テーブルの上方側に僅かに離間した位置にて待機させようとすると、ウエハを待機させておく時間の分だけスループットが低下してしまう。また、平坦なウエハであっても、前記遠心力によって移動する時にウエハの裏面と回転テーブルの表面とが擦れ合うことによってパーティクルが発生してしまう。
特許文献２には、半導体ウエーハの裏面Ｗｂの外周縁Ｗｅに対して、ウエーハ載置面１１の外周縁１１ｅを内側に位置させているが、ウエハを公転させることや、ウエハを公転させた時のパーティクルの挙動については記載されていない。

特開２０１０−２３９１０２ 特開２００９−２５３１１５

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、回転テーブルにより公転している基板に対して処理ガスを用いて処理を行うにあたり、スループットの低下を抑えながら、また面内における処理の均一性を確保しながら、基板へのパーティクルの付着を抑制できる基板処理装置を提供することにある。

本発明の基板処理装置は、
真空容器内にて回転テーブル上に載置した円形の基板を公転させながら基板に対して処理ガスを供給して処理を行う基板処理装置において、
前記回転テーブルの表面に設けられ、前記基板よりも径が大きい円形の凹部と、
前記基板が載置された時にこの基板の下面が前記回転テーブルの表面よりも低くなるように前記凹部内に設けられた円形の載置台と、
前記載置台上の基板に対して処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
前記真空容器内を真空排気するための真空排気機構と、を備え、
前記載置台は、前記回転テーブルの回転に伴う遠心力によって基板が前記凹部の内壁面に接触した時に、基板の周縁部が全周に亘って前記載置台からはみ出す大きさに設定され、
前記載置台の中心は、前記凹部の中心よりも前記回転テーブルの外周部側に偏心していることを特徴とする。

前記遠心力によって基板が前記凹部の内壁面に接触した時、前記載置台からの基板の周縁部の突き出し量は、当該基板の周方向に亘って１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。前記凹部の中心及び前記載置台の中心は、前記回転テーブルの半径方向に互いに離間するように各々配置されていることが好ましい。前記載置台上の基板を加熱するための加熱機構を備え、前記処理ガスは、基板に薄膜を成膜するためのものであっても良い。

本発明は、基板よりも径が大きくなるように回転テーブルの表面に形成された凹部の底面に、基板を載置するための載置台を設けると共に、この載置台について、回転テーブルの回転に伴う遠心力によって基板が凹部の内壁面に接触した時に、基板の周縁部が全周に亘って載置台からはみ出す大きさに設定している。そして、この載置台の中心について、凹部の中心に対して回転テーブルの外周部側に偏心させている。そのため、遠心力によって基板が移動した時、載置台からの基板の周縁部の突き出し量について、当該基板の周方向に亘って、基板の裏面側にて発生したパーティクルが表面側に舞い上がることを抑制できる寸法を確保しつつ、処理ガスが基板の裏面側に回り込める程度の大きなスペースが形成されることを抑制できる。従って、基板が山状に反っている場合であっても、回転テーブルに当該基板を載置した後直ぐに基板の公転を開始できるので、スループットの低下を抑制しつつ、且つ面内における処理の均一性を確保しながら、基板へのパーティクルの付着を抑えることができる。

本発明の基板処理装置の一例を示す縦断面である。 前記基板処理装置の横断平面図である。 前記基板処理装置の横断平面図である。 前記基板処理装置の内部の一部を示す斜視図である。 前記基板処理装置の内部の一部を示す縦断面図である。 前記基板処理装置の回転テーブルの一部を示す平面図である。 従来の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 従来の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 従来の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 従来の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 従来の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 従来の回転テーブルの作用を示す斜視図である。 本発明の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 本発明の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 本発明の回転テーブルの作用を示す平面図である。 本発明の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 本発明の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 本発明の回転テーブルの作用を示す縦断面図である。 前記基板処理装置の他の例の一部を示す縦断面図である。 前記基板処理装置の他の例の一部を示す縦断面図である。 前記基板処理装置の他の例の一部を示す平面図である。 前記基板処理装置の別の例を示す横断平面図である。 本発明の実施例において得られた特性を示す特性図である。 比較例において得られた特性を示す特性図である。 比較例において得られた特性を示す特性図である。 実施例及び比較例において得られた特性を示す特性図である。

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６を参照して説明する。この基板処理装置は、図１〜図４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と共に例えば石英により構成された回転テーブル２と、を備えており、ウエハＷに対して成膜処理を行う成膜装置として構成されている。そして、この基板処理装置は、後で詳述するように、例えば山状に（上に凸に）反っているウエハＷに対して成膜処理を行う場合であっても、スループットの低下を抑えつつ、且つ面内における成膜処理の均一性を確保しながら、ウエハＷへのパーティクルの付着を抑制できるように構成されている。続いて、この基板処理装置の各部について以下に説明する。

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、窒素（Ｎ2）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の底面部１４の上方側には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられており、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを成膜温度例えば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、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。

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（回転機構）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の下方領域に窒素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。

回転テーブル２の表面部には、図２〜図３に示すように、円板状（円形）のシリコンにより構成されたウエハＷを落とし込んで保持するために、円形の凹部２４が基板載置領域として設けられており、この凹部２４は、当該回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば５箇所に形成されている。各々の凹部２４は、ウエハＷの外縁との間に隙間領域（クリアランス）を設けるために、平面で見た時にウエハＷよりも径が大きくなるように形成されている。具体的には、ウエハＷの直径寸法ｒ及び凹部２４の直径寸法Ｒは、図５に示すように、夫々例えば３００ｍｍ及び３０２ｍｍとなっている。また、回転テーブル２の直径寸法は、例えば１０００ｍｍ程度となっている。図４中２４ａ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３本の昇降ピン（図示せず）が突没する貫通孔である。尚、図２及び図３では、凹部２４の直径寸法Ｒについて簡略化して描画しており、また貫通孔２４ａについては図４以外では記載を省略している。

各々の凹部２４の底面には、図４〜図６に示すように、ウエハＷの中央部を下方側から支持するための載置台２５が凸設部として設けられており、各々の載置台２５は、扁平な円筒形状となるように構成されると共に、上端面が水平面として形成されている。これら載置台２５は、ウエハＷの周縁部を周方向に亘って凹部２４の底面から浮かせるために、即ち当該周縁部が載置台２５に触れない（載置台２５からはみ出す）ように、平面で見た時にウエハＷよりも小さい円状となるように形成されている。従って、載置台２５は、当該載置台２５上にウエハＷが載置されると、このウエハＷの外端縁（周縁部）が周方向に亘って凹部２４の底面を臨むように形成されている。こうして凹部２４の内壁面と載置台２５の外壁面との間には、リング状の溝２６が形成されていると言える。載置台２５の高さ寸法ｈは、０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍ程度この例では０．０３ｍｍとなっており、この載置台２５上にウエハＷを載置すると、当該ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面とが揃うように、言い換えると回転テーブル２の表面よりもウエハＷの下面が低くなるように設定されている。載置台２５の直径寸法ｄは、例えば２９７ｍｍとなっている。

載置台２５は、図５及び図６に示すように、平面で見た時に、凹部２４に対して回転テーブル２の外周部側に偏心するように配置されている。具体的には、平面で見た時におけるこれら凹部２４及び載置台２５の中心位置を夫々Ｏ１及びＯ２とすると、中心位置Ｏ２は、中心位置Ｏ１に対して回転テーブル２の外周部側に例えば０．５ｍｍ離間している。従って、この例では、図６に示すように、中心位置Ｏ１、Ｏ２は、回転テーブル２の半径方向に互いに離間するように、当該半径方法に沿って伸びるライン１０上に並んでいる。

この時、既述の溝２６を平面で見た時の幅寸法（凹部２４の内壁面と載置台２５の外壁面との間の寸法）を「幅寸法Ｌ」と呼ぶと共に、回転テーブル２の中央部側及び外周部側における幅寸法Ｌに夫々「１」及び「２」の添え字を付すと、幅寸法Ｌ１及び幅寸法Ｌ２は、夫々３ｍｍ及び２ｍｍとなっている。回転テーブル２の回転方向における幅寸法Ｌは、これら幅寸法Ｌ１と幅寸法Ｌ２との間の寸法となっており、前記中央部側から前記外周部側に向かうにつれて小さくなっている。こうして幅寸法Ｌは、周方向に亘って２ｍｍ〜３ｍｍとなっている。また、回転テーブル２の遠心力によってウエハＷの外端縁が凹部２４の内周面に接触した時、載置台２５の上端縁からウエハＷの外端縁が突き出している長さ寸法（突き出し量）ｔは、周方向に亘って１ｍｍ〜２ｍｍとなる。このように載置台２５を凹部２４に対して偏心させた理由について、以下に詳述する。尚、図６などでは、幅寸法Ｌについて誇張して大きく描画している。

始めに、載置台２５を設けずに、凹部２４の底面にウエハＷを直接載置した場合について説明する。既に詳述したように、回転テーブル２に載置する前の未処理のウエハＷが常温の場合には、当該回転テーブル２にウエハＷを載置すると、面内において温度ばらつきが生じて、その後成膜温度に向かって昇温すると共に、温度ばらつきが小さくなっていく。一方、基板処理装置とは別の熱処理装置にてウエハＷに対して既に別の熱処理が行われている場合には、当該基板処理装置への搬送途中においてウエハＷの自然放熱が行われることになり、この時の降温速度は、ウエハＷの面内において不均一となる。従って、ウエハＷに対して予め熱処理が行われている場合には、回転テーブル２に載置された時、ウエハＷは既に温度ばらつきが生じており、その後回転テーブル２からの入熱により次第に温度ばらつきが小さくなっていく。

そのため、未処理のウエハＷについて、常温の場合であっても、既に熱処理が行われている場合であっても、回転テーブル２に載置された時に、面内において温度ばらつきが生じる。この時、ウエハＷの温度ばらつきに基づいて、当該ウエハＷが山状に（上に凸に）反る場合があり、このようにウエハＷが山状に反っていると、ウエハＷは、中央部が回転テーブル２の表面から離間すると共に、外端縁にて回転テーブル２と接触することになる。そして、図７に示すように、この山状に反ったウエハＷが凹部２４の底面に直接載置されていると、ウエハＷの均熱化に伴って当該ウエハＷが平坦に伸びていく時に、ウエハＷの外端縁と回転テーブル２の表面（詳しくは凹部２４の底面）とが互いに擦れ合い、パーティクルが発生する。このパーティクルは、図８に示すように、例えばウエハＷが水平に伸び切った時に、当該ウエハＷの外端縁側を回り込んでウエハＷの表面に付着してしまう。従って、ウエハＷの表面におけるパーティクルの付着数をできるだけ少なくするためには、凹部２４の底面にウエハＷを直接載置することは好ましくない。

一方、図９に示すように、高さ寸法が例えば３０μｍあるいは１５０μｍ程度のピン状の突起部２７を凹部２４の底面に複数箇所に設けて、これら突起部２７を介してウエハＷをいわば浮かせた状態で支持した場合には、ウエハＷの外端縁が凹部２４の底面から上方側に離間する。そのため、ウエハＷが山状に反っている場合であっても、既述のパーティクルの発生については抑制されるので、ウエハＷの表面へのパーティクルの付着についても抑えられる。しかしながら、このようにウエハＷを浮かせて支持した場合には、後述の実施例に示すように、面内における処理（例えば薄膜の膜厚）が不均一になってしまう。即ち、例えばウエハＷの外周部に供給される処理ガスの一部がウエハＷの裏面側に回り込むので、当該外周部では中央部よりも処理ガスの供給量が少なくなり、処理が面内においてばらついてしまう。また、突起部２７に接触している部位と、互いに隣接する突起部２７、２７間において凹部２４の底面から浮いた部位とでは、ウエハＷの加熱温度が僅かに異なることからも、ウエハＷの面内における処理がばらついてしまう。更に、処理ガスが成膜ガス（吸着ガス）の場合には、この処理ガスがウエハＷの裏面側に回り込んだ分だけ当該裏面側にパーティクルが付着してしまう。従って、このようにウエハＷをいわば浮いた状態で支持する場合には、ウエハＷの表面側についてはパーティクルの付着が抑えられるが、処理の均一性及び裏面パーティクルについては好ましくない。

そこで、凹部２４の底面に既述の載置台２５を設けることにより、ウエハＷの外端縁が凹部２４の底面に接触せず、しかもウエハＷの裏面側への処理ガスの回り込みが抑制されるので、ウエハＷの表面側のパーティクル、ウエハＷの裏面側のパーティクル及び処理の均一性について、いずれも良好な結果が得られると考えられる。即ち、載置台２５によりウエハＷを支持する場合には、凹部２４の底面にウエハＷを直接載置した時（図７や図８）と、ウエハＷを凹部２４の底面から浮いた状態で支持した時（図９）と、の両者の利点が得られると考えられる。しかしながら、ウエハＷに対して凹部２４が一回り大きく形成されており、しかもウエハＷは処理中には回転テーブル２により公転する。そのため、処理中のウエハＷは、回転テーブル２の遠心力によって、ウエハＷの外縁と凹部２４の内縁との間のクリアランスの分だけ、凹部２４内において当該回転テーブル２の外周部側に寄った位置に移動する。従って、載置台２５を凹部２４の中央に設けただけだと、即ち背景の項で述べた特許文献２の技術では、ウエハＷの表面側のパーティクルあるいは処理の均一性について良好な結果が得られない。

具体的には、凹部２４の中央に載置台２５を配置した場合（幅寸法Ｌ１、Ｌ２をいずれも２．５ｍｍに設定した場合）には、回転テーブル２の遠心力によりウエハＷが凹部２４内において当該回転テーブル２の外周部側に移動すると、図１０に示すように、回転テーブルの中央側では、載置台２５の上端縁からのウエハＷの外端縁の突き出し量ｔが例えば０．５ｍｍ程度と外周側（２．５ｍｍ）よりも小さくなる。そのため、回転テーブル２の中央部側において、ウエハＷの裏面側にパーティクルが発生した場合には、このパーティクルがウエハＷの外端縁側を回り込んでウエハＷの表面側に付着してしまうおそれがある。

一方、図１１に示すように、回転テーブル２の遠心力によってウエハＷが当該回転テーブル２の外周部側にずれた時に、回転テーブル２の中央部側においても例えば１ｍｍ程度の十分な突き出し量ｔが確保されるように、例えば載置台２５の直径寸法ｄを短くした場合には、当該中央部側ではウエハＷの表面側へのパーティクルの回り込みについては抑制される。具体的には、直径寸法ｄについては例えば２９６ｍｍに設定すると共に、幅寸法Ｌ１、Ｌ２についてはいずれも３．０ｍｍに設定した場合には、中央部側及び外周部側の突き出し量ｔは夫々１ｍｍ及び３ｍｍとなる。しかし、回転テーブル２の外周部側では、突き出し量ｔが大きくなりすぎて、ウエハＷの外端縁の下方側には、広い空間Ｓが形成されるので、図１２にも示すように、当該空間Ｓに処理ガスが回り込んでしまう。そのため、ウエハＷの面内における処理が不均一になると共に、この外端縁の裏面側にパーティクルが付着しやすくなってしまう。言い換えると、このように広い空間ＳがウエハＷの裏面側に形成されると、当該裏面側では既述の図９のように突起部２７により支持された時と同様の特性劣化が生じる。

そこで、本発明では、既に詳述したように、載置台２５について、凹部２４に対して回転テーブル２の外周部側に偏心した位置に形成している。具体的にこの載置台２５の形成方法の一例について説明すると、ウエハＷの外端縁の突き出し量ｔをある寸法に設定する時には、回転テーブル２の外周部側では、載置台２５の外周端について、回転テーブル２の外周部側における凹部２４の内縁から前記突き出し量ｔの分だけ回転テーブル２の中央部側に離れた位置に形成する。また、回転テーブル２の中央部側では、載置台２５の外周端について、回転テーブル２の中央部側における凹部２４の内縁から、ウエハＷの外端縁と凹部２４の内縁との間のクリアランスの分だけ、突き出し量ｔよりも余分に外周部側に離間した位置に設定する。こうしてウエハＷが円形であり、従って載置台２５についても円形に形成していることから、当該載置台２５は、中心位置Ｏ１、Ｏ２が回転テーブル２の半径方向に互いに離間して並ぶように、凹部２４に対して回転テーブル２の外周部側に偏心した位置に形成される。

この例では、前記突き出し量ｔについて、回転テーブル２の中央部側及び外周部側の寸法を夫々１ｍｍ及び２ｍｍに設定しており、従って載置台２５の直径寸法ｄは、２９７ｍｍ（＝３０２ｍｍ（凹部２４の直径寸法Ｒ）−１ｍｍ（中央部側の突き出し量ｔ）−２ｍｍ（外周部側の突き出し量ｔ）−２ｍｍ（凹部２４とウエハＷとの間のクリアランス寸法））となっている。また、幅寸法Ｌ１は、中央部側の突き出し量ｔに前記クリアランス寸法を足した寸法（＝３ｍｍ）となり、幅寸法Ｌ２は、外周部側の突き出し量ｔと同じ寸法（＝２ｍｍ）になる。

続いて、基板処理装置の各部の説明に戻ると、図２及び図３に示すように、以上説明した凹部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５本のノズル３１、３２、３４、４１、４２が真空容器１の周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、３４、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。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周り（回転テーブル２の回転方向）にプラズマ発生用ガスノズル３４、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。プラズマ発生用ガスノズル３４の上方側には、図１に示すように、当該プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出されるガスをプラズマ化するために、後述のプラズマ発生部８０が設けられている。

処理ガスノズル３１、３２は、夫々第１の処理ガス供給部、第２の処理ガス供給部をなし、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。尚、図２及び図４はプラズマ発生用ガスノズル３４が見えるようにプラズマ発生部８０及び後述の筐体９０を取り外した状態、図３はこれらプラズマ発生部８０及び筐体９０を取り付けた状態を表している。

各ノズル３１、３２、３４、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の処理ガス例えばオゾン（Ｏ3）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガスの供給源（詳しくはオゾナイザーの設けられた酸素ガス供給源）に接続されている。プラズマ発生用ガスノズル３４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素ガスとの混合ガスからなるプラズマ発生用ガスの供給源に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスである窒素（Ｎ2）ガスのガス供給源に各々接続されている。これらガスノズル３１、３２、３４、４１、４２の例えば下面側には、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。

処理ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々第１の処理ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びウエハＷに吸着した第１の処理ガスの成分と第２の処理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。この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、図２及び図３に示すように、概略扇形の凸状部４が設けられており、分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４内に収められている。従って、分離ガスノズル４１、４２における回転テーブル２の周方向両側には、各処理ガス同士の混合を阻止するために、前記凸状部４の下面である低い天井面が配置され、この天井面の前記周方向両側には、当該天井面よりも高い天井面が配置されている。凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。

次に、既述のプラズマ発生部８０について説明する。このプラズマ発生部８０は、金属線からなるアンテナ８３をコイル状に巻回して構成されており、回転テーブル２の中央部側から外周部側に亘ってウエハＷの通過領域を跨ぐように配置されている。また、このアンテナ８３は、整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に接続されると共に、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように配置されている。即ち、既述のプラズマ発生用ガスノズル３４の上方側における天板１１は、平面的に見た時に概略扇形に開口しており、例えば石英などからなる筐体９０によって気密に塞がれている。この筐体９０は、周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出すと共に、中央部が真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されており、この筐体９０の内側に前記アンテナ８３が収納されている。図１中１１ａは、筐体９０と天板１１との間に設けられたシール部材であり、９１は、筐体９０の周縁部を下方側に向かって押圧するための押圧部材である。また図１中８６は、プラズマ発生部８０と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極である。

筐体９０の下面は、当該筐体９０の下方領域へのＮ2ガスやＯ3ガスなどの侵入を阻止するために、図１に示すように、外縁部が周方向に亘って下方側（回転テーブル２側）に垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部９２をなしている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、既述のプラズマ発生用ガスノズル３４が収納されている。

筐体９０とアンテナ８３との間には、図１及び図３に示すように、上面側が開口する概略箱型のファラデーシールド９５が配置されており、このファラデーシールド９５は、導電性の板状体である金属板により構成されると共に接地されている。このファラデーシールド９５の底面には、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるために、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように形成されたスリット９７が周方向に亘ってアンテナ８３の下方位置に設けられている。ファラデーシールド９５とアンテナ８３との間には、これらファラデーシールド９５とアンテナ８３との絶縁を取るために、例えば石英からなる絶縁板９４が介在している。

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、リング状のサイドリング１００が配置されており、このサイドリング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、真空容器１の底面部１４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、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分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。第２の排気口６２は、プラズマ発生用ガスノズル３４と、当該プラズマ発生用ガスノズル３４よりも回転テーブルの回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されている。

第１の排気口６１は、第１の処理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、第２の処理ガス及び分離ガスに加えて、プラズマ発生用ガスを排気するためのものである。そして、筐体９０の外縁側におけるサイドリング１００の上面には、当該筐体９０を避けてガスを第２の排気口６２に通流させるための溝状のガス流路１０１が形成されている。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。

天板１１の下面における中央部には、図２に示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて第１の処理ガスと第２の処理ガスとが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。このラビリンス構造部１１０は、回転テーブル２側から天板１１側に向かって周方向に亘って垂直に伸びる第１の壁部１１１と、天板１１側から回転テーブル２に向かって周方向に亘って垂直に伸びる第２の壁部１１２と、を回転テーブル２の半径方向に交互に配置した構成を採っている。

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、この搬送口１５を臨む位置における回転テーブル２の下方側には、回転テーブル２の貫通口２４ａを介してウエハＷを裏面側から持ち上げるための図示しない昇降ピンが設けられている。

また、この基板処理装置には、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及び改質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、後述の装置の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。この時、回転テーブル２は、当該回転テーブル２上に載置されるウエハＷが成膜温度例えば３００℃程度となるように、ヒータユニット７によって既に加熱されている。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。これらウエハＷは、凹部２４の中央位置に各々載置され、従って当該凹部２４の内周面から周方向に亘って離間するように（接触しないように）配置される。この時、各々のウエハＷは、常温であるか、あるいは既に別の熱処理が既に施されていて、回転テーブル２上に載置された時、図１３に示すように、当該ウエハＷの面内における温度ばらつきに基づいて山状に反る場合がある。

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を例えば２ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍで時計周りに回転させる。各々のウエハＷは、図１４に示すように、回転テーブル２の遠心力により、凹部２４内において当該回転テーブル２の外周部側に移動する。この時、ウエハＷが成膜温度に到達するまでの時間を待たずに回転テーブル２を回転させているので、ウエハＷが山状に反っている場合には平坦化する前に（反ったまま）外周部側に移動する。しかし、ウエハＷが移動する時、ウエハＷの外端縁は回転テーブル２の表面や載置台２５の表面から離間しているので、当該外端縁と載置台２５との摺動によるパーティクルの発生が抑制される。

ここで、回転テーブル２を静止状態から回転させると、各々のウエハＷは静止したままでいようとするので、当該回転テーブル２の回転方向後方側（回転テーブル２の進行方向とは反対方向）に移動しようとする。しかし、ウエハＷの外端縁が回転テーブル２の外周部側における凹部２４の内周面に接触するように、前記遠心力によりウエハＷがいわば押されるので、凹部２４及び遠心力により回転テーブル２の回転方向におけるウエハＷの位置が規制され、結果として図１５に示すように当該回転方向両側における突き出し量ｔが揃う。従って、回転テーブル２によりウエハＷが公転している時、前記突き出し量ｔは周方向に亘って１ｍｍ〜２ｍｍとなる。

そして、以下に説明する成膜処理を行っている間に、あるいは各処理ガスの供給を開始する前に、回転テーブル２からの入熱によって、ウエハＷは成膜温度に向かって次第に昇温していき、その後面内に亘ってこの成膜温度にて温度が揃う。従って、ウエハＷが山状に反っていても、図１６に示すように平坦化する。この時、ウエハＷが平坦化するにあたり、当該ウエハＷの外端縁が外側に向かって伸びるように移動するが、このウエハＷの外端縁が載置台２５から離間しているので、同様にパーティクルの発生が抑えられる。

この時、回転テーブル２の遠心力によってウエハＷが回転テーブル２の外周部側に移動する時に、ウエハＷの裏面と載置台２５の表面とが擦れ合うことによりパーティクルが発生する。しかし、図１７に示すように、ウエハＷの裏面側のパーティクルから見ると、ウエハＷの外端縁が１ｍｍ〜２ｍｍもの長さに亘って周方向に沿って水平に伸び出している。そのため、パーティクルはウエハＷの外端縁を回り込みにくくなっているので、ウエハＷの表面側への付着が抑制される。

そして、処理ガスノズル３１、３２から夫々第１の処理ガス及び第２の処理ガスを吐出すると共に、プラズマ発生用ガスノズル３４からプラズマ発生用ガスを吐出する。また、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からも窒素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と共に、プラズマ発生部８０に対して高周波電力を供給する。

この時、ウエハＷに対して供給される各処理ガスは、ウエハＷの外端縁と凹部２４の内周面との間の隙間を介してウエハＷの裏面側の領域に回り込もうとするが、既述のように突き出し量ｔを設定していて当該領域にはガスが容易に回り込める程の大きなスペースがないので、ガスの回り込みが抑制される。従って、ウエハＷの裏面側へのパーティクルの付着が抑えられると共に、ウエハＷの表面には各処理ガスが均一に供給される。また、このように突き出し量ｔを設定していることから、載置台２５の上方側の領域ではウエハＷの温度が均一となり、また当該領域を介して外周部側に速やかに伝熱し、こうして各々のウエハＷは面内において温度が揃う。

そして、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において第１の処理ガスが吸着し、次いで第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷ上に吸着した第１の処理ガスと第２の処理ガスとの反応が起こり、薄膜成分であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）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、反応生成物中には、例えば第１の処理ガスに含まれる残留基のため、水分（ＯＨ基）や有機物などの不純物が含まれている場合がある。

一方、プラズマ発生部８０の下方側では、高周波電源８５から供給される高周波電力により発生した電界及び磁界のうち電界は、ファラデーシールド９５により反射あるいは吸収（減衰）されて、真空容器１内への到達が阻害される（遮断される）。磁界は、ファラデーシールド９５のスリット９７を通過して、筐体９０の底面を介して真空容器１内に到達する。従って、プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出されたプラズマ発生用ガスは、スリット９７を介して通過してきた磁界によって活性化されて、例えばイオンやラジカルなどのプラズマが生成する。

そして、磁界により発生したプラズマ（活性種）がウエハＷの表面に接触すると、反応生成物の改質処理が行われる。具体的には、例えばプラズマがウエハＷの表面に衝突することにより、例えばこの反応生成物から前記不純物が放出されたり、反応生成物内の元素が再配列されて緻密化（高密度化）が図られたりすることになる。こうして回転テーブル２の回転を続けることにより、ウエハＷ表面への第１の処理ガスの吸着、ウエハＷ表面に吸着した第１の処理ガスの成分の反応及び反応生成物のプラズマ改質がこの順番で多数回に亘って行われて、反応生成物が積層されて薄膜が形成される。この時、既述のように各々のウエハＷに対して各ガスが面内に亘って均一に供給され、またウエハＷの面内における温度が揃っていることから、薄膜の膜厚は面内に亘って均一となる。

また、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間に窒素ガスを供給しているので、第１の処理ガスと第２の処理ガス及びプラズマ発生用ガスとが互いに混合しないように各ガスが排気される。更に、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。

上述の実施の形態によれば、ウエハＷを落とし込んで収納するための凹部２４について、ウエハＷよりも大きく形成すると共に、ウエハＷよりも小さく形成した載置台２５をこの凹部２４内に形成している。そして、この載置台２５について、ウエハＷが回転テーブル２の遠心力によって当該回転テーブル２の外周部側に移動した時、ウエハＷの外端縁が周方向に亘って載置台２５の上端縁から突き出す（はみ出す）ように、凹部２４の中心位置に対して載置台２５の中心位置を外周部側に偏心させている。そのため、突き出し量ｔについて、ウエハＷの周方向に亘って、ウエハＷの裏面側で発生したパーティクルが表面側に舞い上がることを抑制できる寸法を確保しつつ、処理ガスがウエハＷの裏面側に回り込める程度の大きなスペースが形成されることを抑制できる。従って、面内に亘って膜厚の均一性の高い処理を行うことができると共に、ウエハＷへのパーティクルの付着を抑制できる。そのため、ウエハＷが山状に反っていても、回転テーブル２に載置して直ぐに処理（回転テーブル２の回転）を開始できるので、スループットの低下を抑制できる。

ここで、回転テーブル２の遠心力によってウエハＷの外端縁が凹部２４の内周面に接触した時の突き出し量ｔとしては、既述のように、小さすぎるとパーティクルがウエハＷの表面側に回り込みやすくなり、一方大きすぎると面内における膜厚の均一性が悪くなったりウエハＷの裏面にパーティクルが付着しやすくなることから、ウエハＷの周方向に亘って１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。
既述の例では、突き出し量ｔについて、回転テーブル２の外周部側及び中央部側にて夫々２ｍｍ及び１ｍｍに設定したが、周方向に亘って例えば２ｍｍに設定しても良い。この場合には、載置台２５の直径寸法ｄ、幅寸法Ｌ１及び幅寸法Ｌ２は、例えば夫々２９６ｍｍ、４ｍｍ及び２ｍｍに設定される。

ここで、以上説明した基板処理装置の他の例について列挙する。図１９は、載置台２５について、上端面から下方側に向かう程、直径寸法ｄが大きくなるように形成した例を示している。また、図２０は、載置台２５の直径寸法ｄについて、上端面から下方側に向かう程小さくなるように形成した例を示している。図１９や図２０の場合であっても、ウエハＷの突き出し量ｔは既述の例と同様に設定される。

また、図２１は、平面で見た時に載置台２５をウエハＷと同心円状に形成することに代えて、外周面に凹凸を設けた例を示している。この場合であっても、突き出し量ｔは、ウエハＷの周方向に亘って既述の例と同じ範囲内に設定される。また、凹部２４の直径寸法Ｒについては、ウエハＷよりも一回り大きくなるように、具体的にはウエハＷの直径寸法ｒよりも１ｍｍ〜２ｍｍ程度大きい寸法となるように形成され、従って載置台２５の直径寸法ｄや幅寸法Ｌ１、Ｌ２については、突き出し量ｔが既述の範囲となるように、凹部２４の直径寸法Ｒに応じて適宜設定される。更に、以上の各例では凹部２４及び載置台２５の中心位置Ｏ１、Ｏ２について、回転テーブル２の半径方向に並べて配置したが、例えば中心位置Ｏ１に対して、中心位置Ｏ２を回転テーブル２の外周部側にずらすと共に、当該回転テーブル２の周方向に僅かに離間させても良い。このような場合であっても、回転テーブル２の遠心力によってウエハＷの外端縁が凹部２４の内壁面に接触した時、突き出し量ｔは既述の範囲内に設定される。

更に、以上説明した基板処理装置における成膜処理としては、既述のシリコン酸化膜以外にも、以下の表１の左欄に示す反応生成物を成膜しても良い。この表１において反応生成物の右側には、各々の成膜処理に用いられる各処理ガスの一例についても併記しており、またシリコン酸化膜を成膜する時に用いられるガス種についても既に説明した各ガスとは別の例を示している。
（表１）

従って、プラズマ発生用ガスについても、反応生成物の種別に応じて適宜変更しても良い。

また、以上説明した基板処理装置としては、成膜処理と共にプラズマ改質処理を行う例を挙げたが、例えば成膜処理を行った後のウエハＷに対してプラズマ処理を行うように構成しても良い。この場合には、図２２に示すように、回転テーブル２を鉛直軸周りに回転させると共に、プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出される処理ガス（プラズマ発生用ガス）をプラズマ化することにより、ウエハＷ上に形成された薄膜の改質処理が行われる。このような基板処理装置の場合には、ウエハＷへのパーティクルの付着が抑制されると共に、ウエハＷの裏面側へのプラズマ発生用ガスの回り込みが抑えられるため、面内に亘って均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。

以上の各例では、回転テーブル２を石英により構成した例について説明したが、石英に代えて、カーボン（Ｃ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、アルミニウム（Ａｌ）などにより回転テーブル２を構成しても良い。更に、回転テーブル２を鉛直軸周りに回転させるにあたり、既述の各例では時計回りに回転させる例について説明したが、反時計回りに回転させて以上述べた各処理を行うようにしても良い。

既述の図１の基板処理装置を用いて、５枚のウエハ１〜５に対して成膜処理を行ったところ、以下の表２及び図２３に示すように、これらウエハ１〜５の表面に付着したパーティクルは極めて少なかった。
（表２：実施例）

一方、既述の図７及び図８に記載の回転テーブル２を用いて同様の処理を行ったところ（比較例１）、表３及び図２４に示すように、ウエハ１〜５の表面におけるパーティクルは増加していた。
（表３：比較例１）

また、図９の回転テーブル２の場合（比較例２）についての結果を表４及び図２５に示すと、ウエハ１〜５の表面に付着するパーティクルについては、実施例よりも少なくなっていた。
（表４：比較例２）

しかし、ウエハＷの裏面側に付着するパーティクルについては、表５及び図２６に示すように、比較例２では実施例よりも多くなっていた。
（表５）

また、以上説明したウエハ１〜５の表面のパーティクル及び裏面のパーティクルの結果を纏めると共に、各ウエハ１〜５に成膜した薄膜の面内における均一性の結果を表６に示す。
（表６）

この表６から分かるように、本発明では、薄膜の膜厚について高い均一性を確保しながら、パーティクルの付着を抑制できる。

Ｗ ウエハ
１ 真空容器
２ 回転テーブル
２４ 凹部
２５ 載置台
２６ 溝
３１、３２ 処理ガスノズル
６１、６２ 排気口

Claims (4)

1. 真空容器内にて回転テーブル上に載置した円形の基板を公転させながら基板に対して処理ガスを供給して処理を行う基板処理装置において、
   前記回転テーブルの表面に設けられ、前記基板よりも径が大きい円形の凹部と、
   前記基板が載置された時にこの基板の下面が前記回転テーブルの表面よりも低くなるように前記凹部内に設けられた円形の載置台と、
   前記載置台上の基板に対して処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
   前記真空容器内を真空排気するための真空排気機構と、を備え、
   前記載置台は、前記回転テーブルの回転に伴う遠心力によって基板が前記凹部の内壁面に接触した時に、基板の周縁部が全周に亘って前記載置台からはみ出す大きさに設定され、
   前記載置台の中心は、前記凹部の中心よりも前記回転テーブルの外周部側に偏心していることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記遠心力によって基板が前記凹部の内壁面に接触した時、前記載置台からの基板の周縁部の突き出し量は、当該基板の周方向に亘って１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記凹部の中心及び前記載置台の中心は、前記回転テーブルの半径方向に互いに離間するように各々配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記載置台上の基板を加熱するための加熱機構を備え、
   前記処理ガスは、基板に薄膜を成膜するためのものであ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基板処理装置。

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