JP6221932B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の基板を、原料ガスの供給領域、原料と反応する反応ガスの供給領域、を順次通過させることにより基板上に原料を吸着させ、次いで原料と反応ガスとを反応させて成膜する装置に関する。

半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」と言う）にシリコン酸化膜などの薄膜を成膜する手法として、いわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を行う成膜装置が知られている。このＡＬＤ法を実施する装置として、特許文献１に記載されるように、真空容器内の回転テーブル上に配置した複数のウエハを回転テーブルにより公転させ、原料ガスが供給される領域と、原料ガスと反応する反応ガスが供給される領域を順番に通過させる構成が知られている。この装置では、原料ガスは回転テーブルの径方向に伸びると共にその長さ方向に沿ってガス吐出孔が形成されたガスノズルにより供給され、ガスノズルの上に整流板を設けてウエハに対する原料ガスの吸着効率を高めることが行われている。

前記原料ガスのガスノズルからは、原料ガスと共にキャリアガスである窒素ガスが供給されているが、このキャリアガスの流量によって原料ガスの吐出量がガスノズルの長さ方向において変化する。このためキャリアガスの流量を適正な値に設定して、ガスノズルの長さ方向のガス濃度を調整し、良好な面内均一性を確保する必要がある。
このキャリアガスの流量調整による膜厚の面内均一性の制御は、装置の立ち上げ時やメンテナンス等により装置を組み立て直した場合にも行われている。しかしながら特許文献１の装置では、高い面内均一性を確保するためのキャリアガスの流量範囲が狭く、装置間やメンテナンス前後におけるキャリアガス流量の合わせ込みが困難であって調整作業が煩わしいという問題がある。

特開２０１１−１００９５６号公報

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、原料ガスノズルから原料ガスと共にキャリアガスを供給し、キャリアガスの流量により膜厚の面内均一性を調整するにあたり、より広範囲のキャリアガス流量に対して良好な面内均一性を確保し、面内均一性の調整作業を容易にする技術を提供することにある。

このため本発明の成膜装置は、真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の基板を、原料ガスの供給領域、原料と反応する反応ガスの供給領域、を順次通過させることにより基板上に原料を吸着させ、次いで原料と反応ガスとを反応させて成膜する装置において、
前記回転テーブルの上方に固定して設けられ、前記回転テーブルの回転方向と交差して伸びると共にその長さ方向に沿って原料ガス及びキャリアガスの混合ガスを吐出するガス吐出孔が形成された原料ガスノズルと、
前記原料ガスノズルにおける前記回転方向の上流側及び下流側からガスノズルの長さ方向に沿って張り出す整流板部と、
前記原料ガスの供給領域と反応ガスの供給領域とを分離するために真空容器内の中央部側から前記回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを供給する中央部領域と、
前記中央部領域からの分離ガスが前記整流板部と回転テーブルとの間に流入することを抑えるために、前記原料ガスのガス吐出孔よりも回転テーブルの中心部側にて前記整流板部から回転テーブルに向けて突出する突起部と、
前記真空容器内を真空排気するための排気口と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の基板を、原料ガスの供給領域、原料と反応する反応ガスの供給領域を順次通過させて成膜を行うにあたり、中央部領域を設けて真空容器内の中央部側から分離ガスを供給し、前記原料ガスの供給領域と反応ガスの供給領域とを分離している。一方原料ガスノズルにおける前記回転方向の上流側及び下流側からガスノズルの長さ方向に沿って張り出すように整流板部を設け、この整流板部から回転テーブルに向けて突起部を突出させている。このためこの突起部により、前記中央部領域からの分離ガスが前記整流板部と回転テーブルとの間に流入することが抑えられる。前記原料ガスのガスノズルからは、原料ガスとキャリアガスの混合ガスが供給されているが、前記中央部領域からの分離ガスの流入が抑えられているため、キャリアガスの流量に関わらずに原料ガスが前記整流板部の回転テーブル中心側にも行き渡る。このため広範囲のキャリアガス流量に対して良好な面内均一性を確保することができるので、キャリアガス流量による面内均一性の調整作業が容易になる。

本発明の成膜装置の縦断側面図である。 成膜装置の概略横断斜視図である。 成膜装置の横断平面図である。 成膜装置の周方向における縦断側面図である。 成膜装置に設けられるノズルカバーの上面側斜視図である。 ノズルカバーの裏面側斜視図である。 ノズルカバーの縦断側面図である。 ノズルカバーの概略平面図である。 ノズルカバーの概略平面図である。 成膜装置の成膜時におけるガス流を示す説明図である。 ノズルカバーの他の例を示す概略斜視図である。 ノズルカバーの他の例を示す概略斜視図である。 ノズルカバーのさらに他の例を示す下面側の概略斜視図である。 ノズルカバーのさらに他の例（図１３の例）を示す縦断側面図である。 ノズルカバーの比較例を示す概略平面図である。 評価試験の結果を示す模式図である。 評価試験の結果を示す模式図である。 評価試験の結果を示す模式図である。 評価試験の結果を示す特性図である。 評価試験の結果を示す模式図である。 評価試験の結果を示す模式図である。 評価試験の結果を示す模式図である。 評価試験の結果を示す特性図である。

本発明の実施の形態の成膜装置１について、図１〜図３を参照して説明する。図１、図２、図３は夫々成膜装置１の縦断側面図、概略断面斜視図、平面図である。この成膜装置１は、原料ガスと、原料と反応する反応ガスとをウエハＷに順番に供給していわゆるＡＬＤ法によりシリコン酸化膜（酸化シリコン）の薄膜を積層して形成する。ウエハＷは当該成膜装置１を構成する真空容器１１内に設けられた回転テーブル２上に載置され、原料ガスの供給領域と、反応ガスの供給領域とを順番に通過して薄膜の形成が繰り返し行われ、前記ウエハＷに所望の厚さの膜が形成される。

前記真空容器１１は大気雰囲気中に設けられており、成膜処理中にはその内部が真空雰囲気とされる。真空容器１１は概ね円形に構成されており、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。天板１２は容器本体１３に着脱自在に構成される。図１では容器本体１３に天板１２を装着した状態を示しており、図２、図３では当該天板１２を容器本体１３から取り外した状態を各々示している。

真空容器１１の中央部には、下段側が拡径された概ね円形の凸部１４が、天板１２から下方に突出するように設けられる。この凸部１４は、真空容器１１の中心部にて前記回転テーブル２を支持する支持部２１と共にガス流路１５を備えた中央部領域Ｃを形成している。図１中１０は、ガス流路１５に分離ガスである窒素ガス（Ｎ_２ガス）を供給する供給管であり、ガス流路１５から回転テーブル２の表面上に外周へ向けて前記窒素ガスが供給される。こうして当該中央部領域Ｃにおいて、後述する原料ガスと反応ガスとが混ざり合うことが防止され、前記原料ガスの供給領域と反応ガスの供給領域とが分離される。また凸部１４の拡径部の上面には、内側へ向かう切り欠き１６が設けられており、この切り欠き１６は後述するノズルカバー５の支持部をなす。

回転テーブル２は前記支持部２１から外方に広がるように円形に構成されている。回転テーブル２は、支持部２１下方の回転駆動機構２２により、その中心軸周りに時計回りに回転する。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２３が形成されており、この凹部２３にウエハ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２３のウエハＷが前記中心軸周りに公転する。

真空容器１１の側壁には、ウエハＷの搬送口１７が形成されている。搬送口１７はゲートバルブ１８により開閉自在に構成されており、ウエハＷの搬入出を行う搬送機構２４（図２及び図３参照）が真空容器１１内に対して進退することができる。真空容器１１内において、搬送機構２４が進入する領域をウエハＷの受け渡し領域Ｓ１として示している。図示は省略しているが、受け渡し領域Ｓ１における回転テーブル２の下方には昇降ピンが設けられている。この昇降ピンが前記凹部２３に設けられる孔２５（図３参照）を介して回転テーブル２表面に突没し、それによって凹部２３と搬送機構２４との間でウエハＷの受け渡しが行われる。

図１に示すように回転テーブル２の下方には回転テーブル２から離れた位置にヒータ２７が設けられている。ヒータ２７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、載置されたウエハＷが加熱される。図中２８は、ヒータ２７の配置空間を窒素ガスによりパージするためのパージガス供給管である。また、真空容器１１の底部中央を覆うケース体２０には、回転テーブル２の下方中央部から周縁部へ向けて窒素ガスをパージガスとして供給するパージガス供給部２９が設けられている。

図３に示すように、前記回転テーブル２の凹部２３の通過領域と各々対向する位置には、４本のノズル３１、３２、４１、４２が真空容器１１の周方向に互いに間隔をおいて各々配置されており、これら各ノズル３１、３２、４１、４２は、例えば真空容器１１の外周壁から前記中央部領域Ｃに向かって水平に伸びるように、前記真空容器１１の外周壁に固定して各々設けられている。この例では原料ガスノズル３１、第１の分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３２及び第２の分離ガスノズル４２が、この順で時計回りに配設されている。

各ノズル３１、３２、４１、４２は、以下の各ガス供給源に夫々接続されている。即ち、図３に示すように、原料ガスノズル３１は、流量調整バルブ３１２を介してシリコン（Ｓｉ）を含む原料ガス例えば３ＤＭＡＳ（Ｔｒｉｓ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｓｉｌａｎｅ：ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ_３ ）_２ ］_３ ）ガスの供給源３１１に接続されると共に、流量調整バルブ３１４を介してキャリアガスである窒素ガスの供給源３１３に接続されている。また反応ガスノズル３２は、流量調整バルブ３２２を介して反応ガス例えばオゾン（Ｏ_３）ガスと酸素（Ｏ_２）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）３２１に接続されている。第１の分離ガスノズル４１及び第２の分離ガスノズル４２は、流量調整バルブ４１１、４２１を介して分離ガスである窒素ガスの供給源３１３に各々接続されている。

回転テーブル２の回転方向に沿った縦断側面図である図４も参照する。ガスノズル３１、３２、４１、４２の下面側には、ガス吐出孔３４が各ガスノズルの長さ方向に沿って多数形成されており、各供給源に貯留されたガスが当該ガス吐出孔３４から吐出される。こうして原料ガスノズル３１のガス吐出孔３４からは、原料ガスとキャリアガスの混合ガスが吐出される。この例では、中央部領域Ｃから吐出される分離ガスにより、回転テーブル２の中心部側において原料ガスの濃度が低くなることを防ぐために原料ガスノズル３１では周縁部側に比べて中心部側に多くのガス吐出孔３４が設けられ、多くの流量で原料ガスを供給できるように構成されている。

原料ガスノズル３１の下方領域及びこの原料ガスノズル３１に設けられるノズルカバー５の下方領域は、前記原料ガスが供給され、ウエハＷに原料ガスを吸着させるための第１の処理領域Ｐ１を構成する。ノズルカバー５については後に詳述する。また、反応ガスノズル３２の下方領域は反応ガスが供給され、ウエハＷに吸着された原料と当該反応ガスとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２を構成する。

真空容器１１の天板１２の下方には、扇状の２つの突状部４３が当該天板１２から下方に突出するように配置され、突状部４３は周方向に間隔をおいて設けられる。回転テーブル２の回転中心側において、各突状部４３は前記中央部領域Ｃをなす凸部１４に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は各々突状部４３にめり込み、当該突状部４３を周方向に分割するように設けられている。つまり、図４に示すように、分離ガスノズル４１、４２おける回転テーブル２の周方向両側には、前記突状部４３の下面である低い第１の天井面４４が配置されている。そして、この天井面４４の前記周方向両側には、当該第１の天井面４４よりも高い第２の天井面４５が配置される。

前記第１の天井面４４の下方は、原料ガスと反応ガスとの混合を阻止するための分離領域として構成されており、分離ガスノズル４１、４２が設けられる分離領域を夫々第１の分離領域Ｄ１、第２の分離領域Ｄ２とする。成膜処理時に第１及び第２の分離ガスノズル４１、４２から前記第１及び第２の分離領域Ｄ１、Ｄ２に供給された分離ガスが、分離領域Ｄ１、Ｄ２を夫々周方向に広がり、原料ガス及び反応ガスを後述の真空排気口６２、６３へと押し流す。図４は、成膜処理時におけるガスの流れを矢印で示している。

他の真空容器１１の各部について説明すると、図１及び図３に示すように、回転テーブル２の外周側の下方には、真空容器１１の周に沿ってリング部材６１が配置されている。リング部材６１には、互いに周方向に離間して第１の真空排気口６２、第２の真空排気口６３が設けられている。第１の真空排気口６２は原料ガスを排気し、第２の真空排気口６３は反応ガス及び分離ガスを排気する。このため第１の真空排気口６２は第１の処理領域Ｐ１において、第１の分離領域Ｄ１に寄った位置、第２の真空排気口６３は第２の処理領域Ｐ２において、第２の分離領域Ｄ２に寄った位置に夫々設けられている。

第１及び第２の真空排気口６２、６３は、図１に第１の真空排気口６２を代表して示すように、各々排気管６４を介して真空排気機構である真空ポンプ６５に接続されている。各排気管６４にはバタフライバルブなどの圧力調整部６６が介設され、真空排気口６２、６３からの各排気量が独立して制御される。また、図３中の６７はリング部材６１に形成された溝であり、第２の真空排気口６３から回転方向上流側へ向かって周方向に形成されている。この溝６７は、反応ガスノズル３２から供給される反応ガスと、第１の分離ガスノズル４１から供給される分離ガスとを、第２の真空排気口６３へガイドする役割を有する。

続いて、前記ノズルカバー５について説明する。図５は原料ガスノズル３１に装着した状態のノズルカバー５の上面側を示しており、図６は原料ガスノズル３１から取り外した状態のノズルカバー５の下面側を示している。また図７、図８はノズルカバー５の側部縦断面図、図９はノズルカバー５の概略平面図である。このノズルカバー５は、平らな整流板部５１と、この整流板部５１から上側に例えば角型に突出するように設けられた基部５２、５３と、を備えている。前記基部５２は原料ガスノズル３１の長さ方向に沿って伸長し、その縦断面がコ字型をなしており、この基部５２により原料ガスノズル３１の上方及び側方が覆われる。後述するようにクリーニングガスノズル７１は原料ガスノズル３１よりも短いが、基部５３によりクリーニングガスノズル７１の上方及び側方が覆われる。

そして基部５２、５３の下端の左右から水平方向に、つまり回転テーブル２の回転方向の上流側及び下流側からガスノズルの長さ方向に沿って張り出すように整流板部５１が突出している。この整流板部５１は、第１の分離領域Ｄ１を形成する突状部４３と第２の分離領域Ｄ２を形成する突状部４３との間の領域に、当該領域の形状に沿って、例えば回転テーブル２の中心部側から外周側に向かうに従って連続的に広がるように平面視概ね扇状に構成されている。図２、図３及び図５に示すように、ノズルカバー５は、平面視扇型の先端側（幅が狭い側）が凸部１４に近接すると共に後端側（幅が広い側）が回転テーブル２の外周縁よりも外側に位置するように設けられている。前記整流板部５１の先端側及び後端側は、例えば夫々回転テーブル２の回転中心Ｏを中心とし、半径が異なる円の一部をなすように構成され、前記後端側は、図３に示すように第１の真空排気口６２の中央近傍位置から第２の分離領域Ｄ２を形成する突状部４３近傍位置まで広がるように形成されている。

また原料ガスノズル３１を覆う基部５２は、第２の分離領域Ｄ２側に寄った位置に設けられ、クリーニングガスノズル７１を覆う基部５３は、例えばノズルカバー５において周方向の中央部よりも第１の分離領域Ｄ１に寄った位置に設けられている。そして例えば基部５３には、前記中心側に向かって突き出た突片部５３１が設けられている。この突片部５３１は、前記凸部１４の切り欠き１６内に収まり、当該回転テーブル２上にノズルカバー５を支持する役割を果たす。

さらに整流板部５１の下面先端側には、原料ガスノズル３１のガス吐出孔３４よりも回転テーブル２の中心部側にて回転テーブル２に向けて突出する突起部５４がその周方向に沿って形成されている。この突起部５４はその下端側が原料ガスノズル３１のガス吐出孔３４よりも下方側に位置するように設けられる。さらに整流板部５１の回転テーブル２の外周側は下方に屈曲され、当該回転テーブル２の外周に対向する対向部５５を形成している。
前記整流板部５１の対向部５５において、その外周面の複数個所例えば２箇所の部位はさらに回転テーブル２の外周側へと引き出されて、夫々引出し部５６を形成している。この引き出し部５６の下面には支柱５７が設けられており、この支柱５７が前記リング部材６１に例えばネジ止めされ、固定されている。

図４に示すように、これら基部５２、５３と天板１２との間には、ノズルカバー５に対して回転方向上流側と下流側との間でガスを通流させる通流空間５０が設けられる。この通流空間５０の高さｈ１は例えば５〜１５ｍｍである。また、図７に示すように、突起部５４の下面と回転テーブル２の表面（ウエハＷ表面）との離間距離ｈ２は例えば１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであり、具体例を挙げると１．５ｍｍである。さらに図４及び図８に示すように、突起部５４よりも回転テーブル２の外周側においては、整流板部５１の下面は、例えば原料ガスノズル３１のガス吐出孔３４の下端と同じ高さ位置に形成されており、整流板部５１と回転テーブル２表面との離間距離ｈ３は例えば２．０ｍｍ〜４．０ｍｍであり、具体例を挙げると３．０ｍｍである。

このノズルカバー５の役割について説明する。成膜処理時には、回転テーブル２が回転した状態で、各ガスノズル３１〜３３、４１、４２からガスが供給される。このとき原料ガスノズル３１から吐出される原料ガス及びキャリアの混合ガスは、この整流板部５１と回転テーブル２との間をウエハＷに沿って通流する。つまり整流板部５１は、原料ガスノズル３１の周囲における原料ガスの拡散を抑え、ウエハＷと当該原料ガスとの反応性を高くする役割を有する。また整流板部５１は、第２の分離ガスノズル４２から第１の処理領域Ｐ１に向けて流れる分離ガスを前記通流空間５０にガイドし、当該分離ガスが第１の処理領域Ｐ１へ進入することを防ぐ役割も有しており、それによって第１の処理領域Ｐ１の原料ガスの濃度の低下を抑えている。

さらに既述のように中央部領域Ｃからは分離ガスが周方向に吐出されているが、整流板部５１の先端部に形成された突起部５４により、中央部領域Ｃからの分離ガスが整流板部５１と回転テーブル２との間に流入することを抑えている。既述のように従来ではキャリアガスの流量により原料ガスの吐出量がガスノズルの長さ方向において変化する。例えばキャリアガスの流量を多くすると、ガス流速が大きくなるため、ガスノズル３１の先端側にて原料ガスが多く吐出される。しかしながら、突起部５４を設けて中央部領域Ｃからの分離ガスの流入を抑えることにより、分離ガスが原料ガスを回転テーブル２の外周側へ押し出す作用が抑制されるので、キャリアガスの流量を多くしなくても、原料ガスノズル３１から吐出される原料ガスが前記整流板部５１の回転テーブル中心側にも行き渡る。これによりキャリアガスの流量に関わらず、ウエハＷの面内において原料ガスの濃度が揃い、面内均一性が高い状態で原料ガスの吸着反応が進行する。

続いて図９の平面図を参照して、ノズルカバー５のその他の寸法の一例を示しておくと、整流板部５１における回転方向上流側の外形線と、原料ガスノズル３１の伸長方向とのなす角αは例えば１５°である。また整流板部５１における回転方向上流側の外形線と回転方向下流側の外形線とのなす角θは例えば５０°である。整流板部５１は、この図９に示すような扇状に形成されることで、速度が大きい回転テーブル２の周縁側での原料ガスの拡散を抑え、当該原料ガスのウエハＷへの吸着を担保している。

整流板部５１により原料ガスノズル３１から第１の真空排気口６２に向かう原料ガスの流れが阻害されないように、整流板部５１の回転方向下流側の外形線と、回転テーブル２の中心Ｏと第１の真空排気口６２の回転方向下流側の端部とを結ぶ線（図中鎖線で表示）とのなす角βは０°以上に設定される。上記のようにノズルカバー５へ乗り上げた窒素ガスは、当該ノズルカバー５上を通過して回転テーブル２との接触が防がれながら、前記第１の真空排気口６２へ流れ込んで排気される。

前記クリーニングガスノズル７１は、その先端から回転テーブル２上に、例えばＣｌＦ_３（三フッ化塩素）などのフッ素系ガスであるクリーニングガスを吐出するように構成され、流量調整バルブ７１２を介してクリーニングガスの供給源７１１に接続されている。前記フッ素系ガスは、フッ素またはフッ素化合物を主成分として含むガスである。このクリーニングガスノズル７１は、例えば原料ガスノズル３１よりも短く、例えばその先端は基部５３の後端側から２〜３ｃｍ入った辺りに位置している。吐出されたクリーニングガスは、回転テーブル２の周縁部から中心部へ向けて供給され、回転テーブル２に成膜された酸化シリコンを除去する。

この成膜装置１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７が設けられており、この制御部７には後述のように成膜処理を実行するプログラムが格納されている。このプログラムは、装置１の各部に制御信号を送信して、各部の動作を制御する。具体的には、各ガス供給源から各ガスノズルへのガスの給断、回転駆動機構２２による回転テーブル２の回転速度の制御、圧力調整部６６による各真空排気口６２、６３からの排気量の調整などの各動作を制御する。前記プログラムにおいては、これらの動作を制御して後述の各処理が実行されるようにステップ群が組まれている。当該プログラムは、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などの記憶媒体から制御部７内にインストールされる。

次に、上記の成膜装置１による成膜処理の手順について説明する。先ず、ゲートバルブ１８を開いた状態で回転テーブル２が間欠的に回転されながら、搬送口１７を介して搬送機構２４により例えば直径が３００ｍｍのウエハＷが受け渡し領域Ｓ１に順次搬送され、回転テーブル２の５つの各凹部２３に載置される。次いで、ケーブバルブ１８を閉じ、真空ポンプ６５により第１及び第２の真空排気口６２、６３から排気が行われ、真空容器１１内が引き切りの状態にされる。この排気に並行して、停止していた回転テーブル２が回転し、全てのウエハＷの温度が回転テーブル２の温度、例えば７２０℃になるように上昇する。そして、原料ガスノズル３１、３２から原料ガスである３ＤＭＡＳガス及びキャリアガスである窒素ガスの混合ガス、反応ガスであるＯ_３ガス及びＯ_２ガスが夫々吐出される。また、分離ガスノズル４１、４２及び中央部領域Ｃから分離ガスである窒素ガスが吐出されると共に、パージガス供給管２８及びパージガス供給部２９から夫々パージガスである窒素ガスが吐出される。こうして、各圧力調整部６６により第１及び第２の真空排気口６２、６３からの各排気量が制御され、真空容器１１内が予め設定した処理圧力に調整され、成膜処理が開始される。

ウエハＷは原料ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１と反応ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過し、ウエハＷに３ＤＭＡＳガスが吸着し、次いでＯ_３ガスが吸着して３ＤＭＡＳ分子が酸化されて酸化シリコンの分子層が１層あるいは複数層形成される。こうして酸化シリコンの分子層が順次積層されて、所定の膜厚のシリコン酸化膜が成膜される。また、酸化シリコン膜は、このように形成されながら６００℃以上に加熱されていることによりアニールされ、酸化シリコンの分子配列の歪みが解消される。

図１０は真空容器１１の横断面図であり、図４と同様に、この成膜処理時の各部のガス流を矢印で示している。これら図４、図１０に示すように、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間の第１及び第２の分離領域Ｄ１、Ｄ２に分離ガスを供給しているので、原料ガスと反応ガスとの混合が阻止されるように、各ガスが排気される。また、中央部領域Ｃに供給された分離ガスが回転テーブル２の径方向外側に供給され、前記中央部領域Ｃでの３ＤＭＡＳガスとＯ₃ガスとの混合が防がれる。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第１及び第２の真空排気口６２、６３側へと押し戻される。

このとき、既述したように第２の分離ガスノズル４２から供給された分離ガスが、第１の処理領域Ｐ１に向かって流れるが、この分離ガスはノズルカバー５への乗り上げるように流れていき、第１の真空排気口６２から排気される。また、第１の処理領域Ｐ１に供給された余剰な原料ガス及び前記第１の処理領域Ｐ１に巻き込まれた分離ガスも第１の真空排気口６２から排気される。ここで中央部領域Ｃから流れた分離ガスは周方向に流れようとするが、第１の処理領域Ｐ１には中央部領域Ｃの近傍に突起部５４が形成されているので、この突起部５４に沿って外方へ流れていく。従って中央部領域Ｃからの分離ガスが整流板部５１と回転テーブル２との間に流入してくることが抑えられる。一方ノズルカバー５の内部では原料ガスノズル３１から原料ガスとキャリアガスとが回転テーブル２の径方向に沿って吐出されている。ノズルカバー５の先端側からの分離ガスの流入が抑えられているので、既述のようにキャリアガスの流量に関係なく、ノズルカバー５の先端側まで原料ガスが行き渡り、既述のように面内均一性の良好な成膜処理が行われる。

こうして回転テーブル２が所定の回数で回転し、所望の膜厚の酸化シリコン膜が形成されると、各ガスノズル３１，３２，４１，４２からの各ガスの供給、中央部領域Ｃへの分離ガスの供給流量が低下する。回転テーブル２の回転が停止して、ゲートバルブ１７が開放され、回転テーブル２の間欠的な回転と昇降ピンの昇降動作とにより、ウエハＷが順次搬送機構１８に受け渡されて真空容器１１の外に搬出される。全てのウエハＷが搬出されると、ゲートバルブ１７が閉じられる。

然る後、回転テーブル２が再度連続的に回転し、クリーニングガスノズル７１から回転テーブル２上にクリーニングガスが供給されてクリーニング処理が開始される。前記クリーニングガスは、回転テーブル２に成膜された酸化シリコンを分解し、この分解物と共に排気口へと吸引される。クリーニングガスノズル７１はノズルカバー５により覆われているので、クリーニングガスがノズルカバー５内に充満する。これによりクリーニングガスが供給された領域において、クリーニングガスが酸化シリコンに接触するので、酸化シリコンが確実に除去される。こうして所定回数、回転テーブル２が回転したら、クリーニングガスの供給を停止すると共に、回転テーブル２の回転が停止して、クリーニング処理が終了する。その後は再び真空容器１１内にウエハＷが搬送され、既述の成膜処理が行われる。

上述の実施の形態によれば、原料ガスノズル３１における回転テーブル２の回転方向の上流側及び下流側からガスノズルの長さ方向に沿って張り出す整流板部５１を備え、この整流板部５１には回転テーブル２側に向けて突出する突起部５４が形成されている。この突起部５４は、原料ガスノズル３１のガス吐出孔３４よりも回転テーブル２の中心部側に形成されており、中央部領域Ｃからの分離ガスが整流板部５１と回転テーブル２との間に流入することを抑制している。このためキャリアガスの流量に関わらずに、原料ガスを整流板部５１の先端側まで到達させることができ、前記回転テーブル２の中心側と外周側との間での原料ガス濃度のばらつきが抑えられる。これにより広範囲なキャリアガス流量に対して良好な面内均一性を得ることができる。このように膜厚の面内均一性がキャリアガスの流量によって変動しないので、例えば装置の立ち上げ時やメンテナンス時における膜厚の面内均一性の調整が容易になる。

面内均一性が良好とは、直径が３００ｍｍのウエハに対しての成膜処理においてキャリアガスの流量を５００ｃｃ／分〜１０００ｃｃ／分に設定したときの面内均一性が±２．０％以下、より好ましくは１．５％以下をいう。なお以後、流量の単位「ｃｃ／分」を「ｓｃｃｍ」として記載するが、流量値は、プロセス時において流量計が示す値である。
ここで面内均一性は、ウエハの外縁から１．８ｍｍ内側の領域において、４９カ所の測定ポイントの膜厚をエリプソメータを用いて測定し、次の（１）式により求めている。前記４９カ所の測定ポイントは、ウエハＷの中心を中心とし、半径が５０ｍｍずつ大きくなる複数の同心円を描いたときに、夫々の同心円上の複数個所とした。
｛（最大膜厚−最小膜厚）／（平均膜厚×２）｝×１００・・・（１）
後述の実施例においては、実際にノズルカバー５を用いて酸化シリコン膜を成膜し、そのときの膜厚の面内均一性を測定している。この結果は図１６に示すが、キャリアガスの流量を５００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍに設定したときの面内均一性が±２．０％以下に収まっていることが確認されている。

ここで実施例では、突起部５４がない以外は上述のノズルカバーと同じ構成のノズルカバーを用いた場合にも同様に成膜処理を行い、膜厚の面内均一性を測定している。この場合にはキャリアガスの流量が３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲では、膜厚の面内均一性がキャリアガスの流量によって大きく変動し、キャリアガスの流量が多くなる程、面内均一性が高くなっている。この理由については次のように推測される。突起部５４がないと、中央部領域Ｃから分離ガスが整流板部５１と回転テーブル２の間に流入する。一方、既述のようにキャリアガスの流量が変わると、原料ガスノズル３１の長さ方向の原料ガスが吐出位置が変化する。従ってキャリアガスの流量が多い場合には原料ガスノズル３１の先端側にも原料ガスが行き渡るので面内均一性が向上するが、キャリアガスの流量が少ない場合には、原料ガスノズル３１の先端側から吐出される原料ガスが少ない上、中央部領域Ｃから分離ガスが流入するので、先端側の膜厚が小さくなり、面内均一性が低下する。このように突起部５４の有無によって、キャリアガスの流量を変化させたときの面内均一性の変動量が大きく異なるため、突起部５４により中央部領域Ｃからの分離ガスの流入を抑えることが、広範囲なキャリアガス流量において面内均一性を向上させるためには非常に有効であることが理解される。

また整流板部５１を第１の分離領域Ｄ１と第２の分離領域Ｄ２との間の処理領域を広く覆うように大きく構成したので、後述の実施例から明らかなように成膜速度を大きくすることができる。整流板部５１の平面的形状が大きいため、整流板部５１と回転テーブル２との間に原料ガスを封じ込めることができ、ＳｉがウエハＷに対して飽和状態になりやすいからである。また整流板部５１を大きくすることによって、ウエハＷへの原料ガスの吸着時間を長くすることができ、この点からも成膜速度が大きくなる。

一方、後述の図１５には比較例として、従来と同様の大きさの整流板部８を示している。この整流板部８における回転方向上流側の外形線と回転方向下流側の外形線とのなす角θ１は例えば３８°である。このような整流板部８では、本発明の整流部材５１に比べて平面的な大きさが小さいので、整流板部８から原料ガスが流出しやすく、また分離領域Ｄ１，Ｄ２や中央部領域Ｃから分離ガスが入ってきやすい。このため原料ガスが分離ガスで希釈されて、ウエハＷに吸着する原料ガスの量が少なくなってしまうため、成膜速度が小さくなる。また中央部領域Ｃから分離ガスが流入するため、面内均一性の調整は、前記中央部領域Ｃからの分離ガスの流入量と、キャリアガスの流量調整による原料ガスノズル３１の長さ方向の原料ガスの吐出量とのバランスをとって行う必要がある。しかしながら既述のように、整流板部８から原料ガスが流出しやすく、分離ガスが流入しやすいことから、後述の実施例にも記載するように、キャリアガスの流量を少し変えただけで面内均一性が変動する。従って良好な面内均一性を確保するときのキャリアガス流量範囲が狭いため、前記面内均一性の調整作業が困難となる。

さらに上述のノズルカバー５は原料ガスノズル３１が第２の分離領域Ｄ２側に寄った位置に設けられるように構成されているので、第１の処理領域Ｐ１における回転方向上流側から原料ガスが供給される。従って原料ガスとウエハＷとの接触時間を長くとることができて、ウエハＷへ十分に原料ガスを吸着させることができる。さらにまた上述の例では、クリーニングガスノズル７１も整流板部５１と回転テーブル２との間にクリーニングガスを供給するように設けられている。このため、整流板部５１の内側に十分にクリーニングが行き渡るので、クリーニング時には整流板部５１に付着した薄膜を確実に除去することができる。

以上において整流板部５１や突起部５４の形状や大きさは上述の例に限らず、直径が３００ｍｍウエハに対して、キャリアガスの流量を５００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍに設定したときに、ウエハの膜厚の面内均一性が±２．０％以下より好ましくは±１．５％以下に収まるものであればよい。従ってこの面内均一性を確保できる構成であれば、図１１の概略斜視図に示すように、突起部５４に開口部５４１を形成してもよく、開口部５４１の形状はこの例に限られない。

また図１２に示すように、突起部５８は整流板部５１の先端側の周方向の一部に形成してもよい。例えば回転テーブル２の回転中心を中心とし、回転テーブル２の径方向における前記突起部５８の中心部までの距離を半径とする円を描く。このとき前記突起部５８の下面と前記回転テーブル２の表面との離間距離が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍとなる領域は、前記円が整流板部５１を横切る全長にして対して５０％以上の長さ領域に形成されていればよい。このような構成であっても、キャリアガスの流量を５００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍに設定したときに、ウエハの膜厚の面内均一性が±２．０％以下より好ましくは±１．５％以下に収まるからである。

さらにまたノズルカバーは、図１３、図１４に示すように、前記整流板部５１における前記回転方向の上流側からの分離ガスが前記整流板部５１と回転テーブル２との間に流入することを抑えるために、既述の突起部５４に加えて、更なる突起部５１１を設ける構成であってもよい。この突起部５１１は、原料ガスノズル３１よりも前記回転方向の上流側にて前記整流板部５１から回転テーブル２に向けて突出するように形成される。この例では、整流板部５１は、原料ガスノズル３１の回転方向上流側にて、当該原料ガスノズル３１よりも下方側まで伸び、次いで屈曲して水平な面部を形成するように、Ｌ字型に屈曲した形状に形成されている。また突起部５１１の上面は、回転方向上流側の突起部４３の下面（第１の天井面）４４よりも下方側に位置するように構成されている。例えば突起部５１１の下面５７２と回転テーブル２の表面との離間距離は１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ、例えば１．５ｍｍに設定される。

これにより、回転方向上流側からのガスは、突起部５１１の上面によりガイドされて、突起部５１１の上方側へ速やかに流れて行き、整流板部５１と回転テーブル２との間への流入が抑えられる。但し、必ずしも整流板部５１における基部５２よりも回転方向上流側の領域の下面全体を下方側に突出させる必要はない。例えば基部５２よりも回転方向上流側において、基部５２の長さ方向に沿って下方側に突出する突起部が形成されれば、回転方向上流側からの分離ガスの流入が抑制されるからである。またこの突起部には、開口部が形成されていてもよい。

さらに整流板部５１の平面形状は、回転テーブル２の外周に向かうに従って段階的に広がる構成であってもよい。さらにまたクリーニングガスノズル７１は整流板部５１の下方側ではなく、第１の処理領域Ｐ１における整流板部５１が配置された領域とは異なる領域に設けるようにしてもよい。
また、このようなノズルカバー５は、分離領域により２つの処理領域が分離される装置について適用することができる。従って、上記の成膜装置１に適用されることに限られない。例えば、上記成膜装置１において、第２の処理領域Ｐ２においてプラズマにより改質処理を行うためのプラズマ発生部を備えた装置構成であってもよい。

（評価試験１）
本発明に関連して行われた成膜装置１のシミュレーションによる評価試験について説明する。評価試験１として、上記の実施形態のように回転テーブル２を回転させると共に、第１の真空排気口６２から排気を行いながら原料ガスノズル３１から原料ガス及びキャリアガスの混合ガスを吐出したときの、第１の処理領域Ｐ１及びその周囲におけるガス濃度分布及び質量割合分布について夫々シミュレーションした。このガス吐出時の真空容器１１内の圧力は８９１．１Ｐａ（６．７Ｔｏｒｒ）、温度は６２０℃に夫々設定した。前記ガスは３ＤＭＡＳガスよりなるＳｉ含有ガスとし、その流量は３００ｓｃｃｍに設定した。またキャリアガスの流量は５００ｓｃｃｍ、前記原料ガス供給時の回転テーブル２の回転速度については１２０ｒｐｍに設定した。またノズルカバー５の寸法は、段落００２９に記載されるとおりとし、突起部５４の下面と回転テーブル２の表面との離間距離ｈ２は１．５ｍｍ、突起部５４よりも回転テーブルの外周側においては、整流板部５１と回転テーブル２表面との離間距離ｈ３は３ｍｍである（実施例１）。この結果をＳｉ含有ガスの濃度分布については図１６に、Ｓｉ含有ガスの質量割合分布については図１７に夫々示す。

また実施例１のノズルカバーにおいて突起部を設けない構成（比較例１）と、図１５に示すように、実施例１のノズルカバーよりも整流板部が小さく、突起部を設けない構成（比較例２）を用いた装置についても、夫々同様にＳｉ含有ガスの濃度分布と質量割合分布をシミュレーションした。
この結果を比較例１のガス濃度分布については図１８に、質量割合分布については図１９に夫々示す。また比較例２のガス濃度分布については図２０に、質量割合分布については図２１に夫々示す。

Ｓｉ含有ガスの濃度分布の結果（図１６、図１８、図２０）を見ると、実施例１のノズルカバー５では、ガス濃度が高い領域がほぼノズルカバー５全体に広がっていることが認められ、ノズルカバー５の面内全体に亘って、高い濃度の原料ガスが充満することが確認された。これにより面内均一性がよい状態で原料ガスが吸着され、膜厚の面内均一性が高くなることが理解される。一方比較例１及び比較例２では、ノズルカバーの後端側（周縁側）の方が先端側よりもガス濃度が高く、ウエハＷの径方向でガス濃度分布が不均一になることが認められた。これは突起部がないため、中央部領域Ｃから分離ガスがノズルカバー内に入り込み、原料ガスを回転テーブル２の外周側に押し戻す作用が働き、先端側（回転テーブル中心側）に原料ガスが行き渡りにくい状態が形成されるからであると推測される。

またＳｉ含有ガスの質量割合分布の結果（図１７、図１９、図２１）についても、実施例１のノズルカバーでは、質量割合が高い領域が多く、回転テーブル２の径方向に沿って質量割合が均一であることが認められた。これらのシミュレーション結果から、整流部材５１に突起部５４を設けて、中央部領域Ｃからの分離ガスの流入を抑制することによって、回転テーブル２の径方向において原料ガス濃度が揃うことが認められ、本発明の効果が確認された。

（評価試験２）
上記の実施形態の成膜装置を用いて、キャリアガスの流量を変えてＳｉＯ_２膜を成膜し、その膜厚の面内均一性と、成膜速度とを測定した。ノズルカバー５としては実施例１と同様の構成のものを用い、成膜処理時の条件は、キャリアガスの流量以外については評価試験１の条件と同様とし、キャリアガス（窒素ガス）の流量を、３００ｓｃｃｍから１０００ｓｃｃｍの範囲で変えて、夫々の面内均一性と成膜速度を測定した。面内均一性の測定手法について上述のとおりである。また比較例１及び比較例２の構成のノズルカバーを設けた成膜装置を用いて同様の評価を行った。

面内均一性の測定結果については図２２に示す。図中横軸は窒素ガス（キャリアガス）の流量であり、縦軸は面内均一性である。また実施例１については■、比較例１については▲、比較例２については◆にて夫々プロットした。また成膜速度の測定結果については図２３に示す。図中横軸は窒素ガス（キャリアガス）の流量であり、縦軸は成膜速度である。また実施例１については□、比較例１については△、比較例２については◇にて夫々プロットした。

図２２の面内均一性の結果により、実施例１のノズルカバーを用いることにより、比較例１及び比較例２のノズルカバーに比べて面内均一性が良好であることが認められた。また実施例１のノズルカバーを用いた場合には、キャリアガスの流量を４００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍに設定したときに、ウエハの膜厚の面内均一性が±２．０％以下、キャリアガスの流量を５００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍに設定したときには、前記面内均一性が±１．５％以下に収まっていることが認められた。これにより広範囲なキャリアガス流量において高い面内均一性が確保できることが理解される。
また比較例１のノズルカバーを用いると、キャリアガスが低流量では面内均一性が±４％であるが、キャリアガスの流量が多くなるにつれて面内均一性が高くなることが認められた。さらに比較例２のノズルカバーを用いた場合には、キャリアガスの流量が４５０ｓｃｃｍ近傍で面内均一性が良好になるものの、それ以外の流量にすると急激に面内均一性が低下し、キャリアガス流量の変化量に対する面内均一性の変化が急峻であることが確認された。

比較例２は従来のノズルカバーの構成であるが、この結果から見ても、面内均一性がキャリアガスの流量の大きく依存し、中央部領域Ｃからの分離ガスの流量と、キャリアガスの流量による原料ガスノズル３１の径方向の原料ガスの吐出量とのバランスをとることが難しいことが理解される。高い面内均一性を確保できるキャリアガスの流量範囲が極めて狭く、面内均一性がキャリアガスの流量変化に敏感である。このため、キャリアガスの流量で面内均一性を調整しようとすると、１０ｃｃ単位の細かい流量調整が必要になり、調整が煩雑になることが確認された。

また図２３の成膜速度の結果により、実施例１のノズルカバーを用いることにより、比較例１及び比較例２のノズルカバーに比べて成膜速度が大きくなること、実施例１と比較例１のノズルカバーは、ほぼ成膜速度が変わらないこと、成膜速度はキャリアガスの流量が少ないほど良好であることが認められた。
以上の結果より、実施例１のように、ノズルカバーの整流板部５１の平面的な形状を大きくすると共に、その先端部に突起部５４を設ける構成により、３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの広いキャリアガスの流量範囲において、面内均一性が高い成膜処理ができ、成膜速度も改善されることが認められた。なお比較例１の構成であっても、キャリアガス流量を多くすれば高い面内均一性を確保できるが、キャリアガス流量を多くすると成膜速度は低下してしまうので、得策ではないことが理解される。

Ｄ１ 第１の分離領域
Ｄ２ 第２の分離領域
Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１１ 真空容器
２ 回転テーブル
３１ 原料ガスノズル
３２ 反応ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
５ ノズルカバー
５１，５２ 基部
５３ 整流板
５４ 突起
６２ 第１の真空排気口
６３ 第２の真空排気口

Claims (8)

1. 真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の基板を、原料ガスの供給領域、原料と反応する反応ガスの供給領域、を順次通過させることにより基板上に原料を吸着させ、次いで原料と反応ガスとを反応させて成膜する装置において、
   前記回転テーブルの上方に固定して設けられ、前記回転テーブルの回転方向と交差して伸びると共にその長さ方向に沿って原料ガス及びキャリアガスの混合ガスを吐出するガス吐出孔が形成された原料ガスノズルと、
   前記原料ガスノズルにおける前記回転方向の上流側及び下流側からガスノズルの長さ方向に沿って張り出す整流板部と、
   前記原料ガスの供給領域と反応ガスの供給領域とを分離するために真空容器内の中央部側から前記回転テーブルの基板載置面側に分離ガスを供給する中央部領域と、
   前記中央部領域からの分離ガスが前記整流板部と回転テーブルとの間に流入することを抑えるために、前記原料ガスのガス吐出孔よりも回転テーブルの中心部側にて前記整流板部から回転テーブルに向けて突出する突起部と、
   前記真空容器内を真空排気するための排気口と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記原料ガスノズルにおけるガスの入り口は、前記真空容器の周縁部側に位置していることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記突起部と前記回転テーブルの表面との離間距離は１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
4. 前記回転テーブルの回転中心を中心とし、回転テーブルの径方向における前記突起部の中心部までの距離を半径とする円を描いたとき、前記突起部と前記回転テーブルの表面との離間距離が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍとなる領域は、前記円が整流板部を横切る全長にして対して５０％以上の長さ領域に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成膜装置。
5. 前記突起部よりも前記回転テーブルの外側においては、整流板部と前記回転テーブルの表面との離間距離は２．０ｍｍ〜４．０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の成膜装置。
6. 前記整流板部における前記回転方向の上流側からの分離ガスが前記整流板部と回転テーブルとの間に流入することを抑えるために、前記原料ガスノズルよりも前記回転方向の上流側にて前記整流板部から回転テーブルに向けて突出する突起部を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の成膜装置。
7. 前記整流板部は、回転テーブルの外周に向かうに従って段階的にまたは連続的に広がるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の成膜装置。
8. 前記基板は直径が３００ｍｍのウエハであり、
   前記キャリアガスの流量を５００ｃｃ／分〜１０００ｃｃ／分に設定したときに、ウエハの膜厚をウエハ面内の４９カ所の測定ポイントで測定したときの面内均一性が±２．０％以下に収まっているように構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の成膜装置。

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