JP6330630B2 - 成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、処理ガスを基板に供給して薄膜を得る成膜装置に関する。
半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）などの基板にシリコン酸化物（ＳｉＯ2）などの薄膜を成膜する手法として、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）を行う成膜装置が知られている。この成膜装置の一例として、その内部が真空雰囲気とされる処理容器内に例えばウエハが載置される回転テーブルが設けられる装置がある。回転テーブル上には、例えばシリコン酸化膜の原料となる原料ガスを吐出するガスノズルと、この原料ガスを酸化する酸化ガスを吐出するガスノズルと、が配置される。そして、回転テーブルの回転によってウエハが公転し、原料ガスが供給される吸着領域と、酸化ガスが供給される酸化領域と、をウエハが交互に繰り返し通過して、前記シリコン酸化膜が形成される。
前記ＡＬＤにおいてウエハの面内の膜厚分布を制御するためには、ウエハに吸着される原料ガスの分布を制御することが必要であり、従って、上記の成膜装置において、原料ガスのガスノズルに設けられる吐出口の数及び位置についての調整が適宜行われる。さらに、ガスノズルの形状についての選択や吸着領域と酸化領域とを区画するために供給される分離ガスの供給量の調整、原料ガス中におけるキャリアガスの濃度の調整なども適宜行われる。
ところで、ウエハの周縁部と中央部とについては成膜処理後に行われるエッチング処理により、夫々のエッチングレートを調整可能な場合がある。その場合は、エッチング後に周縁部と中央部とで膜厚を揃えることができるので、特にウエハの周方向について、均一性高い膜厚が得られるように求められる。しかし、上記の公転によって、ウエハの各部は回転テーブルの回転中心から所定の距離を離れた同じ軌道を繰り返し移動する。従って、吸着領域における原料ガスの分布のばらつきは、ウエハにおいて当該回転テーブルの径方向に沿って見たときの膜厚のばらつきとなって現れてしまうおそれがあり、上記の吐出口についての調整などでは、この膜厚のばらつきを十分に解消できないおそれがあった。
特許文献１においては、上記の回転テーブルに複数のウエハの載置領域を設け、さらに載置領域に対して各々設けられた複数の回転機構により、公転中の各ウエハを自転させることについて記載されている。しかし、そのように回転機構を複数設けることは、装置の製造コストを上昇させてしまう。
特許４８１７２１０
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、回転テーブルに載置された基板を公転させて成膜を行うにあたり、基板の面内の周方向における膜厚の均一性を高くすると共に、成膜装置の製造コストを抑えることができる技術を提供することである。
本発明の成膜装置は、処理ガスを基板に供給して薄膜を得る成膜装置であって、
真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルの一面側におけるガス供給領域に前記処理ガスを供給し、前記公転により当該ガス供給領域を複数回繰り返し通過する基板に成膜を行うための処理ガス供給機構と、
前記回転テーブルの他面側に設けられ、当該回転テーブルの回転方向に沿って回転自在な第１の歯車と、
前記第１の歯車に噛合し、前記載置領域と共に公転するように設けられ、自転することによって基板が自転するように当該載置領域を回転させる遊星歯車からなる第２の歯車と、
前記第１の歯車を回転させて、前記基板の自転速度を調整するための回転駆動部と、
前記第２の歯車が設けられ、前記載置領域を回転させるための自転軸と、
前記自転軸を支持する軸受けと、
前記軸受けを前記回転テーブルに支持する支持部材と、
を備え
前記支持部材は、前記自転軸に対して回転テーブルの回転方向に離れて設けられた支柱と、
前記回転テーブルの他面から離れて設けられ、前記支柱と前記軸受けを接続する接続部と、を備え、
前記接続部の上方において、前記自転軸及び支柱の移動路の内側、外側に夫々基板を加熱する加熱機構が設けられることを特徴とする。
本発明によれば、回転テーブルの回転方向に沿って回転する第１の歯車と、前記回転テーブルの回転によって自転すると共に公転し、前記自転によって前記回転テーブルの一面側の載置領域に載置された基板を自転させる遊星歯車からなる第２の歯車と、前記第１の歯車を回転させる回転駆動部と、を備える。基板が自転することにより、処理ガスの供給領域に基板が位置する毎に、当該基板の向きを変えることができるので、基板の周方向における膜厚の均一性を高くすることができる。また、基板を自転させるためのモーターを含むような前記回転駆動部を載置領域毎に複数設ける必要が無くなるので、成膜装置の製造コストを抑えることができる。
本発明に係る成膜装置の縦断側面図である。 前記成膜装置の横断平面図である。 前記成膜装置の縦断斜視図である。 前記成膜装置の内部を示す斜視図である。 前記成膜装置の回転テーブルの表面を示す分解斜視図である。 前記回転テーブルの裏面側斜視図である。 各歯車の回転動作を示す説明図である。 成膜処理時におけるウエハの位置及び向きを示す説明図である。 成膜処理時におけるウエハの位置及び向きを示す説明図である。 成膜処理時におけるウエハの位置及び向きを示す説明図である。 成膜処理時におけるウエハの位置及び向きを示す説明図である。 前記成膜処理時における前記回転テーブル上のガスの流れを示す説明図である。 前記成膜装置の回転テーブルの下方のガスの流れを示す説明図である。 他の歯車の構成例を示す説明図である。 評価試験におけるウエハの膜厚分布を示す模式図である。 評価試験におけるウエハの膜厚分布を示す模式図である。 評価試験におけるウエハの膜厚分布を示すグラフ図である。 評価試験におけるウエハの膜厚分布を示すグラフ図である。
本発明の真空処理装置の一実施形態であり、基板であるウエハＷにＡＬＤを行う成膜装置１について説明する。この成膜装置１は、ウエハＷにＳｉ（シリコン）を含む処理ガスである原料ガスとしてＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスを吸着させ、吸着されたＢＴＢＡＳガスを酸化する酸化ガスであるオゾン（Ｏ３）ガスを供給してＳｉＯ２（酸化シリコン）の分子層を形成し、この分子層を改質するためにプラズマ発生用ガスから発生したプラズマに曝す。この一連の処理が複数回、繰り返し行われ、ＳｉＯ２膜が形成されるように構成されている。
図１、図２、図３は、夫々成膜装置１の縦断側面図、横断平面図、縦断斜視図である。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内に設けられると共にその周方向に回転する円板状の水平な回転テーブル（サセプタ）２と、を備えている。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。
また、真空容器１１の天板１２の下面には、回転テーブル２の中心部に対向するように突出する平面視円形の中心領域形成部Ｃと、中心領域形成部Ｃから回転テーブル２の外側に向かって広がるように形成された平面視扇状の突出部１４、１４と、が形成されている。つまり、これら中心領域形成部Ｃ及び突出部１４、１４は、その外側領域に比べて低い天井面を構成している。中心領域形成部Ｃと回転テーブル２との中心部との隙間はＮ２ガスの流路１５を構成している。ウエハＷの処理中において、天板１２に接続されるガス供給管からＮ２ガスが流路１５に供給され、この流路１５から回転テーブル２の外側全周に向かって吐出される。このＮ２ガスは、原料ガス及び酸化ガスが回転テーブル２の中心部上で接触することを防ぐ。
図４は、容器本体１３の内部の底面を示す斜視図である。容器本体１３には、回転テーブル２の下方にて当該回転テーブル２の周に沿うように、扁平なリング状の凹部３１が形成されている。そして、この凹部３１の底面には、当該凹部３１の周方向に沿ったリング状のスリット３２が開口している。さらに凹部３１の底面上には、回転テーブル２に載置されるウエハＷを加熱するためのヒーター３３が７つのリング状に配設されている。なお、図４では煩雑化を避けるために、ヒーター３３の一部を切り取って示している。
ヒーター３３は、回転テーブル２の回転中心を中心とする同心円に沿って配置されており、７つのヒーター３３のうちの４つはスリット３２の内側に、他の３つはスリット３２の外側に夫々設けられている。また、各ヒーター３３の上方を覆い、凹部３１の上側を塞ぐように、シールド３４が設けられている（図１及び図３参照）。シールド３４には、スリット３２に重なるようにリング状のスリット３５が設けられている。容器本体１３の底面において凹部３１の外側には、真空容器１１内を排気する排気口３６、３７が開口している。排気口３６、３７は、夫々容器本体１３に設けられる排気路３８を介して、真空ポンプなどにより構成される排気機構３０に接続されている。
さらに凹部３１の下方には、回転テーブル２の回転方向に沿ったリング状の空間１６が形成されており、当該リング状空間１６は上記のスリット３２を介して凹部３１内に接続されている。凹部３１内、リング状空間１６は、夫々流路１７、１８を介して、排気口３６の下流側の排気路３８に接続されている（図１参照）。図中Ｖ１、Ｖ２は、流路１７、１８に夫々介設されたバルブであり、ウエハＷの処理時に適切な開度とされ、リング状空間１６、凹部３１内は、上記の排気機構３０により排気される。図示は省略しているが、例えば排気口３７の下流側の排気路３８も、排気口３６の下流側の排気路３８と同様に、バルブを夫々備えた流路１７、１８を介して凹部３１内、リング状空間１６に夫々接続されている。図１及び図３中の４７は、リング状空間１６に開口するガス供給路である。図中４８は、ガス供給路４７を介してリング状空間１６に例えばウエハＷの処理中にＮ２ガスを供給し、当該リング状空間１６をパージするためのガスノズルである。
続いて回転テーブル２について、その表面側（一面側）の各部を示した分解斜視図である図５、及び裏面側（他面側）の斜視図である図６も参照しながら説明する。回転テーブル２は、水平な円形のテーブル本体２１を備えており、テーブル本体２１にはその周方向に間隔をおいて、当該テーブル本体２１を厚さ方向に貫通する円形の貫通孔が５つ設けられている。そして、貫通孔をテーブル本体２１の裏面側から塞ぐように、ウエハＷの載置領域を形成する円形の載置部２２が設けられており、載置部２２と前記貫通孔の側壁とにより凹部２３が形成されている。この凹部２３内にウエハＷが収納される。
テーブル本体２１の裏面側中央部は下方に突出した円形部２４を構成し、当該円形部２４から、放射状に例えば５つの支持アーム２５が延出されている。支持アーム２５の先端部からは、支柱２６が下方へ向かって延出され、支柱２６の下端は、上記のスリット３５、３２を介して容器本体１３のリング状空間１６に進入し（図１、図３参照）、当該リング状空間１６に設けられる扁平なリング部材２７の上面に接続されている。
リング部材２７は回転テーブル２の回転方向に沿って形成されており、その周方向には間隔をおいて、当該リング部材２７を上下方向に貫通する貫通孔２８が設けられている。また、上記の各載置部２２の下面中心部からは、鉛直下方に向かってウエハＷを自転させるための回転軸（自転軸）４１が延出されており、各自転軸４１の下端は、スリット３５、３２を介してリング状空間１６に進入し、上記の貫通孔２８を貫通して第２の歯車を構成する遊星歯車４２に接続されている。遊星歯車４２の回転によって、自転軸４１は軸周りに回転するように構成されており、貫通孔２８内には自転軸４１の側周を囲んで支持する軸受け２９が設けられている。
また、前記円形部２４の中心部からは鉛直下方に中心軸４３が延出され、容器本体１３の底部に開口する開口部１９を塞ぐように設けられた公転用回転駆動部４４に接続されている。公転用回転駆動部４４はモーターを含み、中心軸４３を介して回転テーブル２を支持すると共に例えば平面視時計回りに回転させる。また、図１及び図３中３９は、中心軸４３と容器本体１３との隙間にＮ２（窒素）ガスを吐出するガスノズルであり、ウエハＷの処理中にＮ２ガスを吐出して回転テーブル２の表面から裏面への原料ガス及び酸化ガスの回りこみを防ぐ役割を有する。
上記の容器本体１３の底部に設けられるリング状空間１６についてさらに説明すると、当該リング状空間１６には太陽歯車であるリング状の第１の歯車５１が、回転テーブル２の回転方向に沿って形成されている。第１の歯車５１は、その内周に設けられた軸受け５２を介して、周方向に回転自在に構成されており、その外周は上記の遊星歯車４２に噛合している。なお、図６では、図の煩雑化を防ぐために軸受け５２の表示は省略している。さらに、リング状空間１６には第１の歯車５１の外周に噛合するように駆動歯車５３が設けられている。駆動歯車５３は、垂直に設けられた回転軸５４を介して、リング状空間１６の外側に設けられた自転用回転駆動部５５に接続されている。自転用回転駆動部５５は、公転用回転駆動部４４と同様にモーターを含み、成膜装置１のオペレータは、後述の制御部１００を介して所望の回転速度で駆動歯車５３を回転させることができる。
上記のような構成によって、この成膜装置１においてはウエハＷの処理中に、当該ウエハＷの自転と公転とが互いに並行して行われる。図７の各歯車の動作について示した模式図も用いて、当該ウエハＷの自転及び公転について説明する。なお、この図７以外の各図では歯車の歯は省略している。
公転用回転駆動部４４により回転テーブル２が例えば平面視時計回りに回転し、回転テーブル２に載置されたウエハＷが、当該回転テーブル２の中心軸周りに公転すると、この回転テーブル２に接続されたリング部材２７が、前記回転テーブル２の中心軸まわりに回転し、それによって当該リング部材２７に支持される自転軸４１及び遊星歯車４２も、当該中心軸まわりに回転する。即ち、ウエハＷと共に公転する。この回転テーブル２の回転と共に、自転用回転駆動部５５により駆動歯車５３が回転し、太陽歯車である第１の歯車５１が例えば平面視反時計回りに回転する。遊星歯車４２は、上記の公転と第１の歯車５１の回転とによって平面視時計回りに回転し、遊星歯車４２に自転軸４１を介して接続される回転テーブル２の載置部２２が回転する。それによってウエハＷが平面視時計回りに自転する。このように第１の歯車５１の回転によってウエハＷが自転するため、ウエハＷの自転速度は自転用回転駆動部５５による駆動歯車５３の回転速度によって制御される。つまり、ウエハＷの公転速度とは独立して、ウエハＷの自転速度を調整することができる。
このウエハＷの自転速度は、当該ウエハＷの自転とウエハＷの公転とが同期しないように設定される。自転と公転とが同期するとは、ウエハＷが自転により１回転する間にウエハＷが整数回公転することである。つまり、ウエハＷが１回公転する度に、当該ウエハＷが異なる向きに向けられるような自転速度となるように、第１の歯車５１が回転する。これは、後述する原料ガスの吸着領域Ｒ１に位置する度にウエハＷの向きが変わるようにウエハＷを自転させることで、吸着領域Ｒ１における原料ガスの分布がばらついても、ウエハＷの周方向における原料ガスの吸着量を揃え、当該周方向に均一性高い膜厚で成膜するためである。
また、ウエハＷの自転速度が大きいと、吸着領域Ｒ１を通過する際にウエハＷの向きが大きく変化するため、ウエハＷの周方向における原料ガスの吸着度合の偏りが抑えられ、当該周方向における膜厚の均一性を高くすることができる。ただし、ウエハＷの自転速度が大きすぎると、遠心力によりウエハＷが回転テーブル２から浮き上がって脱離してしまうため、ウエハＷの自転速度は、例えば１０ｒｐｍ以下となるように第１の歯車５１の回転が制御される。
図１、図２に戻って、成膜装置１の他の各部について説明する。容器本体１３の側壁にはウエハＷの搬送口４５と、当該搬送口４５を開閉するゲートバルブ４６とが設けられ（図２参照）、搬送口４５介して真空容器１１内に進入した搬送機構と回転テーブル２の凹部２３との間でウエハＷの受け渡しが行われる。具体的には凹部２３を構成する載置部２２及び容器本体１３の底部において、夫々互いに対応する位置に貫通孔を形成しておき、各貫通孔を介してピンの先端が載置部２２と容器本体１３の下方との間で昇降するように構成される。このピンを介して、ウエハＷの受け渡しが行われる。このピン及び当該ピンが貫通する各部の貫通孔の図示は省略している。
また、図２に示すように、回転テーブル２上には、原料ガスノズル６１、分離ガスノズル６２、酸化ガスノズル６３、プラズマ発生用ガスノズル６４、分離ガスノズル６５がこの順に、回転テーブル２の回転方向に間隔をおいて配設されている。各ガスノズル６１〜６５は真空容器１１の側壁から中心部に向かって、回転テーブル２の径に沿って水平に伸びる棒状に形成され、当該径に沿って形成された多数の吐出口６６から、ガスを下方に吐出する。
処理ガス供給機構をなす原料ガスノズル６１は、上記のＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスを吐出する。図２中６０は原料ガスノズル６１を覆うノズルカバーであり、原料ガスノズル６１から回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側に向けて夫々広がる扇状に形成されている。ノズルカバー６０は、その下方におけるＢＴＢＡＳガスの濃度を高めて、ウエハＷへのＢＴＢＡＳガスの吸着性を高くする役割を有する。また、酸化ガスノズル６３は、上記のオゾンガスを吐出する。分離ガスノズル６２、６５はＮ２ガスを吐出するガスノズルであり、上記の天板１２の扇状の突出部１４、１４を夫々周方向に分割するように配置されている。
プラズマ発生用ガスノズル６４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスからなるプラズマ発生用ガスを吐出する。前記天板１２には回転テーブル２の回転方向に沿った扇状の開口部が設けられており、この開口部を塞ぐように当該開口部の形状に対応した、石英などの誘電体からなるカップ状のプラズマ形成部７１が設けられている。このプラズマ形成部７１は、回転テーブル２の回転方向に見て、酸化ガスノズル６３と突出部１４との間に設けられている。図２ではプラズマ形成部７１が設けられる位置を鎖線で示している。
プラズマ形成部７１の下面には、当該プラズマ形成部７１の周縁部に沿って突条部７２が設けられており、上記のプラズマ発生用ガスノズル６４の先端部は、この突条部７２に囲まれる領域にガスを吐出できるように、回転テーブル２の外周側から当該突条部７２を貫通している。突条部７２は、プラズマ形成部７１の下方へのＮ２ガス、オゾンガス及びＢＴＢＡＳガスの進入を抑え、プラズマ発生用ガスの濃度の低下を抑える役割を有する。
プラズマ形成部７１の上方側には窪みが形成され、この窪みには上方側に開口する箱型のファラデーシールド７３が配置されている。ファラデーシールド７３の底面上には、絶縁用の板部材７４を介して、金属線を鉛直軸周りにコイル状に巻回したアンテナ７５が設けられており、アンテナ７５には高周波電源７６が接続されている。上記のファラデーシールド７３の底面には、アンテナ７５への高周波印加時に当該アンテナ７５において発生する電磁界のうち電界成分が下方に向かうことを阻止すると共に、磁界成分を下方に向かわせるためのスリット７７が形成されている。このスリット７７は、アンテナ７５の巻回方向に対して直交（交差）する方向に伸び、アンテナ７５の巻回方向に沿って多数形成されている。このように各部が構成されることで、高周波電源７６をオンにしてアンテナ７５に高周波が印加されると、プラズマ形成部７１の下方に供給されたプラズマ発生用ガスをプラズマ化することができる。
回転テーブル２上において、原料ガスノズル６１のノズルカバー６０の下方領域を、原料ガスであるＢＴＢＡＳガスの吸着が行われる吸着領域Ｒ１とし、酸化ガスノズル６３の下方領域を、オゾンガスによるＢＴＢＡＳガスの酸化が行われる酸化領域Ｒ２とする。また、プラズマ形成部７１の下方領域を、プラズマによるＳｉＯ２膜の改質が行われるプラズマ形成領域Ｒ３とする。突出部１４、１４の下方領域は、分離ガスノズル６２、６５から吐出されるＮ２ガスにより、吸着領域Ｒ１と酸化領域Ｒ２とを互いに分離して、原料ガスと酸化ガスとの混合を防ぐための分離領域Ｄ、Ｄを夫々構成する。
上記の排気口３６は吸着領域Ｒ１と、当該吸着領域Ｒ１に対して回転テーブル２の回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間の外側に開口しており、余剰のＢＴＢＡＳガスを排気する。排気口３７は、プラズマ形成領域Ｒ３と、当該プラズマ形成領域Ｒ３に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの境界付近の外側に開口しており、余剰のＯ３ガス及びプラズマ発生用ガスを排気する。各排気口３６、３７からは、各分離領域Ｄ、回転テーブル２の下方のガス供給管３９、回転テーブル２の中心領域形成部Ｃから夫々供給されるＮ２ガスも排気される。
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１００が設けられている（図１参照）。この制御部１００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。前記プログラムは、成膜装置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、各ガスノズル６１〜６６からのガス供給量、ヒーター３３によるウエハＷの温度、ガス供給管３９及び中心領域形成部ＣからのＮ２ガスの供給量、公転用回転駆動部４４による回転テーブル２の回転速度、自転用回転駆動部５５によるウエハＷの自転速度、排気口３６、３７からの排気流量などが、制御信号に従って制御される。上記のプログラムにおいてはこれらの制御を行い、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１００内にインストールされる。
上記の成膜装置１による成膜処理について説明する。図示しない搬送機構によりウエハＷが、各凹部２３に載置される（図８）。以降、回転テーブル２に載置されたウエハＷを模式的に示した図８〜図１１を適宜参照して説明する。図８〜図１１では図を明確にするために、各ウエハＷをＷ１〜Ｗ５として示している。また、成膜処理中に変位するウエハＷの向きを示すために、成膜処理前のこれらウエハＷ１〜Ｗ５の直径について、回転テーブル２の直径と一致する領域に回転テーブル２の中心へ向かう矢印Ａ１〜Ａ５を付して示している。
上記のウエハＷ１〜Ｗ５の載置後にゲートバルブ４６が閉じられ、排気口３６、３７からの排気により真空容器１１内が所定の圧力の真空雰囲気となり、分離ガスノズル６２、６５からＮ２ガスが回転テーブル２に供給される。また、回転テーブル２の中心領域形成部Ｃ及び回転テーブル２の下方側のガス供給管３９からパージガスとしてＮ２ガスが供給され、回転テーブル２の中心部側から周縁部側へ流れる。さらに、ヒーター３３の温度が上昇し、ヒーター３３からの輻射熱により回転テーブル２が加熱され、当該回転テーブル２からの伝熱によって各ウエハＷ１〜Ｗ５が所定の温度に加熱される。
然る後、公転用回転駆動部４４による回転テーブル２の回転と、自転用回転駆動部５５による載置部２２の回転とが、共に開始される。即ちウエハＷの公転と自転とが開始される。例えばこれら公転及び自転の開始と同時に、原料ガスノズル６１、酸化ガスノズル６３、プラズマ発生用ガスノズル６４からの各ガスの供給と、高周波電源７６からアンテナ７５への高周波の印加によるプラズマの形成と、が開始される。図９は、そのように成膜が開始されてから時間が経過し、成膜開始から回転テーブル２が１８０°回転し、前記自転によってウエハＷの向きが変わった状態を示している。
図１２は、回転テーブル２上に供給された各ガスの流れを矢印で示している。吸着領域Ｒ１と酸化領域Ｒ２との間にＮ２ガスが供給される分離領域Ｄを設けているので、吸着領域Ｒ１に供給される原料ガスは、酸化領域Ｒ２に供給される酸化ガスと回転テーブル２上で混合されずに、前記Ｎ２ガスと共に排気口３６から排気される。また、吸着領域Ｒ１とプラズマ形成領域Ｒ３との間にもＮ２ガスが供給される分離領域Ｄを設けているので、原料ガスと、プラズマ形成領域Ｒ３に供給されるプラズマ発生用ガス及びプラズマ形成領域Ｒ３の回転方向上流側から当該分離領域Ｄに向かう酸化ガスとは、回転テーブル２上で互いに混合されずに、前記Ｎ２ガスと共に排気口３７から排気される。上記の中心領域形成部Ｃから供給されたＮ２ガスも、排気口３６、３７から除去される。
また、図１３ではガス供給管３９から回転テーブル２の下方に供給されたＮ２ガスの流れを矢印で示している。前記Ｎ２ガスの一部は、回転テーブル２の裏面に沿って排気口３６、３７へ流れて、回転テーブル２の表面から流れた各ガスと共に除去される。なお、図１３では排気口３６、３７のうち排気口３６へ流れるＮ２ガスのみ示している。前記Ｎ２ガスの他の一部は、自転軸４１とシールド３４のスリット３５の側壁との隙間から凹部３１に流入し、さらに凹部３１に流入したＮ２ガスの一部は、自転軸４１とスリット３２の側壁との隙間からリング状空間１６に流入する。これら凹部３１、リング状空間１６に流入したＮ２ガスは、流路１７、１８を介して排気路３８へ流入して除去される。また、図１３では、ガス供給管４８から供給されるＮ２ガスの流れについても矢印で示している。このＮ２ガスは、リング状空間１６に供給され、ガス供給管３９から供給されたガスと共に流路１８を介して排気路３８へ流入する。このようにガス供給管３９、４８からのＮ２ガスにより、リング状空間１６がパージされる。
上記のように各ガスの供給と排気とが行われた状態で、ウエハＷ１〜Ｗ５は、自転しながら原料ガスノズル６１のノズルカバー６０の下方の吸着領域Ｒ１、酸化ガスノズル６３の下方の酸化領域Ｒ２、プラズマ形成部７１の下方のプラズマ形成領域Ｒ３を、順番に繰り返し移動する。吸着領域Ｒ１では原料ガスノズル６１から吐出されたＢＴＢＡＳガスがウエハＷに吸着され、酸化領域Ｒ２では吸着されたＢＴＢＡＳガスが、酸化ガスノズル６３から供給されたＯ３ガスにより酸化されて、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。プラズマ形成領域Ｒ３では、前記酸化シリコンの分子層がプラズマに曝されて改質される。
上記のようにウエハＷの載置部２２は、回転テーブル２の回転と同期せずに回転し、各ウエハＷ１〜Ｗ５は、吸着領域Ｒ１の所定の位置に位置する度に、異なる向きに向けられる。図１０は成膜処理開始から回転テーブル２が１回転した状態を示しており、図１１はさらに回転テーブル２の回転が続けられ、一例としてウエハＷ１〜Ｗ５の向きが成膜処理開始時の向きから１８０°回転した向きに向けられた状態を示している。このようにウエハＷ１〜Ｗ５の向きが変化することで、ウエハＷの周方向における各部が、吸着領域Ｒ１内の互いに異なる各位置を通過する。従って、吸着領域Ｒ１内の前記各位置で原料ガスの濃度分布にばらつきが生じていても、成膜処理開始から成膜処理終了までにウエハＷに吸着される原料ガスの量がウエハＷの周方向における各部で揃えられる。結果として、前記ウエハＷの周方向における各部で、ウエハＷに形成される酸化シリコン膜の膜厚の偏りを抑えることができる。
上記のように回転テーブル２の回転が続けられて酸化シリコンの分子層が順次積層され、酸化シリコン膜が形成されると共にその膜厚が次第に大きくなる。所定の回数、回転テーブル２が回転すると、ウエハＷの公転及び自転が停止して成膜処理が終了する。例えば、この成膜処理終了時には、各ウエハＷ１〜Ｗ５の向きは、成膜処理開始時と同じ向きに向けられる。つまり、ウエハＷ１〜Ｗ５は成膜処理開始から整数回自転している。そのように自転回数を整数回とするのは、周方向における膜厚の均一性を、より高めるためである。また、この成膜処理終了時には、例えば各ウエハＷ１〜Ｗ５の位置は成膜処理開始時と同じ位置に位置する。従って、各ウエハＷ１〜Ｗ５は、図８に示した位置及び向きに置かれる。さらに、この成膜処理終了時にはガスノズル６１〜ガスノズル６５からの各ガスの供給及びプラズマの形成についても停止される。この成膜処理終了後、ウエハＷ１〜Ｗ５は、搬送機構により真空容器１１内から搬出される。
この成膜装置１によれば、自転用回転駆動部５５により、第１の歯車５１を回転させることで複数の遊星歯車４２を回転させ、各遊星歯車４２に自転軸４１を介して接続される載置部２２を回転させることで、公転中のウエハＷを自転させる。そのようにウエハＷが自転することによって、吸着領域Ｒに位置する度にウエハＷの向きを変更することができるので、ウエハＷの周方向におけるＳｉＯ２膜の膜厚の均一性を高くすることができる。また、この成膜装置１においては第１の歯車５１を回転させることにより５つの遊星歯車４２を回転させ、それによって自転軸４１を介して５つのウエハＷを自転させることができる。即ち、ウエハＷを自転させる自転用回転駆動部５５は回転テーブル２の各凹部２３に共用されており、従ってウエハＷごとに個別の回転駆動部を設ける必要が無いため、装置の製造コストを抑えることができる。
また、ガス供給管３９、４８から供給されたＮ２ガスにより、回転テーブル２の表面に対して区画された領域である凹部３１内及びリング状空間１６がパージされる。リング状空間１６がそのようにパージされることで、第１の歯車５１、遊星歯車４２及び駆動歯車５３の噛合によってパーティクルが発生しても、当該パーティクルは排気路３８へ流れ込んで真空容器１１内から除去され、回転テーブル２上のウエハＷに付着することが防がれる。また、凹部３１内がパージされることで、原料ガス及び酸化ガスがヒーター３３に付着することが防がれ、当該ヒーター３３が劣化することを防ぐことができる。
また、この成膜装置１によれば回転テーブル２に支柱２６を介して吊り下げられるように支持されたリング部材２７に自転軸４１が支持されるように構成されている。そして、回転テーブル２の回転による支柱２６及び自転軸４１の移動路の内側、外側に夫々ヒーター３３が配置されている。このような構成によって、ヒーター３３が支柱２６及び自転軸４１の移動を妨げることなく、回転テーブル２を介してウエハＷを加熱することができる。
上記の例では、ガスノズル６１はＡＬＤの原料ガスを供給しているが、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により成膜を行うための成膜ガスを供給し、この成膜ガスが供給される領域にウエハＷが移動する度にウエハＷの自転により向きが変更されるようにしてもよい。つまり酸化ガスノズルや分離ガスノズルが設けられない装置構成としてもよい。
また、歯車の構成としては上記の例に限られない。図１４には、太陽歯車である第１の歯車、遊星歯車の他の構成例を示している。上記の第１の歯車５１、遊星歯車５２との差異点を中心に説明すると、図１４に示す第１の歯車８１は、第１の歯車５１と同様にリング状に形成されており（図では便宜上、その一部のみを切り欠いて表示している）、その外周において、周方向に多数の磁石８２が設けられている。図１４では、各磁石８２について夫々歯車８１の外端側の磁極を示しており、この外端側の磁極については、歯車８１の周方向に見て交互にＮ極とＳ極とが繰り返されるように各磁石８２が配置されている。
また、遊星歯車８３についても、第１の歯車８１と同様に、その外周に複数の磁石８４が設けられており、外端側の磁極については歯車８３の周方向に見て交互にＮ極とＳ極とが繰り返されている。そして、第１の歯車８１の磁石８２と、遊星歯車８３の磁石８４との間の磁力により、第１の歯車８１の回転に従って、遊星歯車８３が第１の歯車８１に非接触で回転し、それによってウエハＷが自転するように構成されている。つまり、第１の歯車８１及び遊星歯車８３は、磁気ギアとして構成されており、このように磁気ギアとして第１の歯車８１及び遊星歯車８３を構成した場合は、例えば、第１の歯車８１を回転させる駆動歯車５３もその外周に磁石を備えた磁気ギアとして構成し、非接触で第１の歯車８１を回転させることができる。
このように非接触で各歯車を回転させることで、パーティクルの発生と、当該パーティクルがウエハＷに付着することを、より確実に抑えることができる。なお、図１４の例では第１の歯車及び第２の歯車が共に磁石を備えるものとしたが、第１の歯車８１の回転によって遊星歯車８３が回転すればよいため、磁石８２及び磁石８４の内の一方を、磁石ではない鉄などの磁性体に置き換えてもよい。また、駆動歯車５３を磁性体とすると共に第１の歯車８１を磁気ギアとしてもよい。
（評価試験）
本発明に関連した評価試験１について説明する。この評価試験１の説明では、回転テーブル２の凹部２３に載置されたウエハＷについて、成膜処理開始時において回転テーブル２の直径に一致するウエハＷの直径をＹラインと記載する。従って、Ｙラインは図８中に矢印Ａ１〜Ａ５として示した領域である。そして、このＹラインに対して直交するウエハＷの直径をＸラインと記載する。
直径が３００ｍｍのウエハＷの自転による膜厚分布の変化を調べる試験を行った。評価試験１−１として、成膜装置１においてウエハＷを自転させずに成膜するシミュレーションを実施した。また、評価試験１−２として、ウエハＷの自転を行うことを除いては、評価試験１−１と同じ条件で成膜を行うシミュレーションを実施した。ただし、この評価試験１−２では実施の形態と異なり、成膜処理開始から成膜処理終了までにウエハＷは１８０°だけ自転するように設定している。また、評価試験１−３として評価試験１−２と同様の試験を行ったが、差異点としてウエハＷは４５°だけ自転するように設定した。さらに評価試験１−４として、実施の形態と同様にウエハＷが整数回、自転するように設定した他は評価試験１−１〜１−３と同じ条件でシミュレーションを実施した。評価試験１−１〜１−４の夫々において、ウエハＷの面内における膜厚分布を測定した。
図１５の上段、下段は夫々評価試験１−１、１−２のウエハＷの面内の膜厚分布を模式的に示し、図１６の上段、下段は夫々評価試験１−３、１−４のウエハＷの面内の膜厚分布を模式的に示している。実際に取得された試験結果は、ウエハＷの面内に膜厚に応じた色が付されたコンピュータグラフィクスであるが、図１５、図１６では図示の便宜上、ウエハＷの面内を、膜厚が所定の範囲となった領域ごとに等高線で囲み、模様を付して示している。
また、図１７の上段は、評価試験１−１、１−４の各Ｙラインの膜厚分布を示すグラフであり、下段は評価試験１−１、１−４の各Ｘラインの膜厚分布を示すグラフである。各グラフの横軸はウエハＷの一端からの距離（単位：ｍｍ）を示している。ＹラインのグラフにおけるウエハＷの一端とは、回転テーブル２の中心軸側の端である。各グラフの縦軸は膜厚（単位：ｎｍ）を示している。図１８の上段は、評価試験１−２、１−３の各Ｙラインの膜厚分布を示すグラフであり、下段は、評価試験１−２、１−３の各Ｘラインの膜厚分布を示すグラフである。
図１５、図１６のウエハＷの模式図から、ウエハＷを自転させることでウエハＷの周方向における膜厚分布の均一性が高くなり、整数回回転させた評価試験１−４では当該周方向の均一性が極めて高くなっていることが分かる。また、各グラフについて見ると、Ｘラインの膜厚分布は、評価試験１−１〜１−４で大きな差は見られない。Ｙラインの膜厚分布については、評価試験１−１で見られるＹラインの一端部と他端部との間の膜厚の若干の差が、評価試験１−２、１−３では小さくなっており、評価試験１−４では殆ど無くなっている。従って、各グラフからもウエハＷの周方向の膜厚分布について均一性が高くなっていることが分かる。
また、評価試験１−１〜１−４の夫々について、Ｘライン上及びＹライン上の各測定位置を含む、ウエハＷの面内の４９箇所の位置で測定された膜厚から算出された、膜厚の平均値、膜厚の最大値、膜厚の最小値、膜厚の最大値と最小値との差、及び面内均一性を表す指標であるＷｉｎＷを下記の表１に示す。ＷｉｎＷとは、±｛（膜厚の最大値-膜厚の最小値）／（膜厚の平均値）｝／２×１００（％）であり、表１ではその絶対値を表示している。この絶対値が小さいほど面内均一性が高い。評価試験１−１〜１−４のＷｉｎＷを比較して、ウエハＷを自転させることによって、周方向のみならずウエハＷの面内全体において膜厚の均一性が高くなっていること、及び評価試験１−４が最も面内全体で膜厚の均一性が高くなっていることが分かる。従って、この評価試験１からは、実施の形態で説明したようにウエハＷを自転させることがウエハＷの面内の膜厚の均一性を高くするために有効であることが分かり、自転の回数は整数とすることが特に有効であることが分かる。
Figure 0006330630
Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１１ 真空容器
２ 回転テーブル
２７ リング部材
３３ ヒーター
４１ 自転軸
４２ 遊星歯車
４４ 公転用回転駆動部
５１ 第１の歯車
５５ 自転用回転駆動部
１００ 制御部

Claims (2)

  1. 処理ガスを基板に供給して薄膜を得る成膜装置であって、
    真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
    前記回転テーブルの一面側におけるガス供給領域に前記処理ガスを供給し、前記公転により当該ガス供給領域を複数回繰り返し通過する基板に成膜を行うための処理ガス供給機構と、
    前記回転テーブルの他面側に設けられ、当該回転テーブルの回転方向に沿って回転自在な第１の歯車と、
    前記第１の歯車に噛合し、前記載置領域と共に公転するように設けられ、自転することによって基板が自転するように当該載置領域を回転させる遊星歯車からなる第２の歯車と、
    前記第１の歯車を回転させて、前記基板の自転速度を調整するための回転駆動部と、
    前記第２の歯車が設けられ、前記載置領域を回転させるための自転軸と、
    前記自転軸を支持する軸受けと、
    前記軸受けを前記回転テーブルに支持する支持部材と、
    を備え
    前記支持部材は、前記自転軸に対して回転テーブルの回転方向に離れて設けられた支柱と、
    前記回転テーブルの他面から離れて設けられ、前記支柱と前記軸受けを接続する接続部と、を備え、
    前記接続部の上方において、前記自転軸及び支柱の移動路の内側、外側に夫々基板を加熱する加熱機構が設けられることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記第１の歯車及び前記第２の歯車は、回転テーブルの一面側から区画された区画領域に設けられ、
    当該区画領域にガスを供給するガス供給部と、当該区画領域を排気する排気路と、が設けられたことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
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