JP6685216B2 - 成膜装置、成膜方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体 - Google Patents

成膜装置、成膜方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、成膜装置、成膜方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体に関する。
従来、真空容器内に設けられた回転テーブルの回転方向に複数の基板を載置し、回転テーブルを回転させた状態で回転テーブルの径方向に沿って設けられたガス供給部から処理ガスを供給することにより、基板に膜を堆積する成膜装置が知られている。
このような成膜装置では、真空容器内のガスの流れ、回転テーブルの温度分布などにより、基板に堆積する膜の膜厚に不均衡が生じる場合がある。特に、回転テーブルが回転軸を中心に円運動を行うため、回転テーブルの回転中心に近い側と遠い側とにおいて不均衡が生じやすい。
そこで、従来は、例えば回転テーブルにおける基板を載置する位置にトレイを設け、回転テーブルの回転（公転）とは別に真空容器の外部に設けた駆動装置によりトレイを回転（自転）させることで、膜厚を均一化している（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０−２０６０２５号公報
しかしながら、上記の技術では、真空容器の外部からトレイを回転させる構造であるため、トレイを回転させるための機構が複雑である。
このため、簡素な機構で回転テーブルに対して基板を回転させて、基板に堆積する膜の膜厚均一性を向上させることができる成膜装置が求められている。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜装置は、容器内にて互いに反応する少なくとも２つの反応ガスを順番に供給して基板に膜を堆積させる成膜装置であって、前記容器内に回転可能に設けられ、底部に貫通穴を有する凹部が上面に形成された回転テーブルと、前記凹部に着脱可能に載置され、上面に前記基板が載置される載置部を有し、下面に第１の突起部を有する基板支持部材と、前記回転テーブルを昇降させ、かつ、回転させる駆動機構と、前記容器内において前記回転テーブルよりも下方に設けられ、上面に第２の突起部を有する蓋部材と、前記駆動機構により前記回転テーブルを下降させた後、前記回転テーブルを回転させて前記第１の突起部と前記第２の突起部とを接触させ、前記基板支持部材を移動させることで、前記回転テーブルに対して前記基板支持部材を所定の角度だけ回転させる制御部とを備える。
開示の成膜装置によれば、回転テーブルを回転させる力を利用して基板を回転させることができるので、基板を回転させるための駆動装置が不要となる。このため、簡素な機構で回転テーブルに対して基板を回転させて、基板に堆積する膜の膜厚均一性を向上させることができる。
本実施形態の成膜装置の概略断面図 本実施形態の成膜装置の概略斜視図 本実施形態の成膜装置の概略平面図 本実施形態の成膜装置における回転テーブルの同心円に沿った概略断面図 本実施形態の成膜装置の分離領域を示す概略断面図 本実施形態の成膜装置におけるウエハの回転機構を示す概略断面図（１） 本実施形態の成膜装置におけるウエハの回転機構を示す概略断面図（２） 本実施形態の成膜装置における基板支持部材の一例を示す図 本実施形態の成膜装置における軸受部材の一例を示す図 本実施形態の成膜装置における蓋部材の一例を示す図 本実施形態の成膜装置においてウエハを回転（自転）させる動作を説明する図（１） 本実施形態の成膜装置においてウエハを回転（自転）させる動作を説明する図（２）
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
〔成膜装置〕
本実施形態の成膜装置について、図１から図５に基づき説明する。図１は、本実施形態の成膜装置の概略断面図である。図２は、本実施形態の成膜装置の概略斜視図である。図３は、本実施形態の成膜装置の概略平面図である。なお、図２及び図３では、説明の便宜上、天板の図示を省略している。
図１から図３までを参照すると、成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、真空容器１内に設けられ、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。真空容器１は、内部に収容したウエハの上面に成膜処理を行うための処理室である。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。
回転テーブル２は、真空容器１内に回転可能に設けられている。回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底部１４を貫通し、下端が駆動部２３に取り付けられている。駆動部２３は、例えば圧空シリンダとステッピングモータとを含み、回転軸２２を昇降させることで回転テーブル２を昇降させ、回転軸２２を鉛直軸回りに回転させることで回転テーブル２を回転させる。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。ケース体２０はその上面に設けられたフランジ部が、鉛直方向に伸縮可能なベローズ１６を介して真空容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。回転テーブル２が昇降する場合には、回転テーブル２の昇降に対応してベローズ１６が伸縮するため、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態を維持することができる。なお、ベローズ１６及び駆動部２３は駆動機構の一例である。
回転テーブル２の上面には、図２及び図３に示されるように、回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では６個）の円形状の凹部２ａが形成されている。凹部２ａには、図３に示されるように、基板である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という。）を載置するための基板支持部材９１が設けられている。なお、図３には便宜上、１個の基板支持部材９１だけにウエハＷを示している。なお、基板支持部材９１の詳細については後述する。
回転テーブル２の上方には、図２及び図３に示されるように、例えば石英により形成された反応ガスノズル３１、３２及び分離ガスノズル４１、４２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び反応ガスノズル３２がこの順番で配列されている。これらのノズル３１、３２、４１、４２は、各ノズル３１、３２、４１、４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ（図３）を容器本体１２の外周面に固定することにより、真空容器１の外周面から真空容器１内に導入され、容器本体１２の径方向に沿って回転テーブル２に対して水平に伸びるように取り付けられている。
本実施形態においては、図３に示されるように、反応ガスノズル３１は、配管１１０、流量制御器１２０などを介して、第１の反応ガスの供給源１３０に接続されている。反応ガスノズル３２は、配管１１１、流量制御器１２１などを介して、第２の反応ガスの供給源１３１に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管、流量制御バルブなどを介して、分離ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスなどの希ガスや窒素（Ｎ２）ガスなどの不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、Ｎ２ガスを用いる例を挙げて説明する。
反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔３５が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、第１の反応ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウエハＷに吸着した第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスを供給し、反応生成物の分子層を生成する第２の処理領域Ｐ２となる。なお、反応生成物の分子層が、堆積（成膜）される膜を構成する。
第１の反応ガスは、種々のガスであってよいが、一般的には、成膜される膜の原料となる原料ガスが選択され、例えばシリコン酸化膜を成膜する場合には、ビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガス等のシリコン含有ガスが選択される。
第２の反応ガスには、第１の反応ガスと反応して反応生成物を生成し得る反応ガスであれば、種々の反応ガスを用いることができ、例えばシリコン酸化膜を成膜する場合にはオゾン（Ｏ３）ガス等の酸化ガスが選択される。
図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２と共に分離領域Ｄを構成するため、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の下面に取り付けられている。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。
図４は、本実施形態の成膜装置における回転テーブルの同心円に沿った概略断面図であり、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示している。なお、図４では、説明の便宜上、基板支持部材９１及びウエハＷの図示を省略している。
図４に示されるように、天板１１の下面に凸状部４が取り付けられている。このため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向の両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図４に示されるように、凸状部４には周方向の中央において、径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、分離ガスノズル４１が溝部４３内に収容されている。また、高い天井面４５の下方の空間に反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、図４に示されるように、高い天井面４５の下方の右側の空間４８１に反応ガスノズル３１が設けられ、高い天井面４５の下方の左側の空間４８２に反応ガスノズル３２が設けられる。
また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４２ｈ（図４）が、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。
天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２のガス吐出孔４２ｈからＮ２ガスが供給されると、このＮ２ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。即ち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスが、第１の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の反応ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の反応ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内において第１の反応ガスと第２の反応ガスとが混合し、反応することが抑制される。
なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、分離ガスの供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１、４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。
一方、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。
先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している。一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す断面図である。図５に示されるように、扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、第１の反応ガスと第２の反応ガスとの混合を抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。
容器本体１２の内周面は、分離領域Ｄでは図５に示されるように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の領域では図１に示されるように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域と記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示されるように、それぞれ第１の排気口６１及び第２の排気口６２が形成されている。第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示されるように、それぞれ排気管６３を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４に接続されている。また、真空ポンプ６４と排気管６３との間に、圧力制御器６５が設けられる。
回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図５に示されるように加熱手段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が、プロセスレシピで決められた温度（例えば２００℃）に加熱される。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている（図５）。このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａと真空容器１の内周面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられている。内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。
ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心側の部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。また、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周面（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは、例えば石英により形成されている。蓋部材７ａの詳細については後述する。
また、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い空間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の上面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給されるＢＴＢＡＳガスと第２の処理領域Ｐ２に供給されるＯ３ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。即ち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。
さらに、真空容器１の側壁には、図２及び図３に示されるように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間でウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は、図示しないゲートバルブにより開閉される。また、この搬送口１５に対向する位置にて回転テーブル２におけるウエハ載置領域である基板支持部材９１と搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しが行われる。このため、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、基板支持部材９１を貫通してウエハＷを下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、本実施形態による成膜装置には、図１に示されるように、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。また、制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する成膜方法を成膜装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の成膜方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスクなどの媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。
〔回転機構〕
本実施形態の成膜装置におけるウエハＷの回転機構について、図６から図１０に基づき説明する。図６及び図７は本実施形態の成膜装置におけるウエハの回転機構を示す概略断面図であり、図２及び図３における６個の凹部２ａのうちの１個の凹部２ａが形成された部分を拡大した図である。図６は、回転テーブル２を上昇させてウエハＷに成膜を行うときの回転テーブル２と蓋部材７ａとの位置関係を示している。図７は、回転テーブル２を下降させてウエハＷを回転（自転）させるときの回転テーブル２と蓋部材７ａとの位置関係を示している。
回転テーブル２は、例えば約１０ｍｍの厚さを有する石英板により円板状に形成されている。回転テーブル２の上面には、基板支持部材９１が着脱可能に載置される円形状の凹部２ａが形成されている。凹部２ａの中心部には、円形状の貫通穴が設けられている。回転テーブルの凹部２ａの底面には、ウエハＷの下面を支持してウエハＷを昇降させるための昇降ピンが貫通する複数（図示せず）の貫通穴が形成されている。
凹部２ａは、基板支持部材９１の外径よりも僅かに（例えば１ｍｍ）大きい内径と、基板支持部材９１の厚さにほぼ等しい深さとを有している。これにより、基板支持部材９１が凹部２ａに載置されると、回転テーブル２の上面（基板支持部材９１が載置されない領域）と基板支持部材９１の上面とがほぼ同じ高さになる。回転テーブル２の上面と基板支持部材９１の上面との間に段差が生じると、回転テーブル２及び基板支持部材９１の上方のガスの流れが乱れ、ウエハＷに堆積する膜の膜厚均一性に影響を与える場合がある。この影響を低減するため、回転テーブル２の上面と基板支持部材９１の上面とをほぼ同一の高さとし、ガスの流れが乱れることを抑制している。
図８は、本実施形態の成膜装置における基板支持部材の一例を示す図である。図８（ａ）は基板支持部材を上面側から見たときの斜視図であり、図８（ｂ）は基板支持部材を下面側から見たときの斜視図であり、図８（ｃ）は基板支持部材の側面図である。
図８に示されるように、基板支持部材９１は、例えば約４ｍｍの厚さを有する石英板により円板状に形成されている。
基板支持部材９１の上面には、ウエハＷが載置される円形凹状の載置部９１ａが形成されている。載置部９１ａの底面には、ウエハＷの下面を支持してウエハＷを昇降させるための昇降ピンが貫通する複数個（図示せず）の貫通穴が形成されている。載置部９１ａは、ウエハＷの直径よりも僅かに（例えば２ｍｍ）大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。これにより、ウエハＷが載置部９１ａに載置されると、基板支持部材９１の上面（ウエハＷが載置されない領域）とウエハＷの上面とがほぼ同じ高さになる。基板支持部材９１の上面とウエハＷの上面との間に段差が生じると、基板支持部材９１及びウエハＷの上方のガスの流れが乱れ、ウエハＷに堆積する膜の膜厚均一性に影響を与える場合がある。この影響を低減するため、基板支持部材９１の上面とウエハＷの上面とをほぼ同一の高さとし、ガスの流れが乱れることを抑制している。
基板支持部材９１の下面の中心部には、凸状に形成されたフランジ部９２が設けられている。フランジ部９２は、例えば石英により形成されている。フランジ部９２には、蓋部材７ａ側に突出する第１の突起部９３がフランジ部９２の周方向に沿って等間隔に複数個（図示の例では４個）設けられている。第１の突起部９３は、例えば石英により円柱状に形成されている。フランジ部９２の外周面と回転テーブル２の貫通穴の内周面との間には、軸受部材９４が設けられている（図６及び図７）。
図９は、本実施形態の成膜装置における軸受部材の一例を示す図である。図９（ａ）は軸受部材を上面側から見たときの斜視図であり、図９（ｂ）は軸受部材の側面図である。
図９に示されるように、軸受部材９４は円環板状の部分と円筒状の部分とが結合したフランジに類似した形状に形成されている。軸受部材９４は、基板支持部材９１のフランジ部９２を、基板支持部材９１の回転軸回りに回転自在に支持する部材である。軸受部材９４を設けることにより、回転テーブル２に対して基板支持部材９１が正確かつ滑らかに回転する。軸受部材９４は、フランジ部９２との間の摩擦係数が小さい材料により形成されていることが好ましく、例えばフランジ部９２が石英により形成されている場合、サファイア又はルビーにより形成されていることが好ましい。これにより、無潤滑状態でもスムーズな動作を実現できる。
また、軸受部材９４とフランジ部９２との間の摺動面、即ち、軸受部材９４のフランジ部９２との摺動面及びフランジ部９２の軸受部材９４との摺動面の少なくともいずれかには、炭化チタンコーティングが施されていることが好ましい。摺動面に炭化チタンコーティングが施されている場合、炭化チタンが有する自己潤滑性により高温下（例えば３００℃以上）においても安定した低摩擦係数が得られる。その結果、低温下（例えば３００℃未満）に加えて、高温下（例えば３００℃以上）においても、軸受部材９４とフランジ部９２との間の摺動抵抗を低減し、スムーズな動作を実現できる。炭化チタンコーティングの膜厚は、特に限定されないが、耐久性の観点から１μｍ以上であることが好ましく、密着性の観点から１０μｍ以下であることが好ましい。
図１０は、本実施形態の成膜装置における蓋部材の一例を示す図である。図１０（ａ）は蓋部材を上面側から見たときの斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の一部分を拡大した図である。
図１０（ａ）に示されるように、蓋部材７ａは円板状に形成されている。蓋部材７ａの中心部には、円形状の貫通穴が設けられている。蓋部材７ａの上面には、基板支持部材９１のフランジ部９２と対応する位置に滑り台座９６が設けられている。即ち、蓋部材７ａの上面には、周方向に沿って等間隔に複数個（図示の例では６個）の滑り台座９６が設けられている。滑り台座９６は、その上面の高さが蓋部材７ａの上面の高さと同一となるように、蓋部材７ａの上面に形成された凹部２ａ上に設けられている（図６及び図７）。滑り台座９６は、蓋部材７ａよりも第１の突起部９３との間の摩擦係数が小さい材料により形成されていることが好ましく、例えば第１の突起部９３が石英により形成されている場合、サファイア又はルビーにより形成されていることが好ましい。これにより、無潤滑状態でもスムーズな動作を実現できる。
また、滑り台座９６と第１の突起部９３との間の摺動面、即ち、滑り台座９６の第１の突起部９３との摺動面及び第１の突起部９３の滑り台座９６との摺動面の少なくともいずれかには、炭化チタンコーティングが施されていることが好ましい。摺動面に炭化チタンコーティングが施されている場合、炭化チタンが有する自己潤滑性により高温下（例えば３００℃以上）においても安定した低摩擦係数が得られる。その結果、低温下（例えば３００℃未満）に加えて、高温下（例えば３００℃以上）においても、滑り台座９６と第１の突起部９３との間の摺動抵抗を低減し、スムーズな動作を実現できる。炭化チタンコーティングの膜厚は、特に限定されないが、耐久性の観点から１μｍ以上であることが好ましく、密着性の観点から１０μｍ以下であることが好ましい。
図１０（ｂ）に示されるように、滑り台座９６の各々の上面には、回転テーブル２側に突出する第２の突起部９５が第１の突起部９３と対応する位置に例えば１個ずつ設けられている。なお、第２の突起部９５は、第１の突起部９３と対応する位置に２個ずつ設けられていてもよい。第２の突起部９５は、蓋部材７ａの径方向に延びる凸状に形成されている。第２の突起部９５は、第１の突起部９３との間の摩擦係数が小さい材料により形成されていることが好ましく、例えば第１の突起部９３が石英により形成されている場合、サファイア又はルビーにより形成されていることが好ましい。これにより、無潤滑状態でもスムーズな動作を実現できる。
また、第２の突起部９５と第１の突起部９３との間の摺動面、即ち、第２の突起部９５の第１の突起部９３との摺動面及び第１の突起部９３の第２の突起部９５との摺動面の少なくともいずれかには、炭化チタンコーティングが施されていることが好ましい。摺動面に炭化チタンコーティングが施されている場合、炭化チタンが有する自己潤滑性により高温下（例えば３００℃以上）においても安定した低摩擦係数が得られる。その結果、低温下（例えば３００℃未満）に加えて、高温下（例えば３００℃以上）においても、第２の突起部９５と第１の突起部９３との間の摺動抵抗を低減し、スムーズな動作を実現できる。炭化チタンコーティングの膜厚は、特に限定されないが、耐久性の観点から１μｍ以上であることが好ましく、密着性の観点から１０μｍ以下であることが好ましい。
〔成膜方法〕
本実施形態の成膜装置の動作（成膜方法）について説明する。本実施形態の成膜方法は、搬入工程と、成膜工程と、自転工程と、搬出工程とを有し、成膜工程と自転工程とを交互に複数回繰り返すことにより、ウエハＷに所定の膜厚の膜を堆積させる方法である。以下では、一例として、ＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスとを用いてシリコン酸化膜を成膜する方法について説明する。
（搬入工程）
まず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介してウエハＷを基板支持部材９１の載置部９１ａに受け渡す。この受け渡しは、載置部９１ａが搬送口１５に対向する位置に停止したときに載置部９１ａの底面の貫通穴を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、基板支持部材９１の６つの載置部９１ａにそれぞれウエハＷを載置する。
（成膜工程）
ウエハＷを搬入した後、ゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を予め設定された圧力にまで排気する。次いで、回転テーブル２を時計回りに回転（公転）させる。回転テーブル２及び基板支持部材９１は、ヒータユニット７により予め所定の温度に加熱されており、ウエハＷは載置部９１ａに載置されることにより加熱される。ウエハＷが予め設定された所定の温度に加熱された後、反応ガスノズル３１から第１の処理領域Ｐ１に第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳガス）を供給し、反応ガスノズル３２から第２の処理領域Ｐ２に第２の反応ガス（Ｏ３ガス）を供給する。また、分離ガスノズル４１、４２から分離ガス（Ｎ２ガス）を供給する。
ウエハＷが反応ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１を通過するときにウエハＷの上面にＢＴＢＡＳ分子が吸着し、反応ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２を通過するときにウエハＷの上面にＯ３分子が吸着し、Ｏ３によりＢＴＢＡＳ分子が酸化する。即ち、回転テーブル２の回転により、ウエハＷが第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２を一回通過すると、ウエハＷの上面に酸化シリコンの一分子層が形成される。
（自転工程）
回転テーブル２の回転によりウエハＷが第１の処理領域Ｐ１及び第２の処理領域Ｐ２を交互に所定の回数通過した後、ウエハＷの回転（自転）工程を行う。
図１１及び図１２は、本実施形態の成膜装置においてウエハを自転させる動作を説明する図である。図１１は第１の突起部９３が第２の突起部９５に接触するまでのフランジ部９２及び第１の突起部９３と第２の突起部９５との間の位置関係を表し、図１２は第１の突起部９３が第２の突起部９５に接触した後のフランジ部９２及び第１の突起部９３と第２の突起部９５との間の位置関係を表している。図１１中の破線で示す位置Ｘ１は自転工程を開始する前の状態を表し、図１１中の実線及び図１２中の破線で示す位置Ｘ２は自転工程の途中の状態を表し、図１２中の実戦で示す位置Ｘ３は自転工程が終了した状態を表している。
まず、ＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスの供給を停止し、回転軸２２の回転を停止させて回転テーブル２の回転を停止させる。このとき、基板支持部材９１に設けられた第１の突起部９３が滑り台座９６に設けられた第２の突起部９５よりも回転テーブル２の回転方向の僅かに上流側に位置するように回転テーブル２を停止させる（図１１中、Ｘ１で示す。）。
次いで、回転テーブル２を下降させることにより、第１の突起部９３を滑り台座９６の上面に接触させて滑り台座９６上に載置する。第１の突起部９３を滑り台座９６上に載置した後、更に回転テーブル２を下降させることで、回転テーブル２の凹部２ａに載置されていた基板支持部材９１を、図７に示されるように、凹部２ａから僅かに離間させる。基板支持部材９１を凹部２ａから離間させる高さは、基板支持部材９１のフランジ部９２の下面の位置が軸受部材９４の上面の位置を超えない位置であることが好ましく、例えば１ｍｍから５ｍｍ程度とすることができる。これにより、フランジ部９２が軸受部材９４に回転自在に支持された状態が維持されるため、回転テーブル２に対する基板支持部材９１の水平方向の位置がずれることはない。
次いで、回転軸２２を時計回りに回転させることで回転テーブル２を回転させ、第１の突起部９３ｄを滑り台座９６に設けられた第２の突起部９５と接触する位置（図１１中、Ｘ２で示す。）まで移動させる。このとき、第１の突起部９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄが滑り台座９６の上面を滑るように移動するため、回転テーブル２に対して基板支持部材９１が回転することはない。
第１の突起部９３ｄが第２の突起部９５に接触した後、更に回転軸２２を時計回りに回転させることで回転テーブル２を回転させる。このとき、第２の突起部９５に接触した第１の突起部９３ｄが滑り台座９６に設けられた第２の突起部９５により回転テーブル２の回転方向に移動することが規制される。これにより、フランジ部９２は、第１の突起部９３ｄが第２の突起部９５の側面に接触した状態で回転テーブル２の径方向に移動する。このため、回転テーブル２に対してフランジ部９２が時計回りに回転しながら滑り台座９６の上面を移動する。即ち、回転テーブル２に対して基板支持部材９１が時計回りに回転する。回転テーブル２に対して基板支持部材９１を予め設定された所定の角度θ（図示せず）だけ回転させた後（図１２中、Ｘ３で示す。）、回転軸２２の回転を停止させて回転テーブル２の回転を停止させる。
所定の角度θは、図１２に示されるように、位置Ｘ３における第１の突起部９３ａの回転テーブル２の径方向に対する角度θ３と、位置Ｘ２における第１の突起部９３ａの回転テーブル２の径方向に対する角度θ２との差によって算出される角度（θ３−θ２）である。即ち、角度θ３は、位置Ｘ３におけるフランジ部９２の中心と回転テーブル２の中心とを結ぶ直線と、フランジ部９２の中心と第１の突起部９３ａの中心とを結ぶ直線とのなす角である。また、角度θ２は、位置Ｘ２におけるフランジ部９２の中心と回転テーブル２の中心とを結ぶ直線と、フランジ部９２の中心と第１の突起部９３ａの中心とを結ぶ直線とのなす角である。なお、所定の角度θの好適な範囲については後述する。
次いで、図６に示されるように、回転軸２２を上昇させることにより、第１の突起部９３の下面の位置が第２の突起部９５の上面の位置よりも上方となるように回転テーブル２を上昇させる。これにより、回転テーブル２を回転させた場合であっても、第１の突起部９３と第２の突起部９５とが接触しないため、基板支持部材９１が回転（自転）することはない。
以上により、ウエハＷの自転工程が終了する。
なお、所定の角度θは、堆積する膜の膜厚が目標膜厚に達するまでの間に、所定の回数の自転工程において回転した回転テーブル２に対する基板支持部材９１の回転角度の合計が３６０°の整数倍（ｎ倍）となるように定められることが好ましい。これにより、目標膜厚の膜が成膜させる間に、ウエハＷがｎ回転することになる。このため、ウエハＷ面内に生じ得る膜の厚い部分の膜厚と薄い部分の膜厚とが効果的に相殺され、ウエハＷに堆積する膜の膜厚均一性を特に向上させることができる。
また、所定の角度θは、自転工程を繰り返す回数を少なくすることができるという観点、及び、回転テーブル２（回転軸２２）を回転させる駆動部２３に過度な負荷を与えないという観点から、６０°以上１２０°以下であることが好ましい。
具体的には、例えば堆積するシリコン酸化膜の膜厚が目標膜厚に達するまでの間に自転工程が４回行われる場合、所定の角度θは９０°（３６０°／４）であることが好ましい。また、例えば堆積する膜の膜厚が目標膜厚に達するまでの間に自転工程が１２回行われる場合、所定の角度θは６０°（７２０°／１２）、９０°（１０８０°／１２）、１２０°（１４４０°／１２）であることが好ましい。
（搬出工程）
成膜工程と自転工程とを交互に複数回繰り返すことにより、ウエハＷの上面に所定の膜厚を有するシリコン酸化膜を堆積した後、ＢＴＢＡＳガス及びＯ３ガスの供給を停止し、回転テーブル２の回転を停止させる。次いで、真空容器１内をパージする。次いで、搬入工程における動作と逆の動作によりウエハＷを搬送アーム１０により真空容器１から順次搬出する。
以上の工程により、本実施形態の成膜方法が実現される。
以上に説明したように、本実施形態の成膜装置によれば、回転テーブル２を回転させる力を利用してウエハＷを回転させることができるので、ウエハＷを回転させるための駆動装置が不要となる。このため、簡素な機構で回転テーブル２に対してウエハＷを回転させて、ウエハＷに堆積する膜の膜厚均一性を向上させることができる。
以上、成膜装置、成膜方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体を上記実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
本実施形態では、シリコン酸化膜の分子層成膜について説明したが、これに限定されず、例えばシリコン窒化膜の分子層成膜を行うこともできる。シリコン窒化膜の分子層成膜のための窒化ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ３）を用いることができる。
また、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の分子層成膜のための原料ガスとしては、ＢＴＢＡＳに限定されない。原料ガスとしては、例えばジクロロシラン（ＤＣＳ）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ）、トリジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いることができる。
さらに、本発明に係る成膜装置では、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の分子層成膜に限定されず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の分子層成膜、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ）とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の分子層成膜、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨｆ）とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）の分子層成膜、ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｓｒ（ＴＨＤ）２）とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の分子層成膜、チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｔｉ（ＭＰＤ）（ＴＨＤ））とＯ３又は酸素プラズマとを用いた酸化チタニウム（ＴｉＯ）の分子層成膜などを行うことができる。
１ 真空容器
２ 回転テーブル
２ａ 凹部
７ ヒータユニット
７ａ 蓋部材
１６ ベローズ
２３ 駆動部
９１ 基板支持部材
９１ａ 載置部
９２ フランジ部
９３ 第１の突起部
９４ 軸受部材
９５ 第２の突起部
９６ 滑り台座
１００ 制御部
Ｗ ウエハ

Claims (21)

  1. 容器内にて互いに反応する少なくとも２つの反応ガスを順番に供給して基板に膜を堆積させる成膜装置であって、
    前記容器内に回転可能に設けられ、底部に貫通穴を有する凹部が上面に形成された回転テーブルと、
    前記凹部に着脱可能に載置され、上面に前記基板が載置される載置部を有し、下面に第１の突起部を有する基板支持部材と、
    前記回転テーブルを昇降させ、かつ、回転させる駆動機構と、
    前記容器内において前記回転テーブルよりも下方に設けられ、上面に第２の突起部を有する蓋部材と、
    前記駆動機構により前記回転テーブルを下降させた後、前記回転テーブルを回転させて前記第１の突起部と前記第２の突起部とを接触させ、前記基板支持部材を移動させることで、前記回転テーブルに対して前記基板支持部材を所定の角度だけ回転させる制御部と
    を備える成膜装置。
  2. 前記制御部は、前記駆動機構により前記凹部から前記基板支持部材が離間するように前記回転テーブルを下降させる、
    請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記蓋部材は、前記第１の突起部に対する摩擦係数が小さい材料により形成された滑り台座を含み、前記滑り台座の上面に前記第２の突起部が設けられている、
    請求項１又は２に記載の成膜装置。
  4. 前記第１の突起部はサファイア又は石英により形成され、前記滑り台座はサファイアにより形成されている、
    請求項３に記載の成膜装置。
  5. 前記第１の突起部と前記第２の突起部との間の摺動面には、炭化チタンコーティングが施されている、
    請求項４に記載の成膜装置。
  6. 前記第１の突起部と前記滑り台座との間の摺動面には、炭化チタンコーティングが施されている、
    請求項４又は５に記載の成膜装置。
  7. 前記基板支持部材を、前記基板支持部材の回転軸回りに回転自在に支持する軸受部材を備え、
    前記基板支持部材は、前記軸受部材を介して前記回転テーブルに載置されている、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
  8. 前記基板支持部材の下面の中心部には、凸状に形成されたフランジ部が設けられており、
    前記軸受部材は円環板状の部分を有し、前記フランジ部を前記基板支持部材の回転軸回りに回転自在に支持する、
    請求項７に記載の成膜装置。
  9. 前記軸受部材は、サファイアにより形成されている、
    請求項８に記載の成膜装置。
  10. 前記軸受部材と前記フランジ部との間の摺動面には、炭化チタンコーティングが施されている、
    請求項９に記載の成膜装置。
  11. 前記第１の突起部は、前記基板支持部材の周方向に沿って等間隔に設けられており、
    前記第２の突起部は、前記蓋部材の前記第１の突起部と対応する位置に設けられている、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
  12. 前記蓋部材の下方に設けられ、前記載置部に載置された前記基板を加熱する加熱手段を有する、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
  13. 前記第１の突起部は、円柱状に形成されている、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜装置。
  14. 前記第２の突起部は、前記蓋部材の径方向に延びる凸状に形成されている、
    請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の成膜装置。
  15. 容器内にて互いに反応する少なくとも２つの反応ガスを順番に供給して基板に膜を堆積させる成膜方法であって、
    前記容器内に回転可能に設けられ、底部に貫通穴を有する凹部が上面に形成された回転テーブルの前記凹部に着脱可能に載置され、上面に前記基板が載置される載置部を有し、下面に複数の第１の突起部を有する基板支持部材の前記載置部に前記基板を載置する搬入工程と、
    前記回転テーブルを回転させると共に、前記回転テーブルの周方向に互いに分離領域を介して離間した領域にそれぞれ第１の反応ガス及び第２の反応ガスを供給することにより前記基板に成膜を行う成膜工程と、
    前記第１の反応ガス及び前記第２の反応ガスの供給を停止すると共に前記回転テーブルの回転を停止するステップと、
    回転を停止した前記回転テーブルを下降させて、前記容器内において前記回転テーブルよりも下方に設けられ、上面に複数の第２の突起部を有する蓋部材に前記第１の突起部を接触させるステップと、
    前記回転テーブルを回転させて前記第１の突起部と前記第２の突起部とを接触させることで、前記回転テーブルに対して前記基板支持部材を所定の角度だけ回転させるステップと、
    前記回転テーブルに対して前記基板支持部材を所定の角度だけ回転させた後、前記回転テーブルを上昇させるステップと、
    を含む自転工程と
    を有する、
    成膜方法。
  16. 前記蓋部材に前記第１の突起部を接触させるステップにおいて、前記凹部から前記基板支持部材が離間するように前記回転テーブルを下降させる、
    請求項１５に記載の成膜方法。
  17. 前記成膜工程及び前記自転工程を交互に複数回繰り返す、
    請求項１５又は１６に記載の成膜方法。
  18. 前記膜の膜厚が目標膜厚に達するまでの間に前記自転工程において回転された前記基板支持部材の回転角度の合計が３６０°の整数倍である、
    請求項１７に記載の成膜方法。
  19. 前記所定の角度は、６０°以上１２０°以下である、
    請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載の成膜方法。
  20. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の成膜装置に請求項１５乃至１９のいずれか一項に記載の成膜方法を実行させる、プログラム。
  21. 請求項２０に記載のプログラムを格納した、コンピュータ可読記憶媒体。
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