JP6740881B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板を公転させながら処理ガスを基板に供給することにより基板の処理を行う技術に関する。
半導体装置の製造工程においては、エッチングマスクなどを形成するための各種の膜を基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に成膜するために、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）が行われる。半導体装置の生産性を高くするために上記のＡＬＤは、複数のウエハを載置した回転テーブルを回転させることで当該ウエハを公転させ、当該回転テーブルの径方向に沿うように配置される処理ガスの供給領域（処理領域）を繰り返し通過させる装置によって行われる場合がある。また、上記の各膜の成膜を行うためにはＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)が行われる場合があるが、このＣＶＤによる成膜も上記のＡＬＤと同様に、ウエハを公転させることで行うことが考えられる。
ところで、このようなウエハを公転させる成膜処理において、ウエハの周方向に均一性高く成膜を行うことが求められている。それによってウエハＷに同心円状の膜厚分布を形成し、ウエハの径方向についても均一性高く成膜を行うことで、ウエハＷ表面全体で均一性高く成膜を行うことが求められている。上記の同心円状の膜厚分布とは、より具体的には、ウエハの中心から等距離である当該ウエハの周方向に沿った各位置にて膜厚が同じないしは概ね同じであると共に、ウエハの径方向に沿った各位置では互いに異なる膜厚となる膜厚分布である。
しかし、上記のウエハを公転させる成膜装置においては、回転テーブルの径方向に沿って処理ガスが供給されることから、ウエハに形成される膜厚分布は、回転テーブルの中心側から周縁側に向かうに従って膜厚が変移する膜厚分布となる傾向があり、上記したウエハの周方向に均一性高い膜厚分布を形成することが困難であるという問題があった。特許文献１には、ウエハの面内に所定の温度分布を形成してＣＶＤを行うことで、上記の同心円状の膜厚分布を形成する成膜装置が示されているが、この成膜装置においては成膜処理中にウエハは公転しない。従って、特許文献１は上記の問題を解決できるものではない。
またウエハに同心円状の膜を成膜するにあたっても、ウエハの成膜条件の高い再現性や成膜条件を制御調整する手法が求められる。
特開２００９−１７０８２２号公報：請求項１、段落００３２、図３
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、回転テーブルの一面側に載置された基板を公転させながら当該基板に対して処理ガスを供給して処理を行うにあたって、基板の周方向に沿って均一な処理を実施することが可能な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、処理容器内に設けられ、回転軸回りに回転する回転テーブルの一面側に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら当該基板に対して処理ガスを供給して処理する基板処理装置において、
前記回転テーブルの回転軸に沿った方向に伸びる自転軸回りに自転自在に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、
前記載置台を自転軸回りに自転させるための受動ギア部と、当該受動ギア部を駆動する駆動ギア部とを有する磁気ギア機構と、を備え、
前記受動ギア部は、前記自転軸を介して前記載置台に連結され、当該載置台を自転させる方向に回転自在に設けられると共に、前記駆動ギア部側に設けられた駆動面との間に磁力線が形成される受動面を備え、
前記駆動ギア部は、前記回転テーブルの回転に伴って移動する前記受動ギアの移動軌道上の予め設定された位置を通過する受動面に対して前記駆動面を対向させた状態で配置され、且つ、前記磁力線を移動させて受動ギアを回転させるために、前記駆動面を移動させる駆動部に接続され、
前記回転テーブルの回転軸には、前記自転軸を支持するための支持部が設けられ、前記回転テーブルには、前記支持部に支持された自転軸を挿入する開口部が形成され、前記載置台は、当該開口部に挿入された自転軸により、前記回転テーブルから独立した状態で支持されていることを特徴とする。
前記基板処理装置は、以下の構成を備えていてもよい。
（ａ）前記受動ギア部の受動面、及び前記駆動ギア部の駆動面には、互いに極の異なる永久磁石が設けられ、これら極の異なる永久磁石間に前記磁力線が形成されること。このとき、前記受動ギア部の受動面には、当該受動ギア部の回転方向に沿って、極の異なる永久磁石が交互に配置され、前記駆動ギア部の駆動面には、当該駆動面の移動方向に沿って、極の異なる永久磁石が交互に配置されていること。または、前記受動ギア部の受動面、及び前記駆動ギア部の駆動面の一方側には永久磁石が設けられ、これら受動面、及び駆動面の他方側には前記永久磁石との間に前記磁力線を形成するための強磁性体が設けられていること。
（ｂ）前記受動ギア部は、中心軸が前記自転軸と一致するように前記載置台に連結された円柱であり、前記受動面は当該円柱の側周面に形成されていることと、前記駆動ギア部は回転中心周りに回転する円板であって、前記駆動面は当該円板の一面側に形成されていることと、前記駆動部は、前記円板を回転中心周りに回転駆動させる駆動軸を備え、当該駆動軸は、前記自転軸と交差する方向に伸びるように配置されていること。または、前記受動ギア部は、回転中心が前記自転軸と一致するように前記載置台に連結された円板であり、前記受動面は円板の一面側に形成されていることと、前記駆動ギア部は中心軸回りに回転する円柱であって、前記駆動面は当該円柱の側周面に形成されていることと、前記駆動部は、前記円柱を中心軸回りに回転駆動させる駆動軸を備え、当該駆動軸は、前記自転軸と交差する方向に伸びるように配置されていること。
（ｃ）前記回転テーブルは、単位時間当たりの回転数が増減自在に構成され、
前記駆動部は、前記回転テーブルの回転数が大きくなるに連れて、前記磁力線が形成される駆動面と受動面との間の間隔を小さくするために駆動ギアの配置位置を調節する位置調節部を備えていること。
（ｄ）前記受動ギア部の周囲には、前記受動面と、前記駆動ギア部の駆動面との間に形成される磁力線よりも弱い磁力線を当該受動面との間に形成することにより、前記駆動面と対向する位置を通過した後の前記受動ギアの回転を停止するためのブレーキ面を備えたブレーキ部が設けられていること。
（ｅ）前記駆動ギア部は、中心軸周りに回転して回転方向に沿って、駆動面が移動するように構成され、前記回転テーブルが１回転するときの載置台の自転角度が０°になる駆動ギア部の回転速度を挟んで、駆動ギア部の回転速度と前記自転角度とが、概ね比例関係にある回転速度に設定されていること。
本発明は、回転テーブルの一面側に載置された基板を公転させながら当該基板に対して処理ガスを供給して処理するにあたって、駆動ギア側の配置変化を、磁力線を介して受動ギア側に伝える磁気ギア機構を利用して基板が載置される載置台を自転させるので、基板の周方向について処理の均一性を向上させることができる。
本発明の実施の形態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。 前記成膜装置内に設けられた回転テーブルの斜視図である。 前記成膜装置の拡大縦断側面図である。 前記回転テーブルに設けられている載置台を自転させる磁気ギア機構の拡大斜視図である。 前記磁気ギア機構の第１の作用図である。 前記磁気ギア機構の第２の作用図である。 前記磁気ギア機構の第３の作用図である。 他の形態に係る磁気ギア機構の拡大斜視図である。 さらに他の形態に係る磁気ギア機構の拡大斜視図である。 第２の実施形態に係る磁気ギア機構の拡大斜視図である。 駆動ギア部の回転速度による受動ギア部の自転方向を説明する説明図である。 駆動ギア部の回転速度による受動ギア部の自転方向を説明する説明図である。 駆動ギア部の回転速度による受動ギア部の自転方向を説明する説明図である。 実施例１における駆動ギア部の回転速度とウエハホルダ２４の平均自転角とを示す特性図である。 実施例２における駆動ギア部の回転速度とウエハホルダ２４の平均自転角とを示す特性図である。 実施例３における駆動ギア部の回転速度とウエハホルダ２４の平均自転角とを示す特性図である。 実施例１−１におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例１−２におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例１−３におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例１−４におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例２−１におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例２−２におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例２−３におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例２−４におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例３−１におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例３−２におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例３−３におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例３−４におけるウエハホルダごとの自転角度を示す特性図である。 実施例１−１〜３−４における自転角度の範囲及び自転角度のばらつきの少ない範囲を示す特性図である。
本発明の基板処理装置の一実施形態として、基板であるウエハＷに成膜処理であるＡＬＤを実行する成膜装置１について説明する。本例の成膜装置１は、ウエハＷにＳｉ（シリコン）を含む原料ガスとしてＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスを吸着させた後、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処理を行う。これら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。上述の原料ガス、酸化ガス、及びプラズマ発生用ガスは、本実施の形態の処理ガスに相当する。
図１、図２に示すように、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内に水平に配置された円板状の回転テーブル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。
回転テーブル２は、後述の支持板４２を介して、回転テーブル２の中心部下方側の位置から鉛直下方へ伸びる回転軸２１に接続されている。回転軸２１は、真空容器１１内を外部雰囲気から気密に保つため、容器本体１３の底部に設けられた不図示の軸受部を貫通し、容器本体１３の下方側に配置された公転用回転駆動部２２に接続されている。公転用回転駆動部２２を用いて回転軸２１を回転させることにより、上面側から見たとき回転テーブル２を例えば時計回りに回転させることができる。
真空容器１１を構成する天板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下方側へ向けて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１７、１７と、が形成されている。これら中心領域形成部Ｃ及び突出部１７、１７は、真空容器１１の内部空間に、その外側領域に比べて低い天井面を形成している。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１８を構成している。ウエハＷの処理中においては、中心領域形成部Ｃの内側の領域へ向けて不図示のガス供給管からＮ２ガスを供給することにより、前記流路１８から回転テーブル２の外側全周に向かってＮ2ガスが吐出される。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役割を果たす。
次に回転テーブル２の下方側の構造について説明する。
図１、図３に示すように、本例の成膜装置１において、回転テーブル２は円板状の支持板４２によって下方側から支持されている。さらに当該支持板４２は、ウエハＷが載置される後述のウエハホルダ２４を回転テーブル２から独立した状態で支持し、ウエハホルダ２４に係る機器の荷重を回転テーブル２に加えない構造となっている。
一方で図１に示すように真空容器１１の内部の空間は、上下に間隔を開けて配置された回転テーブル２、支持板４２を別々に収容するため、周縁側横壁部１９１、及び中央側横壁部１９２によって上下に区画されている。
本例において周縁側横壁部１９１は、容器本体１３の内側壁面から容器本体１３の中央部側へ向けて横方向に突出するように設けられた概略円環状の部材によって構成されている。周縁側横壁部１９１を構成する円環部材の開口の内側には概略円板状の部材によって構成された中央側横壁部１９２が、周縁側横壁部１９１とほぼ同じ高さ位置に配置されている。
図１に示すように中央側横壁部１９２は天板１２の中央部を上下方向に貫通するように設けられた吊り下げ支柱部１９３によって吊り下げ支持されている。このとき中央側横壁部１９２の上方側に配置される回転テーブル２の中央部には、吊り下げ支柱部１９３を貫通させる開口部２０２が設けられ、中央側横壁部１９２を吊り下げ支持する吊り下げ支柱部１９３によって回転テーブル２の回転動作が妨げられない構成になっている（図３）。
また、中央側横壁部１９２の直径は、周縁側横壁部１９１の開口の直径よりも小さく、中央側横壁部１９２の外周面と周縁側横壁部１９１の内周面との間には、両横壁部１９１、１９２の上下の空間を連通させる円環状のスリット３２が形成されている。
上述の構成により真空容器１１の内部空間が上下に区画され、周縁側横壁部１９１、中央側横壁部１９２の上方側の空間には回転テーブル２が収容され、下方側の空間には当該回転テーブル２などを支持する支持板４２が収容される（図１）。
また図１に示すように、周縁側横壁部１９１の上面には、上面側から見て円環形の凹部３１１が形成され、また中央側横壁部１９２の上面には上面側から見て円形の凹部３１２が形成されている。これらの凹部３１１、３１２内には回転テーブル２の上面側に載置されるウエハＷを加熱するためのヒーター３３が配設されている。ヒーター３３は、例えば細長い管状のカーボンワイヤヒータからなる多数のヒーターエレメントを円環状に配置した構成となっているが、図１などにおいては簡略化して表示してある。
中央側横壁部１９２のヒーター３３に対しては、例えば吊り下げ支柱部１９３内に配設された給電線３３１を介して電力が供給される。一方、周縁側横壁部１９１のヒーター３３に対しては、容器本体１３の側壁などを貫通するように配設された不図示の給電線を介して電力が供給される。
ヒーター３３が設けられる凹部３１１、３１２内の空間は、図示しないガスノズルによりＮ２ガスが供給されることで処理ガスなどの進入を抑えている。また、各凹部３１１、３１２の上面側の開口は、シールド３４によって塞がれている。
さらには、高温となるヒーター３３を収容した周縁側横壁部１９１や中央側横壁部１９２の底部側には、これら周縁側横壁部１９１や中央側横壁部１９２を構成する部材を冷却するための冷媒を通流させる冷媒流路３１３が形成されている。これらのＮ２ガスや冷媒についても吊り下げ支柱部１９３や容器本体１３の側壁内に形成された不図示のＮ２ガス流路、冷媒供給路を介して供給される。
さらにまた図１や図４の拡大縦断面図に示すように、回転テーブル２の下面の周縁側領域と、周縁側横壁部１９１の上面の周縁側領域との間には、回転テーブル２の下面に形成された円環状の複数本の突条部及び溝部と、周縁側横壁部１９１の上面に形成された円環状の複数本の突条部及び溝部とを組み合わせて成るラビリンスシール部２７が設けられている。ラビリンスシール部２７は、回転テーブル２の上面側に供給された各種の処理ガスが回転テーブル２の下面側の空間に進入することを抑制すると共に、後述の軸受ユニット４３などでパーティクルが発生した場合であっても、当該パーティクルが回転テーブル２の上方の空間へと進入することを抑える。
さらに図２に示すように、周縁側横壁部１９１、中央側横壁部１９２の上方側の空間における回転テーブル２の外側には、真空容器１１内を排気する排気口３５、３６が開口している。排気口３５、３６には、真空ポンプなどにより構成される不図示の真空排気機構が接続されている。
続いて回転テーブル２に係る構造について図３も参照しながらより詳細に説明する。
回転テーブル２の上面側（一面側）には、当該回転テーブル２の回転方向に沿って平面形状が円形のウエハホルダ２４が設けられている。ウエハホルダ２４の上面には凹部２５が形成されており、凹部２５内にウエハＷが水平に収納される。ウエハホルダ２４はウエハＷの載置台に相当する。
回転テーブル２の下面には、回転テーブル２の中心から見て前記スリット３２に対応する位置から鉛直下方に向けて延出するように、複数本の支柱４１が周方向に互いに間隔を開けて設けられている。図１に示すように各支柱４１はスリット３２を貫通し、周縁側横壁部１９１、中央側横壁部１９２の下方側の空間に収容された支持部である支持板４２に接続されている。
図１、図３に示すように、支持板４２の下面側中央部は既述の回転軸２１の上端部に接続されている。従って、回転軸２１を回転させると、支持板４２及び支柱４１を介して回転テーブル２が鉛直軸周りに回転することとなる。
次いでウエハホルダ２４に係る構成について説明する。
各ウエハホルダ２４の下面側中央部にはウエハホルダ２４を支持する自転軸２６が鉛直下方へ延出するように設けられている。自転軸２６は回転テーブル２に設けられた開口部２０１に挿入され、さらにスリット３２を貫通し、既述の支持板４２に固定された軸受ユニット４３によって支持されている。従ってウエハホルダ２４は、回転テーブル２とは独立して、自転軸２６を介して支持板４２に支持されていることとなる。
軸受ユニット４３は、自転軸２６を回転自在に保持するためのベアリングと、当該ベアリングからのパーティクルの飛散を防ぐための磁気シールと、を備えている（いずれも不図示）。自転軸２６の下部側は、軸受ユニット４３を貫通して支持板４２の下面側に伸び出し、その下端部には後述の受動ギア部４５が設けられている。
ここで図１、図４に示すように支持板４２の下面の周縁側領域は、容器本体１３の内側壁面から容器本体１３の中央部側へ向けて横方向に突出するように設けられた概略円環状の突部１９４の上面と対向するように配置されている。これら支持板４２と突部１９４との間には、支持板４２の下面に形成された円環状の複数本の突条部及び溝部と、突部１９４の上面に形成された円環状の複数本の突条部及び溝部とを組み合わせて成るラビリンスシール部４６が設けられている。
さらに、前記ラビリンスシール部４６の内側には、支持板４２の下面から下方側へ向けて伸び出すように筒状壁部４７が形成されている。この筒状壁部４７は既述の突部１９４の内側に挿入され、筒状壁部４７の外周面と突部１９４の内周面との間には狭い隙間が形成される。
ラビリンスシール部４６や筒状壁部４７は、支持板４２の上面側から各種の処理ガスが支持板４２の下面側の空間に進入することを抑制すると共に軸受ユニット４３や後述の回転駆動部５３にてパーティクルが発生した場合であっても、当該パーティクルが支持板４２の上方の空間へと進入することを抑える。
さらに真空容器１１に係る他の構造について説明すると、図２に示すように容器本体１３の側壁にはウエハＷの搬入出口３７と、当該搬入出口３７を開閉するゲートバルブ３８とが設けられている。搬入出口３７を介して真空容器１１内に外部の搬送機構を進入させることにより、当該搬送機構とウエハホルダ２４との間でのウエハＷの受け渡しが行われる。具体的にはウエハホルダ２４を搬入出口３７に対向する位置に移動させたとき、各ウエハホルダ２４の凹部２５の底面、周縁側横壁部１９１、支持板４２、容器本体１３の底部及を上下方向に貫通する貫通孔を形成しておく。そして各貫通孔内を昇降する昇降ピンを用いて、当該昇降ピンの上端が凹部２５の上面側と支持板４２の下方側との間を昇降するように構成する。この昇降ピンを介して、ウエハＷの受け渡しが行われる。なお、前記ピン及び各貫通孔の図示は省略してある。
また、図１、図２に示すように、回転テーブル２の上方側には、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の径方向に沿って水平に伸びる棒状に形成され、当該径方向に沿って互いに間隔を開けて設けられた多数の吐出口６６から、各種のガスを下方側に向けて吐出する。
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６７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広がる扇状に形成されている。ノズルカバー６７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、既述のオゾンガスを吐出する。分離ガスノズル６２、６５はＮ２ガスを吐出し、上面側から見て天板１２の扇状の突出部１７、１７を各々周方向に分割する位置に配置されている。
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。
さらに天板１２には回転テーブル２の回転方向に沿って扇状の開口部が設けられ、この開口部を塞ぐようにプラズマ形成部７１が設けられている。プラズマ形成部７１は石英などの誘電体からなるカップ状の本体部７１０を備え、この本体部７１０によって天板１２側の開口部が塞がれる。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と突状部１７との間に設けられている。図２にはプラズマ形成部７１が設けられる位置を一点鎖線で示している。
本体部７１０の下面側には、既述の扇状の開口部に沿って下方側へ向けて突出する突条部７２が設けられている（図１）。既述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に囲まれる領域内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に囲まれる領域内に挿入されている。突条部７２は、プラズマ形成部６１の下方側への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の本体部７１０の上面側には凹部が形成され、この凹部内には上面側へ向けて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の底部には、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。
さらに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。図２に示すように、前記スリット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。
上述の構成を備えるプラズマ形成部７１を用い、高周波電源７６をオンにしてアンテナ７５に高周波を印加すると、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。
なお、図示の便宜上、図４の拡大縦断面図においては、プラズマ形成部７１及びその下方側のプラズマ発生用ガスノズル６４、冷媒流路３１３の記載は省略してある。
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６７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１７、１７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を構成する。
ここで容器本体１３に設けられた既述の排気口３５は、吸着領域Ｒ１と、当該吸着領域Ｒ１に対して前記回転方向下流側に隣接する分離領域Ｄとの間の外側に開口しており、余剰のＢＴＢＡＳガスを排気する。また排気口３６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３５、３６からは、各分離領域Ｄ、回転テーブル２の中心領域形成部Ｃから各々供給されるＮ２ガスも排気される。
以上に説明した構成を備える成膜装置１において、回転テーブル２を回転させてウエハホルダ２４に載置されたウエハＷを鉛直方向に伸びる回転軸２１回りに公転させる際に、各ウエハホルダ２４は、当該ウエハホルダ２４の下面側中央部を支持し、鉛直方向に伸びる自転軸２６回りに自転することができる。
以下、図４、図５などを参照しながら、ウエハホルダ２４を自転させる機構の詳細について説明する。
図４、図５に示すように軸受ユニット４３を貫通した各自転軸２６の下端部は、扁平な円柱である受動ギア部４５の上面に、互いの中心軸を一致させた状態で接続されている。従って、受動ギア部４５は自転軸２６を介してウエハホルダ２４に連結されていることとなる。また軸受ユニット４３は自転軸２６を回転自在に保持しているので、受動ギア部４５を周方向に回転させると、各ウエハホルダ２４を自転軸２６回りに自転させることができる。
図５に示すように受動ギア部４５の側周面には、複数の永久磁石４５０が互いに間隔を開けて配置されている。これらの永久磁石４５０は、隣り合って配置される永久磁石４５０、４５０間で、受動ギア部４５の側周面に露出する極（Ｎ極面４５１、Ｓ極面４５２）が異なるように交互に配置されている。また、受動ギア部４５の側周面に露出するＮ極面４５１、Ｓ極面４５２は、例えば当該側周面を上端縁から下端縁へ向けて上下方向に伸びる短冊状に形成されている。複数の永久磁石４５０が配置された受動ギア部４５の側周面は、当該受動ギア部４５の受動面に相当する。
既述のように受動ギア部４５に接続された自転軸２６は、回転テーブル２と共通の支持板４２に支持されているので、回転テーブル２を回転させると各自転軸２６もスリット３２に沿って回転軸２１回りを公転する。従って、自転軸２６の下端部に設けられた受動ギア部４５についても前記スリット３２に対応した移動軌道Ｏに沿って移動する（図６〜図８に破線で示した移動軌道Ｏ参照）。
図４に示すように支持板４２の下方側に位置する容器本体１３の底部には、前記受動ギア部４５を周方向に回転させるための円板である駆動ギア部５１が配置されている。駆動ギア部５１は、受動ギア部４５が移動軌道Ｏ上の予め設定された位置を通過する際に、当該受動ギア部４５の側周面（受動面）に対して円板の一面を対向させた状態となる位置に配置されている。
図５に示すように駆動ギア部５１の前記一面側には、複数の永久磁石５１０が互いに間隔を開けて配置されている。これらの永久磁石５１０は、隣り合って配置される永久磁石５１０、５１０間で、駆動ギア部５１の一面に露出する極（Ｎ極面５１１、Ｓ極面５１２）が異なるように交互に配置されている。
また、駆動ギア部５１の一面に露出するＮ極面５１１、Ｓ極面５１２は、当該一面に対向する領域を通過する受動ギア部４５の側周面に形成されたＮ極面４５１、Ｓ極面４５２の形状と重なり合うように、円形状の駆動ギア部５１の一面の中央部から周縁部へ向けて半径方向に広がる扇形状に形成されている。複数の永久磁石５１０が配置された駆動ギア部５１の一面は、当該駆動ギア部５１の駆動面に相当する。
また駆動ギア部５１において、前記永久磁石５１０が配置された一面の反対側の面の中央部には駆動軸５２の一端が接続されている。この駆動軸５２の他端には回転駆動部５３が設けられ、当該回転駆動部５３を用いて駆動軸５２を回転させることにより、駆動ギア部５１を回転中心回りに回転させることができる。ここで図５に示すように、駆動ギア部５１の駆動軸５２は、受動ギア部４５と接続された自転軸２６と交差する方向に伸びるように配置されている。
さらに回転駆動部５３は駆動ギア部５１に接続された駆動軸５２の先端位置を前後に移動させることができる。この結果、図４中に破線で示すように、駆動ギア部５１の一面（駆動面）と受動ギア部４５の側周面（受動面）との間隔を調節することができる。駆動軸５２の先端位置を移動させる回転駆動部５３は、本実施の形態の位置調節部の機能も備えている。
駆動ギア部５１は、受動ギア部４５が駆動ギア部５１に対向する位置を通過する際に、受動ギア部４５の側周面が駆動ギア部５１の一面の中央部よりも上方側を通過する高さ位置に配置されている。この結果、図５に示すように受動ギア部４５に形成された永久磁石４５０と駆動ギア部５１に形成された永久磁石５１０とが近接し、Ｎ極面５１１とＳ極面４５２との間、またはＳ極面５１２とＮ極面４５１との間に比較的強い磁力線Ｍが形成される。
そして例えば駆動ギア部５１の永久磁石５１０が、受動ギア部４５の永久磁石４５０の移動方向と反対向きに移動するように駆動ギア部５１を回転させる（駆動面を移動させる）と、前記磁力線Ｍが移動して受動ギア部４５を回転させることができる。この結果、受動ギア部４５の回転が自転軸２６を介してウエハホルダ２４に伝達され、ウエハホルダ２４を自転させることができる。
受動ギア部４５や駆動ギア部５１、受動ギア部４５とウエハホルダ２４を連結する自転軸２６や駆動ギア部５１を駆動する駆動軸５２、回転駆動部５３などは、本実施の形態の磁気ギア機構を構成している。
さらに図３、図４などに示すように、支持板４２の底面には、支持板４２の下面から突出した軸受ユニット４３、自転軸２６、及び受動ギア部４５の側周面の一部を囲むように、半円筒形状の側壁部４４が設けられている。側壁部４４は、駆動ギア部５１が配置されている向きとは反対側の受動ギア部４５の側周面を囲むように設けられる。
側壁部４４の内周面下部側の位置には、例えば強磁性体材料からなる半円環形状のブレーキ部４４１が設けられている。そして、受動ギア部４５の永久磁石４５０とブレーキ部４４１との間に形成される磁力線が、受動ギア部４５と駆動ギア部５１との間に形成される磁力線よりも弱くなるように、例えば受動ギア部４５の側周面とブレーキ部４４１との間の距離などが調節されている。
この結果、受動ギア部４５が駆動ギア部５１に対向する位置を通過する際には、受動ギア部４５と駆動ギア部５１との間に働く力が作用して受動ギア部４５を回転させることができる。一方、当該位置を通過した後は受動ギア部４５とブレーキ部４４１との間に働く力により、慣性力などに伴う受動ギア部４５の自由回転を抑えることができる。受動ギア部４５の側周面を囲むブレーキ部４４１の内周面は、受動ギア部４５の回転を停止するためのブレーキ面に相当する。
以上に説明した構成を備える成膜装置１には、図１に示すように、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。この制御部１００には、後述の成膜処理に係る動作を実行するための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６１〜６５からの各処理ガスなどの供給流量、ヒーター３３によるウエハＷの加熱温度、中心領域形成部ＣからのＮ２ガスの供給流量、公転用回転駆動部２２による回転テーブル２の単位時間当たりの回転数、磁気ギア機構によるウエハホルダ２４の自転角度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はこれらの制御を行い、後述の各処理を実行するための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にインストールされる。
以下、上述の構成を備えた成膜装置１の作用について説明する。
先ず回転テーブル２を間欠的に回転させながら、各ウエハホルダ２４を搬入出口３７に対向する位置に移動させ、図示しない搬送機構を用いて外部から真空容器１１内にウエハＷを搬入してウエハホルダ２４に受け渡す。
全てのウエハホルダ２４にウエハＷが載置されたら、真空容器１１から搬送機構を退出させてゲートバルブ３８を閉じ、真空容器１１内が所定の圧力となるように排気口３５、３６を介して真空排気を実行する。また分離ガスノズル６２、６５、中心領域形成部Ｃから回転テーブル２に対してＮ２ガスを供給すると共に、ヒーター３３によるウエハＷの加熱を開始する。
次いで、公転用回転駆動部２２により回転軸２１を駆動して回転テーブル２を回転させると、各ウエハホルダ２４に載置されたウエハＷの公転が開始される。回転テーブル２の回転と合わせて、容器本体１３の底部に配置された駆動ギア部５１の回転動作も開始する。
真空容器１１内では、これらの動作の開始と共に、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からの各処理ガスの供給と、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２に示すように、真空容器１１内においては、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及び酸化領域Ｒ２に供給される酸化ガスは、回転テーブル２上で互いに混合されずに排気口３５、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、排気口３５、３６から排気される。また中心領域形成部Ｃから供給されたＮ２ガスも、排気口３５、３６から排気される。
上述のように各ガスの供給と排気とが行われた状態で、各ウエハＷは、吸着領域Ｒ１、酸化領域Ｒ２、プラズマ形成領域Ｒ３を順番に通過する。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、ＳｉＯ２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ＳｉＯ２の分子層がプラズマに曝されて改質される。
そして回転テーブル２の回転により、上述のサイクルが複数回、繰り返し実行されることにより、ＳｉＯ２の分子層が積層されてウエハＷ表面にＳｉＯ２膜が形成される。
上述の成膜処理の期間中において、回転テーブル２を回転させると所定のウエハホルダ２４に連結された受動ギア部４５は、例えば図６の模式図に示す移動軌道Ｏに沿って移動する。このとき、駆動ギア部５１に対向する領域を通過する直前の受動ギア部４５を上面側から見たとき、受動ギア部４５の上面に付した実線の矢印が所定の方向を向いていたとする。
さらに受動ギア部４５が移動して、図７に示すように駆動ギア部５１に対向する領域に至ると、回転駆動部５３の永久磁石５１０と受動ギア部４５の永久磁石４５０との間に形成される磁力線Ｍの作用が大きくなる。このとき駆動ギア部５１は永久磁石４５０（受動ギア部４５）が移動する方向と反対の向きに永久磁石５１０が移動するように回転しているので、磁力線Ｍの移動に伴って受動ギア部４５が回転する（図７の例においては上面側から見て反時計回りに回転することになる）。
この結果、図８に示すように、駆動ギア部５１に対向する領域を通過する期間中、受動ギア部４５は破線で示した矢印の向きから、実線で示す矢印の向きへと所定の角度だけ回転する。この受動ギア部４５の回転動作に伴って、当該受動ギア部４５に連結されたウエハホルダ２４が自転軸２６回りに自転する。
そして受動ギア部４５が駆動ギア部５１に対向する領域を通過した後は、受動ギア部４５とブレーキ部４４１との間に働く磁力線の作用により、受動ギア部４５の回転（自転軸２６の自転）は停止される。
上述の動作における受動ギア部４５の回転角度（自転軸２６の自転角度）は、駆動ギア部５１の単位時間当たりの回転数や、受動ギア部４５が駆動ギア部５１に対向する位置を通過する際の駆動ギア部５１と受動ギア部４５のとの間隔などにより調節することができる。ここで駆動ギア部５１と受動ギア部４５のとの間隔が小さくなる程、永久磁石５１０、４５０間に形成される磁力線Ｍは強くなる関係がある。
例えば回転テーブル２の単位時間当たりの回転数が大きくなるに連れて、受動ギア部４５が駆動ギア部５１に対向する位置を通過する時間が短くなっていく。この場合には、駆動ギア部５１を移動させて受動ギア部４５との間隔を小さくすることによって、より強い磁力線Ｍを作用させて受動ギア部４５の回転角度（自転軸２６の自転角度）を所望の値に維持することができる。
上述の動作に伴って各ウエハホルダ２４に連結された受動ギア部４５が駆動ギア部５１に対向する領域を通過するたびにウエハホルダ２４は所定の自転角度だけ自転する。従って各ウエハホルダ２４に載置されたウエハＷは、ウエハホルダ２４の自転に伴い、上面側から見た向きを次第に変えながら上述のＳｉＯ２の分子層を形成するサイクルが実行される。このようにウエハＷの向きを変えながら成膜が行われることで、例えば吸着領域Ｒ１内で原料ガスの濃度分布にばらつきが生じている場合であっても、複数回実行されるＳｉＯ２分子層の形成サイクルの全期間で見たとき、ウエハＷに吸着される原料ガスの量をウエハＷの周方向に向けて揃えることができる。その結果として、ウエハＷの周方向に見て、ウエハＷに形成されるＳｉＯ２膜の膜厚の偏りを抑えることができる。
上述の動作により、ＳｉＯ２の分子層が順次積層され、所望の膜厚を有するＳｉＯ２膜が形成されるタイミングとなったら、回転テーブル２の回転や各種の処理ガスの供給、プラズマの形成を停止し、成膜処理を終了する。しかる後、真空容器１１内の圧力調整を行い、ゲートバルブ３８を開いて外部の搬送機構を進入させ、搬入時とは反対の手順でウエハＷを搬出する。
本実施の形態に係る成膜装置１によれば以下の効果がある。回転テーブル２の一面側に載置されたウエハＷを公転させながら当該ウエハＷに対して各種の処理ガスを供給して成膜処理を実行するにあたって、磁力線Ｍを介して駆動ギア部５１側の配置変化（駆動ギア部５１の回転）を受動ギア部４５側に伝える磁気ギア機構を利用してウエハＷが載置されるウエハホルダ２４を自転させるので、ウエハＷの周方向について成膜処理の均一性を向上させることができる。このとき、非接触式の磁気ギア機構を用いることにより、上記自転動作を実行することによるパーティクルの発生が抑えられる。
ここで磁気ギア機構の駆動ギア部５１、受動ギア部４５の構成は、図５などに示した例に限定されるものではない。
例えば図９に示した例では円板の一面に複数の永久磁石４５０（Ｎ極面４５１、Ｓ極面４５２）を互いに間隔を開けて配置した受動ギア部４５ａを自転軸２６の下端部に設け、当該一面（受動面）を下方側に向けて配置している。一方、駆動ギア部５１ａは、円柱の側周面に複数の永久磁石５１０（Ｎ極面５１１、Ｓ極面５１２）を互いに間隔を開けて配置した構成となっている。駆動ギア部５１ａは、受動ギア部４５ａが移動軌道Ｏ上の所定の位置を通過する際に、受動ギア部４５ａの下方側にて駆動ギア部５１ａの側周面（駆動面）が対向するように配置されている。この場合には例えば回転駆動部５３を昇降させて駆動ギア部５１ａと受動ギア部４５ａとの間の間隔を調節する。
また円柱と円板との組み合わせにより駆動ギア部５１、５１ａ、受動ギア部４５、４５ａを構成することも必須ではない。
図１０に示すように円柱により駆動ギア部５１ｂ、受動ギア部４５ｂを構成し、受動ギア部４５ｂが移動軌道Ｏ上の所定の位置を通過する際に、これらの部５１ｂ、４５ｂの側周面同士が対向するように駆動ギア部５１ｂを配置してもよい。この場合には、例えば回転駆動部５３を横方向に移動させて駆動ギア部５１ｂと受動ギア部４５ｂとの間の間隔を調節する。
さらには、駆動ギア部の駆動面の移動は、円板や円柱の回転により発生させる場合に限定されない。例えば図１０に示した駆動ギア部５１ｂの側周面を平坦な面に展開して形成される直棒状のラック型の駆動ギア（不図示）を採用してもよい。この場合には、ラック型の駆動ギアの側面（駆動面）を受動ギア部４５ｂの側周面に対向させ、当該駆動ギアを長さ方向に往復移動させることにより、駆動面を移動させることができる。
より詳細には、回転させる対象の受動ギア部４５ｂがラック型の駆動ギアに対向する位置に移動して来たら、受動ギア部４５ｂを回転させる方向に当該駆動ギアを移動させる。そして、この受動ギア部４５ｂが駆動ギアに対向する位置から離れたら、次の受動ギア部４５ｂが近づいてくるまでの期間中に駆動ギアを元の位置まで移動させる動作を繰り返す。上述の動作によっても、各受動ギア部４５ｂを所定の角度ずつ回転させることができる。
この他、磁気ギア機構の駆動ギアと受動ギアの双方に永久磁石５１０、４５０を設けることも必須ではなく、いずれか一方側のみに永久磁石５１０、４５０を設け、他方側を強磁性体材料にて構成してもよい。図１１は、駆動ギア部５１ｃ側に永久磁石５１０を設け、受動ギア部４５ｃ側は例えば強磁性を示すステンレススチールなどにより構成されている。受動ギア部４５ｃ側に永久磁石４５０が設けられていない場合には、永久磁石を備えたブレーキ面を有するブレーキ部４４１を用いて受動ギア部４５ｃの回転を停止させるとよい。
また、強磁性体材料により受動ギアを構成することも必須ではない。例えば図１０に示す受動ギア部４５ｂについて、永久磁石４５０が設けられていない導電性の材料で構成し、Ｎ極面５１１とＳ極面５１２とが交互に配置された駆動ギア部５１ｂを回転させると、受動ギア部４５ｂの側周面に渦電流が流れる。この渦電流に伴って発生した磁界と、駆動ギア部５１ｂ側の磁界との相互作用により受動ギア部４５ｂを回転させることもできる。この場合にはアルミニウムなどの常磁性体材料にて受動ギア部４５ｂを構成してもよい。
ここで円柱や円板である駆動ギア、受動ギアの表面に露出する永久磁石５１０、４５０の形状についても図５、図９〜図１１に例示した例に限定されるものではない。例えば図５に示す駆動ギア部５１の一面の扇形の永久磁石５１０のＮ極面５１１、Ｓ極面５１２や、受動ギア部４５の側周面の短冊型の永久磁石４５０のＮ極面４５１、Ｓ極面４５２の形状を適宜、変更してもよい。
さらには、極の異なるＮ極面５１１、４５１とＳ極面５１２、４５２とを交互に配置することも必須ではない。例えば図５の駆動ギア部５１の一面（駆動面）にＮ極面５１１またはＳ極面５１２を一様に露出させ、受動ギア部４５の側周面（受動面）に駆動ギア部５１側と異極のＳ極面４５２またはＮ極面４５１を一様に露出させてもよい。この場合でも駆動ギア部５１を回転させることにより、磁力線Ｍが移動し受動ギア部４５を回転させることができる。
また、図５に示す駆動ギア５１の平面形状を楕円形や四角形に構成し、受動ギア４５の側周面の幅寸法を周方向に変化させるなど、変形した形状の駆動面や受動面を構成してもよいことは勿論である。
そして、上面側から見たときの駆動ギア部の配置位置や配置個数についても特段の限定はなく自由に調節することができる。
そして例えば図６〜図８を用いて説明した例において、永久磁石４５０（受動ギア部４５）が移動する方向と反対の向きに永久磁石５１０が移動するように駆動ギア部５１を回転させることも必須の要件ではない。例えば、これらの図に示す向き（駆動ギア部５１の一面側から見て反時計回り）とは反対の向き（時計回り）に回転させてもよい。永久磁石４５０の移動速度よりも永久磁石５１０の相対的な移動速度が大きい場合には、受動ギア部４５は上面側から見て時計回りに回転し、前記相対的な移動速度が小さい場合には受動ギア部４５は上面側から見て反時計回りに回転することとなる。
さらにここで、ウエハホルダ２４を支持する支持板４２によってその上下の空間を区画することも必須ではなく、例えば回転軸２１側からスポークを伸ばしてウエハホルダ２４を支持してもよい。
また、ウエハホルダ２４や自転軸２６、軸受ユニット４３などが軽量である場合などには、支持板４２などを用い、回転テーブル２と独立にウエハホルダ２４を支持する手法に替えて、回転テーブル２に直接軸受ユニット４３を取り付け、回転テーブル２にてウエハホルダ２４を支持してもよいことは勿論である。なお回転テーブル２にてウエハホルダ２４を支持する場合には、成膜処理のプロセス温度が２００℃以下であることが好ましい。このような構成例としては、例えば回転テーブル２における自転軸２６の貫通孔の開口縁に、その上端が連結され、ヒーター３３の下方側まで伸びる筒状体を設け、この筒状体の中に軸受を介して自転軸２６を取り付け、当該自転軸２６の下方側に受動ギア部４５を設ける構成を挙げることができる。
これらに加え、本発明は、回転テーブル２に載置されたウエハＷにガス処理を行う各種の基板処理装置に適用することができる。従って、ＡＬＤを行う成膜装置に適用されることに限られず、ＣＶＤを行う成膜装置に適用されてもよい。また、成膜装置に適用されることにも限られない。例えば本発明は、上記の成膜装置１でガスノズル６１、６３による原料ガス及び酸化ガスの供給を行わず、プラズマ形成部７１によるウエハＷ表面の改質処理のみを行う改質装置に適用してもよい。
ここでウエハホルダ２４の自転に対する駆動ギア部５１の回転速度（回転数）（ｒｐｍ）と回転テーブル２の公転の回転速度（公転速度）（ｒｐｍ）との関係について説明する。なお成膜装置１は、図９に示す水平軸周りに回転する駆動ギア部５１ａ及び鉛直軸周りに回転する受動ギア部４５ａを適用した例を用いるが、駆動ギア部５１及び受動ギア部４５は、中心軸周りに回転して回転方向に沿って駆動面が移動する構成を適用することができる。また回転テーブル２は上方から見て時計回り方向に回転し、駆動ギア部５１ａは、回転テーブル２を外周側から中心側方向を見て、反時計回り方向に回転するものとする。
例えば回転テーブル２及び駆動ギア部５１ａを回転させたときに、回転テーブル２の公転による受動ギア部４５ａの受動面の周速度と、駆動ギア部５１ａの受動面の周速度とが揃う場合について説明する。
受動ギア部４５ａの受動面の周速度は、回転テーブル２の公転時の受動ギア部４５ａの受動面の回転半径（回転テーブル２の中心から受動ギア部４５ａの受動面までの距離）に公転速度を乗算した速さになる。また駆動ギア部５１ａの駆動面の周速度は、駆動面の回転半径（駆動ギア部５１ａの中心軸から駆動面までの距離）に駆動ギア部５１ａの回転速度を乗算した速さになる。
そして既述の成膜装置１においては、例えば駆動ギア部５１ａの回転速度が１９０ｒｐｍ、回転テーブル２の回転速度が１０ｒｐｍの場合に受動ギア部４５ａの受動面の周速度と、駆動ギア部５１ａの駆動面の周速度と、が一致する。
この場合には、図１２に示すように回転テーブル２の公転により受動ギア部４５ａが旋回して、受動ギア部４５ａと駆動ギア部５１ａとが最接近したときに、駆動ギア部５１ａの駆動面の永久磁石５１０と、受動ギア部４５ａの受動面の永久磁石４５０と、におけるＮＳ（例えばＮ極面５１１及びＳ極面４５２）が互いに対向しているならば、受動ギア部４５ａには、自転軸２６を中心とした回転方向の力がかからず、そのまま自転しない。駆動ギア部５１ａと、受動ギア部４５ａとのＮＳが対向していなければ、受動ギア部４５ａは、磁力による引力及び反発力により対向する位置まで自転し、それ以降は自転しない。即ち受動ギア部４５ａは駆動ギア部５１ａに一度最接近した後は、自転せずウエハホルダ２４も自転しない（自転角度が０°になる）。
これに対して受動ギア部４５ａの受動面の周速度に対して、駆動ギア部５１ａのＮ極面５１１の周速度が揃うときの駆動ギア部５１ａの回転速度（以下「基準回転速度」という）よりも駆動ギア部５１ａの回転速度が僅かに速いとき、例えば駆動ギア５１ａの回転速度が１９０．１ｒｐｍ、回転テーブル２の回転速度が１０ｒｐｍの場合について説明する。
回転テーブル２の公転により受動ギア部４５ａが旋回し、受動ギア部４５ａと駆動ギア部５１ａが最接近すると図１３に示すように駆動ギア部５１ａの駆動面の永久磁石５１０と、受動ギア部４５ａの受動面の永久磁石４５０と、におけるＮＳが互いに引き合いあるいは、同極間が反発し合う。また駆動ギア部５１ａの回転速度が基準回転速度よりも速いため、受動ギア部４５ａの駆動面の周速度に比べて、駆動ギア部５１ａの受動面の周速度が速い。
そのため図１３に示すように例えば駆動ギア部５１ａのＮ極面５１１が受動ギア部４５ａのＳ極面４５２よりも先行して回転しようとするため、駆動ギア部５１ａのＮ極面５１１が受動ギア部４５ａのＳ極面４５２を磁力線Ｍの引力により、駆動ギア部５１ａの回転方向前方側に引っ張る。また駆動ギア部５１ａのＮ極面５１１に続くＳ極面５１２が受動ギア部４５ａのＳ極面４５２を反発力により、駆動ギア部５１ａの回転方向前方側に押す。従って受動ギア部４５ａの前記Ｓ極面４５２には、回転テーブル２の回転方向に向かう力がかかるため、受動ギア部４５ａが、自転軸２６を中心として上方から見て時計回りに自転し、ウエハホルダ２４も時計回りに自転する。
これに対して基準回転速度よりも駆動ギア部５１ａの回転速度が僅かに遅いとき、例えば駆動ギア５１ａの回転速度が１８９．９ｒｐｍ、回転テーブル２の回転速度が１０ｒｐｍの場合について説明する。
回転テーブル２の公転により受動ギア部４５ａが旋回し、受動ギア部４５ａと駆動ギア部５１ａが最接近すると図１４に示すように駆動ギア部５１ａの駆動面の永久磁石５１０と、受動ギア部４５ａの受動面の永久磁石４５０と、におけるＮＳが互いに引き合いあるいは、同極間が反発し合う。また駆動ギア５１ａの回転速度が基準回転速度よりも遅いため、受動ギア部４５ａの駆動面の周速度に比べて、駆動ギア部５１ａの受動面の周速度が遅い。
そのため図１４に示すように、例えば駆動ギア部５１ａのＮ極面５１１が受動ギア部４５ａのＳ極面４５２よりも遅れるため、駆動ギア部５１ａのＮ極面５１１が受動ギア部４５ａのＳ極面４５２を磁力線Ｍの引力により、駆動ギア部５１ａの回転方向後方側に引っ張る。また駆動ギア部５１ａのＮ極面５１１の前方のＳ極面５１２が受動ギア部４５ａのＳ極面４５２を反発力により、駆動ギア部５１ａの回転方向後方側に押す。従って受動ギア部４５ａの前記Ｓ極面４５２には、回転テーブル２の回転方向の反対側に向かう力がかかるため、受動ギア部４５ａが、自転軸２６を中心として上方から見て反時計回りに自転し、ウエハホルダ２４も反時計回りに自転する。
このように回転テーブル２の速度に対して、駆動ギア部５１ａの回転速度を基準回転速度から上昇及び下降させることにより、ウエハホルダ２４の回転方向を時計回り方向及び反時計回り方向で切り替えることができる。さらに後述の実施例に示すように駆動ギア部５１ａの回転速度を基準回転速度より大きい回転速度から小さい回転速度に亘る範囲の回転速度に設定したときに、駆動ギア部５１ａの回転速度と、回転テーブル２が１周したときのウエハホルダ２４の自転する角度（自転角度）と、は概ね比例関係になる。また駆動ギア部５１ａの回転速度を、駆動ギア部５１ａの回転速度と、ウエハホルダ２４の自転角度と、が概ね比例関係を示す範囲内に設定したときには、回転テーブル２の周回ごとのウエハホルダ２４の自転角度のばらつきが少なくなり、一定の間隔で自転をするようになる。
上述のように回転テーブル２の公転の回転速度に対し、駆動ギア部５１ａの基準回転速度を定め、駆動ギア部５１ａの回転速度を基準回転速度から上昇及び下降させ、駆動ギア部５１ａの回転速度と、回転テーブル２が１回転したときのウエハホルダ２４の自転角度と、が概ね比例関係となる範囲内で調整している。そのため回転テーブル２の１回転あたりのウエハホルダ２４の自転角度度及び自転方向を安定して調整することができる。このように駆動ギア部５１ａの回転速度を設定して、ウエハホルダ２４の自転角度を安定させることで成膜処理の際のウエハＷの自転角度が安定するためウエハＷの面内均一性も良好になる。また駆動ギア部５１ａの回転速度と、回転テーブル２が１回転したときのウエハホルダ２４の自転角度と、が概ね比例関係であるため、駆動ギア部５１ａの回転速度を調整することにより、ウエハＷの自転角度（自転速度）を調整することができる。
また本発明は、受動ギア部４５の受動面、及び駆動ギア部５１の駆動面の一方側には永久磁石が設けられ、これら受動面、及び駆動面の他方側には永久磁石との間に前記磁力線を形成するための強磁性体が設けられてもよい。しかしながら受動ギア部４５の受動面に、当該受動ギア部の回転方向に沿って、極の異なる永久磁石を交互に配置し、駆動ギア部５１の駆動面に、当該駆動面の移動方向に沿って、極の異なる永久磁石を交互に配置することにより磁力線Ｍによる引力のみならず、同極同士の反発力も利用することができるため、受動ギア部４５を駆動する力が安定し、ウエハＷの自転角度がより安定する。
また受動ギア部４５ａを駆動ギア部５１ａの位置に揃えたときの受動ギア部４５ａと、駆動ギア部５１ａと、の間の距離により永久磁石同士が強固に引きつきあったり、あるいは十分に引き付けることができなくなり、受動ギア部４５ａが十分に自転しないことがある。そのため受動ギア部４５ａと、駆動ギア部５１ａと、の間の距離を適切に設定して、ウエハホルダ２４の自転角度の安定化を図ることが好ましい。後述の実施例に示すように、例えば回転テーブル２の公転の回転速度が１０ｒｐｍの場合には、受動ギア部４５の受動面と駆動ギア部５１の駆動面との間の距離を０．５〜１．０ｍｍに設定したときにウエハホルダ２４の自転角度を安定して制御することができ、特に０．７〜１．０ｍｍに設定したときに良好である。また回転テーブル２の公転の回転速度を２０〜３０ｒｐｍに設定した場合には、受動ギア部４５ａと、駆動ギア部５１ａと、の間の間隔を１ｍｍ以下、例えば０．５ｍｍに設定することで、ウエハホルダ２４の自転角度を安定して制御することができる。
［実施例］
上述の実施の形態の効果を検証するために以下の試験を行った。
回転テーブル２の公転の回転速度及び駆動ギア部５１ａの回転速度を夫々設定したときのウエハホルダ２４の自転角度について調べるために、図９に示す受動ギア部４５ａ及び駆動ギア部５１ａを設けた成膜装置１を用い、回転テーブル２の公転の回転速度及び駆動ギア部５１ａの回転速度を実施例１〜３に示すように設定し、試験を行った。なお実施例１〜３においては、駆動ギア部５１ａと受動ギア部４５ａとが最接近したときの駆動ギア部５１ａの駆動面と受動ギア部４５ａの受動面との間隔を１．０ｍｍに設定した。
（実施例１）
回転テーブル２の回転速度を１０ｒｐｍに設定し、駆動ギア部５１ａの回転速度を１８９．６から０．１ｒｐｍ間隔で１９０．３ｒｐｍまでの８通りに設定した。
（実施例２）
回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍに設定し、駆動ギア部５１ａの回転速度を３８３．１から０．１ｒｐｍ間隔で３８３．５ｒｐｍまでの５通りに設定した。
（実施例３）
回転テーブル２の回転速度を３０ｒｐｍに設定し、駆動ギア部５１ａの回転速度を５７４．９から０．１ｒｐｍ間隔で５７５．１ｒｐｍまでの３通りに設定した。
実施例１〜３の各々において、高感度カメラの撮影により、回転テーブル２を１０回転させたときの５つのウエハホルダ２４の各々の自転角度を測定し、回転テーブル２が１回転したときのウエハホルダ２４の自転角度（°）を測定した。以下「自転角度」というときには、回転テーブル２が１回転したときのウエハホルダ２４の自転角度を言う
図１５〜図１７は、夫々回転テーブル２の回転速度を１０、２０及び３０ｒｐｍに設定したときの駆動ギア部５１ａの回転速度（ｒｐｍ）と、自転角度の平均値（°）を５つのウエハホルダ２４で平均した平均自転角度との関係を示す特性図である。なお平均自転角度は、時計回り方向への自転を＋、反時計回り方向への自転を−で示し、標準偏差は、５つのウエハホルダ２４間における自転角度の標準偏差を示す。
図１５に示すように回転テーブル２の回転速度を１０ｒｐｍに設定した場合においては、駆動ギア部５１ａの回転速度を１９０ｒｐｍに設定したときにウエハホルダ２４の平均自転角度は０°になった。また駆動ギア部５１ａの回転速度を１９０ｒｐｍより速くすることで、ウエハホルダ２４は、時計回りに自転し、１９０ｒｐｍより遅くすることで、ウエハホルダ２４は、反時計回りに回転していた。また駆動ギア部５１ａの回転速度が１８９．６から１９０．３ｒｐｍまでの回転速度の範囲のときには、駆動ギア部５１ａの回転速度と平均自転角度とは、ほぼ比例関係であった。また駆動ギア部５１ａの回転速度を１８９．６から１９０．３ｒｐｍまで変化させたときに平均自転角度は、−１０°から＋８°まで変化しており、標準偏差も１以下と非常に小さかった。
図１６に示すように回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍに設定した場合においては、駆動ギア部５１ａの回転速度を３８３．３ｒｐｍに設定したときにウエハホルダ２４の平均自転角度は０°になった。また駆動ギア部５１ａの回転速度を３８３．３ｒｐｍより速くすることで、ウエハホルダ２４は、時計回りに自転し、３８３．３ｒｐｍより遅くすることで、ウエハホルダ２４は、反時計回りに自転していた。また駆動ギア部５１ａの回転速度が３８３．１から３８３．５ｒｐｍまでの回転速度の範囲のときには、駆動ギア部５１ａの回転速度と平均自転角度とは、ほぼ比例関係であった。また駆動ギア部５１ａの回転速度を３８３．１から３８３．５ｒｐｍまで変化させたときに平均自転角度は、−３°から＋２°まで変化しており、標準偏差も１以下と非常に小さかった。
図１７に示すように回転テーブル２の回転速度を３０ｒｐｍに設定した場合においては、駆動ギア部５１ａの回転速度を５７５．０ｒｐｍに設定したときにウエハホルダ２４の平均自転角度の平均値は０°になった。また駆動ギア部５１ａの回転速度を５７５．０ｒｐｍより速くすることで、ウエハホルダ２４は、時計回りに自転し、５７５．０ｒｐｍより遅くすることで、ウエハホルダ２４は、反時計回りに自転していた。また駆動ギア部５１ａの回転速度が５７４．９から５７５．１ｒｐｍまでの回転速度の範囲のときに、駆動ギア部５１ａの回転速度と平均自転角度とは、ほぼ比例関係であった。また駆動ギア部５１ａの回転速度を５７４．９から５７５．１ｒｐｍまで変化させたときに平均自転角度は、−１°から＋１°まで変化しており、標準偏差も１以下と非常に小さかった。
この結果によれば、回転テーブル２の回転速度に対し、ウエハホルダ２４の平均自転角度が０°になる駆動ギア部５１ａの回転速度を求め、駆動ギア部５１ａを当該平均自転角度が０°になる回転速度から上げることで、ウエハホルダ２４を一方に回転することができ、当該回転速度から下げることで、ウエハホルダ２４を他方に回転することができると言える。また例えば回転テーブル２の回転速度を１０ｒｐｍに設定した場合には、駆動ギア部５１ａの回転速度を調整することにより平均自転角度は、−１０°から＋８°の範囲で調整できると言える。更に駆動ギア部５１ａの回転速度をウエハホルダ２４の平均自転角度が０°と、駆動ギア部５１ａの回転速度と、が概ね比例関係となる範囲に設定することにより、ウエハホルダ２４の自転角度のばらつきが小さくなり、自転角度が安定すると言える。
また実施例１において、最接近したときの受動ギア部４５ａの受動面と駆動ギア部５１ａの駆動面との距離を０．５、０．７、０．９及び１．０ｍｍに設定した例を、夫々実施例１−１〜１−４とした。また実施例２（３）においても最接近したときの受動ギア部４５ａの受動面と駆動ギア部５１ａの駆動面との距離を０．５、０．７、０．９及び１．０ｍｍに設定した例を、夫々実施例２−１〜２−４（３−１〜３−４）とした。
実施例１−１〜３−４の各々において、駆動ギア部５１ａの回転速度を夫々設定して回転テーブル２を１０回転させて各ウエハホルダ２４の回転角度を測定し、１０回の平均値をとり、５つのウエハホルダ２４の各々の自転角度とした。また実施例１−１〜３−４の各々において、駆動ギア部５１ａの回転速度毎に、各ウエハホルダ２４の自転角度を求め、当該５つのウエハホルダ２４の自転角度から平均自転角度と標準偏差を算出し、５つのウエハホルダ２４の自転角度のばらつき（％：（標準偏差／平均自転角度）×１００）を求めた。自転角度は、時計回り方向への自転を＋、反時計回り方向への自転を−で示している。
図１８〜２１は夫々実施例１−１〜１−４、図２２〜２５は夫々実施例２−１〜２−４、図２６〜２９は夫々実施例３−１〜３−４において、駆動ギア部５１ａの回転速度（ｒｐｍ）に対する各ウエハホルダ２４の自転角度（°）を示した特性図である。各図中の白抜きの菱形の凡例は、５つのウエハホルダ２４における自転角度のばらつきを示しており、各特性図において５つのウエハホルダ２４毎の自転角度を異なる凡例を付して区別している。
図３０は、実施例１−１〜３−４の各々において計測された平均自転角度の範囲と、５つのウエハホルダ２４の自転角度のばらつきが小さくなり、ウエハホルダ２４の自転角度が安定する平均自転角度の範囲と、を示す特性図である。各実施例の特性図において、線部分を含む特性図の上端から下端までの範囲は図１８〜図２９の特性図において計測された値における平均自転角度の最大値から最小値までの範囲を示す。また各実施例において、図３０中の各実施例の特性図の箱部分の上端から下端までの範囲は、５つのウエハホルダ２４の自転角度のばらつきの値が５％以下となるときの平均自転角度の範囲を示している。当該自転角度のばらつきの値が５％以下となる範囲においては、５つのウエハホルダ２４の自転角度が揃っており、駆動ギア部５１ａの回転速度の設定により、ウエハホルダ２４の自転角度を安定して制御することができる範囲といえる。
図１８〜図２１に示すように実施例１−１では、ウエハホルダ２４毎の自転角度のばらつきが大きくなっていたが、実施例１−２〜１−４では、ウエハホルダ２４毎の自転角度のばらつきはほとんど見られていない。そして図３０に示すように実施例１−２〜１−４では、平均自転角度が＋４．５°〜−６．５°の範囲で、５つのウエハホルダ２４の自転角度のばらつきの値が５％以下であった。
図２２〜図２５及び図３０に示すように実施例２−１、２−２の方が実施例２−３、２−４よりも５つのウエハホルダ２４の自転角度のばらつきの値が５％以下となる範囲が広く平均自転角度が＋１．５°〜−１．８°となる範囲でウエハホルダ２４の自転角度を安定して制御することができると言える。
また図２６〜図２９及び図３０に示すように実施例３−１に比べて実施例３−２〜３−４の方が５つのウエハホルダ２４の自転角度のばらつきの値が５％以下となる範囲が広くなっていた。
この結果によれば回転テーブル２の回転速度が遅い程、ウエハホルダ２４の自転角度を安定して制御しやすいことが分かる。また回転テーブル２の回転速度が１０ｒｐｍの時には、ウエハホルダ２４の自転角度を安定して制御することができる範囲が広く、特に最接近したときの受動ギア部４５ａの受動面と駆動ギア部５１ａの駆動面との距離を０．７〜１．０ｍｍに設定することでウエハホルダ２４の自転角度を安定して制御することができると言える。
また回転テーブル２の回転速度を２０〜３０ｒｐｍに設定したときには、受動ギア部４５ａの受動面と駆動ギア部５１ａの駆動面との距離を１ｍｍ以下に、近づける方がウエハホルダ２４の自転角度を安定して制御することができると言える。
Ｍ 磁力線
Ｏ 移動軌道
Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１１ 真空容器
２ 回転テーブル
２１ 回転軸
２４ ウエハホルダ
２６ 自転軸
４２ 支持板
４４１ ブレーキ部
４５、４５ａ〜４５ｃ
受動ギア部
４５０ 永久磁石
５１、５１ａ〜５１ｃ
駆動ギア部
５１０ 永久磁石
５２ 駆動軸
５３ 回転駆動部

Claims (9)

  1. 処理容器内に設けられ、回転軸回りに回転する回転テーブルの一面側に基板を載置し、前記回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら当該基板に対して処理ガスを供給して処理する基板処理装置において、
    前記回転テーブルの回転軸に沿った方向に伸びる自転軸回りに自転自在に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、
    前記載置台を自転軸回りに自転させるための受動ギア部と、当該受動ギア部を駆動する駆動ギア部とを有する磁気ギア機構と、を備え、
    前記受動ギア部は、前記自転軸を介して前記載置台に連結され、当該載置台を自転させる方向に回転自在に設けられると共に、前記駆動ギア部側に設けられた駆動面との間に磁力線が形成される受動面を備え、
    前記駆動ギア部は、前記回転テーブルの回転に伴って移動する前記受動ギアの移動軌道上の予め設定された位置を通過する受動面に対して前記駆動面を対向させた状態で配置され、且つ、前記磁力線を移動させて受動ギアを回転させるために、前記駆動面を移動させる駆動部に接続され、
    前記回転テーブルの回転軸には、前記自転軸を支持するための支持部が設けられ、前記回転テーブルには、前記支持部に支持された自転軸を挿入する開口部が形成され、前記載置台は、当該開口部に挿入された自転軸により、前記回転テーブルから独立した状態で支持されていることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記受動ギア部の受動面、及び前記駆動ギア部の駆動面には、互いに極の異なる永久磁石が設けられ、これら極の異なる永久磁石間に前記磁力線が形成されることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記受動ギア部の受動面には、当該受動ギア部の回転方向に沿って、極の異なる永久磁石が交互に配置され、
    前記駆動ギア部の駆動面には、当該駆動面の移動方向に沿って、極の異なる永久磁石が交互に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記受動ギア部の受動面、及び前記駆動ギア部の駆動面の一方側には永久磁石が設けられ、これら受動面、及び駆動面の他方側には前記永久磁石との間に前記磁力線を形成するための強磁性体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記受動ギア部は、中心軸が前記自転軸と一致するように前記載置台に連結された円柱であり、前記受動面は当該円柱の側周面に形成されていることと、
    前記駆動ギア部は回転中心周りに回転する円板であって、前記駆動面は当該円板の一面側に形成されていることと、
    前記駆動部は、前記円板を回転中心周りに回転駆動させる駆動軸を備え、当該駆動軸は、前記自転軸と交差する方向に伸びるように配置されていることと、を特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  6. 前記受動ギア部は、回転中心が前記自転軸と一致するように前記載置台に連結された円板であり、前記受動面は円板の一面側に形成されていることと、
    前記駆動ギア部は中心軸回りに回転する円柱であって、前記駆動面は当該円柱の側周面に形成されていることと、
    前記駆動部は、前記円柱を中心軸回りに回転駆動させる駆動軸を備え、当該駆動軸は、前記自転軸と交差する方向に伸びるように配置されていることと、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。
  7. 前記回転テーブルは、単位時間当たりの回転数が増減自在に構成され、
    前記駆動部は、前記回転テーブルの回転数が大きくなるに連れて、前記磁力線が形成される駆動面と受動面との間の間隔を小さくするために駆動ギアの配置位置を調節する位置調節部を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  8. 前記受動ギア部の周囲には、前記受動面と、前記駆動ギア部の駆動面との間に形成される磁力線よりも弱い磁力線を当該受動面との間に形成することにより、前記駆動面と対向する位置を通過した後の前記受動ギアの回転を停止するためのブレーキ面を備えたブレーキ部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の基板処理装置。
  9. 前記駆動ギア部は、中心軸周りに回転して回転方向に沿って、駆動面が移動するように構成され、前記回転テーブルが１回転するときの載置台の自転角度が０°になる駆動ギア部の回転速度を挟んで、駆動ギア部の回転速度と前記自転角度とが、概ね比例関係にある回転速度に設定されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の基板処理装置。
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