JP6777055B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

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基板の成膜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)が行われている。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ウエハを公転させ、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で、ウエハに同心円状の膜厚分布を形成することが求められている。その理由の一つとして、後処理であるドライエッチングにおいて、ウエハの径方向のエッチング速度分布を調整できることが挙げられ、結果として膜厚についてウエハ面内の均一性を良好にすることができる。半導体デバイスの微細化に伴い、これまで以上に面内均一性の改善と同心円状の膜厚分布を得ることが要求されている。
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、ウエハの周方向に均一性高い膜厚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〜特許文献3には、成膜処理中にウエハを公転させる成膜装置において、回転テーブルに載置されたウエハを自転させることにより、ウエハの周方向に沿って均一な成膜処理を行う技術が記載されている。特許文献1は、ウエハの自転を、回転テーブルに対してウエハの受け渡しを行うときに用いる昇降機構を利用して行うものであり、回転テーブルに複数枚のウエハが載置される場合に、同時にウエハを自転させることができない。
また、特許文献2は、第1の歯車と第2の歯車を用い、当該第2の歯車をモータにより回転させてウエハを自転させるものであり、第1の歯車と第2の歯車との接触によりパーティクルが発生するおそれがある。特許文献3では、ウエハの自転を、ウエハの載置領域に設けられた自転軸をモータにより回転させることにより行っているので、回転テーブルに複数の載置領域を設けた場合には、モータの数が増加し、制御が煩雑になる懸念がある。
特開2010−212627号公報 特開2016−96220号公報 特開2016−92156号公報
本発明はこのような事情に基づいて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、当該基板に対して成膜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。
このため、本発明は、
基板に対して処理ガスを供給して成膜を行う基板処理装置において、
処理容器内に設けられた回転テーブルと、
前記回転テーブルの一面側に基板を載置するために設けられ、当該回転テーブルの回転により公転する載置台と、
前記回転テーブルの回転により載置台が通過する領域に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記回転テーブルと共に回転する部位に自転自在に設けられ、前記載置台を支持する自転軸と、
前記自転軸に設けられた従動ギアと、
前記従動ギアの公転軌道に臨むように、かつ前記公転軌道の全周に沿って設けられ、前記従動ギアと磁気ギア機構を構成する駆動ギアと、
前記駆動ギアを回転させるための回転機構と、を備え
前記従動ギアの各磁極部は、下面に中心部から横方向に放射状に延びるように設けられ、
前記駆動ギアの各磁極部は、前記従動ギアの下面と対向する面に配列されていることを特徴とする。
他の発明は、
基板に対して処理ガスを供給して成膜を行う基板処理装置において、
処理容器内に設けられた回転テーブルと、
前記回転テーブルの一面側に基板を載置するために設けられ、当該回転テーブルの回転により公転する載置台と、
前記回転テーブルの回転により載置台が通過する領域に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記回転テーブルと共に回転する部位に自転自在に設けられ、前記載置台を支持する自転軸と、
前記自転軸に設けられた従動ギアと、
前記従動ギアの公転軌道に臨むように、かつ前記公転軌道の全周に沿って設けられ、前記従動ギアと磁気ギア機構を構成する駆動ギアと、
前記駆動ギアを回転させるための回転機構と、
前記従動ギアの自転速度と、前記従動ギアの公転による角速度と前記駆動ギアの角速度との速度差と、の関係が記憶された記憶部と、
前記従動ギアの自転速度を入力するための入力部と、
入力された従動ギアの自転速度と、回転テーブルの回転数と、前記記憶部に記憶された前記関係とに基づいて、前記駆動ギアの回転数を設定するためのデータ処理部と、を備えたことを特徴とする。




本発明は、回転テーブルの一面側の載置台に載置された基板を公転させながら当該基板に対して成膜処理を行うにあたって、載置台の自転軸に従動ギアを設けると共に、この従動ギアの公転軌道の全周に沿って当該従動ギアと磁気ギア機構を構成する駆動ギアを備えている。従って、駆動ギアを回転させることにより、載置台が自転するので、基板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。また、駆動ギアの角速度と従動ギアの角速度との差を調整することにより、従動ギアの自転速度を容易に調整することができる。
本発明の基板処理装置を適用した成膜装置の一実施の形態を示す縦断側面図である。 成膜装置の横断平面図である。 成膜装置に設けられた回転テーブルの概略斜視図である。 載置台の下面に設けられた従動ギアを模式的に示す底面図である。 従動ギアと駆動ギアの一部を示す平面図である。 従動ギアと駆動ギアを模式的に示す平面図である。 従動ギアと駆動ギアを模式的に示す平面図である。 従動ギアの角速度と駆動ギアの角速度の速度差と、従動ギアの自転速度との関係を示す特性図である。 成膜装置に設けられた制御部の一例を示す構成図である。 本発明の基板処理装置を適用した成膜装置の他の例を示す縦断側面図である。 本発明の基板処理装置を適用した成膜装置のさらに他の例を示す縦断側面図である。 本発明の評価試験の結果を示す特性図である。 本発明の評価試験の結果を示す特性図である。 本発明の評価試験の結果を示す特性図である。 本発明の評価試験の結果を示す特性図である。 本発明の評価試験の結果を示す特性図である。 本発明の評価試験の結果を示す特性図である。 本発明の評価試験の結果を示す特性図である。
以下、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にシリコン(Si)を含む原料ガスと、酸化ガスと、を反応させてシリコン酸化層(SiO層)を形成するものである。これらの一連の処理が複数回、繰り返し行われ、SiO膜が形成される。以下、原料ガスとしてBTBAS(ビスターシャルブチルアミノシラン)ガスと、酸化ガスとしてオゾン(O)ガスを用いる場合を例にして説明する。
図1及び図2に示すように、本発明の成膜装置は、成膜処理が行われる処理容器をなす真空容器11を備え、この真空容器11は、真空容器11の側壁及び底部をなす容器本体13と、この容器本体13の上面側の開口を気密に塞ぐ天板12とにより、平面形状が概ね円形の扁平な容器として構成されている。真空容器11内には、円板からなる回転テーブル2が設けられている。回転テーブル2の中心部には鉛直下方へ伸びる回転軸21が接続され、この回転軸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131に設けられた軸受け部22を貫通し、容器本体13の下方側に配置された公転用回転機構23に接続されている。公転用回転機構23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に回転テーブル2を例えば時計回りに回転させることができる。
続いて、回転テーブル2の構造について、図3も参照しながら説明する。図3は、回転テーブル2の要部について概略的に示したものである。回転テーブル2の上面側(一面側)には、回転テーブル2の回転により公転する載置台3が設けられている。載置台3は平面形状が円形に形成され、回転テーブル2の回転方向に沿って例えば5個設けられている。載置台3上面には凹部31が形成されており、凹部31内にウエハWが水平に収納される。なお、この回転テーブル2では載置台3を6個設けるようにしてもよい。
各載置台3の下面側中央部には、載置台3を支持する自転軸32が鉛直下方へ延出するように設けられている。自転軸32は例えば回転テーブル2の下面に筒状体33を介して固定された軸受けユニット34により支持されている。自転軸32及び筒状体33は、容器本体13の底部131に周方向に沿って形成された環状の孔部130を貫通し、軸受けユニット34は、図1に示すように、容器本体13の底部131の下方側に設けられている。このため、自転軸32は回転テーブル2と共に回転する部位に自転自在に設けられ、載置台3は回転テーブル2の回転により公転するように構成されている。軸受けユニット34は、自転軸32を回転自在に保持するためのベアリングと、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32の下部側は、軸受けユニット34を貫通しており、その下端部には従動ギア4が設けられている。
図4は従動ギア4を下面側から見たものであり、この図では従動ギア4を模式的に示している。従動ギア4は円板状に構成され、自転軸32と互いに中心軸を一致させた状態で接続されている。従って、従動ギア4は自転軸32を介して載置台3に連結されていることとなり、従動ギア4は回転テーブル2の回転により公転する。軸受けユニット34は、自転軸32を回転自在に保持しているので、従動ギア4を周方向に回転させると、各載置台3を自転軸まわりに自転させることができる。
従動ギア4の下面には、自転方向に沿って永久磁石よりなる磁極部であるN極部41及びS極部42が交互に配列されている。N極部41は、S極部42と区別するために斜線で表示している。この例では、従動ギア4の下面に露出するN極部41、S極部42は、夫々同じ形状の短冊状に形成され、従動ギア4の下面の中心部から横方向に放射状に延びるように、周方向に互いに間隔を開けて例えば18個配列されている。N極部41及びS極部42の長さは、例えば従動ギア4の底面の中心を越えないように、従動ギア4の半径より短く設定されている。
図1及び図3に示すように、真空容器11の外側(大気雰囲気側)における従動ギア4の下方側には、駆動ギア5が配置されている。図3では、従動ギア4と駆動ギア5とを接近して描き、後述する仕切り部材44は図示を省略している。この駆動ギア5は、従動ギア4と磁気ギア機構を構成するものであり、従動ギア4の公転軌道に臨むように設けられている。この例の駆動ギア5は、その中央部に円形の開口部50を備えた円環状の板状体よりなり、駆動ギア5の開口部50の中心は、回転テーブル2の回転中心と揃うように配置されている。駆動ギア5の上面には、従動ギア4の公転軌道に沿って全周に亘って、永久磁石よりなる磁極部であるN極部51及びS極部52が交互に配列されている。
駆動ギア5の各磁極部であるN極部51及びS極部52は、従動ギア4の下面と対向する面に配列されている。図5は、1つの従動ギア4の磁極部(N極部41及びS極部42)と、その下方側の駆動ギア5の磁極部(N極部51及びS極部52)とを対応させて描いたものである。このように、例えば円環状の駆動ギア5の表面に露出するN極部51、S極部52は、当該表面に対向する従動ギア4の下面に形成されたN極部41、S極部42の形状と重なり合うように、例えば短冊状に形成されている。
図5は、従動ギア4のN極部41と駆動ギア5のS極部52とが重なった状態を示しており、図6は、駆動ギア5のN極部51とS極部52との配列を示している。図5及び図6は、実機として構成した場合に想定される磁極部の数を示したものではなく、技術の理解のために示した便宜上の図であり、例えば駆動ギア5の実際の例を挙げれば、N極部51とS極部52とが合計で300個前後配列される。
駆動ギア5の下面には、駆動ギア5を回転させるための例えば環状のダイレクトドライブモータ(DDモータ)よりなる自転用回転機構53が設けられており、この自転用回転機構53を回転させることにより、駆動ギア5が開口部50の中心を回転中心として回転するように構成されている。このため、駆動ギア5と回転テーブル2とは同じ回転軸まわりに回転することになる。この例では、回転テーブル2の回転軸21は、駆動ギア5の開口部50を貫通するように設けられ、駆動ギア5の下方側に設けられた公転用回転機構23に接続されている。但し、回転テーブル2と駆動ギア5とを回転中心を揃えて回転させる構成であれば、上述の構成には限らない。
従動ギア4は真空雰囲気に設けられており、従動ギア4と駆動ギア5との間には、大気雰囲気と真空雰囲気とを仕切り、磁力線を通す材料例えばアルミニウム(Al)により構成された仕切り部材44が設けられている。この仕切り部材44は、各載置台3が公転するときに、軸受けユニット34の移動領域を形成するものであり、例えばその上端部が真空容器11の底部131に固定され、その側壁に冷媒が通流する冷媒流路45を備えている。仕切り部材44は、上面が開口する例えば断面コ字状の部材であり、容器本体13の底部131に周方向に沿って、孔部130を下方側から塞ぐように設けられている。こうして、孔部130及び仕切り部材44により、自転軸32及び軸受けユニット34の移動領域が形成される。
続いて、載置台3の公転と自転について説明する。図6は、回転テーブル2と駆動ギア5とが各々停止している状態(回転していない状態)において、5個の従動ギア4の一部が駆動ギア5と対向して停止している状態を模式的に示している。従動ギア4は、従動ギア4の各磁極部(N極部41、S極部42)と駆動ギア5の各磁極部(N極部51、S極部52)との間の吸引力及び反発力の総合作用により決定される位置において停止する。従って、回転テーブル2と駆動ギア5とを同じ回転数(回転速度:rpm)で回転させた時には、従動ギア4は駆動ギア5に対して相対的に停止していることから、従動ギア4即ち載置台3は、自転することなく停止している。
載置台3は、駆動ギア5と回転テーブル2との回転数に差が生じたとき、即ち駆動ギア5の角速度と、回転テーブル2の回転による従動ギア4の角速度(いわば公転角速度)との間に速度差が発生したときに自転する。駆動ギア5の角速度Vaが従動ギア4の角速度Vbよりも大きいとき(駆動ギア5の角度度から従動ギア4の角速度を差し引いた速度差がプラスのとき)は、駆動ギア5に対向している従動ギア4のN極部41、S極部42の並びの下方を、駆動ギア5のN極部51、S極部52の配列が、図5で言えば左側から右側に移動していく。このため、従動ギア4に作用する駆動ギア5からの反発力と吸引力とが右側に移動し、これに伴い従動ギア4のN極部41、S極部42の並びも右に引き連れられることから、結果として従動ギア4が図5における右回転、即ち図6に示す状態から図7に示す状態のように、時計回りに自転することになる。
また、駆動ギア5の角速度Vaが従動ギア4の角速度Vbよりも小さいとき(駆動ギア5の角度度から従動ギア4の角速度を差し引いた速度差がマイナスのとき)は、駆動ギア5に対向している従動ギア4のN極部41、S極部42の並びの下方を、駆動ギア5のN極部51、S極部52の配列が、図5で言えば右側から左側に移動していく。このため、従動ギア4に作用する駆動ギア5からの反発力と吸引力とが左側に移動し、これに伴い従動ギア4のN極部41、S極部42の並びも左に引き連れられることから、結果として従動ギア4が図5における左回転、即ち反時計回りに自転することになる。
本発明者らは、従動ギア4の公転による角速度と駆動ギア5の角速度との速度差と、従動ギア4の自転速度とは、図8に示すように、速度差のある範囲において、ほぼ比例関係を維持することを把握している。図8中、横軸は受動ギア5の角速度Vaと従動ギア4の公転による角速度Vbとの速度差(Va−Vb)であり、縦軸は従動ギア4の自転速度である。速度差がプラス((Va−Vb)>0)のときには、速度差がゼロから+V1までは、速度差が大きくなるほど右回りの自転速度が大きくなる。また速度差がマイナス((Va−Vb)<0)のときには、速度差がゼロから−V2までは、速度差が大きくなるほど左回りの自転速度が大きくなる。例えば駆動ギア5の角速度は、前記速度差と従動ギア4の自転速度とがほぼ比例関係を維持している値までの間において設定される。
このように、載置台3は、駆動ギア5と回転テーブル2との回転数に差が生じたときに自転するが、このときの自転速度は、駆動ギア5と従動ギア4のギア比×回転速度差により求められる。回転速度差とは、駆動ギア5の角速度と、回転テーブル2の回転による従動ギア4の角速度(いわば公転角速度)との速度差である。駆動ギア5を300極の磁極部(N極部51及びS極部52)により構成し、従動ギア4を18極の磁極部(N極部41及びS極部42)により構成したモデルについて、例えば回転テーブル2の回転数が30rpmのときに、駆動ギア5を0.1度/秒(6度/分)進める場合の自転速度は、次のように求められる。ギア比は300/18=16.67であり、回転速度差は6/360rpmであるため、従動ギア4の自転速度は、ギア比×回転速度差により、300/18×6/360=0.278rpm(100度/分)となる。こうして求められた自転速度は、後述する評価試験にて取得した自転速度のデータと一致する。
従動ギア4の角速度Vbと駆動ギア5の角速度Vaとの速度差と、従動ギア4の自転速度との関係は、従動ギア4及び駆動ギア5を構成するN極部41、51、S極部42、52の磁力の大きさ、形状や配列、従動ギア4と駆動ギア5との距離、成膜処理条件などにより変化する。このため、例えば予め従動ギア4の公転による角速度Vbと駆動ギア5の角速度Vaとの速度差と、従動ギア4の自転速度との関係を取得しておく。
続いて、図1及び図2に戻り、真空容器11の構成について説明する。真空容器11を構成する天板12の下面中央部には、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。これら中心領域形成部C及び突出部14、14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の中心部との隙間はNガスの流路15を構成し、ウエハWの処理中にこの流路15からNガスを吐出することにより、回転テーブル2の中心部における原料ガス及び酸化ガスの接触が抑制される。
図1に示すように、回転テーブル2の下方に位置する容器本体13の底部131にはヒータ16が配設されると共に、冷媒を通流させる冷媒流路17が形成されている。また、図2に示すように、例えば底部131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24、25が開口している。排気口24、25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。
回転テーブル2の下面の周縁側領域と、容器本体13の底部131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、底部131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なるラビリンスシール部26が設けられている。ラビリンスシール部26は、回転テーブル2の上面側に供給された各種の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、軸受け部22や軸受けユニット24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の上方側の空間へと侵入することを抑制する。
図2に示すように、真空容器11(容器本体13)の側壁面には、ゲートバルブ28により開閉自在に構成された搬入出部27が設けられている。外部の図示しない搬送機構に保持されたウエハWは、この搬入出部27を介して真空容器11内に搬入され、載置台3に受け渡される。載置台3と搬送機構との間のウエハWの受け渡しは、各載置台3に設けられた不図示の貫通孔を介して昇降自在に構成された昇降ピンを用いて行われるが、昇降ピンの記載は省略してある。
また、図1、図2に示すように、成膜装置1における回転テーブル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、改質ガスノズル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、その長さ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BTBASガスを吐出する。図中67は、原料ガスノズル61を覆うノズルカバーであり、その下方におけるBTBASガスの濃度を高める役割を有する。また、酸化ガスノズル63はOガスを吐出する。分離ガスノズル62、65はNガスを吐出し、上面側から見て天板12の突出部14、14を各々周方向に分割する位置に配置されている。改質ガスノズル64は、例えばアルゴン(Ar)ガスと酸素(O)ガスとの混合ガスからなる改質ガスを吐出する。この例では、原料ガス、酸化ガス及び改質ガスが夫々処理ガスに相当し、原料ガスノズル61、酸化ガスノズル63及び改質ガスノズル64が処理ガスを供給する処理ガス供給部に夫々相当する。
さらに、天板12には、改質ガスノズル64の上方側にプラズマ形成部7が設けられている。図2には、プラズマ形成部7が設けられる位置を一点鎖線で示している。図中71は、石英などの誘電体からなる本体部であり、その下面には、天板12に設けられた扇状の開口部121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。この突条部72にて囲まれる領域内に、改質ガスノズル64から改質ガスが吐出される。
本体部71の上面側には、ファラデーシールド73、絶縁用の板部材74を介して、金属線をコイル状に巻回したアンテナ75が設けられ、このアンテナ75には高周波電源76が接続されている。図中77は電磁界の磁界成分を下方に向かわせるためのスリットである。
回転テーブル2上において、原料ガスノズル61の下方領域は、BTBASガスの吸着が行われる吸着領域R1、酸化ガスノズル63の下方領域は、BTBASガスが酸化される酸化領域R2に相当する。また、プラズマ形成部7の下方領域は、プラズマによりSiO膜の改質が行われる改質領域R3、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Nガスにより、吸着領域R1と酸化領域R2とを互いに分離するための分離領域D1、D2を構成する。
既述の排気口24は、吸着領域R1と、吸着領域R1の回転方向の下流側に隣接する分離領域D1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25は、改質領域R3と改質領域R3の回転方向下流側に隣接する分離領域D2との境界付近の外側に開口しており、余剰のOガス、改質ガスを排気する。排気口24、25からは、各分離領域D1、D2、中心部領域Cから各々供給されるNガスも排気される。
成膜装置1には、図9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は、CPU101、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等を格納するプログラム格納部102、記憶部103、入力部104、データ処理部105を備えている。図中110はバスであり、このバス110には、回転テーブル2の公転用回転機構23、載置台3の自転用回転機構53が接続されている。
記憶部103は、例えば図8に示すような従動ギア4の自転速度と、従動ギア4の公転による角速度と駆動ギア5の角速度との速度差と、の関係を記憶するものである。また、入力部104は例えば操作画面よりなり、従動ギア4の自転速度や公転による角速度(回転テーブル2の回転数)を入力するためのものである。なお、図9では、公転による角速度を公転速度としている。データ処理部105は、入力された従動ギア4の自転速度と、回転テーブル2の回転数と、前記記憶部103に記憶された前記関係とに基づいて、駆動ギア5の回転数を設定するためのものである。従動ギア4の自転速度や公転による角速度は、例えばメンテナンス時に入力できるように構成され、従動ギア4の自転速度及び角速度を入力すると、当該自転速度に基づいて、前記関係から従動ギア4の公転による角速度と駆動ギア5の角速度との速度差を把握し、駆動ギア5の回転数が設定される。
既述のプログラムは、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。例えば載置台3の自転速度は、例えば成膜処理のレシピに書き込まれており、レシピを選択することにより、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16によるウエハWの加熱温度、中心領域形成部CからのNガスの供給流量、公転用回転駆動部23による回転テーブル2の回転、磁気ギア機構による載置台3の自転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。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、各載置台3を搬入出口27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を搬入して載置台3に受け渡す。全ての載置台3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28を閉じ、真空容器11内が所定の圧力となるように排気口24、25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Nガスを供給すると共に、ヒータ16によるウエハWの加熱を開始し、例えばウエハWを200℃以下の温度に加熱する。
例えば公転用回転機構23により、回転軸21を駆動して回転テーブル2を80rpm以上例えば120rpmの回転速度で回転させると共に、自転用回転機構53により駆動ギア5を回転テーブル2と等速で回転させる。これにより、載置台3は自転を停止した状態で公転する。次いで、真空容器11内では、原料ガスノズル61、酸化ガスノズル63、改質ガスノズル64からの各処理ガスの供給と、高周波電源76からのアンテナ75への高周波の印加によるプラズマの形成と、を開始する。また、例えば各処理ガスの供給に合わせて、自転用回転機構53により駆動ギア5を回転させ、こうして載置台3を設定された自転速度で自転させる。
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、Nガスが供給される分離領域D1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される。また、吸着領域R1と改質領域R3との間にも、Nガスが供給される分離領域D2を設けているので、原料ガスと、改質領域に供給される改質ガス及び改質領域R3の回転方向上流側から当該分離領域D2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24、25から排気される。また、中心領域形成部Cから供給されたNガスも、排気口24、25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、改質領域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Oガスにより酸化されて、SiOの分子層が1層あるいは複数層形成される。改質領域R3では、前記SiOの分子層が改質ガスの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、SiOの分子層が積層されてウエハW表面にSiO膜が形成される。
この成膜装置1においては、回転テーブル2の回転と並行して、載置台3の回転によるウエハWの自転が行われるが、回転テーブル2の回転と載置台3の回転とが同期しないように、回転テーブル2の回転数と載置台3の自転速度が設定される。即ち、ウエハWが第1の向きに向いた状態で、回転テーブル2が開始ポイントから1回転し、再度開始ポイントに位置したときに、ウエハWが第1の向きとは異なる第2の向きに向けられるような自転速度でウエハWが自転するように設定される。
このように、載置台3は回転テーブル2の回転と同期せずに自転するので、各載置台3上のウエハWは自転及び公転によって、原料ガスの吸着領域R1を様々な向きで通過することになる。こうして、載置台3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SiOの分子層を形成するサイクルが実行される。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SiO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SiO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、SiOの分子層が順次積層され、予め設定されたサイクル数を実行したら、回転テーブル2の回転や各種のガスの供給、プラズマの形成、公転用回転機構23、自転用回転機構53の駆動を停止し、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28を開いて外部の搬送機構を侵入させ、搬入時とは反対の手順でウエハWを搬出する。
既述のように、成膜装置1では、ウエハWへの成膜時にこれらの公転と自転とが互いに並行して行われるが、ウエハW(載置台3)の自転には、回転テーブル2が回転している間、ウエハWが連続的に自転する場合の他に、間欠的に自転することも含まれる。また、ウエハWの自転の開始及び停止のタイミングは、公転の開始及び停止のタイミングと揃えるようにしてもよいし、互いの回転の開始及び停止のタイミングがずれていてもよい。
本実施形態の成膜装置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に対して成膜処理を行うにあたって、載置台3の自転軸32に従動ギア4を設けると共に、この従動ギア4の公転軌道の全周に沿って当該従動ギア4と磁気ギア機構を構成する駆動ギア5を備えている。従って、駆動ギア5を回転させ、駆動ギア5の角速度と、従動ギア4の公転による角速度との間に速度差を発生させることにより、載置台3が自転するので、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、膜厚の面内均一性が向上する。また、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。さらに、駆動ギア5の角速度と従動ギア4の角速度との差を調整することにより、従動ギア4の自転速度を容易に調整することができる。
さらにまた、駆動ギア5は従動ギア4の公転軌道の全周に亘って設けられているので、複数の載置台3の従動ギア4を同時に駆動することができる。また、従動ギア4が周回軌道の全周に亘って駆動力を受けるので、駆動ギア5の角速度と、従動ギア4の角速度との差を調整して、自転速度を制御するにあたって、回転テーブル2の回転数(公転速度)が例えば80rpm以上と大きい場合でも、制御範囲を広くすることができる。従って、回転テーブル2の回転速度を大きくして生産性を高めながら、ウエハW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。
さらに、従動ギア4及び駆動ギア5は、各々永久磁石により磁極部が構成されているので、自転動作のための制御が容易であり、生産コストを安価に設定することができる。また、従動ギア4と駆動ギア5との間には、磁力線を通す材料により構成された仕切り部材44を、大気雰囲気と真空雰囲気とを仕切るように設け、駆動ギア5を大気雰囲気側に設けている。このため、駆動ギア5側においてパーティクルが発生したとしても、真空容器11への進入が抑えられ、電気的な制御やメンテナンスが容易となる。さらに、駆動ギア5を大気雰囲気に設けると共に、従動ギア4をヒータ16から離れた領域に配置しているので、高温による磁力の低下を抑えることができる。
さらにまた、従動ギア4の公転による角速度と駆動ギア5の角速度との速度差と従動ギア4の自転速度とがほぼ比例関係を維持している値までの間において、駆動ギア5の角速度を設定するようにすれば、従動ギア4の自転速度の設定を簡易に行うことができ、制御が容易となる。また、制御部100に記憶部103と、入力部104と、データ処理部105を設けることにより、例えば載置台3の自転速度を変更する場合には、従動ギア4の自転速度を入力部104にて入力すると、自動的に駆動ギア5の回転数を設定することができ、レシピの書き換えや、メンテナンスが容易になる。
続いて、本発明の基板処理装置を適用した成膜装置の他の例について、図10を参照して説明するが、この成膜装置81は、例えば成膜処理温度が200℃以下の温度で成膜処理を行う場合に適しているものである。この成膜装置81が、上述の図1に示す成膜装置1と異なる点は、回転テーブル2の公転用回転機構23と、載置台3の自転用回転機構53とが、真空容器(処理容器)111の内部に設けられることである。
このため、真空容器111には、底部133と対向するように、公転用回転機構23及び自転用回転機構53の設置区域を区画する区画壁部132が設けられている。この区画壁部132は、図1の成膜装置1の底部131に相当するものであり、ヒータ16、冷媒流路17が設けられると共に、回転軸21、自転軸32用の開口部が形成されている。回転テーブル2の回転軸21は、区画壁部132に設けられた軸受け部22を介して公転用回転機構23に接続されている。軸受け部22と公転用開口機構23の周りは例えば筒状体134により囲まれており、この筒状体134は、駆動ギア5の開口部50の内側に設けられている。真空容器11の底部133には冷媒流路171が設けられ、自転軸32の移動領域を形成するための環状の孔部130が形成されている。
載置台3の自転軸32が接続された軸受けユニット34は、筒状体33を介して回転テーブル2に接続されると共に、自転軸32は従動ギア4に接続され、この従動ギア4と対向するように駆動ギア5が設けられていることなど、その他の構成は図1の成膜装置1と同様であり、同様の構成部材については同符号を付し、説明を省略する。この成膜装置81においても、駆動ギア5を回転させることにより、載置台3が自転するので、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。
上述の例では、軸受けユニット34は、筒状体33を介して回転テーブルの下面に固定されているが、軸受けユニット34の固定構造については次のように構成してもよい。回転軸(公転軸)21の上部に各々水平に周方向に沿って放射状に延びる複数例えば6本の支持腕を設け、この支持腕群の上に回転テーブル2を載置する。回転テーブル2において自転軸32に対応する部分は孔部として形成される。各支持腕の下面に垂直に伸びる支持棒を設け、この支持棒の下端を孔部130を介して容器本体13の底部131よりも下方側まで延出させ、各支持棒の下端に、各支持棒を結ぶ円に沿って形成されたリング体を固定する。このリング体の下面に軸受けユニット34を固定し、リング体に形成した貫通孔を介して自転軸32を軸受けユニット34から載置台3の下面まで突出させる。従って、軸受けユニット34は、リング体及び支持棒を介して支持腕に固定され、回転軸21の回転により公転する。平面的に見て、自転軸32と既述の支持棒とは、周方向に交互に配置される。
さらに、本発明の基板処理装置を適用した成膜装置の他の例について、図11を参照して説明するが、この成膜装置82は、例えば成膜処理温度が200℃以上の温度例えば400℃で成膜処理を行う場合に適しているものである。この成膜装置82が、上述の図1に示す成膜装置1と異なる点について説明する。この例の回転テーブル2は、円板状の支持板83により下方側から支持されており、この支持板83は、載置台3を回転テーブル2から独立した状態で支持するように構成されている。
この例の真空容器112には、底部136と対向するように、区画壁部135が形成され、この区画壁部135の上方側に回転テーブル2、区画壁部135の下方側に支持板83が夫々設けられている。区画壁部135にはヒータ16や冷媒流路17が設けられると共に、円環状のスリット84が形成されている。回転テーブル2の下面には、前記スリット84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85が周方向に設けられている。各支柱85は、スリット84を貫通し、支持板83に接続されている。支持板83の下面側中央部は、回転軸86を介して公転用回転機構87に接続されている。従って、回転軸86を回転させると、支持板83及び支柱85を介して回転テーブル2が鉛直軸回りに回転する。
載置台3の自転軸32は区画壁部135のスリット84及び支持板83の開口部88を貫通して下方側に延出し、支持板83の下方側に筒状体331を介して固定された軸受けユニット34に接続されている。従動ギア4や駆動ギア5の構成、駆動ギア5の開口部50の内側に公転用回転機構87が設けられることなどは図1に示す成膜装置1と同様である。また、真空容器112における支持板83の下面近傍の側壁部は、真空容器112の内部に突出する突出部137を構成し、支持板83の下面と突出部137の上面との間にはラビリンスシール部261が形成されている。さらに、ラビリンスシール部261の内側には、支持板83の下面から下方側ヘ向けて伸び出すように筒状壁部831が形成されており、突出部137と筒状壁部831との間には、狭い隙間が形成されている。
ラビリンスシール部261及び筒状壁部831は、支持板83の上方側から各種のガスが支持板83の上方側の空間に進入することを抑制すると共に、軸受けユニット34や公転用回転機構87、自転用回転機構53においてパーティクルが発生したとしても、当該パーティクルが支持板83の上方の空間に進入することを抑える。その他の構成は図1の成膜装置1と同様であり、同様の構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
この成膜装置82においても、駆動ギア5を回転させることにより、載置台3が自転するので、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。また、ヒータ16は支持板83よりも上方側に設けられ、公転用回転機構87、自転用回転機構53は支持板83よりも下方側に設けられており、両者が離れているため、例えば400℃の高温の成膜処理に適している。
以上において、本発明では、従動ギア4、駆動ギア5の一方だけが磁性体の場合も含まれる。また、従動ギア4が、N極部41、S極部42の一方、またはN極部41とS極部42とが交互に配列されている場合であって、駆動ギア5が磁性体よりなる場合も含まれる。さらに、駆動ギア5が、N極部51、S極部52の一方、またはN極部51とS極部52とが交互に配列であって、従動ギア4が磁性体よりなる場合も含まれる。従動ギア4と駆動ギア5を既述の実施形態のように設ける場合には、磁石の反発力と吸引力を利用して載置台3を自転させるため、載置台3を確実に回転させることができるが、従動ギア4と駆動ギア5の一方だけが磁性体の場合には、確実に回転させるためには、載置台3が軽量であることが好ましい。
続いて、評価試験について記載する。
(評価試験1)
図1に示す成膜装置1において、駆動ギア5を300極の磁極部(N極部51及びS極部52)、従動ギア4を18極の磁極部(N極部41及びS極部42)により夫々構成し、駆動ギア5と従動ギア4との距離を3.1mmに設定した装置を用いて評価試験を行った。5つの載置台3に夫々ウエハWを載置し、回転テーブル2を時計回りに30rpmで回転させ、駆動ギア5の回転数を0.1度/秒(6度/分)進めた場合、駆動ギア5の回転数を0.1度/秒(6度/分)遅らせた場合について、各ウエハWの自転動作を、夫々のウエハWの自転角度を測定することにより確認した。なお、自転角度については、無線式リアルタイム自転計測器により測定した。
駆動ギア5の回転数と回転テーブル2の回転数とが同じ場合には、各ウエハWは自転が停止した状態であることが認められた。また、駆動ギア5の回転数を進めた場合には、時計回りに同時に5つのウエハWが自転することが認められた。回転テーブル2が1回転する間に、各載置台3のウエハWは、夫々3.35度、3.34度、3.34度、3.34度、3.34度回転し、5つのウエハWがほぼ同様に夫々0.28rpmで時計回りに自転することが確認された。一方、駆動ギア5の回転数を遅らせた場合には、反時計回りに同時に5つのウエハWが自転することが認められた。回転テーブル2が1回転する間に、各載置台3のウエハWは、夫々3.32度、3.31度、3.32度、3.32度、3.31度回転し、5つのウエハWはほぼ同様に夫々0.28rpmで反時計回りに自転することが確認された。
また、回転テーブル2の回転数を60rpmに変えた場合についても、同様に各ウエハWの自転動作の確認を行った。回転テーブル2の回転数以外の条件は評価試験1と同様である。この場合においても、駆動ギア5の回転数と回転テーブル2の回転数とが同じ場合には、各ウエハWは自転が停止した状態であり、駆動ギア5の回転数を進めた場合には、時計回りに同時に5つのウエハWが0.28rpmで自転し、駆動ギア5の回転数を遅らせた場合には、反時計回りに同時に5つのウエハWが0.28rpmで自転することが確認された。
(評価試験2)
評価試験1と同様の成膜装置において、各載置台3にウエハWを載置し、回転テーブル2を時計回りに30rpm、60rpmで夫々回転させ、駆動ギア5と回転テーブル2の回転速度差を−0.8度/秒〜0.8度/秒の間で変化させて各ウエハWの自転の評価を行った。回転速度差とは、既述のように、駆動ギア5の角速度と、回転テーブル2の回転による従動ギア4の角速度(公転角速度)との速度差である。
測定結果について、回転テーブル2の回転数が30rpmは図12に、60rpmは図13に夫々示す。図12、図13中、横軸は駆動ギアの回転数(rpm)、縦軸は5つのウエハWの平均自転速度(度/分)である。駆動ギア5の回転数から回転テーブル2の回転数を減じることにより、既述の回転速度差が求められるので、前記回転速度差と従動ギア4の自転速度とは互いに比例関係を維持することが認められた。また、回転テーブル2の回転数を30rpm、60rpmと変えても、前記回転速度差と従動ギア4の自転速度とは同じ比例関係であることが確認された。これにより、前記回転速度差(駆動ギア5の角速度と、回転テーブル2の回転による従動ギア4の角速度との速度差)と、駆動ギア5と従動ギア4のギア比により、従動ギア4の自転回転数(自転速度)が決定されることが理解される。
(評価試験3)
従動ギア4と駆動ギア5との距離を5mmに設定し、120rpmについても測定した以外は、評価試験2と同様に、ウエハWの自転の評価を行った。この結果について、回転テーブル2の回転数が30rpmは図14に、60rpmは図15に、120rpmは図16に夫々示す。図14〜図16中、横軸は駆動ギアの回転数(rpm)、縦軸は5つのウエハWの平均自転速度(度/分)である。この結果、従動ギア4と駆動ギア5との距離を3.1mmから5mmに変えても、前記回転速度差と従動ギア4の自転速度との関係は、互いによく一致することが認められた。
図17に、前記回転速度差と、駆動ギア5と従動ギア4のギア比から求めた従動ギア4の自転回転数の理論値、図18に、前記回転速度差と、駆動ギア5と従動ギア4のギア比から求めた従動ギア4の自転角速度の理論値を夫々示す。図17、図18中、横軸は前記回転速度差(度/秒)であり、図17中縦軸は自転回転数(rpm)、図18中縦軸は自転角速度(度/分)である。この結果、理論値と、実際の測定結果とがよく一致することが確認された。
W ウエハ
1、81、82 成膜装置
11、111、112 真空容器
2 回転テーブル
21 回転軸
23 公転用回転機構
3 載置台
32 自転軸
34 軸受けユニット
4 従動ギア
5 駆動ギア
41、51 N極部
42、52 S極部
53 自転用回転機構
100 制御部

Claims (7)

  1. 基板に対して処理ガスを供給して成膜を行う基板処理装置において、
    処理容器内に設けられた回転テーブルと、
    前記回転テーブルの一面側に基板を載置するために設けられ、当該回転テーブルの回転により公転する載置台と、
    前記回転テーブルの回転により載置台が通過する領域に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記回転テーブルと共に回転する部位に自転自在に設けられ、前記載置台を支持する自転軸と、
    前記自転軸に設けられた従動ギアと、
    前記従動ギアの公転軌道に臨むように、かつ前記公転軌道の全周に沿って設けられ、前記従動ギアと磁気ギア機構を構成する駆動ギアと、
    前記駆動ギアを回転させるための回転機構と、を備え
    前記従動ギアの各磁極部は、下面に中心部から横方向に放射状に延びるように設けられ、
    前記駆動ギアの各磁極部は、前記従動ギアの下面と対向する面に配列されていることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記従動ギアの自転速度と、前記従動ギアの公転による角速度と前記駆動ギアの角速度との速度差と、の関係が記憶された記憶部と、
    前記従動ギアの自転速度を入力するための入力部と、
    入力された従動ギアの自転速度と、回転テーブルの回転数と、前記記憶部に記憶された前記関係とに基づいて、前記駆動ギアの回転数を設定するためのデータ処理部と、を備えたことを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
  3. 基板に対して処理ガスを供給して成膜を行う基板処理装置において、
    処理容器内に設けられた回転テーブルと、
    前記回転テーブルの一面側に基板を載置するために設けられ、当該回転テーブルの回転により公転する載置台と、
    前記回転テーブルの回転により載置台が通過する領域に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
    前記回転テーブルと共に回転する部位に自転自在に設けられ、前記載置台を支持する自転軸と、
    前記自転軸に設けられた従動ギアと、
    前記従動ギアの公転軌道に臨むように、かつ前記公転軌道の全周に沿って設けられ、前記従動ギアと磁気ギア機構を構成する駆動ギアと、
    前記駆動ギアを回転させるための回転機構と、
    前記従動ギアの自転速度と、前記従動ギアの公転による角速度と前記駆動ギアの角速度との速度差と、の関係が記憶された記憶部と、
    前記従動ギアの自転速度を入力するための入力部と、
    入力された従動ギアの自転速度と、回転テーブルの回転数と、前記記憶部に記憶された前記関係とに基づいて、前記駆動ギアの回転数を設定するためのデータ処理部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
  4. 前記従動ギアは、自転方向に沿って全周に亘ってN極部及びS極部が交互に配列され、
    前記駆動ギアは、前記公転軌道に沿って全周に亘ってN極部及びS極部が交互に配列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基板処理装置。
  5. 前記従動ギア及び駆動ギアは、各々永久磁石により磁極部が構成されてい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基板処理装置。
  6. 前記処理容器内は、真空雰囲気となるように構成され、
    前記駆動ギアは、大気雰囲気側に設けられ、
    前記従動ギアと駆動ギアとの間には、大気雰囲気と真空雰囲気とを仕切り、磁力線を通す材料により構成された仕切り部材が設けられていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか一項に記載の基板処理装置。
  7. 前記従動ギアの公転による角速度と前記駆動ギアの角速度との速度差の絶対値がゼロから、当該速度差と従動ギアの自転速度とがほぼ比例関係を維持している値までの間において、駆動ギアの角速度が設定されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか一項に記載の基板処理装置。
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