JP6895797B2 - 成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、成膜装置に関する。
従来から、基板に対して水平方向から原料ガスを導入し、基板の表面に対して平行な原料ガスの流れを形成することで、基板の表面に所定の膜を形成するサイドフロー方式の成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−９１８４８号公報
しかしながら、上記のサイドフロー方式の成膜装置では、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間に圧力差が生じ、上流側と下流側との間でガス密度に不均衡が生じる場合がある。ガス密度に不均衡が生じると、基板の表面に形成される膜の特性（例えば、膜厚、膜質）に分布が生じ、良好な面内均一性が得られない。
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、膜の面内均一性を高めることが可能な成膜装置を提供することを目的とする。
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、基板を載置する載置台と、前記載置台と対向し、前記載置台との間に処理空間を形成する天板と、前記基板に対して水平方向から前記処理空間に原料ガスを供給するガス供給部と、前記載置台と前記天板との間に設けられ、前記原料ガスの流れを整えるバッフル板と、を備え、前記載置台と前記天板との対向面の間隔が、前記原料ガスの流れ方向の上流側よりも下流側のほうが広くなるように、前記天板側又は前記載置台側の対向面が傾斜しており、前記バッフル板は、前記載置台側の対向面に対して平行に設けられている。
開示の成膜装置によれば、膜の面内均一性を高めることができる。
第１実施形態に係る成膜装置の第１構成例の概略図 第１実施形態に係る成膜装置の第２構成例の概略図 第１実施形態に係る成膜装置の第３構成例の概略図 第１実施形態に係る成膜装置の第４構成例の概略図 バッフル板の形状を説明するための図 バッフル板の形状を説明するための断面図 理論解析により算出されたガスの流れ方向における位置と圧力との関係を示す図 第２実施形態に係る成膜装置の第１構成例の概略図 第２実施形態に係る成膜装置の第２構成例の概略図 第２実施形態に係る成膜装置の第３構成例の概略図 第３実施形態に係る成膜装置の一例の概略図 第４実施形態に係る成膜装置の一例の概略図 基板上のガスの流れ方向における位置と圧力との関係を示す図 基板上のガスの流れ方向における位置と各特性との関係を示す図
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。
本発明の実施形態に係る成膜装置は、基板に対して水平方向から原料ガスを導入し、基板の表面に対して平行な原料ガスの流れを形成することで、基板の表面に所定の膜を形成するサイドフロー方式の成膜装置である。成膜装置では、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法や化学気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法による膜を形成することができる。
成膜装置は、基板を載置する載置台と、載置台と対向し、載置台との間に処理空間を形成する天板と、基板に対して水平方向から処理空間に原料ガスを供給するガス供給部と、を備える。そして、載置台と天板との対向面の間隔が、原料ガスの流れ方向の上流側よりも下流側のほうが広くなるように、天板側又は載置台側の対向面が傾斜していることを特徴とする。
係る構成を有する成膜装置によれば、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間の圧力差を小さくし、上流側と下流側との間におけるガス密度の均一性を向上させることができる。その結果、基板の表面に形成される膜の特性（例えば、膜厚、膜質）の面内均一性を高めることができる。
以下では、膜の面内均一性を高めることが可能な成膜装置の具体的な構成例について説明する。
〔第１実施形態〕
（成膜装置）
第１実施形態に係る成膜装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る成膜装置の第１構成例の概略図である。図２は、第１実施形態に係る成膜装置の第２構成例の概略図である。図３は、第１実施形態に係る成膜装置の第３構成例の概略図である。図４は、第１実施形態に係る成膜装置の第４構成例の概略図である。
図１に示されるように、成膜装置は、載置台１１０と、天板１２０と、第１のガス供給部１３０と、第２のガス供給部１４０と、ガス排気部１５０と、バッフル板１６０と、整流翼１７０と、を備える。載置台１１０及び天板１２０は、半導体ウエハ等の基板Ｗに対して成膜処理を施す処理空間Ｓを形成する処理容器を構成する。なお、処理容器が図示しない底板と天板１２０とにより構成され、処理容器内に載置台１１０が設けられていてもよい。
載置台１１０は、上面に基板Ｗを載置可能に構成されている。載置台１１０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック材料により形成されている。
天板１２０は、載置台１１０と対向するように載置台１１０の上方に設けられ、載置台１１０との間に処理空間Ｓを形成する。天板１２０は、例えば金属材料により形成されている。天板１２０は、水平部１２１と、傾斜部１２２とを有する。水平部１２１は、第１のガス供給部１３０側に設けられ、載置台１１０の上面に対して平行となるように形成されている。傾斜部１２２は、水平部１２１よりもガス排気部１５０側に設けられ、載置台１１０の上面に対する高さが第１のガス供給部１３０側からガス排気部１５０側に向かって高くなるように平面形状（フラット）に形成されている。これにより、ガス排気部１５０側の天板１２０の高さＨ２は、第１のガス供給部１３０側の天板１２０の高さＨ１よりも高くなっている。即ち、載置台１１０と天板１２０との対向面の間隔が、原料ガスの流れ方向（図中の＋Ｘ方向）の上流側よりも下流側の方が広くなっている。原料ガスの流れ方向と垂直な方向（図中のＹ方向）における天板１２０の載置台１１０に対する高さは、一定であってもよく、変化していてもよい。また、天板１２０は、上下方向に移動可能であってもよい。例えば、天板１２０を載置台１１０から離間させる方向に移動させることで、載置台１１０と天板１２０との対向面の間隔が広くなるので、載置台１１０の上面への基板の搬入／搬出が容易となる。なお、傾斜部１２２は、図２に示されるように、載置台１１０の上面に対する高さが第１のガス供給部１３０側からガス排気部１５０側に向かって高くなるように曲面形状に形成されていてもよい。また、天板１２０は、傾斜部１２２を有していればよく、水平部１２１を有していなくてもよい。
第１のガス供給部１３０は、基板Ｗに対して水平方向から処理空間Ｓに原料ガスを供給する。第１のガス供給部１３０は、処理容器の側面に接続された配管１３１と、配管１３１の処理容器の側と反対側に接続された原料ガス供給源１３２とを有する。これにより、原料ガス供給源１３２から原料ガスが処理空間Ｓに供給される。原料ガスの種類は、特に限定されないが、例えばＳｉ２Ｃｌ６、Ｓｉ２Ｈ６、ＨＣＤＳ（ヘキサクロロジシラン）、ＴＤＭＡＳ（トリジメチルアミノシラン）、ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）等のシリコン含有ガスであってよい。また、原料ガスは、例えばＴｉＣｌ４等の金属含有ガスであってよい。また、第１のガス供給部１３０は、原料ガスと共に、Ａｒ、Ｎ２等のキャリアガスが供給可能に構成されていてもよい。
第２のガス供給部１４０は、載置台１１０の下方から処理空間Ｓにプラズマ化した反応ガスを供給する。第２のガス供給部１４０は、互いに平行に設けられた第１の電極１４１と第２の電極１４２とを有する。第１の電極１４１は、整合器１４３を介して高周波電源１４４と電気的に接続されている。第２の電極１４２は、接地されている。また、第１の電極１４１と第２の電極１４２との間に反応ガスを供給する反応ガス供給源１４５が設けられている。これにより、反応ガス供給源１４５から供給される反応ガスは、第１の電極１４１と第２の電極１４２との間の空間でプラズマ化されて処理空間Ｓに供給される。反応ガスの種類は、特に限定されないが、例えば酸素（Ｏ２）や、オゾン（Ｏ３）等の酸化ガス、アンモニア（ＮＨ３）等の窒化ガス、水素（Ｈ２）等の還元ガスであってよい。また、第１の電極１４１及び第２の電極１４２の処理空間Ｓ側には、誘電体材料により形成された絞り１４６が形成されている。
ガス排気部１５０は、処理空間Ｓのガスを排気する。ガス排気部１５０は、処理容器の側面のうち、第１のガス供給部１３０が接続されている面と対向する面の下方に形成された排気口１５１を有する。排気口１５１には、真空ポンプ１５２、図示しないバルブ等が介設されて、処理空間Ｓを真空に排気できるようになっている。
バッフル板１６０は、原料ガスの流れを整える。バッフル板１６０は、天板１２０の下面に、載置台１１０の上面に対して平行となるように取り付けられている。図示の例では、バッフル板１６０は、天板１２０の下面のうち水平部１２１と傾斜部１２２との境界部分からガス排気部１５０の側に延在するように取り付けられている。バッフル板１６０は多孔板であってもよく、メッシュ板であってもよい。また、バッフル板１６０は、金属材料により形成されていてもよく、誘電体材料により形成されていてもよい。バッフル板１６０を設けることで、基板Ｗの温度の面内均一性を高めることができる。
また、バッフル板１６０は、複数設けられていてもよい。例えば、図３に示されるように、バッフル板１６０は、天板１２０の下面に、複数（例えば２つ）のバッフル板１６０ａ，１６０ｂが互いに平行となるように離間して取り付けられている構成であってもよい。係る構成では、バッフル板１６０ａ，１６０ｂは、両方が多孔板又はメッシュ板であってもよく、一方が多孔板、他方がメッシュ板であってもよい。
また、例えば図４に示されるように、天板１２０の下面に、載置台１１０の上面に対して平行となるように設けられたバッフル板１６０ａと、バッフル板１６０ａに対して垂直となるように設けられたバッフル板１６０ｃとが取り付けられている構成であってもよい。係る構成では、バッフル板１６０ａ，１６０ｃは、両方が多孔板又はメッシュ板であってもよく、一方が多孔板、他方がメッシュ板であってもよい。また、バッフル板１６０ｃは、バッフル板１６０ａに対して所定の角度を有して取り付けられていてもよい。
図５は、バッフル板１６０の形状を説明するための図であり、バッフル板１６０の上面図である。バッフル板１６０は、例えば図５（ａ）に示されるように、多数の貫通孔１６１を有する多孔板であってよい。また、バッフル板１６０は、例えば図５（ｂ）に示されるように、長手方向が原料ガスの流れ方向（図中の＋Ｘ方向）に平行なスリット１６２を有する多孔板であってもよい。また、バッフル板１６０は、例えば図５（ｃ）に示されるように、長手方向が原料ガスの流れ方向に垂直なスリット１６３を有する多孔板であってもよい。
図６は、バッフル板１６０の形状を説明するためのバッフル板１６０の断面図であり、バッフル板１６０に翼型のスリットが複数設けられている場合の断面を示す。複数の翼型スリットの各々は、例えば図６（ａ）に示されるように、原料ガスの流れ方向（図中の＋Ｘ方向）に対して所定の角度θ１（θ１は鋭角）を有して互いに平行に設けられていてもよい。また、複数の翼型スリットの各々は、例えば図６（ｂ）に示されるように、原料ガスの流れ方向に対して所定の角度θ２（θ２は鈍角）を有して互いに平行に設けられていてもよい。また、所定の角度θ１，θ２は可変であってもよい。所定の角度θ１，θ２を可変とすることにより、処理条件に応じて原料ガスの流れを調整することができる。
なお、バッフル板１６０は必須ではないが、基板Ｗの温度の面内均一性を高めることができるという観点から設けることが好ましい。
また、基板Ｗの搬入及び搬出の際、バッフル板１６０を退避できるように、バッフル板１６０は移動可能に設けられていてもよい。
整流翼１７０は、処理空間Ｓから排気口１５１に向かう原料ガスを整流する。
また、成膜装置には、載置台１１０、天板１２０等の各部を加熱する図示しない加熱手段や、載置台１１０、天板１２０等の各部の温度を検出する図示しない温度センサが設けられていてもよい。この場合、温度センサの検出値に基づいて、加熱手段を制御することで、載置台１１０、天板１２０等の温度を調整することができる。
（理論解析）
第１実施形態に係る成膜装置の作用・効果を確認するために、原料ガスの流れ方向における位置ｘ（ｍ）と圧力ｐ（Ｐａ）との関係を理論解析により算出した。以下、理論解析の条件を示す。
＜理論解析の条件：第１実施形態＞
原料ガスの流れ方向に沿った載置台１１０の長さ ５００ｍｍ
原料ガスの流れ方向に垂直な方向に沿った載置台１１０の長さ ５００ｍｍ
載置台１１０の上面と水平部１２１の下面との間隔Ｈ１ ５ｍｍ
載置台１１０の上面と傾斜部１２２の右端部の下面との間隔Ｈ２ ５０ｍｍ
ガス温度 １００℃
第１のガス供給部１３０から供給されるＡｒガスの流量 ２０００ｓｃｃｍ
処理空間Ｓとガス排気部１５０との接続部分での圧力 １３３Ｐａ
バッフル板１６０ なし
また、比較のために、載置台１１０の上面と天板１２０の下面との距離が一定である成膜装置の場合についても同様に、原料ガスの流れ方向における位置ｘ（ｍ）と圧力ｐ（Ｐａ）との関係を理論解析により算出した。以下、理論解析の条件を示す。
＜理論解析の条件：比較例＞
原料ガスの流れ方向に沿った載置台１１０の長さ ５００ｍｍ
原料ガスの流れ方向に垂直な方向に沿った載置台１１０の長さ ５００ｍｍ
載置台１１０の上面と天板１２０の下面との間隔 ５ｍｍ（一定）
ガス温度 １００℃
第１のガス供給部１３０から供給されるＡｒガスの流量 ２０００ｓｃｃｍ
処理空間Ｓとガス排気部１５０との接続部分での圧力 １３３Ｐａ
バッフル板１６０ なし
下記の数式（１）は、粘性流領域における気体の平行平板のコンダクタンスの式に基づいて導出される式であり、位置ｘにおける微小距離ｄｘ間での圧力低下−ｄｐを表す。
Figure 0006895797
図７は、理論解析により算出された原料ガスの流れ方向における位置と圧力との関係を示す図であり、数式（１）を用いて算出されたものである。図７中、横軸は処理容器の第１のガス供給部１３０との接続位置からの距離ｘ（ｍ）を示し、縦軸は圧力ｐ（Ｐａ）を示す。また、図７において、実線は前述の第１実施形態に係る成膜装置での結果であり、破線は載置台１１０の上面と天板１２０の下面との距離が一定である比較例の成膜装置での結果である。図７中では、サイズφ３００ｍｍの基板の載置位置はｘ＝０．１ｍ〜０．４ｍである。
図７に示されるように、第１実施形態に係る成膜装置では、原料ガスの流れ方向における位置によらず圧力が略均一になっていることが分かる。一方、比較例の成膜装置では、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間に、上流側の圧力が高く、下流側の圧力が低くなるような圧力差を生じていることが分かる。また、その圧力差に起因し、処理空間Ｓの圧力を設定するために基板の上流側、あるいは下流側に設けられた圧力計では、基板上における正確な圧力の制御が困難となる。
ところで、圧力とガス密度との間には、下記の数式（２）に示される理想気体の状態方程式が成立する。
Figure 0006895797
また、ガス密度と基板の表面への原料ガスの吸着との間には、下記の数式（３）に示される関係が成立する。
Figure 0006895797
したがって、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間に圧力差が生じると、上記の数式（２）に示されるように、ガス密度ｎは圧力ｐと比例関係にあることから、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間でガス密度に不均衡が生じる。また、ガス密度に不均衡が生じると、上記の数式（３）に示されるように、基板の表面への原料ガスのフラックスΓはガス密度ｎと比例関係にあることから、基板表面への原料ガスのフラックスに不均衡が生じる。その結果、基板の表面に形成される膜の特性（例えば、膜厚、膜質）に分布が生じ、良好な面内均一性が得られない。
これに対し、第１実施形態に係る成膜装置では、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間の圧力差が小さいため、上記の数式（２）に示される関係から、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間でガス密度に不均衡がほとんど生じない。また、ガス密度に不均衡がほとんど生じないので、上記の数式（３）に示される関係から、基板の表面への原料ガスのフラックスに不均衡がほとんど生じない。その結果、基板の表面に形成される膜の特性（例えば、膜厚、膜質）の面内均一性を高めることができる。
以上の理論解析の結果から、原料ガスの粘性係数μ、ガス温度Ｔ、質量流量Ｇ、及び圧力ｐに基づいて、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との圧力が同一となるように、天板１２０の下面を傾斜させることが好ましい。
以上に説明したように、第１実施形態に係る成膜装置では、載置台１１０と天板１２０との対向面の間隔が、原料ガスの流れ方向の上流側よりも下流側のほうが広くなるように、天板１２０側の対向面が傾斜している。これにより、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間の圧力差を小さくし、上流側と下流側との間におけるガス密度の均一性を向上させることができる。その結果、膜の面内均一性を高めることができる。
特に、数式（１）によれば、原料ガスの流れ方向に垂直な方向に沿った載置台１１０の長さＷよりも載置台１１０の上面と天板１２０の下面との間隔ｈを変化させると、ｈ３で圧力の変化量を制御できる。よって、本実施形態では、上流側よりも下流側の載置台１１０の上面と天板１２０の下面との間隔ｈを大きくすることにより、上流側と下流側との圧力差を小さくしている。
〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る成膜装置について説明する。図８は、第２実施形態に係る成膜装置の第１構成例の概略図である。図９は、第２実施形態に係る成膜装置の第２構成例の概略図である。図１０は、第２実施形態に係る成膜装置の第３構成例の概略図である。
図８に示されるように、第２実施形態に係る成膜装置は、載置台２１０が下部電極として機能し、バッフル板２６０が上部電極として機能し、載置台２１０とバッフル板２６０との間の空間にプラズマを発生させることができる容量結合型プラズマ処理装置である。
図８に示されるように、成膜装置は、載置台２１０と、天板２２０と、ガス供給部２３０と、ガス排気部２５０と、バッフル板２６０と、整流翼２７０と、を備える。載置台２１０及び天板２２０は、基板Ｗに対して成膜処理を施す処理空間Ｓを形成する処理容器を構成する。なお、処理容器が図示しない底板と天板２２０とにより構成され、処理容器内に載置台２１０が設けられていてもよい。
載置台２１０は、上面に基板Ｗを載置可能に構成されている。載置台２１０は、例えばＡｌＮ等のセラミック材料により形成されている。載置台２１０には、メッシュ電極等の下部電極２１１が設けられている。下部電極２１１は、整合器２１２を介して高周波電源２１３と電気的に接続されている。これにより、高周波電源２１３で生成された高周波電力が整合器２１２を介して下部電極２１１に供給される。
天板２２０は、第１実施形態に係る成膜装置の天板１２０と同様の構成とすることができる。即ち、天板２２０は、水平部２２１と、傾斜部２２２とを有する。
ガス供給部２３０は、第１実施形態に係る成膜装置の第１のガス供給部１３０と同様の構成とすることができる。即ち、ガス供給部２３０は、処理容器の側面に接続された配管２３１と、配管２３１の処理容器の側と反対側に接続された原料ガス供給源２３２とを有する。また、ガス供給部２３０は、原料ガス及びキャリアガスに加えて反応ガスを供給可能に構成されていてもよい。
ガス排気部２５０は、第１実施形態に係る成膜装置のガス排気部１５０と同様の構成とすることができる。即ち、ガス排気部２５０は、排気口２５１と、真空ポンプ２５２とを有する。
バッフル板２６０は、天板２２０の下面に、載置台２１０の上面と平行となるように取り付けられており、金属材料により形成されている。そのため、バッフル板２６０は、原料ガスの流れを整えると共に下部電極２１１と対向する電極、即ち上部電極として機能する。バッフル板２６０は、天板２２０を介して接地されている。バッフル板２６０は多孔板であってもよく、メッシュ板であってもよい。バッフル板２６０を設けることで、基板Ｗの温度の面内均一性を高めることができる。また、バッフル板２６０を設けることで、載置台２１０とバッフル板２６０との間にプラズマを閉じ込めることができるので、プラズマの均一性を向上させることができる。
また、バッフル板２６０は、複数設けられていてもよい。具体的には、例えば図９に示されるように、天板２２０の下面に、複数（例えば２つ）のバッフル板２６０ａ，２６０ｂが互いに平行となるように所定の間隔を有して取り付けられていてもよい。係る構成では、バッフル板２６０ａ，２６０ｂは、両方が多孔板又はメッシュ板であってもよく、一方が多孔板、他方がメッシュ板であってもよい。
また、例えば図１０に示されるように、天板２２０の下面に、載置台２１０の上面に対して平行となるように設けられたバッフル板２６０ａと、バッフル板２６０ａに対して垂直となるように設けられたバッフル板２６０ｃとが取り付けられていてもよい。係る構成では、バッフル板２６０ａ，２６０ｃは、両方が多孔板又はメッシュ板であってもよく、一方が多孔板、他方がメッシュ板であってもよい。また、バッフル板２６０ｃは、バッフル板２６０ａに対して所定の角度を有して取り付けられていてもよい。このように複数のバッフル板２６０を設けることにより、処理空間Ｓ内へのプラズマの閉じ込め効果を高めることができる。
なお、バッフル板２６０は必須ではないが、基板Ｗの温度の面内均一性を高めることができるという観点から設けることが好ましい。
また、基板Ｗの搬入及び搬出の際、バッフル板２６０を退避できるように、バッフル板２６０は移動可能に設けられていてもよい。
整流翼２７０は、処理空間Ｓから排気口２５１に向かう原料ガスを整流する。
また、成膜装置には、第１実施形態と同様に、載置台２１０、天板２２０等の各部を加熱する図示しない加熱手段や、載置台２１０、天板２２０等の各部の温度を検出する図示しない温度センサが設けられていてもよい。この場合、温度センサの検出値に基づいて、加熱手段を制御することで、載置台２１０、天板２２０等の温度を調整することができる。
また、成膜装置の下部電極２１１、上部電極等の電極には、図示しないインピーダンス調整機能が付加されていてもよい。
以上に説明したように、第２実施形態に係る成膜装置では、載置台２１０と天板２２０との対向面の間隔が、原料ガスの流れ方向の上流側よりも下流側のほうが広くなるように、天板２２０側の対向面が傾斜している。これにより、第１実施形態と同様に、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間の圧力差を小さくし、上流側と下流側との間におけるガス密度の均一性を向上させることができる。その結果、膜の面内均一性を高めることができる。
〔第３実施形態〕
第３実施形態に係る成膜装置について説明する。図１１は、第３実施形態に係る成膜装置の一例の概略図である。
図１１に示されるように、第３実施形態に係る成膜装置は、載置台３１０が下方に窪んだ凹部３１０ａを有しており、凹部３１０ａに基板Ｗが載置される。また、バッフル板３６０は、載置台３１０の上面に、凹部３１０ａの上面に対して平行に所定の間隔を有して取り付けられている。
図１１に示されるように、成膜装置は、載置台３１０と、天板３２０と、ガス供給部３３０と、ガス排気部３５０と、バッフル板３６０と、整流翼３７０と、を備える。載置台３１０及び天板３２０は、基板Ｗに対して成膜処理を施す処理空間Ｓを形成する処理容器を構成する。
載置台３１０は、上面に基板Ｗを載置可能に構成されている。載置台３１０は、例えばＡｌＮ等のセラミック材料により形成されている。載置台３１０は、下方に窪んだ凹部３１０ａを有しており、凹部３１０ａの上面に基板Ｗが載置される。載置台３１０には、メッシュ電極等の下部電極３１１が設けられている。下部電極３１１は、整合器３１２を介して高周波電源３１３と電気的に接続されている。これにより、高周波電源３１３で生成された高周波電力が整合器３１２を介して下部電極３１１に供給される。
天板３２０は、第２実施形態に係る成膜装置の天板２２０と同様の構成とすることができる。即ち、天板３２０は、水平部３２１と、傾斜部３２２とを有する。
ガス供給部３３０は、第２実施形態に係る成膜装置のガス供給部２３０と同様の構成とすることができる。即ち、ガス供給部３３０は、処理容器の側面に接続された配管３３１と、配管３３１の処理容器の側と反対側に接続された原料ガス供給源３３２とを有する。
ガス排気部３５０は、第２実施形態に係る成膜装置のガス排気部２５０と同様の構成とすることができる。即ち、ガス排気部３５０は、排気口３５１と、真空ポンプ３５２とを有する。
バッフル板３６０は、載置台３１０の上面に取り付けられている。バッフル板３６０は、載置台３１０の凹部３１０ａの上面に対して平行に所定の間隔を有して設けられている。バッフル板３６０は、金属材料により形成されている。そのため、バッフル板３６０は、原料ガスの流れを整えると共に上部電極として機能する。バッフル板３６０は、接地されている。バッフル板３６０は多孔板であってもよく、メッシュ板であってもよい。バッフル板３６０を設けることで、基板Ｗの温度の面内均一性を高めることができる。さらに、載置台３１０とバッフル板３６０との間にプラズマを閉じ込めることができるので、プラズマの均一性を向上させることができる。
なお、バッフル板３６０は必須ではないが、基板Ｗの温度の面内均一性を高めることができるという観点から設けることが好ましい。
また、基板Ｗの搬入及び搬出の際、バッフル板３６０を退避できるように、バッフル板３６０は移動可能に設けられていてもよい。
整流翼３７０は、処理空間Ｓから排気口３５１に向かう原料ガスを整流する。
以上に説明したように、第３実施形態に係る成膜装置では、載置台３１０と天板３２０との対向面の間隔が、原料ガスの流れ方向の上流側よりも下流側のほうが広くなるように、載置台３１０側及び天板３２０側の対向面が傾斜している。これにより、第１実施形態と同様に、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間の圧力差を小さくし、上流側と下流側との間におけるガス密度の均一性を向上させることができる。その結果、膜の面内均一性を高めることができる。
〔第４実施形態〕
第４実施形態に係る成膜装置について説明する。図１２は、第４実施形態に係る成膜装置の一例の概略図である。図１２（ａ）は上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａにおいて切断した断面を示す。なお、図１２（ａ）では、説明の便宜上、天板４２０の図示を省略している。
図１２（ａ）に示されるように、第４実施形態に係る成膜装置は、周方向に沿って複数（例えば６枚）の基板Ｗを載置可能な載置台４１０を有するセミバッチ式の成膜装置である。第４実施形態に係る成膜装置では、載置台４１０の中心部に設けられたガス供給部４３０から載置台４１０の外周部に設けられたガス排気部４５０（排気口４５１、真空ポンプ４５２）に向かって放射状に原料ガス、キャリアガス、反応ガス等のガスが供給可能となっている。このとき、原料ガス等のガスは、処理空間Ｓから排気口４５１に向かう途中で整流翼４７０により整流される。そして、各基板Ｗが載置される領域ごとに、前述の第１実施形態から第３実施形態と同様の構成とすることができる。
即ち、例えば図１２（ｂ）に示されるように、一の基板Ｗが載置される領域において、載置台４１０と天板４２０との対向面の間隔が、原料ガスの流れ方向の上流側よりも下流側のほうが広くなるように構成されている。
以上に説明したように、第４実施形態に係る成膜装置では、載置台４１０と天板４２０との対向面の間隔が、原料ガスの流れ方向の上流側よりも下流側のほうが広くなるように、天板４２０側の対向面が傾斜している。これにより、第１実施形態と同様に、原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との間の圧力差を小さくし、上流側と下流側との間におけるガス密度の均一性を向上させることができる。その結果、膜の面内均一性を高めることができる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施形態に係る成膜装置による効果を確認するために行ったＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）シミュレーションについて説明する。
（実施例１）
実施例１では、第１実施形態に係る成膜装置の構成を用いて、第１のガス供給部１３０から処理空間Ｓにガス（Ａｒ／Ｏ２＝２０００ｓｃｃｍ／５００ｓｃｃｍ）を供給したときの、基板上のガスの流れ方向における位置ｘ（ｍ）と圧力（Ｐａ）との関係を算出した。以下、実施例１におけるシミュレーション条件を示す。
＜シミュレーション条件＞
ガスの流れ方向に沿った載置台１１０の長さ ５００ｍｍ
ガスの流れ方向に垂直な方向に沿った載置台１１０の長さ ５００ｍｍ
載置台１１０の上面と水平部１２１の下面との間隔Ｈ１ ５ｍｍ
載置台１１０の上面と傾斜部１２２の右端部の下面との間隔Ｈ２ ４３．４ｍｍ
バッフル板１６０ 多孔板（開口率０．５、透過率１０−７ｍ２）又は金属メッシュ（開口率０．９、透過率１０−５ｍ２）
ガスの流れ方向に沿ったバッフル板１６０の長さ ４２５ｍｍ
基板サイズ φ３００ｍｍ
ガス温度 １００℃
処理空間Ｓとガス排気部１５０との接続部分の圧力 １３３Ｐａ
図１３は、基板上のガスの流れ方向における位置と圧力との関係を示す図である。図１３中、横軸は基板Ｗの中心からの位置ｘ（ｍ）であり、負の値の側がガスの流れ方向の上流側を示し、正の値の側がガスの流れ方向の下流側を示す。また、縦軸は圧力ｐ（Ｐａ）である。また、図１３中、実線はバッフル板１６０が多孔板である場合の結果であり、破線はバッフル板１６０が金属メッシュである場合の結果である。
図１３に示されるように、バッフル板１６０が多孔板及び金属メッシュのいずれの場合においても、基板上のガスの流れ方向の上流側と下流側との間の圧力差は２Ｐａ未満である。このように、サイドフロー方式の成膜装置であっても、シャワーヘッド方式の成膜装置と同程度の極めて均一な圧力分布を実現できることが確認できる。
（実施例２）
実施例２では、第１実施形態に係る成膜装置の構成を用いて、第１のガス供給部１３０から処理空間Ｓにキャリアガス（Ａｒ＝１０００ｓｃｃｍ）を供給している状態から、原料ガス（ＴｉＣｌ４＝１００ｓｃｃｍ）を添加したときの以下の特性を算出した。なお、成膜装置の各部の大きさ、位置等の条件については、実施例１と同様である。
＜特性＞
処理空間Ｓの圧力（Ｐａ）
基板上のＡｒ密度（１／ｃｍ３）
基板上のＴｉＣｌ４密度（１／ｃｍ３）
図１４は、基板上のガスの流れ方向における位置と各特性との関係を示す図であり、ＴｉＣｌ４の供給を開始してから０．３４秒後の各特性を示す。図１４（ａ）は基板上のガスの流れ方向における位置と圧力との関係を示し、図１４（ｂ）は基板上のガスの流れ方向における位置とＡｒ密度との関係を示し、図１４（ｃ）は基板上のガスの流れ方向における位置とＴｉＣｌ４密度との関係を示す。
図１４（ａ）に示されるように、ＴｉＣｌ４の供給を開始してから０．３４秒で、基板上のガスの流れ方向の上流側と下流側との間の圧力差が２Ｐａ未満になっていることが確認できる。また、図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）に示されるように、ＴｉＣｌ４の供給を開始してから０．３４秒で、基板上のガスの流れ方向のいずれの位置においても、ＡｒとＴｉＣｌ４との混合ガス（Ａｒ：ＴｉＣｌ４＝１０：１）に置換されていることが確認できる。即ち、短時間でガスの置換が可能である。そのため、原料ガスの供給と反応ガスの供給とを短時間で繰り返すことが求められるＡＬＤ法に好適である。
また、図１４（ｃ）に示されるように、ＴｉＣｌ４の供給を開始してから０．３４秒で、基板上のガスの流れ方向の上流側から下流側にＴｉＣｌ４が行き渡り、基板上の面内において均一なＴｉＣｌ４密度分布が得られていることが確認できる。そして、基板上の面内において均一なＴｉＣｌ４密度分布が得られていることから、前述の数式（３）に示される関係式により、基板上の面内において均一にＴｉＣｌ４が吸着する。その結果、基板Ｗの表面に形成される膜の特性（例えば、膜厚、膜質）の面内均一性を高めることができると考えられる。
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
上記の各実施形態では、プラズマ発生源として、容量結合型プラズマを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。プラズマ発生源は、例えば誘導結合型プラズマであってもよく、マイクロ波プラズマであってもよく、誘導体バリア放電であってもよい。
１１０，２１０，３１０，４１０ 載置台
１２０，２２０，３２０，４２０ 天板
１３０ 第１のガス供給部
２３０，３３０，４３０ ガス供給部
１４０ 第２のガス供給部
１４１ 第１の電極
１４２ 第２の電極
１４４ 高周波電源
１６０，２６０，３６０，４６０ バッフル板
２１１，３１１ 下部電極
２１３，３１３ 高周波電源

Claims (15)

  1. 基板を載置する載置台と、
    前記載置台と対向し、前記載置台との間に処理空間を形成する天板と、
    前記基板に対して水平方向から前記処理空間に原料ガスを供給するガス供給部と、
    前記載置台と前記天板との間に設けられ、前記原料ガスの流れを整えるバッフル板と、
    を備え、
    前記載置台と前記天板との対向面の間隔が、前記原料ガスの流れ方向の上流側よりも下流側のほうが広くなるように、前記天板側又は前記載置台側の対向面が傾斜しており、
    前記バッフル板は、前記載置台側の対向面に対して平行に設けられている、
    成膜装置。
  2. 基板を載置する載置台と、
    前記載置台と対向し、前記載置台との間に処理空間を形成する天板と、
    前記基板に対して水平方向から前記処理空間に原料ガスを供給するガス供給部と、
    前記載置台と前記天板との間に設けられ、前記原料ガスの流れを整えるバッフル板と、
    を備え、
    前記載置台と前記天板との対向面の間隔が、前記原料ガスの流れ方向の上流側よりも下流側のほうが広くなるように、前記天板側又は前記載置台側の対向面が傾斜しており、
    前記バッフル板は、多孔板又はメッシュ板である、
    成膜装置。
  3. 前記天板側の対向面は、前記原料ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって高くなるように傾斜している、
    請求項１又は２に記載の成膜装置。
  4. 前記天板側の対向面は、前記原料ガスの粘性係数、温度、流量、及び圧力に基づいて、前記原料ガスの流れ方向の上流側と下流側との圧力が同一となるように傾斜している、
    請求項３に記載の成膜装置。
  5. 前記載置台と前記天板との対向面の間隔は、可変である、
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  6. 前記天板側の対向面は、曲面形状を有する、
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成膜装置。
  7. 前記バッフル板は、前記天板側の対向面に取り付けられている、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
  8. 前記バッフル板は、前記載置台側の対向面に取り付けられている、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
  9. 前記天板及び前記バッフル板は、金属材料により形成されており、
    前記載置台は、誘電体材料により形成されている、
    請求項１乃至８のいずれか一項に記載の成膜装置。
  10. 前記バッフル板は、複数設けられており、
    複数の前記バッフル板は、前記載置台側の対向面に対して平行に設けられた第１のバッフル板と、前記第１のバッフル板に対して平行に所定の間隔を有して設けられた第２のバッフル板とを含む、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の成膜装置。
  11. 前記バッフル板は、複数設けられており、
    複数の前記バッフル板は、前記載置台側の対向面に対して平行に設けられた第１のバッフル板と、前記第１のバッフル板に対して垂直に設けられた第２のバッフル板とを含む、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の成膜装置。
  12. 前記バッフル板は、複数設けられており、
    複数の前記バッフル板は、前記原料ガスの流れ方向に対し、所定の角度を有して平行に設けられている、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の成膜装置。
  13. 前記処理空間よりも前記原料ガスの流れ方向の上流側に設けられたプラズマ発生源を有する、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜装置。
  14. 前記載置台に設けられ、高周波電源で生成される高周波電力が供給される電極を有する、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜装置。
  15. 前記載置台は、周方向に沿って複数の前記基板を載置可能である、
    請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の成膜装置。
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