JP7296732B2 - 基板処理方法 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理方法に関する。
処理容器内に設けられた回転テーブルに載置された基板を公転させながら処理ガスによる処理を行い、基板が載置される載置台は、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、載置台を自転軸回りに自転させながら回転テーブルも回転させ、基板処理を行う基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１７－１３９４４９号公報
特許文献１に記載されているもののように、基板を自公転させることにより、基板に成膜される膜の膜厚分布を均一にすることができるが、半導体素子の微細化等により、更なる膜厚分布の均一化が求められている。
本実施の形態の一観点によれば、基板処理方法は、処理室内に設けられた基板が載置される回転テーブルと、第１のガスを供給する第１のガス供給部と、第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を有する基板処理装置において、前記回転テーブルが回転軸を中心に回転することで前記回転軸を中心に前記基板を公転させるとともに、前記基板が自転し、前記回転テーブルの回転により、前記基板は前記第１のガスが供給される領域を通過した後、前記第２のガスが供給される領域を通過することにより、前記基板には、前記第１のガスと前記第２のガスとの反応により生成された膜が堆積し成膜される基板処理方法であって、前記基板が自転している状態で、設定された第１成膜時間にわたって前記回転テーブルが時計回りに複数回回転することにより、前記基板に膜が成膜される工程と、前記基板が自転している状態で、設定された第２成膜時間にわたって前記回転テーブルが反時計回りに複数回回転することにより、前記基板に膜が成膜される工程と、を有し、前記第１成膜時間よりも前記第２成膜時間を長くする。
開示の基板処理方法によれば、基板を自公転させる基板処理装置において、成膜される膜厚分布の均一性をより一層高めることができる。
本実施の形態に用いられる基板処理装置の縦断側面図 本実施の形態に用いられる基板処理装置の横断平面図 本実施の形態に用いられる基板処理装置内に設けられた回転テーブルの斜視図 本実施の形態に用いられる基板処理装置の拡大縦断側面図 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 磁気ギア機構の第１の作用図 磁気ギア機構の第２の作用図 磁気ギア機構の第３の作用図 本実施の形態における基板処理方法を示すフローチャート ウエハを自転させながら回転テーブルを公転させて成膜される膜の膜厚の説明図 ウエハを自転させながら回転テーブルをＣＷで公転させて成膜される膜の膜厚分布の説明図 ウエハを自転させながら回転テーブルをＣＣＷで公転させて成膜される膜の膜厚分布の説明図 本実施の形態における基板処理方法により成膜される膜の膜厚の説明図 本実施の形態における基板処理方法により成膜される膜の膜厚分布の説明図 本実施の形態における基板処理方法により成膜される膜の説明図 本実施の形態における基板処理方法により成膜される他の膜の膜厚の説明図 本実施の形態における基板処理方法の変形例を示すフローチャート
以下、図面を参照して、本開示を実施するための形態の説明を行う。
（基板処理装置）
本開示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ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition、原子層堆積法）による成膜処理を実行する成膜装置１について説明する。本実施形態に係る基板処理装置は、回転可能なサセプタ、即ち回転テーブル式のサセプタを有し、サセプタの上面に設けられた基板保持部が自転可能な基板処理装置であれば、種々の基板処理装置に適用可能であるが、本実施形態においては、基板処理装置をＡＬＤ成膜装置として構成した例について説明する。
また、ＡＬＤ成膜装置により成膜する膜の種類の限定は特に無く、成膜可能な総ての膜に適用可能であるが、本実施形態においては、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例について説明する。この例では、これらの一連の処理が複数回、繰り返し行われ、ＢＴＢＡＳガスと酸化ガスとの反応により生成される反応生成物である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は、本開示の実施形態に係る基板処理装置の一例の断面図である。図２は、本開示の実施形態に係る基板処理装置の一例の真空容器内の構成を示す平面図である。
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（処理容器又は処理室）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（窒素ガス）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。
図１、図２に示されるように、回転テーブル２の上面には、基板を保持するためのウエハホルダ２４が設けられる。また、ウエハホルダ２４には、ウエハＷのウエハホルダ２４内での位置ずれを防止する位置ずれ防止機構１２０が設けられている。なお、ウエハホルダ２４の内径は、例えば、ウエハＷが３００ｍｍの直径の場合、３０２ｍｍ程度に設定してもよい。
図２に示されるように、位置ずれ防止機構１２０は、ウエハＷの側面と接触する基板位置ずれ防止部材８０を有する。また、基板位置ずれ防止部材８０は、ウエハＷのノッチＴと係合するように接触するノッチ位置ずれ防止部材８０ａと、ウエハＷの円形部分の側面と接触する外周位置ずれ防止部材８０ｂとを有する。なお、位置ずれ防止機構１２０の詳細については後述する。
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３は、本開示の実施形態に係る基板処理装置の一例の回転テーブル２の下方の構造を示した図である。
図１、図３に示すように、本実施形態の成膜装置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。ウエハホルダ２４は、ウエハＷを保持する部分、即ち基板保持部である。また、ウエハホルダ２４の周縁部には、位置ずれ防止機構１２０の基板位置ずれ防止部材８０が設けられている。
一方、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。
本実施形態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状部及び溝部と、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状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を載置するための載置領域である。
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状部及び溝部と、突部１９４の上面に形成された円環状の複数本の突状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、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。
図４に示されるように、ウエハホルダ２４のウエハ載置領域の外側の側面には、位置ずれ防止機構１２０が設けられている。
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の搬送口３７と、当該搬送口３７を開閉するゲートバルブ３８とが設けられている。搬送口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を搬送口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不図示の昇降ピンを用いて、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、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。尚、本願においては、原料ガスを第１のガスと記載し、酸化ガスを第２のガスと記載し、原料ガスノズル６１を第１のガス供給部と記載し、酸化ガスノズル６３を第２のガス供給部と記載し、分離ガスノズル６２を分離ガス供給部と記載する場合がある。
原料ガスノズル６１は、上述の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に示されるように、原料ガスノズル６１を覆うノズルカバー６７が必要に応じて設けられる。ノズルカバー６７は、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と突出部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。
図１に示されるように、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状部７２が設けられている。既述のプラズマ発生用ガスノズル６４の先端部は、この突状部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状部７２に囲まれる領域内に挿入されている。突状部７２は、プラズマ処理領域Ｒ３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処理領域Ｒ３とする。突出部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、プラズマ処理領域Ｒ３と、当該プラズマ処理領域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。
このような自転機構を用いると、回転テーブル２の回転に加えて、ウエハホルダ２４を回転させることができるため、面内均一性を向上させることができる。即ち、ウエハホルダ２４は回転テーブル２の周方向に沿って配置されるため、ウエハホルダ２４内に配置されたウエハＷは、回転テーブル２の中心からの距離の差により、ウエハＷ内の位置により移動速度の差を生じる。つまり、回転テーブル２の回転中心に近い位置の移動速度は遅く、回転テーブル２の外周付近の移動速度は速いため、成膜処理を行った場合、回転テーブル２の半径方向の位置に応じて成膜処理に差が生じる場合がある。このような場合であっても、ウエハホルダ２４を自転させれば、ウエハＷが回転中心付近に移動したり外周付近に移動したりするため、全体として均一な成膜処理を行うことができ、面内均一性を向上させることができる。
ところで、上記のように、自公転により膜厚分布の面内均一性を向上させることができるが、半導体素子の微細化等の要求により、更なる膜厚分布の均一化が求められる場合がある。
（基板処理方法）
次に、本実施の形態における基板処理方法について説明する。本実施の形態における基板処理方法は、基板であるウエハＷを自公転させることのできる基板処理装置において、ウエハＷの表面に膜を成膜をする際に、ウエハＷを自転させた状態のまま、回転テーブル２の公転方向を反転させるものである。
本実施の形態における基板処理方法について、図９に基づき説明する。
本実施の形態における基板処理方法では、最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）に示されるように、ウエハホルダ２４を回転させ、ウエハＷを自転させたままの状態で、回転テーブル２をＣＷ（時計回り：clockwise）に公転させて成膜を行う。これにより、図２に示される基板処理装置において、ウエハＷは、吸着領域Ｒ１、酸化領域Ｒ２、プラズマ処理領域Ｒ３の順に移動する。
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）に示されるように、ウエハホルダ２４を回転させ、ウエハＷを自転させたままの状態で、回転テーブル２をＣＣＷ（反時計回り：counterclockwise）に公転させて成膜を行う。これにより、図２に示される基板処理装置において、ウエハＷは、酸化領域Ｒ２、吸着領域Ｒ１、プラズマ処理領域Ｒ３の順に移動する。
本実施の形態における基板処理方法について、図１０に基づきより詳細に説明する。
ウエハＷを自転させたまま、回転テーブル２をＣＷに公転させた場合には、図２に示される基板処理装置において、ウエハＷは、吸着領域Ｒ１、酸化領域Ｒ２、プラズマ処理領域Ｒ３の順に移動する。この状態で、酸化シリコン膜の成膜を３４．２分間行った場合、ウエハＷに成膜される酸化シリコン膜の膜厚の平均（ＡＶＧ）は２１．０１ｎｍであり、膜厚の最大値（Ｍａｘ）は２１．３７ｎｍであり、膜厚の最小値（Ｍｉｎ）は２０．９３ｎｍである。この結果より、膜厚の最大値と最小値との差（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）は、０．４４ｎｍであり、（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／ＡＶＧより得られる膜厚分布の値は１．０５２％である。
また、ウエハＷを自転させたまま、回転テーブル２をＣＣＷに公転させた場合には、図２に示される基板処理装置において、ウエハＷは、酸化領域Ｒ２、吸着領域Ｒ１、プラズマ処理領域Ｒ３の順に移動する。この状態で、酸化シリコン膜の成膜を３４．２分間行った場合、ウエハＷに成膜される酸化シリコン膜の膜厚の平均（ＡＶＧ）は１７．９３ｎｍであり、膜厚の最大値（Ｍａｘ）は１８．１０ｎｍであり、膜厚の最小値（Ｍｉｎ）は１７．７１ｎｍである。この結果より、膜厚の最大値と最小値との差（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）は、０．３９ｎｍであり、（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／ＡＶＧより得られる膜厚分布の値は１．０９３％である。
以上のように、ウエハＷを自転させたままの状態で、単に、回転テーブル２をＣＷに公転させた場合や、ＣＣＷに公転させた場合では、膜厚分布は１％以上である。
ところで、ウエハＷを自転させて、回転テーブル２をＣＷに公転させた場合では、ウエハＷにおける膜厚分布は、図１１に示されるように、ウエハＷの中心部分が周辺部分よりも厚くなり、同心円状となる。これに対し、ウエハＷを自転させて、回転テーブル２をＣＣＷに公転させた場合では、ウエハＷにおける膜厚分布は、図１２に示されるように、ウエハＷの周辺部分が中心部分よりも厚くなり、同心円状となる。
ここで、ウエハＷを自転させたままの状態で、トータルの成膜時間のうち半分をＣＷで公転させて成膜し、残りの半分をＣＣＷで公転させて成膜を行った場合についてシミュレーションを行った。具体的には、ＣＷで公転させた成膜時間及びＣＣＷで公転させた成膜時間を各々１７．２分として成膜を行う場合を想定してシミュレーションを行った。よって、トータルの成膜時間は３４．４分となる。この結果、図１３に示されるように、成膜される酸化シリコン膜の膜厚の平均は、１９．４７ｎｍであり、（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／ＡＶＧより得られる膜厚分布の値は０．６８５％である。この値は、図１０に示されるように、ウエハＷを自転させたままの状態で、回転テーブル２をＣＷに公転させて成膜を行った場合や、回転テーブル２をＣＣＷに公転させて成膜を行った場合よりも低い値である。尚、図１３に示されるように、この膜のウエハＷを自転させて回転テーブル２をＣＷに公転させた状態で成膜される膜厚等、ウエハＷを自転させて回転テーブル２をＣＣＷに公転させた状態で成膜される膜厚等は、図１０に示される値の略半分の値となる。
一般的に、トータルの成膜時間のうち半分をＣＷで公転させて成膜し、残りの半分をＣＣＷで公転させて成膜を行った場合、膜厚分布の値は平均化される。このため、膜厚分布の値は、ＣＷで公転させて成膜した場合の膜厚分布の値と、ＣＣＷで公転させて成膜した場合の膜厚分布の値の略中間の値となる。例えば、ウエハＷを自転させることなくＣＷで公転させて酸化シリコン膜を成膜した場合における酸化シリコン膜の膜厚分布の値は７．５８％である。また、ウエハＷを自転させることなくＣＣＷで公転させて酸化シリコン膜を成膜した場合における酸化シリコン膜の膜厚分布の値は１１．７０％である。ウエハＷを自転させることなくトータルの成膜時間のうち半分をＣＷで公転させて成膜し、残りの半分をＣＣＷで公転させて成膜を行った場合における酸化シリコン膜の膜厚分布の値は９．２０％である。この値は、ウエハＷを自転させない状態で、ＣＷで公転させて酸化シリコン膜を成膜した場合の酸化シリコン膜の膜厚分布の値と、ＣＣＷで公転させて酸化シリコン膜を成膜した場合の酸化シリコン膜の膜厚分布の値との中間の値に近い。
これに対し、図１３に示されるように、ウエハＷを自転させて、トータルの成膜時間のうち半分をＣＷで公転させて成膜し、残りの半分をＣＣＷで公転させて成膜を行った場合では、ＣＷの公転やＣＣＷの公転のみで成膜した場合よりも膜厚分布の値は低くなる。尚、図１４は、このような本実施の形態における成膜方法により成膜される酸化シリコン膜のウエハＷにおける膜厚分布を示す。
これは、図１１に示されるように、ウエハＷを自転させたまま、回転テーブル２をＣＷに公転させた場合では、ウエハＷの中心部分が周辺部分よりも厚くなる。また、図１２に示されるように、ウエハＷを自転させたまま、回転テーブル２をＣＣＷに公転させた場合では、ウエハＷの周辺部分が中心部分よりも厚くなる。このため、ＣＷの公転の成膜と、ＣＣＷの公転による成膜とを行うことにより、中心部分と周辺部分との膜厚分布を均一化が可能となる。
図１５は、ウエハＷを自転させた状態で、ＣＷの公転により成膜される膜厚と、ＣＣＷの公転により成膜される膜厚との比率を変えたものである。具体的には、成膜される酸化シリコン膜の膜厚を１９．３７ｎｍとなるように、ＣＷの公転による成膜時間とＣＣＷの公転による成膜時間の割合を変えたものである。図１５の横軸は、ＣＷの公転により成膜される酸化シリコン膜の膜厚であり、左側の縦軸はトータルの成膜時間、右側の縦軸は膜厚分布の値を示す。図１５に基づくならば、ＣＷの公転による成膜時間とＣＣＷの公転による成膜時間が等しい場合（ともに成膜時間が１７．２分の場合）よりも、ＣＷの公転による成膜時間よりもＣＣＷの公転による成膜時間が若干長い方が、膜厚分布の値は低くなる。また、ＣＷの公転により成膜される膜厚が約８．５ｎｍの場合が、膜厚分布の値は最も低く、±０．６８５％となる。この場合におけるＣＷの公転による成膜時間は１４分であり、ＣＣＷの公転による成膜時間は２１分であり、トータルの成膜時間は３５分である。
図１６は、この場合における酸化シリコン膜の膜厚及び膜厚分布の値を示している。このようにして成膜された酸化シリコン膜の膜厚の平均（ＡＶＧ）は、１９．４７ｎｍ、最大値（Ｍａｘ）は１９．５５ｎｍ、最小値（Ｍｉｎ）は１９．３０ｎｍである。この結果より、膜厚の最大値と最小値との差（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）は、０．２５ｎｍであり、（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／ＡＶＧより得られる膜厚分布の値は０．６３５％である。
尚、ウエハＷを自転させながら、ＣＷに公転させて、酸化シリコン膜を１４分間成膜した場合における酸化シリコン膜の膜厚の平均（ＡＶＧ）は、８．５０ｎｍ、最大値（Ｍａｘ）は８．６５ｎｍ、最小値（Ｍｉｎ）は８．４７ｎｍとなる。この結果より、膜厚の最大値と最小値との差（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）は、０．１８ｎｍであり、（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／ＡＶＧより得られる膜厚分布の値は１．０５２％となる。
また、ウエハＷを自転させながら、ＣＣＷに公転させて、酸化シリコン膜を２１分間成膜した場合における酸化シリコン膜の膜厚の平均（ＡＶＧ）は、１０．９７ｎｍ、最大値（Ｍａｘ）は１１．０８ｎｍ、最小値（Ｍｉｎ）は１０．８４ｎｍとなる。この結果より、膜厚の最大値と最小値との差（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）は、０．２４ｎｍであり、（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／ＡＶＧより得られる膜厚分布の値は１．０９３％となる。
ウエハＷにおいて、膜厚分布の値は±０．７５％の範囲内が好ましいが、更には、±０．７％の範囲内が好ましい。図１５より、膜厚分布の値が±０．７％の範囲内となるＣＷの公転による膜厚は、７．３ｎｍ以上、１１ｎｍ以下であり、この値より、ＣＷの公転による成膜時間の割合は、３４％以上、５３％以下となる。また、膜厚分布の値は±０．６８％の範囲内がより一層好ましく、この範囲のＣＷの公転による膜厚は、７．６ｎｍ以上、１０．２ｎｍ以下であり、この値より、ＣＷの公転による成膜時間の割合は、３６％以上、４９％以下となる。また、膜厚分布の値は±０．６６％の範囲内が更に好ましく、この範囲のＣＷの公転による膜厚は、８．０ｎｍ以上、９．５ｎｍ以下であり、この値より、ＣＷの公転による成膜時間の割合は、３７％以上、４５％以下となる。
（変形例）
次に、本実施の形態における基板処理方法の変形例について説明する。本実施の形態は、ウエハＷを自転させたまま、回転テーブル２の公転をＣＷとＣＣＷとして成膜することを複数回、例えばｎ回繰り返すものである。
この基板処理方法について、図１７に基づき説明する。
最初に、ステップ２０２（Ｓ２０２）に示されるように、ｉ＝０に初期化する。
次に、ステップ２０４（Ｓ２０４）に示されるように、ウエハホルダ２４を回転させ、ウエハＷを自転させたままの状態で、回転テーブル２の公転をＣＷで成膜を行う。これにより、図２に示される基板処理装置において、ウエハＷは、吸着領域Ｒ１、酸化領域Ｒ２、プラズマ処理領域Ｒ３の順に移動する。
次に、ステップ２０６（Ｓ２０６）に示されるように、ウエハホルダ２４を回転させ、ウエハＷを自転させたままの状態で、回転テーブル２の公転をＣＣＷで成膜を行う。これにより、図２に示される基板処理装置において、ウエハＷは、酸化領域Ｒ２、吸着領域Ｒ１、プラズマ処理領域Ｒ３の順に移動する。
次に、ステップ２０８（Ｓ２０８）に示されるように、ｉに１を加えた値を新たなｉとする。
次に、ステップ２１０（Ｓ２１０）に示されるように、ｉがｎ以上であるか否かを判断する。ｉがｎ以上の場合には、ＣＷの公転の成膜とＣＣＷの公転の成膜とがｎ回繰り返されるため終了する。ｉがｎ未満の場合には、ステップ２０４に移行し、ウエハＷを自転させたままの状態で、回転テーブル２の公転をＣＷで成膜を行い、回転テーブル２の公転をＣＣＷで成膜を行うことを繰り返す。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
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 受動ギア部
４５０ 永久磁石
５１ 駆動ギア部
５１０ 永久磁石
５２ 駆動軸
５３ 回転駆動部
６１ 原料ガスノズル
６２ 分離ガスノズル
６３ 酸化ガスノズル
６４ プラズマ発生用ガスノズル
６５ 分離ガスノズル
８０ 基板位置ずれ防止部材
８０ａ ノッチ位置ずれ防止部材
８０ｂ 外周位置ずれ防止部材
１２０ 位置ずれ防止機構
Ｍ 磁力線
Ｏ 移動軌道
Ｒ１ 吸着領域
Ｒ２ 酸化領域
Ｒ３ プラズマ処理領域
Ｗ ウエハ

Claims (4)

  1. 処理室内に設けられた基板が載置される回転テーブルと、第１のガスを供給する第１のガス供給部と、第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を有する基板処理装置において、前記回転テーブルが回転軸を中心に回転することで前記回転軸を中心に前記基板を公転させるとともに、前記基板が自転し、前記回転テーブルの回転により、前記基板は前記第１のガスが供給される領域を通過した後、前記第２のガスが供給される領域を通過することにより、前記基板には、前記第１のガスと前記第２のガスとの反応により生成された膜が堆積し成膜される基板処理方法であって、
    前記基板が自転している状態で、設定された第１成膜時間にわたって前記回転テーブルが時計回りに複数回回転することにより、前記基板に膜が成膜される工程と、
    前記基板が自転している状態で、設定された第２成膜時間にわたって前記回転テーブルが反時計回りに複数回回転することにより、前記基板に膜が成膜される工程と、
    を有し、
    前記第１成膜時間よりも前記第２成膜時間を長くする基板処理方法。
  2. 前記第１のガスは、前記基板の表面に吸着する原料ガスであり、
    前記第２のガスは、前記基板に吸着している原料ガスと反応し、前記基板に膜として堆積する反応生成物を生成する酸化ガスである請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記第１のガス供給部及び前記第２のガス供給部は、前記回転テーブルの周方向に配置され、前記処理室内には、前記第１のガスが供給される吸着領域と、前記第２のガスが供給される酸化領域とが形成されており、
    前記回転テーブルの周方向における前記吸着領域と前記酸化領域との間には、前記吸着領域と前記酸化領域とを分離するため窒素ガスを供給する分離ガス供給部が設けられている請求項２に記載の基板処理方法。
  4. 前記回転テーブルの周方向における前記吸着領域と前記酸化領域との間には、プラズマが生成されているプラズマ処理領域が設けられている請求項３に記載の基板処理方法。
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