JP7325350B2

JP7325350B2 - 成膜装置

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Publication number: JP7325350B2
Application number: JP2020016153A
Authority: JP
Inventors: 学本間; 佑道菅原; 紀子佐藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2020-02-03
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2023-08-14
Anticipated expiration: 2040-02-03
Also published as: KR20210098851A; US11869798B2; JP2021125502A; US20210242070A1

Description

本開示は、成膜装置に関する。

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各ウエハを公転させ、回転テーブルの半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ことで、ウエハに各種の膜を成膜する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置においては、回転テーブルに載置されたウエハを同心形状の面内温度分布で加熱するためのヒータが設けられている。

特開２０１７－１４６０２号公報

本開示は、基板温度の面内分布を調整できる技術を提供する。

本開示の一態様による成膜装置は、真空容器と、前記真空容器内に回転可能に設けられ、周方向に沿って複数の基板を載置する回転テーブルと、前記回転テーブルの下方に設けられ、輻射により前記複数の基板を加熱する加熱部と、前記加熱部から前記複数の基板への輻射量を調整する輻射調整部と、を有し、前記輻射調整部は、前記複数の基板への輻射量を調整する輻射調整膜又は輻射調整層を含み、前記輻射調整膜又は前記輻射調整層は、前記回転テーブルと独立して回転可能である。

本開示によれば、基板温度の面内分布を調整できる。

第１の実施形態の成膜装置の構成例を示す断面図図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す斜視図図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す平面図図１の成膜装置の真空容器内に設けられる回転テーブルの同心円に沿った当該真空容器の断面図図１の成膜装置の別の断面図第１の実施形態の輻射調整部の第１構成例を示す平面図第１の実施形態の輻射調整部の第１構成例を示す断面図第１の実施形態の輻射調整部の第２構成例を示す平面図第１の実施形態の輻射調整部の第２構成例を示す断面図第１の実施形態の輻射調整部の第３構成例を示す断面図第１の実施形態の輻射調整部の第４構成例を示す断面図ウエハ温度の面内分布を調整するメカニズムを説明するための図ウエハ温度の面内分布の測定結果を示す図第２の実施形態の成膜装置の構成例を示す断面図第２の実施形態の輻射調整部の一例を示す平面図図１５の輻射調整部の動作の一例を示す平面図

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

〔第１の実施形態〕
（成膜装置）
第１の実施形態の成膜装置について説明する。図１は、第１の実施形態の成膜装置の構成例を示す断面図である。図２は、図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す斜視図である。図３は、図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す平面図である。なお、図２及び図３においては、天板１１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、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リング等のシール部材１３（図１）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、後述するヒータユニット７からの輻射を透過する材料、例えば石英により形成されている。回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定されている。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、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。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分が真空容器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の表面（上面）には、図２及び図３に示されるように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では６枚）の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハＷ」という）を載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお、図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。凹部２４は、ウエハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ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。したがって、ウエハＷが凹部２４に収容されると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、ウエハＷの裏面を支えてウエハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。

回転テーブル２の裏面（下面）には、図１に示されるように、後述するヒータユニット７から複数のウエハＷへの輻射量を調整する輻射調整部９０が設けられている。輻射調整部９０については後述する。

図２及び図３に示されるように、回転テーブル２の上方には、例えば石英からなる反応ガスノズル３１，３２及び分離ガスノズル４１，４２が真空容器１の周方向（図３の矢印Ａで示される回転テーブル２の回転方向）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がこの順に配列されている。これらの反応ガスノズル３１，３２及び分離ガスノズル４１，４２の基端部であるガス導入ポート３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａ（図３）は、容器本体１２の外周壁に固定されている。そして、反応ガスノズル３１，３２及び分離ガスノズル４１，４２は、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入され、容器本体１２の半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る。

反応ガスノズル３１は、配管及び流量制御器等（図示せず）を介して、原料ガスの供給源（図示せず）に接続されている。原料ガスとしては、例えばシリコン含有ガス、金属含有ガスを利用できる。

反応ガスノズル３２は、配管及び流量制御器等（図示せず）を介して、窒化ガスの供給源（図示せず）に接続されている。窒化ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスを利用できる。

分離ガスノズル４１，４２は、いずれも配管及び流量制御バルブ等（図示せず）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、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ_２）ガスを利用できる。

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吐出孔３１ｈ，３２ｈ（図４）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、原料ガスをウエハＷに吸着させるための原料ガス吸着領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、原料ガス吸着領域Ｐ１においてウエハＷに吸着された原料ガスを窒化させる窒化ガス供給領域Ｐ２となる。

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、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏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、一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、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。図４に示されるように、天板１１の裏面に凸状部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（第１の天井面４４）と、第１の天井面４４の周方向両側に位置する、第１の天井面４４よりも高い天井面（第２の天井面４５）とが存在する。第１の天井面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、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半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、溝部４３に分離ガスノズル４１が収容されている。また、第２の天井面４５の下方の空間に反応ガスノズル３１，３２が夫々設けられている。これらの反応ガスノズル３１，３２は、第２の天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。図４に示されるように、凸状部４の右側の第２の天井面４５の下方の空間４８１に反応ガスノズル３１が設けられ、左側の第２の天井面４５の下方の空間４８２に反応ガスノズル３２が設けられている。

また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数の吐出孔４２ｈ（図４参照）が、分離ガスノズル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。また、もう一つの凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４１にも同様に、回転テーブル２に向かって開口する複数の吐出孔４１ｈが、分離ガスノズル４１の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。

第１の天井面４４は、狭い空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成する。分離ガスノズル４２の吐出孔４２ｈからＡｒガスが供給されると、Ａｒガスは分離空間Ｈを通して空間４８１，４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１，４８２の容積よりも小さいため、Ａｒガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１，４８２の圧力に比べて高くできる。すなわち、空間４８１，４８２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４８１，４８２へ流れ出るＡｒガスが、原料ガス吸着領域Ｐ１からの原料ガスと、窒化ガス供給領域Ｐ２からの窒化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、原料ガス吸着領域Ｐ１からの原料ガスと、窒化ガス供給領域Ｐ２からの窒化ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内において原料ガスと窒化ガスとが混合し、反応することが抑制される。

回転テーブル２の上面に対する第１の天井面４４の高さｈ１は、成膜の際の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、分離ガス（Ａｒガス）の流量等を考慮し、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される。

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。突出部５は、一実施形態においては、凸状部４における回転中心の側の部位と連続しており、その下面が第１の天井面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、第２の天井面４５が設けられている領域を示している。一方、図５は、第１の天井面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（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。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、原料ガスと窒化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の上面に対する第１の天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては、屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されている（図５）が、分離領域Ｄ以外の部位においては、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に亘って外方に窪んでいる（図１）。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Ｅと記す。具体的には、原料ガス吸着領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、窒化ガス供給領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第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、夫々、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に示されるように各々排気管６３を介して真空排気部である例えば真空ポンプ６４に接続されている。また、排気管６３には圧力制御器６５が設けられ、真空容器１内の圧力を調整可能に構成されている。

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部であるヒータユニット７が設けられている。ヒータユニット７は、輻射により、回転テーブル２上のウエハＷを、プロセスレシピで決められた温度（例えば４００～６００℃）に加熱する。回転テーブル２の周縁付近の下方には、円環状のカバー部材７１が設けられている（図５）。カバー部材７１は、回転テーブル２の上方空間から第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域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制する。カバー部材７１は、回転テーブル２の外縁及び外縁よりも外周側を下方から臨むように設けられた内側部材７１ａと、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の外縁下方（及び外縁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の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に突出して突出部１２ａをなしている。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の貫通孔の内周面と回転軸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Ａｒ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の内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端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。

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Ａｒガスを供給するように構成されている。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との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウエハ載置領域の側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。隙間５０は分離ガスにより空間４８１，４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、隙間５０により、原料ガス吸着領域Ｐ１に供給される原料ガスと窒化ガス供給領域Ｐ２に供給される窒化ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、隙間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。

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。搬送口１５は、図示しないゲートバルブにより開閉される。回転テーブル２の下方には、ウエハＷの受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏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、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。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。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等の媒体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。

（輻射調整部）
輻射調整部９０は、ヒータユニット７から複数のウエハＷへの輻射量を調整する。輻射調整部９０は、輻射調整膜９１又は輻射調整層９２を含む。ただし、輻射調整部９０は、輻射調整膜９１と輻射調整層９２の両方を含んでいてもよい。

輻射調整膜９１は、回転テーブル２の下面の一部に設けられる。輻射調整膜９１は、例えば平面視で、複数のウエハＷのそれぞれの少なくとも一部と重なるように設けられる。

図６は、第１の実施形態の輻射調整部９０の第１構成例を示す平面図であり、回転テーブル２を下方から見たときの図である。図７は、第１の実施形態の輻射調整部９０の第１構成例を示す断面図であり、図６における一点鎖線Ａ－Ａにおいて切断した断面を示す。輻射調整膜９１は、例えば図６及び図７に示されるように、平面視で、複数のウエハＷのそれぞれの少なくとも外周部と重なるように設けられる。言い換えると、輻射調整膜９１は、各凹部２４の中心２４ｃを中心とし、内径ｒａ１がウエハＷの半径Ｗｒより小さく、外径ｒｂ１がウエハＷの半径Ｗｒより大きい円環状に形成されている。

図８は、第１の実施形態の輻射調整部９０の第２構成例を示す平面図であり、回転テーブル２を下方から見たときの図である。図９は、第１の実施形態の輻射調整部９０の第２構成例を示す断面図であり、図８における一点鎖線Ａ－Ａにおいて切断した断面を示す。輻射調整膜９１は、例えば図８及び図９に示されるように、平面視で、複数のウエハＷのそれぞれの少なくとも中心部と重なるように設けられる。言い換えると、輻射調整膜９１は、各凹部２４の中心２４ｃを中心とし、半径ｒ２がウエハＷの半径Ｗｒより小さい円形状に形成されている。

このように、輻射調整膜９１は、ヒータユニット７からの輻射量を調整したい範囲に応じて設けられる。

輻射調整膜９１は、例えばヒータユニット７から複数のウエハＷへの輻射を反射する反射膜を含む。反射膜は、例えばシリコン酸化膜、金属酸化物膜であってよい。金属酸化物膜の材料としては、例えば酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）が挙げられる。

また、輻射調整膜９１は、例えばヒータユニット７から複数のウエハＷへの輻射を吸収する吸収膜を含んでいてもよい。吸収膜は、例えばシリコン膜、シリコン窒化膜、金属窒化物膜であってよい。

輻射調整層９２は、回転テーブル２の下面の一部に形成される。輻射調整層９２は、例えば平面視で、複数のウエハＷのそれぞれの少なくとも一部と重なるように設けられる。

図１０は、第１の実施形態の輻射調整部９０の第３構成例を示す断面図である。輻射調整層９２は、例えば図１０に示されるように、平面視で、複数のウエハＷのそれぞれの少なくとも外周部と重なるように設けられる。言い換えると、輻射調整層９２は、各凹部２４の中心２４ｃを中心とし、内径ｒａ３がウエハＷの半径Ｗｒより小さく、外径ｒｂ３がウエハＷの半径Ｗｒより大きい円環状に形成されている。

図１１は、第１の実施形態の輻射調整部９０の第４構成例を示す断面図である。輻射調整層９２は、例えば図１１に示されるように、平面視で、複数のウエハＷのそれぞれの少なくとも中心部と重なるように設けられる。言い換えると、輻射調整層９２は、各凹部２４の中心２４ｃを中心とし、半径ｒ４がウエハＷの半径Ｗｒより小さい円形状に形成されている。

このように、輻射調整層９２は、ヒータユニット７からの輻射量を調整したい範囲に応じて設けられる。

輻射調整層９２は、例えばヒータユニット７から複数のウエハＷへの輻射を反射する凹凸形状を有する。凹凸形状は、例えば回転テーブル２の下面をブラスト処理することにより形成される。

（作用効果）
輻射調整部９０を有する成膜装置の作用効果について説明する。以下では、回転テーブル２がヒータユニット７からの輻射を透過する材料により形成されているものとする。

まず、輻射調整部９０が、平面視で、ウエハＷの外周部と重なる輻射調整膜９１を含み、輻射調整膜９１が反射膜である場合について説明する。図１２は、ウエハ温度の面内分布を調整するメカニズムを説明するための図であり、回転テーブル２の周縁部を拡大して示す図である。

輻射調整膜９１が存在しない領域Ａ１では、回転テーブル２の下方からの輻射は、回転テーブル２を透過してウエハＷにより吸収される。そのため、領域Ａ１においては、ウエハＷが加熱されやすいので、ウエハＷの温度が上昇しやすい。一方、輻射調整膜９１が存在する領域Ａ２では、回転テーブル２の下方からの輻射は、輻射調整膜９１により少なくとも一部が反射するため、ウエハＷにより吸収される量が減少する。そのため、領域Ａ２においては、領域Ａ１に比べてウエハＷが加熱されにくいので、ウエハＷの温度が上昇しにくい。その結果、ウエハＷの中心部の温度を外周部の温度よりも高めることができる。すなわち、ウエハＷの中心部と外周部との間の温度差を調整できる。

なお、輻射調整部９０が、平面視で、ウエハＷの中心部と重なる輻射調整膜９１を含み、輻射調整膜９１が反射膜である場合には、同様の理由により、ウエハＷの外周部の温度を中心部の温度よりも高めることができる。

また、輻射調整膜９１が吸収膜である場合、輻射調整膜９１が存在する領域Ａ２では、回転テーブル２の下方からの輻射は、輻射調整膜９１により少なくとも一部が吸収される。このとき、吸収膜として、吸収波長がウエハＷの吸収波長と異なる材料を選択することにより、ウエハＷに到達する輻射を減少させることなく、輻射の一部を吸収させることができる。これにより、輻射調整膜９１が存在する領域Ａ２では、吸収熱により回転テーブル２の温度が上昇すると共に、ウエハＷが輻射により加熱される。その結果、輻射調整膜９１が存在する領域Ａ２の温度を輻射調整膜９１が存在しない領域Ａ１の温度よりも高めることができる。すなわち、ウエハＷの中心部と外周部との間の温度差を調整できる。

以上に説明したように、輻射調整部９０として、平面視で、ウエハＷの少なくとも一部と重なるように輻射調整膜９１又は輻射調整層９２を設けることにより、ウエハＷの温度の面内分布を調整できる。

（成膜方法）
一実施形態の成膜方法について、前述の成膜装置を用いてシリコン窒化膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。

まず、ゲートバルブ（図示せず）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を回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。ウエハＷの受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から昇降ピン（図示せず）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、回転テーブル２の６つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。

続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４により到達可能真空度にまで真空容器１内を排気する。その後、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスとしてＡｒガスを所定流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２からＡｒガスを所定流量で吐出する。また、圧力制御器６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に制御する。次いで、回転テーブル２を時計回りに回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを例えば４００～６００℃に加熱する。

この後、反応ガスノズル３１から原料ガスの一例であるシリコン原料ガスを供給し、反応ガスノズル３２から窒化ガスの一例であるＮＨ_３ガスを供給する。

回転テーブル２の回転により、ウエハＷは、原料ガス吸着領域Ｐ１、分離領域Ｄ、窒化ガス供給領域Ｐ２及び分離領域Ｄをこの順に繰り返して通過する。原料ガス吸着領域Ｐ１においてウエハＷの表面にＳｉＨ_３基が生成され、窒化ガス供給領域Ｐ２においてウエハＷの表面に生成されたＳｉＨ_３基がＮＨ_３ガス分子により窒化される。そして、上述のプロセスが繰り返されることにより、所望の膜厚を有するシリコン窒化膜が成膜される。

このとき、回転テーブル２の下面に輻射調整部９０が設けられているので、ウエハＷの温度の面内分布を調整できる。

（評価結果）
次に、平面視で、回転テーブル２の下面における、ウエハＷの外周部と重なる領域に輻射調整膜９１が設けられた成膜装置において、回転テーブル２にウエハＷを載置し、ヒータユニット７によりウエハＷを加熱したときのウエハＷの温度を測定した。なお、輻射調整膜９１としては、酸化イットリウムを溶射することにより形成された反射膜（溶射厚：２００μｍ）を用いた。また、比較のために、輻射調整部９０を有しない成膜装置において、回転テーブル２にウエハＷを載置し、ヒータユニット７によりウエハＷを加熱したときのウエハＷの温度を測定した。

図１３は、ウエハ温度の面内分布の測定結果を示す図である。図１３（ａ）はウエハＷの外周部と重なる領域に輻射調整膜９１が設けられた成膜装置を用いた場合の結果を示し、図１３（ｂ）は輻射調整部９０を有しない成膜装置を用いた場合の結果を示す。

図１３（ａ）に示されるように、ウエハＷの外周部と重なる領域に輻射調整膜９１が設けられた成膜装置を用いた場合、輻射調整膜９１が設けられた領域と対応するウエハＷの外周部の温度が中心部の温度よりも低くなっていることが確認できた。

一方、図１３（ｂ）に示されるように、輻射調整部９０を有しない成膜装置を用いた場合、ウエハＷの外周部の温度が中心部の温度よりも高くなっていることが確認できた。

以上の結果から、反射膜である輻射調整膜９１を設けることにより、輻射調整膜９１が設けられた領域と対応するウエハＷの温度を低くできると言える。すなわち、ウエハＷの温度の面内分布を調整できると言える。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の成膜装置について説明する。図１４は、第２の実施形態の成膜装置の構成例を示す断面図である。第２の実施形態の成膜装置は、第１の実施形態の成膜装置における輻射調整部９０に代えて、回転テーブル２とヒータユニット７との間に設けられる輻射調整部９３を有する。なお、その他の点については、第１の実施形態の成膜装置と同様であるため、以下では第１の実施形態の成膜装置と異なる点を中心に説明する。

輻射調整部９３は、回転板９３ａ、回転軸９３ｂ及び輻射調整膜９３ｃを含む。

回転板９３ａは、円環形状を有する。回転板９３ａは、ヒータユニット７からの輻射を透過する材料、例えば石英により形成されている。回転板９３ａは、中心部にて回転軸９３ｂに固定されている。

回転軸９３ｂは、略円筒形状を有する。回転軸９３ｂは、真空容器１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸９３ｂを鉛直軸回りに回転させる駆動部（図示せず）に取り付けられている。これにより、回転軸９３ｂは、回転テーブル２を回転させる回転軸２２と独立して回転し、回転板９３ａを回転テーブル２と独立して回転させる。回転軸９３ｂ及び駆動部は、ケース体２０内に収納されている。

輻射調整膜９３ｃは、回転板９３ａの上面に設けられる。ただし、輻射調整膜９３ｃは、回転板９３ａの下面に設けられていてもよい。輻射調整膜９３ｃは、平面視で、複数のウエハＷのそれぞれの少なくとも一部と重なるように設けられる。例えば図１４に示されるように、輻射調整膜９３ｃは、平面視で、複数のウエハＷのそれぞれの少なくとも中心部と重なるように設けられる。また、例えば輻射調整膜９３ｃは、平面視で、複数のウエハＷのそれぞれの少なくとも外周部と重なるように設けられてもよい。このように、輻射調整膜９３ｃは、ヒータユニット７からの輻射量を調整したい範囲に応じて設けられる。輻射調整膜９３ｃは、例えばヒータユニット７から複数のウエハＷへの輻射を反射する反射膜を含む。反射膜は、第１の実施形態の反射膜と同じであってよい。

次に、輻射調整部９３の動作の一例について説明する。図１６は、図１５の輻射調整部９３の動作の一例を示す平面図である。

回転テーブル２の回転により、ウエハＷは、原料ガス吸着領域Ｐ１、分離領域Ｄ、窒化ガス供給領域Ｐ２及び分離領域Ｄをこの順に繰り返して通過する。これにより、原料ガス吸着領域Ｐ１においてウエハＷの表面にＳｉＨ_３基が生成され、窒化ガス供給領域Ｐ２においてウエハＷの表面に生成されたＳｉＨ_３基がＮＨ_３ガス分子により窒化される。

このとき、制御部１００は、回転テーブル２及び回転板９３ａを第１の回転モード及び第２の回転モードで動作させる。また、制御部１００は、回転テーブル２及び回転板９３ａを第１の回転モードで動作させる時間及び第２の回転モードで動作させる時間を制御する。

第１の回転モードは、図１６（ａ）に示されるように、各ウエハＷの中心と各輻射調整膜９３ｃの中心とを一致させた状態で、回転板９３ａの回転速度を回転テーブル２の回転速度に同期させて回転させるモードである。第１の回転モードでは、ウエハＷの外周部の温度を中心部の温度よりも高めることができる。

第２の回転モードは、図１６（ｂ）に示されるように、回転板９３ａの回転速度を回転テーブル２の回転速度に同期させることなく、回転テーブル２及び回転板９３ａを回転させるモードである。第２の回転モードでは、ウエハＷの外周部と中心部との間の温度差が生じにくい。

このようにシリコン窒化膜を成膜する際、回転テーブル２及び回転板９３ａを第１の回転モード及び第２の回転モードで動作させると共に、回転テーブル２及び回転板９３ａを第１の回転モードで動作させる時間及び第２の回転モードで動作させる時間を制御する。これにより、ウエハＷの外周部と中心部との間に形成する温度差を調整できる。そのため、ウエハＷに形成されるシリコン窒化膜の膜厚を調整できる。

なお、第２の実施形態では、輻射調整膜９３ｃがヒータユニット７から複数のウエハＷへの輻射を反射する反射膜を含む場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、輻射調整膜９３ｃは、ヒータユニット７から複数のウエハＷへの輻射を吸収する吸収膜を含んでいてもよい。吸収膜は、例えば第１の実施形態の吸収膜と同じであってよい。また、輻射調整膜９３ｃに代えて、ヒータユニット７から複数のウエハＷへの輻射を反射する凹凸形状を有する輻射調整層を設けてもよい。凹凸形状は、例えば回転テーブル２の下面をブラスト処理することにより形成される。

以上、第１の実施形態及び第２の実施形態について説明したが、第１の実施形態及び第２の実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、成膜装置は、輻射調整部９０と輻射調整部９３の両方を有していてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

なお、上記の実施形態では、成膜装置がシリコン窒化膜を成膜する装置である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、成膜装置はシリコン酸化膜、ｈｉｇｈ－ｋ膜を成膜する装置であってもよい。

また、上記の実施形態では、成膜装置が反応ガスノズル３１，３２及び分離ガスノズル４１，４２を有する場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、成膜装置は、真空容器１内に改質ガスを供給するガスノズルを更に有していてもよい。また、例えば、成膜装置は、改質ガスをプラズマにより活性化するプラズマ生成部を有していてもよい。

１真空容器
２回転テーブル
７ヒータユニット
９０輻射調整部
９１輻射調整膜
９２輻射調整層
Ｗウエハ

Claims

真空容器と、
前記真空容器内に回転可能に設けられ、周方向に沿って複数の基板を載置する回転テーブルと、
前記回転テーブルの下方に設けられ、輻射により前記複数の基板を加熱する加熱部と、
前記加熱部から前記複数の基板への輻射量を調整する輻射調整部と、
を有し、
前記輻射調整部は、前記複数の基板への輻射量を調整する輻射調整膜又は輻射調整層を含み、
前記輻射調整膜又は前記輻射調整層は、前記回転テーブルと独立して回転可能である、
成膜装置。
前記回転テーブルは、前記輻射を透過する材料により形成されている、
請求項１に記載の成膜装置。
前記輻射を透過する材料は、石英である、
請求項２に記載の成膜装置。
前記輻射調整部は、前記輻射調整膜を含み、
前記輻射調整膜は、前記輻射を反射する反射膜を含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。
前記反射膜は、シリコン酸化膜又は金属酸化物膜である、
請求項４に記載の成膜装置。
前記輻射調整部は、前記輻射調整膜を含み、
前記輻射調整膜は、前記輻射を吸収する吸収膜を含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。
前記吸収膜は、シリコン膜、シリコン窒化膜又は金属窒化物膜である、
請求項６に記載の成膜装置。
前記輻射調整部は、前記輻射調整層を含み、
前記輻射調整層は、凹凸形状を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。
前記凹凸形状は、ブラスト処理により形成される、
請求項８に記載の成膜装置。
前記輻射調整部は、平面視で、前記複数の基板のそれぞれの少なくとも一部と重なるように設けられる、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の成膜装置。
前記輻射調整部は、平面視で、前記複数の基板のそれぞれの少なくとも外周部と重なるように設けられる、
請求項１０に記載の成膜装置。
前記輻射調整部は、平面視で、前記複数の基板のそれぞれの少なくとも中心部と重なるように設けられる、
請求項１０に記載の成膜装置。
前記輻射調整部は、
回転板と、
前記回転板を前記回転テーブルと独立して回転させる回転軸と、
前記回転板の上面及び下面の少なくとも一方に設けられる前記輻射調整膜又は前記輻射調整層と、
を含む、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の成膜装置。
前記回転テーブル及び前記回転板を、第１の回転モード及び第２の回転モードで回転させる制御部をさらに有し、
前記第１の回転モードは、前記複数の基板の各々の中心と前記輻射調整膜又は前記輻射調整層の中心とが一致するように、前記回転板の回転速度を前記回転テーブルの回転速度に同期させて回転させるモードであり、
前記第２の回転モードは、前記回転板の回転速度を前記回転テーブルの回転速度に同期させることなく、前記回転テーブル及び前記回転板を回転させるモードである、
請求項１３に記載の成膜装置。