JP5861583B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板を公転させながら、互いに反応する処理ガスを基板に順番に供給することにより反応生成物を積層して薄膜を形成する成膜装置の技術分野に関する。

半導体製造工程における成膜技術の一つとして、互いに反応する複数種類の処理を半導体ウエハ（以下ウエハという）の表面に順番に供給して反応生成物を積層するいわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法がある。このＡＬＤ法を実施する装置として、回転テーブル上に配置した複数のウエハを回転テーブルにより公転させて、各処理ガスが供給される領域を順番に通過させる装置が知られている。この装置では、回転テーブルの回転方向において複数の処理ガスの供給領域の間に、互いの処理ガスが混合することを避ける（互いの処理ガスを分離する）ために、不活性ガス例えば窒素ガスからなる分離ガスが供給される分離領域が設けられる。複数の処理ガスの一例としては、ウエハの表面に吸着される原料ガスと、前記原料ガスを酸化あるいは窒化させるガスと、を挙げることができる。

ところで回転テーブルの回転に伴って分離ガスが原料ガスの供給領域に流入すると、原料ガスが分離ガスにより希釈されて薄膜の膜厚の面内均一性を低下させる要因になるため、原料ガスの流量を大きくしなければならずコストアップになる。このため特許文献１には、回転テーブルの径方向に伸びるガスノズルの上に整流板を設け、分離ガスがこの整流板の上を乗り越えることにより原料ガスの供給領域に分離ガスが流入することを抑える技術が記載されている。

ガスノズルの上に整流板を設けることにより、原料ガスの供給流量を小さくしてもウエハに対する原料ガスの吸着効率を改善することができる。しかしながら回転テーブルにおける周縁部の速度が中央部側の速度よりも数倍大きいことから、周縁部側においては回転テーブルの回転方向上流側から分離ガスが整流板の下方側に引き込まれやすい。回転テーブルの速度が低い場合には、排気口への排気流の影響により整流板下方への引き込み流は弱いが、生産性を上げるために回転テーブルを高速化すると、前記周縁部側における整流板下方への引き込み流が強くなる。このため分離ガスによる処理ガスの希薄の程度が大きくなり、ウエハにおける回転テーブルの中央寄り部位の膜厚に比べて周縁寄り部位の膜厚が小さくなる傾向が顕著化し、膜厚の面内均一性の悪化の要因となる。

特開２０１１−１００９５６号公報

本発明はこのような事情の下になされたものであり、回転テーブルにより基板を公転させ、ガスノズルと整流板とを含む処理ガス供給部から処理ガスを供給して成膜する装置において、整流板の下方側に分離ガスが引き込まれることによる膜厚の面内均一性の低下を抑えることができる技術を提供することにある。

本発明は、真空雰囲気にて互いに反応する複数種類の処理ガスを基板に順番に供給するサイクルを複数回繰り返して反応生成物の層を積層して薄膜を得る成膜装置において、
真空容器内に配置され、その上に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルの周方向に互いに離れた領域に対して互いに異なる処理ガスを夫々供給するための複数の処理ガス供給部と、
前記領域の各々の間に、互いに異なる処理ガスを分離するために分離ガスを供給するための分離ガス供給部と、
前記真空容器内を真空排気するための排気機構と、を備え、
前記複数の処理ガス供給部の少なくとも一つの処理ガス供給部は、前記回転テーブルの周縁部と中央部との間に亘って伸びると共に、前記回転テーブルに向けて処理ガスを吐出するガス吐出口がその長さ方向に沿って形成されたガスノズルと、前記ガスノズルにおける回転テーブルの回転方向の上流側に設けられ、分離ガスがその上面側を流れるように当該ガスノズルの長さ方向に沿って設けられた整流板と、を含み、
前記整流板は、回転テーブルとの離間距離が回転テーブルの中央部側である一端側から回転テーブルの周縁部側である他端側に向って小さくなるように、かつ前記他端における前記離間距離が前記一端における前記離間距離よりも１ｍｍ以上小さくなるように設置されていることを特徴とする。

他の発明は、真空雰囲気にて互いに反応する複数種類の処理ガスを基板に順番に供給するサイクルを複数回繰り返して反応生成物の層を積層して薄膜を得る成膜方法において、
真空容器内の回転テーブルの一面側の周方向に互いに離れた領域に対して互いに異なる処理ガスを夫々供給するための複数の処理ガス供給部を備え、
前記複数の処理ガス供給部の少なくとも一つの処理ガス供給部は、前記回転テーブルの周縁部と中央部との間に亘って伸びると共に、前記回転テーブルに向けて処理ガスを吐出するガス吐出口がその長さ方向に沿って形成されたガスノズルと、前記ガスノズルにおける回転テーブルの回転方向の上流側に設けられ、分離ガスがその上面側を流れるように当該ガスノズルの長さ方向に沿って設けられた整流板と、を含み、
前記整流板は、回転テーブルとの離間距離が回転テーブルの中央部側である一端側から回転テーブルの周縁部側である他端側に向って小さくなるように、かつ前記他端における前記離間距離が前記一端における前記離間距離よりも１ｍｍ以上小さくなるように設置されている成膜装置を用い、
前記回転テーブルの上に基板を載置する工程と、
前記回転テーブルを６０ｒｐｍ以上の回転速度で回転させて基板を公転させながら、前記複数の処理ガス供給部から互いに異なる処理ガスを夫々供給すると共に各処理ガスが供給される領域の各々の間に、互いに異なる処理ガスを分離するために分離ガスを供給する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明は、回転テーブルにより基板を公転させながら複数種類の処理ガスを基板に順番に供給して反応生成物の層を積層して薄膜を得、処理ガス供給部の少なくとも一つがガスノズルと整流板を含む成膜装置を対象としている。本発明では、前記整流板は、回転テーブルとの離間距離が回転テーブルの中央部側である一端側から回転テーブルの周縁部側である他端側に向って小さくなるように、かつ前記他端における前記離間距離が前記一端における前記離間距離よりも１ｍｍ以上小さくなるように設置されている。このため回転テーブルの中央部側と周縁部側において整流板下方への分離ガスの巻き込みの程度の差が小さくなるため、膜厚の面内均一性の低下を抑えることができる。

本発明の成膜装置の縦断側面図である。前記成膜装置の概略横断斜視図である。前記成膜装置の横断平面図である。前記成膜装置の周方向における縦断側面図である。前記成膜装置の周方向における縦断側面図である。前記成膜装置に設けられるプラズマ処理部の分解斜視図である。前記成膜装置に設けられるノズルカバーの上面側斜視図である。前記ノズルカバーの裏面側斜視図である。前記ノズルカバーの側面図である。回転テーブルの回転中心側における前記ノズルカバーの斜視図である。回転テーブルの外周側における前記ノズルカバーの斜視図である。前記ノズルカバーの周囲におけるガス流の模式図である。前記ノズルカバーの概略を示す平面図である。前記成膜装置の成膜時におけるガス流を示す説明図である。回転テーブルの外周側における他のノズルカバーの斜視図である。整流板の他の構成例を示す斜視図である。評価試験の結果を示す模式図である。評価試験の結果を示す模式図である。評価試験の結果を示す模式図である。評価試験の結果を示す模式図である。評価試験の結果を示す模式図である。評価試験の結果を示す模式図である。評価試験の結果を示す模式図である。評価試験の結果を示す模式図である。評価試験の結果を示す模式図である。

本発明の実施の形態の成膜装置１について、図１〜図３を参照して説明する。図１、図２、図３は夫々成膜装置１の縦断側面図、概略断面斜視図、平面図である。この成膜装置１は、互いに反応する２種類の処理ガスをウエハＷに順番に供給してＡＬＤ法によりＳｉＯ2（酸化シリコン）の薄膜を形成した後、この薄膜をプラズマにより改質する。ウエハＷは当該成膜装置１を構成する真空容器１１内に設けられた回転テーブル２上に載置され、各処理ガスによる処理領域、改質領域を順番に繰り返し通過する。それによってこの薄膜の形成とプラズマ改質とが交互に繰り返し行われて、前記ウエハＷに所望の厚さの膜が形成される。

前記真空容器１１は大気雰囲気中に設けられており、成膜処理中にはその内部が真空雰囲気とされる。真空容器１１は概ね円形に構成されており、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。天板１２は容器本体１３に着脱自在に構成される。図１では容器本体１３に天板１２を装着した状態を示しており、図２、図３では当該天板１２を容器本体１３から取り外した状態を各々示している。

真空容器１１の中央部には、下段側が拡径された概ね円形の凸部１４が、天板１２から下方に突出するように設けられる。この凸部１４は、真空容器１１の中心部にて前記回転テーブル２を支持する支持部２１と共にガス流路１５を備えた中心部領域Ｃを形成している。図中１０は、ガス流路１５にパージガスであるＮ2（窒素）ガスを供給する供給管である。ガス流路１５から回転テーブル２の表面上に外周へ向けて前記Ｎ2ガスが供給され、当該中心部領域Ｃにおいて互いに異なる処理ガス同士が混ざり合うことが防がれる。また、凸部１４の拡径部の上面には、内側へ向かう切り欠き１６が設けられており、この切り欠き１６は後述するノズルカバー５１の支持部をなす。

回転テーブル２は前記支持部２１から外方に広がるように円形に構成されている。回転テーブル２は、支持部２１下方の回転駆動機構２２により、その中心軸周りに時計回りに回転する。回転テーブル２の表面側（一面側）には、前記回転方向に沿って５つの基板載置領域である凹部２３が形成されており、この凹部２３にウエハＷが載置される。そして、回転テーブル２の回転により凹部２３のウエハＷが前記中心軸周りに公転する。

真空容器１１の側壁には、ウエハＷの搬送口１７が形成されている。搬送口１７はゲートバルブ１８により開閉自在に構成されており、ウエハＷの搬入出を行う搬送機構２４が真空容器１１内に対して進退することができる。真空容器１１内において、搬送機構２４が進入する領域をウエハＷの受け渡し領域Ｓ１として示している。図示は省略しているが、受け渡し領域Ｓ１における回転テーブル２の下方には昇降ピンが設けられている。この昇降ピンが前記凹部２３に設けられる孔２５を介して回転テーブル２表面に突没し、それによって凹部２３と搬送機構２４との間でウエハＷの受け渡しが行われる。

図１に示すように回転テーブル２の下方には回転テーブル２から離れた位置にヒータ２７が設けられている。ヒータ２７の回転テーブル２への輻射熱により回転テーブル２が昇温し、載置されたウエハＷが加熱される。図中２８は、ヒータ２７の配置空間をＮ2ガスによりパージするためのパージガス供給管である。また、真空容器１１の底部中央を覆うケース体２０には、回転テーブル２の下方中央部から周縁部へ向けてＮ2ガスをパージガスとして供給するパージガス供給部２９が設けられている。

前記回転テーブル２の凹部２３の通過領域と各々対向する位置には、５本のノズル３１、３２、３３、４１、４２が真空容器１１の周方向に互いに間隔をおいて各々配置されており、これら各ノズル３１、３２、３３、４１、４２は、例えば真空容器１１の外周壁から前記中心部領域Ｃに向かって水平に伸びるように各々設けられている。この例では第１の処理ガスノズル３１、第１の分離ガスノズル４１、第２の処理ガスノズル３２、プラズマ発生用ガスノズル３３及び第２の分離ガスノズル４２が、この順で時計回りに配設されている。

各ノズル３１、３２、３３、４１、４２は、流量調整バルブなどを備えた以下の各ガス供給源に夫々接続されている。即ち、第１の処理ガスノズル３１は、Ｓｉ（シリコン）を含む第１の処理ガス例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン、ＳｉＨ2（ＮＨ−Ｃ（ＣＨ3）3）2）ガスの供給源に接続されている。第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガス例えばオゾン（Ｏ3）ガスと酸素（Ｏ2）ガスとの混合ガスの供給源（詳しくはオゾナイザーの設けられた酸素ガス供給源）に接続されている。プラズマ発生用ガスノズル３３は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素ガスとの混合ガスからなるプラズマ発生用ガスの供給源に接続されている。第１の分離ガスノズル４１及び第２の分離ガスノズル４２は、分離ガスであるＮ2ガスの供給源に各々接続されている。

回転テーブル２の回転方向に沿った縦断側面図である図４も参照する。ガスノズル３１、３２、３３、４１、４２の下面側には、ガス吐出口３４が各ガスノズルの長さ方向に沿って多数形成されており、各供給源に貯留されたガスが当該吐出口３４から吐出される。中心部領域Ｃから吐出されるパージガスにより、回転テーブル２の中心部側において処理ガスの濃度が低くなることを防ぐために第１の処理ガスノズル３１では周縁部側に比べて中心部側に多くのガス吐出口３４が設けられ、多くの流量で処理ガスを供給できるように構成されている。プラズマ発生用ガスノズル３３のガス吐出口３４は、回転方向上流側からの後述のプラズマ処理領域Ｐ３へのガスの進入を防ぐために、回転方向上流側へ向けて斜め下方にガスを吐出する。

第１の処理ガスノズル３１の下方領域及びこの第１の処理ガスノズル３１に設けられるノズルカバー５１の下方領域は、前記第１の処理ガスが供給され、ウエハＷに第１の処理ガスを吸着させるための第１の処理領域Ｐ１を構成する。ノズルカバー５１については後に詳述する。また、第２の処理ガスノズル３２の下方領域は第２の処理ガスが供給され、ウエハＷに吸着された第１の処理ガスと当該第２の処理ガスとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２を構成する。プラズマ発生用ガスノズル３３の周囲は後述する突起部７９に囲まれ、前記改質領域であるプラズマ処理領域Ｐ３を構成する。

真空容器１１の天板１２の下方には、扇状の２つの凸部４３が当該天板１２から下方に突出するように配置され、凸部４３は周方向に間隔をおいて設けられる。回転テーブル２の回転中心側において、各凸部４３は前記中心部領域Ｃをなす凸部１４に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は各々凸部４３にめり込み、当該凸部４３を周方向に分割するように設けられている。つまり、分離ガスノズル４１、４２おける回転テーブル２の周方向両側には、前記凸部４３の下面である低い天井面４４（第１の天井面）が配置されている。そして、この天井面４４の前記周方向両側には、当該天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）が配置される。

前記第１の天井面４４の下方は、第１の処理ガスと第２の処理ガスとの混合を阻止するための分離領域として構成されており、分離ガスノズル４１、４２が設けられる分離領域を夫々第１の分離領域Ｄ１、第２の分離領域Ｄ２とする。成膜処理時に第１及び第２の分離ガスノズル４１、４２から前記第１及び第２の分離領域Ｄ１、Ｄ２に供給されたＮ2ガス（分離ガス）が、分離領域Ｄ１、Ｄ２を夫々周方向に広がり、第１及び第２の処理ガス及びプラズマ発生用ガスを後述の真空排気口６２、６３へと押し流す。図５は、成膜処理時におけるガスの流れを矢印で示している。

続いて真空容器１１に設けられるプラズマ処理部７１について、各部の分解斜視図である図６も参照しながら説明する。プラズマ処理部７１は、金属線からなるコイル状のアンテナ７２を備え、図３に示すように平面で見た時に回転テーブル２の中央部側から外周部側に亘ってウエハＷの通過領域を跨ぐように配置されている。アンテナ７２は、回転テーブル２の半径方向に沿って伸びる帯状の領域を囲むように概略八角形をなしている。また、このアンテナ７２は、整合器７３を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源７４に接続されている。

既述のプラズマ発生用ガスノズル３３の上方側にて、天板１２は平面で見て概略扇形に開口している。この開口部は、例えば石英などからなる筐体７５によって気密に塞がれており、前記アンテナ７２が真空容器１１の内部から気密に区画されている。この筐体７５は、その周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出すと共に、中央部が真空容器１１の内部領域に向かって窪むように形成されており、この筐体７５の内側に前記アンテナ７２が収納されている。図中７６は押圧部材であり、筐体７５の周縁部を下方側に向かって押圧する。７７は、プラズマ処理部７１と整合器７３及び高周波電源７４とを電気的に接続するための接続電極である。

筐体７５の下面は、当該筐体７５の下方領域への分離ガス及び第２の処理ガスの侵入を阻止するために、外縁部が周方向に亘って下方側（回転テーブル２側）に向かって垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部７９を形成している。そして、この突起部７９の内周面及び筐体７５の下面により囲まれた領域には、既述のプラズマ発生用ガスノズル３３が収納されている。

筐体７５とアンテナ７２との間には、上面側が開口する概略箱型のファラデーシールド８１が配置されており、このファラデーシールド８１は、導電性の板状体である金属板により構成されると共に接地されている。このファラデーシールド８１の底面には、アンテナ７２において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウエハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウエハＷに到達させるために、多数のスリット８２が形成されている。このスリット８２は、アンテナ７２の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように形成されており、アンテナ７２に沿うように周方向に亘って当該アンテナ７２の下方位置に設けられている。図６中８３はファラデーシールド８１とアンテナ７２とを絶縁する絶縁板であり、８４は、ファラデーシールド８１を筐体７５のフランジに支持するための支持部材である。

他の真空容器１１の各部について説明すると、図１、３に示すように、回転テーブル２の外周側の下方には、真空容器１１の周に沿ってリング部材６１が配置されている。リング部材６１には、互いに周方向に離間して第１の真空排気口６２、第２の真空排気口６３が設けられている。第２の真空排気口６３は、前記プラズマ処理領域Ｐ３よりも第２の分離領域Ｄ２に寄った位置に設けられている。第１の真空排気口６２は第１の処理ガス、プラズマ発生用ガス及び分離ガスを排気し、第２の真空排気口６３は、第２の処理ガス及び分離ガスを排気する。

第１及び第２の真空排気口６２、６３は、各々排気管６４を介して真空排気機構である真空ポンプ６５に接続されている。各排気管６４にはバタフライバルブなどの圧力調整部６６が介設され、真空排気口６２、６３からの各排気量が独立して制御される。また、図３、４中の６７は、リング部材６１に形成された溝であり、第２の真空排気口６３からプラズマ処理部７１の回転方向上流側へ向かって周方向に形成されている。溝６７は、第２の処理ガスノズル３２から供給される第２の処理ガスと、第１の分離ガスノズル４１から供給される分離ガスとを、第２の真空排気口６３へガイドする役割を有する。

続いて、前記ノズルカバー５１について説明する。図７は第１の処理ガスノズル３１に装着した状態のノズルカバー５１の上面側を示しており、図８は、第１の処理ガスノズル３１から取り外した状態のノズルカバー５１の下面側を示している。図９はノズルカバー５１の側面図である。前記第１の処理ガスノズル３１の前記ガス吐出口３４が設けられる領域は角型に形成されており、ノズルカバー５１はこの角型部の上側、回転方向両側及び回転テーブル２の中心側を囲うカバー本体５２を備えている。カバー本体５２は回転テーブル２の外周側から中心部側へ向かう細長の角型形状に形成されている。

図１０は、回転テーブル２の中心側（回転軸側）におけるカバー本体５２の縦断側面を示している。この図１０に示すように、カバー本体５２には、前記中心側に向かって突き出た突起５０１が設けられている。この突起５０１は、前記凸部１４の切り欠き１６内に収まり、当該回転テーブル２上にノズルカバー５１を支持する。また、図４に示すようにこのカバー本体５２と天板１２との間には、ノズルカバー５１に対して回転方向上流側と下流側との間でガスを通流させる通流空間５０が設けられる。この通流空間５０の高さｈは、例えば５〜１５ｍｍである。

カバー本体５２の下端から、回転方向上流側、下流側に整流板５３、５４が夫々突き出ている。整流板５３、５４は、第１の処理ガスノズル３１の長さ方向に沿って設けられると共に、回転テーブル２の外側に向かうほど大きく突き出ており、それによってノズルカバー５１は平面視概ね扇状に構成されている。整流板５３、５４の回転テーブル２の外周側は下方に屈曲され、当該回転テーブル２の外周に対向する対向部５５を形成している。この対向部５５は、前記カバー本体５２における回転テーブル２の中心側の壁部と共に、第１の処理領域Ｐ１に供給された第１の処理ガスが、中心部領域Ｃから回転テーブル２の周端に向けて供給されるパージガスにより当該周端に押し流されることを防ぐ役割を有している。これによって回転テーブル２の半径方向における第１の処理ガス濃度の均一性を高くしている。

各整流板５３、５４の各対向部５５において、その外周面の一部はさらに回転テーブル２の外周側へと引き出されて、引出し部５６を形成している。図１１は、整流板５３の引出し部５６の縦断側面を示している。前記引出し部５６には貫通孔５０２が形成されており、この貫通孔５０２の内周面にはネジが切られている。前記リング部材６１には支柱５０３が設けられている。この支柱５０３には上下方向に向かって伸びる傾き調整部をなす棒ネジ５０４が設けられている。この棒ネジ５０４は、支柱５０３に対して軸回りに回転自在に構成され、前記貫通孔５０２のネジと螺合している。棒ネジ５０４の上面は、レンチ５０５が差し込まれる凹部５０６を備えている。成膜装置１のユーザは、真空容器１１から天板１２を取り外し、レンチ５０５により棒ネジ５０４を回転させることで、支柱５０３に対して前記整流板５３の引出し部５６を昇降させて、その高さを調整することができる。

整流板５３の引出し部５６について説明したが、整流板５４の引出し部５６も整流板５３の引出し部５６と同様に構成され、その下方には支柱５０３が設けられており、棒ネジ５０４によりこの支柱５０３に対する高さが調整できる。つまり、このノズルカバー５１においては、回転テーブル２の中心側（一端側）を支点として、回転テーブル２の周縁側（他端側）の高さ位置の調整を行うことができる。それによって、各整流板５３、５４の長さ方向の傾きが調整される。図９を参照すると、整流板５３における回転テーブル２の中央側端部と当該回転テーブル２との離間距離（中央側離間距離とする）ｈ１は、後述の整流板５３の効果を得るために例えば２〜６ｍｍに設定される。回転テーブル２の周縁と整流板５３の周縁側との離間距離ｈ２（周縁側離間距離とする）は、例えば１〜４ｍｍに設定される。そして、この周縁側離間距離ｈ２は、前記中央側離間距離ｈ１よりも１ｍｍ以上小さくなるように設定される。そして、このように設定されることにより、整流板５３と回転テーブル２との離間距離は、回転テーブル２の中央側から周縁部側に向かうに従って、次第に小さくなる。後述の効果を得るために、好ましくは周縁側離間距離ｈ２は、中央側離間距離ｈ１よりも１．５ｍｍ以上小さくなるように設定される。

このノズルカバー５１の役割と、上記のように整流板５３と回転テーブル２との離間距離ｈ１、ｈ２が設定される理由を説明する。成膜処理時には、回転テーブル２が回転した状態で、図５に示したように各ガスノズル３１〜３３、４１、４２からガスが供給される。このとき、第１の処理ガスノズル３１から吐出される第１の処理ガスは、この整流板５３、５４と回転テーブル２との間をウエハＷに沿って通流する。つまり整流板５３、５４は、第１の処理ガスノズル３１の周囲における第１の処理ガスの拡散を抑え、ウエハＷと当該第１の処理ガスとの反応性を高くする役割を有する。また、整流板５３は、第２の分離ガスノズル４２から第１の処理領域Ｐ１に向けて流れる分離ガスを前記通流空間５０にガイドし、当該分離ガスが第１の処理領域Ｐ１へ進入することを防ぐ役割も有しており、それによって第１の処理領域Ｐ１の第１の処理ガスの濃度の低下を抑えている。

ノズルカバー５１及び回転テーブル２を模式的に示した図１２も参照しながら説明する。この図１２では、前記第２の分離ガスノズル４２から第１の処理領域Ｐ１に向けて流れる分離ガス（Ｎ2ガス）の流れを矢印で概略的に示している。なお、図中の鎖線は回転テーブル２の表面に沿った仮想線である。上記のように分離ガスは通流空間５０へガイドされるが、当該分離ガスは粘度を持っているため、その全てが通流空間５０にガイドされるわけではなく、回転テーブル２の回転に巻き込まれることにより、その一部は第１の処理領域Ｐ１にも流れ込む。そして、回転テーブル２の速度は、回転テーブル２の中央側に比べて周縁側の方が大きく、速度が大きいほど前記回転に巻き込まれて第１の処理領域Ｐ１に流入する分離ガスの量が多くなりやすい。そこで前記整流板５３を、上記のように前記中央側に比べて前記周縁側が回転テーブル２に対してより近接するように傾けて配置し、第１の処理領域Ｐ１において前記回転テーブル２の周縁側への分離ガスの進入量を抑える。それによって、第１の処理領域Ｐ１において前記回転テーブル２の中央側と周縁側との間における第１の処理ガスの濃度のばらつきを抑えることができる。

回転テーブル２の回転速度によって第１の処理領域Ｐ１への分離ガスの巻き込まれる量は変化するので、成膜処理時の回転テーブル２の回転速度に応じて前記中央側離間距離ｈ１及び周縁側離間距離ｈ２は適宜設定される。この実施の形態では、回転テーブル２は成膜処理時に２４０ｒｐｍで回転し、前記中央側離間距離ｈ１は３ｍｍ、周縁側離間距離ｈ２は１ｍｍに夫々設定される。なお、２０ｒｐｍ程度で成膜処理を行うときは、回転テーブル２の回転によって第１の処理領域Ｐ１に巻き込まれる分離ガスの流量は比較的少ないので、各離間距離ｈ１、ｈ２は各々例えば３ｍｍであってもよい。つまり、整流板５３を回転テーブル２と平行するように設けてもよい。回転テーブル２の回転速度が６０ｒｐｍ以上であると、上記の分離ガスの巻き込みが起こりやすくなり、整流板５３を傾けることが有効である。

この実施形態では整流板５４については、その長さ方向の傾きが整流板５３と同じ傾きになるように設定されている。つまり整流板５４についても中央側離間距離ｈ１、周縁側離間距離ｈ２が夫々３ｍｍ、１ｍｍに設定されている。続いて、図１３の概略平面図を参照して、ノズルカバー５１のその他の寸法の一例を示しておくと、整流板５３における回転方向上流側の外形線と、第１の処理ガスノズル３１の伸長方向とのなす角αは例えば１５°である。また、整流板５４における回転方向下流側の外形線と、第１の処理ガスノズル３１の伸長方向とのなす角βは前記αよりも大きく、例えば２２．５°である。整流板５３、５４の回転テーブル２の外縁部の上方の円弧の長さ寸法ｕ１、ｕ２は、例えば夫々１２０ｍｍ、１８０ｍｍである。整流板５３、５４は、この図１３に示すような扇状に形成されることで、速度が大きい回転テーブル２の周縁側での第１の処理ガスの拡散を抑え、当該第１の処理ガスのウエハＷへの吸着を担保している。

整流板５４により第１の処理ガスノズル３１から第１の真空排気口６２に向かう第１の処理ガスの流れが阻害されないように、整流板５４の回転方向下流側の外形線と、回転テーブル２の中心Ｏと第１の真空排気口６２の回転方向下流側の端部とを結ぶ線（図中鎖線で表示）とのなす角γは０°以上に設定され、この例では７．５°である。上記のようにノズルカバー５１へ乗り上げたＮ2ガスは、当該ノズルカバー５１上を通過して回転テーブル２との接触が防がれながら、前記第１の真空排気口６２へ流れ込んで排気される。

この成膜装置１には、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７が設けられており、この制御部７には後述のように成膜処理を実行するプログラムが格納されている。このプログラムは、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、各ガス供給源から各ガスノズルへのガスの給断、高周波電源７４のオンオフによるプラズマの形成及び形成の停止、回転駆動機構２２による回転テーブル２の回転速度の制御、圧力調整部６６による各真空排気口６２、６３からの排気量の調整などの各動作を制御する。前記プログラムにおいては、これらの動作を制御して後述の各処理が実行されるように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７内にインストールされる。

次に、上記の成膜装置１による成膜処理の手順について説明する。先ず、ゲートバルブ１８を開いた状態で回転テーブル２が間欠的に回転されながら、搬送口１７を介して搬送機構２４によりウエハＷが受け渡し領域Ｓ１に順次搬送され、回転テーブル２の５つの各凹部２３にウエハＷが載置される。次いで、真空ポンプ６５により第１及び第２の真空排気口６２、６３から排気が行われ、真空容器１１内が引き切りの状態にされる。この排気に並行して、回転テーブル２が例えば２４０ｒｐｍで時計回りに回転されながら、ヒータ２７によりウエハＷが例えば３００℃に加熱される。

続いて、処理ガスノズル３１、３２から第１の処理ガスであるＢＴＢＡＳガス、第２の処理ガスであるＯ3ガス及びＯ2ガスが夫々吐出されると共に、プラズマ発生用ガスノズル３３からプラズマ発生用ガスであるＡｒガス及びＯ2ガスが吐出される。また、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ2ガスが吐出されると共に、中心部領域Ｃ、パージガス供給管２８及びパージガス供給部２９から夫々パージガスであるＮ2ガスが吐出される。そして、各圧力調整部６６により第１及び第２の真空排気口６２、６３からの各排気量が制御され、真空容器１１内が予め設定した処理圧力に調整されると共に、アンテナ７２に対して高周波電力が供給される。

ウエハＷの表面では、回転テーブル２の回転によって第１の処理領域Ｐ１において第１の処理ガスが吸着し、次いで第２の処理領域Ｐ２においてウエハＷ上に吸着した第１の処理ガスと第２の処理ガスとの反応が起こり、反応生成物としてＳｉＯ2の分子層が１層あるいは複数層形成される。この時、反応生成物中には、例えば第１の処理ガスに含まれる残留基のため、水分（ＯＨ基）や有機物などの不純物が含まれている場合がある。

一方、プラズマ処理部７１の下方側では、高周波電源７４から供給される高周波電力により発生した電界及び磁界のうち電界は、ファラデーシールド８１により反射あるいは吸収（減衰）されて、真空容器１１内への到達が阻害される（遮断される）。磁界は、ファラデーシールド８１のスリット８２を通過して、筐体７５の底面を介して真空容器１１内に到達する。従って、プラズマ発生用ガスノズル３３から吐出されたプラズマ発生用ガスは、スリット８２を介して通過してきた磁界によって活性化されて、例えばイオンやラジカルなどのプラズマが生成する。

そして、磁界により発生したプラズマ（活性種）がウエハＷの表面に接触すると、前記反応生成物の改質処理が行われる。具体的には、例えばプラズマがウエハＷの表面に衝突することにより、例えばこの反応生成物から前記不純物が放出されたり、反応生成物内の元素が再配列されて緻密化（高密度化）が起こる。こうして回転テーブル２の回転を続けることにより、ウエハＷ表面への第１の処理ガスの吸着、ウエハＷ表面に吸着した第１の処理ガスの成分の反応及び反応生成物のプラズマ改質がこの順番で繰り返し行われ、ＳｉＯ2の分子層が積層される。

図１４は真空容器１１の横断面図であり、図５と同様に、この成膜処理時の各部のガス流を矢印で示している。これら図５、図１４に示すように、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２との間の第１及び第２の分離領域Ｄ１、Ｄ２に分離ガスを供給しているので、第１の処理ガスと、第２の処理ガス及びプラズマ発生用ガスとの混合が阻止されるように、各ガスが排気される。更に、回転テーブル２の下方側にパージガスを供給しているため、回転テーブル２の下方側に拡散しようとするガスは、前記パージガスにより第１及び第２の真空排気口６２、６３側へと押し戻される。

このとき、既述したように第２の分離ガスノズル４２から供給された分離ガスが、第１の処理領域Ｐ１に向かって流れる。図１２で説明したように回転テーブル２の周縁側は中央側に比べてその速度が大きいため、第１の処理領域Ｐ１の周縁側に向かうほどこの回転テーブル２に乗って大きな速度で前記分離ガスが向かう。しかし、前記周縁側に向かうほど整流板５３と回転テーブル２との離間距離が小さく形成されているので、分離ガスのノズルカバー５１への乗り上げが起こりやすい。つまり、第１の処理領域Ｐ１において、前記中央側と周縁側との間でＮ2ガスの巻き込み量の程度の差が小さくなる。

ノズルカバー５１に乗り上げた分離ガスは、第１の真空排気口６２から排気される。また、第１の処理領域Ｐ１に供給された余剰な第１の処理ガス及び前記第１の処理領域Ｐ１に巻き込まれた分離ガスも第１の真空排気口６２から排気される。回転テーブル２が所定の回数回転し、所望の膜厚のＳｉＯ2膜が形成されると各ガスの供給が停止して、ウエハＷは搬入時とは逆の動作で成膜装置１から搬出される。

この成膜装置１は、第１のガスノズル３１から回転テーブル２の回転方向上流側に突き出た整流板５３を形成するノズルカバー５１を備えている。この整流板５３は、回転テーブル２との離間距離が回転テーブルの中央部側から周縁部側に向かって小さくなるように、その長さ方向に傾いて設置されている。このため、回転テーブル２の中央側と周縁側との間で整流板５３への、分離領域Ｄ２から供給されるＮ2ガスの巻き込みの程度の差が小さくなる。従って、第１の処理領域Ｐ１において、前記回転テーブル２の中央側と周縁側との間での第１の処理ガス濃度のばらつきが抑えられ、ウエハＷの面内に均一性高く第１の処理ガスを吸着させることができる。結果として、ウエハＷの面内において、ＳｉＯ2膜の膜厚の均一性が低下することを抑えることができる。

そして、このように整流板５３を設置することによって上記のＮ2ガスの巻き込みの程度の差が小さくなるため、回転テーブル２の回転速度を比較的高くすることができる。従って、処理ガス供給及び膜の改質処理のサイクルにおいて、１つのサイクルに要する時間を低下させることができるため、装置の生産性の向上を図ることができる。また、前記第１の処理領域Ｐ１の周縁側において、分離ガスによる第１の処理ガスの希釈が抑えられ、ウエハＷへの第１の処理ガスの吸着反応が促進されるので、第１のガスノズル３１から供給する第１の処理ガスの流量の低減を図ることができる。従って、成膜装置１による生産コストの低減化を図ることができる。

また、上記のノズルカバー５１は、その外周側において支柱５０３からの高さがネジにより調整自在に構成されている。このように高さが調整自在に構成されることで、真空容器１１に対する回転テーブル２の高さ位置の取り付け位置に応じて、ノズルカバー５１の傾きを調整することができる。つまり、回転テーブル２の取り付け精度が低く、回転テーブル２が所定の高さ位置に取り付けられていなくても前記ネジにより、前記周縁側離間距離ｈ２を所望の値にすることができる。従って、成膜装置１へのノズルカバー５１の取り付けを容易にすることができる。

前記ノズルカバー５１の傾きの調整についてはネジにより行われることに限られない。図１５では引出し部５６と支柱５０３との間に、スペーサ５１１を設けた例を示している。スペーサ５１１は引出し部５６と支柱５０３とに着脱自在に構成される。スペーサ５１１は、その高さの違うものが複数用意され、交換されることで前記傾きが調整される。また、引出し部５６と支柱５０３とが一体に構成されたノズルカバー５１が複数用意され、ノズルカバー５１ごとに支柱５０３の高さが異なっている。これらのノズルカバー５１を交換することで、前記傾きの調整を行ってもよい。

整流板５３及び整流板５４の中央側離間距離ｈ１は互いに等しくなくてもよく、整流板５３及び整流板５４の周縁側離間距離ｈ２についても互いに等しくなくてよい。また、整流板５３の形状としては上記の例に限られない。図１６では、第１の処理ガスノズル３１に整流板５３の代わりに整流板５７を設けた例を示している。図中の鎖線は、回転テーブル２の表面を示す仮想線である。この整流板５７は、回転テーブル２に対して平行に設けられるが、その下面には段差が形成されている。そして整流板５７において、回転テーブル２の中央側半分の高さは、回転テーブル２の周縁部側半分の高さよりも高い。つまり、中央側離間距離ｈ１＞周縁側離間距離ｈ２となるように構成されており、回転テーブル２との離間距離が周縁側に向かって小さくなっている。この整流板５７でも離間距離ｈ１、ｈ２との差は１ｍｍ以上に設定される。なお、この図１６に示すように、第１の処理ガスノズル３１には回転方向上流側の整流板だけを設け、回転方向下流側の整流板を設けなくてもよい。また、整流板５３、５７としては平面視扇状に形成することに限られず、例えば平面視矩形状に形成してもよいが、回転テーブル２の径方向における処理の均一性を高めるために前記扇状に形成することが好ましい。

また、このような整流板５３、８１は、分離領域により２つの処理領域が分離される装置について適用することができる。従って、上記の成膜装置１に適用されることに限られない。例えば、上記成膜装置１において、第２の処理領域Ｐ２にもプラズマが形成されるような装置構成であってもよいし、プラズマ処理領域Ｐ３を持たない装置構成であってもよい。

（評価試験１）
本発明に関連して行われた成膜装置１のシミュレーションによる評価試験について説明する。評価試験１として、上記の実施形態のように回転テーブル２を回転させると共に、第１の真空排気口６２から排気を行いながら第１の処理ガスノズル３１からガスを吐出したときの、第１の処理領域Ｐ１及びその周囲における前記ガスの質量割合の分布について測定した。このガス吐出時の真空容器１１内の圧力は２Ｔｏｒｒ、温度は６００℃に夫々設定した。前記ガスはＬＴＯ（low temperature oxide）膜形成用のＳｉ含有ガスとして設定し、その流量は０．１ｓｌｍ（Ｌ／分）に設定した。

そして、前記Ｓｉ含有ガス供給時の回転テーブル２の回転速度については測定を行うたびに変更しており、２０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍ、２４０ｒｐｍに夫々設定した。そのように回転速度を２０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍ、２４０ｒｐｍに設定して行った測定を、夫々評価試験１−１、１−２、１−３とする。ただし、この評価試験１においては上記の実施形態のように整流板５３、５４を回転テーブル２に対して傾けておらず、回転テーブル２に平行に配置している。回転テーブル２から整流板５３、５４までの高さは３ｍｍに設定した。

図１７、１８、１９は、夫々評価試験１−１、１−２、１−３の試験結果を示している。この評価試験１及び後述の他の評価試験の結果を示す各図では、前記Ｓｉ含有ガスの質量割合の所定の範囲ごとに、真空容器１１内を等高線で区画して示している。このように区画した真空容器１１において、前記質量割合が１００％以下、９０％以上である領域に網目模様を付し、９０％より低く８０％以上である領域に実線の斜線を付し、８０％より低く６０％以上である領域に点線の斜線を付している。また、６０％より低く４０％以上である領域に比較的多数の点を付し、４０％より低く２０％以上である領域に縦方向に引かれた点線模様を付し、２０％より低く１０％以上である領域に比較的少数の点を付している。１０％より低い領域にはこれらの模様を付していない。なお、この評価試験において、整流板５３、５４の周縁側とは、特に記載しない限り整流板５３、５４において回転テーブル２の径方向外側に向かう周縁側を指す。

評価試験１−１〜１−３の結果から、回転テーブル２の回転速度が大きくなるほど第１の処理領域Ｐ１のＳｉ含有ガスの質量割合が低くなり、整流板５３、５４の下方の周縁側における前記ガスの質量割合は、中央側における前記ガスの質量割合に比べて低くなることが分かる。評価試験１−１の結果と、評価試験１−３の結果とを比較すると、回転速度が上昇することで特に整流板５３下方の周縁側におけるＳｉ含有ガスの質量割合が大きく低下していることが分かる。これは実施の形態で説明したように、回転テーブル２の周縁側は中央側に比べて速度が大きいため、回転テーブル２の回転速度を上昇させると、当該箇所に多くの分離ガスが引き込まれるためである。

（評価試験２）
続いて、整流板５３、５４を傾けることによる効果を調べるための評価試験２を行った。この評価試験２では評価試験１と略同様に測定を行っているが、整流板５３、５４の傾きの設定は測定を行うたびに変更した。各測定を評価試験２−１、２−２、２−３とする。評価試験２−１では、評価試験１と同様に整流板５３、５４が水平に配置されているように設定した。前記中央側離間距離ｈ１及び周縁側離間距離ｈ２は３ｍｍである。評価試験２−２では、回転テーブル２に対して整流板５３、５４が傾いているように設定した。前記中央側離間距離ｈ１は３ｍｍ、周縁側離間距離ｈ２は２ｍｍである。評価試験２−３では、実施形態と同様に前記中央側離間距離ｈ１を３ｍｍ、周縁側離間距離ｈ２を１ｍｍに夫々設定した。この評価試験２では、回転テーブル２の回転速度は２４０ｒｐｍに設定し、分離ガスノズル４１、４２からの分離ガスの流量は５ｓｌｍに設定している。

図２０、２１、２２は、夫々評価試験２−１、２−２、２−３の結果を示している。評価試験２−１、２−２の結果を見ると、整流板５３、５４下方の周縁側のＳｉ含有ガスの質量割合は比較的低く、これら評価試験２−１、２−２の間では、この周縁側における前記ガスの質量割合の分布に大きな変化は見られない。しかし、これら評価試験２−１、２−２の結果と、評価試験２−３の結果とを比較すると、評価試験２−３では整流板５３、５４下方周縁側のＳｉ含有ガスの質量割合が高くなっている。それによって回転テーブル２の径方向におけるＳｉ含有ガスの質量割合の分布のばらつきが抑えられている。従って、分離ガスの第１の処理領域Ｐ１への巻き込みが、ノズルカバー５１の傾きを調整することにより抑えられることが示され、本発明の効果が確認された。

（評価試験３）
第１のガスノズル３１から供給されるガス流量を２００ｓｃｃｍに設定した他は評価試験２と同じ条件で解析を行った。この評価試験３でも評価試験２と同様に整流板５３、５４の傾きを測定ごとに変更している。評価試験３−１では、評価試験２−１と同様、前記中央側離間距離ｈ１及び周縁側離間距離ｈ２を３ｍｍに設定した。評価試験３−２では評価試験２−２と同様、前記中央側離間距離ｈ１を３ｍｍ、周縁側離間距離ｈ２を２ｍｍに夫々設定した。評価試験３−３では評価試験２−３と同様、中央側離間距離ｈ１を３ｍｍ、周縁側離間距離ｈ２を１ｍｍに夫々設定した。

図２３、２４、２５は夫々評価試験３−１、３−２、３−３の各結果を示している。評価試験３−１の結果と評価試験３−２の結果とを比較すると、評価試験３−２では整流板５４の下方外周側においてＳｉ含有ガスの質量割合が高くなっていることが分かる。また、評価試験３−３の結果と評価試験３−２の結果とを見ると、評価試験３−３では整流板５４の下方周縁側のＳｉ含有ガスの質量割合がより高くなっており、また、整流板５３の下方周縁側のＳｉ含有ガスの質量割合も高くなっている。それによって回転テーブル２の径方向におけるＳｉ含有ガスの質量割合の分布のばらつきが抑えられている。なお、評価試験３−３、３−２では前記評価試験２−３、２−２に比べて、よりガス質量割合の分布のばらつきが抑えられた良好な結果が得られている。このように評価試験３からも評価試験２と同様に本発明の効果を確認することができた。

Ｄ１ 第１の分離領域
Ｄ２ 第２の分離領域
Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１１ 真空容器
２ 回転テーブル
３１ 第１の処理ガスノズル
３２ 第２の処理ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
５１ ノズルカバー
５２ カバー本体
５３、５４ 整流板
６２ 第１の真空排気口
６３ 第２の真空排気口

Claims (5)

1. 真空雰囲気にて互いに反応する複数種類の処理ガスを基板に順番に供給するサイクルを複数回繰り返して反応生成物の層を積層して薄膜を得る成膜装置において、
   真空容器内に配置され、その上に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
   前記回転テーブルの周方向に互いに離れた領域に対して互いに異なる処理ガスを夫々供給するための複数の処理ガス供給部と、
   前記領域の各々の間に、互いに異なる処理ガスを分離するために分離ガスを供給するための分離ガス供給部と、
   前記真空容器内を真空排気するための排気機構と、を備え、
   前記複数の処理ガス供給部の少なくとも一つの処理ガス供給部は、前記回転テーブルの周縁部と中央部との間に亘って伸びると共に、前記回転テーブルに向けて処理ガスを吐出するガス吐出口がその長さ方向に沿って形成されたガスノズルと、前記ガスノズルにおける回転テーブルの回転方向の上流側に設けられ、分離ガスがその上面側を流れるように当該ガスノズルの長さ方向に沿って設けられた整流板と、を含み、
   前記整流板は、回転テーブルとの離間距離が回転テーブルの中央部側である一端側から回転テーブルの周縁部側である他端側に向って小さくなるように、かつ前記他端における前記離間距離が前記一端における前記離間距離よりも１ｍｍ以上小さくなるように設置されていることを特徴とする成膜装置。
2. 前記整流板は、前記一端における前記離間距離が前記他端における前記離間距離よりも１．５ｍｍ以上大きくなるように設置されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記整流板の一端における前記離間距離が２ｍｍ〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
4. 前記整流板における長さ方向の傾きを調整するための傾き調整部を備え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成膜装置。
5. 真空雰囲気にて互いに反応する複数種類の処理ガスを基板に順番に供給するサイクルを複数回繰り返して反応生成物の層を積層して薄膜を得る成膜方法において、
   真空容器内の回転テーブルの一面側の周方向に互いに離れた領域に対して互いに異なる処理ガスを夫々供給するための複数の処理ガス供給部を備え、
   前記複数の処理ガス供給部の少なくとも一つの処理ガス供給部は、前記回転テーブルの周縁部と中央部との間に亘って伸びると共に、前記回転テーブルに向けて処理ガスを吐出するガス吐出口がその長さ方向に沿って形成されたガスノズルと、前記ガスノズルにおける回転テーブルの回転方向の上流側に設けられ、分離ガスがその上面側を流れるように当該ガスノズルの長さ方向に沿って設けられた整流板と、を含み、
   前記整流板は、回転テーブルとの離間距離が回転テーブルの中央部側である一端側から回転テーブルの周縁部側である他端側に向って小さくなるように、かつ前記他端における前記離間距離が前記一端における前記離間距離よりも１ｍｍ以上小さくなるように設置されている成膜装置を用い、
   前記回転テーブルの上に基板を載置する工程と、
   前記回転テーブルを６０ｒｐｍ以上の回転速度で回転させて基板を公転させながら、前記複数の処理ガス供給部から互いに異なる処理ガスを夫々供給すると共に各処理ガスが供給される領域の各々の間に、互いに異なる処理ガスを分離するために分離ガスを供給する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。

Images