JP2015142038A

JP2015142038A - 成膜装置

Info

Publication number: JP2015142038A
Application number: JP2014014575A
Authority: JP
Inventors: 小野　裕司; Yuji Ono; 裕司小野; 立花　光博; Mitsuhiro Tachibana; 光博立花; 学本間; Manabu Honma
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2015-08-03
Anticipated expiration: 2034-01-29
Also published as: TWI613313B; US20150211119A1; KR101852233B1; TW201540865A; CN104805416B; KR20150090851A; JP6123688B2; CN104805416A

Abstract

【課題】基板に対する成膜速度を向上させると共に、膜質を向上させることができる技術を提供すること。【解決手段】真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、熱分解温度が１気圧下で５２０℃以上である処理ガスを基板に供給する処理ガス供給部と、前記基板を６００℃以上に加熱して成膜処理するために、前記回転テーブルを加熱する加熱部と、を備えるように装置を構成する。前記処理ガス供給部は、前記基板の通過領域に対向して設けられた複数の処理ガスの吐出孔を有するガスシャワーヘッドと、成膜処理時にて前記ガスシャワーヘッドにおける前記通過領域に対向する対向部を前記処理ガスの熱分解温度より低い温度に冷却する冷却機構と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、処理ガスを基板に供給して薄膜を得る成膜装置に関する。

半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）などの基板にシリコン酸化物（ＳｉＯ2）などの薄膜を成膜する手法として、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）を行う成膜装置が知られている。この成膜装置では、その内部が真空雰囲気とされる処理容器内に水平な回転テーブルが設けられ、当該回転テーブルにはその周方向に、ウエハが収納される凹部が複数設けられる。そして、この回転テーブルに対向するように複数のガスノズルを配置している。前記ガスノズルとしては、処理ガス（反応ガス）を供給して処理雰囲気を形成する反応ガスノズルと、回転テーブル上で各処理雰囲気を分離する分離ガスを供給する分離ガスノズルと、が交互に配置される。前記反応ガスノズルのうち一つは、前記シリコン酸化膜の原料として例えばＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスを供給する。このような成膜装置は、例えば特許文献１に記載されている。

前記反応ガスノズルは、前記特許文献１に示されるように回転テーブルの中心側から周縁側に向かって一列に配列されたガス吐出孔を備えている。しかし、このような構成においては、ウエハが反応ガスに接している時間が比較的短いので、ウエハへの反応ガスの吸着効率を高めて成膜速度を大きくすることが難しい。

また、成膜処理を行いながらウエハ表面に形成された膜のアニールを行うことで膜質を向上させるために、成膜処理中の回転テーブルの温度を従来の温度よりも高く、６００℃以上にする要請がある。ところが、そのように回転テーブルの温度を高くすると、当該回転テーブルからの輻射熱により、前記反応ガスノズルの表面温度が上昇する。それによって、反応ガスノズルから吐出されたＢＴＢＡＳガスが、ウエハに吸着される前に熱分解し、この分解物がウエハに付着せずに反応ガスノズルに付着してしまう。

特許文献２には、各種のガスをシャワーヘッドにより基板に供給することが記載されているが、上記の問題及びその解決手法については記載されていない。前記特許文献１についても、上記の問題及びその解決手法については記載されていない。

特開２０１１−１００９５６特開２００１−２５４１８１

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、基板に対する成膜速度をさせると共に、膜質を向上させることができる技術を提供することである。

本発明の成膜装置は、処理ガスを基板に供給して薄膜を得る成膜装置であって、
真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記基板に熱分解温度が１気圧下で５２０℃以上である処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記基板を６００℃以上に加熱して成膜処理するために、前記回転テーブルを加熱する加熱部と、を備え、
前記処理ガス供給部は、
前記回転テーブルに載置された基板の通過領域に対向して設けられた複数の処理ガスの吐出孔を有するガスシャワーヘッドと、前記成膜処理時に、前記ガスシャワーヘッドにおける前記基板の通過領域に対向する対向部を、前記処理ガスの熱分解より低い温度に冷却するための冷却機構と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、回転テーブルに載置された基板に処理ガスを供給するガスシャワーヘッドと、当該ガスシャワーヘッドにおいて基板の通過領域に対向する対向部を冷却する冷却機構と、が設けられている。このような構成によって、回転テーブルにおいて処理ガスが供給される領域の増加を図ることができ、成膜速度を向上させることができる。さらに、前記対向部において処理ガスが熱分解することを防ぎながら、当該基板を比較的高い温度に加熱して処理することができるので、膜質の向上を図ることができる。

本発明に係る成膜装置の縦断面図である。上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。前記成膜装置の横断平面図である。前記成膜装置の真空容器の周方向に沿った縦断側面図である。前記成膜装置のガスシャワーヘッドに設けられる冷媒の配管のレイアウトの一例を示す説明図である。前記ガスシャワーヘッドの下面におけるガス吐出孔のレイアウトの一例を示す説明図である。成膜処理時に形成されるガス流を示す真空容器の縦断側面図である。成膜処理時に形成されるガス流を示す真空容器の横断平面図である。クリーニング処理時に形成されるガス流を示す真空容器の横断平面図である。前記ガスシャワーヘッドの下面におけるガス吐出孔のレイアウトの他の一例を示す説明図である。前記ガスシャワーヘッドの下面におけるガス吐出孔のレイアウトのさらに他の一例を示す説明図である。前記ガスシャワーヘッドの下面におけるガス吐出孔のレイアウトのさらに他の一例を示す説明図である。

本発明の真空処理装置の一実施形態であり、基板であるウエハＷにＡＬＤを行う成膜装置１について図１〜図３を参照しながら説明する。図１は成膜装置１の縦断側面図であり、図２は成膜装置１の内部を示す概略斜視図であり、図３は成膜装置１の横断平面図である。成膜装置１は、概ね円形状の扁平な真空容器（処理容器）１１と、真空容器１１内に設けられた円板状の水平な回転テーブル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。図１中１４は、容器本体１３の下側中央部を塞ぐカバーである。

前記回転テーブル２は回転駆動機構１５に接続され、回転駆動機構１５により、その中心軸周りに周方向に回転する。この回転は、平面視時計回りである。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つの円形の凹部２１が形成されており、この凹部２１の底面にウエハＷが載置される。つまり、凹部２１はウエハＷの載置領域を構成する。回転テーブル２の回転により、凹部２１に収納されたウエハＷが前記回転テーブル２の中心軸周りに公転する。各凹部２１の底面には、回転テーブル２を表裏方向に貫通する貫通孔２２が３つ穿設されている。

真空容器１１の側壁には、ウエハＷの搬送口１６が開口しており、ゲートバルブ１７により開閉自在に構成されている。搬送口１６を介して成膜装置１の外部のウエハ搬送機構１８が、真空容器１１内に進入することができる。ウエハ搬送機構１８は、搬送口１６に臨む位置の凹部２１にウエハＷを受け渡す。また、図示は省略しているが、ウエハ搬送機構１８と前記搬送口１６に望む位置の凹部２１との間でウエハＷを受け渡すための昇降ピンが設けられている。前記昇降ピンは、真空容器１１の底部の下方側から、前記凹部２１の貫通孔２２を介して回転テーブル２上に突出できるように構成される。

回転テーブル２上には、第１のガスシャワーヘッド４１、分離ガスノズル３１、第２のガスシャワーヘッド４２、分離ガスノズル３２が、この順で周方向に配設されている。第１のガスシャワーヘッド４１は成膜を行うためのシリコンを含む原料ガスであるＢＴＢＡＳガスを、第２のガスシャワーヘッド４２は酸化ガスであるＯ₃（オゾン）ガスを夫々吐出する。ＢＴＢＡＳガスは、１気圧において５２０℃以上の温度で熱分解される。従って、第１のガスシャワーヘッド４１は、当該ＢＴＢＡＳガスの吐出時に当該ガスシャワーヘッド４１の表面で、この分解が起こらないように構成される。第１のガスシャワーヘッド４１及び第２のガスシャワーヘッド４２の詳しい構成については後述する。

分離ガスノズル３１、３２は、回転テーブル２の外周から中心へ向かって伸びる棒状に形成され、その下面側にＮ₂（窒素）ガスの吐出孔が多数、各ガスノズル３１，３２の伸長方向に沿って形成されている。つまり、分離ガスノズル３１、３２は、夫々回転テーブル２の径に沿って分離ガスとしてＮ₂ガスを供給する。

前記真空容器１１の天板１２は、下方に突出する扇状の２つの突状部３３を備え、突状部３３は周方向に間隔をおいて形成されている。前記分離ガスノズル３１、３２は、夫々突状部３３にめり込むと共に、当該突状部３３を周方向に分割するように設けられている。各突状部３３の下方は、分離ガスが供給される分離領域Ｄとして構成されている。

真空容器１１の底面において、回転テーブル２の径方向外側にはリングプレート２４が設けられ、このリングプレート２４には、リングの周方向に間隔をおいて、排気口２５、２５が開口している。各排気口２５には、排気管２６の一端が接続されている。各排気管２６の他端は合流し、バルブを含む排気量調整機構２７を介して真空ポンプにより構成される排気機構２８に接続される。排気量調整機構２７により各排気口２５からの排気量が調整され、それによって真空容器１１内の圧力が調整される。

回転テーブル２の中心部領域Ｃ上の空間にはガス供給管３０により、Ｎ₂ガスが供給されるように構成されている。このＮ₂ガスは、天板１２の中央部下方にリング状に突出したリング状突出部３４の下方の流路を介して、回転テーブル２の径方向外側にパージガスとして流れる。リング状突出部３４の下面は、前記分離領域Ｄを形成する突状部３３の下面に連続するように構成されている。

図１中１６は、成膜処理中に回転テーブル２の下方へ、パージガスとしてＮ₂ガスを供給するための供給管である。回転テーブル２の下方における容器本体１３の底面には、当該回転テーブル２の回転方向に沿ってヒーター収納空間３６を構成する凹部が形成され、当該収納空間３６内には平面視同心円状に複数の加熱部であるヒーター３７が設けられている。図中３８は、前記凹部を上側から塞いでヒーター収納空間３６を形成するプレートである。ヒーター３７の輻射熱でプレート３７が加熱され、さらにプレート３７からの輻射熱で回転テーブル２が加熱されることにより、ウエハＷが加熱される。図１中２０は、成膜処理中に前記収納空間３６にＮ₂ガスをパージガスとして供給するための供給管である。

真空容器１１の外部から真空容器１１の側壁を貫き、その内部に進入するように棒状のクリーニングガスノズル３９が設けられており、平面で見て第１のガスシャワーヘッド４１と、当該ガスシャワーヘッド４１に隣接する突状部３３とに挟まれるように配置されている。クリーニングガス供給部であるこのクリーニングガスノズル３９は、その先端から回転テーブル２上にクリーニングガスを吐出する。このクリーニングガスは、ＣｌＦ₃（三フッ化塩素）またはＮＦ₃（三フッ化窒素）などを含むフッ素系ガス（フッ素化合物ガスまたはフッ素ガスを含有するガス）により構成される。吐出されたクリーニングガスは、回転テーブル２の周縁部から中心部へ向けて供給され、回転テーブル２に成膜された酸化シリコンを除去する。

続いて、前記ガスシャワーヘッド４１、４２の構成について説明する。各ガスシャワーヘッド４１、４２は突状部３３から前記回転方向に離れて設けられており、回転テーブル２の中心側から周縁部側に向かって広がる扇状に構成されている。第１のガスシャワーヘッド４１及び第２のガスシャワーヘッド４２は、互いに同様に構成されているので、代表して第１のガスシャワーヘッド４１について図４も参照しながら説明する。図４では真空容器１１内の各部について、回転テーブル２の回転方向に沿った縦断面を示している。

第１のガスシャワーヘッド４１は、本体部４０、配管４５及び円柱形状の支持部４６により構成されている。本体部４０は扁平な扇状に形成され、下側部材４３及び上側部材４４により構成される。この例では下側部材４３、上側部材４４を溶接により接合しているが、溶接する代わりにねじなどの部材を用いて接合してもよい。下側部材４３と上側部材４４との間には、前記配管４５が引き回されている。図５では、下側部材４３上における配管４５のレイアウトの一例を示しているが、後述するように配管４５を流通する冷媒によってガスシャワーヘッド４１の表面を冷却することができれば、配管４５はどのようなレイアウトで配置してもよい。

図４に戻って説明する。本体部４０を回転テーブル２上にて支持する支持部４６の下端は、前記本体部４０の上面に接続され、支持部４６の上端は、真空容器１１の天板に設けられた開口部５１を介して真空容器１１の外部へ引き出されている。図中５２は、この開口部５１と支持部４６との間をシールするためのリング部材である。前記配管４５の上流側、下流側は、夫々支持部４６を介して真空容器１１の外部へ引き出され、チラーである冷媒供給機構５３に接続されている。

前記配管４５と共に冷却機構を構成する冷媒供給機構５３は、冷媒として例えばパーフルオロポリエーテル（ガルデン（登録商標））を前記配管４５の上流側に供給する。そして、第１のガスシャワーヘッド４１内を通過することにより温度が上昇した状態で、配管４５の下流側から供給された前記冷媒を冷却して、再度配管４５の上流側に供給する。つまり、冷媒供給機構５３及び配管４５は、冷媒の循環路を構成している。

前記本体部４０の下面は、回転テーブル２の表面及びウエハＷの表面に対向する扇状の対向面４７として構成されており、図６にこの対向面４７を示している。対向面４７には、多数のガス吐出孔４８が開口している。ガス吐出孔４８は、回転テーブル２の回転中心部側から周縁部側へ向かう直線の列をなすように形成されている。図中、公転することにより、当該対向面４７の下方を通過するウエハＷを鎖線で示している。また、この公転するウエハＷについて、前記回転テーブル２の回転中心寄りの端部の軌跡を点線でＰとして示し、回転テーブル２の周端寄りの端部の軌跡を点線でＱとして示している。各列の最も回転テーブル２の回転中心寄りに形成されたガス吐出孔４８は、前記軌跡Ｐよりも当該回転中心寄りに設けられている。各列の最も回転テーブル２の外側寄りに形成されたガス吐出孔４８は、前記軌跡Ｑよりも当該外側寄りに設けられている。このような構成によって、ガス吐出孔４８の１つの列が、公転するウエハＷの全面にガスを供給することができるように構成されている。

このガスシャワーヘッド４１では、図７に示すように回転中心部側から周縁部側へ向かうガス吐出孔４８の列が７つ形成されている。上記のように複数の列のガス吐出孔４８を設けるのは、ガス吐出孔４８の列を一つのみ設けるよりも、ウエハＷがガスシャワーヘッド４１の下方を通過する際に、ＢＴＢＡＳガスと当該ウエハＷとが接触する時間を長くするためである。つまり、回転テーブル２の１回転毎のＢＴＢＡＳガスのウエハＷへの吸着効率を高めて、成膜速度を大きくすることを目的としている。

ところで、本発明者らが当該ガスシャワーヘッド４１の前記列数を変更してウエハＷへの成膜状況を調べる試験を行ったところ、１〜４列ではＢＴＢＡＳガスがウエハＷに十分に吸着されていなかった。しかし、列数を増やすほど反応ガスのウエハＷへの吸着効率を高くできることが当該試験により確認された。従って列数としては５以上にすることが有効である。ただし、ガスシャワーヘッド４１へのＢＴＢＡＳガスの供給量が一定である場合、列数が多すぎると各列から十分な流量でＢＴＢＡＳガスを吐出することができなくなってしまい、膜質が劣化するおそれがある。ガスシャワーヘッド４１へのＢＴＢＡＳガスの供給量を増やすことは、装置の運用コストの増加を招いたり、装置の設計変更を要するため不利である。このように膜質の劣化を抑える観点及び前記試験の結果とから、前記列数としては１２以下にすることが有効であると考えられる。

図４に戻って説明を続ける。下側部材４３には扁平なガス拡散空間４９が設けられており、前記ガス吐出孔４８の上部は当該ガス拡散空間４９に連通する。ガス拡散空間４９の上部には、ガス供給路５４の下流端が接続されている。ガス供給路５４の上流端は、前記支持部４６を上方に向かって貫くように形成され、真空容器１１の外部に設けられるＢＴＢＡＳガスの供給源５５に接続されている。

下側部材４３の下端から、回転テーブル２の回転方向上流側、回転方向下流側に夫々突き出るように整流板５６、５７が設けられており、これら整流板５６、５７は、平面視、前記回転中心側から外側に向かって広がる扇状に形成されている。整流板５６、５７は、ガス吐出孔４８からウエハＷへ吐出されたＢＴＢＡＳガスが、ガスシャワーヘッド４１の外側上方へと浮き上がるように拡散することを抑え、ガスシャワーヘッド４１の下方のＢＴＢＡＳガスの濃度の低下を防ぐ役割を有する。前記対向面４７の下方及び整流板５６、５７の下方を、ＢＴＢＡＳガスが供給されてウエハＷに処理が行われる第１の処理領域Ｐ１とする。
整流板５６、５７は対向面４７と共に、回転テーブル２によって公転するウエハＷの通過領域に対向する対向部として構成される。

また、上側部材４４の上面と真空容器１１の天板１２により形成される天井面との間には、ガスの通流空間２９が形成されている。この通流空間２９について説明するために、図７も参照する。図７においては、成膜処理時における第１のガスシャワーヘッド４１の周囲のガスの流れを、矢印で示している。分離ガスノズル３１から吐出された分離ガスは、回転テーブル２の回転方向上流側から第１のガスシャワーヘッド４１に向かう。分離ガスノズル３２から吐出された分離ガスは、回転テーブル２の回転方向下流側から第１のガスシャワーヘッド４１に向かう。

このように回転方向上流側、回転方向下流側から各々流れる分離ガスは、第１の反応ガスが吐出されて圧力が高い第１の処理領域Ｐ１よりも、圧力が低い通流空間２９へ流れやすい。そして通流空間２９に流入した分離ガスは、当該通流空間２９から回転テーブル２の外側へ向けて流れて、排気口２５から排気される。即ち、通流空間２９が設けられることで、第１の処理領域Ｐ１への分離ガスの流入が抑えられる。それによって、当該第１の処理領域Ｐ１のＢＴＢＡＳガスの濃度の低下が抑えられ、ＢＴＢＡＳガスのウエハＷへの吸着効率の低下をより確実に抑えることができる。前記整流板５６、５７は、前記回転方向上流側、回転方向下流側から当該ガスシャワーヘッド４１へ向けて各々流れる分離ガスを、当該整流板５６、５７の上方へ乗り上げさせ、通流空間２９にガイドする役割も有している。即ち、整流板５６、５７により、前記吸着効率の低下をより確実に抑えることができる。ただし、整流板５６、５７を設けずにガスシャワーヘッド４１を構成してもよい。

ところで、成膜を行うために、ヒーター３７により回転テーブル２の一面側の温度が６００℃以上に加熱される。このように加熱された回転テーブル２からの輻射熱を受けて、第１のガスシャワーヘッド４１の表面が加熱される。ＢＴＢＡＳガスは、吐出時に第１のガスシャワーヘッド４１の前記対向面４７及び整流板５６、５７の下面に接触するが、これら対向面４７及び整流板５６、５７の下面の温度が高くなりすぎると、背景技術の項目で述べたようにＢＴＢＡＳガスが当該箇所で分解し、ウエハＷに成膜が行えなくなってしまう。そこで、成膜処理時においてこのような分解が起こらないように、前記冷媒供給機構５３は配管４５に所定の温度に調整した冷媒を供給する。より詳しくは、成膜処理時において、対向面４７及び整流板５６、５７の下面のうち、最も高温である箇所の温度が、第１の処理ガスであるＢＴＢＡＳガスの熱分解温度よりも低い温度になるように冷媒が供給される。整流板５６、５７を設けない場合は、対向面４７の面内で最も高温である箇所の温度が、前記ＢＴＢＡＳガスの熱分解温度よりも低い温度になるように冷媒が供給される。

このような冷媒による冷却を行うために、ガスシャワーヘッド４１の本体部４０、配管４５、支持部４６及び整流板５６、５７は、伝熱性の高い材質により構成されている。前記伝熱性の高い材質とは例えば金属であり、具体的には例えばアルミニウムにより構成される。

また、この成膜装置１では成膜処理後、上記のように前記クリーニングガスによるクリーニング処理が行われる。このクリーニング処理時においてガスシャワーヘッド４１の表面温度が高いと、当該クリーニングガスが前記アルミニウムであるガスシャワーヘッド４１の表面をエッチングし、パーティクルが発生してしまう。当該パーティクルが発生すると、クリーニング処理中に真空容器１１内に残留し、成膜処理時にウエハＷに付着してしまうおそれがある。それを防ぐためにクリーニング処理時においては、ガスシャワーヘッド４１の表面でクリーニングガスに接触する箇所のうち、最も高い箇所の温度が７０℃以下になるように配管４５に冷媒を供給する。前記クリーニングガスに接触する箇所は、真空容器１１内の空間に面する箇所であり、具体的には前記本体部４０及び整流板５６、５７の表面と、支持部４６においてリング部材５２よりも下方の表面とである。

このようにクリーニング処理において温度制御が必要な箇所は、成膜処理時において温度制御が必要な前記対向面４７及び整流板５６、５７の下面も含む。この成膜装置１の運用例では、成膜処理とクリーニング処理との切り替えを速やかに行うために、成膜処理時においても前記対向面４７及び整流板５６、５７の下面が７０℃以下になるように前記冷媒により温度調整される。

前記第２のガスシャワーヘッド４２についても説明しておく。当該第２のガスシャワーヘッド４２は、ガス供給源としてＯ_３ガスの供給源５８を備えている。このＯ_３ガスが供給される前記対向面４７及び整流板５６、５７の下方領域を、各図で第２の処理領域Ｐ２として示している。

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１０が設けられている。この制御部１０には、後述のように成膜処理及びクリーニング処理を実行するプログラムが格納されている。前記プログラムは、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。

具体的には、ガス供給源５５、５８からガスシャワーヘッド４１、４２への反応ガスの給断、図示しないガス供給源から分離ガスノズル３１、３２、中心部領域ＣなどへのＮ₂ガスの給断、回転駆動機構１５による回転テーブル２の回転速度の調整などの各動作が前記プログラムにより制御される。また、ヒーター３７への電力の給断、排気量調整機構２７による各排気口２５、２５からの排気量の調整、冷媒供給機構５３による冷媒の供給量の調整及び当該冷媒の温度調整などの各動作についても前記プログラムにより制御される。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１０内にインストールされる。

上記の成膜装置１によるウエハＷへの成膜処理、及びクリーニング処理について説明する。ヒーター３７により回転テーブル２の一面側（上面側）が６００℃以上、例えば７２０℃になるように加熱される。その一方で、冷媒供給機構５３及び配管４５からなる循環路を冷媒が循環し、真空容器１１内における第１のガスシャワーヘッド４１、第２のガスシャワーヘッド４２の表面温度が例えば７０℃以下になるように温度調整される。詳しくは、ガスシャワーヘッド４１、４２を構成する本体部４０、整流板５６、５７及び支持部４６の表面が７０℃以下に温度調整される。

このような状態でゲートバルブ１７が開放され、ウエハＷを保持したウエハ搬送機構１８が搬送口１６から真空容器１１内に進入すると、搬送口１６に臨む位置における凹部２１の貫通孔２２から回転テーブル２上に不図示の昇降ピンが突出してウエハＷを突き上げ、凹部２１とウエハ搬送機構１８との間でウエハＷが受け渡される。凹部２１に載置されたウエハＷは、回転テーブル２からの伝熱により７２０℃に加熱される。回転テーブル２の間欠的な回転と、上記の昇降ピン及び搬送機構１８の動作とにより、他の凹部２１にも順次ウエハＷが搬送され、すべての凹部２１内にウエハＷが載置されると、ゲートバルブ１７が閉じられ、回転テーブル２が連続的に回転する。

分離ガスノズル３１、３２から所定の流量で、分離ガスであるＮ₂ガスが吐出される。また、中心部領域Ｃにも所定の流量のパージガスであるＮ₂ガスが供給され、当該パージガスは中心部領域Ｃから回転テーブル２の周縁部に向けて広がるように吐出される。このようにＮ₂ガスが吐出されることに並行して、第１のガスシャワーヘッド４１、第２のガスシャワーヘッド４２からはＢＴＢＡＳガス、Ｏ₃ガスが夫々吐出され、成膜処理が開始される。このように各ガスが吐出されることに並行して、排気口２５から排気されることにより、真空容器１１内は、例えば１Ｐａ〜１０００Ｐａの真空雰囲気となる。

ウエハＷは第１のガスシャワーヘッド４１の下方の第１の処理領域Ｐ１と第２のガスシャワーヘッド４２の下方の第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過し、ウエハＷにＢＴＢＡＳガスが吸着して、当該ウエハＷ表面で熱分解が起きる。次いでＯ_３ガスが吸着して前記分解物が酸化されて酸化シリコンの分子層が１層あるいは複数層形成される。こうして酸化シリコンの分子層が順次積層され、酸化シリコン膜が形成されると共にその膜厚が次第に大きくなる。

図８では矢印で真空容器１１内のガスの流れを示している。分離ガスノズル３１、３２から前記分離領域Ｄに供給されたＮ₂ガスが、当該分離領域Ｄを周方向に広がり、回転テーブル２上でＢＴＢＡＳガスとＯ₃ガスとが混合されることを防ぐ。また、中心部領域Ｃに供給され、回転テーブル２の径方向外側に向けて吐出されるＮ₂ガスにより、当該中心部領域ＣでのＢＴＢＡＳガスとＯ₃ガスとの混合が防がれる。さらに、図示は省略しているがヒーター収納空間３６及び回転テーブル２の裏面側にもＮ₂ガスが供給され、反応ガスがパージされる。既述の図７は、このように各ガスが真空容器１１内に供給されたときの当該真空容器１１の縦断側面を示したものである。

前記第１のガスシャワーヘッド４１の表面は、前記真空雰囲気下において、ＢＴＢＡＳガスの熱分解温度よりも低い温度である７０℃以下の温度に調整されているので、吐出されたＢＴＢＡＳガスは前記対向面４７及び整流板５６、５７の下面において熱により分解されずにウエハＷに供給される。上記のように７列に開口した第１のガスシャワーヘッド４１のガス吐出孔４８により、ＢＴＢＡＳガスは回転テーブル２上において比較的広い領域に供給されるため、ウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過する間、ＢＴＢＡＳガスとウエハＷとの接触時間は長く、前記ＢＴＢＡＳガスの分解物の吸着は効率良く進行する。また、第２のガスシャワーヘッド４２も、第１のガスシャワーヘッド４１と同様に比較的広い領域にＯ₃ガスを供給するため、前記分解物の酸化も効率良く進行し、シリコン酸化膜の成長が速やかに進行する。そして、この成長中に７２０℃で加熱されることで、当該シリコン酸化膜はアニールされ、分子配列の乱れが解消される。

所定の回数、回転テーブル２が回転して所定の膜厚のシリコン酸化膜が形成されると、各ガスの供給及び回転テーブル２の回転が停止し、成膜処理が終了する。成膜処理が終了しても、回転テーブル２の表面は例えば７２０℃以上に維持されると共に、真空容器１１内の各ガスシャワーヘッド４１、４２の表面が７０℃以下に維持される。ゲートバルブ１７が開放され、回転テーブル２の間欠的な回転と昇降ピンの昇降動作とにより、ウエハＷが順次搬送機構１８に受け渡されて真空容器１１の外に搬出される。全てのウエハＷが搬出されると、ゲートバルブ１７が閉じられる。

然る後、回転テーブル２が再度連続的に回転し、クリーニングガスノズル３９からクリーニングガスが供給されてクリーニング処理が開始される。真空容器１１内の圧力は例えば１Ｐａ〜１０００Ｐａとなる。図９は、図８と同じく、真空容器１１内のガスの流れを矢印で示している。回転テーブル２に供給されたクリーニングガスは、回転テーブル２に成膜された酸化シリコンを分解し、この分解物と共に排気口２５へと吸引され、第１のガスシャワーヘッド４１の下面側及び上面側を通過する。上記のように第１のガスシャワーヘッド４１の表面は冷却されているので、クリーニングガスは、第１のガスシャワーヘッド４１をエッチングせずに前記分解物と共に排気口２５へ流入し、除去される。所定の回数、回転テーブル２が回転したら、クリーニングガスの供給が停止すると共に、回転テーブル２の回転が停止して、クリーニング処理が終了する。

クリーニング処理終了後は、ウエハＷが真空容器１１内に搬送され、上記の成膜処理が再度行われる。クリーニング処理中においても回転テーブル２の表面温度は７２０℃以上に維持されているので、真空容器１１に搬送され、凹部２１内に載置されたウエハＷは速やかに加熱される。従って、全ての凹部２１にウエハＷを載置し終えてから、全てのウエハＷが加熱されて設定温度になるまでに要する時間が短くて済む。従って、速やかに再度の成膜処理を開始することができるため、スループットの向上を図ることができる。ところで上記の説明では、成膜処理を１回行った後にクリーニング処理を行い、その後に再度成膜処理を行うように装置を運用する例を示したが、成膜処理を複数回行った後に、クリーニング処理を１回行い、然る後、再度成膜処理を複数回行うように装置を運用してもよい。

この成膜装置１によれば、ＢＴＢＡＳガスを供給する第１のガスシャワーヘッド４１が設けられ、当該第１のガスシャワーヘッド４１の表面は冷媒供給機構５３から供給される冷媒によって冷却される。このような構成によって、比較的広い領域にＢＴＢＡＳガスを供給することができるため、回転テーブル２が１回転する間におけるウエハＷとＢＴＢＡＳガスとの接触時間が長くなる。従って、ウエハＷにおける酸化シリコン膜の成膜速度を向上させることができる。また、吐出されたＢＴＢＡＳガスが分解することを抑えながら、ウエハＷを比較的高い温度に加熱することができるので、前記シリコン酸化膜の膜質を向上させることができる。

上記の例では、成膜処理時及びクリーニング処理時共に、真空容器１１内の第１のガスシャワーヘッド４１の表面が７０℃以下になるように温度調整しているが、上記のように成膜処理時においてはＢＴＢＡＳガスが分解しない温度であればよく、従って７０℃より高い温度に調整されてもよい。そこで、成膜処理時においては、前記表面温度がクリーニング処理時よりも高くなるように冷媒供給機構５３の動作を制御してもよい。具体的には、成膜処理時にはクリーニング処理時に比べて、第１のガスシャワーヘッド４１に供給する冷媒の温度を高くするか、冷媒の流量を低下させるようにして、上記のように成膜処理時とクリーニング処理時とで、前記表面温度が変更されるように制御してもよい。このように制御することで、装置の運用コストの低下を図ることができる。

また、クリーニング処理を行うためには、この回転テーブル２の温度は６００℃よりも低い温度であってもよい。そこで、クリーニング処理時には成膜処理時に比べてヒーター３７の出力を低下させることで、当該クリーニング時における第１のガスシャワーヘッド４１の表面温度が上記のように７０℃以下になるように制御してもよい。

ところで、上記の例では、ＢＴＢＡＳガス同様、比較的広い領域にＯ_３ガスを供給するため、Ｏ_３ガスについてもガスシャワーヘッドにより供給しているが、当該Ｏ_３ガスはＢＴＢＡＳガスよりも熱分解する温度が高いので、分離ガスノズル３１、３２と同様のガスノズルにより真空容器１１内へ供給するようにしてもよい。

第１のガスシャワーヘッド４１の対向面４７におけるガス吐出孔４８のレイアウトとしては、上記の例に限られない。図１０に示す例では、１つの列において回転テーブル２の回転中心部側と周縁部側とで、隣接するガス吐出孔４８の間隔が異なる。具体的に説明すると、回転テーブル２の回転中心部側では、１つの列において隣接するガス吐出孔４８の間隔は比較的広い。そして、回転テーブル２の周縁部側では、１つの列において隣接するガス吐出孔４８の間隔は比較的狭い。回転テーブル２の周縁部側に向かうほど、当該回転テーブル２の周の長さは大きくなるので、このようにガス吐出孔４８を形成して、前記回転中心部側に比べて、周縁部側におけるガスの吐出量が大きくなるようにしている。このようにガス吐出孔４８を形成することで、ウエハＷの面内における酸化シリコン膜の膜厚分布の均一性を高くすることができる。なお、図１０の例では、前記回転中心部から回転テーブル２の周縁部側に向かうガス吐出孔４８の列数は６列としており、整流板５６、５７を設けていない。

また、図６、図１０に示した例では、各ガス吐出孔４８の列は互いに平行するように設けられているが、このように構成することには限られない。図１１に示すように、回転テーブル２の周縁部側に向かうほど、隣の列との間隔が長くなるように各列を形成してもよい。また、各列は直線状に形成することに限られず、図１２に示すように曲線状に形成してもよい。上記の各ガス吐出孔４８のレイアウトは、互いに組み合わせることができる。

第１の処理ガス（原料ガス）としては、Ｓｉ（シリコン）系ガスであるＢＴＢＡＳガスの他に、Ｈｆ（ハフニウム）系ガス、Ｓｒ（ストロンチウム）系ガス、Ａｌ（アルミニウム）系ガス、Ｚｒ（ジルコニウム）系ガスなどを用いてもよい。つまり、Ｓｉを主成分とする膜に限られず、これらＨｆ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｚｒを主成分とする膜を形成する場合にも、上記の成膜装置１を適用することができる。

本発明は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により成膜を行う場合にも適用することができる。具体的に、例えばガスシャワーヘッド４１に互いに独立したガス流路を形成し、各ガス流路を通過する２種類のガスが、ガスシャワーヘッド４１内で混合されずに、対向面４７から吐出される構成とする。そして、吐出された２種類のガスがウエハＷの熱により、当該ウエハＷ上で化学反応してウエハＷに成膜されるようにしてもよい。また、ガスシャワーヘッドを装置に一つのみ設け、当該ガスシャワーヘッドから１種類のガスのみをウエハＷに吐出し、当該ガスによってＣＶＤによる成膜が行われる装置構成としてもよい。

各ガスシャワーヘッド４１、４２について、上記の例では真空容器１１の上方へと支持部４６が伸びるように構成され、これらガスシャワーヘッド４１、４２の本体部４０へ上方からガスを供給しているが、このような構成にすることには限られない。例えば、本体部４０から真空容器１１の側壁を貫くように支持部４６が伸びるように構成し、本体部４０へ向けて側方からガスを供給するようにしてもよい。ただし、支持部４６が上方へ伸びるように構成することにより、真空容器１１の側方において、当該支持部４６が突出するスペースを確保することが不要になる。さらに、真空容器１１の上方にて冷媒の配管４５を引き回すことができるため、真空容器１１の側方において当該配管４５を引き回すためのスペースが不要になる。従って、装置の占有床面積を抑えることができるという効果を得ることができる。

Ｗウエハ
Ｄ分離領域
Ｐ１、Ｐ２処理領域
１成膜装置
１１真空容器
２回転テーブル
２１凹部
２９通流空間
３１、３２分離ガスノズル
４１、４２ガスシャワーヘッド
４７対向面
４８ガス吐出孔

Claims

処理ガスを基板に供給して薄膜を得る成膜装置であって、
真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記基板に熱分解温度が１気圧下で５２０℃以上である処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記基板を６００℃以上に加熱して成膜処理するために、前記回転テーブルを加熱する加熱部と、を備え、
前記処理ガス供給部は、
前記回転テーブルに載置された基板の通過領域に対向して設けられた複数の処理ガスの吐出孔を有するガスシャワーヘッドと、前記成膜処理時に、前記ガスシャワーヘッドにおける前記基板の通過領域に対向する対向部を、前記処理ガスの熱分解温度より低い温度に冷却するための冷却機構と、を備えることを特徴とする成膜装置。
前記回転テーブルの回転方向に互いに離れて設けられ、基板に原料を吸着させるための原料ガスである第１の処理ガス及び前記原料と反応して反応生成物を生成する第２の処理ガスを夫々基板に供給してガス処理を行うための第１の処理ガス供給部及び第２の処理ガス供給部と、
成膜処理を行うときの前記回転テーブルの回転方向において、前記第１の処理ガス供給部と第２の処理ガス供給部との間に、各処理ガスを分離するための分離ガスが供給される分離領域と、を備え、
前記ガスシャワーヘッドを含む処理ガス供給部は、第１の処理ガス供給部に相当することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
前記回転テーブルの一面側へフッ素系ガスであるクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部が設けられ、
前記クリーニングガスの供給時において、前記ガスシャワーヘッドの対向部を７０℃以下に冷却することを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
前記クリーニングガス供給時に、前記回転テーブルの一面側の表面は、前記加熱部により６００℃以上に加熱されることを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
前記成膜処理時において、前記冷却機構は前記ガスシャワーヘッドの前記対向部を７０℃以下に冷却することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記ガス吐出孔は、
前記回転テーブルの中心側から周縁側へ向かう列を形成し、
当該ガス吐出孔の列が６〜１２個設けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記冷却機構は、前記ガスシャワーヘッドに設けられた冷媒の流路を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記処理ガスは、基板にシリコンを主成分とする膜を成膜するために当該シリコンを含むガスであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の成膜装置。