JP2018062703A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハに互いに反応する原料ガス及び反応ガスを順番に供給してウエハの表面に反応生成物を積層するにあたり、生産性が高く、同心円状の膜厚分布で成膜すること。【解決手段】処理容器１０内にウエハＷａ、Ｗｂを夫々鉛直軸周りに回転する載置台２を２台並べて設け、各載置台２に載置されたウエハＷａ、Ｗｂの中心部から周縁部に亘って３ＤＭＡＳガス及びＯ３ガスを各々供給する３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ３ガス供給部３０Ｂを載置台２に載置されたウエハＷａ、Ｗｂを結ぶ直線の中点に軸部３１を位置させて旋回し、軸部３１から互いに逆方向に伸びるように構成したガス供給ユニット３を設けている。また３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ３ガス供給部３０Ｂにおけるガス吐出口３３の周囲に排気口３８を設け、排気口３８の周囲に分離ガスの気流のカーテンを形成する分離ガス吐出口４１を設けている。【選択図】図２

Description

本発明は、互いに反応する処理ガスを順番に供給して基板の表面に反応生成物を積層する成膜装置及び成膜方法に関する。

基板である例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）に対して成膜処理を行う手法として、互いに反応する原料ガス及び反応ガスをウエハに対して交互に供給して反応生成物を堆積させるいわゆるＡＬＤ法が知られている。

ＡＬＤ法を実施する装置としては、例えば特許文献１に示すように、処理容器内に設けた載置台上にウエハを載置し、処理容器内に設けられたガス供給部から、ウエハに向けて原料ガスと反応ガスと交互に供給して成膜する成膜装置が知られている。このような成膜装置においては、処理容器内で原料ガスと反応ガスとが混合されて反応すること防ぐために原料ガスと反応ガスとの間に置換ガスを供給して、原料ガスと反応ガスとの混合を抑制する必要がある。そのためウエハの処理に時間がかかる問題がある。

また例えば特許文献２には、複数枚のウエハを周方向に並べて公転させるための回転テーブルを真空容器内に設けると共に回転テーブルの径方向に伸びるように水平にガスノズルを設けた構成が記載されている、この装置では、回転テーブルを回転させながらガスノズルのガス吐出孔から下方にガスを吐出することにより原料ガス及び反応ガスの各々をウエハの全面に供給している。また原料ガスを供給する領域と、反応ガスを供給する領域との間に分離ガスを供給して、原料ガスと反応ガスとが混合されないようにしている。

ところでウエハの成膜処理においては、後工程におけるエッチング処理において、例えばエッチング処理の速度を同心円状に調整して行うことがあり、このため膜厚分布が同心円状となる成膜処理が求められることがある。ウエハを自転させることで同心円状に成膜することができるが、ウエハ公転させる回転テーブルにウエハの自転機構を組み合わせると装置が複雑化する問題があった。

またウエハを回転テーブルにより公転させて成膜するため、ウエハにおける回転テーブルの中心寄りの部位と回転テーブルの周縁寄りの部位とで膜厚が異なってしまう。そのため例えば原料ガス及び反応ガスを供給するガス吐出口の配置及び大きさに調整し、回転テーブルの径方向における処理ガスの供給量の分布を調整することにより膜厚を調整している。しかしながらウエハに膜を成膜するプロセス条件が異なる場合には、新たに処理ガスの供給量の分布を調整する必要がある。またガスの噴き出しエリアを分割し、各エリアごとに流量制御を行い処理ガスの供給量の分布を調整手法も行われているが、隣り合うエリアのガスの流れと干渉してしまい厳密な処理ガスの供給量の分布を調整が難しい問題がある。

特開２０１４−９８２０２号公報 特開２０１０−２３９１０３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、その目的は、基板に互いに反応する原料ガス及び反応ガスを順番に供給して基板の表面に反応生成物を積層するにあたり、生産性が高く、同心円状の膜厚分布で成膜する技術を提供することにある。

本発明の成膜装置は、処理容器内にて、基板に対して処理ガスである原料ガス及び原料ガスと反応する反応ガスを交互に複数回供給することにより薄膜を成膜する装置において、
前記処理容器内に設けられ、基板を載置するために互いに水平方向に並べて配置された第１の載置台及び第２の載置台と、
前記第１の載置台及び第２の載置台の各々を鉛直軸周りに回転させるための回転機構と、
前記第１の載置台及び第２の載置台の各回転中心を結ぶ直線の中点に位置する旋回軸により旋回自在に設けられ、旋回方向に沿って配置されたガス供給部である原料ガス供給部及び反応ガス供給部と、
前記処理容器内を真空排気するための排気機構と、
前記第１の載置台上の基板及び第２の載置台上の基板に前記原料ガス供給部及び反応ガス供給部が交互に位置するように旋回軸の動作を制御するための制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記ガス供給部は、前記旋回軸を通る直線上にて互いに旋回軸に対して対称に位置するガス供給部の組を形成するように配置され、
前記原料ガス供給部及び反応ガス供給部の各々は、前記基板の中心部を含む領域に処理ガスを吐出する処理ガス吐出部と、前記処理ガス吐出部を囲ように設けられた排気口と、前記排気口を囲むように設けられ、分離ガスを吐出する分離ガス吐出部と、を備え、前記処理ガス及び分離ガスが前記排気口に排気されるように構成されたことを特徴とする。

本発明の成膜方法は、処理容器内にて、基板に対して処理ガスである原料ガス及び原料ガスと反応する反応ガスを交互に複数回供給することにより薄膜を成膜する装置において、
上述の成膜装置を用い、
第１の載置台及び第２の載置台に基板を載置する工程と、
前記処理容器内を排気機構により排気する工程と、
前記第１の載置台及び前記第２の載置台の上方にガス供給部を位置させ、第１の載置台及び第２の載置台を回転させた状態で、基板に向けて処理ガスを供給する第１のガス供給工程と、
前記第１の載置台及び前記第２の載置台の上方に、第１のガス供給工程において供給した処理ガスとは異なる処理ガスを供給するガス供給部を位置させ、第１の載置台及び第２の載置台を回転させた状態で、基板に向けて処理ガスを供給する第２のガス供給工程と、を含み、
第１のガス供給工程と、第２のガス供給工程とを複数回繰り返すことを特徴とする。

本発明は、処理容器内に基板を夫々鉛直軸周りに回転する第１の載置台及び第２の載置台を並べて設け、各ガス供給部からガスを供給しながら基板を回転することで基板の表面全体にガスを供給するため基板に同心円状の膜を成膜することができる。また各ガス吐出口の周囲から排気を行い、更にその周囲に分離ガスの気流カーテンを形成した原料ガス供給部及び反応ガス供給部を各載置台に載置された基板の上方に順番に位置させて成膜成膜するため、原料ガスの供給と反応ガスの供給との間にガスの置換を行う必要がない。さらに両載置台の回転中心を結ぶ直線の中点に位置する旋回軸を通る直線上にて互いに旋回軸に対して対称に位置するガス供給部の組（例えば原料ガス供給部と反応ガスとの組、あるいは原料ガス供給部同士の組及び反応ガス供給部同士の組）を設けている。そのため第１の載置部に載置された基板及び第２の載置部に載置された基板にガスを供給するタイミングを重ねることができる。従って基板の処理時間が短くなり、生産性が高くなる。

本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面図である。 前記成膜装置の平面図である。 ガス供給ユニットを示す平面図である。 ガス供給ユニットを示す断面図である。 本発明の成膜装置を示す作用図である。 本発明の成膜装置を示す作用図である。 本発明の成膜装置を示す作用図である。 本発明の成膜装置を示す作用図である。 本発明の成膜装置を示す作用図である。 本発明の成膜装置を示す作用図である。 本発明の成膜装置の他の例を示す断面図である。 本発明の成膜装置の他の例の作用を示す説明図である。 ガス供給部の他の例を示す平面図である。 前記ガス供給部を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。 前記ガス供給部を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。 ガス供給ユニットの他の例を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。 ガス供給ユニットの他の例を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。 ガス供給ユニットの他の例を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。 ガス供給ユニットの他の例を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。 ガス供給ユニットの他の例を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。 ガス供給ユニットの他の例を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。 ガス供給ユニットの他の例を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。 ガス供給ユニットの他の例を備えた成膜装置の作用を示す説明図である。

本発明の実施の形態に係る成膜装置について説明する。図１、図２に示すように成膜装置は、容器本体１２及び天板部１１により構成される横断面が六角形の処理容器１０を備えている。処理容器１０の内部には、被処理体である直径３００ｍｍウエハＷよりも直径の大きな円板状の載置台２Ａ、２Ｂが処理容器１０の長さ方向に並べて配置されている。載置台２Ａ、２Ｂは、第１の載置台及び第２の載置台に相当する。載置台２Ａ、２Ｂの上面には、ウエハＷを収容可能な円形の凹部２０が形成されている。なおこの凹部２０には、ウエハＷを固定するための不図示の静電チャックが設けられていてもよい。

載置台２Ａ、２Ｂの下面側中央部には、上下方向に伸びる回転軸２１が設けられている。回転軸２１は容器本体１２の底板を貫通し、その下端部には、当該鉛直軸回りに載置台２Ａ、２Ｂを回転させると共に外部のウエハ搬送機構との間でウエハＷの受け渡しを行う受け渡し位置と、ウエハＷの成膜処理が行われる成膜位置との間で載置台２Ａ、２Ｂを昇降させる駆動部２２が設けられている。図１中の１７は軸受部である。なお載置台２Ａ、２Ｂを昇降させることに代えて載置台２Ａ、２Ｂを貫通する、例えば３本の昇降ピンを設け、これら昇降ピンによりウエハＷを昇降させてウエハＷの受け渡しを行うようにしてもよい。図２に示すように処理容器１０の壁部における載置台２Ａ、２Ｂに臨む領域には、各載置台２Ａ、２Ｂに対応する位置にウエハＷを搬入出するための搬入出口１３Ａ、１３Ｂが形成され、各搬入出口１３Ａ、１３Ｂは夫々ゲートバルブ１４Ａ、１４Ｂにより開閉されるように構成されている。

処理容器１０の内部には。各載置台２Ａ、２Ｂに載置されたウエハＷに原料ガスである３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）及び反応ガスであるＯ_３（オゾン）を供給するガス供給ユニット３が設けられている。ガス供給ユニット３は、図１、図２に示すように載置部２Ａ、２Ｂに載置されたウエハＷの中心部（載置台２Ａ、２Ｂの回転中心部）を結ぶ直線の中点を旋回中心とする軸部３１を備え、軸部３１の頂部には、互いに逆方向に水平に伸びる３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂが夫々支持部３１０Ａ、３１０Ｂを介して設けられている。また軸部３１は、容器本体１２の底板を貫通し、処理容器１０の下方にて回転機構３２が設けられている。図１中１８は、軸受部である。

３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂは、吐出するガスが３ＤＭＡＳガスであるかＯ_３ガスであるかを除いて同様に構成され、ここでは３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａを例に説明する。図３、図４に示すように３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａは、載置台２Ａ、２Ｂ上のウエハＷに向けて３ＤＭＡＳガスを供給するための３ＤＭＡＳガス吐出口３３と、３ＤＭＡＳガス吐出口３３の周囲に設けられたスリット状の排気口３８と、排気口３８の更に周囲に設けられた、例えばＮ_２ガス（窒素ガス）などの分離ガスを吐出する分離ガス供給口４１と、を備えている。なお図３においては、記載が煩雑になることを避けるため３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂにおける分離ガス供給口４１の周囲のガス供給ユニット３の下面の部分を黒塗で示している。

３ＤＭＡＳガス吐出口３３は、例えば３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａの長さ方向に等間隔に形成され、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａの内部に形成された拡散室３４に連通されている。拡散室３４には、３ＤＭＡＳガス供給路３５の一端が接続され、３ＤＭＡＳガス供給路３５の他端は、軸部３１の下端に引き回され、３ＤＭＡＳガス供給管３６の一端に連通している。３ＤＭＡＳガス供給管３６の他端側は、バルブＶ３６、流量調整部Ｍ３６を介して３ＤＭＡＳガス供給源３７に接続されている。

排気口３８は、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａの内部に形成された排気路３９に接続されており、図４に示すように３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａの下面側に供給された３ＤＭＡＳガスや分離ガスは、この排気口３８を介して排気流路３９に流れ込む。さらに排気流路３９は軸部３１の下端側に引き回されて排気管４０に連通し、この排気管４０の下流側に接続された排気部４５によって排気される。

分離ガス吐出口４１は、図４に示す分離ガス流路４２の一端が接続され、分離ガス流路４２の他端は、軸部３１の下端に引き回され、分離ガス供給管４３の一端に連通している。分離ガス供給管４３の他端側には、バルブＶ４３、流量調整部Ｍ４３を介して分離ガス供給源４４に接続されている。
従って３ＤＭＡＳガス及び分離ガスを吐出しながら排気口３８から排気を行うと、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａに分離ガスの気流のカーテンにより囲まれた領域が形成され、３ＤＭＡＳガスが吐出される領域と、分離ガス吐出口４１よりも外側の領域とが区画される。そして分離ガスの気流のカーテンで囲まれた領域に供給された３ＤＭＡＳガスは、分離ガスと共に排気口３８により排気される。

図１に戻って各載置台２Ａ、２Ｂと処理容器１０の底面部との間の空間には、載置台２Ａ、２Ｂに載置されたウエハＷを加熱する加熱部５が設けられている。図１中５０は加熱部５の側方側に設けられたカバー部材、５１はこの加熱部７の上方側を覆う石英製の覆い部材である。また処理容器１０の周壁には、処理容器１０内に例えばＮ_２ガスなどのパージガスを供給するパージガス供給部１５が設けられている。また処理容器１０の周壁におけるパージガス供給部１５の下方には、排気口１６が開口しており、排気口１６に接続された真空排気機構１９により処理容器１０内の雰囲気が排気されるように構成されている。

図１に示すように成膜装置には、コンピュータからなる制御部９０が設けられている。制御部９０にはプログラムが格納され、このプログラムには、後述の成膜処理が実行されるようにステップ群が組まれている。具体的には、載置台２Ａ、２Ｂの回転数、ガス供給ユニット３の旋回及び各ガス供給部における各ガスの流量及び給断等を含む成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、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によりインストールされる。

上述の実施の形態に係る成膜装置の作用について説明する。搬入出口１３Ａ側に臨む載置台２Ａに載置されたウエハＷをウエハＷａとし、搬入出口１３Ｂに臨む載置台２Ｂに載置されたウエハＷをウエハＷｂとする。また図５〜図１０、図１６〜図２３においては、３ＤＭＡＳガスを供給するガス供給部及び３ＤＭＡＳガスが吹き付けられているウエハＷを斜線で示しており、Ｏ_３ガスを供給するガス供給部及びＯ_３ガスが吹き付けられているウエハＷをドットで示している。
まず図５に示すようにガス供給ユニット３を搬入出口１３Ａ、１３Ｂ側から見て（図５では、手前側から見て）、手前側に３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ、奥側にＯ_３ガス供給部３０Ｂが並ぶ位置に待機させている。以下手前側に３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ、奥側にＯ_３ガス供給部３０Ｂが並ぶ位置をガス供給ユニット３の待機位置とする。次いで載置台２Ａ、２Ｂの高さ位置を受け渡し位置に設定し、ゲートバルブ１４Ａ、１４Ｂを開き、外部のウエハ搬送機構により、搬入口１３Ａ、１３Ｂを介して各載置台２Ａ、２ＢにウエハＷａ及びＷｂを順次受け渡す。さらに各載置台２Ａ、２Ｂの高さ位置を成膜位置に設定する。

続いてゲートバルブ１４Ａ、１４Ｂを閉じ、処理容器１０内にパージガスを供給すると共に真空排気機構１９により排気を行い処理容器１０内の圧力を１００〜１０００Ｐａに調整する。さらに３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂにおいて分離ガスの供給を開始すると共に、排気口３８から排気を行う。またウエハＷａ、Ｗｂが載置台２Ａ、２Ｂに載置されることにより加熱部５によりプロセス温度である５００〜８００℃に昇温する。

次いで図６に示すようにガス供給ユニット３を上方から見て時計回りに９０°回転させる。これにより３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡがウエハＷａの上方に位置し、Ｏ_３ガス供給部３０ＢがウエハＷｂの上方に位置する。そして３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａから例えば１０〜３００ｓｃｃｍの流量で３ＤＭＡＳガスの供給を開始すると共に、ウエハＷａを１〜５００ｒｐｍの回転数で回転させる。３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａはその中心側の領域から３ＤＭＡＳガスを供給するときに、３ＤＭＡＳガスを供給する領域の周囲から排気を行い、かつ排気口３８の周囲から分離ガスを吐出している。そのため分離ガスのカーテンにより、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａに下方に供給された３ＤＭＡＳガスが、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａに下方領域から外側に流出せず、ウエハＷａに向けて吐出された３ＤＭＡＳガス及び分離ガスは、分離ガス吐出口４１とガス吐出口３３との間に形成さえた排気口３８から排気される。
従ってウエハＷａにおける３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａの下方に位置する領域にのみ３ＤＭＡＳガスが供給され、ウエハＷａ中心から周縁に向かう径方向に沿った領域に３ＤＭＡＳガスが供給されて吸着する。このときウエハＷａは回転しているためウエハＷａの表面全体に３ＤＭＡＳガスが供給されて吸着する。

続いてウエハＷｂを１〜５００ｒｐｍで回転させると共に、ガス供給ユニット３を上方から見て反時計回りに１８０°回転させ、３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡとＯ_３ガス供給部３０Ｂとの位置を入れ替える。これにより図７に示すようにＯ_３ガス供給部３０ＢがウエハＷａの上方に位置すると共に、３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡがウエハＷｂの上方に位置する。そしてＯ_３ガス供給部３０Ｂから５００〜１００００ｓｃｃｍの流量でＯ_３ガスの供給を開始する。
これによりウエハＷａにおいては、Ｏ_３ガス供給部３０Ｂの下方側の、ウエハＷａの径方向に沿った領域にＯ_３ガスが供給されており、ウエハＷａを回転させることにより、ウエハＷａの表面全体にＯ_３ガスが供給される。Ｏ_３ガス供給部３０Ｂは既述のように３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａと同様の構造であり、Ｏ_３ガスが分離ガスと共に排気口３８により排気されると共に、Ｏ_３ガス供給部３０Ｂの下方領域から外部へのＯ_３ガスの流出が分離ガスの気流カーテンにより防止される。
この結果ウエハＷａの表面全体に吸着していた３ＤＭＡＳガスが酸化されてＳｉＯ_２が薄層状に成膜される。またウエハＷｂにおいては、ウエハＷｂの径方向に沿って３ＤＭＡＳガスが供給された状態でウエハＷｂが回転する。これによりウエハＷｂの表面全体に３ＤＭＡＳガスが吸着する。

さらに図８に示すようにウエハＷａ及びＷｂを回転させ、３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスの供給を行った状態でガス供給ユニット３を上方から見て反時計回りに１８０°回転させる。これにより３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡがウエハＷａの上方に位置し、ウエハＷａの表面全体に３ＤＭＡＳガス吸着する。またＯ_３ガス供給部３０ＢがウエハＷｂの上方に位置し、ウエハＷｂの表面全体にＯ_３ガス供給されウエハＷａの表面全体に吸着していた３ＤＭＡＳガスが酸化されてＳｉＯ_２が薄層状に成膜される。

このようにウエハＷａ及びＷｂを回転させ、３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスを供給したままガス供給ユニット３を時計回りに１８０°、反時計回りに１８０°の順番で旋回させ、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａと、Ｏ_３ガス供給部３０Ｂと、の位置を交互に入れ替える。従って、３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡによりウエハＷａの表面全体に３ＤＭＡＳガスを供給すると共にＯ_３ガス供給部３０ＢによりウエハＷｂの表面全体にＯ_３ガスを供給する工程と、Ｏ_３ガス供給部３０ＢによりウエハＷａの表面全体にＯ_３ガスを供給すると共に３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡによりウエハＷｂの表面全体に３ＤＭＡＳガスを供給する工程とが交互に行われる。この２つの工程を複数回、数十から数百回、例えば１５０回繰り返す。この結果各ウエハＷａ、Ｗｂの各々において、ウエハＷａ、Ｗｂの表面に３ＤＭＡＳガスとＯ_３ガスとが順番に交互に複数回供給されて、各ウエハＷａ、ＷｂにＳｉＯ_２膜が成膜されていく。

そしてウエハＷａに最後のＯ_３ガスが供給されＳｉＯ_２膜が所定の膜厚となった時点で、図９に示すように３ＤＭＡＳガスの供給を停止し、ウエハＷａの回転を停止する。この時ウエハＷｂにおいては、３ＤＭＡＳガスが吸着した状態となっている。そのため次いでガス供給ユニット３を上方から見て時計回りに１８０°回動させる。これによりウエハＷｂの表面にＯ_３ガス供給され、ウエハＷｂの表面に吸着した３ＤＭＡＳガスが酸化されてＳｉＯ_２膜になる。

その後図１０に示すようにＯ_３ガスの供給を停止する。また３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂから吐出している分離ガスを停止すると共に３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂの排気を停止する。さらにガス供給ユニット３を上方から見て反時計回りに９０°旋回させ待機位置に戻し、パージガスの供給及び排気を停止する。さらに載置台２Ａ、２Ｂを受け渡し位置に位置させ、ゲートバルブ１４を開き、図示しない外部のウエハ搬送機構によりウエハＷａ、Ｗｂを搬出する。

上述の実施の形態によれば、処理容器１０内にウエハＷａ、Ｗｂを夫々鉛直軸周りに回転する載置台２Ａ、２Ｂを並べて設け、ウエハＷａ、Ｗｂを鉛直軸周りに回転させながら３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスを各々供給するため膜厚分布が同心円状の薄膜を成膜することができる。
また３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスを各々供給する３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂにおけるガス供給口３３の周囲に排気口３８を設け、排気口３８の更に周囲に分離ガス供給口４１を設けている。そのため３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂの下方に供給した３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスが３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂの下方領域の外側に流れ出さない。そして３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂを順番にウエハＷａ、Ｗｂの上方に位置させて３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスを供給することで３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスの間に置換ガスによる置換を行う必要がなくなる。

また３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂを旋回軸である軸部３１に対して対称に配置して旋回させて、載置台２Ａ、２Ｂ上のウエハＷａ、Ｗｂの上方に位置させて３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスを供給するようにしている。そのため載置台２Ａ、２Ｂに載置されたウエハＷａ、Ｗｂに対して同時にガスを供給することができ、ウエハＷａ、Ｗｂに対する処理のプロセスを重ねることができる。そのため既述の置換を行う必要がなく処理時間を短くすることができることと併せて、ウエハＷａ、Ｗｂの生産性を高めることができる。また３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂの回転機構を共通化することができるため装置を小型化することができる。

さらにウエハＷａに３ＤＭＡＳガスを供給した後、ガス供給ユニット３を回転させてＯ_３ガス供給部３０ＢをウエハＷａの上方に位置させる時の回転方向と、ウエハＷａにＯ_３ガスを供給した後、ガス供給ユニット３を回転させて３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡをウエハＷａの上方に位置させる時の回転方向を反対の方向にしている。
そのため３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂからガスを吐出した状態で３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂの位置の入れ替えを行った場合にも処理容器１０の底面において、３ＤＭＡＳガスが吐出される領域にＯ_３ガスが吐出されず、処理容器１０の底面に成膜されることがない。

既述のように３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂから吐出した３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスが３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂの下方領域の外側に流れ出さないこと、及び３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスが処理容器１０内で混合されないことから、処理容器１０の内面に３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスの反応物が付着しにくくなり、メンテナンスの周期が長くなる。なお各ガス供給部から吐出するガスは、原料ガス及び原料ガスと反応する反応ガスと、であればよく例えばシリコン窒化膜を成膜するためのＤＣＳガスを原料ガスとして用い、ＮＨ_３ガスを反応ガスに用いてもよい。

また各ウエハＷａ、Ｗｂに３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスを供給した後、一旦３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスを停止し、ガス供給ユニット３を旋回させ３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂの位置を入れ替た後、３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスを供給するようにしてもよい。
さらにウエハＷａ、Ｗｂの膜の改質を行うためのプラズマ生成部を設けてよい。例えば原料ガスの供給−Ｏ_３ガスの供給を１サイクルとすると、例えば各サイクルで、あるいは所定の膜厚になったサイクルにおいて、プラズマを用いてＳｉＯ_２膜の改質処理を行う。図１１に示すように各載置台２Ａ、２Ｂにおける処理容器１０の中心から遠い領域の上方に、処理容器１内にプラズマを励起するためのプラズマ生成部６を各々設け、パージガス供給部１５からパージガスに代えて、プラズマ生成用ガス、例えばＮＨ_３ガス等を供給するように構成する。これにより高周波電源によりプラズマ生成部６に電力を印加することにより処理容器１０内にプラズマが励起される。

そして処理容器１内にプラズマを励起するにあたっては、図１１、図１２に示すように、ガス供給ユニット３を待機位置に位置させ、ウエハＷａ、Ｗｂを回転させながらプラズマ生成部６によりプラズマＰを生成する。プラズマ生成部６は、例えば電界を遮断するファラデーシールドの上方に金属線からなるアンテナコイルが設けて構成される。そして高周波電源６１からアンテナコイルに高周波電力を入力することにより磁界が発生し、当該磁界がファラデーシールドに形成されたスリットを介して処理容器１０内に到達する。この磁界により処理容器内に誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）が発生する。

ガス供給ユニット３における３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂは、下方に向けて分離ガスを吐出している。そのため３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０の下方のウエハＷａ、ＷｂにはプラズマＰに励起されたガスが進入しない。この時ウエハＷａ、Ｗｂを回転させながらプラズマＰを供給しているため、ウエハＷａ、Ｗｂの中心部以外においては、プラズマＰを供給することができるが、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０ＢがウエハＷａ、Ｗｂの中心部の上方に位置していると、ウエハＷａ、Ｗｂの中心部にプラズマＰが侵入しない。そのためプラズマＰを供給するときにガス供給ユニット３を待機位置に位置させることによりウエハＷａ、Ｗｂの表面全体にプラズマＰを供給することができる。またこの時３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０ＢがウエハＷａ、Ｗｂの中心部の上方に位置していなければよいため、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂを夫々のガスを供給する位置から、例えば３０°回動させた位置に位置させてプラズマ処理を行うようにしてもよい。

さらにガス供給ユニット３を回転させて、ウエハＷ上の処理ガスを供給する位置を変えながらウエハＷを回転させるようにしてもよい。例えば図１に示した３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａに代えて、図１３（ａ）、（ｂ）に示す３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａを設ける。例えば３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａは、下面側から見て、３ＤＭＡＳガスを吐出する吐出孔３３が縦横に等間隔に並べて十字に配列され、吐出孔３３の周囲を囲むように排気孔３８が設けられ、更に排気孔３８の周囲を囲むように分離ガス吐出口４１設けられている。そしてガス供給ユニット３を回転させることにより、３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａを水平方向に搖動（水平方向の円弧軌道に沿って移動）させ、図１４、図１５に示すように３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａから吐出された分離ガスで囲まれた領域、即ちウエハＷ表面における３ＤＭＡＳガスが供給される領域が、ウエハＷの中心を通る円弧状を移動するように構成する。
この場合には、Ｏ_３ガス供給部１３０Ａについても搖動するが、膜厚分布は、３ＤＭＡＳガスの吸着に影響されるので、Ｏ_３ガスの供給領域が揺れても膜厚には影響しない。なお３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａが独自に回動する機構をガス供給ユニット３に組み合わせてもよい。

そして例えば図１４に示すように３ＤＭＡＳガス供給部１３０ＡをウエハＷの中心を含む領域に位置させて３ＤＭＡＳガスを供給しながらウエハＷを回転させたときには、ウエハＷの中心部付近の領域に３ＤＭＡＳガスを吸着させることができる。また図１５に示すように３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａを回動させて、ウエハＷの中心から外れた領域に３ＤＭＡＳガスを供給しながらウエハＷを回転させたときには、ウエハＷの表面におけるウエハＷの中心から外れたリング状の領域に３ＤＭＡＳガスを吸着させることができる。このように３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａを回動させてウエハＷの表面における３ＤＭＡＳガスを供給する位置を変えることにより、ウエハＷの表面における３ＤＭＡＳガスが吸着する位置が変わる。従って、ウエハＷの表面における３ＤＭＡＳガスを供給する位置の各々のガスの供給時間を変えることにより、ウエハＷの表面における３ＤＭＡＳガスが吸着量の分布が変えることができるため、同心円状の膜厚分布を調整することができる。したがって膜厚が薄くなりやすい部位のガスの供給量を多くすることができ、膜厚の面内均一性を良好にすることができる。また反応ガス供給部、例えばＯ_３ガス供給部を図１３に示すガス供給部と同様の構成としてもよい。

またガス供給ユニット３にガス供給部を軸部３１の周方向等間隔に４本設けてもよく、例えば図３、４にて示したウエハＷの径方向に沿ってガスを供給するガス供給部と、図１３に示したウエハＷの中心部を通る円弧上の領域にガスを供給するガス供給部とを組み合わせてもよい。例えば図１６、図１７に示すようにガス供給ユニット３００は、ウエハＷの径方向に沿って３ＤＭＡＳガスを供給する３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ、ウエハＷの中心部を通る円弧上の領域に３ＤＭＡＳガスを供給する３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａ、ウエハＷの径方向に沿ってＯ_３ガスを供給するＯ_３ガス供給部３０Ｂ、ウエハＷの中心部を通る円弧上の領域にＯ_３ガスを供給するＯ_３ガス供給部１３０Ｂを時計回り方向にこの順番で等間隔に配置している。

このように構成し、まず例えば図１６に示すようにウエハＷａ上に３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａを位置させ、ウエハＷｂ上にＯ_３ガス供給部３０Ｂを位置させる。そして３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂから夫々３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスの供給を開始し、ウエハＷａ、Ｗｂを回転させる。これによりウエハＷａの表面全体に３ＤＭＡＳガスが供給され、ウエハＷｂの表面全体にＯ_３ガスが供給される。次いで図１７に示すように３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂの各々のガスの供給を停止し、ガス供給ユニット３００を上方から見て反時計回りに９０°回動させ、ウエハＷａ上に３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａを位置させ、ウエハＷｂ上にＯ_３ガス供給部１３０Ｂを位置させる。その後３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａ及びＯ_３ガス供給部１３０Ｂから夫々３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスの供給を開始し、ガス供給ユニット３を徐々に回転させて３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスのウエハＷａ、Ｗｂ表面における供給位置を変えながらウエハＷａ、Ｗｂを回転させて、ウエハＷの表面に３ＤＭＡＳガス及びＯ_３ガスを供給する。

さらに続いてガス供給ユニット３００を上方から見て反時計回りに９０°回動させ、ウエハＷａ上にＯ_３ガス供給部３０Ｂを位置させ、ウエハＷｂ上に３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａを位置させ、ウエハＷａ、Ｗｂを回転させながら夫々Ｏ_３ガス、３ＤＭＡＳガスを供給する。さらにガス供給ユニット３００を上方から見て反時計回りに９０°回動させ、ウエハＷａ上にＯ_３ガス供給部１３０Ｂを位置させ、ウエハＷｂ上に３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａを位置させ、ウエハＷａ、Ｗｂを回転させながら、ガス供給部３を回転させて夫々Ｏ_３ガス、３ＤＭＡＳガスを供給する。これを繰り返してウエハＷの表面にＳｉＯ_２膜を成膜する。

ウエハＷの上方にウエハＷの径方向に沿ってガスを供給する３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂを停止させ、ガスを供給しながらウエハＷを回転させることで、短い時間でウエハＷの表面全体にガスを供給することができる。さらに続いてウエハＷの中心部を通る円弧上の領域にガスを供給する３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａ及びＯ_３ガス供給部１３０Ｂを用い、ガスの供給位置を調整しながらウエハＷにガスを供給することでウエハＷの表面におけるガスの吸着量の面内分布を調整することができ、膜厚の面内分布を調整することができる。従ってより短時間で均一性の高い膜を成膜することができる。

また３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ａを用いて、図５〜図１０に示した工程に従い、ＡＬＤ法により成膜した後、３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａにより、３ＤＭＡＳガスを供給して膜厚の均一性を高めるようにしてもよい。例えば予め３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ａを用いて、図５〜図１０に示した工程によって成膜したときの膜厚分布を予め把握し、膜厚が薄くなる部分に３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａにより３ＤＭＡＳガスを吸着させるようにすればよい。

さらに図１８〜２０に示すようにウエハＷの径方向に沿ってガスを供給するガス供給部を周方向等間隔に４本設けたガス供給ユニット３０１とするにあたって、３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡとＯ_３ガス供給部３０Ｂとを交互に設けても良い。このような構成の場合には、載置台２Ａ、２ＢにウエハＷａ、Ｗｂを載置した後、まず３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡをウエハＷａ、Ｗｂの上方に位置させ、ウエハＷａ、Ｗｂを回転させながら各３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａから３ＤＭＡＳガスを供給してウエハＷａ、Ｗｂの表面全体に３ＤＭＡＳガスを吸着させる。次いで３ＤＭＡＳガスの供給を停止し、ガス供給ユニット３０１を例えば反時計回りに９０°回転させて、Ｏ_３ガス供給部３０ＢをウエハＷａ、Ｗｂの上方に位置させ、ウエハＷａ、Ｗｂを回転させながら各Ｏ_３ガス供給部３０ＢからＯ_３ガスの供給を開始する。

このように各ウエハＷａ、Ｗｂに同時に３ＤＭＡＳガスを供給し、次いで同時にＯ_３ガスを供給し、これを繰り返すようにしてもよい。ガス供給ユニット３０１を回転させることにより、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂ一体となって移動するため、複数のガスの供給時間が異なる場合に、ウエハＷａ、Ｗｂに異なるガスを供給していると、一方のガスの供給が終了した後も、他方のガスの供給が終了するまで、一方のガスを供給していたガス供給部を退避させることができず、処理時間が長くなってしまう。例えば３ＤＭＡＳガスとＯ_３ガスとでは、３ＤＭＡＳガスの供給時間よりもＯ_３ガスの供給時間が長い。そのためウエハＷａ、Ｗｂに同時に同じガスを供給するように構成することで、各ウエハＷａ、Ｗｂの処理時間を揃えることができるため、処理時間のロスを短く抑えることができる。
また４本のガス供給部を設けるにあたって、ガス供給部が軸部３１を中心に対称に配置されていればよい。そのため例えば２本の３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａを軸部３１から互いに逆方向に伸びるように設け、２本のＯ_３ガス供給部３０Ｂを軸部３１から互いに逆方向に伸びるように設ける。そして、３ＤＭＡＳガス供給部３０ＡとＯ_３ガス供給部３０Ｂとの間の角度が、例えば３０°になるように設けられていてもよい。

さらに図２１〜図２３に示すようにガス供給ユニットにガス供給部を周方向等間隔に６本設けてもよい。例えばガス供給ユニット３０２に、上方から見て時計回りに３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ、３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａ、Ｏ_３ガス供給部３０Ｂ、３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ、３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａ、Ｏ_３ガス供給部３０Ｂの順番で設ける。このように構成し、まず図２１に示すように各ウエハＷａ、Ｗｂ上に３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａを位置させ、ウエハＷａ、Ｗｂを回転させながら３ＤＭＡＳガスを供給する。続いて３ＤＭＡＳガスの供給を停止した後、ガス供給ユニット３０２を反時計回りに回転させて図２１に示すように各ウエハＷａ、Ｗｂ上に３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａを位置させる。続いて３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａから３ＤＭＡＳガスを供給しながらガス供給ユニット３０２を回転させて、ウエハＷａ、Ｗｂの表面の３ＤＭＡＳガスの吸着量を均一にする。さらに３ＤＭＡＳガスの供給を停止した後、ガス供給ユニット３０２を反時計回りに回転させて図２２に示すように各ウエハＷａ、Ｗｂ上にＯ_３ガス供給部３０Ｂを位置させる。その後ウエハＷａ、Ｗｂを回転させながらＯ_３ガスを供給する。

このように構成することで３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａから３ＤＭＡＳガスを供給してウエハＷａ、Ｗｂの表面全体に速やかに３ＤＭＡＳガスを吸着させた後、３ＤＭＡＳガス供給部１３０ＡによりウエハＷａ、Ｗｂの表面に吸着する３ＤＭＡＳガスを均一にしている。その後Ｏ_３ガスを供給してウエハＷの表面にＳｉＯ_２膜を均一に成膜することができる。またウエハＷａ、Ｗｂに同時に同じ処理を行うことができ、各ウエハＷａ、Ｗｂの処理時間を揃えることができるため、処理時間のロスを短く抑えることができる。
また３ＤＭＡＳガス供給部３０Ａ及びＯ_３ガス供給部３０Ｂを用い、例えば図５〜図１０に示すプロセスに従いＡＬＤ法による成膜処理を行い。その後、ウエハＷａ、Ｗｂの膜厚を均一にするために３ＤＭＡＳガス供給部１３０Ａを用いて３ＤＭＡＳを供給して、ウエハＷａ、Ｗｂの膜を均一化するようにしてもよい。
また４本以上のガス供給部を設けたガス供給ユニット３を用い、処理容器１０にプラズマを励起するにあたっては、各ガス供給部を各ウエハＷａ、Ｗｂの中心部の上方から外れるように位置させて、ウエハＷを回転させながらプラズマを励起すればよい。

２ 載置台
３ ガス供給ユニット
５ 加熱部
６ プラズマ生成部
１０ 処理容器
２２ 回転機構
３０Ａ ３ＤＭＡＳガス供給部
３０Ｂ Ｏ_３ガス供給部
３１ 軸部
３２ 回転機構
９０ 制御部
Ｗａ、Ｗｂ ウエハ

Claims (9)

1. 処理容器内にて、基板に対して処理ガスである原料ガス及び原料ガスと反応する反応ガスを交互に複数回供給することにより薄膜を成膜する装置において、
   前記処理容器内に設けられ、基板を載置するために互いに水平方向に並べて配置された第１の載置台及び第２の載置台と、
   前記第１の載置台及び第２の載置台の各々を鉛直軸周りに回転させるための回転機構と、
   前記第１の載置台及び第２の載置台の各回転中心を結ぶ直線の中点に位置する旋回軸により旋回自在に設けられ、旋回方向に沿って配置されたガス供給部である原料ガス供給部及び反応ガス供給部と、
   前記処理容器内を真空排気するための排気機構と、
   前記第１の載置台上の基板及び第２の載置台上の基板に前記原料ガス供給部及び反応ガス供給部が交互に位置するように旋回軸の動作を制御するための制御信号を出力する制御部と、を備え、
   前記ガス供給部は、前記旋回軸を通る直線上にて互いに旋回軸に対して対称に位置するガス供給部の組を形成するように配置され、
   前記原料ガス供給部及び反応ガス供給部の各々は、前記基板の中心部を含む領域に処理ガスを吐出する処理ガス吐出部と、前記処理ガス吐出部を囲むように設けられた排気口と、前記排気口を囲むように設けられ、分離ガスを吐出する分離ガス吐出部と、を備え、前記処理ガス及び分離ガスが前記排気口に排気されるように構成されたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記ガス供給部の組は、前記原料ガス供給部及び反応ガス供給部からなる組であることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 前記制御部は、前記旋回軸が正回転、逆回転を繰り返すことにより基板上における原料ガス供給部及び反応ガス供給部の位置が順次入れ替わるように制御信号を出力することを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
4. 前記ガス供給部の組は、前記旋回軸を通る直線上に配置された前記原料ガス供給部同士からなる組と、当該直線とは異なる直線上に配置された前記反応ガス供給部同士からなる組と、を含むことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
5. 前記原料ガス供給部及び反応ガス供給部は、基板の中心部から基板の周縁までに亘る領域に向けて原料ガスあるいは反応ガスを吐出するようにガス吐出口が配置されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の成膜装置。
6. 前記ガス供給部は、基板の中心部から基板の周縁までの長さよりも短い範囲の領域に原料ガスを吐出するようにガス吐出口が配置され、原料ガスの吐出時には、前記基板の中心部を含む円弧軌跡に沿って移動するように構成されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の成膜装置。
7. 前記ガス供給部は、基板の中心部から基板の周縁部までの長さよりも短い範囲の領域に原料ガスを吐出するようにガス吐出口が各々配置され、前記旋回軸を通る直線上に配置された原料ガス供給部及び反応ガス供給部の組を含み、
   当該原料ガス供給部及び反応ガス供給部は、基板に原料ガス及び反応ガスの交互の供給により薄膜が成膜された後、薄膜の膜厚を調整するために原料ガスまたは反応ガスを吐出しながら前記基板の中心部を含む円弧軌跡に沿って移動するように構成され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。
8. 処理容器内にて、基板に対して処理ガスである原料ガス及び原料ガスと反応する反応ガスを交互に複数回供給することにより薄膜を成膜する装置において、
   請求項１に記載の成膜装置を用い、
   第１の載置台及び第２の載置台に基板を載置する工程と、
   前記処理容器内を排気機構により排気する工程と、
   前記第１の載置台及び前記第２の載置台の上方にガス供給部を位置させ、第１の載置台及び第２の載置台を回転させた状態で、基板に向けて処理ガスを供給する第１のガス供給工程と、
   前記第１の載置台及び前記第２の載置台の上方に、第１のガス供給工程において供給した処理ガスとは異なる処理ガスを供給するガス供給部を位置させ、第１の載置台及び第２の載置台を回転させた状態で、基板に向けて処理ガスを供給する第２のガス供給工程と、を含み、
   第１のガス供給工程と、第２のガス供給工程とを複数回繰り返すことを特徴とする成膜方法。
9. 前記ガス供給部は、基板の中心部から基板の周縁部までの長さよりも短い範囲の領域に原料ガスを吐出するようにガス吐出口が各々配置され、前記旋回軸を通る直線上に配置された原料ガス供給部及び反応ガス供給部の組を含み、
   当該原料ガス供給部及び反応ガス供給部により、前記第１のガス供給工程と、前記第２のガス供給工程とを複数回繰り返し薄膜が成膜された後、薄膜の膜厚を調整するために第１の載置台及び第２の載置台を回転させた状態で、原料ガスまたは反応ガスを吐出しながら前記基板の中心部を含む円弧軌跡に沿って移動させる工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の成膜方法。

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