JP2018021216A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応ガスの供給流路や、処理容器内に供給された後の反応ガスの拡散領域を極小化する技術を提供する。【解決手段】基板Ｗに対する成膜処理を行う成膜装置１において、真空排気された処理容器１１内に配置された載置台２１には成膜対象の基板Ｗが載置され、第１ガスノズル３は、中央部と交差する方向に伸びる回転軸２２回りに回転する載置台２１上の基板Ｗに対し、当該基板Ｗの中央部と周縁部との間を結ぶ細長い領域に向けて第１反応ガスを吐出する。第２ガス供給部３は、第１反応ガスと反応して膜を形成する第２反応ガスを処理容器１１内に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、基板に対する成膜処理を行う技術に関する。

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、互いに反応する複数種類の反応ガス（第１反応ガス、第２反応ガス）をウエハに対して順番に供給して反応生成物を堆積させるいわゆるＡＬＤ法やＭＬＤ（M molecular Layer Deposition）法（以下、これらを総合してＡＬＤ法と称する）が知られている。

例えば特許文献１に示すように、ＡＬＤ法においては、成膜処理が行われる処理容器内に設けた載置台上にウエハを載置し、このウエハに対向するようにガスシャワーヘッドを設け、当該ガスシャワーヘッドに設けられたガス供給孔から、ウエハに向けて複数種類の反応ガスを切り替えて供給する技術が知られている。

特開２０１４−９８２０２号公報：段落００２７〜００３０、図２、３

ここで一般に、ガスシャワーヘッドはウエハの全面に向けて均一に反応ガスを供給するため、成膜対象のウエハを覆うガス供給面（特許文献１における底板）の全体に多数のガス供給孔を設けた構造となっている。このため、ウエハの大径化に伴って、ガスシャワーヘッド内の内部流路の容積が大きくなる傾向がある。

特に、共通の内部流路を用いて複数種類の反応ガスを供給する場合には、ガスシャワーヘッド内における反応生成物の堆積を防止するため、一方の反応ガスを供給した後、他方のガスの供給を開始する前に、不活性ガスにより反応ガスを置換するパージ操作が必要となる。

これらの要因により、内部流路の容積が大きいガスシャワーヘッドでは、パージ操作時に内部流路に残存している反応ガスが十分に排出されるまでの時間や、バージ完了後、次の反応ガスの供給を開始してからウエハの表面に高濃度の反応ガスが到達するまでの時間が長くなってしまう傾向がある。特に、反応ガスの切り替えを多数回実施するＡＬＤ法では、各操作に要する時間が僅かに増加しただけでも、成膜の開始から完了に至る成膜処理全体の時間に大きな影響を与える。

また、ウエハに向けて供給された反応ガスは、当該ウエハとガス供給面とに挟まれた空間を流れて処理容器の外部へ排気される。このため、処理容器内の反応ガスの切り替えにあたっては、ウエハの中央部に供給された反応ガスが、当該ウエハの周縁部に到達するまでの時間が必要となり、ウエハの大径化に伴って、処理容器内の反応ガスの切り替え時間も長くなる傾向がある。

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、反応ガスの供給流路や、処理容器内に供給された後の反応ガスの拡散領域を極小化する技術を提供することにある。

本発明の成膜装置は、基板に対する成膜処理を行う成膜装置において、
排気部により真空排気される処理容器内に配置され、成膜対象の基板が載置される載置台と、
前記載置台に載置された基板の中央部と交差する方向に伸びる回転軸回りに当該載置台を回転させるための回転駆動部と、
前記載置台と共に回転する基板の表面の中央部と周縁部との間を結ぶ細長い領域に向けて、前記基板に吸着する第１反応ガスを吐出するための第１ガス吐出口が形成された第１ガスノズルと、
前記処理容器内に、前記第１反応ガスと反応して膜を形成する第２反応ガスを供給するための第２ガス供給部と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、基板の表面の中央部と周縁部との間を結ぶ細長い領域に向け、第１ガスノズルを用いて第１反応ガスを吐出すると共に、中央部回りに基板を回転させることにより当該基板の全面に第１反応ガスを供給するので、第１反応ガスの供給流路や、処理容器内に供給された後の反応ガスの供給領域を極小化しつつ、基板の成膜処理を行うことができる。

実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。 前記成膜装置の天井面側の平面図である。 前記成膜装置の載置台側の平面図である。 前記成膜装置の第１の作用図である。 前記成膜装置の第２の作用図である。 前記成膜装置の第３の作用図である。 搖動機構を備えた第１ガスノズルの拡大図である。 第１の変形例に係る成膜装置の縦断側面図である。 第１の変形例に係る成膜装置の横断平面図である。 第２の変形例に係る成膜装置の縦断側面図である。 第２の変形例に係る成膜装置の天井面側の平面図である。 第３の変形例に係る成膜装置の縦断側面図である。 第２の実施形態に係る成膜装置の第１の作用図である。 第２の実施形態に係る成膜装置の天井面側の平面図である。 第２の実施形態に係る成膜装置の第２の作用図である。 第３の実施形態に係る成膜装置の第１の作用図である。 第３の実施形態に係る前記第１の作用図に対応した天井面側の平面図である。 第３の実施形態に係る成膜装置の第２の作用図である。 第３の実施形態に係る前記第２の作用図に対応した天井面側の平面図である。 第３の実施形態に係る成膜装置の変形例の作用図である。 第３の実施形態に係る成膜装置の変形例の天井面側の平面図である。

以下、図１〜３を参照しながら、本発明の実施の形態に係る成膜装置１の構成について説明する。成膜装置１は、処理容器１１と、処理容器１１内に配置された載置台２１と、この載置台２１上に載置されたウエハＷに向けて反応ガスを供給する第１ガスノズル３と、を備えている。

処理容器１１は、天板１２と、容器本体１３とを備え、概略扁平な円筒形状の真空容器として構成されている。容器本体１３は、処理容器１１の側壁及び底部を構成する。容器本体１３の側壁にはウエハＷの搬入出が行われる搬入出口１４１と、当該搬入出口１４１を開閉するゲートバルブ１４２とが設けられている。

処理容器１１の内部には、成膜対象のウエハＷ（例えば直径３００ｍｍ）よりも直径の大きな円板からなる載置台２１が水平に配置されている。載置台２１の上面には、成膜対象のウエハＷを収容可能な円形の凹部が形成され、この凹部内の載置領域には、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る。所定の載置領域にウエハＷを載置したとき、載置台２１とウエハＷとはほぼ同心円状に配置される。

載置台２１の下面側中央部（載置台２１上に載置されたウエハＷの中央部の下方側）には、上下方向（ウエハＷの表面と交差する方向）に伸びる回転軸２２が設けられている。回転軸２２は容器本体１３の底板を貫通し、その下端部には、当該回転軸２２回りに載置台２１を回転させるための電動モータなどからなる回転駆動部２３が設けられている。さらに回転駆動部２３は、搬入出口１４１を介して処理容器１１内に進入する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位置であり、前記受け渡し位置の上方側に設定された成膜位置との間で載置台２１を昇降させる機能も備えている。
また、回転軸２２が容器本体１３の底板を貫通する位置には、回転軸２２を回転自在に保持すると共に、処理容器１１内を気密に保持するためのシール機構を備えた軸受部１８が設けられている。

容器本体１３の底板と載置台２１との間には、載置台２１の上面側のウエハＷの載置領域に対応させてヒーター１５が配置されている。ヒーター１５は、例えば抵抗発熱体により構成され、不図示の電源部から供給される電力により発熱し、ウエハＷに供給される反応ガス（第１反応ガス、第２反応ガス）の反応を進行させるのに好適な温度まで載置台２１上のウエハＷを加熱する。処理容器１１内には、ウエハＷの温度を測定する不図示の温度検出部が設けられ、この温度検出部による温度検出値に基づいてヒーター１５の出力を増減することにより、ウエハＷを予め設定した温度に加熱することができる。

ここで、反応ガスの反応によって生成した反応生成物がヒーター１５の表面に堆積することを防止するため、載置台２１の上方側の空間と、下方側の空間と仕切る仕切り部材を設けてもよい。また、ヒーター１５から放射される電磁波を透過する材料からなるヒーターカバーを用いて、ヒーター１５の上面を覆ってもよい。

載置台２１の上方側には、ウエハＷに対して反応ガスを吐出するための第１ガスノズル３が設けられている。図１〜３に示すように、本例の第１ガスノズル３は、内部が空洞の細長い管材によって構成され、載置台２１上に載置されたウエハＷの中央部から周縁部を結ぶ半径方向に向けて、当該ウエハＷの表面（上面）に沿うように配置されている。

図１、２に示すように、第１ガスノズル３は、第１ガスノズル３の輪郭形状に合わせるようにして天板１２の下面に設けられた凹部１２１内に収容され、第１ガスノズル３の下面の高さ位置と、凹部１２１以外の領域の天板１２の下面の高さ位置とが揃うように配置されている。

第１ガスノズル３を構成する管材（例えば円管材）の管径は５〜５０ｍｍ程度のものが選択され、載置台２１に載置されたウエハＷの表面と第１ガスノズル３の下面との間の隙間の高さ寸法は１〜５０ｍｍ程度に調整されている。

第１ガスノズル３において、既述の中央部側及び周縁部側の両端面は塞がれている一方、第１ガスノズル３の下面には、当該第１ガスノズル３の伸びる方向に沿って複数の第１ガス吐出口３１２が互いに間隔を開けて設けられている。この結果、第１ガスノズル３の内部空間である第１ガス流路３１１内に流れ込んだ反応ガスは、これら第１ガス吐出口３１２を介して第１ガスノズル３の下方側の領域（載置台２１上に載置されたウエハＷの中央部と周縁部との間を結ぶ細長い領域）に向けて吐出される。

第１ガスノズル３を下面側から見た図２に示すように、本例の第１ガスノズル３は、小孔状の第１ガス吐出口３１２を複数個、一列に配列した構成となっている。但し、第１ガス吐出口３１２の構成や配置は、この例に限定されるものではなく、例えばこれら小孔状の第１ガス吐出口３１２の列を複数列設けてもよい。または、第１ガスノズル３の長さ方向に沿って伸びるスリット状の第１ガス吐出口３１２を１列、あるいは複数列設けてもよい。

第１ガスノズル３の下面に設けられる第１ガス吐出口３１２の開口方向（反応ガスの吐出方向）は、好適には載置台２１上に載置されたウエハＷの表面と直交する鉛直下方向きに設定することが好ましい。但し、第１ガス吐出口３１２から吐出された反応ガスの流れが載置台２１上のウエハＷの表面に到達することができれば、第１ガス吐出口３１２は、斜め下方向きに開口していてもよい。

またウエハＷの半径方向に伸びる前記第１ガスノズル３の長さ寸法や、第１ガス吐出口３１２が形成されている領域の長さ寸法は、ウエハＷの半径（例えば１５０ｍｍ）よりも短くてもよい。第１ガスノズル３の下面から周囲へ流れ出した反応ガスがウエハＷの中心（本例では回転中心）や端部に到達可能な位置に第１ガス吐出口３１２が設けられていれば、回転するウエハＷの全面に反応ガスを供給することは可能である。

支軸部３３の上面にはガス供給ライン３２が接続され、このガス供給ライン３２は例えば３つに分岐している。分岐ラインの基端部側には、各々、マスフローコントローラー４０１と開閉バルブＶとを備えた流量調節部４０を介して、原料ガス供給源４１、パージガス供給源、酸素ガス供給源４３が設けられている。

原料ガス供給源４１からは、ウエハＷに成膜される膜の原料となるガスが供給される、原料ガスは第１ガスノズル３から吐出された後、ウエハＷに吸着する第１反応ガスである。例えばシリコン酸化膜を形成する成膜処理を行う場合、原料ガスは３ＤＭＡＳ（Tris(dimethylamino)silane：ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ_３ ）_２ ］_３ ）やＢＴＢＡＳ（Bis(tertiary-butyl-amino)silane、ＳｉＨ２（ＮＨ−Ｃ（ＣＨ_３）_３）_２）などを用いる場合を例示することができる。

酸素ガス供給源４３からは、ウエハＷに吸着した原料ガスと反応してシリコン酸化膜を形成する第２反応ガスである酸素ガスが供給される。本例の成膜装置１においては、原料ガス（第１反応ガス）の供給が行われる第１ガスノズル３を共用して、ウエハＷに対する酸素ガス（第２反応ガス）の供給が行われる。この観点において、第２反応ガスである酸素ガスをウエハＷに向けて吐出する第１ガスノズル３は、本例の第２ガス供給部を構成している。

パージガス供給源からは、不活性ガスである窒素ガスが供給される。窒素ガスは、ウエハＷに対して供給するガスを原料ガスと酸素ガスとの間で切り替える際に、第１ガスノズル３やガス供給ライン３２内に残存している反応ガス（原料ガスまたは酸素ガス）を排出するパージガスの役割を果たす。

さらに図１、２に示すように、本例の成膜装置１は、処理容器１１の天板１２の２箇所の位置に設けられた排気口１６１、１７１から処理容器１１内の真空排気を行う構成となっている。
２つの排気口のうち、中央部側排気口１６１は、載置台２１に載置されたウエハＷの中央部と対向する位置に配置されている。詳細には中央部側排気口１６１は、凹部１２１内に収容された第１ガスノズル３における、ウエハＷの中央部側の一端の上方位置に開口している。中央部側排気口１６１は、下流側に排気部１０１が設けられた排気管１６２に接続されている。

もう一つの周縁部側排気口１７１は、載置台２１に載置されたウエハＷの周縁部と対向する位置に配置されている。詳細には周縁部側排気口１７１は、凹部１２１内に収容された第１ガスノズル３における、ウエハＷの周縁部側の一端の上方位置に開口している。周縁部側排気口１７１は、下流側に排気部１０２が設けられた排気管１６２に接続されている。

排気部１０１、１０２は、例えば真空ポンプなどにより構成され、中央部側排気口１６１、周縁部側排気口１７１からの排気量を独立して調節することができる。排気部１０１、１０２には、互いに異なる真空ポンプを設けてもよいし、排気部１０１、１０２として共通の真空ポンプを設け、排気流量の調節を行う流量調節弁などにより各排気口１６１、１７１からの排気量を独立して調節してもよい。

さらに図１に示すように、この成膜装置１には制御部８が設けられている。制御部８は不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には載置台２１にて受け取ったウエハＷを処理位置まで移動させ、回転駆動部２３によりウエハＷを回転させながら第１ガスノズル３から原料ガス及び酸素ガスを供給してＡＬＤ法による成膜処理を行った後、ウエハＷを搬出するまでの動作に係る制御信号を出力するためのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、そこから記憶部にインストールされる。

以下、図４〜６を参照しながら、本例の成膜装置１を用いてＡＬＤ法による成膜処理を実行する動作について説明する。
はじめに、載置台２１を受け渡し位置まで降下させ、搬入出口１４１から処理容器１１内に進入してきたウエハ搬送機構より、不図示の受け渡しピンを介して成膜対象のウエハＷを受け取り、載置台２１上に載置する。

ウエハＷを受け取ったら、ウエハ搬送機構を処理容器１１から退出させてゲートバルブ１４２を閉じると共に、載置台２１を成膜位置まで上昇させる。次いで、載置台２１の回転を開始すると共に、中央部側排気口１６１、周縁部側排気口１７１より処理容器１１内の真空排気を行い、ヒーター１５によりウエハＷを加熱する。

処理容器１１内の圧力が設定圧力まで低下し、ウエハＷの温度が設定温度に到達したら、原料ガス供給源４１の出口側の開閉バルブＶを開き、第１ガスノズル３へ向けて所定流量の原料ガスを供給する（図４）。原料ガス供給源４１から供給された原料ガスは、ガス供給ライン３２から第１ガス流路３１１内に流入し、第１ガス流路３１１内を広がった後、各第１ガス吐出口３１２を介して下方側へ向けて吐出される。

第１ガス吐出口３１２から吐出された原料ガスは、第１ガス吐出口３１２の開口方向に沿って噴流となって流れ、載置台２１と共に回転するウエハＷに到達する。この結果、前記噴流が到達する位置においては、ウエハＷの表面に原料ガスが直噴状態で供給され、高濃度の原料ガスとの接触に伴い、効率的に原料ガス分子の吸着層を形成することができる。

またウエハＷに到達した原料ガスは流れ方向を変え、図３に破線の矢印で示すように第１ガスノズル３の下面から周囲へ向けて流れ出す。この流れにおいても原料ガスがウエハＷの表面と接触するので、第１ガスノズル３の下方側の周囲領域においても原料ガス分子の吸着層が形成される。

そして、ウエハＷが少なくとも１回転する期間中、原料ガスの供給を行うことにより、ウエハＷの半径方向に伸びる第１ガスノズル３から吐出された原料ガスによってウエハＷの表面が走査され、ウエハＷの全面に原料ガスの吸着層を形成することができる。原料ガスを供給する期間は、ウエハＷが１回転する期間に限定されるものではなく、ウエハＷが複数回、回転する期間中、原料ガスの供給を継続してもよい。

第１ガスノズル３からウエハＷの表面に向けて供給された原料ガスは、図３に破線の矢印で示すように、第１ガスノズル３の下方側の周囲領域を流れた後、流れの向きを上方側へ変化させ、第１ガスノズル３の両端部（ウエハＷの中央部側及び周縁部側）の上方に設けられた中央部側排気口１６１、周縁部側排気口１７１を介して処理容器１１の外部に排出される。このとき、中央部側排気口１６１、周縁部側排気口１７１からの排気量を独立して調節することにより、第１ガスノズル３の長さ方向（即ち、ウエハＷの半径方向）における原料ガスの流れのバランスを変化させることができる。

上記原料ガスの流れのバランス調節により、単位時間あたりにウエハＷの表面に到達する原料ガスの供給量をウエハＷの半径方向に向けて変化させることができる。原料ガスの供給量は、ウエハＷに成膜される膜の膜厚と関連する原料ガスの吸着量に影響を与えるので、中央部側排気口１６１、周縁部側排気口１７１からの排気量制御により、ウエハＷの半径方向の膜厚分布を制御することも可能となる。

予め設定した期間だけ原料ガスの供給を行ったら、原料ガス供給源４１からの原料ガスの供給を停止する一方、パージガス供給源の出口側の開閉バルブＶを開き、第１ガスノズル３へ向けて所定流量の窒素ガスを供給する（図５）。原料ガス供給源４１から供給された窒素ガスにより、第１ガスノズル３やガス供給ライン３２内に残存している原料ガスが処理容器１１側へ排出され、さらに各排気口１６１、１７１を介して外部へ排出される。

このとき、第１ガス流路３１１が細長い管材によって構成されているので、ウエハＷの全面を覆うように設けられたガスシャワーヘッドと比較して、短時間で第１ガス流路３１１内のパージ操作を完了することができる。

また、処理容器１１内においても、第１ガスノズル３から供給された原料ガスは、第１ガスノズル３の周囲の比較的狭い領域に供給された後、第１ガスノズル３の上方に設けられた排気口１６１、１７１より外部へ排気される。このため、載置台２１に載置されたウエハＷの上方側の空間全体に広がるように原料ガスを供給した場合と比較して、処理容器１１内においてもパージ操作に要する時間が短い。

第１ガス流路３１１や処理容器１１内の原料ガスが十分に排出される予め設定された時間だけ窒素ガスの供給を行ったら、パージガス供給源からの窒素ガスの供給を停止する一方、酸素ガス供給源４３の出口側の開閉バルブＶを開き、第１ガスノズル３へ向けて所定流量の酸素ガスを供給する（図６）。

酸素ガスは、原料ガスの場合と同様の作用により第１ガスノズル３からウエハＷの表面に向けて吐出され、ウエハＷの表面に吸着している原料ガス分子と反応して膜物質（本例ではシリコン酸化物）が生成される。

そして、ウエハＷが少なくとも１回転する期間中、酸素ガスの供給を行うことにより、ウエハＷの半径方向に伸びる第１ガスノズル３から吐出された酸素ガスによってウエハＷの表面が走査され、ウエハＷの全面に吸着した原料ガスの吸着層が膜物質の分子層となる。

酸素ガスの供給は、ウエハＷに形成された原料ガスの吸着層を反応させるのに十分な期間だけ行われる。この期間の長さは、原料ガス供給源４１からの原料ガスの供給期間と異なっていてもよい。
また、中央部側排気口１６１及び周縁部側排気口１７１からの各排気量についても、原料ガス供給時に対して各排気口１６１、１７１からの排気量を変化させてもよい。

予め設定した期間だけ酸素ガスの供給を行ったら、酸素ガス供給源４３からの酸素ガスの供給を停止する一方、パージガス供給源の出口側の開閉バルブＶを開き、第１ガスノズル３へ向けて所定流量の窒素ガスを供給し、パージ操作を実行する（図５）。

上述の「原料ガス供給→パージ操作→酸素ガス供給→パージ操作」のＡＬＤサイクルを数十回〜数百回繰り返すことにより、ウエハＷの表面に所望の厚さの膜（本例ではシリコン酸化膜）を積層することができる。
そして、予め設定された回数だけ上記ＡＬＤサイクルを実行し、ウエハＷの表面に所望の膜厚を有する膜が成膜されたら、当該ＡＬＤサイクルの実施を終了する。次いで、載置台２１の回転、ヒーター１５によるウエハＷの加熱、各排気口１６１、１７１からの排気を停止し、載置台２１を成膜位置から受け渡し位置まで降下させる。しかる後、処理容器１１内にウエハ搬送機構を進入させて、搬入時とは反対の手順により載置台２１からウエハ搬送機構へウエハＷを受け渡し、成膜処理後のウエハＷを処理容器１１から搬出して次のウエハＷの搬入を待つ。

本実施の形態に係わる成膜装置１によれば以下の効果がある。ウエハＷの表面の中央部と周縁部との間を結ぶ細長い領域に向け、第１ガスノズル３を用いて原料ガス（第１反応ガス）や酸化ガス（第２反応ガス）を吐出すると共に、中央部回りにウエハＷを回転させることにより当該ウエハＷの全面に各反応ガスを供給するので、反応ガスの供給流路（第１ガス流路３１１）や、処理容器１１内に供給された後の反応ガスの供給領域を極小化しつつウエハＷの成膜処理を行うことができる。この結果、短時間でパージ操作を完了するなど、第１ガスノズル３内や処理容器１１内における反応ガスの置換性が向上し、１枚のウエハＷの成膜処理に必要な時間を短縮して成膜装置１の生産性を向上させることができる。
以下、図７〜２１を参照しながら、本例の成膜装置１のバリエーションについて説明する。これらの図において、図１〜６を用いて説明した成膜装置１と共通の構成要素には、図１〜６にて用いたものと共通の符号を付してある。

上述の成膜装置１の例においては、２つの中央部側排気口１６１、周縁部側排気口１７１からの排気量を独立して調節することにより、第１ガスノズル３の長さ方向における原料ガスや酸素ガス（反応ガス）の流れのバランスを変化させる例を示した。一方で、第１ガスノズル３の長さ方に沿って、反応ガスの流れのバランスを変化させる手法は上述の例に限定されない。
例えば、図７に示すように、ウエハＷの半径方向に沿って第１ガスノズル３を傾けて配置し、ウエハＷの中央部側と周縁部側との間で第１ガスノズル３の第１ガス吐出口３１２からウエハＷの表面までの距離を変化させることにより、反応ガスの流れのバランスを変化させてもよい。

さらに図７の成膜装置１においては、第１ガスノズル３の傾きを変更することができるように、処理容器１１の天板１２側に取り付けられた支軸部３３の回りに第１ガスノズル３を回動させる搖動機構が設けられている。この場合、第１ガスノズル３を収容する凹部１２１の上面や、天板１２におけるガス供給ライン３２の貫通部には、回動動作に伴って移動する第１ガスノズル３が配置される移動用の空間が形成されている。また、ガス供給ライン３２の貫通部に上述の移動用の空間を形成すると、処理容器１１が外部と連通した状態となるため、図７に示すように前記貫通部の上面側に変形自在なベローズ３２１を設け、当該ベローズ３２１の上端部に設けたフランジ３２２にガス供給ライン３２を貫通させることにより、処理容器１１内の気密を維持してもよい。
ここで、第１ガスノズル３に搖動機構を設けることは必須の要件ではなく、第１ガスノズル３を傾けた状態で固定配置してもよい。

図８、９は、載置台２１と回転駆動部２３と第１ガスノズル３との組を、共通の処理容器１１内に複数組（本例では５組）設けた成膜装置１ａの例を示している。当該成膜装置１ａにおいて、載置台２１や回転駆動部２３、第１ガスノズル３などの機器構成は、図１〜３を用いて説明した成膜装置１の例と同様である。

当該成膜装置１ａにおいては、搬入出口１４１から進入するウエハ搬送機構との間でウエハＷの受け渡しを行うことが可能な位置に各載置台２１を公転移動させる公転機構が設けられている。即ち、各組の回転駆動部２３は、共通の公転軸６２から放射状に伸びるように設けられた支持アーム６１によって支持されている。このとき、公転駆動部６３により公転軸６２を鉛直軸回りに回転させると、天板１２の底面に設けられた公転軌道１９２に沿って各回転軸２２が移動することにより、載置台２１を移動させることができる。

上述の成膜装置１ａにおいて、公転軌道１９２の内側領域における容器本体１３の底板は、支柱部１９１を介して天板１２に支持されている。また、公転軌道１９２を介して処理容器１１内が容器本体１３の下方側の雰囲気と連通することとなるので、処理容器１１内を気密に保つため、各組の回転駆動部２３や載置台２１の公転機構（支持アーム６１、公転軸６２、公転駆動部６３）は、容器本体１３の底板を下面側から覆う底部容器６４内に収容されている。
なお、図８、９に示す成膜装置１ａにおいては、図１〜３を用いて説明した構成の成膜装置１に基づいて、載置台２１、回転駆動部２３、第１ガスノズル３などを複数組設けた例を示したが、図１０〜２１を用いて以下に説明する各種の成膜装置１ｂ〜１ｅに基づいて、載置台２１、回転駆動部２３、第１ガスノズル３ａ〜３ｂなどを複数組設ける構成を採用してもよいことは勿論である。

またここで、図１〜３に示した成膜装置１においては、第２反応ガスの供給を行う第２ガス供給部として、第１ガスノズル３を共用する場合について説明した。この例に対し、第２ガス供給部は、第１ガスノズル３とは別体として構成してもよい。
図１０、１１は、天板１２の下面における、第１ガスノズル３を収容した凹部１２１の周囲の領域に、第２ガス供給部であるガスシャワーヘッド５１を設けた成膜装置１ｂの例を示している。

ガスシャワーヘッド５１は、載置台２１と対向して設けられ、当該載置台２１側（載置台２１に載置されたウエハＷを収容する空間）へ向けて酸素ガス（第２反応ガス）を吐出する多数の第２ガス吐出口５１２を備えている。これら第２ガス吐出口５１２が形成された面の上方側には、ガス拡散空間５１１が設けられ、ガス供給ライン５２を介して酸素ガス供給源４３またはパージガス供給源４２から第２反応ガスやパージ操作用の窒素ガスが供給される。

なお、ウエハＷのほぼ全面に向けて酸素ガスを供給することが可能なガスシャワーヘッド５１を用いる場合であっても、第１ガスノズル３の下方側に位置するウエハＷの表面には酸素ガスが行き渡らないおそれもある。従って、ガスシャワーヘッド５１から酸素ガスを供給している期間も載置台２１の回転は継続している。
また、第１ガスノズル３からの原料ガスの供給と、ガスシャワーヘッド５１からの酸素ガスの供給とは、切り替えて交互に行われる。

酸素ガスは原料ガスでと比較して安価であり、大量供給が可能なので、ガスシャワーヘッド５１を用いてウエハＷの全面に高濃度の酸素ガスを短時間で供給することは可能である。また、酸素ガス自体は反応生成物の堆積原因物質ではないので、原料ガス及び酸素ガスが別々の第１ガスノズル３、ガスシャワーヘッド５１から供給される場合には、第２ガス供給部として第１ガスノズル３を共用している場合と比較して、ガス拡散空間５１１内に比較的高い濃度の酸素ガスが残存していてもパージ操作を終了することができる。このため、第１ガス流路３１１と比較してガス拡散空間５１１の容積が大きい場合であっても、パージ操作に要する時間の増大を抑えることができる。

図１２は、酸素ガス（第２反応ガス）の供給を行う第２ガス供給部として、載置台２１に載置されたウエハＷを収容する空間（載置台２１の上方側の空間）の側方から第２反応ガスを吐出する第２ガスノズル５３を設けた成膜装置１ｂ’の例を示している。第２ガスノズル５３の末端部には例えば１つの第２ガス吐出口が設けられ、当該第２ガス吐出口から吐出された酸素ガスがウエハＷを収容する空間内に拡散する。
本例においても第１ガスノズル３からの原料ガスの供給と、第２ガスノズル５３からの酸素ガスの供給とは、切り替えて交互に行われ、第２ガスノズル５３からの酸素ガスの供給期間中も載置台２１の回転は継続している。

次に、図１３〜１５を参照しながら、第２の実施形態に係わる成膜装置１ｃの構成について説明する。本例の成膜装置１ｃでは、第１反応ガスである原料ガスとしてＤＣＳ（Dichlorosilane）を用い、第２反応ガスとして、ＤＣＳの窒化を行うためのアンモニアガスを採用して、窒化ケイ素膜の成膜処理を行う場合について説明する。

本例の成膜装置１ｃには、短管状の第２ガスノズル５３から供給されたアンモニアガスをプラズマ化してアンモニアの活性種を得るためのプラズマ形成部７が設けられている。プラズマ形成部７の具体的な構成は特定のものに限定されないが、電源部７１から供給された高周波電力によりアンモニアガスの誘導結合プラズマＰを形成するコイル状のアンテナ（不図示）を設ける場合を例示することができる。

ここで、一般にプラズマＰは短時間で形成することが困難であるため、ＤＣＳガスと切り替えてアンモニアガスを供給する度に、アンモニアガスのプラズマＰを形成することは非現実的である。そこで本例の成膜装置１ｃにおいては、ウエハＷに対する成膜処理を行っている期間中は、アンモニアガスを連続的に供給して、常時、アンモニアガスのプラズマＰを形成した状態となっている。

図１３、１４に示すように、プラズマ形成部７の下方側の天板１２には、プラズマ形成空間１２２となる凹部が形成され、この領域で形成されたプラズマＰ中に生成したアンモニアの活性種がウエハＷの表面へ向けて流れていく。図１４に示すように、当該成膜装置１ｃにおいては、ウエハＷの半径よりもやや長い直径を有する平面視円形のプラズマ形成空間１２２が、ウエハＷから見て、第１ガスノズル３ａと隣り合う位置に配置されている。なお第２ガスノズル５３は、プラズマ形成空間１２２へ向けて、アンモニアガスを直接、吐出する構成としてもよい。

上述のように、アンモニアガスのプラズマＰが常時形成されている場合には、アンモニアの活性種が第１ガスノズル３に進入することにより、第１ガス流路３１１内で反応生成物が堆積し、第１ガス流路３１１や第１ガス吐出口３１２の閉塞が発生してしまうおそれもある。
そこで、成膜装置１ｃに設けられている第１ガスノズル３ａはＤＣＳガスが供給される第１ガス流路３１１へのアンモニアの活性種の進入を抑制する構造を備える。

図１３に示すように第１ガスノズル３ａは、載置台２１上のウエハＷに向けてＤＣＳガスを供給するための第１ガス流路３４１と、第１ガス流路３４１からウエハＷに供給された後のＤＣＳガスなどを排気するめの排気流路３４２と、第１ガスノズル３ａの下方側の雰囲気と、処理容器１１内の雰囲気とを区画するための分離ガスを供給する分離ガス流路３４３との３種類の流路を備える。なお、図が煩雑になることを避けるため、図１３、図１５においては、第１ガス流路３４１、分離ガス流路３４３の流路の図示は省略してある。

第１ガス流路３４１は、図１に示す第１ガスノズル３の第１ガス流路３１１と同様の構成を備え、原料ガス供給源４１から供給されたＤＣＳガスがガス供給ライン３２を介して第１ガス流路３４１内に流入する。第１ガス流路３４１の下面には、第１ガスノズル３ａの伸びる方向に沿って複数の第１ガス吐出口３１２が互いに間隔を開けて形成されている（図１４）。

図１４に示すように、第１ガス吐出口３１２が形成された領域の周囲には、当該領域を囲む閉路（第１閉路）に沿って延在するように排気口３４２ａが形成さている。図１３に示すように第１ガスノズル３ａの下面側に供給されたＤＣＳガスや分離ガスは、この排気口３４２ａを介して排気流路３４２に流れ込む。さらに排気流路３４２は排気管１７２に連通し、この排気管１７２の下流側に接続された排気部１０１によって真空排気が実行される。

また図１４に示すように、排気口３４２ａの外周側には、排気口３４２ａの周囲を囲む閉路（第２閉路）に沿って延在するように分離ガス吐出口３４３ａが形成されている。この分離ガス吐出口３４３ａは、図１３に示す分離ガス流路３４３に連通し、当該分離ガス流路３４３に対しては、閉路である分離ガス吐出口３４３ａの内外を分離するための分離ガスである不活性ガス、例えばアルゴンガスが、分離ガス供給源４４より供給される。

上述の第１ガスノズル３ａの構成により、第１ガス流路３４１は、排気口３４２ａを介した排気流路３４２へのガスの排気と、分離ガス吐出口３４３ａを介した分離ガス流路３４３からの分離ガスの供給とにより、第１ガスノズル３ａの外方側の処理容器１１内の雰囲気から二重に隔離されているといえる。

この結果、処理容器１１内にて常時、アンモニアガスのプラズマＰを形成していても、アンモニアの活性種が第１ガス流路３４１側へ進入しにくい状態となり、第１ガス流路３４１内などにおける反応生成物の堆積を抑制することができる。
なお、排気口３４２ａを介したガスの排気と、分離ガス吐出口３４３ａを介した分離ガスの供給との双方を行うことは、必須の要件ではなく、排気口３４２ａからの排気のみを行ってもよい。また、処理容器１１内に供給されたアンモニアガスは、処理容器１１に別途設けられた不図示の排気口を介して真空排気されている。

またここで、図１３、１４に示す第１ガスノズル３ａのように、第１ガス流路３４１の周囲にさらに排気流路３４２や分離ガス流路３４３を設けると、図１４に示すように第１ガスノズル３ａは両端部方向へ向けて長くなる。この結果、図１３に示すように、ウエハＷの中央部側に位置する第１ガスノズル３ａの端部が、ウエハＷの回転中心の上面を覆った状態となる場合がある。ウエハＷの回転中心の近傍領域においては、回転半径が小さいため、当該領域のウエハＷは第１ガスノズル３ａによって覆われた状態のままとなる。

さらに第１ガスノズル３ａからは、排気口３４２ａからの排気や分離ガス吐出口３４３ａからの分離ガスの供給が行われているため、第１ガスノズル３ａによって覆われた領域にはアンモニアガスの活性種を殆ど進入させることができない。この結果、前記回転中心の近傍領域においてはウエハＷに吸着したＤＣＳの窒化が殆ど進行しない状態となってしまう。

上述の課題を踏まえ、本例の成膜装置１ｃは、図１３に示すように、はじめに第１ガスノズル３ａにウエハＷを近づけて対向させた近接位置にて第１ガス吐出口３１２から吐出されたＤＣＳガス（第１反応ガス）をウエハＷに吸着させる処理を行う。次いで成膜装置１ｃは、図１５に示すように、前記近接位置よりも第１ガスノズル３ａとウエハＷとの間の距離を広げた離間位置に向けて載置台２１を降下させ、第１ガスノズル３ａとウエハＷとの間にアンモニアの活性種（第２反応ガス）を進入させる。また図１５に示すように、載置台２１を離間位置まで降下させている期間中は、第１ガス流路３４１からのＤＣＳガスの供給を停止して、排気流路３４２による排気と分離ガス流路３４３からの分離ガスの供給のみを実行してもよい。

近接位置におけるＤＣＳガスの吸着動作と、離間位置におけるウエハＷの回転中心側へのアンモニアの活性種の供給は、予め設定した時間間隔で交互に実施される。なお、ウエハＷが近接位置に配置されている状態であっても、載置台２１にてウエハＷを回転させることにより、回転中心の近傍より外方の領域では、常時、アンモニアの活性種による窒化が行われている。
また、図１３、図１５においては、昇降機能を備える回転駆動部２３を利用して、載置台２１側の昇降を行う例を示したが、第１ガスノズル３ａ側に昇降機構を設け、当該第１ガスノズル３ａを昇降させて、近接位置と離間位置との間の移動を行ってもよいことは勿論である。

次に図１６〜１９を参照しながら第３の実施形態に係る成膜装置１ｄの構成について説明する。成膜装置１ｄにおいては、既述のプラズマ形成部７及びプラズマ形成空間１２２がウエハＷの全面を覆う領域に亘って形成されている。当該プラズマ形成部７によりアンモニアガスのプラズマＰが常時、形成されている点については、第２の実施形態に係る成膜装置１ｃと同様である。

また、図１３、１４を用いて説明した第１ガスノズル３ａと同様に、第１ガスノズル３ｂは、第１ガス流路３４１からのＤＣＳガスの供給、排気流路３４２による第１ガスノズル３ｂの下方側のガスの排気、分離ガス流路３４３からの分離ガスの供給を行うことができる構成となっている。このため、第１ガスノズル３ａの場合と同様に、ウエハＷの回転中心の近傍領域にアンモニアガスの活性種が進入しにくいという問題がある。

そこで本例の第１ガスノズル３ｂにおいては、排気流路３４２に接続された排気管１７２が、第１ガスノズル３ｂを側方側へ回動させる回動軸３５としての機能を兼ね備えている。
図１６、１７に示すように、当該成膜装置１ｄでは、初めに、ウエハＷの表面の中央部と周縁部との間を結ぶ細長い領域と対向させた処理位置に第１ガスノズル３ｂを配置し、第１ガス吐出口３１２から吐出されたＤＣＳガス（第１反応ガス）を基板に吸着させる。

次いで図１８、図１９に示すように、前記処理位置からウエハＷの外方側に設定された退避位置１２３まで第１ガスノズル３ｂを側方側に移動させ、第１ガスノズル３ｂとウエハＷとの配置関係をずらし、既述の細長い領域にアンモニアガスの活性種（第２反応ガス）を供給可能な状態とする。ウエハＷの外方位置にて第１ガスノズル３ｂの一端を回動自在に支持する回動軸３５は、当該第１ガスノズル３ｂの側方移動機構に相当する。
本例においても処理位置におけるＤＣＳガスの吸着動作と、退避位置におけるウエハＷの回転中心側へのアンモニアの活性種の供給は、予め設定した時間間隔で交互に実施される。

ここで、図１８、図１９に示すように、側方移動機構は、載置台２１に載置されたウエハＷの外部（図１９に示す退避位置１２３）まで第１ガスノズル３ｂを移動させることは必須の要件ではない。ウエハＷの回転中心の近傍領域にアンモニアガスの活性種を供給するためには、図２０、２１に示すように当該近傍領域からずれた位置に第１ガスノズル３ｂを移動させれば十分である。

また、離接機構や側方移動機構を設ける場合に、成膜装置がプラズマ形成部７を備えていることは必須の要件ではない。例えば図１０や図１２に示す成膜装置１ｂ、１ｂ’においても、ウエハＷの回転中心が第１ガスノズル３により覆われることにより当該領域に第２の反応ガスが到達しにくくなる場合には、図１３〜２１を用いて説明した例と同様の離接機構や側方移動機構を設けてもよい。

この他、側方移動機構は第１ガスノズル３ｂを移動させる構成を採用する場合に限られるものではなく、ウエハＷが載置された載置台２１を側方へと移動させてもよい。例えば図８に示すように、載置台２１を移動させる機構（支持アーム６１、公転軸６２、公転駆動部６３など）が設けられている場合には、当該機構を活用して側方移動機構としてもよい。

ここで図２１に示す成膜装置１ｅにおいては、第１ガスノズル３ｂからシリコン酸化膜の原料ガスを供給する一方、第２ガスノズル５３からは酸素ガスを供給してプラズマ形成空間１２２にて酸素ガスのプラズマを形成し、オゾンなどの活性種を利用してシリコン酸化膜を形成する構成となっている。さらに当該成膜装置１ｅの第２ガスノズル５３には、ウエハＷに対する成膜処理を終えた後、酸素ガス供給源４３から供給される酸素ガスと切り替えて、シリコン酸化膜のエッチング（トリートメント）を行うための水素ガスプラズマ形成用のトリートメントガス供給源４６が接続されている。

このように成膜装置１ｅは、３種類のガスを切り替えてウエハＷに対する成膜処理やその後の他の処理（図２０に示す例では水素ガスのプラズマＰによるトリートメント）を行うこともできる。
さらにまた、成膜装置１ｅに例えば２本の第１ガスノズル３ｂを設け、各第１ガスノズル３ｂから異なる金属を含む原料ガスを供給すると共に、酸素ガスのプラズマによる酸化を行なうことにより、複合酸化物の膜を成膜する構成を採用してもよい。

この他、第１ガスノズル３、３ａ、３ｂは、ウエハＷの中央部から周縁部を結ぶ半径に対応する長さに設定することは必須ではない。例えば、ウエハＷの周縁部の一端から、ウエハＷの中央部を通って、ウエハＷの周縁部の他端に至る領域、即ちウエハＷの直径に対応する長さを備えていてもよい。この場合には、ウエハＷの半径に対応する長さの第１ガスノズル３、３ａ、３ｂが２本連結されていると見なすことができる。
さらには、第１ガスノズル３、３ａ、３ｂは、図２、１４、１７などに示すように直管により構成する場合に限定されず、平面視したとき湾曲した形状となっていてもよい。

そして、第１ガスノズル３、３ａ、３ｂから吐出される第１反応ガスや第２反応ガスの流速は、第１ガス吐出口３１２から吐出される際の慣性により反応ガスをウエハＷに衝突させる噴流を形成する場合に限られない。例えば第１ガス吐出口３１２から反応ガスを拡散させて、ウエハＷの表面に到達させる程度の吐出流速であっても、第１ガスノズル３、３ａ、３ｂを用いることにより、反応ガスの供給流路（第１ガス流路３１１）や、処理容器１１内に供給された後の反応ガスの供給領域を極小化することに伴う反応ガスの置換性向上の効果を得ることはできる。

Ｗ ウエハ
１、１ａ〜１ｅ
成膜装置
１０１、１０２
排気部
１１ 処理容器
１６１ 中央部側排気口
１７１ 周縁部側排気口
２１ 載置台
２２ 回転軸
２３ 回転駆動部
３、３ａ、３ｂ
第１ガスノズル
３１２ 第１ガス吐出口
３４２ａ 排気口
３４３ａ 分離ガス吐出口
３５ 回動軸
５１ ガスシャワーヘッド
５１２ 第２ガス吐出口
５３ 第２ガスノズル
７ プラズマ形成部
８ 制御部

Claims (15)

1. 基板に対する成膜処理を行う成膜装置において、
   排気部により真空排気される処理容器内に配置され、成膜対象の基板が載置される載置台と、
   前記載置台に載置された基板の中央部と交差する方向に伸びる回転軸回りに当該載置台を回転させるための回転駆動部と、
   前記載置台と共に回転する基板の表面の中央部と周縁部との間を結ぶ細長い領域に向けて、前記基板に吸着する第１反応ガスを吐出するための第１ガス吐出口が形成された第１ガスノズルと、
   前記処理容器内に、前記第１反応ガスと反応して膜を形成する第２反応ガスを供給するための第２ガス供給部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記第２ガス供給部は、前記第１ガスノズルを共用し、記第１反応ガスと切り替えて、前記第１ガス吐出口から第２反応ガスを吐出することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記第２ガス供給部は、前記第１ガスノズルとは別体として構成され、前記載置台に載置された基板を収容する空間へ第２反応ガスを拡散させる位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
4. 前記第２ガス供給部は、前記載置台に載置された基板を収容する空間の側方から第２反応ガスを吐出する第２ガス吐出口を備えることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
5. 前記第２ガス供給部は、前記載置台と対向して設けられ、当該載置台側へ向けて第２反応ガスを吐出する多数の第２ガス吐出口を備えたガスシャワーヘッドであることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
6. 前記第１ガスノズルに基板を近づけて対向させ、前記第１ガス吐出口から吐出された第１反応ガスを基板に吸着させるための近接位置と、前記近接位置よりも第１ガスノズルと基板との間の距離を広げ、前記第１ガスノズルと基板との間に第２反応ガスが進入可能な状態とするための離間位置との間で前記載置台または第１ガスノズルの少なくとも一方を移動させる離接機構を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の成膜装置。
7. 前記基板の表面の中央部と周縁部との間を結ぶ細長い領域と対向するように第１ガスノズルを配置し、前記第１ガス吐出口から吐出された第１反応ガスを基板に吸着させるための処理位置と、前記処理位置から側方へと前記第１ガスノズルと基板との配置関係をずらし、前記細長い領域に第２反応ガスを供給可能な状態とするための退避位置との間で前記載置台または第１ガスノズルの少なくとも一方を側方に移動させる側方移動機構を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の成膜装置。
8. 前記処理容器内に第２反応ガスのプラズマを形成するためのプラズマ形成部を備えること特徴とする請求項６または７に記載の成膜装置。
9. 前記第１ガスノズルは、前記基板の中央部側と周縁部側との間で吐出口から基板の表面までの距離を変化させるため、水平方向に対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の成膜装置。
10. 前記第１ガスノズルの傾きを変更するための搖動機構を備えたことを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
11. 前記排気部は、前記処理容器に設けられ、前記載置台に載置された基板の中央部と周縁部とに対向する２箇所の位置に配置された排気口から真空排気を行うことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の成膜装置。
12. 前記排気部は、前記基板の中央部に対向する位置と、前記周縁部に対向する位置とで排気口からの排気量を独立に調節することを特徴とする請求項１１に記載の成膜装置。
13. 前記排気部は、前記第１ガスノズルに設けられ、前記載置台に載置された基板から見て、前記第１ガス吐出口が形成された領域の周囲を囲む第１閉路に沿って延在するように形成された排気口から真空排気を行うことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の成膜装置。
14. 前記第１ガスノズルには、前記排気口の周囲を囲む第２閉路に沿って延在するように形成された分離ガス吐出口から、当該第２閉路の内外を分離するための分離ガスを供給する分離ガス供給部を備えることを特徴とする請求項１３に記載の成膜装置。
15. 前記処理容器には、載置台と回転駆動部と第１ガスノズルとの組が複数組設けられていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一つに記載の成膜装置。