JP2024057175A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバハングを抑制できる技術を提供する。
【解決手段】成膜方法は、凸部を表面に有する基板の表面に膜を形成する成膜方法であって、（ａ）基板の表面に原料ガスを供給し、基板の表面に原料ガスを吸着させ、（ｂ）基板の表面に反応ガスを供給し、基板の表面に吸着した原料ガスと反応ガスとの熱反応により基板の表面に膜を形成し、基板は、真空容器内に設けられた回転テーブルの表面上に周方向に沿って配置され、真空容器内には、回転テーブルより上方に回転テーブルの周方向に沿って、（ａ）を実施する吸着領域と、（ｂ）を実施する反応領域とが設けられ、吸着領域に原料ガス供給部から原料ガスが供給され、反応領域に反応ガス供給部から反応ガスが供給された状態で、回転テーブルを回転させて、（ａ）及び（ｂ）が基板に対して繰り返し実施され、原料ガス供給部及び反応ガス供給部の少なくとも一方は、鉛直下向きに対して角度をつけてガスを供給する。
【選択図】図４

Description

本開示は、成膜方法及び成膜装置に関する。

原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法を実施する成膜装置の一例として、回転テーブルを備える成膜装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。回転テーブル式の成膜装置は、真空容器内に回転可能に設けられる回転テーブルを有する。回転テーブルの表面上には、周方向に沿って基板が配置される。真空容器内には、回転テーブルの上方に原料ガスの供給領域と、反応ガスの供給領域と、これらの供給領域を分離する分離領域とが設けられる。

特開２０１５－２２０２９３号公報 特開２０１７－１２０８８４号公報

本開示は、オーバハングを抑制できる技術を提供する。

本開示の一態様による成膜方法は、凸部を表面に有する基板の前記表面に膜を形成する成膜方法であって、（ａ）前記基板の表面上に原料ガスを供給し、前記基板の表面上に前記原料ガスを吸着させる工程と、（ｂ）前記基板の表面上に反応ガスを供給し、前記基板の表面上に吸着した前記原料ガスと前記反応ガスとの熱反応により前記基板の表面上に膜を形成する工程と、を有し、前記基板は、真空容器内に設けられた回転テーブルの表面上に周方向に沿って配置され、前記真空容器内には、前記回転テーブルより上方に前記回転テーブルの周方向に沿って、前記工程（ａ）を実施する吸着領域と、前記工程（ｂ）を実施する反応領域とが設けられ、前記吸着領域に原料ガス供給部から前記原料ガスが供給され、前記反応領域に反応ガス供給部から前記反応ガスが供給された状態で、前記回転テーブルを回転させることにより、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）が前記基板に対して繰り返し実施され、前記原料ガス供給部及び前記反応ガス供給部の少なくとも一方は、鉛直下向きに対して角度をつけてガスを供給する。

本開示によれば、オーバハングを抑制できる。

図１は、実施形態に係る成膜装置を示す概略断面図である。 図２は、図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。 図３は、図１の成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。 図４は、図１の成膜装置の回転テーブルの同心円に沿った真空容器の概略断面図である。 図５は、図１の成膜装置の別の概略断面図である。 図６は、プラズマ発生器を示す概略断面図である。 図７は、プラズマ発生器を示す他の概略断面図である。 図８は、プラズマ発生器を示す概略上面図である。 図９は、基板の表面に形成される膜を説明するための図である。 図１０は、実施形態に係る成膜方法を示す断面図（１）である。 図１１は、実施形態に係る成膜方法を示す断面図（２）である。 図１２は、実施形態に係る成膜方法を示す断面図（３）である。 図１３は、実施形態に係る成膜方法を示す断面図（４）である。 図１４は、実施形態に係る成膜方法を示す断面図（５）である。 図１５は、実施形態に係る成膜方法を示す断面図（６）である。 図１６は、基板の表面上に形成された酸化チタン膜のウエットエッチング速度及び屈折率特性を示す図である。

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。

［成膜装置］
実施形態に係る成膜方法を実施するのに好適な成膜装置について説明する。実施形態に係る成膜方法は、基板に供給するガスの種類を高速で切り替えることができれば、種々の成膜装置で実施可能であり、成膜装置の形態は問わない。ここでは、そのような基板に供給するガスの種類を高速に切り替える成膜処理が可能な成膜装置の一例について説明する。

図１から図３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、内部に収容した基板Ｗの表面上に成膜処理を行うための処理室である。基板Ｗは、例えば半導体ウエハである。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リングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有する。

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の上端に固定される。回転軸２２は、真空容器１の底部１４を貫通し、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、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る。

回転テーブル２の表面部には、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５枚）の基板Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられる。図３には、便宜上１個の凹部２４だけに基板Ｗを示す。凹部２４は、基板Ｗの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、基板Ｗの厚さにほぼ等しい深さとを有する。このため、基板Ｗが凹部２４に収容されると、基板Ｗの表面と回転テーブル２の表面（基板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、基板Ｗの裏面を支えて基板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）が形成される。

図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明するための図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略する。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、原料ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、改質ガスノズル３３及び分離ガスノズル４１、４２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置される。図示の例では、回転テーブル２の回転方向に沿って、分離ガスノズル４１、原料ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、反応ガスノズル３２及び改質ガスノズル３３がこの順番で配列されている。各ノズル３１、３２、３３、４１、４２は、例えば石英により形成される。各ノズル３１、３２、３３、４１、４２は、基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、３３ａ、４１ａ、４２ａ（図３）が容器本体１２の外周壁に固定される。これにより、各ノズル３１、３２、３３、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。

原料ガスノズル３１は、原料ガス供給部の一例である。原料ガスノズル３１は、配管１１０及び流量制御器１２０などを介して、原料ガスの供給源１３０に接続される。原料ガスノズル３１には、複数の吐出孔３１ｈ（図４）が、該原料ガスノズル３１の長さ方向に沿って所定の間隔で配列される。所定の間隔は、例えば１０ｍｍであってよい。原料ガスノズル３１の下方領域は、原料ガスを吸着させるための吸着領域Ｐ１となる。

各吐出孔３１ｈは、例えば鉛直下向きに対して回転テーブル２の回転方向の下流側に向けて第１角度θ１をつけて開口する。原料ガスノズル３１は、各吐出孔３１ｈから鉛直下向きに対して第１角度θ１をつけて原料ガスを供給する。この場合、凸部を表面に有する基板Ｗの表面上に膜を形成する際、各吐出孔３１ｈから供給される原料ガスは、凸部の上部には到達しやすいが、凸部の下部には到達しにくい。このため、原料ガスの吸着量は、凸部の下部よりも上部において多くなる。また、各吐出孔３１ｈから供給される原料ガスは、凸部の側面よりも上面に吸着しやすい。

第１角度θ１は、０°を除く角度である。第１角度θ１は、６０°以上８０°以下が好ましく、例えば７０°である。各吐出孔３１ｈは、鉛直下向きに対して回転テーブル２の回転方向の上流側に向けて第１角度θ１をつけて開口していてもよい。

原料ガスは、例えば有機金属ガス又は有機半金属ガスである。有機金属ガスは、例えば高誘電率（High-k）膜の成膜に用いられる有機金属ガスであってよい。有機金属ガスは、種々の有機金属を含むガスであってよく、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜を形成する場合には、ＴＤＭＡＴ（テトラキスジメチルアミノチタニウム）ガスなどの有機アミノチタニウムを含有するガスであってよい。有機半金属ガスは、有機シランガス、例えば３ＤＭＡＳｉなどの有機アミノシランガスであってよい。

反応ガスノズル３２は、反応ガス供給部の一例である。反応ガスノズル３２は、配管１１１及び流量制御器１２１などを介して、酸化ガスの供給源１３１に接続される。反応ガスノズル３２には、複数の吐出孔３２ｈ（図４）が、該反応ガスノズル３２の長さ方向に沿って所定の間隔で配列される。所定の間隔は、例えば１０ｍｍであってよい。反応ガスノズル３２の下方領域は、吸着領域Ｐ１において基板Ｗに吸着した原料ガスを酸化する酸化ガスを供給し、熱酸化により、原料ガスに含まれる有機金属又は有機半金属の酸化物の分子層を反応生成物として生成する酸化領域Ｐ２となる。酸化領域Ｐ２は、反応領域の一例である。

各吐出孔３２ｈは、例えば鉛直下向きに対して回転テーブル２の回転方向の下流側に向けて第２角度θ２をつけて開口する。反応ガスノズル３２は、各吐出孔３２ｈから鉛直下向きに対して第２角度θ２をつけて酸化ガスを供給する。この場合、凸部を表面に有する基板Ｗの表面上に膜を形成する際、各吐出孔３２ｈから供給される酸化ガスは、凸部の上部には到達しやすいが、凸部の下部に到達しにくい。このため、図９に示されるように、凸部の下部、例えば隣り合う凸部の間の底面上に形成される膜の厚さＴ１よりも、凸部の上部、例えば凸部の上面上に形成される膜の厚さＴ２及び凸部の側面上部に形成される膜の厚さＴ３が厚くなる。これにより、凸部の上面及び側面上部を覆うヘルメット形状を有する膜を形成できる。また、各吐出孔３２ｈから供給される酸化ガスは、凸部の側面よりも上面において原料ガスと反応しやすい。このため、図９に示されるように、凸部の上面上に形成される膜の厚さＴ２が凸部の側面上に形成される膜の厚さＴ３よりも厚くなりやすい。その結果、オーバハングが抑制された（オーバハング率の低い）ヘルメット形状を有する膜を形成できる。オーバハング率とは、図９に示されるように、凸部の上面上に形成された膜の厚さＴ２と、凸部の側面上に形成された膜の厚さＴ３との比（Ｔ３／Ｔ２）で表される。

第２角度θ２は、０°を除く角度である。第２角度θ２は、８０°以上１００°以下が好ましく、例えば９０°である。第２角度θ２が９０°である場合、反応ガスノズル３２は、各吐出孔３２ｈから回転テーブル２の表面と平行に酸化ガスを供給する。各吐出孔３２ｈは、鉛直下向きに対して回転テーブル２の回転方向の上流側に向けて第２角度θ２をつけて開口していてもよい。

酸化ガスとしては、供給された有機金属ガスと反応して有機金属酸化物を生成し得る酸化ガスであれば、種々の酸化ガスを用いることができる。酸化ガスとしては、例えば熱酸化により有機金属ガスを酸化する場合には、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス、酸素（Ｏ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガスなどが選択される。

反応ガスノズル３２は、窒化ガスの供給源に接続されてもよい。この場合、反応ガスノズル３２の下方領域は、吸着領域Ｐ１において基板Ｗに吸着した原料ガスを窒化する窒化ガスを供給し、熱窒化により、原料ガスに含まれる有機金属又は有機半金属の窒化物の分子層を反応生成物として生成する窒化領域となる。窒化領域は、反応領域の一例である。窒化ガスとしては、供給された有機金属ガスと反応して有機金属窒化物を生成し得る窒化ガスであれば、種々の窒化ガスを用いることができる。窒化ガスとしては、例えば熱窒化により有機金属ガスを窒化する場合には、アンモニア（ＮＨ_３）ガスが選択される。

改質ガスノズル３３は、配管１１２及び流量制御器１２２などを介して、希ガスの供給源１３２及び添加ガスの供給源１３３に接続される。改質ガスノズル３３の下方領域は、酸化領域Ｐ２において熱酸化により生成した有機金属酸化物又は有機半金属酸化物（保護膜）に希ガス及び添加ガスをプラズマ化して供給し、プラズマ処理（改質処理）を行う改質領域Ｐ３となる。希ガスとしては、プラズマ化に適したアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガスなどが選択される。添加ガスとしては、酸素ガス又は水素（Ｈ_２）ガスなどが選択される。

改質領域Ｐ３は、設けられなくてもよい。プラズマによる改質処理は任意であり、酸化領域Ｐ２又は窒化領域において熱反応（熱酸化又は熱窒化）のみを行う構成としてもよい。この場合、プラズマ発生器８０及び改質ガスノズル３３は設けなくてもよい。改質領域Ｐ３を設ける場合、プラズマ発生器８０及び改質ガスノズル３３が設けられる。図３において、プラズマ発生器８０は破線で簡略化して示される。改質ガスノズル３３及びプラズマ発生器８０の詳細については後述する。

分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスの供給源（図示せず）に接続される。分離ガスとしては、例えば窒素（Ｎ_２）ガスが用いられる。分離ガスとしては、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの希ガスが用いられてもよい。

図示の例では、原料ガスノズル３１が１つである場合を示すが、例えば原料ガスノズル３１は回転テーブル２の回転方向に間隔をあけて２つ以上設けられてもよい。

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。このため、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る。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する。凸状部４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る。

図４は、原料ガスノズル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の断面を示す。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられる。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第１天井面４４と、第１天井面４４の周方向両側に位置する、第１天井面４４よりも高い第２天井面４５とが存在する。第１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する。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が形成される。溝部４３内には、分離ガスノズル４２が収容される。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、分離ガスノズル４１が収容される。第２天井面４５の下方の空間には、原料ガスノズル３１及び反応ガスノズル３２が設けられる。原料ガスノズル３１及び反応ガスノズル３２は、第２天井面４５から離間して基板Ｗの近傍に設けられる。図４に示されるように、第２天井面４５の下方の右側の空間４８１に原料ガスノズル３１が設けられ、第２天井面４５の下方の左側の空間４８２に反応ガスノズル３２が設けられる。

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）が、分離ガスノズル４２の長さ方向に沿って所定の間隔で配列される。所定の間隔は、例えば１０ｍｍであってよい。分離ガスノズル４１にも分離ガスノズル４２と同様に、回転テーブル２に向かって開口する複数の吐出孔（図示せず）が、分離ガスノズル４１の長さ方向に沿って所定の間隔で配列される。所定の間隔は、例えば１０ｍｍであってよい。

第１天井面４４は、狭隘な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から窒素ガスが供給されると、窒素ガスは分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間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及び４８２の容積よりも小さいため、窒素ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出る窒素ガスは、吸着領域Ｐ１からの原料ガスと、酸化領域Ｐ２からの酸化ガスとに対するカウンターフローとして働く。このため、吸着領域Ｐ１からの原料ガスと、酸化領域Ｐ２からの酸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酸化ガスとが混合し、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天井面４４の高さｈ１は、成膜時の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、分離ガス（窒素ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び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。

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）が設けられる。突出部５は、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が第１天井面４４と同じ高さに形成される。

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天井面４５が設けられる領域を示す。一方、図５は、第１天井面４４が設けられ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の周縁部（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、両反応ガスの混合を抑制する。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天井面４４の高さと同様の寸法に設定される。

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図４に示されるように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成される。容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示されるように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にわたって外方側に窪んでいる。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と記す。具体的には、吸着領域Ｐ１に連通する排気領域を第１排気領域Ｅ１と記し、酸化領域Ｐ２及び改質領域Ｐ３に連通する領域を第２排気領域Ｅ２と記す。第１排気領域Ｅ１及び第２排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示されるように、それぞれ第１排気口６１０及び第２排気口６２０が形成される。第１排気口６１０及び第２排気口６２０は、図１に示されるように、各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続される。真空ポンプ６４０と排気管６３０との間には、圧力制御器６５０が設けられる。

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４に示されるように、ヒータユニット７が設けられる。ヒータユニット７は、回転テーブル２を介して回転テーブル２上の基板Ｗを、プロセスレシピで決められた温度（例えば１５０℃）に加熱する。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、リング状のカバー部材７１が設けられる（図５）。これにより、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１、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が抑制される。カバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側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の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂとを備える。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部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る。内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部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を全周にわた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寄り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側に突出して突出部１２ａをなす。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に連通する。ケース体２０には、パージガスである窒素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が設けられる。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が設けられる（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。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の上端部との間を周方向にわたって覆う蓋部材７ａが設けられる。蓋部材７ａは、例えば石英により形成される。

真空容器１の天板１１の中心部には、分離ガス供給管５１が接続される。分離ガス供給管５１は、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスである窒素ガスを供給する。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との狭い空間５０を介して回転テーブル２の基板載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は、分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。このため、空間５０により、吸着領域Ｐ１に供給される有機金属ガスと酸化領域Ｐ２に供給される酸化ガスとが、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、空間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。

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との間で基板である基板Ｗの受け渡しを行うための搬送口１５が形成される。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における基板載置領域である凹部２４は、搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間で基板Ｗの受け渡しが行われる。このため、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通して基板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）が設けられる。

次に、図６から図８を参照し、プラズマ発生器８０について説明する。図６は、回転テーブル２の半径方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図７は、回転テーブル２の半径方向と直交する方向に沿ったプラズマ発生器８０の概略断面図であり、図８は、プラズマ発生器８０の概略を示す上面図である。図示の便宜上、これらの図において一部の部材を簡略化する。

図６を参照すると、プラズマ発生器８０は、フレーム部材８１と、ファラデー遮蔽板８２と、絶縁板８３と、アンテナ８５とを備える。

フレーム部材８１は、高周波透過性の材料で作製される。フレーム部材８１は、上面から窪んだ凹部を有する。フレーム部材８１は、天板１１に形成された開口部１１ａに嵌め込まれる。ファラデー遮蔽板８２は、フレーム部材８１の凹部内に収容される。ファラデー遮蔽板８２は、上部が開口した略箱状の形状を有する。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２の底面上に配置される。アンテナ８５は、絶縁板８３の上方に支持される。アンテナ８５は、略八角形の上面形状を有するコイル状を有する。

天板１１の開口部１１ａは、複数の段部を有する。複数の段部のうちの一つの段部には全周にわたって溝部が形成され、この溝部に例えばＯ－リングなどのシール部材８１ａが嵌め込まれている。フレーム部材８１は、開口部１１ａの段部に対応する複数の段部を有する。フレーム部材８１を開口部１１ａに嵌め込むと、複数の段部のうちの一つの段部の裏面が、開口部１１ａの溝部に嵌め込まれたシール部材８１ａと接する。これにより、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性が維持される。図６に示されるように、天板１１の開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１の外周に沿った押圧部材８１ｃが設けられる。これにより、フレーム部材８１が天板１１に対して下方に押し付けられる。このため、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性がより確実に維持される。

フレーム部材８１の下面は、真空容器１内の回転テーブル２に対向しており、その下面の外周には全周にわたって下方に（回転テーブル２に向かって）突起する突起部８１ｂが設けられる。突起部８１ｂの下面は回転テーブル２の表面に近接しており、突起部８１ｂと、回転テーブル２の表面と、フレーム部材８１の下面とにより回転テーブル２の上方に空間（以下、改質領域Ｐ３）が画成される。突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間隔は、分離空間Ｈ（図４）における第１天井面４４の回転テーブル２の上面に対する高さｈ１とほぼ同じであってよい。

改質領域Ｐ３には、突起部８１ｂを貫通した改質ガスノズル３３が延在する。改質ガスノズル３３には、図６に示されるように、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの希ガスが充填される希ガスの供給源１３２が、流量制御器１２２を介して配管１１２により接続される。改質ガスノズル３３には、図６に示されるように、酸素ガス又は水素ガスなどの添加ガスが充填される添加ガスの供給源１３３が、流量制御器１２３を介して配管１１２により接続される。すなわち、流量制御器１２２により流量制御された希ガス及び流量制御器１２３により流量制御された添加ガスが、ともに所定の流量で混合され、混合ガスがプラズマ発生器８０によりプラズマ化されて改質領域Ｐ３に供給される。

改質ガスノズル３３には、複数の吐出孔３３ｈが、該改質ガスノズル３３の長さ方向に沿って所定の間隔で配列されている。所定の間隔は、例えば１０ｍｍであってよい。改質ガスノズル３３は、吐出孔３３ｈから上述の混合ガスを吐出する。吐出孔３３ｈは、図７に示されるように、回転テーブル２に対して垂直な方向から回転テーブル２の回転方向の上流側に向かって傾いている。このため、改質ガスノズル３３から供給されるガスは、回転テーブル２の回転方向と逆の方向に、具体的には、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間の隙間に向かって吐出される。これにより、回転テーブル２の回転方向に沿ってプラズマ発生器８０よりも上流側に位置する第２天井面４５の下方の空間から反応ガスや分離ガスが、改質領域Ｐ３内へ流れ込むのが抑止される。また、上述のとおり、フレーム部材８１の下面の外周に沿って形成される突起部８１ｂが回転テーブル２の表面に近接しているため、改質ガスノズル３３からのガスにより改質領域Ｐ３内の圧力を容易に高く維持できる。これによっても、反応ガスや分離ガスが改質領域Ｐ３内へ流れ込むのが抑止される。

このように、フレーム部材８１は、改質領域Ｐ３を酸化領域Ｐ２から分離するための役割を担っている。よって、実施形態に係る成膜装置は、プラズマ発生器８０の全体を必ずしも備えていなくてよいが、改質領域Ｐ３を酸化領域Ｐ２から区画し、酸化ガスの混入を防ぐため、フレーム部材８１を備えているものとする。

ファラデー遮蔽板８２は、金属などの導電性材料から作製され、図示は省略するが接地される。図８に示されるように、ファラデー遮蔽板８２の底部には、複数のスリット８２ｓが形成される。各スリット８２ｓは、略八角形の平面形状を有するアンテナ８５の対応する辺とほぼ直交するように延びる。

ファラデー遮蔽板８２は、図７及び図８に示されるように、上端の２箇所において外側に折れ曲がる支持部８２ａを有する。支持部８２ａがフレーム部材８１の上面に支持されることにより、フレーム部材８１内の所定の位置にファラデー遮蔽板８２が支持される。

絶縁板８３は、例えば石英ガラスにより作製され、ファラデー遮蔽板８２の底面よりも僅かに小さい大きさを有する。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２の底面に載置される。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２とアンテナ８５とを絶縁する一方、アンテナ８５から放射される高周波を下方へ透過させる。

アンテナ８５は、平面形状が略八角形となるように銅製の中空管（パイプ）を例えば３重に巻き回すことにより形成される。パイプ内に冷却水を循環させることができ、これにより、アンテナ８５へ供給される高周波によりアンテナ８５が高温に加熱されるのが防止される。アンテナ８５には、立設部８５ａが設けられる。立設部８５ａには、支持部８５ｂが取り付けられる。支持部８５ｂにより、アンテナ８５がファラデー遮蔽板８２内の所定の位置に維持される。支持部８５ｂには、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７が接続される。高周波電源８７は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波を発生する。

係るプラズマ発生器８０によれば、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７からアンテナ８５に高周波電力を供給すると、アンテナ８５により電磁界が発生する。この電磁界のうちの電界成分は、ファラデー遮蔽板８２により遮蔽されるため、下方へ伝播することはできない。一方、磁界成分はファラデー遮蔽板８２の複数のスリット８２ｓを通して改質領域Ｐ３内へ伝播する。磁界成分により、改質ガスノズル３３から所定の流量比で改質領域Ｐ３に供給される希ガス及び添加ガスの混合ガスが活性化される。

実施形態に係る成膜装置には、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などの媒体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。

［成膜方法］
図１０から図１５を参照し、実施形態に係る成膜方法について説明する。以下では、前述した成膜装置において、基板Ｗの表面上に酸化チタン膜を形成する場合を例に挙げて説明する。図１０から図１５は、実施形態に係る成膜方法を示す断面図である。

図１０は、実施形態に係る成膜方法で用いられる基板Ｗの表面パターンの一例を示す図である。図１０に示されるように、複数のトレンチＴを表面に有する基板Ｗを準備する。基板Ｗは、例えばシリコンウエハである。

次に、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０（図３）により搬送口１５（図２及び図３）を介して基板Ｗを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。基板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の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。基板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５つの凹部２４内にそれぞれ基板Ｗを載置する。

次に、ゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により到達可能真空度にまで真空容器１内を排気する。次に、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスである窒素ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７３からも窒素ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力制御器６５０（図１）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を時計回りに例えば１２０ｒｐｍの高速の回転速度で回転させながらヒータユニット７により基板Ｗを例えば２００℃に加熱する。

次に、原料ガスノズル３１（図２及び図３）から有機アミノチタニウムガスを供給し、反応ガスノズル３２から過酸化水素ガスを供給する。このとき、原料ガスノズル３１は、各吐出孔３１ｈから鉛直下向きに対して第１角度θ１をつけて有機アミノチタニウムガスを供給する。反応ガスノズル３２は、各吐出孔３２ｈから鉛直下向きに対して第２角度θ２をつけて過酸化水素ガスを供給する。

次に、回転テーブル２の回転により、基板Ｗは、吸着領域Ｐ１、分離領域Ｄ、酸化領域Ｐ２及び分離領域Ｄをこの順に繰り返し通過する（図３参照）。

図１１は、吸着工程の一例を示す図である。吸着領域Ｐ１において、図１１に示されるように、基板Ｗの表面Ｕに有機アミノチタニウムガスの分子Ｍｔが吸着し、有機アミノチタニウムの分子層６１が形成される。ここで、有機アミノチタニウムガスがトレンチＴの深さ方向に対して第１角度θ１をつけて供給される。この場合、有機アミノチタニウムの分子Ｍｔは、トレンチＴの奥まで到達しにくいため、基板Ｗの表面Ｕ上に吸着しやすい。有機アミノチタニウムガスの分子Ｍｔは、有機金属ガスであり、金属であるチタンの周囲に有機基が付着しており、分子Ｍｔの径が大きい。さらに、回転テーブル２が高速で回転する。このため、有機アミノチタニウムの分子Ｍｔは、トレンチＴの奥まで到達せず、基板の表面Ｕ上に吸着する。

図１２及び図１３は、酸化工程の一例を示す図である。図１２に示されるように、分離領域Ｄを通過した後、酸化領域Ｐ２において、基板Ｗの表面Ｕに吸着した有機アミノチタニウムガスが過酸化水素ガス分子Ｍｏにより酸化される。その結果、図１３に示されるように、トレンチＴの上端の基板Ｗの表面Ｕ上に酸化チタン膜６２が成膜される。ここで、過酸化水素ガスがトレンチＴの深さ方向に対して第２角度θ２をつけて供給される。この場合、過酸化水素ガス分子Ｍｏは、トレンチＴの奥まで到達しにくいため、基板Ｗの表面Ｕ上に酸化チタン膜６２が成膜されやすい。さらに、回転テーブル２が高速で回転しているため、過酸化水素ガス分子Ｍｏは、トレンチＴの奥まで到達せず、基板の表面Ｕ上に酸化チタン膜６２が成膜される。

図１４は、再度繰り返される吸着工程の一例を示した図である。図１４に示されるように、回転テーブル２の回転により基板Ｗが吸着領域Ｐ１に再び至ると、原料ガスノズル３１から供給される有機アミノチタニウムガスの分子Ｍｔが基板Ｗの表面Ｕに吸着する。ここでも、前述した吸着工程と同様に、有機アミノチタニウムの分子Ｍｔは、トレンチＴの奥まで到達せず、基板Ｗの表面Ｕ上に吸着する。

以下、回転テーブル２が高速で回転し続ける間、吸着工程と酸化工程とが繰り返されることにより、図１５に示されるように、トレンチＴ同士の間の基板Ｗの表面（凸部上）に、凸部の上面及び側面上部を覆うヘルメット形状を有する酸化チタン膜６２が成膜される。

以上に説明したように、実施形態に係る成膜方法によれば、有機アミノチタニウムガス及び過酸化水素ガスをトレンチＴの深さ方向に対して角度をつけて供給する。これにより、凸部の下部よりも上部に形成される酸化チタン膜６２の厚さが厚くなる。また、凸部の上面上に形成される酸化チタン膜６２の厚さが凸部の側面上に形成される酸化チタン膜６２の厚さよりも厚くなりやすい。その結果、オーバハングが抑制された（オーバハング率の低い）ヘルメット形状を有する膜を形成できる。

また、実施形態に係る成膜方法によれば、分子径の大きい有機金属ガスを原料ガスとして原料ガスノズル３１から供給すると共に、回転テーブル２を高速で回転させる。これにより、トレンチＴ内には成膜を進行させず、トレンチＴの間の領域にのみ選択的に成膜を行い、局所的な酸化チタン膜６２を形成できる。なお、上記の実施形態では、有機アミノチタニウムガスを原料ガスとして用いる場合を説明したが、有機金属ガスは、一般的に分子径が大きいので、他の種類の有機金属ガスを用いて実施形態に係る成膜方法を実施することも可能である。また更に、有機金属ガスのみならず、有機シランガスなどの有機半金属ガスも、分子径が大きく、実施形態に係る成膜方法を実施できる。

上記の実施形態に係る成膜方法では、原料ガス及び酸化ガスの両方を鉛直下向きに対して角度をつけて供給する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、原料ガスを鉛直下向きに供給し、酸化ガスを鉛直下向きに対して角度をつけて供給してもよい。例えば、原料ガスを鉛直下向きに対して角度をつけて供給し、酸化ガスを鉛直下向きに供給してもよい。このように、原料ガス及び酸化ガスの少なくとも一方を鉛直下向きに対して角度をつけて供給すればよい。

上記の実施形態に係る成膜方法では、酸化チタン膜を形成する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、窒化チタン膜を形成する場合には、反応ガスノズル３２から供給されるガスの種類を、過酸化水素ガスからアンモニアガスなどの窒化ガスに変更すればよい。

［実施例］
実施例では、複数の凸部を表面に有する基板を準備し、準備した基板を前述の成膜装置の真空容器１内に収容し、以下に示される条件Ａ１及び条件Ａ２により、基板の表面上に酸化チタン膜を形成した。

（条件Ａ１）
条件Ａ１では、第１角度θ１を７０°、第２角度θ２を９０°に設定した状態で、前述した吸着工程及び酸化工程をこの順に連続して実施し、酸化チタン膜を形成した。すなわち、条件Ａ１では、吸着工程において原料ガスを鉛直下向きに対して７０°の角度をつけて供給し、酸化工程において酸化ガスを基板の表面に対して平行に供給した。吸着工程では、原料ガスとしてＴＤＭＡＴガスを供給した。酸化工程では、酸化ガスとして過酸化水素ガスを供給した。

（条件Ａ２）
条件Ａ２では、第２角度θ２を０°に設定した。その他の条件は、条件Ａ１と同じである。すなわち、条件Ａ２では、吸着工程において原料ガスを鉛直下向きに対して７０°の角度をつけて供給し、酸化工程において酸化ガスを基板の表面に対して垂直に供給した。

次に、基板の表面上に形成された酸化チタン膜について、トレンチの底面上の厚さＴ１（図９）と、隣り合うトレンチの間の領域上の厚さＴ２（図９）と、トレンチの上部の側面上の厚さＴ３とを測定した。また、厚さＴ２及び厚さＴ３からオーバハング率を算出した。

条件Ａ１により基板の表面上に形成された酸化チタン膜では、厚さＴ１が４．４ｎｍであり、厚さＴ２が１１．８ｎｍであり、厚さＴ３が７．７ｎｍであった。オーバハング率は、６５％であった。

条件Ａ２により基板の表面上に形成された酸化チタン膜では、厚さＴ１が５．５ｎｍであり、厚さＴ２が１２．１ｎｍであり、厚さＴ３が８．７ｎｍであった。オーバハング率は、７２％であった。

以上の結果から、酸化工程において酸化ガスを基板の表面に対して平行に供給することで、酸化工程において酸化ガスを基板の表面に対して垂直に供給するよりも、凸部に形成される酸化チタン膜のオーバハングを抑制できることが示された。

次に、基板の表面上に形成された酸化チタン膜について、サイクルレート、膜厚の面内均一性、屈折率及びウエットエッチングレート（ＷＥＲ）を測定した。サイクルレートは、酸化チタン膜の膜厚を測定し、測定した酸化チタン膜の膜厚を、吸着工程及び酸化工程の繰り返し回数で除算することにより算出した。ＷＥＲは、酸化チタン膜を希フッ酸（ＤＨＦ）でエッチングしたときのエッチングレートである。

条件Ａ１により基板の表面上に形成された酸化チタン膜のサイクルレートは、０．１９８Å／サイクルであった。条件Ａ２により基板の表面上に形成された酸化チタン膜のサイクルレートは０．１９７Å／サイクルであった。これらの結果から、条件Ａ１により基板の表面上に形成された酸化チタン膜と、条件Ａ２により基板の表面上に形成された酸化チタン膜との間で、サイクルレートは同等であることが示された。また、約０．２Å／サイクルという比較的高いサイクルレートにおいて、オーバハングが抑制された（オーバハング率の低い）ヘルメット形状を有する酸化チタン膜を形成できることが示された。

また、条件Ａ１により基板の表面上に形成された酸化チタン膜と、条件Ａ２により基板の表面上に形成された酸化チタン膜との間で、膜厚の面内均一性は同等であった。

図１６は、基板の表面上に形成された酸化チタン膜のＷＥＲ及び屈折率を示す図である。図１６中、左側の縦軸はＷＥＲ［ｎｍ／ｍｉｎ］を示し、右側の縦軸は屈折率を示す。図１６中、棒グラフはＷＥＲの測定結果を示し、丸印は屈折率の測定結果を示す。

図１６に示されるように、条件Ａ１により基板の表面上に形成された酸化チタン膜と、条件Ａ２により基板の表面上に形成された酸化チタン膜との間で、ＷＥＲ及び屈折率が同等であることが分かる。

以上の結果から、酸化工程において酸化ガスを供給する向きを変更することによる酸化チタン膜の膜特性に与える影響はほとんどないことが示された。

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。

１ 真空容器
２ 回転テーブル
３１ 原料ガスノズル
３２ 反応ガスノズル
Ｐ１ 吸着領域
Ｐ２ 酸化領域
Ｗ 基板

Claims (9)

1. 凸部を表面に有する基板の前記表面に膜を形成する成膜方法であって、
   （ａ）前記基板の表面上に原料ガスを供給し、前記基板の表面上に前記原料ガスを吸着させる工程と、
   （ｂ）前記基板の表面上に反応ガスを供給し、前記基板の表面上に吸着した前記原料ガスと前記反応ガスとの熱反応により前記基板の表面上に膜を形成する工程と、
   を有し、
   前記基板は、真空容器内に設けられた回転テーブルの表面上に周方向に沿って配置され、
   前記真空容器内には、前記回転テーブルより上方に前記回転テーブルの周方向に沿って、前記工程（ａ）を実施する吸着領域と、前記工程（ｂ）を実施する反応領域とが設けられ、
   前記吸着領域に原料ガス供給部から前記原料ガスが供給され、前記反応領域に反応ガス供給部から前記反応ガスが供給された状態で、前記回転テーブルを回転させることにより、前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）が前記基板に対して繰り返し実施され、
   前記原料ガス供給部及び前記反応ガス供給部の少なくとも一方は、鉛直下向きに対して角度をつけてガスを供給する、
   成膜方法。
2. 前記原料ガス供給部及び前記反応ガス供給部の少なくとも一方は、鉛直下向きに対して前記回転テーブルの回転方向の下流側に角度をつけてガスを供給する、
   請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記原料ガス供給部は、鉛直下向きに対して第１角度をつけて前記原料ガスを供給する、
   請求項２に記載の成膜方法。
4. 前記第１角度は、６０°以上８０°以下である、
   請求項３に記載の成膜方法。
5. 前記反応ガス供給部は、鉛直下向きに対して第２角度をつけて前記反応ガスを供給する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜方法。
6. 前記第２角度は、８０°以上１００°以下である、
   請求項５に記載の成膜方法。
7. 前記原料ガスは、有機金属ガス又は有機半金属ガスであり、
   前記反応ガスは、酸化ガスである、
   請求項１に記載の成膜方法。
8. 前記原料ガスは、有機金属ガス又は有機半金属ガスであり、
   前記反応ガスは、窒化ガスである、
   請求項１に記載の成膜方法。
9. 凸部を表面に有する基板の前記表面に膜を形成する成膜装置であって、
   真空容器内に設けられ、表面上に周方向に沿って前記基板を配置する回転テーブルと、
   前記真空容器内の前記回転テーブルより上方に前記回転テーブルの周方向に沿って設けられる吸着領域及び反応領域と、
   前記吸着領域に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
   前記反応領域に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
   制御部と、
   を備え、
   前記原料ガス供給部及び前記反応ガス供給部の少なくとも一方は、鉛直下向きに対して角度をつけてガスを供給するように構成され、
   前記制御部は、
   前記吸着領域に前記原料ガス供給部から前記原料ガスを供給し、前記反応領域に前記反応ガス供給部から前記反応ガスを供給した状態で、前記回転テーブルを回転させることにより、
   前記回転テーブルの表面上に配置された前記基板の表面上に前記原料ガスを供給し、前記基板の表面上に前記原料ガスを吸着させる工程と、
   前記回転テーブルの表面上に配置された前記基板の表面上に前記反応ガスを供給し、前記基板の表面上に吸着した前記原料ガスと前記反応ガスとの熱反応により前記基板の表面上に膜を形成する工程と、
   を繰り返し実施するように当該成膜装置を制御するよう構成される、
   成膜装置。

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