JP6512063B2

JP6512063B2 - 成膜装置

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Publication number: JP6512063B2
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Inventors: 梅原　隆人; 隆人梅原; 長谷川　雅之; 雅之長谷川; 喜一 ▲高▼橋; 祐也佐々木
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Description

本発明は、真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の基板を、原料ガスの供給領域、原料と反応する反応ガスの供給領域、を順次通過させることにより基板上に成膜する装置に関する。

半導体ウエハなどの基板（以下「ウエハ」という）にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）などの薄膜を成膜する手法として、いわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法が知られている。このＡＬＤ法を実施する装置として、特許文献１には、真空容器内の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、原料ガスが供給される領域と、原料ガスと反応する反応ガスが供給される領域とを順番に通過させる装置が記載されている。回転テーブル上には、各々のウエハを落とし込んで保持するための凹部が配置されており、この凹部は、ウエハの外縁にクリアランスを設けるため（ウエハを着脱自在に保持するため）に、平面で見た時にウエハよりも一回り大きくなるように形成されている。

ウエハは、外部からの搬送アームにより、回転テーブルの凹部内に受け渡された直後に、加熱時の面内温度の不均一により、その中央部が周縁部よりも盛り上がるように反り、面内温度の均一性が高まるにつれて前記反りが収まっていくことが知られている。一方、回転テーブルを回転させているため、この回転に伴う遠心力によって、ウエハは凹部内において、前記クリアランス分回転テーブルの外周側に移動する。このようにウエハは、反った状態から平坦な状態に戻ろうとしながら移動するため、その周縁部が凹部底面を擦るようにして移動することになり、パーティクルが発生するおそれがある。

このため特許文献１では、前記凹部の底面に、平面形状がウエハより小さいウエハの載置台を設ける構成が提案されている。この構成によれば、ウエハの周縁部と凹部底面との擦れが抑えられるため、パーティクルの発生を抑制できる。しかしながら、本発明者らは、回転テーブルの回転数が高いプロセスや、処理雰囲気の圧力が高いプロセスを行う場合に、ウエハの周縁部の一部において、局所的に膜厚が大きくなる現象が発生するという知見を得ている。本発明者は、この現象は、載置台の周囲の溝部内に局所的に濃いガスが滞留し、この濃いガスがウエハの表面に回り込むことに起因しているのではないかと推測している。ところで、ウエハの中心側の膜厚を比較的大きく、ウエハの周縁側に向かうにつれて膜厚が小さくなると共に、ウエハの周方向における膜厚は均一性高くなるように成膜することが要請されている。しかし、上記のように濃いガスの表面への回り込みが起きると、ウエハの周縁部の周方向において膜厚のばらつきが生じ、この要請に十分に応えられない懸念がある。

特開２０１３−２２２９４８号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の基板に成膜処理を行うにあたり、基板の周縁部の周方向における良好な膜厚の均一性を確保できる成膜装置を提供することにある。

本発明の成膜装置は、真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の複数の基板を、処理ガスの供給領域に順次通過させることにより基板上に成膜する装置において、
前記回転テーブルの一面側に周方向に沿って複数設けられ、前記基板が各々収まるように形成された凹部と、
前記凹部内にて基板の周縁部よりも中央寄りの部位を支持するための載置部と、
前記凹部内にて前記載置部を囲むように形成された環状の溝部と、
前記載置部の中心から見て前記回転テーブルの回転中心側の前記溝部の領域から、当該凹部の外部の領域に連通するように形成された連通溝または連通孔からなる連通路と、
前記真空容器内を真空排気するための排気口と、を備え、
前記外部の領域は、前記凹部に隣接する他の凹部内における載置部の周囲の環状の溝部であって、当該他の凹部の載置部の中心から見て前記回転テーブルの回転中心とは反対側の領域であることを特徴とする。
本発明の他の成膜装置は、真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の複数の基板を、処理ガスの供給領域に順次通過させることにより基板上に成膜する装置において、
前記回転テーブルの一面側に周方向に沿って複数設けられ、前記基板が各々収まるように形成された凹部と、
前記凹部内にて基板の周縁部よりも中央寄りの部位を支持するための載置部と、
前記凹部内にて前記載置部を囲むように形成された環状の溝部と、
前記載置部の中心から見て前記回転テーブルの回転中心側の前記溝部の領域から、当該凹部の外部の領域に連通するように形成された連通溝または連通孔からなる連通路と、
前記真空容器内を真空排気するための排気口と、を備え、
前記外部の領域は、前記凹部に隣接する他の凹部内における載置部の周囲の環状の溝部または前記回転テーブルの外周縁の外側であり、
前記連通路は、凹部の中央から見て前記回転テーブルの中心とは反対側の凹部の端部領域において、前記凹部内における載置部の周囲の空間と前記回転テーブルの外側の空間とを連通するように当該凹部の壁部に形成されることを特徴とする。

本発明は、回転テーブル上の複数の凹部内の載置部に夫々基板を載置して、回転テーブルを処理ガスの供給領域に順次通過させて成膜処理を行う装置を対象としている。そして凹部内における載置部の周囲の環状の溝部であって、載置部の中心から見て回転テーブルの回転中心側の前記溝部の領域から、当該凹部の外部領域に連通するように形成された連通路を設けている。このため凹部内の環状の溝部内のガスが連通路に流出するので、結果として凹部内において局部的に成膜用のガス濃度が高くなることが抑えられ、基板の周縁部の周方向における膜厚の均一性が良好になる。

本発明の実施形態に係る成膜装置を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る成膜装置を示す横断面図である。成膜装置の回転テーブルを示す平面図である。回転テーブルの一部を示す斜視図である。回転テーブルを径方向に沿った断面で示す縦断面図である。回転テーブルをＡ−Ａ´線に沿った断面で示す縦断面図である。参考例において、回転テーブルの凹部とウエハの膜厚分布とを対応付けて示す説明図である。参考例において、回転テーブルの凹部内のガス流の様子を模式的に示す説明図である。本発明の実施形態において、回転テーブルの凹部内のガス流の様子を模式的に示す説明図である。本発明の他の実施形態における回転テーブルの一部を示す平面図である。本発明の更に他の実施形態における回転テーブルの一部を示す平面図である。本発明の実施形態と参考例とについてウエハの面内膜厚分布を示す特性図である。

本発明の実施形態に係る成膜装置について、縦断側面図、横断平面図である図１、図２を夫々参照して説明する。この成膜装置は、平面形状が概ね円形である真空容器１と、この真空容器１内に設けられ、当該真空容器１の中心に回転中心を有すると共に例えば石英により構成された水平な円形の回転テーブル２と、を備えており、回転テーブル２に載置されるウエハＷに対して処理ガスを供給して成膜処理を行う。なお、図２中のＮは、ウエハＷの周縁部に形成された切り欠きであるノッチを示している。

図１中１１、１２は、夫々真空容器１を構成する天板、容器本体である。天板１１の上面側における中央部には、真空容器１内の中心部領域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を抑制するために、窒素（Ｎ_２）ガスを分離ガスとして供給するための分離ガス供給管１３が接続されている。

容器本体１２の底面部１４には、真空容器１の周に沿って円環状の凹部１５が形成されている（図１参照）。この凹部１５内には加熱機構であるヒータユニット１６が設けられ、回転テーブル２を介して当該回転テーブル２上のウエハＷを所定の成膜温度例えば６２０℃に加熱するようになっている。図中１７は凹部１５を塞ぐカバーであり、図中１８は、凹部１５内をパージするためのパージガスを供給する供給管である。

上記の回転テーブル２の中心部の下方側には鉛直な回転軸２２を介して回転テーブル２を時計周りに回転させる回転機構２１が設けられている。図中２３は回転軸２２及び回転機構２１を収納するケース体であり、図中２４は、ケース体２３内にＮ_２ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管である。

図３は回転テーブル２の一面側（表面側）を示している。この一面側には、凹部や溝部が形成されることで段差が形成されており、図３では各部の識別を容易にするために、そのように凹部や溝部が形成されて周囲よりも高さが低い領域をグレースケールで示している。回転テーブル２の一面側には、円形のウエハＷを落とし込んで保持するために、円形の凹部２５が、当該回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って６箇所に設けられている。各々の凹部２５は、ウエハＷの外縁との間に隙間領域（クリアランス）を設けるために、平面で見た時にウエハＷよりも径が大きくなるように形成されている。具体的には、ウエハＷの直径寸法及び凹部２５の直径寸法は、夫々例えば３００ｍｍ及び３０２ｍｍである。また回転テーブル２の直径寸法は例えば１０００ｍｍ程度となっている。

図４は上記の凹部２５の斜視図であり、図５は凹部２５の回転テーブル２の径方向に沿った縦断側面図であり、図６は図３におけるＡ―Ａ’矢視断面図である。これらの各図も参照して、回転テーブル２についてさらに説明する。凹部２５の底部の周縁部は、下方へとさらに窪むことで円環状の溝部２７を形成しており、この環状溝部２７に囲まれる凹部２５の底部は、上端面が水平な円形の載置部２６として構成されている。平面視、載置部２６の中心と凹部２５の中心とは互いに一致し、載置部２６の径はウエハＷの径よりも小さい。

このような構成によって、ウエハＷが載置部２６に載置されたとき、図５、図６に示すようにウエハＷの周縁部よりも中央部寄りの領域が当該載置部２６に支持され、ウエハＷの周縁部は当該凹部２５の底面から浮き上がる。このようにウエハＷが載置されるように載置部２６及び環状溝部２７を形成するのは、背景技術の項目で説明したように、加熱されて反ったウエハＷと凹部２５の底面との擦れを防ぐためである。なお、図３中２５ａは載置部２６に設けられる貫通孔であり、ウエハＷを下方側から突き上げて昇降させるための３本の昇降ピン（図示せず）が突没する。

図５に示す載置部２６の高さ寸法ｈは、例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであり、載置部２６に載置されたウエハＷの表面より、回転テーブル２の表面の方が若干高くなるように形成されている。載置部２６の直径寸法ｄは例えば２９７ｍｍであり、既述の環状溝部２７の幅寸法（凹部２５の内壁面と載置部２６の外壁面との間の寸法）Ｌ１は例えば３ｍｍである。尚、図５などでは、幅寸法Ｌ１や高さ寸法ｈについて誇張して大きく描画している。

凹部２５内における載置部２６の周囲の空間と回転テーブル２の外側の空間とを連通する連通路である幅狭な直線状溝部２８が、凹部２５ごとに例えば５本ずつ設けられている。この５本の直線状溝部２８（２８１〜２８５として表記する場合がある）は、凹部２５の内壁面から回転テーブル２の外周に至る長さの切欠きであり、凹部２５の中央から見て回転テーブル２の回転中心（図３にＯ１として表記している）とは反対側の凹部２５の端部領域に、回転テーブル２の周方向に間隔を開けて並ぶように形成されている。この端部領域とは、回転テーブル２の回転中心Ｏ１と、凹部２５の中心Ｏ２とを通過する直線Ａが回転テーブル２の外周と交わる点をＰとすると（図３参照）、凹部２５の中心Ｏ２から点Ｐに対して左に３０度の開き角を形成する直線Ｓ１と、前記中心Ｏ２から点Ｐに対して右に３０度の開き角を形成する直線Ｓ２との間の領域である。

さらに、回転テーブル２の表面には６つの連結溝部２９が形成されている。これらの連結溝部２９は、回転テーブル２の回転方向に互いに隣接する凹部２５について、回転方向下流側の凹部２５と、回転方向上流側の凹部２５とを接続するように、回転テーブル２の周方向に互いに離れて設けられている。この連結溝部２９の一端部は、回転方向下流側の凹部２５の中心Ｏ２から見て、当該凹部２５の環状溝部２７のうち回転テーブル２の回転中心Ｏ１側の部位が、回転テーブル２の回転方向上流側に引出されるように形成されている。そして、連結溝部２９の他端部は、回転方向上流側の凹部２５の中心Ｏ２から見て、当該凹部２５の環状溝部２７のうち回転テーブル２の回転中心Ｏ１とは反対側の部位が、回転テーブル２の回転方向下流側に引出されるように形成されている。このように連結溝部２９が形成されることで、上記の回転方向に互いに隣接する凹部２５が、互いに接続されている。

この連結溝部２９を形成する理由について、図７、図８を参照して説明する。図７、図８は、連結溝部２９が形成されていない回転テーブル２０を用いて成膜処理が行われる様子を夫々示している。成膜処理時において、凹部２５の中心Ｏ２から回転テーブル２の回転中心Ｏ１に向かって見たときに、図７に示すように、環状溝部２７の前方側（回転中心Ｏ１側）の左右に互いに離れた領域に処理ガスの溜りＱ１が形成され、当該領域の処理ガスの濃度が高くなるという知見を発明者は得ている。つまり成膜処理中に、環状溝部２７の周方向の各部において、処理ガスの濃度に比較的大きな差が生じる。そして、上記のガス溜りＱ１を形成する処理ガスが図８に示すようにウエハＷの表面の周縁部に回り込むことで、ウエハＷ表面においてこの回りこみが起きた周縁部の処理ガスの濃度が、他の領域の処理ガスの濃度に比べて上昇する結果、ウエハＷの表面の周縁部の周方向における膜の厚さの分布の均一性が低下すると考えられる。

上記の回転テーブル２の連結溝部２９は、回転方向下流側の凹部２５の環状溝部２７のガス溜りＱ１を形成する処理ガスを、回転方向上流側の凹部２５の環状溝部２７においてガス溜りＱ１が形成されていない箇所（即ち処理ガスの濃度が低い箇所）へとガイドする。それによって、ガス溜りＱ１の処理ガスがウエハＷ表面への回りこむことを防ぐことができる。

図１、図２に戻って成膜装置の他の各部を説明する。図２中１９は真空容器１の側壁に設けられたウエハＷの搬送口であり、ゲートバルブＧにより開閉される。図示しないウエハＷの搬送機構は、当該搬送口１９を介して真空容器１内を進退する。この搬送口１９を臨む位置における回転テーブル２の下方側には、既述した凹部２５の貫通口２５ａを介してウエハＷを裏面側から持ち上げるための図示しない昇降ピンが設けられており、ウエハＷの搬送機構と凹部２５との間でウエハＷの受け渡しを行う。

図２に示すように、凹部２５の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる５本のノズル３１、３２、３３、４１、４２が真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。この例では、後述の搬送口１５から見て時計周り（回転テーブル２の回転方向）にプラズマ発生用ガスノズル３３、分離ガスノズル４１、第１の処理ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び第２の処理ガスノズル３２が、この順番で配列されている。プラズマ発生用ガスノズル３３の上方側には、後述のプラズマ発生部５が設けられている。

各ノズル３１、３２、３３、４１、４２は、流量調整バルブを介して夫々ノズルにガスを供給するガス供給源（図示せず）に接続されている。第１の処理ガスノズル３１は、シリコン（Ｓｉ）を含む第１の処理ガスである原料ガス、例えば３ＤＭＡＳ（Ｔｒｉｓ（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｓｉｌａｎｅ：ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３）の供給源に接続されている。第２の処理ガスノズル３２は、原料ガスと反応する第２の処理ガスである反応ガス、例えばオゾン（Ｏ_３）ガスと酸素（Ｏ_２）ガスとの混合ガスの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Ｏ_２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。分離ガスノズル４１、４２は、分離ガスである窒素（Ｎ_２）ガスのガス供給源に各々接続されている。これらガスノズル３１、３２、３３、４１、４２の例えば下面側には、回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所にガス吐出孔（図示せず）が形成されている。

処理ガスノズル３１、３２の下方領域は、夫々第１の処理ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１及びウエハＷに吸着した第１の処理ガスの成分と第２の処理ガスとを反応させるための第２の処理領域Ｐ２となる。分離ガスノズル４１、４２は、各々第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域Ｄを形成するためのものである。この分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、図２に示すように、概略扇形の凸状部４３が設けられており、分離ガスノズル４１、４２は、この凸状部４３にめり込むように設けられている。

従って分離ガスノズル４１、４２における回転テーブル２の周方向両側には、各処理ガス同士の混合を阻止する役割を有する低い第１の天井面（凸状部４３の下面）が配置され、この第１の天井面の前記周方向両側には、当該第１の天井面よりも高い第２の天井面が配置されている。凸状部４３の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）は、各処理ガス同士の混合を阻止するために、回転テーブル２の外端面に対向すると共に容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。また、天板１１の下面における中央部には、当該中央部における処理ガス同士の混合を防ぐためにリング状に下方に突出する突出部４４が設けられ、突出部４４の下面は凸状部４３の下面に連続するように形成されている。

上記のプラズマ発生部５は、金属線からなると共にコイル状に巻回されたアンテナ５１を含む。図２中５２は高周波電源であり、アンテナ５１に高周波電力を供給する。高周波電源５２とアンテナ５１との間には整合器５３が介在する。図中５４はカップ状の筐体であり、真空容器１の天板１１においてプラズマ発生用ガスノズル３３の上方側に平面視扇形に開口した開口部を塞ぎ、上記のアンテナ５１を収納している。図１中５５は、筐体５４の下方領域へのＮ_２ガスや第２の処理ガスの侵入を阻止するためのガス規制用の突起部であり、筐体５４の周縁部に沿って形成されており、上記のプラズマ発生用ガスノズル３３は当該突起部５５の外側から突起部５５を貫いて突起部５５に囲まれる領域に進入するように設けられている。

筐体５４とアンテナ５１との間には上面側が開口する箱形のファラデーシールド５６が設けられている。ファラデーシールド５６は導電性材料により構成され、接地されている。ファラデーシールド５６の底面には、アンテナ５１において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち、磁界をウエハＷに到達させると共に、電界成分が下方に向かうことを阻止するために、スリット５７が形成されている。図中５８は絶縁板であり、ファラデーシールド５６とアンテナ５１との間を絶縁する。

図中６１は、容器本体１２の底面部１４の周縁に沿って設けられるリング板であり、回転テーブル２の外周よりも外側位置に位置している。このリング板６１の上面には、互いに周方向に離間して第１の排気口６２及び第２の排気口６３が形成されている。第１の排気口６２は、第１の処理ガスノズル３１と、当該第１の処理ガスノズル３１よりも回転テーブル２の回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されており、第１の処理ガス及び分離ガスを排気する。第２の排気口６３は、プラズマ発生用ガスノズル３３と、当該プラズマ発生用ガスノズル３３よりも回転テーブル２の回転方向下流側における分離領域Ｄとの間において、当該分離領域Ｄ側に寄った位置に形成されており、第２の処理ガス、分離ガス及びプラズマ発生用ガスを排気する。

図中６４はリング板６１の表面に形成される溝状のガス流路であり、回転テーブル２の外側に流れた第２の処理ガス、分離ガス及びプラズマ発生用ガスを第２の排気口６３にガイドする。第１の排気口６２及び第２の排気口６３は、図１に示すように、各々バタフライバルブなどの圧力調整部６５が介設された排気管６６により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６７に接続されている。

さらに、この成膜装置には、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１００が設けられており、この制御部１００には後述の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である記憶部１０１から制御部１００内にインストールされる。

次に上記の成膜装置による成膜処理について説明する。先ず、ヒータユニット１６によって回転テーブル２が加熱される。そしてゲートバルブＧが開放され、回転テーブル２の間欠的な回転と、回転テーブル２の回転停止中における昇降ピンの昇降動作と、によって搬送機構により真空容器１内に搬入されたウエハＷが凹部２５の載置部２６に順次載置される。載置されたウエハＷは所定の温度、例えば６２０℃に加熱される。

６つの凹部２５にウエハＷが載置されると、ゲートバルブＧが閉鎖され、回転テーブル２が２０ｒｐｍ〜２４０ｒｐｍ例えば１８０ｒｐｍで時計周りに回転する。そして、分離ガスノズル４１、４２、分離ガス供給管１３及びパージガス供給管１８、２４から、夫々Ｎ２ガスが所定の流量で吐出される。続いて、処理ガスノズル３１、３２から夫々第１の処理ガス及び第２の処理ガスが吐出されると共に、プラズマ発生用ガスノズル３３からプラズマ発生用ガスが吐出される。このように各ガスが吐出されたときに、真空容器１内の圧力は予め設定した処理圧力である１３３Ｐａ〜１３３３Ｐａ例えば１２６０Ｐａ（９．５Ｔｏｒｒ）の圧力になるように各排気口６２、６３から排気される。また、このような各ガスの吐出、排気及び回転テーブル２の回転に並行して、プラズマ発生部５のアンテナ５１に高周波電力が供給される。

回転テーブル２の回転によって、ウエハＷの表面では第１の処理領域Ｐ１において第１の処理ガス（原料ガス）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（原料ガス）と第２の処理ガス（反応ガス）との反応が起こり、薄膜成分であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）の分子層が１層あるいは複数層形成されて反応生成物が形成される。一方、アンテナ５１に供給された高周波電力により発生した電界及び磁界のうち、磁界のみがファラデーシールド５６を通過して真空容器１内に到達し、プラズマ発生用ガスが活性化されて、例えばイオンやラジカルなどのプラズマ（活性種）が生成する。このプラズマによって反応生成物が改質される。具体的にはプラズマがウエハＷの表面に衝突することにより、例えば反応生成物からの不純物の放出や、反応生成物内の元素の再配列による緻密化（高密度化）が起きる。

この成膜処理中に図７、図８で説明したように、各凹部２５の環状溝部２７において、凹部２５の中心Ｏ２よりも回転テーブル２の回転中心Ｏ１寄りの領域に処理ガスの溜りＱ１が形成され、当該回転中心Ｏ１寄りの領域の処理ガスの濃度が高くなる。しかし、そのように凹部２５においてこのガス溜りＱ１を形成する処理ガスは連結溝部２９にガイドされて、当該凹部２５に対して回転方向上流側に隣接する凹部２５の環状溝部２７における処理ガスの濃度が比較的低い、中心Ｏ２よりも回転テーブル２の周端寄りの領域へと流れる。図９は、この連結溝部２９における処理ガスの流れを模式的に示している。

この連結溝部２９における処理ガスの流れには、連結溝部２９の一端側と他端側との間における処理ガスの濃度勾配による拡散作用や、回転テーブル２の回転によって凹部２５が分離領域Ｄに進入する際に、当該分離領域Ｄから供給されるＮ_２ガスによるガス溜りＱ１の押し流しが関与すると考えられる。このように処理ガスが流れることで、各環状溝部２７の周方向における濃度の差が抑えられる結果、環状溝部２７からウエハＷの表面に回り込む処理ガスによって、ウエハＷの周縁部のうちの一部の領域における当該処理ガスの濃度が、他の領域に比べて高くなることが抑えられる。従って、当該一部の領域の膜厚が他の領域の膜厚よりも大きくなることが抑制される。

そして、そのように連結溝部２９を介して回転方向上流側の凹部２５の環状溝部２７に流れた処理ガスは、回転テーブル２の遠心力によって当該凹部２５に載置されるウエハＷの裏面側を直線状溝部２８へと流れ、当該直線状溝部２８から回転テーブル２の外側へ排出される。また、回転テーブル２の遠心力によってウエハＷの表面を当該回転テーブル２の外周へ向けて流れる処理ガスも、当該環状溝部２７から回転テーブル２の外側へ排出される。

上記のように回転テーブル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の処理ガスの成分と第２の処理ガスとの反応による反応生成物の生成、及び当該反応生成物のプラズマ改質がこの順番で多数回に亘って行われ、ウエハＷ表面に形成されるＳｉＯ_２膜の膜厚が上昇する。そして、所定の膜厚のＳｉＯ_２膜が形成されると、各処理ガス及びプラズマ発生用ガスの供給が停止し、真空容器１への搬入時とは逆の動作でウエハＷが真空容器１から搬出される。

上述の成膜装置によれば、回転テーブル２上の６つの凹部２５内の載置部２６に夫々ウエハＷを載置して、凹部２５を処理ガスが供給される処理領域Ｐ１、Ｐ２に順次通過させて成膜処理が行われる。そして、一の凹部２５内における載置部２６の周囲の環状溝部２７であって、載置部２６の中心Ｏ２から見て回転テーブル２の回転中心Ｏ１側の部位から、一の凹部２５の回転方向上流側に隣接する他の凹部２５内に設けられた環状溝部２７へ連通する連結溝部２９が設けられている。それによって、一の凹部２５の環状溝部２７に溜まった処理ガスが連結溝部２９に流出し、他の凹部２５の環状溝部２７における処理ガスの濃度が比較的低い領域へと移動することができる。従って、各凹部２５の環状溝部２７において回転テーブル２の回転中心Ｏ１側の部位の処理ガス濃度が局所的に高くなることが抑えられる。従って、ウエハＷの表面の周縁部へ、高い濃度の処理ガスが回り込むことが抑えられるため、ウエハＷの周縁部における膜厚の均一性の低下を抑えることができる。

さらに上述の成膜装置によれば、遠心力によって凹部２５内を回転テーブル２の周端側へ向かう処理ガスを当該凹部２５から排出できるように、既述した凹部２５の端部領域に直線状溝部２８が形成されている。従って、ウエハＷ表面において処理ガスの濃度が局所的に高くなる領域が発生することを、より確実に抑えることができる。

処理ガスの溜まりＱ１を環状溝部２７から排出するための、他の溝部の形成例について図１０に示す。この図１０の回転テーブル２においては、各凹部２５の中心Ｏ２から回転テーブル２の回転中心Ｏ１に向かって見て、環状溝部２７の側壁の前方側の左右に互いに離れた領域が、各々回転テーブル２の周端へ向けて引出されることによって、各凹部２５の左右に夫々溝部７１が形成されている。回転テーブル２の回転方向に隣接する凹部２５について、回転方向下流側の凹部２５の右側（回転方向上流側）の溝部７１、回転方向上流側の凹部２５の左側（回転方向下流側）の溝部７１が、回転テーブル２の周端へと向かう途中で互いに合流し、合流した溝部７１の端部は、回転テーブル２の外側へ開放されている。

このように形成された溝部７１によって、図７で説明したように形成される処理ガスの溜りＱ１は、溝部７１によって回転テーブル２の外側へガイドされて環状溝部２７から排出される。従って、既述の連結溝部２９を回転テーブル２に形成した場合と同様の効果が得られる。なお、連結溝部２９の代わりに溝部７１が設けられることを除いて、図１０の回転テーブル２は、図３などで説明した回転テーブル２と同様に構成されている。

このように、処理ガスを排出するために一の環状溝部２７に連通する外部の領域は、他の環状溝部２７であることに限られず、回転テーブル２の外周縁の外側であってもよい。また、図１１に示すように、溝部７１は回転テーブル２上で合流せず、互いに独立していてもよい。つまり、図１０に示すように２つの載置部２６に共有の溝部７１を形成してもよいし、図１１に示すように載置部２６ごとに個別の溝部７１を形成してもよい。

このように処理ガスを環状溝部２７の凹部２５の外部の領域に排出するために回転テーブル２に形成される連通路としては、上方側が開放された溝部として形成されることに限られず、一の環状溝部２７と他の環状溝部２７とを接続する連通孔または一の環状溝部２７と回転テーブル２の外周縁の外側とを接続する連通孔であってもよい。ところで、回転テーブル２の半径上に凹部２５を、当該回転テーブル２の径方向に隣接するように形成してもよい。その場合、当該径方向に隣接する凹部２５間を接続するように、連結溝部２９を形成してもよい。また、上記の成膜装置は、種類が異なる処理ガスが供給される領域が分離領域Ｄによって互いに分離されず、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって成膜が行われるように構成されていてもよい。

（評価試験）
続いて、本発明に関連して行われた評価試験１について説明する。この評価試験１では上記の発明の実施形態で説明した成膜装置を用いてウエハＷに成膜処理を行った。この成膜処理中におけるウエハＷの温度は６２０℃、回転テーブル２の回転速度は１８０ｒｐｍ、中心部領域ＣへのＮ２ガスの供給量は６０００ｓｃｃｍ、真空容器１内の圧力は９．５Torr（１．２７×１０^３Ｐａ）、３ＤＭＡＳの供給量は５００ｓｃｃｍに夫々設定した。そして、ウエハＷの面内各部の膜厚を測定した。また、比較試験１として、回転テーブル２の代わりに回転テーブル２に連結溝部２９が形成されていないことを除いて評価試験１で用いた成膜装置と同様の構成の成膜装置を用いて、評価試験１と同じ条件で成膜処理を行い、評価試験１と同様にウエハＷの膜厚を測定した。

図１２のグラフは、評価試験１及び比較試験１の結果を示している。グラフの横軸は、膜厚を測定した位置を１〜４９の数値で示しており、グラフの縦軸は、膜厚比及び膜厚（単位：ｎｍ）を示している。縦軸における膜厚比とは、ウエハＷの中心の膜厚を１とし、ウエハＷの各部の膜厚をこの中心の膜厚に対する相対値として示したものである。また、横軸について補足すると、横軸の数値１はウエハＷの中心を示している。そして数値２〜９はウエハＷの中心を中心とする半径約が５０ｍｍの円周上の位置、数値１０〜２５はウエハＷの中心を中心とする半径約が１００ｍｍの円周上の位置、数値２６〜４９はウエハＷの中心を中心とする半径約が１５０ｍｍの円周上の位置を夫々示している。同じ円周上における膜厚の各測定位置は、円周方向に隣接する測定位置間の距離が互いに等しくなるように設定されている。

実線の折れ線グラフは、評価試験１から取得された膜厚に対応するプロットを線で結んだものであり、点線の折れ線グラフは比較試験１から取得された膜厚に対応するプロットを線で結んだものである。ただし、各プロットについては図示を省略している。グラフを見ると、数値１〜２５の各位置の膜厚については、評価試験１と比較試験１との間で大きな差は無い。しかし数値２６〜４９の各位置を見ると、殆どの位置において評価試験１の膜厚の方が比較試験１の膜厚よりも小さい。従って、評価試験１では、既述したように環状溝部２７からウエハＷ表面への周縁部への処理ガスの回りこみが抑えられていると考えられる。特に数値２９及びその付近の位置と、数値４８及びその付近の位置とにおいて、比較試験１では膜厚比が１以上あるいは１に近い値になっているのに対して、評価試験１の膜厚比は１よりも大きく低下した値となっており、これらの各位置ではウエハＷ表面への処理ガスの回り込みを特に抑えることができたことが分かる。

そして、比較試験１に対して評価試験１では、上記の数値２９及びその付近の位置の膜厚と、数値４８及びその付近の位置の膜厚とが低下していることにより、数値２６〜４９の各位置の膜厚は、数値１〜２５の各位置の膜厚よりも小さくなっている。つまり、背景技術の項目で述べたようにウエハの中心部の膜厚に比べてウエハの周縁部の膜厚が小さい膜厚分布を持つように成膜することが求められているが、評価試験１ではそのような膜厚分布を持つように成膜されている。このような評価試験１の結果から、本発明の効果が確認された。

Ｗウエハ
Ｑ１ガス溜り
１真空容器
２回転テーブル
２５凹部
２６載置部
２７環状溝部
２８線状溝部
２９連結溝部
３１、３２処理ガスノズル
６２、６３排気口

Claims

真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の複数の基板を、処理ガスの供給領域に順次通過させることにより基板上に成膜する装置において、
前記回転テーブルの一面側に周方向に沿って複数設けられ、前記基板が各々収まるように形成された凹部と、
前記凹部内にて基板の周縁部よりも中央寄りの部位を支持するための載置部と、
前記凹部内にて前記載置部を囲むように形成された環状の溝部と、
前記載置部の中心から見て前記回転テーブルの回転中心側の前記溝部の領域から、当該凹部の外部の領域に連通するように形成された連通溝または連通孔からなる連通路と、
前記真空容器内を真空排気するための排気口と、を備え、
前記外部の領域は、前記凹部に隣接する他の凹部内における載置部の周囲の環状の溝部であって、当該他の凹部の載置部の中心から見て前記回転テーブルの回転中心とは反対側の領域であることを特徴とする成膜装置。
真空容器内にて回転テーブルを回転させて回転テーブル上の複数の基板を、処理ガスの供給領域に順次通過させることにより基板上に成膜する装置において、
前記回転テーブルの一面側に周方向に沿って複数設けられ、前記基板が各々収まるように形成された凹部と、
前記凹部内にて基板の周縁部よりも中央寄りの部位を支持するための載置部と、
前記凹部内にて前記載置部を囲むように形成された環状の溝部と、
前記載置部の中心から見て前記回転テーブルの回転中心側の前記溝部の領域から、当該凹部の外部の領域に連通するように形成された連通溝または連通孔からなる連通路と、
前記真空容器内を真空排気するための排気口と、を備え、
前記外部の領域は、前記凹部に隣接する他の凹部内における載置部の周囲の環状の溝部または前記回転テーブルの外周縁の外側であり、
前記連通路は、凹部の中央から見て前記回転テーブルの中心とは反対側の凹部の端部領域において、前記凹部内における載置部の周囲の空間と前記回転テーブルの外側の空間とを連通するように当該凹部の壁部に形成されることを特徴とする成膜装置。
前記凹部の端部領域は、凹部の中心と回転テーブルの回転中心とを結ぶ直線が回転テーブルの外周と交わる点をＰとすると、凹部の中心から点Ｐに対して左右に３０度ずつの開き角を各々形成する直線の間の領域であることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
前記凹部に隣接する他の凹部は、凹部から見て成膜時における回転テーブルの回転方向の上流側に隣接する他の凹部であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の成膜装置。
前記処理ガスの供給領域は、回転テーブルの回転方向に沿って互いに離間した、原料ガスの供給領域及び、原料と反応する反応ガスの供給領域であり、
前記原料ガスの供給領域と反応ガスの供給領域との間には、これら領域の間で原料ガスと反応ガスとが混合されることを防止するために、その上流側及び下流側に向けて分離ガスが噴き出す分離領域が設けられてい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。