JP6707827B2

JP6707827B2 - 成膜装置

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Publication number: JP6707827B2
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Inventors: 尚孝野呂
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Filing date: 2015-09-28
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Description

本発明は、基板に表面に成膜ガスを供給して成膜する技術に関する。

半導体デバイスのパターンの微細化の要求に伴い、成膜、エッチングなどのプロセスに対して種々の厳しい要求がされている。パターンの微細化の一つとして知られているダブルパターンニングを例に挙げると、このプロセスは先ずシリコン酸化膜のパターンの上に薄膜を形成し、シリコン酸化膜のパターンを構成する凸部の両側壁にサイドウォールと呼ばれる膜をエッチングにより形成する。次いでレジストを除去して残ったサイドウォールをマスクパターンとして下地膜をエッチングしてハードマスクを形成している。

サイドウォールにより生成されるパターンを良好なものとするためには、薄膜の膜厚の面内均一性とエッチング装置のエッチング特性とがマッチングすることが必要である。エッチング特性であるエッチングレートの分布は例えば基板の中央部のエッチングレートが早く、周縁部のエッチングレートが遅いなど、同心円状に形成されることから、成膜処理においても同心円状の膜厚分布が要求される。

成膜装置としては基板の上からシャワーヘッドを用いて成膜ガスを供給する手法がよく知られているが、シャワーヘッドの孔の直下においてカバレッジや膜質が異なる特異点が現れることがある。例えば被処理基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）を回転させて同心円状の薄膜を成膜しようとしたときに特異点により、ウエハに円形の不良部分が形成されてしまう問題があった。
また従来同心円状の膜厚分布を得るために、成膜装置の処理容器の構造を変えるなどの装置構成を変更することにより行われている。しかしながら成膜後に適切な同心円状の膜厚分布は基板処理の膜質や工程により異なる。そのため装置構成の変更により同心円状の膜厚分布を調整する場合に、膜質や工程ごとにハードを最適化する必要があり、最適化に要する時間やコストが大きくなる。

特許文献１には、成膜ガスの供給方向に対して幅方向に複数のガス吐出部を配置し、成膜ガスの供給方向に対して幅方向の気流の速度を変え、ウエハを回転させることによりウエハの膜厚を平坦化する技術が記載されている。しかしながら側方から成膜ガスを供給して成膜する場合に、下流側の気流が安定せず、膜厚が安定しない問題がある。
また特許文献２には、ウエハを回転させないときの膜厚分布の勾配がウエハの径方向になるように調整し、ウエハを回転させて同心円状の膜厚分布を得る技術が記載されているが、本発明の課題を解決するものではない。

特開２００７―３２４２８６号公報特開２００６−１７３４８２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、基板に形成される薄膜の同心円状の膜厚分布を調整できる技術を提供することにある。

本発明の成膜装置は、真空雰囲気を形成する処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、基板を載置する載置部と、
前記載置部に載置された基板を、当該載置部の載置面から見て基板とは反対側から加熱する加熱部と、
前記載置部に載置された基板の後方側に設けられ、基板の表面に沿って当該表面全体に亘って当該基板の前方側に向かって流れると共に気流の幅方向のガス流量が揃うように成膜ガスを供給するガス供給部と、
前記成膜ガスを基板に供給しているときに当該基板と直交する軸の周りに回転させるための回転機構と、
前記載置部が停止している状態で見たときに、前記成膜ガスの流れ方向における基板上の膜の膜厚分布を調整できる膜厚調整部と、
前記基板の前方側に設けられた排気口と、を備え、
前記膜厚調整部は、前記基板に対向して設けられ、成膜ガスの流れ方向における成膜ガスの濃度分布を調整するために、成膜ガスの気流に濃度調整用ガスを供給する濃度調整用ガス供給部であり、
前記濃度調整用ガス供給部は、濃度調整用ガスである希釈ガスを吐出する各々前記気流の幅方向に伸びるスリット状に構成されたガス吐出口を前記気流の流れる方向に複数設けて構成され、前記ガス吐出口に連通し、前記ガス吐出口から吐出するガスを前記気流の幅方向で揃えるための、前記気流の幅方向に伸びるバッファ室を備えたことを特徴とする。

本発明は、基板に成膜ガスを供給して成膜するにあたって、基板を回転させながら成膜ガスを基板に沿って横方向に流れる一方向流として供給すると共に、成膜ガスの流れ方向において、基板に成膜される薄膜の膜厚分布を調整している。従って同心円状の膜厚分布を調整することができる。

第１の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。第１の実施の形態に係る成膜装置の平面図である。希釈ガス供給路の上方側の構成を示す斜視図である。第１の実施の形態に係る成膜装置の作用を示す模式図である。成膜ガスの濃度分布を示す模式図である。成膜ガスの濃度分布を平面的に示す模式図である。成膜ガスの濃度分布を示す模式図である。第２の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。第２の実施の形態に係る成膜装置の平面図である。第３の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。第４の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。本発明の実施の形態の他の例を示す縦断側面図である。本発明の実施の形態の他の例に係る高周波アンテナを示す平面図である。実施例１における膜厚分布の設定値を示す説明図である。実施例１における膜の膜厚分布を示す特性図である。実施例２における膜厚分布の設定値を示す説明図である。実施例２における膜の膜厚分布を示す特性図である。実施例３における膜厚分布の設定値を示す説明図である。実施例３における膜の膜厚分布を示す特性図である。

[第１の実施の形態]
第１の実施の形態に係る成膜装置として、原料ガスと反応ガスとを交互に基板に供給して原子層あるいは分子層を積層して成膜を行ういわゆるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を実施する成膜装置について説明する。図１に示すように成膜装置は、基板であるウエハＷに成膜処理が行われる真空容器である処理容器１を備えている。処理容器１は、上方に開口する円筒部位である下方側部分１１と、この下方側部分１１の上部を囲むように下方側部分に連設された角筒状の上方側部分１２とを備えている。下方側部分１１の内方側空間と上方側部分の内方側部分とは連通し、上方側部分１２の内方側空間は、成膜処理を行う処理空間を構成している。下方側部分１１における側壁面には、ウエハＷを搬入出するための搬入出口１３と、この搬入出口１３を開閉するゲートバルブ１４とが設けられている。

処理容器１内には、ウエハＷを載置する基板載置部である載置台２が配置される。載置台２は、例えばアルミニウム等の金属からなる円板状に形成され、載置台２の内部にはウエハＷを例えば１００℃〜４００℃の成膜温度に加熱するためのヒータ２１が埋設されている。載置台２の側面と下方側部分１１の側壁との隙間は、載置台２の昇降に支障のない程度の隙間わずかな隙間となっており、この載置台２により、処理空間と、下方側の空間とが区画されるように構成されている。

載置台２の下面側中央部には、処理容器１の底面に設けられた開口部１５を貫通し上下方向に伸びる軸部２３を介して、昇降板２４が接続されている。開口部１５と、軸部２３との間には、処理容器１の雰囲気を外部とを気密に区画するために軸部２３が昇降、回転できるように構成された軸受部１６が設けられている。昇降板２４の上面にはモータ２５が設けられ、モータ２５は、ベルト２７を介して軸部２３に接続されている。軸部２３及び載置台２は、モータ２５によりベルト２７を回転させることにより鉛直軸周りに回転する。モータ２５及びベルト２７は回転機構２０を構成している。

また昇降板２４の下面側には、昇降機構２６が設けられ、軸部２３及び載置台２は、昇降板２４と一体となり、昇降機構２６により昇降する。載置台２は、ウエハＷに成膜ガスを供給して成膜処理を行う際には、例えばウエハＷの表面が上方側部分１２の内部底壁の上面と、概ね同じ高さ位置となる図１中に実線で示した処理位置に移動する。そして、載置台２は、外部の搬送機構との間でウエハＷの受け渡しを行う際には、処理位置から図１に鎖線で示す搬入出位置である下降位置まで下降する。

続いて上方側部分１２について、図２も参照しながら説明する。上方側部分１２の内部には、長さ方向の一端側において、例えばウエハＷから見て左側、右側を夫々前方側、後方側とするとウエハＷの前方側において、幅方向、即ち左右方向に伸びる横断面が角形の排気口である排気溝３１が設けられている。排気溝３１は上面側が上方側部分１２の底面に開口している。排気溝３１の開口部分には、上部側部分１２の幅方向に各々伸び、上部側部分１２の長さ方向に並ぶ複数のスリット３３が形成された蓋部３２が設けられている。排気溝３１の底部中央には、排気管３４が接続され、排気管３４には、排気溝３１側から圧力調整部３５、排気バルブ３６が介設され、図示しない真空排気ポンプに接続されている。

また上方側部分１２の内部の後方側には、筒状の部材で構成されたガス供給部を成す成膜ガス吐出部４が左右に伸びるように設けられている。成膜ガス吐出部４には、前方に向けて開口するように成膜ガス吐出部４の長さ方向に伸びる成膜ガス吐出口となるスリット４１が設けられている。このスリット４１は、平面で見てウエハＷの全面をカバーするようにウエハＷの幅寸法より長く、成膜ガスが、ウエハＷの表面全体を通過するように形成されている。

成膜ガス吐出部４の長さ方向中央には、後方からガス供給管４０が接続され、このガス供給管４０には、原料ガスを供給する原料ガス供給管４２、原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給管４６及び置換ガスを供給する置換ガス供給管６０が合流されている。原料ガス供給管４２の他端側は、原料ガスであるＴｉＣｌ_４供給源４３に接続されている。原料ガス供給管４２には、ＴｉＣｌ_４供給源４３側から流量調整部４５とバルブ４４とが設けられている。反応ガス供給管４６の他端側は、反応ガスであるＨ_２Ｏ供給源４７に接続され、反応ガス供給管４６には、Ｈ_２Ｏ供給源４７側から流量調整部４９とバルブ４８とが設けられている。この例では、原料ガス、反応ガスは「成膜ガス」という用語を用いている。また置換ガス供給管６０の他端側には、窒素（Ｎ_２）ガス供給源６１に接続され、置換ガス供給管６０には、Ｎ_２ガス供給源６１側から流量調整部６２とバルブ６３とが設けられている。

図１に示すように載置台２と対向する処理容器１の天井部には、成膜ガスの濃度を調整する濃度調整用のガス、例えば希釈ガスである窒素ガスを供給するための、希釈ガス供給口（開口部及び開口部に連続する供給路の一部を含んでいる）５が前後方向、即ち成膜ガスの流れ方向に沿って複数個所、例えば等間隔に５ヶ所に設けられている。各希釈ガス供給口５は、図２に示すように左右方向（成膜ガスのガス流の幅方向）に伸び、平面で見てウエハＷの全面をカバーするように幅方向に伸びるスリット状に形成されている。この例では、左右方向（成膜ガスのガス流の幅方向）における希釈ガス供給口５の長さ寸法は、成膜ガス吐出部４に設けられたスリット４１の左右方向（成膜ガスのガス流の幅方向）における長さ寸法と同じ長さ寸法に設定している。

各希釈ガス供給口５は、図１に示すように上部側部分１２の天井部分に希釈ガスが前方に向かって（排気溝３１側に向かって）斜めに吐出するように傾斜する希釈ガス供給路５０が形成されている。
希釈ガス供給路５０は、左右方向（成膜ガスのガス流の幅方向）に伸びるように形成されており、各希釈ガス供給口５から載置台２に載置されたウエハＷの上面に向けて希釈ガスが幅方向（左右方向）で流量が揃った状態で供給されるように構成されている。
各希釈ガス供給路５０の上側（上流側）には図１、３に示すように希釈ガスの流れの幅方向（左右方向）に伸びる角筒状のバッファ室５ａが形成されている。バッファ室５ａの上方側には、バッファ室の天井面の中央部を貫通する連通路５ｂが設けられ、各連通路５ｂの上端は、処理容器１の上方に開口している。各連通路５ｂの上端には、各々希釈ガス供給管５１が接続され、希釈ガス供給管５１の上流側端部には、各々希釈ガス供給源５２が設けられている。各希釈ガス供給管５１には、上流側から流量調整部５３と、バルブ５４とが設けられている。流量調整部５３及びバルブ５４は、希釈ガス調整部５５に相当する。

続いて本発明の実施の形態の作用について説明するが、まず被処理基板であるウエハＷは、例えば図示しない外部の搬送アームにより載置台２上に載置され、ヒータ２１により加熱される。そしてゲートバルブ１４が閉じられて、処理容器１が密閉にされた後、例えば成膜ガス吐出部４からＮ_２ガスの供給を開始し、排気溝３１から排気を行い処理容器１内の圧力を調整する。次いで載置台２が処理位置まで上昇する。

その後成膜ガスとして、原料ガスであるＴｉＣｌ_４及び反応ガスであるＨ_２Ｏを用いたＡＬＤ法により成膜処理が行われる。これら成膜ガスのウエハＷへの供給方法について説明する。図４に示すように排気溝３１から排気を行っている状態で載置台２上のウエハＷに向けて、成膜ガスの供給を開始すると共に各希釈ガス供給口５からウエハＷに向けて希釈ガスを供給する。成膜ガスはガス供給管４０から成膜ガス吐出部４に流れ込むと、成膜ガス吐出部４内にて均一に拡散する。その後成膜ガス吐出部４のスリット４１から、ウエハＷの幅方向（左右方向）で揃った流量で供給され、ウエハＷの表面に沿って、全面に亘って流れる。その後平行な流れを保ったまま排気溝３１に流れ込み、排気管３４から排気される。

図５は、成膜ガスの濃度を示す模式図であり、図５中Ａ〜Ｇは、図４中の地点（位置）Ａ〜Ｇに対応する。成膜ガスは、成膜ガスの流れの上流側におけるウエハＷの周縁部（後端部）である図中地点Ａにおいては、成膜ガス吐出部４から供給されたガス中の原料ガス及び反応ガスの濃度とほぼ同じ濃度である。そして成膜ガスはウエハＷへの成膜処理により消費されるためウエハＷの表面付近では、前方向（排気溝３１側）に向かうにつれて、即ち下流側に位置するほど、徐々にその濃度が減少していく。そして模式的な言い方をすると、ウエハＷの表面を流れる成膜ガスと希釈ガスとが合流する最も上流側の地点Ｂにおいて、成膜ガスの濃度が希釈される。希釈された成膜ガスは、さらに前方側に流れ、次に希釈ガスと合流する地点Ｃにおいて、さらに希釈され、次いで地点Ｄ、Ｅ、Ｆの順に希釈されながら前方側に流れていく。

そのため成膜ガスは例えば図５に示すグラフに示すよう下流側に位置するほど濃度（原料ガスまたは反応ガスの濃度）が薄くなる。このとき成膜ガスを気流の幅方向で流量を揃えて供給すると共に、成膜ガスの気流の幅方向に伸びるスリット状の希釈ガス供給口５から希釈ガスを、成膜ガスの気流の幅方向で流量を揃えて供給している。そして成膜ガスの流れの方向で成膜ガスの濃度を変化させているため、図６に模式図で示すように、成膜ガスの気流の幅方向においては、成膜ガスの濃度は揃う。図６は成膜ガスの流れ方向の濃度分布を模式的に示した図である。図６においては、ハッチングの密度が高いほど高い濃度の成膜ガスが分布する領域を示している。

そして回転機構２０を駆動し、ウエハＷを鉛直軸周りに回転させる。図６のような成膜ガスの濃度が幅方向で均一となり、一方向に向かって連続的に変化する雰囲気中においてウエハＷを回転させると、ウエハＷは中心（回転中心）以外の部位は、成膜ガスの濃度が高い領域と低い領域との間を繰り返し移動する。即ちウエハＷの各部位から見ると、雰囲気の成膜ガスの濃度が徐々に低くなり、次いで徐々に高くなるという状態が繰り返されることになる。ウエハＷが一回転したとき、中心からの距離が同じ部位では、同じ領域を通過しているので周方向で膜厚は揃っており、その膜厚は当該部位が１回転するときの時間推移に対する濃度変化パターンに応じて決まる。従って、ウエハＷの表面において成膜される薄膜は、同心円状の膜厚分布を持つことになり、その膜厚分布は、ウエハＷの表面近傍における成膜ガスの流れ方向における濃度分布により決まる。上述のように成膜ガスの濃度分布は、各希釈ガス供給口５から供給される希釈ガスによる希釈の程度により決まるので、希釈ガス調整部５５により各希釈ガス供給口５から供給される希釈ガスの流量を変化させることで成膜ガスの濃度分布を調整することができる。

各希釈ガス供給口５から供給される希釈ガスを調整して、例えば図５のグラフ中点線で示すようにスリット４１からの距離に対して、成膜ガスの濃度が直線的に減少するような濃度分布を形成した場合について説明する。このような濃度分布の場合においては、ウエハＷの中心部における成膜速度に対して、ウエハＷの中心よりも成膜ガスの流れの上流側を通過するときに成膜速度が早く、下流側を通過するときに成膜速度が遅くなる。そしてグラフの傾きが直線であるため、上流側における成膜速度の上昇分と、下流側における成膜速度の下降分が等しくなる。従って後述の実施例からわかるように、ウエハＷの中心付近の領域が１回転するときに成膜される膜厚と、ウエハＷの中心付近の領域が１回転するときに成膜される膜厚と、が略同じ膜厚になるため、ウエハＷの表面の膜厚が均一に成膜される。

また希釈ガス供給口５から供給する希釈ガスの供給量を上流側から下流側にかけて徐々に多くすることで、図５のグラフ中に実線で示すように上流側で成膜ガスの濃度の減少が小さく、下流側で成膜ガスの濃度の減少が大きくなる。このような成膜ガスの濃度分布においては、例えば図５中地点Ｃから地点Ｅまでの範囲に示すようなウエハＷの中心寄りの領域においては、図５中点線に比べて濃度の上昇が大きく、濃度の上昇分だけ厚い膜が成膜される。これに対して、地点ＡからＣ及び地点ＥからＦの図５中点線に対する濃度の上昇分は、地点Ｃから地点Ｅまでの範囲における図５中点線に比べた濃度の上昇分よりも小さい。ウエハＷの周縁側の部位は、地点Ａから地点Ｇまでの範囲を移動しながら成膜されるが、地点ＡからＣ及び地点ＥからＦを通過する際には、図５中地点Ｃから地点Ｅまでの範囲に比べて成膜速度が下がる。そのためウエハＷの周縁寄りの位置は、中心寄りの位置よりも成膜されにくくなり、ウエハＷには、中心部の膜厚が厚く、周縁部の膜厚が薄い同心円状の膜厚分布が形成される。

また上流側の希釈ガス供給口５、例えば図４中地点Ｂ、地点Ｃに向けて希釈ガスを供給する希釈ガス供給口５ほどガス吐出量を多くし、下流側の希釈ガス供給口５、例えば図４中地点Ｅ、地点Ｆに向けて希釈ガスを供給する希釈ガス供給口５ほどガスの吐出量を少なくすることで、図７のグラフに示すように上流側にて成膜ガスの濃度の低下が大きく、下流側において、成膜ガスの濃度の低下が小さい濃度分布となる。このような成膜ガスの濃度分布においては、例えば図７中地点Ｃから地点Ｅまでの範囲に示すようなウエハＷの中心寄りの領域においては、図７中点線に比べて濃度が低く、濃度の下降分だけ薄膜が薄くなる。これに対して、周縁側の領域においては地点ＡからＣ及び地点ＥからＦの図７中点線に対する濃度の下降分は、地点Ｃから地点Ｅまでの範囲における図７中点線に比べた濃度の下降分よりも小さい。従って地点ＡからＣ及び地点ＥからＦを通過する際には、図７中地点Ｃから地点Ｅまでの範囲に比べて成膜速度が上がる。そのためウエハＷの周縁寄りの位置は、中心寄りの位置よりも成膜されやすくなり、ウエハＷには、中心部の膜厚が薄く、周縁部の膜厚が厚い同心円状の膜厚分布が形成される。
従って希釈ガス調整部５５により希釈ガスの流量を調整することにより、成膜ガスの濃度分布を調整することができ、ウエハＷに成膜される膜の膜厚を調整することができる。従って希釈ガス調整部５５は、膜厚調整部に相当する。

このように成膜ガスをウエハＷの表面に流量を幅方向で揃えて供給し、成膜ガスの流れる方向で成膜ガスの濃度を連続的に変化させている。ウエハＷの表面における成膜ガスの特に下流側においては気流が乱れやすい。そのため成膜ガスの流れる方向に対して幅方向は、成膜ガスが混合されやすく、成膜ガスの流れの幅方向に成膜ガスの濃度差をつけようとしても濃度差が維持されにくい。これに対して成膜ガスの流れ方向については、一方に向かう流れが形成されており、成膜ガス流れ方向には、成膜ガスが混合されにくい。従って成膜ガスの流れる方向で成膜ガスの濃度を連続的に変化させることで、一方向に向かって成膜ガスの濃度差が維持された雰囲気が安定して形成される。

成膜処理に説明を戻すと、ＡＬＤ法による成膜処理においては、まず原料ガスであるＴｉＣｌ_４ガスを例えば１秒間供給してバルブ４４を閉じ、ウエハＷ表面にＴｉＣｌ_４を吸着させる。次いで置換ガス（Ｎ_２ガス）を処理容器１に供給して、処理容器１内を置換する。続いて反応ガス（Ｈ_２Ｏガス）を処理容器１に供給すると加水分解及び脱塩化反応によりＴｉＯ_２膜の分子膜がウエハＷの表面に形成される。この後、置換ガスを処理容器１に供給して、処理容器１を置換する。こうして処理容器１内に、ＴｉＣｌ_４を含む原料ガス→置換ガス→反応ガス→置換ガスを供給するサイクルを複数回繰り返すことにより、ＴｉＣｌ_４の分子層を積層して、予め設定された所定の厚さのＴｉＯ_２膜の成膜を行う。

上述の実施の形態によれば、ウエハＷの表面に成膜ガスを供給して成膜する成膜装置において、ウエハＷの表面に成膜ガスを幅方向で流量を揃えて一方向流として供給している。そして成膜ガスの流れの方向に並べて配置した複数の希釈ガス供給口５から希釈ガスを供給して、成膜ガスの流れの方向で成膜ガスの濃度を連続的に変化させ、当該雰囲気中において、ウエハＷを回転させながらウエハＷの表面に成膜を行っている。
従ってウエハＷ上の薄膜の膜厚分布は同心円状になり、希釈ガス供給口５から供給する希釈ガスの量を調整して、成膜ガスの流れ方向における濃度分布を調整することで、同心円状の膜厚分布を調整することができる。更に成膜ガスの流れの方向で成膜ガスの濃度を連続的に変化させているため、気流の乱れの影響を受けにくく、成膜ガスの濃度分布が安定するため、成膜される薄膜について予定している膜厚分布を安定して得ることができる。そしてエッチング装置の面内傾向に対応した膜厚分布を得ることで、エッチング処理後の面内均一性が良好になる。

またウエハＷの表面における成膜ガスの流れに供給する濃度分布調整用のガスは、不活性ガスなどの希釈ガスに限らず、例えばプリカーサを含んだ原料ガスを不活性ガスで希釈したガスを供給して、成膜ガスの濃度を調整するようにしてもよい。また図１中の希釈ガス供給口５から希釈ガスに代えて、成膜ガスを供給し、成膜ガスの濃度を調整するようにしてもよい。成膜ガス吐出部４から吐出される成膜ガスが成膜ガスの流れの幅方向において、最大流量と最少流量との差が±１０％の範囲、例えば成膜ガスの平均流速を１０００ミリリットル／分とすると、±１００ミリリットル／分の範囲にある場合には十分に効果を得ることができ、成膜ガスの流量が成膜ガスの流れの幅方向に揃っていると見做すことができる。

[第２の実施の形態]
ウエハＷが静止しているとして、成膜ガスの流れ方向で見た膜厚分布を調整する手法として、流れ方向における成膜ガスの濃度分布を調整することに限定されるものではない。例えばウエハＷの加熱温度の分布を変化させて成膜ガスの流れの方向における成膜速度を変化させる成膜装置であってもよい。第２の実施の形態はこのような手法であり、例えば、図８に示すような成膜装置が用いられる。この成膜装置の構成について述べると、載置台２の内部空間に円板状の加熱板２００を載置台２の内面から離間した状態で設ける。また軸部２３の内部に中心軸２０１を軸部の内面から離間した状態で設ける。そして加熱板２００を中心軸２０１を介して昇降板２４に固定する。加熱板２００の内部には、図９に示すように成膜ガスの流れる方向に対して直交する方向、即ち幅方向に伸びる温度調整部をなす棒状のヒータ２０２が成膜ガスの流れる方向に並べて埋設されている。各ヒータ２０２は電力供給部２０５により互いに独立して温度を調整できるように構成されている。なお図８中では、電力供給部２０５は一部省略して記載した。

第２の実施の形態に係る成膜装置の作用について説明する。載置台２にウエハＷを載置した後、各ヒータ２０２に接続された電力供給部２０５により、例えば成膜ガスの流れに対して最も上流側のヒータ２０２を最も高い温度に設定し、下流側に向かうほどヒータ２０２の温度が低くなるように設定して加熱を開始する。その状態でウエハＷの表面に成膜ガスを流すと、成膜ガスの流れに対して上流側程、成膜に適した温度であるため、ウエハＷの膜厚が厚く成膜され下流側に向かうに従い膜厚は薄くなる。そしてウエハＷを回転させたときに、ヒータ２０２を備えた加熱板２００は、載置台２から離間して設けられ、中心軸２０１に固定されているため回転しない。この時ウエハＷは、ヒータ２０２により加熱されながら回転するが、ウエハＷの回転速度を遅くし、ウエハＷの表面において、成膜ガスの流れの上流側から下流側に向かって温度が低くなる温度勾配を維持するようにしながら回転する。これにより概略的な言い方をすれば成膜ガスの流れの上流側ほど成膜速度が早く、下流側に向かうに従い成膜速度が遅い状態を保ったまま、ウエハＷが回転する。そのためウエハＷに同心円状の膜厚分布の膜が形成されることになる。従って各電力供給部２０５により設定する各ヒータ２０２の温度により、成膜される膜厚を調整することができる。

また成膜ガスの流れに対して最も上流側のヒータ２０２を最も高い温度に設定し、下流側に向かうほどヒータ２０２の温度が低くなるように設定し、ウエハＷを回転させて成膜するにあたって、ウエハＷを間欠的に回転させるようにしてもよい。例えばウエハＷを０．５秒停止する工程と、ウエハＷを鉛直軸周りに５０°回転させる工程とを交互に繰り返して、成膜処理を行う。このように構成することでウエハＷの表面に成膜ガスの流れの上流側から下流側に向かって温度が低くなる温度勾配を形成した状態でウエハＷを回転させて成膜することができるため同様の効果を得ることができる。

また成膜ガスはウエハＷの表面を流れるに従い消費されるので、下流側に向かうにつれて濃度が低くなる。そのため、仮に成膜ガスの流れの方向と異なる方向、例えば直交する方向に温度分布を形成すると、同じ温度となる領域であっても成膜される膜厚に差が出てしまう。そのため第２の実施の形態のように成膜ガスの流れの方向にウエハＷの温度分布を形成する手法は有効である。

[第３の実施の形態]
続いて第３の実施の形態に係る成膜装置について説明する。この成膜装置は、図１０に示すように載置台２の上方に対向面部をなす天板部８を設ける。そして天板部８をウエハＷの中心部の上方に左右方向（成膜ガスの流れの幅方向）に伸びる中心軸８０を中心に回転し、傾斜を変更できるように構成する。ウエハＷの表面を流れる成膜ガスの流速はウエハＷの表面と、天板部との高さ寸法が長いと遅くなり、高さ寸法が短いと速くなる。そして成膜ガスの流速が速い領域は、成膜速度が遅くなり、成膜ガスの流速が遅い領域は、成膜速度が速くなる。また気流の乱れを懸念する場合には、天板部８を成膜ガス吐出部４の上方まで伸ばせばよい。従って、この状態でウエハＷを回転させることでウエハＷに成膜される同心円の膜厚分布を調整することができる。

[第４の実施の形態]
第４の実施の形態に係る成膜装置について説明する。図１１に示すようにウエハＷの上方に棒状のヒータ９を成膜ガスの流れる方向に対して、幅方向に伸び、成膜ガスの流れる方向に並ぶように載置部２と対向する対向面部である天板部９０に埋設する。そして例えば下流側のヒータ９を高い温度に設定し、上流側のヒータ９ほど低い温度に設定する。

これにより各ヒータ９により加熱をしながら、原料ガスを供給すると、原料ガスは、ヒータ９の熱により、天板部９０に吸着する。各ヒータ９は、下流側のヒータ９ほど高い温度となっているため、下流側程原料ガスの天板部９０に対する吸着量が多くなり、結果として天板部９０に成膜される速度が速くなる。そのためガスの流れ方向における天板部９０への原料ガスの吸着量の分布に応じて、ウエハＷの表面においては、下流側程原料ガスの吸着量が少なくなり、成膜速度が遅くなる。従って、ウエハＷを回転させることにより、ウエハＷに同心円状の膜厚分布を持つ膜が成膜できる。ウエハＷの表面における成膜ガス上流側から下流側に向かう濃度の傾斜を調整することができ、ウエハＷに成膜される同心円状の膜厚分布を調整することができる。

さらに本発明は、原料ガスを気相中で分解あるいは反応ガスと反応させるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に用いてもよい。更にプラズマを用いて成膜処理を行う成膜装置であってもよい。例えば図１２に示すように、図８示した成膜装置において、ウエハＷの上方に例えば石英板などで構成された誘電体窓９１をその上方の大気雰囲気と処理容器１内の真空雰囲気とを気密に仕切るように、載置台２に対向して設ける。また誘電体窓９１の上方に例えば４本の線状の高周波アンテナ９２を成膜ガスの流れの方向に直交する方向（幅方向）に伸びるように載置する。高周波アンテナ９２は、図１３に示すように、例えば成膜ガスの流れの方向に対して上流側の２本の両端を互いに接続し、下流側の２本の両端も同様に互いに接続する。上流側の２本の高周波アンテナ９２の束と、下流側の２本の高周波アンテナ９２の束とを、長さ方向の両端を互いに接続する。そして４本の束の長さ方向一端側に端子９３を設け、高周波電源に接続できるように構成し、他方側の端部を接地すればよい。このようなプラズマを用いた成膜装置においては、例えば処理容器１１に酸素を連続的に供給しながら、原料ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）を間欠的に供給する。そして原料ガスの供給を停止しているときに、高周波アンテナ９２に高周波電流を供給することによりウエハＷの上方に誘導電磁界を形成し、酸素をプラズマ化することにより成膜処理が行われる。

本発明の実施の形態の効果を検証するため、以下の試験を行った。
[実施例１]
３００ｍｍウエハの表面に向けて水平方向から成膜ガスを供給し、ウエハＷを停止した状態で成膜処理を行った時に成膜される膜の膜厚分布が、成膜ガスの流れの上流側から下流側に向けて直線的に減少するように設定した場合において、ウエハＷを回転させて成膜したときのウエハの表面の膜の膜厚分布をシミュレーションにより求めた。
[実施例２]
ウエハＷを停止した状態で成膜処理を行った時に成膜される膜の膜厚分布が、成膜ガスの流れの上流側では緩やかに減少し、下流側で大きく減少するように設定したことを除いて実施例１と同様に処理を行った。
[実施例３]
ウエハＷを停止した状態で成膜処理を行った時に成膜される膜の膜厚分布が、成膜ガスの流れの上流側では大きく減少し、下流側で緩やかに減少するように設定したことを除いて実施例１と同様に処理を行った。

図１４は実施例１において設定したウエハＷを停止した状態で成膜を行った場合における膜厚分布を示し、図１５は実施例１において成膜される膜についての、横軸にウエハＷの直径における中心部からの距離、縦軸に膜厚を示した特性図である。
また図１６は実施例２において設定したウエハＷを回転させないで成膜を行った場合における膜厚分布を示し、図１７は実施例２において成膜される膜についての、横軸にウエハＷの直径における中心部からの距離、縦軸に膜厚を示した特性図である。
さらに図１８は実施例３において設定したウエハＷを回転させないで成膜を行った場合における膜厚分布を示し、図１９は実施例１において成膜される膜についての、横軸にウエハＷの直径における中心部からの距離、縦軸に膜厚を示した特性図である。

この結果によれば、図１４、図１５に示すようにウエハＷを停止した状態で成膜処理を行った時に成膜される膜の膜厚分布が、成膜ガスの流れの上流側から下流側に向けて直線的に減少する場合には、ウエハＷを回転させて成膜することで、膜厚の面内均一性が高い膜が得られており、実施例１についてはσ１の値は０．１％であった。

また図１６、図１７に示すように実施例２においては、ウエハＷの中心付近の膜厚が厚く、周縁部の膜厚が薄い凸型の膜が成膜されており、図１８、図１９に示すように実施例３においては、ウエハＷの中心付近の膜厚が薄く周縁部の膜厚が厚い凹型の膜が成膜されていることが分かる

この結果によれば、本発明において、ウエハＷを回転させずに成膜処理を行った時に成膜される膜の膜厚分布が成膜ガスの流れ方向に変化するように調整することにより、ウエハＷを回転させて成膜したときに形成される同心円状の膜厚分布を調整することができると言える。

１処理容器
２載置台
２１加熱部
４成膜ガス吐出部
５希釈ガス供給口
２０回転機構
２５モータ
２７ベルト
３１排気溝
５５希釈ガス調整部

Claims

真空雰囲気を形成する処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、基板を載置する載置部と、
前記載置部に載置された基板を、当該載置部の載置面から見て基板とは反対側から加熱する加熱部と、
前記載置部に載置された基板の後方側に設けられ、基板の表面に沿って当該表面全体に亘って当該基板の前方側に向かって流れると共に気流の幅方向のガス流量が揃うように成膜ガスを供給するガス供給部と、
前記成膜ガスを基板に供給しているときに当該基板と直交する軸の周りに回転させるための回転機構と、
前記載置部が停止している状態で見たときに、前記成膜ガスの流れ方向における基板上の膜の膜厚分布を調整できる膜厚調整部と、
前記基板の前方側に設けられた排気口と、を備え、
前記膜厚調整部は、前記基板に対向して設けられ、成膜ガスの流れ方向における成膜ガスの濃度分布を調整するために、成膜ガスの気流に濃度調整用ガスを供給する濃度調整用ガス供給部であり、
前記濃度調整用ガス供給部は、濃度調整用ガスである希釈ガスを吐出する各々前記気流の幅方向に伸びるスリット状に構成されたガス吐出口を前記気流の流れる方向に複数設けて構成され、前記ガス吐出口に連通し、前記ガス吐出口から吐出するガスを前記気流の幅方向で揃えるための、前記気流の幅方向に伸びるバッファ室を備えたことを特徴とする成膜装置。
前記複数のガス吐出口の各々から吐出する希釈ガスの流量を夫々個別に調整する流量調整部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記ガス供給部は、前記気流の幅方向に伸びるスリット状に構成された成膜ガス吐出口を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
前記排気口は、前記気流の幅方向に伸びるように開口す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。