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JP7068937B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理装置に関する。
従来から、真空容器内において、ＢＴＢＡＳガスが供給される処理領域とＯ３ガスが供給される処理領域を、水平面に沿って回転する回転テーブルの周方向に沿って配置し、処理領域のＢＴＢＡＳガスを排気するために、回転テーブルの外側に設けられた排気口を設けると共に、この排気口を覆い、基板載置領域の外縁から内縁に亘って伸びる中空体よりなる排気ダクトを設けた成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この排気ダクトには、基板載置領域の少なくとも内縁側の位置に第２の排気用開口部が設けられており、第１の処理ガスノズルから吐出されたＢＴＢＡＳガスは、この第２の排気用開口部に向けて流れるので、ウェハＷの径方向に高い均一性を持ってＢＴＢＡＳガスが供給され、面内均一性の高い成膜処理を行うことができる。
特開２０１３－４２００８号公報
本開示は、処理室内の処理領域に、処理ガスの整流や吸着の促進等のために上方空間と下方空間を区画する空間区画部材が設けられている場合に、上方空間と下方空間を流れるガスを効率よく排気できる基板処理装置を提供する。
上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る基板処理装置は、処理室と、
該処理室内に設けられ、周方向に沿って基板を表面上に載置可能な回転テーブルと、
該回転テーブルに処理ガスを供給可能な処理ガス吐出面を有する処理ガス供給部と、
該処理ガス吐出面の少なくとも前記回転テーブルの回転方向の下流側に延び、前記回転テーブルの一部を覆って前記回転テーブルと前記処理ガス吐出面との間に下方空間を形成するとともに、前記処理室の天井面との間に上方空間を形成する空間区画部材と、
該空間区画部材の前記回転テーブルの前記回転方向の前記下流側に設けられ、前記回転テーブルの半径方向に沿って延び、側面の前記空間区画部材よりも低い位置に下部排気口を有する排気ダクトと、
前記空間区画部材よりも高い位置に設けられた上部排気口と、を有し、
前記処理ガス吐出面は、前記回転テーブルの半径方向に沿って配置された複数の処理ガス吐出孔を有し、
前記下部排気口は、前記排気ダクトの長手方向に沿って複数設けられており、
前記上部排気口は、前記回転テーブルよりも外側に設けられ、
前記排気ダクトは、前記回転テーブルよりも外側から前記回転テーブルの中心に向かって延びている。
本開示によれば、空間区画部材で区切られた処理領域内の上方空間と下方空間を効率よく排気できる。
一実施形態に係る基板処理装置の一例の概略縦断面図である。 一実施形態に係る基板処理装置の一例の概略平面図である。 ノズルカバーの一例の構成を示した図である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置の回転テーブルの同心円に沿った断面図である。 一実施形態に係る基板処理装置の第１の処理領域に設けられた排気部の上面図である。 一実施形態に係る基板処理装置の一例の排気部の断面図である。 一実施形態に係る基板処理装置のプラズマ発生部の一例の縦断面図を示す。 一実施形態に係るプラズマ発生部の一例の分解斜視図である。 一実施形態に係るプラズマ発生部に設けられる筐体の一例の斜視図である。 回転テーブルの回転方向に沿って真空容器を切断した縦断面図である。 一実施形態に係るプラズマ発生部の一例の平面図である。 一実施形態に係るプラズマ発生部に設けられるファラデーシールドの一部を示す斜視図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
［基板処理装置の構成］
図１に、本開示の実施形態に係る基板処理装置の一例の概略縦断面図を示す。また、図２に、本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略平面図を示す。なお、図２では、説明の便宜上、天板１１の描画を省略している。
図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置は、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、真空容器１の中心に回転中心を有すると共にウェハＷを公転させるための回転テーブル２と、を備えている。
真空容器１は、ウェハＷを収容してウェハＷの表面上に形成された膜等に基板処理を行うための処理室である。真空容器１は、回転テーブル２の後述する凹部２４に対向する位置に設けられた天板（天井部）１１と、容器本体１２とを備えている。また、容器本体１２の上面の周縁部には、リング状に設けられたシール部材１３が設けられている。そして、天板１１は、容器本体１２から着脱可能に構成されている。平面視における真空容器１の直径寸法（内径寸法）は、限定されないが、例えば１１００ｍｍ程度とすることができる。
真空容器１内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分離ガスを供給する、分離ガス供給管５１が接続されている。
回転テーブル２は、中心部にて概略円筒形状のコア部２１に固定されており、このコア部２１の下面に接続されると共に鉛直方向に伸びる回転軸２２に対して、鉛直軸周り、図２に示す例では時計回りに、駆動部２３によって回転自在に構成されている。回転テーブル２の直径寸法は、限定されないが、例えば１０００ｍｍ程度とすることができる。
回転軸２２及び駆動部２３は、ケース体２０に収納されており、このケース体２０は、上面側のフランジ部分が真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられている。また、このケース体２０には、回転テーブル２の下方領域に窒素ガス等をパージガス（分離ガス）として供給するためのパージガス供給管７２が接続されている。
真空容器１の底面部１４におけるコア部２１の外周側は、回転テーブル２に下方側から近接するようにリング状に形成されて突出部１２ａを為している。
回転テーブル２の表面部には、直径寸法が例えば３００ｍｍのウェハＷを載置するための円形状の凹部２４が基板載置領域として形成されている。この凹部２４は、回転テーブル２の回転方向に沿って、複数個所、例えば５箇所に設けられている。凹部２４は、ウェハＷの直径よりも僅かに、具体的には１ｍｍ乃至４ｍｍ程度大きい内径を有する。また、凹部２４の深さは、ウェハＷの厚さにほぼ等しいか、又はウェハＷの厚さよりも大きく構成される。したがって、ウェハＷが凹部２４に収容されると、ウェハＷの表面と、回転テーブル２のウェハＷが載置されない領域の表面とが同じ高さになるか、ウェハＷの表面が回転テーブル２の表面よりも低くなる。なお、凹部２４の深さは、ウェハＷの厚さよりも深い場合であっても、あまり深くすると成膜に影響が出ることがあるので、ウェハＷの厚さの３倍程度の深さまでとすることが好ましい。また、凹部２４の底面には、ウェハＷを下方側から突き上げて昇降させるための例えば後述する３本の昇降ピンが貫通する、図示しない貫通孔が形成されている。
図２に示すように、回転テーブル２の回転方向に沿って、第１の処理領域Ｐ１と、第２の処理領域Ｐ２と、第３の処理領域Ｐ３とが互いに離間して設けられる。第３の処理領域Ｐ３は、プラズマ処理領域であるので、以後、プラズマ処理領域Ｐ３と表してもよいこととする。また、回転テーブル２における凹部２４の通過領域と対向する位置には、例えば石英からなる複数本、例えば５本のガスノズル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。これら各々のガスノズル３１～３３、４１、４２は、回転テーブル２と天板１１との間に配置される。また、これら各々のガスノズル３１～３３、４１、４２は、例えば真空容器１の外周壁から中心部領域Ｃに向かってウェハＷに対向して水平に伸びるように取り付けられている。図２に示す例では、後述する搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、プラズマ処理用ガスノズル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、第２の処理ガスノズル３２がこの順番で配列されている。なお、第２の処理ガスノズル３２で供給されるガスは、プラズマ処理用ガスノズル３３で供給されるガスと同質のガスが供給される場合が多いが、プラズマ処理用ガスノズル３３で当該ガスの供給が十分な場合には、必ずしも設けられなくてもよい。
第１の処理ガスノズル３１は、第１の処理ガス供給部をなしている。また、第２の処理ガスノズル３２は、第２の処理ガス供給部をなしている。更に、プラズマ処理用ガスノズル３３は、プラズマ処理用ガス供給部をなしている。また、分離ガスノズル４１、４２は、各々分離ガス供給部をなしている。
各ノズル３１～３３、４１、４２は、流量調整バルブを介して、図示しない各々のガス供給源に接続されている。
これらのノズル３１～３３、４１、４２の下面側（回転テーブル２に対向する側）には、前述の各ガスを吐出するためのガス吐出孔３６が回転テーブル２の半径方向に沿って複数箇所に例えば等間隔に形成されている。各ノズル３１～３３、４１、４２の各々の下端縁と回転テーブル２の上面との離間距離が例えば１～５ｍｍ程度となるように配置されている。
第１の処理ガスノズル３１の下方領域は、第１の処理ガスをウェハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１であり、第２の処理ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理ガスと反応して反応生成物を生成可能な第２の処理ガスをウェハＷに供給する第２の処理領域Ｐ２である。また、プラズマ処理用ガスノズル３３の下方領域は、ウェハＷ上の膜の改質処理を行うための第３の処理領域Ｐ３となる。分離ガスノズル４１、４２は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２及び第３の処理領域Ｐ３と第１の処理領域Ｐ１とを分離する分離領域Ｄを形成するために設けられる。なお、第２の処理領域Ｐ２と第３の処理領域Ｐ３との間には分離領域Ｄは設けられていない。第２の処理領域Ｐ２で供給する第２の処理ガスと、第３処理領域Ｐ３で供給する混合ガスは、混合ガスに含まれている成分の一部が第２の処理ガスと共通する場合が多いので、特に分離ガスを用いて第２の処理領域Ｐ２と第３の処理領域Ｐ３とを分離する必要が無いからである。
詳細は後述するが、第１の処理ガスノズル３１からは、成膜しようとする膜の主成分をなす原料ガスが第１の処理ガスとして供給される。例えば、成膜しようとする膜がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の場合には、アミノシランガス等のシリコン含有ガスが供給される。第２の処理ガスノズル３２からは、原料ガスと反応して反応生成物を生成可能な反応ガスが第２の処理ガスとして供給される。例えば、成膜しようとする膜がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の場合には、酸素ガス、オゾンガス等の酸化ガスが供給される。プラズマ処理用ガスノズル３３からは、成膜された膜の改質処理を行うため、第２の処理ガスと同様のガスと希ガスとを含む混合ガスが供給される。例えば、成膜しようとする膜がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の場合には、第２の処理ガスと同様に酸素元素を含む酸素ガス等の酸化ガスと、アルゴン、ヘリウム等の希ガスとの混合ガスが供給される。
第１の処理ガスノズル３１の上方には、ノズルカバー３４が設けられている。ノズルカバー３４は、第１の処理ガスノズル３１を上方から覆うとともに、回転テーブル２の回転方向（図２における時計回り方向）における上流側及び下流側に広がる扇形の整流板３６Ａ、３６Ｂを有する。なお、ノズルカバー３４の詳細については後述する。
ノズルカバー３４の回転テーブル２の回転方向における下流側には、排気部６０が設けられている。排気部６０は、回転テーブル２の半径方向に沿って延びる排気ダクト６１と、回転テーブル２よりも外側に設けられる上部排気部６３とを有する。なお、排気部６０の詳細についても後述する。
図３は、ノズルカバーの一例の構成を示した図であり、図３（ａ）には、少なくとも処理ガスノズル３１に取り付けられるノズルカバー３４が示されている。ノズルカバー３４は、処理ガスをより高い濃度でウェハＷ（回転テーブル２）に供給するために設けられる。ノズルカバー３４は、必要に応じて、第１の処理ガスノズル３１のみならず、第２の処理ガスノズル３２及び／又はプラズマ処理用ガスノズル３３にも設けられてもよい。
図３（ａ）に示すように、ノズルカバー３４は、処理ガスノズル３１の長手方向に沿って延び、コ字型の断面形状を有するカバー体３５を有している。カバー体３５は、処理ガスノズル３１を覆うように配置されている。カバー体３５における上記長手方向に延びる２つの開口端の一方には、整流板３６Ａが取り付けられ、他方には、整流板３６Ｂが取り付けられている。
図３（ｂ）は、ノズルカバー３４の構成要素間のプロポーションの一例を示した図である。図３（ｂ）に示されるように、図３の例においては、整流板３６Ａ、３６Ｂは、処理ガスノズル３１の中心軸に対して左右対称に形成されているが、必ずしも左右対称でなくてもよい。例えば、回転テーブル２の回転方向下流側の整流板３６Ｂの方が、上流側の整流板３６Ａよりも広い幅で形成されていてもよい。図２においては、下流側の整流板３６Ｂの方が上流側の整流板３６Ａよりもやや広い幅を有する構成が示されている。
整流板３６Ａ，３６Ｂの回転テーブル２の回転方向に沿った長さは、回転テーブル２の外周部に向かうほど長くなっており、このため、ノズルカバー３４は、概ね扇形状の平面形状を有している。ここで、図３（ｂ）に点線で示す扇の開き角度は、分離領域Ｄの凸状部４のサイズをも考慮して決定されるが、例えば５°以上９０°未満であると好ましく、具体的には例えば８°以上１０°未満であると更に好ましい。このようなノズルカバー３４を設けることにより、処理ガスノズル３１から供給された処理ガスとウェハＷとの接触時間を長くすることができ、処理ガスのウェハＷの表面上への吸着を効率的に行うことができる。よって、必要に応じて、処理ガスノズル３１、３２及びプラズマ処理用ガスノズル３３の１つ又は複数に、ノズルカバー３４を設けるようにしてもよい。
図４に、本実施形態に係るプラズマ処理装置の回転テーブルの同心円に沿った断面図を示す。なお、図４は、分離領域Ｄから第１の処理領域Ｐ１を経て分離領域Ｄまでの断面図である。
分離領域Ｄにおける真空容器１の天板１１には、概略扇形の凸状部４が設けられている。凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられており、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが形成される。
天井面４４を形成する凸状部４は、図２に示すように、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、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、分離ガスノズル４１、４２がこの溝部４３内に収容されている。なお、凸状部４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。
第１の処理ガスノズル３１の上方側には、第１の処理ガスをウェハＷに沿って通流させるために、且つ分離ガスがウェハＷの近傍を避けて真空容器１の天板１１側を通流するように、ノズルカバー３４が設けられている。ノズルカバー３４は、図４に示すように、第１の処理ガスノズル３１を収納するために下面側が開口する概略箱形のカバー体３５と、このカバー体３５の下面側開口端における回転テーブル２の回転方向上流側及び下流側に各々接続された板状体である整流板３６Ａ、３６Ｂとを備えている。ノズルカバー３４は、第１の処理領域Ｐ１を上部空間と下部空間に区画する空間区画部材として機能する。なお、回転テーブル２の回転中心側におけるカバー体３５の側壁面は、第１の処理ガスノズル３１の先端部に対向するように回転テーブル２に向かって伸び出している。また、回転テーブル２の外縁側におけるカバー体３５の側壁面は、第１の処理ガスノズル３１に干渉しないように切り欠かれている。上方に突出して内側に窪みを形成するカバー体３５内に第１の処理ガスノズル３１が収容された状態で、第１の処理ガスノズル３１を上方から覆うようにノズルカバー３４は設けられる。
ノズルカバー３４の下流側には、排気ダクト６１が設けられる。排気ダクト６１は、ノズルカバー３４の整流板３６Ａ、３６Ｂの下方の処理ガスを排気するための排気手段である。排気ダクト６１の側面の下部には、下部排気口６２が設けられる。下部排気口６２は、整流板３６Ａ、３６Ｂよりも下方に設けられ、整流板３６Ａ、３６Ｂの下方を流れる処理ガスを排気する。整流板３６Ａ、３６Ｂの下流側に、横向きに開口する下部排気口６２を設けることにより、整流板３６Ａ、３６Ｂの下方の平行流の流れに乱れを生じさせずに排気することが可能となる。
図５は、本開示の実施形態に係る基板処理装置の第１の処理領域Ｐ１に設けられた排気部６０の上面図である。
図５に示されるように、第１の処理ガスノズル３１がノズルカバー３４に覆われ、ノズルカバー３４の下流側、より詳細には整流板３６Ｂの下流側に排気ダクト６１が設けられる。排気ダクト６１は、回転テーブル２の半径方向に沿って回転テーブル２よりも外側の位置から中心に向かって延びるように設けられる。図４で説明した下部排気口６２がノズルカバー３４側の整流板３６Ｂと対向する側面下部に設けられる。下部排気口６２は、１個であってもよいが、半径方向において均一な排気を行う観点から、排気ダクト６１の長手方向（回転テーブル２の半径方向）に沿って、複数個配列されることが好ましい。このような配置構成を有することにより、第１の処理ガスノズル３１から供給された処理ガスが回転テーブル２の回転方向に沿って流れてくるのを直接的に排気でき、横向きの平行流を維持することが可能となる。これにより、均一な基板処理が可能となる。
排気ダクト６１の形状は、処理ガスを排気できる限り問わないが、側面が平面であることが好ましいため、四角形の断面形状を有することが好ましい。これにより、排気ダクト６１の上流側の側面を回転テーブル２と略垂直な面にすることができ、処理ガスの流れる方向と下部排気口６２の開口の向きを同一にすることができ、効率のよい排気が可能となる。なお、排気ダクト６１の下部排気口６２を設ける側面を適切な角度とすることができれば、排気ダクト６１の断面形状は、長方形や正方形の四角形に限定される訳ではなく、他の多角形、円形（全体としては円筒形又は円管状）等であってもよい。
なお、図５において、上部排気部６３が示されている。上部排気部６３は、整流板３６Ａ，３６Ｂよりも高い位置に設けられた排気手段であり、ノズルカバー３４の上方を流れる分離ガス（Ｎ２、Ａｒ等）を主に排気する。
図６は、本開示の実施形態に係る基板処理装置の一例の排気部６０の断面図である。図６に示されるように、排気部６０は、真空ポンプ等の排気手段に接続される排気路６５を備え、排気路６５と連通する排気ダクト６１と上部排気部６３とを備える。排気ダクト６１は、その上流側の側面の整流板３６Ｂよりも低い位置に下部排気口６２を備える。図６に示されるように、複数個の下部排気口６２を回転テーブル２の半径方向に沿って配列することにより、図５に示したような横向きの平行流を形成することが可能となる。
排気路６５の上端には、上部排気部６３が設けられる。上部排気部６３の外周面には、上部排気口６４が設けられ、整流板３６Ａ、３６Ｂの上方を通流する分離ガスを排気する。図６に示される通り、上部排気部６３の上部排気口６４は、整流板３６Ａ、３６Ｂよりも高い位置に設けられ、処理ガスよりも分離ガスを多く排気するように配置構成されている。ノズルカバー３４よりも上方を通過する分離ガスを排気出来る限り、上部排気口６４の構成は問わないが、図６に示されるように、円筒形の周面に複数の開口が設けられた構成であってもよい。図６においては、縦長の上部排気口６４が円筒形の上部排気部６３の外周面に沿って多数形成された構成となっている。
排気ダクト６１及び上部排気部６３は、ともに鉛直方向に延びた排気路６５に接続され、真空ポンプ等の排気手段で排気可能に構成される。かかる構成により、排気ダクト６１で処理ガスを分離ガスよりも多く排気し、上部排気部６３で分離ガスを排気することができ、上下で効率よく排気を行うことができるとともに、回転テーブル２の表面に沿って横向きの処理ガスの平行流を形成することができ、ウェハＷの表面上に均一な原料ガスの吸着が可能となり、成膜の面内均一性を向上させることができる。
なお、図２及び図５に示されるように、排気部６０、特に排気ダクト６１は、ノズルカバー３４とあまり距離を開けずに、下流側の整流板３６Ｂの近傍に配置することが好ましい。これにより、処理ガスの流れに乱れを生じさせず、均一で効率的な排気及び基板処理が可能となる。
また、図２に示されるように、プラズマ処理用ガスノズル３３の上方側には、必要に応じて、真空容器１内に吐出されるプラズマ処理用ガスをプラズマ化するために、プラズマ発生部８１を設けてもよい。
図７に、本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の縦断面図を示す。また、図８に、本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の分解斜視図を示す。さらに、図９に、本実施形態に係るプラズマ発生部に設けられる筐体の一例の斜視図を示す。
プラズマ発生部８１は、金属線等から形成されるアンテナ８３をコイル状に例えば鉛直軸回りに３重に巻回して構成されている。また、プラズマ発生部８１は、平面視で回転テーブル２の径方向に伸びる帯状体領域を囲むように、且つ回転テーブル２上のウェハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。
アンテナ８３は、整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に接続されている。そして、アンテナ８３は、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように設けられている。なお、図１及び図７において、アンテナ８３と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極８６が設けられている。
図７及び図８に示すように、プラズマ処理用ガスノズル３３の上方側における天板１１には、平面視で概略扇形に開口する開口部１１ａが形成されている。
開口部１１ａには、図７に示すように、開口部１１ａの開口縁部に沿って、この開口部１１ａに気密に設けられる環状部材８２を有する。後述する筐体９０は、この環状部材８２の内周面側に気密に設けられる。即ち、環状部材８２は、外周面が天板１１の開口部１１ａの内周面１１ｂに接触すると共に、内周側が後述する筐体９０のフランジ部９０ａに対向する位置に、気密に設けられる。そして、この環状部材８２を介して、開口部１１ａには、アンテナ８３を天板１１よりも下方側に位置させるために、例えば石英等の誘導体により構成された筐体９０が設けられる。筐体９０の底面は、プラズマ発生領域Ｐ２の天井面４６を構成する。
筐体９０は、図９に示すように、上方側の周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出してフランジ部９０ａをなすと共に、平面視において、中央部が下方側の真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されている。
筐体９０は、この筐体９０の下方にウェハＷが位置した場合に、回転テーブル２の径方向におけるウェハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。なお、環状部材８２と天板１１との間には、Ｏ－リング等のシール部材１１ｃが設けられる。
真空容器１の内部雰囲気は、環状部材８２及び筐体９０を介して気密に設定されている。具体的には、環状部材８２及び筐体９０を開口部１１ａ内に落とし込み、次いで環状部材８２及び筐体９０の上面であって、環状部材８２及び筐体９０の接触部に沿うように枠状に形成された押圧部材９１によって筐体９０を下方側に向かって周方向に亘って押圧する。さらに、この押圧部材９１を図示しないボルト等により天板１１に固定する。これにより、真空容器１の内部雰囲気は気密に設定される。なお、図８においては、簡単のため、環状部材８２を省略して示している。
図７に示すように、筐体９０の下面には、当該筐体９０の下方側の処理領域Ｐ２を周方向に沿って囲むように、回転テーブル２に向かって垂直に伸び出す突起部９２が形成されている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、前述したプラズマ処理用ガスノズル３３が収納されている。なお、プラズマ処理用ガスノズル３３の基端部（真空容器１の内壁側）における突起部９２は、プラズマ処理用ガスノズル３３の外形に沿うように概略円弧状に切り欠かれている。
また、図７に示すように、筐体９０の下方の第３の処理領域Ｐ３内には、プラズマ処理用ガスノズル３３が設けられ、アルゴンガス供給源１２０、水素ガス供給源１２１及び酸素ガス供給源１２２に接続されている。また、プラズマ処理用ガスノズル３３とアルゴンガス供給源１２０、水素ガス供給源１２１及び酸素ガス供給源１２２との間には、各々に対応する流量制御器１３０、１３１、１３２が設けられている。アルゴンガス供給源１２０、水素ガス供給源１２１及び酸素ガス供給源１２２から各々流量制御器１３０、１３１、１３２を介してＡｒガス、Ｈ２ガス及びＯ２ガスが所定の流量比（混合比）で各プラズマ処理用ガスノズル３３に供給され、供給される領域に応じてＡｒガス、Ｈ２ガス及びＯ２ガスが定められる。
図１０は、回転テーブル２の回転方向に沿って真空容器１を切断した縦断面図を示した図である。図１０に示されるように、プラズマ処理中には回転テーブル２が時計周りに回転するので、Ｎ２ガスがこの回転テーブル２の回転に連れられて回転テーブル２と突起部９２との間の隙間から筐体９０の下方側に侵入しようとする。そのため、隙間を介して筐体９０の下方側へのＮ２ガスの侵入を阻止するために、隙間に対して筐体９０の下方側からガスを吐出させている。具体的には、プラズマ処理用ガスノズル３３のガス吐出孔３７について、図７及び図１０に示すように、この隙間を向くように、即ち回転テーブル２の回転方向上流側且つ下方を向くように配置している。鉛直軸に対するプラズマ処理用ガスノズル３３のガス吐出孔３６の向く角度θは、図１０に示すように例えば４５°程度であってもよいし、突起部９２の内側面に対向するように、９０°程度であってもよい。つまり、ガス吐出孔３６の向く角度θは、Ｎ２ガスの侵入を適切に防ぐことができる４５°～９０°程度の範囲内で用途に応じて設定することができる。
次に、プラズマ発生部８１のファラデーシールド９５について、より詳細に説明する。図７及び図８に示すように、筐体９０の上方側には、当該筐体９０の内部形状に概略沿うように形成された導電性の板状体である金属板例えば銅などからなる、接地されたファラデーシールド９５が収納されている。このファラデーシールド９５は、筐体９０の底面に沿うように水平に係止された水平面９５ａと、この水平面９５ａの外終端から周方向に亘って上方側に伸びる垂直面９５ｂと、を備えており、平面視で例えば概略六角形となるように構成されていても良い。
図１１に本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の平面図を示し、図１２に本実施形態に係るプラズマ発生部に設けられるファラデーシールドの一部を示す斜視図を示す。
回転テーブル２の回転中心からファラデーシールド９５を見た場合の右側及び左側におけるファラデーシールド９５の上端縁は、各々、右側及び左側に水平に伸び出して支持部９６を為している。そして、ファラデーシールド９５と筐体９０との間には、支持部９６を下方側から支持すると共に筐体９０の中心部領域Ｃ側及び回転テーブル２の外縁部側のフランジ部９０ａに各々支持される枠状体９９が設けられている。
電界がウェハＷに到達する場合、ウェハＷの内部に形成されている電気配線等が電気的にダメージを受けてしまう場合がある。そのため、水平面９５ａには、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウェハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウェハＷに到達させるために、多数のスリット９７が形成されている。
スリット９７は、図１１及び図１２に示すように、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように、周方向に亘ってアンテナ８３の下方位置に形成されている。ここで、スリット９７は、アンテナ８３に供給される高周波に対応する波長の１／１００００以下程度の幅寸法となるように形成されている。また、各々のスリット９７の長さ方向における一端側及び他端側には、これらスリット９７の開口端を塞ぐように、接地された導電体等から形成される導電路９７ａが周方向に亘って配置されている。ファラデーシールド９５においてこれらスリット９７の形成領域から外れた領域、即ち、アンテナ８３の巻回された領域の中央側には、当該領域を介してプラズマの発光状態を確認するための開口部９８が形成されている。なお、図２においては、簡単のために、スリット９７を省略しており、スリット９７の形成領域例を、一点鎖線で示している。
図８に示すように、ファラデーシールド９５の水平面９５ａ上には、ファラデーシールド９５の上方に載置されるプラズマ発生部８１との間の絶縁性を確保するために、厚み寸法が例えば２ｍｍ程度の石英等から形成される絶縁板９４が積層されている。即ち、プラズマ発生部８１は、筐体９０、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４を介して真空容器１の内部（回転テーブル２上のウェハＷ）を覆うように配置されている。
再び、本実施形態に係る基板処理装置の他の構成要素について、説明する。
回転テーブル２の外周側において、回転テーブル２よりも僅かに下位置には、図２に示すように、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。サイドリング１００の上面の第３の処理領域Ｐ３の下流側には、排気口６６が形成されている。別の言い方をすると、真空容器１の床面には、排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００には、排気口６６が形成されている。
なお、図６で説明したように、排気路６５は、真空容器１の天板１１の天井面付近まで上方に延びているため、真空容器１の床面に露出した排気口は形成されていない。
本実施形態に係る基板処理装置においては、排気部６０と、排気口６６が設けられている。排気部６０は、第１の処理ガスノズル３１と、この第１の処理ガスノズル３１に対して、回転テーブル２の回転方向下流側に位置する分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に設けられている。また、排気口６６は、プラズマ発生部８１と、このプラズマ発生部８１よりも回転テーブル２の回転方向下流側の分離領域Ｄとの間において、分離領域Ｄ側に寄った位置に設けられている。
上述のように、排気部６０は、第１の処理ガスや分離ガスを排気するためのものである。一方、排気口６６は、プラズマ処理用ガスや分離ガスを排気するためのものである。排気部６０及び排気口６６は、各々、バタフライバルブ等の圧力調整部６９が介設された排気管６７により、真空排気機構である例えば真空ポンプ６８に接続されている。
前述したように、中心部領域Ｃ側から外縁側に亘って筐体９０を配置しているため、処理領域Ｐ２に対して回転テーブル２の回転方向上流側から通流してくるガスは、この筐体９０によって排気口６６に向かおうとするガス流が規制されてしまうことがある。そのため、筐体９０よりも外周側におけるサイドリング１００の上面には、ガスが流れるための溝状のガス流路１０１が形成されている。
天板１１の下面における中央部には、図１に示すように、凸状部４における中心部領域Ｃ側の部位と連続して周方向に亘って概略リング状に形成されると共に、その下面が凸状部４の下面（天井面４４）と同じ高さに形成された突出部５が設けられている。この突出部５よりも回転テーブル２の回転中心側におけるコア部２１の上方側には、中心部領域Ｃにおいて各種ガスが互いに混ざり合うことを抑制するためのラビリンス構造部１１０が配置されている。
前述したように筐体９０は中心部領域Ｃ側に寄った位置まで形成されているので、回転テーブル２の中央部を支持するコア部２１は、回転テーブル２の上方側の部位が筐体９０を避けるように回転中心側に形成されている。そのため、中心部領域Ｃ側では、外縁部側よりも、各種ガス同士が混ざりやすい状態となっている。そのため、コア部２１の上方側にラビリンス構造を形成することにより、ガスの流路を稼ぎ、ガス同士が混ざり合うことを防止することができる。
回転テーブル２と真空容器１の底面部１４との間の空間には、図１に示すように、加熱機構であるヒータユニット７が設けられている。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上のウェハＷを例えば室温～３００℃程度に加熱することができる構成となっている。なお、図１に、ヒータユニット７の側方側にカバー部材７１ａが設けられるとともに、ヒータユニット７の上方側を覆う覆い部材７ａが設けられる。また、真空容器１の底面部１４には、ヒータユニット７の下方側において、ヒータユニット７の配置空間をパージするためのパージガス供給管７３が、周方向に亘って複数個所に設けられている。
真空容器１の側壁には、図２に示すように、搬送アーム１０と回転テーブル２との間においてウェハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は、ゲートバルブＧより気密に開閉自在に構成されている。そして、搬送アーム１０が真空容器１に対して進退する領域における天板１１の上方には、ウェハＷの周縁部を検知するためのカメラユニット１０ａが設けられている。このカメラユニット１０ａは、ウェハＷの周縁部を撮像することにより、例えば搬送アーム１０上にウェハＷの有無や、回転テーブル２に載置されたウェハＷの位置ずれや、搬送アーム１０上のウェハＷの位置ずれを検知するために使用される。カメラユニット１０ａは、ウェハＷの直径寸法に対応する程度の幅広い視野を有するように構成されている。
回転テーブル２の凹部２４は、この搬送口１５に対向する位置にて搬送アーム１０との間でウェハＷの受け渡しが行われる。そのため、回転テーブル２の下方側の受け渡し位置に対応する箇所には、凹部２４を貫通してウェハＷを裏面から持ち上げるための図示しない昇降ピン及び昇降機構が設けられている。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置には、装置全体の動作を制御するためのコンピュータからなる制御部１４０が設けられている。この制御部１４０のメモリ内には、後述の基板処理を行うためのプログラが格納されている。このプログラムは、装置の各種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等の記憶媒体である記憶部１４１から制御部１４０内にインストールされる。
排気部６０は、第１の処理領域Ｐ１のみならず、第２の処理領域Ｐ２の第２の処理ガスノズル３２、第３の処理領域Ｐ３のプラズマ処理用ガスノズル３３に対して設けてもよい。上部及び下部からの排気が可能となるため、効率的な処理ガスの排気が可能となる。但し、ノズルカバー３４のような、真空容器１の回転テーブル２の上方の領域を上方の空間と下方の空間に区画するような空間区画部材が存在する場合の方が、排気部６０の効果は顕著に発揮される。
プラズマ処理領域Ｐ３において、筐体９０と真空容器１の天板１１との間に空間が形成されるような構成であれば、上方で分離ガス等を排気し、下方でプラズマ及びラジカル等の処理ガスを排気できることができ、図２乃至図６で説明したのと同様の効果を得ることができる。同様に、第２の処理領域Ｐ２においても、第２の処理ガスノズル３２の上方にノズルカバー３４を設けるか、吊り下げ式のシャワーヘッドを設けるような構成であれば、排気部６０の効果を顕著に発揮することができる。
本実施形態においては、処理ガスノズル３１とノズルカバー３４の組み合わせの例を挙げたが、真空容器１の天板１１の天井面との間に空間が形成されるようなシャワーヘッド型のガス供給手段であっても、同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態においては、ＡＬＤ成膜を行う回転テーブル式の成膜装置を例に挙げて説明したが、回転テーブル（サセプタ）２上に基板を載置し、処理ガスを供給して基板処理を行い、処理ガスの排気が必要な基板処理プロセスであれば、種々のプロセスに適用可能である。
［基板処理装置の動作］
次に、本実施形態に係る基板処理装置の動作の一例について説明する。図面は、今まで用いた図面を参照し、対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
まず、図２において、ウェハＷを真空容器１内に搬入する。ウェハＷ等の基板の搬入に際しては、先ず、ゲートバルブＧを開放する。そして、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、搬送アーム１０により搬送口１５を介して回転テーブル２上に載置する。
次いで、ゲートバルブＧを閉じて、真空ポンプ６８及び圧力調整部６９により真空容器１内を所定の圧力にした状態で、回転テーブル２を回転させながら、ヒータユニット７によりウェハＷを所定の温度に加熱する。この時、分離ガスノズル４１、４２からは、分離ガス、例えば、Ｎ２ガスが供給される。
ここで、排気部６０からは、排気ダクト６１及び上部排気部６３の双方から排気が開始される。一方、排気口６６からも排気が開始される。
続いて、第１の処理ガスノズル３１からは第１の処理ガスを供給し、第２の処理ガスノズル３２からは第２の処理ガスを供給する。また、プラズマ処理用ガスノズル３３から、所定の流量でプラズマ処理用ガスを供給する。
ここで、第１の処理ガス、第２の処理ガス及びプラズマ処理用ガスは、用途に応じて種々のガスを用いてよいが、第１の処理ガスノズル３１からは原料ガス、第２の処理ガスノズル３２からは酸化ガス又は窒化ガスを供給する。また、プラズマ処理用ガスノズル３３からは、第２の処理ガスノズルから供給された酸化ガス又は窒化ガスと類似した酸化ガス又は窒化ガスと、希ガスを含む混合ガスからなるプラズマ処理用ガスを供給する。
ここでは、成膜しようとする膜がシリコン酸化膜であり、第１の処理ガスがアミノシランガス、第２の処理ガスが酸素ガス、プラズマ処理用ガスがＨ２、Ａｒ、Ｏ２の混合ガスからなる場合を例に挙げて説明する。
第１の処理ガスは、排気部６０の下部排気口６２から主に排気され、分離ガス（Ｎ２）ガスは、上部排気部６３から主に排気される。２つのガスは必ずしも完全には分離されないが、下部排気口６２からは第１の処理ガスが分離ガスよりも多く排気され、上部排気口６４からは分離ガスが第１の処理ガスよりも多く排気されることになる。
ウェハＷの表面では、回転テーブル２の回転によって第１の処理領域Ｐ１においてＳｉ含有ガス又は金属含有ガスが吸着し、次いで、第２の処理領域Ｐ２においてウェハＷ上に吸着したＳｉ含有ガスが、酸素ガスによって酸化される。これにより、薄膜成分であるシリコン酸化膜の分子層が１層又は複数層形成されて反応生成物が形成される。
その際、分離ガスと処理ガスの排気が適切に行われ、面内均一性の高い成膜処理を行うことができる。
更に回転テーブル２が回転すると、ウェハＷはプラズマ処理領域Ｐ３に到達し、プラズマ処理によるシリコン酸化膜の改質処理が行われる。プラズマ処理領域Ｐ３で供給されるプラズマ処理用ガスについては、例えば、Ａｒ、Ｈ２、Ｏ２の混合ガスを供給する。
なお、プラズマ処理領域Ｐ３にてプラズマ処理を行う際には、プラズマ発生部８１では、アンテナ８３に対して、所定の出力の高周波電力を供給する。
筐体９０では、アンテナ８３により発生する電界及び磁界のうち電界は、ファラデーシールド９５により反射、吸収又は減衰されて、真空容器１内への到達が阻害される。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、スリット９７の長さ方向における一端側及び他端側に導電路９７ａが設けられると共に、アンテナ８３の側方側に垂直面９５ｂを有する。そのため、スリット９７の長さ方向における一端側及び他端側から回り込んでウェハＷ側に向かおうとする電界についても遮断される。
一方、磁界は、ファラデーシールド９５にスリット９７を形成しているので、このスリット９７を通過して、筐体９０の底面を介して真空容器１内に到達する。こうして筐体９０の下方側において、磁界によりプラズマ処理用ガスがプラズマ化される。これにより、ウェハＷに対して電気的ダメージを引き起こしにくい活性種を多く含むプラズマを形成することができる。
本実施形態においては、回転テーブル２の回転を続けることにより、ウェハＷ表面への原料ガスの吸着、ウェハＷ表面に吸着した原料ガス成分の酸化、及び反応生成物のプラズマ改質この順番で多数回に亘って行われる。即ち、ＡＬＤ法による成膜処理と、形成された膜の改質処理とが、回転テーブル２の回転よって、多数回に亘って行われる。
本実施形態に係る基板処理装置における第１及び第２の処理領域Ｐ１、Ｐ２の間と、第３及び第１の処理領域Ｐ３、Ｐ１の間には、回転テーブル２の周方向に沿って分離領域Ｄを配置している。そのため、分離領域Ｄにおいて、処理ガスとプラズマ処理用ガスとの混合が阻止されながら、各ガスが排気部６０の下部排気口６２及び上部排気口６４、及び排気口６６に向かって排気されていく。
本実施形態における第１の処理ガスの一例としては、ＤＩＰＡＳ［ジイソプロピルアミノシラン］、３ＤＭＡＳ［トリスジメチルアミノシラン］ガス、ＢＴＢＡＳ［ビスターシャルブチルアミノシラン］、ＤＣＳ［ジクロロシラン］、ＨＣＤ［ヘキサクロロジシラン］等のシリコン含有ガスが挙げられる。
また、ＴｉＮ膜の成膜に本発明の実施形態に係るプラズマ処理方法を適用する場合には、第１の処理ガスには、ＴｉＣｌ４［四塩化チタン］、Ｔｉ(ＭＰＤ)(ＴＨＤ)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]、ＴＭＡ［トリメチルアルミニウム］、ＴＥＭＡＺ［テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム］、ＴＥＭＨＦ［テトラキスエチルメチルアミノハフニウム］、Ｓｒ(ＴＨＤ)２［ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト］等の金属含有ガスを使用しても良い。
プラズマ処理用ガスとしては、本実施形態では、希ガスとしてはＡｒガスとＨ２ガスを用い、これを改質用の酸素ガスと組み合わせた例を挙げて説明したが、他の希ガスを用いてもよいし、誘導結合型プラズマの代わりに熱酸化等を行って改質を行い、酸素ガスの代わりに、オゾンガスや、水を用いることも可能である。
また、窒化膜を成膜するプロセスでは、改質用にＮＨ３ガス又はＮ２ガスを用いるようにしてもよい。更に、必要に応じて、水素含有ガス（Ｈ２ガス、ＮＨ３ガス）との混合ガスを用いてもよい。
また、分離ガスとしては、例えばＮ２ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス等も挙げられる。
成膜工程における第１の処理ガスの流量は、限定されないが、例えば５０ｓｃｃｍ～１０００ｓｃｃｍとすることができる。
プラズマ処理用ガスに含まれる酸素含有ガスの流量は、限定されないが、例えば５００ｓｃｃｍ～５０００ｓｃｃｍ（一例として５００ｓｃｃｍ）程度とすることができる。
真空容器１内の圧力は、限定されないが、例えば０．５Ｔｏｒｒ～４Ｔｏｒｒ（一例として１．８Ｔｏｒｒ）程度とすることができる。
ウェハＷの温度は、限定されないが、例えば４０℃～６５０℃程度とすることができる。
回転テーブル２の回転速度は、限定されないが、例えば６０ｒｐｍ～３００ｒｐｍ程度とすることができる。
本実施形態に係る基板処理装置によれば、排気を上下に分けて効率良く行うことができるとともに、処理ガスの濃度を適切に制御でき、面内均一性の高い基板処理を行うことができる。特に、基板処理装置を成膜装置として構成する場合には、膜厚の面内均一性、膜質の面内均一性を向上させることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ 真空容器
２ 回転テーブル
２４ 凹部
３１、３２ 処理ガスノズル
３３ プラズマ処理用ガスノズル
３４ ノズルカバー
３５ カバー体
３６Ａ、３６Ｂ 整流板
３７ ガス吐出孔
４１、４２ 分離ガスノズル
６０ 排気部
６１ 排気ダクト
６２ 下部排気口
６３ 上部排気部
６４ 上部排気口
６５ 排気路
６６ 排気口
６７ 排気管
６８ 真空ポンプ
６９ 圧力調整部
８１ プラズマ発生部
１２０～１２２ ガス供給源
１３０～１３２ 流量制御器
Ｐ１ 第１の処理領域（原料ガス供給領域）
Ｐ２ 第２の処理領域（反応ガス供給領域）
Ｐ３ 第３の処理領域（プラズマ処理領域）
Ｗ ウェハ

Claims (8)

  1. 処理室と、
    該処理室内に設けられ、周方向に沿って基板を表面上に載置可能な回転テーブルと、
    該回転テーブルに処理ガスを供給可能な処理ガス吐出面を有する処理ガス供給部と、
    該処理ガス吐出面の少なくとも前記回転テーブルの回転方向の下流側に延び、前記回転テーブルの一部を覆って前記回転テーブルと前記処理ガス吐出面との間に下方空間を形成するとともに、前記処理室の天井面との間に上方空間を形成する空間区画部材と、
    該空間区画部材の前記回転テーブルの前記回転方向の前記下流側に設けられ、前記回転テーブルの半径方向に沿って延び、側面の前記空間区画部材よりも低い位置に下部排気口を有する排気ダクトと、
    前記空間区画部材よりも高い位置に設けられた上部排気口と、を有し、
    前記処理ガス吐出面は、前記回転テーブルの半径方向に沿って配置された複数の処理ガス吐出孔を有し、
    前記下部排気口は、前記排気ダクトの長手方向に沿って複数設けられており、
    前記上部排気口は、前記回転テーブルよりも外側に設けられ、
    前記排気ダクトは、前記回転テーブルよりも外側から前記回転テーブルの中心に向かって延びている基板処理装置。
  2. 前記上部排気口及び前記排気ダクトは、前記回転テーブルよりも外側に設けられた共通の排気路に接続されている請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記処理ガス供給部は前記回転テーブルの半径方向に沿って延びた処理ガス供給ノズルであり、
    前記空間区画部材は、前記処理ガス供給ノズルから供給された前記処理ガスの流れが前記回転テーブルの前記表面と平行な流れとなることを促進する整流板と、前記処理ガス供給ノズルを覆うとともに前記整流板と接続されたノズル収容部とを有するノズルカバーである請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記整流板は、前記回転テーブルの中心側から外周側に向かって弧長が長くなる扇形の形状を有し、
    前記整流板は、前記処理ガス供給ノズルの前記回転テーブルの前記回転方向における上流側にも設けられている請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 処理室と、
    該処理室内に設けられ、周方向に沿って基板を表面上に載置可能な回転テーブルと、
    該回転テーブルに処理ガスを供給可能な処理ガス吐出面を有する処理ガス供給部と、
    該処理ガス吐出面の少なくとも前記回転テーブルの回転方向の下流側に延び、前記回転テーブルの一部を覆って前記回転テーブルと前記処理ガス吐出面との間に下方空間を形成するとともに、前記処理室の天井面との間に上方空間を形成する空間区画部材と、
    該空間区画部材の前記回転テーブルの前記回転方向の前記下流側に設けられ、前記回転テーブルの半径方向に沿って延び、側面の前記空間区画部材よりも低い位置に下部排気口を有する排気ダクトと、
    前記空間区画部材よりも高い位置に設けられた上部排気口と、を有し、
    前記処理ガス供給部の前記回転テーブルの前記回転方向における上流側には、前記回転テーブルにパージガスを供給可能なパージガス供給部が設けられ、
    前記上部排気口は、前記空間区画部材の上方を流れる前記パージガスを前記処理ガスよりも多く排気し、
    前記下部排気口は、前記空間区画部材の下方に供給される前記処理ガスを前記パージガスよりも多く排気する基板処理装置。
  6. 前記処理ガス供給部は、原料ガスを供給する原料ガス供給部である請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 前記処理室は、前記回転テーブルの前記回転方向に沿って、前記原料ガス供給部の下流側に前記パージガスを供給可能な第２のパージガス供給部と、前記原料ガスと反応して反応生成物を生成可能な反応ガス供給部と、を更に有し、
    前記回転テーブルの回転により、前記基板が前記パージガス供給部、前記原料ガス供給部、前記第２のパージガス供給部、前記反応ガス供給部の下方を順次通過することにより、ＡＬＤ成膜が可能である請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 前記反応ガス供給部と前記パージガス供給部との間に、前記ＡＬＤ成膜により生成された前記反応生成物の改質処理を行うプラズマガス供給部を更に有する請求項７に記載の基板処理装置。
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