(57)【要約】【課題】垂直方向に多段に配置した状態の複数の基板に対し成膜処理を行う際に、膜厚の面内均一性およびカバレッジ性能を良好にする。【解決手段】成膜装置１００は、複数の被処理基板を所定間隔で垂直方向に多段に保持する基板保持部材５と、被処理基板Ｗを保持した基板保持部材５を収容する処理容器１と、処理容器１内の被処理基板Ｗに対して平行に処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔１９ａ，２２ａを有し、処理容器１内に処理ガスを導入する処理ガス導入部材１９，２２と、処理容器１内を排気する排気機構４１と、被処理基板Ｗのそれぞれに対向して設けられた複数のガス流調整部材６５とを有し、ガス流調整部材６５は、吐出孔１９ａ，２２ａから被処理基板Ｗに対して平行に吐出された処理ガスのガス流を、その下方に位置する被処理基板Ｗの上方からその表面に向かうガス流に調整する。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の表面に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
複数の被処理基板を所定間隔で垂直方向に多段に保持する基板保持部材と、
複数の被処理基板を保持した前記基板保持部材を収容する処理容器と、
前記処理容器内の前記被処理基板に対して平行に成膜用の処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有し、前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部材と、
前記処理容器内を排気する排気機構と、
前記複数の被処理基板のそれぞれに対向して設けられた複数のガス流調整部材と
を有し、
前記ガス流調整部材は、前記処理ガス導入部材の前記ガス吐出孔から被処理基板に対して平行に吐出された前記処理ガスのガス流を、その下方に位置する被処理基板の上方からその表面に向かうガス流に調整することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記ガス流調整部材は、複数の貫通孔を有し、該複数の貫通孔を介して下方の被処理基板に上方からその表面に向かうガス流を供給することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記処理ガス導入部材は、ウエハの配列方向に沿って垂直に延びる垂直部を有し、前記複数のガス吐出孔は、前記垂直部の、前記複数のガス流調整部材のそれぞれの直上位置に配置され、前記ガス吐出孔から水平に吐出された前記処理ガスが前記ガス流調整部材の前記貫通孔を介して、その下方に位置する被処理基板に上方からその表面に向かうガス流として供給されることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記ガス流調整部材は、リング状部材と、前記リング状部材の上面を塞ぐ板状部材と、前記リング状部材に形成されたスリットとを有し、前記スリットから、その下方に位置する被処理基板の表面に前記ガス流を供給することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記処理容器の周囲に設けられ、前記処理容器の内部を所定温度に加熱する加熱手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記処理ガスは、成膜しようとする膜の構成元素を含む原料ガス、および原料ガスと反応する反応ガスを含み、
前記処理ガス導入部材は、前記原料ガスを導入する第１のガス導入部材と、前記反応ガスを導入する第２のガス導入部材とを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記原料ガスと前記反応ガスとをシーケンシャルに供給するＡＬＤ法により成膜することを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記所定の膜はＨｉｇｈ−ｋ膜であることを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記所定の膜はＨｆＯ２膜であることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
複数の被処理基板を所定間隔で垂直方向に多段に保持する基板保持部材と、複数の被処理基板を保持した前記基板保持部材を収容する処理容器と、前記処理容器内の前記被処理基板に対して平行に成膜用の処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有し、前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部材と、前記処理容器内を排気する排気機構とを有する成膜装置を用いて被処理基板の表面に所定の膜を成膜する成膜方法であって、
前記処理ガス導入部材の前記ガス吐出孔から被処理基板に対して平行に吐出された前記処理ガスのガス流を、その下方に位置する被処理基板の上方からその表面に向かうガス流に調整して成膜処理を行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項１１】
前記処理ガスは、成膜しようとする膜の構成元素を含む原料ガス、および原料ガスと反応する反応ガスを含み、これらの反応により前記被処理基板の表面に所定の膜を成膜することを特徴とする請求項１０に記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記原料ガスと前記反応ガスとをシーケンシャルに供給するＡＬＤ法により成膜することを特徴とする請求項１１に記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記所定の膜はＨｉｇｈ−ｋ膜であることを特徴とする請求項１２に記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記所定の膜はＨｆＯ２膜であることを特徴とする請求項１３に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直方向に多段に配置した状態の複数の被処理基板に対し成膜処理を行う成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスの製造において、半導体ウエハ等の基板に対して拡散処理、成膜処理、酸化処理等の熱処理を行う場合には、縦型の石英製の処理容器内に、複数の基板を垂直方向に多段に配置した石英製のボートを搬入し、基板の配置方向に延び、各ウエハに対応する位置に設けられた複数のガス吐出孔を有するガスインジェクターにより基板にガスを供給するととともに、処理容器の周囲に設けられたヒータにより基板を加熱する、バッチ式の縦型熱処理装置が広く用いられている。
【０００３】
近時、半導体デバイスの微細化、構造の複雑化にともない、このような縦型熱処理装置を化学蒸着法（ＣＶＤ法）や原子層堆積法（ＡＬＤ法）による成膜処理に用いる場合、膜厚の面内均一性が要求される。
【０００４】
このような要求に対し、特許文献１には、垂直方向に多段に配置された複数の基板の処理面にそれぞれ対向して円環状（リング状）部材を配置することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３２９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近時、半導体デバイスの微細化および構造の複雑化が益々進み、さらなる膜厚の面内均一性が要求され、特に、ＨｆＯ２膜等のＨｉｇｈ−ｋ膜に対してさらなる面内均一性およびカバレッジ性能が求められるようになっており、上記特許文献１の技術では不十分となりつつある。
【０００７】
したがって、本発明は、垂直方向に多段に配置した状態の複数の基板に対し成膜処理を行う際に、膜厚の面内均一性およびカバレッジ性能を良好にすることができる成膜装置および成膜方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、被処理基板の表面に所定の膜を成膜する成膜装置であって、複数の被処理基板を所定間隔で垂直方向に多段に保持する基板保持部材と、複数の被処理基板を保持した前記基板保持部材を収容する処理容器と、前記処理容器内の前記被処理基板に対して平行に成膜用の処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有し、前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部材と、前記処理容器内を排気する排気機構と、前記複数の被処理基板のそれぞれに対向して設けられた複数のガス流調整部材とを有し、前記ガス流調整部材は、前記処理ガス導入部材の前記ガス吐出孔から被処理基板に対して平行に吐出された前記処理ガスのガス流を、その下方に位置する被処理基板の上方からその表面に向かうガス流に調整することを特徴とする成膜装置を提供する。
【０００９】
第１の観点において、前記ガス流調整部材は、複数の貫通孔を有し、該複数の貫通孔を介して下方の被処理基板に上方からその表面に向かうガス流を供給するものであることが好ましい。この場合に、前記処理ガス導入部材は、ウエハの配列方向に沿って垂直に延びる垂直部を有し、前記複数のガス吐出孔は、前記垂直部の、前記複数のガス流調整部材のそれぞれの直上位置に配置され、前記ガス吐出孔から水平に吐出された前記処理ガスが前記ガス流調整部材の前記貫通孔を介して、その下方に位置する被処理基板に上方からその表面に向かうガス流として供給されることが好ましい。
【００１０】
前記ガス流調整部材は、リング状部材と、前記リング状部材の上面を塞ぐ板状部材と、前記リング状部材に形成されたスリットとを有し、前記スリットから、その下方に位置する被処理基板の表面に前記ガス流を供給するものであってもよい。
【００１１】
成膜装置としては、前記処理容器の周囲に設けられ、前記処理容器の内部を所定温度に加熱する加熱手段をさらに有するものであってよい。
【００１２】
前記処理ガスは、成膜しようとする膜の構成元素を含む原料ガス、および原料ガスと反応する反応ガスを含み、前記処理ガス導入部材は、前記原料ガスを導入する第１のガス導入部材と、前記反応ガスを導入する第２のガス導入部材とを有するものであってよい。
【００１３】
本発明の第２の観点は、複数の被処理基板を所定間隔で垂直方向に多段に保持する基板保持部材と、複数の被処理基板を保持した前記基板保持部材を収容する処理容器と、前記処理容器内の前記被処理基板に対して平行に成膜用の処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有し、前記処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部材と、前記処理容器内を排気する排気機構とを有する成膜装置を用いて被処理基板の表面に所定の膜を成膜する成膜方法であって、前記処理ガス導入部材の前記ガス吐出孔から被処理基板に対して平行に吐出された前記処理ガスのガス流を、その下方に位置する被処理基板の上方からその表面に向かうガス流に調整して成膜処理を行うことを特徴とする成膜方法を提供する。
【００１４】
上記第２の観点において、前記処理ガスは、成膜しようとする膜の構成元素を含む原料ガス、および原料ガスと反応する反応ガスを含み、これらの反応により前記被処理基板の表面に所定の膜を成膜するものであってよい。
【００１５】
上記第１の観点および第２の観点において、前記成膜は、前記原料ガスと前記反応ガスとをシーケンシャルに供給するＡＬＤ法により成膜するものであってよい。前記所定の膜はＨｉｇｈ−ｋ膜であってよく、Ｈｉｇｈ−ｋ膜としてＨｆＯ２膜を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、処理ガス導入部材のガス吐出孔から被処理基板に対して平行に吐出された処理ガスのガス流を、その下方に位置する被処理基板の上方からその表面に向かうガス流に調整することができるので、被処理基板に成膜する膜の膜厚の面内均一性を良好にすることができる。また、このように被処理基板の上方からその表面に向かうガス流が形成されるので、トレンチのような凹部内にも十分に処理ガスが供給され、カバレッジ性能を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用される縦型熱処理装置として構成される成膜装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の成膜装置によりＡＬＤ法にて成膜する際のガス供給シーケンスを示す図である。
【図３】ウエハボートの構造を説明するための斜視図である。
【図４】ウエハボートの支柱に形成された溝にウエハを挿入した状態を示す図である。
【図５】従来の成膜装置におけるウエハに供給されるガス流を示す模式図である。
【図６】従来の成膜装置でのガス流により成膜した場合の膜厚面内分布の一例を示す模式図である。
【図７】従来の成膜装置でのガス流により実際にＨｆＯ２膜を成膜した際の膜厚測定結果を示す図である。
【図８】ガス流の実験の実験１および実験２で用いたリング部材とウエハの配置を示す図である。
【図９】ガス流の実験の実験３で用いたリング状部材と円板部材とウエハの配置を示す図である。
【図１０】図９の円板部材にスリット状の開口を形成して成膜を行った際の膜厚分布を示す図である。
【図１１】ガス流の実験の実験４で用いたスリットが形成されたリング状部材と円板部材とウエハの配置を示す図である。
【図１２】実験１〜４におけるウエハの膜厚面内均一性を示す図である。
【図１３】実験１〜４におけるウエハの膜厚分布を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る成膜装置のガス流調整部材を含む要部を含む断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る成膜装置のガス流調整部材を示す平面図である。
【図１６】ガス流調整部材の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
＜装置の概略＞
最初に、本発明が適用される縦型熱処理装置として構成される成膜装置の概略構成について説明する。図１は、本発明が適用される縦型熱処理装置の概略構成を示す断面図である。
【００２０】
本例の成膜装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器１を有している。この処理容器１の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器１内の天井には、石英製の天井板２が設けられて封止されている。後述するように、処理容器１は加熱装置により加熱されるようになっており、ホットウォールタイプの成膜装置として構成される。また、この処理容器１の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド３がＯリング等のシール部材４を介して連結されている。
【００２１】
上記マニホールド３は処理容器１の下端を支持しており、このマニホールド３の下方から被処理体として多数枚、例えば２５〜７５枚程度の半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）Ｗを多段に載置された石英製のウエハボート５が処理容器１内に挿入可能となっている。このウエハボート５の構造については、後で詳細に説明する。
【００２２】
このウエハボート５は、石英製の保温筒７を介してテーブル８上に載置されており、このテーブル８は、マニホールド３の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部９を貫通する回転軸１０上に支持される。
【００２３】
そして、この回転軸１０の貫通部には、例えば磁性流体シール１１が設けられており、回転軸１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部９の周辺部とマニホールド３の下端部との間には、例えばＯリングよりなるシール部材１２が介設されており、これにより処理容器１内のシール性を保持している。
【００２４】
回転軸１０は、例えばボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１３の先端に取り付けられており、ウエハボート５および蓋部９等を一体的に昇降して処理容器１内に挿入されるようになっている。なお、上記テーブル８を上記蓋部９側へ固定して設け、ウエハボート５を回転させることなくウエハＷの処理を行うようにしてもよい。
【００２５】
成膜装置１００は、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法により成膜しようとする膜に必要な処理ガスとして複数のガスをそれぞれ供給する複数のガス供給機構を有している。例えば、処理容器１内へ処理ガスとして、成膜しようとする膜の構成元素を含む原料ガス（プリカーサ）を供給する原料ガス供給機構１４と、処理容器１内へ処理ガスとして、原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給機構１５と、処理容器１内へパージガスを供給するパージガス供給機構１６とを有している。
【００２６】
原料ガス供給機構１４は、原料ガス供給源１７と、原料ガス供給源１７から原料ガスを導く原料ガス配管１８と、原料ガス配管１８に設けられた、開閉バルブ１８ａおよびマスフローコントローラのような流量制御器１８ｂとを有している。
【００２７】
反応ガス供給機構１５は、反応ガス供給源２０と、反応ガス供給源２０から反応ガスを導く反応ガス配管２１と、反応ガス配管２１に設けられた、開閉バルブ２１ａおよびマスフローコントローラのような流量制御器２１ｂとを有している。
【００２８】
パージガス供給機構１６は、パージガス供給源２３と、パージガス供給源２３からパージガスを導くパージガス供給配管２４と、パージガス供給配管２４に設けられた、開閉バルブ２４ａおよびマスフローコントローラのような流量制御器２４ｂとを有している。
【００２９】
原料ガス配管１８には、処理容器１内に原料ガスを導入するガス導入部材としてガスインジェクター１９が接続されている。ガスインジェクター１９は、石英からなり、マニホールド３の側壁を内側へ貫通する水平部と、水平部から９０°屈曲して処理容器１内のウエハボート５の上端まで延びる垂直部とを有し、垂直部には、原料ガスを水平に吐出し、各ウエハＷに原料ガスを吐出するための複数のガス吐出孔１９ａを有している。
【００３０】
反応ガス配管２１にも、処理容器１内に反応ガスを導入するガス導入部材としてガスインジェクター２２が接続されている。ガスインジェクター２２もガスインジェクター１９と同様、石英からなり、マニホールド３の側壁を内側へ貫通する水平部と、ウエハボート５の上端まで延びる垂直部とを有し、垂直部には、反応ガスを水平に吐出し、各ウエハＷに反応ガスを吐出するための複数のガス吐出孔２２ａを有している。
【００３１】
パージガス配管２４には、処理容器内にパージガスを導入するパージガスノズル２５が接続されている。
【００３２】
成膜する膜としては、特に制限はないが、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２などの酸化膜、ＨｆＮ，ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＮ等の窒化膜、ＺｒＡｌＯ、ＨｆＡｌＯ、ＨｆＳｉＯＮ等の上記化合物を組み合わせた複合膜が例示される。原料ガス（プリカーサ）および反応ガス（酸化ガスや窒化ガス）は、成膜する膜に応じて適宜設定される。
【００３３】
膜厚の面内均一性は、特に、ＨｆＯ２膜等のＨｉｇｈ−ｋ膜が問題になりやすいから、Ｈｉｇｈ−ｋ膜が好ましい。例えば、ＨｆＯ２膜を成膜する場合は、原料ガスとして、テトラキスジメチルアミノハフニウム（Ｈｆ（ＮＣＨ３）２）４：ＴＤＭＡＨ）のような有機ハフニウム化合物や、塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ４）等が用いられ、反応ガスとしては、Ｏ３ガス、Ｈ２Ｏガス、Ｏ２ガス、ＮＯ２ガス、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス等の酸化剤が用いられる。
【００３４】
成膜する膜が、原料ガスや反応ガスを複数必要とする場合は、原料ガス供給機構、反応ガス供給機構、ガスインジェクターの数を適宜増加させればよい。また、一つのガスに対し２本以上のガスインジェクターを設けてもよい。
【００３５】
パージガスとしては、例えばＮ２ガスやＡｒガス等の不活性ガスを用いることができる。
【００３６】
処理容器１の一方の側面には高さ方向に沿って突出部１ａが形成されており、突出部１ａの内部空間に反応ガス用のガスインジェクター２２が配置されている。一方、原料ガス用のガスインジェクター１９は突出部１ａに隣接した位置に設けられている。
【００３７】
なお、突出部１ａにプラズマ生成機構を設けて、反応ガスをプラズマ化するようにしてもよい。
【００３８】
処理容器１の突出部１ａと反対側の部分には、処理容器１内を真空排気するための排気口３７が、処理容器１の側壁の上下方向に細長く形成されている。処理容器１の排気口３７に対応する部分には、排気口３７を覆うように断面Ｕ字状に成形された排気口カバー部材３８が取り付けられている。この排気口カバー部材３８の下部には、排気口３７を介して処理容器１内を排気するための排気管３９が接続されている。排気管３９には、処理容器１内の圧力を制御する圧力制御バルブ４０、および真空ポンプ等を含む排気装置４１が接続されており、排気装置４１により排気管３９を介して処理容器１内が排気されるとともに、処理容器１内が所定の圧力に制御される。
【００３９】
処理容器１の外側には、処理容器１を囲むようにして、処理容器１およびその内部のウエハＷを加熱するための筒体状の加熱装置４２が設けられている。加熱装置４２には抵抗加熱ヒータが内蔵されている。
【００４０】
成膜装置１００は制御部５０を有している。制御部５０は、成膜装置１００の各構成部、例えばバルブ類、流量制御器であるマスフローコントローラ、昇降機構等の駆動機構、ヒータ電源等を制御する。制御部５０は、ＣＰＵ（コンピュータ）を有し、上記制御を行う主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置を有している。記憶装置には、成膜装置１００で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされ、主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいて成膜装置１００により所定の処理が行われるように制御する。
【００４１】
このような成膜装置１００においては、処理容器１の配置位置の下方に存在する移載機構（図示せず）により、被処理基板である未処理のウエハＷをウエハボート５に移載し、昇降機構によりウエハボート５を上昇させ、シール部材１２によりマニホールド３と蓋部９とを密着し、処理容器１内を密閉空間とする。
【００４２】
そして、処理容器１内を例えば０．１〜１００Ｔｏｒｒ（１３．３〜１３３３０Ｐａ）の所定の圧力に調整した後、開閉バルブ２４ａを開けて所定流量でパージガスを流して処理容器１内をパージし、その状態で、加熱装置４２によりウエハボート５のセンター部（上下方向の中央部）の温度を、例えば、３００〜７００℃の範囲の所定温度になるように処理容器１内を予め加熱する。
【００４３】
この状態でウエハボート５を回転させながら、原料ガスおよび反応ガスを同時に供給してＣＶＤ法により、または、図２に示すように、原料ガスと反応ガスをパージを挟んで交互に供給して、原料ガスの吸着および吸着した原料ガスと反応ガスとの反応をシーケンシャルに行うＡＬＤ法により、所定の膜を成膜する。原料ガスのパージおよび反応ガスのパージは、処理容器１内を排気しつつ、処理容器１内にパージガスを供給することにより行われる。ＡＬＤ法により、ＣＶＤ法よりも均一でカバレッジの良好な膜形成を行うことができる。
【００４４】
＜従来のウエハへのガス流＞
ウエハボート５は、図３に示すように、天板５１と、底板５２と、天板５１および底板５２を繋ぐ複数、例えば３本の支柱５３とを有する。そして、図４に示すように、支柱５３には溝５４が多数形成されている。従来は、溝５４にウエハＷを嵌め込こむことにより、ウエハボート５にウエハＷを支持させる。そして、ウエハボート５に対するウエハＷの搬入出は、支柱５３が存在しない図３の矢印方向から行われる。
【００４５】
従来の手法によりウエハボート５に保持されたウエハＷにガスを供給する際には、図５に示すように、ガスインジェクター１９、２２に形成されたガス吐出孔１９ａ，２２ａから、ウエハＷの処理面に水平なサイドフローとしてガス流を供給する。
【００４６】
しかし、このようなサイドフローの場合、ウエハ面内で十分な膜厚均一性が得られないという問題が生じる。特に、ＨｆＯ２膜等のＨｉｇｈ−ｋ膜の場合、図６に示すように、ウエハのエッジ部と中央部で膜厚が厚くなりそれらの間で膜厚が薄いといった面内方向に膜厚の山谷ができてしまう。実際のＨｆＯ２膜のＣＴＲ散乱による膜厚測定結果を図７に示す。このように、従来のガス供給方法では要求される膜の面内均一性が得られない。
【００４７】
＜ガス流の実験＞
従来のガスフローによる膜厚の面内不均一性を解消すべく、種々の実験を行った。
【００４８】
（実験１）
最初に特許文献１に記載されたようなウエハＷに対向するリング状部材について検討した。図８はその際のリング状部材とウエハの配置を示す図である。この例では、ウエハボートの支柱５３に形成された溝５４にリング状部材６０（開口径２９９ｍｍ）を嵌め込み、複数のリング状部材６０を垂直方向に多段に配置し、リング状部材６０の上に設けられた支持部材６１によりウエハＷを支持して、リング状部材６０とウエハＷを交互に配置した。リング状部材６０の下面とウエハ上面のピッチは３．２ｍｍとした。このようなリング状部材６０を用いてＨｆＯ２膜の成膜を行った結果、リング状部材６０の効果により、ウエハエッジ部の膜厚が薄くなったものの、ウエハ中央の膜厚は厚いままであった。このため、膜厚面内均一性は依然不十分であった。
【００４９】
（実験２）
次に、開口径を２９９ｍｍから２００ｍｍに変えたリング状部材６０を用いて同様にＨｆＯ２膜を成膜した。リング状部材６０の開口径を２００ｍｍにすることによりウエハ中央の膜厚の厚い領域は減少し、膜厚面内均一性は多少改善されたもののやはり不十分であった。
【００５０】
（実験３）
次に、図９に示すように、ダミーウエハ等の円板部材６２によりリング状部材６０の開口部を塞いだ結果、ウエハ周縁部以外の膜厚が薄くなり、かえって膜厚の面内均一性が悪化してしまった。
【００５１】
（実験４）
次に、図１０に示すように、図９の円板部材６２にスリット状の開口を形成して成膜を行うと、開口に対応した部分の膜厚が厚くなることがわかった。このことから、ウエハＷの上方からウエハＷに向かうガス流が重要であると考え、図１１に示すように、図９のリング状部材６０と円板部材６２との間にスリット６３を形成し、ウエハ上方からウエハＷ表面への適度なガス流が形成されるようにした。リング状部材６０の下面とウエハ上面のピッチａを２〜４ｍｍとし、円板部材６２の下面とウエハ上面のピッチをほぼ２ａ、すなわち４〜８ｍｍとした。このようなガス流によりＨｆＯ２膜の成膜を行った結果、膜厚の面内均一性が格段に改善された。
【００５２】
以上の実験１〜実験４の膜厚面内均一性の結果および膜厚分布の結果をそれぞれ図１２および図１３に示す。これらの結果から、ガス流が適切に調整できていない実験１〜３は、膜厚面内均一性は全く不十分であり、特に、リング状部材６０にさらに円板部材６２で蓋をした実験３は膜厚の面内均一性が著しく悪化したが、ウエハＷの上方からウエハＷ表面へ適度なガス流が形成された実験４では、膜厚面内均一性が大きく改善された。
【００５３】
＜ガス流調整部材＞
そこで、本実施形態では、ウエハボート５に保持されたウエハＷの上方からウエハＷ表面に向かう処理ガスのガス流を効果的に形成できるガス流調整部材をウエハＷと交互に設けるようにした。これにより、膜厚面内均一性を良好にすることができる。また、このようにウエハＷの上方からその表面に向かうガス流が形成されるので、トレンチのような凹部内にも十分に処理ガスが供給され、カバレッジ性能を良好にすることができる。
【００５４】
図１４は本発明の一実施形態に係る成膜装置のガス流調整部材を含む要部を含む断面図である。本実施形態では、ウエハボート５は、図３に示す構造を有している。ウエハボート５の支柱３に形成された複数の溝５４には、それぞれリング状部材６０が嵌め込まれおり、複数のリング状部材６０が垂直方向に多段に配置されている。この複数のリング状部材６０の上に、ガス流調整部材６５が載置されている。ガス流調整部材６５は、図１５に示すように、円板状をなし、多数の貫通孔６６がほぼ均等に形成されており、シャワープレートとして構成されている。
【００５５】
ガス流調整部材６５の上面には、上方に突出するように設けられた複数の支持部材６７が取り付けられており、支持部材６７の上にウエハＷが支持されている。したがって、ガス流調整部材６５とウエハＷとが対向するように交互に配置されている。
【００５６】
ウエハボート５は、ガスインジェクター１９、２２のそれぞれに形成されたガス吐出孔１９ａ，２２ａがガス流調整部材６５の直上の位置になるように位置調整されており、ガス吐出孔１９ａ，２２ａを介して水平にサイドフローとして吐出されたガス流が、ガス流調整部材６５の貫通孔６６を通過して下方に流れる。貫通孔６６を通過したガス流はその下に配置されたウエハＷの表面に向かうガス流として供給される。このとき、上方からウエハＷの表面に向かうガス流は、ほぼ垂直であることが好ましい。
【００５７】
すなわち、ウエハＷの表面には、ガス流調整部材６５に均等に配置された複数の貫通孔６６を通過したガス流が、上方からウエハ全面に均等に供給される。
【００５８】
このように、膜厚面内均一性のために重要であることが検証された、ウエハ上方からウエハ表面に向かうガス流が、ウエハ全面に均等に供給されるので、膜厚面内均一性をより一層良好にすることができる。また、このようにシャワープレートとして構成されたガス流調整部材６５にほぼ均等に形成された多数の貫通孔６６からのガス流が、その下のウエハＷの表面に向けて垂直に近い状態で供給することができるので、トレンチのような凹部内により確実に処理ガスが供給され、カバレッジ性能を一層良好にすることができる。
【００５９】
このとき、ウエハＷの上面とそのウエハにガス流を供給する上方のガス流調整部材６５との間の距離ｂ、およびウエハＷとそのウエハの下方に位置するガス流調整部材６５との間の距離ｃを調整することにより、膜厚面内均一性を調整することができる。
【００６０】
以上の例は、リング状部材６０の上にガス流調整部材６５を載置した例であるが、図１６に示すように、リング状部材６０を用いることなく、ガス流調整部材６５をウエハボート５の支柱５３の溝５４に直接嵌め込むようにしてもよい。
【００６１】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、その思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、ガス流調整部材としてシャワープレートを設けた例を示したが、これに限らず、被処理基板の上方から被処理基板表面に向かうガス流が供給できるものであればよく、例えば、上記実験４のようにリング状部材にスリットを形成し、スリットから下方に位置する被処理基板にガス流を供給するようにしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では被処理基板として半導体ウエハを例にとって示したが、これに限らず、ガラス基板やセラミックス基板等他の基板でも適用可能なことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６４】
１；処理容器
５；ウエハボート
１４；原料ガス供給機構
１５；反応ガス供給機構
１６；パージガス供給機構
１７；原料ガス供給源
１９，２２；ガスインジェクター
１９ａ，２２ａ；ガス吐出口
２０；反応ガス供給源
２３；パージガス供給源
４１；排気装置
４２；加熱装置
５１；天板
５２；底板
５３；支柱
５４；溝
６０；リング状部材
６１，６７；支持部材
６２；円板部材
６３；スリット
６５；ガス流調整部材（シャワープレート）
６６；貫通孔
１００；成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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