(57)【要約】【課題】複数のプラズマ形成領域に供給されるガスの自由度を高くすること。【解決手段】回転テーブル１２の一面側にてプラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３を互いに回転テーブル１２の回転方向に離れて形成するプラズマ形成機構３Ａ〜３Ｃと、プラズマ形成領域３Ａ〜３Ｃ毎に設けられ、プラズマ形成領域３Ａ〜３Ｃに回転方向の上流側から下流側に向けて、プラズマ形成用ガスを供給するプラズマ形成用ガス供給部５１〜５３と、回転方向の上流側から供給されたプラズマ形成用ガスを排気するためにプラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３毎に設けられた第２の排気口４７〜４９と、プラズマ形成領用ガス供給部５１〜５３のうちの少なくとも１つに原料ガスと反応し、反応生成物を生成して基板Ｗに成膜するための反応ガスをプラズマ形成用ガスとして供給する反応ガス用のガス供給源５５と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図２
2019036630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に基板が載置され、真空容器内にて当該基板を公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルの一面側に、当該回転テーブルの回転方向と交差する方向に沿って前記基板に成膜するための原料ガスが供給される処理領域を形成するために当該原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記処理領域に沿って開口し、前記原料ガスを排気する第１の排気口と、
前記回転テーブルの一面側にて前記処理領域とは異なる位置に、前記回転テーブルの一面に供給されるプラズマ形成用ガスがプラズマ化されるプラズマ形成領域を複数、互いに前記回転方向に離れて形成するプラズマ形成機構と、
前記プラズマ形成領域毎に設けられ、当該各プラズマ形成領域に前記回転方向の上流側から下流側に向けて、前記プラズマ形成用ガスを供給する複数のプラズマ形成用ガス供給部と、
前記回転方向の上流側から供給された前記プラズマ形成用ガスを排気するために前記プラズマ形成領域毎に設けられた複数の第２の排気口と、
前記原料ガスと反応することで反応生成物を生成して前記基板に成膜するための反応ガスを前記プラズマ形成用ガスとして、前記プラズマ形成用ガス供給部のうちの少なくとも一つに供給する反応ガス用のガス供給源と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記複数のプラズマ形成用ガス供給部のうち、少なくとも前記反応ガスが供給されないものについて、前記反応生成物からなる膜を改質するための改質用ガスを前記プラズマ形成用ガスとして前記プラズマ形成用ガス供給部に供給する改質用のガス供給源を備えることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記プラズマ形成領域は３つ以上設けられることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記複数の第２の排気口は、平面で見て回転テーブルの外側に各々設けられ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。
【請求項５】
前記プラズマ形成用ガス供給部は、前記回転テーブルの径方向に沿って開口し、前記回転テーブルの径方向外側に向かって前記プラズマ形成用ガスを吐出するように形成された吐出口を備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にプラズマ処理を行うことで成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に対して例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）によって成膜が行われる場合が有る。このＡＬＤを行う成膜装置としては、真空容器内に設けられる回転テーブルにウエハが載置され、当該回転テーブルの回転によって公転するウエハが、原料ガスが供給される雰囲気と、当該原料ガスと反応する反応ガスが供給される雰囲気とを繰り返し通過することで、成膜が行われるように構成される場合が有る。また、原料ガス及び反応ガスに加えて、膜を改質するための改質用ガスも供給される場合が有る。
【０００３】
上記の成膜装置において、反応ガス、改質用ガスについては回転テーブル上において互いに離れた位置に設けられるプラズマ形成領域においてプラズマ化されるように構成される場合が有る。例えば特許文献１にはＡＬＤでＳｉＮ（窒化シリコン）膜を形成するために、反応ガスであるＮＨ３（アンモニア）ガスが回転テーブル上の互いに離れた３箇所でプラズマ化される成膜装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６８４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで上記の成膜装置の各プラズマ形成領域について、どの種別のガスをどの位置のプラズマ形成領域に供給して処理を行うかは、成膜装置が設置されるクリーンルームにおける配管の長さやガス供給機器などの設備によって決められることが考えられる。従って、複数の各成膜装置において反応ガスを供給し、当該反応ガスをプラズマ化する回転テーブル上における位置が互いに異なる場合が有る。
【０００６】
しかし、そのように回転テーブルにおける反応ガスのプラズマを形成する位置が変化することにより、ウエハに供給される反応ガスの気流の流れが変化すると、ウエハの面内各部における原料ガスと当該反応ガスとの反応量が変化し、ウエハの面内各部に形成される膜厚も変化する。つまり、各成膜装置において膜厚を揃えるために、反応ガスを供給する位置に関わらず、当該反応ガスについては同様の気流が形成されるように装置を構成することが検討されている。言い換えれば、所望の膜厚の膜を形成するにあたり、複数のプラズマ形成領域に供給するガスについての自由度を高くすることが求められている。
【０００７】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、基板を載置して回転する回転テーブルの一面の複数箇所にプラズマ形成用ガスを供給して基板にプラズマ処理を行う成膜装置について、複数のプラズマ形成領域に供給されるガスの自由度を高くすることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の成膜装置は、一面側に基板が載置され、真空容器内にて当該基板を公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルの一面側に、当該回転テーブルの回転方向と交差する方向に沿って前記基板に成膜するための原料ガスが供給される処理領域を形成するために当該原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記処理領域に沿って開口し、前記原料ガスを排気する第１の排気口と、
前記回転テーブルの一面側にて前記処理領域とは異なる位置に、前記回転テーブルの一面に供給されるプラズマ形成用ガスがプラズマ化されるプラズマ形成領域を複数、互いに前記回転方向に離れて形成するプラズマ形成機構と、
前記プラズマ形成領域毎に設けられ、当該各プラズマ形成領域に前記回転方向の上流側から下流側に向けて、前記プラズマ形成用ガスを供給する複数のプラズマ形成用ガス供給部と、
前記回転方向の上流側から供給された前記プラズマ形成用ガスを排気するために前記プラズマ形成領域毎に設けられた複数の第２の排気口と、
前記原料ガスと反応することで反応生成物を生成して前記基板に成膜するための反応ガスを前記プラズマ形成用ガスとして、前記プラズマ形成用ガス供給部のうちの少なくとも一つに供給する反応ガス用のガス供給源と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば基板を公転させる回転テーブル上において、複数のプラズマ形成領域が設けられる。そして、プラズマ形成領域毎にプラズマ形成用ガス供給部と排気口とが設けられ、回転テーブルの回転方向の上流側から下流側に向けてプラズマ形成用ガスが供給される。そのため、各プラズマ形成領域においてプラズマ形成用ガスの流れを揃えることができるので、各プラズマ形成領域に供給されるガスの自由度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。
【図２】前記成膜装置の横断平面図である。
【図３】前記成膜装置に設けられるガスシャワーヘッドの縦断側面図である。
【図４】前記ガスシャワーヘッドの下面図である。
【図５】前記成膜装置の概略縦断側面図である。
【図６】前記成膜装置における処理の概要を示す説明図である。
【図７】前記成膜装置の他の構成例を示す横断平面図である。
【図８】前記成膜装置の他の構成例を示す横断平面図である。
【図９】前記成膜装置の他の構成例を示す横断平面図である。
【図１０】評価試験の結果を示す模式図である。
【図１１】評価試験の結果を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態である成膜装置１について、図１の縦断側面図及び図２の横断平面図を参照しながら説明する。この成膜装置１は、原料ガスであるＤＣＳ（ジクロロシラン）ガス、反応ガスであるＮＨ３ガスを、例えばシリコンからなる基板であるウエハＷに夫々供給し、ＡＬＤによってウエハＷにＳｉＮ膜を形成する。ウエハＷは、例えば直径が３００ｍｍの円形基板である。また、改質用ガスであるＨ２（水素）ガスを供給することで、ＳｉＮ膜の改質を行う。ＮＨ３ガス及びＨ２ガスについては、プラズマ化されてウエハＷに供給されるプラズマ形成用ガスである。
【００１２】
図１中１１は、扁平な概ね円形の真空容器（処理容器）であり、側壁及び底部を構成する容器本体１１Ａと、天板１１Ｂとにより構成されている。図中１２は、真空容器１１内に水平に設けられる円形の回転テーブルである。図中１２Ａは、回転テーブル１２の裏面中央部を支持する支持部である。図中１３は回転機構であり、成膜処理中において支持部１２Ａを介して回転テーブル１２を、その周方向に平面視時計回りに回転させる。なお、図中のＸは回転テーブル１２の回転軸を表している。
【００１３】
回転テーブル１２の上面（一面）側には、回転テーブル１２の周方向（回転方向）に沿って６つの円形の凹部１４が設けられており、各凹部１４にウエハＷが収納される。つまり、回転テーブル１２の回転によって公転するように、各ウエハＷは回転テーブル１２に載置される。ウエハＷが載置される位置についてさらに詳しく説明すると、ウエハＷは上記の回転方向に等間隔を空けるように回転テーブル１２に載置され、各ウエハＷの中心と上記の回転軸Ｘとの距離は各々等しい。また、図１中１５はヒーターであり、真空容器１１の底部において同心円状に複数設けられ、回転テーブル１２に載置されたウエハＷを加熱する。図２中１６は真空容器１１の側壁に開口したウエハＷの搬送口であり、ゲートバルブＧによって開閉自在に構成される。図示しない基板搬送機構により、ウエハＷは搬送口１６を介して、真空容器１１の外部と凹部１４内との間で受け渡される。
【００１４】
回転テーブル１２上には、原料ガス供給部であるガス給排気ユニット２と、プラズマ形成ユニット３Ａと、プラズマ形成ユニット３Ｂと、プラズマ形成ユニット３Ｃとが、回転テーブル１２の回転方向下流側に向かい、当該回転方向に沿って互いに間隔を空けてこの順に設けられている。ガス給排気ユニット２は、ＤＣＳガスをウエハＷに供給するユニットである。プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃは、回転テーブル１２上に供給されたプラズマ形成用ガスをプラズマ化して、ウエハＷにプラズマ処理を行うプラズマ形成機構である。プラズマ形成ユニット３Ｃは、ウエハＷに吸着されたＤＣＳガスを窒化してＳｉＮ膜を形成するためのプラズマ処理を行う。プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｂは、ＳｉＮ膜を改質するためのプラズマ処理を行う。この改質について具体的に述べると、膜の表面に含まれるＤＣＳガスに由来するＣｌ（塩素）をＨ２ガスのプラズマに曝すことで膜から脱離させる。この脱離した部位にプラズマ形成ユニット３ＣによりＮＨ３が吸着され、膜を構成するＳｉが窒化されることで、より純粋な（緻密な）窒化膜が形成される。
【００１５】
上記のガス給排気ユニット２の構成について、縦断側面図である図３及び下面図である図４も参照しながら説明する。ガス給排気ユニット２は、平面視、回転テーブル１２の中央側から周縁側に向かうにつれて回転テーブル１２の周方向（回転方向）に広がる扇状に形成されており、ガス給排気ユニット２の下面は、回転テーブル１２の上面に近接すると共に対向している。
【００１６】
ガス給排気ユニット２の下面には、吐出部をなすガス吐出口２１、排気口２２及びパージガス吐出口２３が開口している。図中での識別を容易にするために、図４では、排気口２２及びパージガス吐出口２３に多数のドットを付して示している。ガス吐出口２１は、ガス給排気ユニット２の下面の周縁部よりも内側の扇状領域２４に多数配列されている。このガス吐出口２１は、成膜処理時における回転テーブル１２の回転中にＤＣＳガスを下方にシャワー状に吐出して、ウエハＷの表面全体に供給する。
【００１７】
この扇状領域２４においては、回転テーブル１２の中央側から回転テーブル１２の周縁側に向けて、３つの区域２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが設定されている。夫々の区域２４Ａ、区域２４Ｂ、区域２４Ｃに設けられるガス吐出口２１の夫々に独立してＤＣＳガスを供給できるように、ガス給排気ユニット２には互いに区画されたガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃが設けられている。各ガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの下流端は、各々ガス吐出口２１として構成されている。
【００１８】
そして、ガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの各上流側は、各々配管を介してＤＣＳガスの供給源２６に接続されており、各配管にはバルブ及びマスフローコントローラにより構成されるガス供給機器２７が介設されている。ガス供給機器２７によって、ＤＣＳガス供給源２６から供給されるＤＣＳガスの各ガス流路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃにおける下流側への給断及び流量が制御される。なお、後述するガス供給機器２７以外の各ガス供給機器も、ガス供給機器２７と同様に構成され、下流側へのガスの給断及び流量を制御する。
【００１９】
続いて、上記の排気口２２及びパージガス吐出口２３について説明する。排気口２２及びパージガス吐出口２３は、扇状領域２４を囲むと共に回転テーブル１２の上面に向かうように、ガス給排気ユニット２の下面の周縁部に環状に開口しており、パージガス吐出口２３が排気口２２の外側に位置している。回転テーブル１２上における排気口２２の内側の領域は、ウエハＷの表面へのＤＣＳの吸着が行われる吸着領域Ｒ０を構成する。パージガス吐出口２３は、回転テーブル１２上にパージガスとして例えばＡｒ（アルゴン）ガスを吐出する。
【００２０】
成膜処理中において、ガス吐出口２１からの原料ガスの吐出、第１の排気口である排気口２２からの排気及びパージガス吐出口２３からのパージガスの吐出が共に行われる。それによって、図３中に矢印で示すように回転テーブル１２へ向けて吐出された原料ガス及びパージガスは、回転テーブル１２の上面を排気口２２へと向かい、当該排気口２２から排気される。このようにパージガスの吐出及び排気が行われることにより、処理領域である吸着領域Ｒ０の雰囲気は外部の雰囲気から分離され、当該吸着領域Ｒ０に限定的に原料ガスを供給することができる。即ち、吸着領域Ｒ０に供給されるＤＣＳガスと、後述するガスインジェクター５１〜５３によって吸着領域Ｒ０の外部に供給される各ガスとが混合されることを抑えることができるので、後述するようにウエハＷにＡＬＤによる成膜処理を行うことができる。
【００２１】
図３中２３Ａ、２３Ｂは、各々ガス給排気ユニット２に設けられる互いに区画されたガス流路であり、上記の原料ガスの流路２５Ａ〜２５Ｃに対しても各々区画されて設けられている。ガス流路２３Ａの上流端は排気口２２、ガス流路２３Ａの下流端は排気装置２８に夫々接続されており、この排気装置２８によって、排気口２２から排気を行うことができる。また、ガス流路２３Ｂの下流端はパージガス吐出口２３、ガス流路２３Ｂの上流端はＡｒガスの供給源２９に夫々接続されている。ガス流路２３ＢとＡｒガス供給源２９とを接続する配管には、ガス供給機器２０が介設されている。
【００２２】
続いて、プラズマ形成ユニット３Ｂについて図１を参照して説明する。プラズマ形成ユニット３Ｂは、真空容器１１内へ向けてマイクロ波を放射するアンテナ３１と、アンテナ３１に向けてマイクロ波を供給する同軸導波管３２、及びマイクロ波発生器３３を備える。アンテナ３１は天板１１Ｂに設けられており、後述のガスインジェクター５２から反応ガスが供給される領域の上方に位置している。アンテナ３１は、誘電体窓３４、スロット板３５、誘電体プレート３６及び冷却ジャケット３７を有するラジアルラインスロットアンテナとして構成されている。
【００２３】
誘電体窓３４はマイクロ波の波長を短縮させるものであり、例えばアルミナセラミックから構成され、真空容器１１の天板１１Ｂに形成された開口部を塞ぐように設けられている。誘電体窓３４上には金属板であるスロット板３５が水平に設けられている。このスロット板３５は多数の細長のスロット孔（スリット）３８が分散して配設されており、隣り合うスロット孔３８同士は組をなし、その長さ方向が互いに直交するように形成されている。そして、このスロット孔３８の組は、スロット板３５の重心を中心とする複数の同心円に沿って配置されている。誘電体窓３４、スロット板３５及び誘電体プレート３６は、平面視概略三角形状に構成されている。そして、回転テーブル１２の中心側、外周側を夫々内側、外側とすると、これらの誘電体窓３４、スロット板３５及び誘電体プレート３６は、内側から外側に向かうにつれて、平面視回転テーブル１２の回転方向にその幅が広がるように配置されており、回転テーブル１２に対向する。さらにスロット板３５上には例えばアルミナセラミックからなる誘電体プレート３６が設けられている。誘電体プレート３６上には例えば導電性の冷却ジャケット３７が設けられている。冷却ジャケット３７には、アンテナ３１を冷却するための冷媒が流通する図示しない冷媒流路が形成されている。
【００２４】
アンテナ３１は同軸導波管３２、モード変換器３９、導波管４１、整合器４２を、この順に介してマイクロ波発生器３３に接続されている。同軸導波管３２は、円柱形状の内側導体４３と、その内部に内側導体４３を収容した円筒形状の外側導体４４と、を備える。内側導体４３及び外側導体４４の上端部はモード変換器３９に接続されている。内側導体４３の下端部は、冷却ジャケット３７、誘電体プレート３６、スロット板３５を貫通して誘電体窓３４の上面に設けられた凹部に進入している。なお、図中４５は、スロット板３５において上記の内側導体４３が貫通する貫通孔である。外側導体４４の下端部は、冷却ジャケット３７に接続されている。上記のマイクロ波発生器３３は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生し、このマイクロ波は同軸導波管３２にて導波される伝搬モードにマイクロ波を変換するモード変換器３９を介して当該同軸導波管３２に導入される。そして、このマイクロ波は同軸導波管３２を通って、誘電体プレート３６に供給され、スロット板３５のスロット孔３８から誘電体窓３４に放射され、当該誘電体窓３４を透過して誘電体窓３４の下方側の空間に供給される。
【００２５】
プラズマ形成ユニット３Ｂによりプラズマが形成されて処理が行われる処理領域をプラズマ形成領域Ｒ２とすると、既述のように誘電体窓３４からマイクロ波が回転テーブル１２に供給されることで、プラズマ形成領域Ｒ２は、スロット板３５及び誘電体窓３４の下方に形成される。当該スロット板３５及び誘電体窓３４の平面形状に対応するように、プラズマ形成領域Ｒ２は回転テーブル１２の内側から外側に向かうにつれて回転方向に拡幅された、平面視概ね三角形状となる。既述のようにアンテナ３１が設けられることにより、このプラズマ形成領域Ｒ２は、回転テーブル１２の回転方向に局所的に形成され、公転によるウエハＷの移動領域の内縁から外縁に亘るように形成される。
【００２６】
また、プラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｃはプラズマ形成ユニット３Ｂと同様に構成されており、図２においてプラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｃにおけるプラズマ形成領域Ｒ３に相当する領域をプラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ３として夫々示している。プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は回転テーブル１２の回転方向に互いに離れて設けられている。回転テーブル１２の回転方向に見て、プラズマ形成領域Ｒ１、プラズマ形成領域Ｒ２、プラズマ形成領域Ｒ３の上流側には、これらプラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に対応する、即ちプラズマ形成ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対応するガスインジェクター５１、５２、５３が夫々設けられている。ガスインジェクター５１、５２、５３は、例えば先端側が閉じられた細長い管状体として構成され、真空容器１１の側壁から中央部領域に向かい、プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の回転方向上流側の縁部に沿うように水平に伸び、回転テーブル１２上のウエハＷの通過領域と交差するように設けられている。
【００２７】
上記の回転方向に沿った成膜装置１の概略縦断側面図である図５も参照しながら説明する。なお、図５ではプラズマ形成用ガス供給部である上記のガスインジェクター５１、５２、５３から吐出されるガスを点線の矢印で示している。ガスインジェクター５１〜５３には、その長さ方向に沿ってガスの吐出口５０が多数、例えば水平方向に開口しており、各吐出口５０から回転テーブル１２の径方向の外側へ向けてプラズマ形成用ガスが吐出される。このプラズマ形成用ガスの吐出方向についてさらに説明すると、ガスインジェクター５１、５２、５３からは、プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を回転テーブル１２の回転方向の下流側に向かってプラズマ形成用ガスが吐出されるように各吐出口５０が形成されている。
【００２８】
つまり、ガスインジェクター５１〜５３からは当該回転方向に沿うようにガスが吐出される。なお、このように回転方向に沿ってガスを吐出できればよいので、吐出口５０としては水平に開口していなくてもよく、斜め下方あるいは斜め上方に向けてガスを吐出するように開口してもよい。この構成例ではガスインジェクター５１、５２は、夫々配管５１Ａ、５２Ａを介してプラズマ形成用ガスであると共に改質用ガスであるＨ２ガスの供給源５４に接続されており、当該Ｈ２ガスを吐出する。ガスインジェクター５３は配管５３Ａを介して、プラズマ形成用ガスであると共に反応ガスであるＮＨ３ガスの供給源５５に接続されており、当該ＮＨ３ガスを吐出する。
【００２９】
また、平面で見て、回転テーブル１２の回転方向においてプラズマ形成領域Ｒ１の下流側の端部、プラズマ形成領域Ｒ２の下流側の端部、プラズマ形成領域Ｒ３の下流側の端部から夫々回転テーブル１２の外側に向けて外れた位置の真空容器１１の底部に、夫々排気口４７、排気口４８、排気口４９が設けられている。排気口４７は、第１のガスインジェクター５１から吐出されてプラズマ形成領域Ｒ１を下流側に向けて流れたガスを排気し、排気口４８は、第２のガスインジェクター５２から吐出されてプラズマ形成領域Ｒ２を下流側に向けて流れたガスを排気し、排気口４９は、第３のガスインジェクター５３から吐出されてプラズマ形成領域Ｒ３を下流側に向けて流れたガスを排気する。つまり、第２の排気口である排気口４７〜４９は、ガスインジェクター５１〜５３と同様、プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃに対応するように設けられている。また、このようにガスの供給及び排気が行われるため、ガスインジェクター５１、５２、５３は夫々プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に専用のガスインジェクターであり、排気口４７、４８、４９は夫々プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に専用の排気口である。
【００３０】
互いに対応する排気口、ガスインジェクター、プラズマ形成ユニットにより形成されるプラズマ形成領域を１つの組とすると、この組は平面で見たときに、回転軸Ｘを軸として回転対称となるように設けられている。つまり、排気口、ガスインジェクター、プラズマ形成領域の組は、互いに同様のレイアウトとされている。図２中４０は排気装置であり、例えば真空ポンプなどにより構成され、排気管を介して排気口４７〜４９に接続されている。排気管に設けられる図示しない圧力調整部により各排気口４７〜４９による排気量が調整されることによって、真空容器１１内の真空度が調整される。
【００３１】
図２中５７は、プラズマ形成領域Ｒ２とプラズマ形成領域Ｒ３との間に設けられる分離領域である。分離領域５７の天井面は、プラズマ形成領域Ｒ２及びプラズマ形成領域Ｒ３の各々の天井面よりも低い。分離領域５７は図２に示すように平面的に見て、回転テーブル１２の中央側から周縁側に向かうにつれて回転テーブル１２の周方向に広がる扇状に形成されており、その下面は回転テーブル１２の上面に対向すると共に近接し、分離領域５７と回転テーブル１２との間のコンダクタンスが抑えられている。この分轄領域５７は、プラズマ形成領域Ｒ２に供給されたＨ２ガスがプラズマ形成領域Ｒ３に流れて、当該プラズマ形成領域Ｒ３に供給されるＮＨ３ガスが希釈されてしまうことを確実に防止するために設けている。
【００３２】
図１に示すように成膜装置１には、コンピュータからなる制御部１０が設けられており、制御部１０にはプログラムが格納されている。このプログラムについては、成膜装置１の各部に制御信号を送信して各部の動作を制御し、後述の処理が実行されるようにステップ群が組まれている。具体的には、回転機構１３による回転テーブル１２の回転数、各ガス供給機器による各ガスの流量及び給断、各排気装置２８、４０による排気量、マイクロ波発生器３３からのアンテナ３１へのマイクロ波の給断、ヒーター１５への給電などが、プログラムによって制御される。ヒーター１５への給電の制御は、即ちウエハＷの温度の制御であり、排気装置４０による排気量の制御は、即ち真空容器１１内の圧力の制御である。このプログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、ＤＶＤ、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、制御部１０にインストールされる。
【００３３】
以下、成膜装置１による処理について詳しく説明する。先ず、基板搬送機構によって６枚のウエハＷを、回転テーブル１２の各凹部１４に搬送する。そして、真空容器１１の搬送口１６に設けられるゲートバルブＧを閉鎖して、当該真空容器１１内を気密にする。凹部１４に載置されたウエハＷは、ヒーター１５によって所定の温度に加熱される。そして、排気口４７、４８、４９からの排気によって、真空容器１１内を所定の圧力の真空雰囲気にすると共に、回転テーブル１２が所定の回転数で回転する。
【００３４】
そして、ガスインジェクター５１、５２からＨ２ガスがプラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２に夫々供給され、ガスインジェクター５３からＮＨ３ガスがプラズマ形成領域Ｒ３に供給される。このように各ガスが供給される一方で、マイクロ波発生器３３からマイクロ波が供給され、このマイクロ波によってプラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２にＨ２ガスのプラズマが、プラズマ形成領域Ｒ３にＮＨ３ガスのプラズマが夫々形成される。また、ガス給排気ユニット２においてはガス吐出口２１からＤＣＳガス、パージガス吐出口２３からＨ２ガスが夫々吐出されると共に、排気口２２から排気が行われる。図６は真空容器１１内において、このように各部からガスが供給された状態を示しており、各ガスの流れを矢印で表示している。また、図６中の白抜きの矢印６０は回転テーブルの回転方向を示している。
【００３５】
回転テーブル１２の回転によってウエハＷが吸着領域Ｒ０に位置すると、ＤＣＳガスが当該ウエハＷの表面に供給されて吸着される。引き続き回転テーブル１２が回転して、ウエハＷがプラズマ形成領域Ｒ１へ移動する。このプラズマ形成領域Ｒ１において回転方向上流側から下流側に向かうプラズマ化したＨ２ガスの気流に曝され、ウエハＷに付着したＤＣＳによる層の改質が行われる。続いて、ウエハＷがプラズマ形成領域Ｒ２へ移動する。このプラズマ形成領域Ｒ２において回転方向上流側から下流側に向かうプラズマ化したＨ２ガスの気流に曝され、プラズマ形成領域Ｒ１と同様に改質が行われる。
【００３６】
その後、ウエハＷはプラズマ形成領域Ｒ３へ移動し、このプラズマ形成領域Ｒ３において回転方向上流側から下流側に向かうプラズマ化したＮＨ３ガスの気流に曝され、当該プラズマ化したＮＨ３ガスがウエハＷに吸着されたＤＣＳガスと反応して、反応生成物であるＳｉＮの薄膜が形成される。回転テーブル１２の回転が続けられ、ウエハＷが吸着領域Ｒ０、プラズマ形成領域Ｒ１、プラズマ形成領域Ｒ２、プラズマ形成領域Ｒ３を順に繰り返し移動し、ＳｉＮの薄層が堆積することでＳｉＮ膜の膜厚が上昇すると共に改質が進行する。そしてＳｉＮ膜の膜厚が所望の大きさとなると、ガス給排気ユニット２における各ガスの吐出及び排気、プラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３へのマイクロ波の供給、及びガスインジェクター５１〜５３へのガスの供給が停止する。然る後、ウエハＷは、基板搬送機構によって成膜装置１から搬出される。
【００３７】
ところで、成膜装置は図７に示すように構成してもよい。この図７の成膜装置を１Ａとし、成膜装置１との差異点を説明すると、ガスインジェクター５２にはＨ２ガス供給源５４の代りに、ＮＨ３ガス供給源５５が接続されており、ガスインジェクター５３にはＮＨ３ガス供給源５５の代わりに、Ｈ２ガス供給源５４が接続されていることが挙げられる。この成膜装置１Ａにおける成膜処理は、このようにガスインジェクター５２、５３から吐出されるガスが異なることを除いて、成膜装置１における上記の成膜処理と同様に行われる。従って、図中に矢印６０で示すように回転テーブル１２が平面視時計回りに回転し、吸着領域Ｒ０にＤＣＳガスが供給され、プラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３でプラズマが形成される。この際に、成膜装置１の成膜処理とは異なり、プラズマ形成領域Ｒ２においてはＨ２ガスのプラズマの代わりにＮＨ３ガスのプラズマが形成され、プラズマ形成領域Ｒ３においてはＮＨ３ガスのプラズマの代わりにＨ２ガスのプラズマが形成される。
【００３８】
しかし、上記のように互いに対応するプラズマ形成領域、ガスインジェクター及び排気口の各組については、同様のレイアウトとされている。従って、成膜装置１Ａのプラズマ形成領域Ｒ２では、成膜装置１のプラズマ形成領域Ｒ３と同様に、回転テーブル１２の回転方向の上流側から下流側へ向かうＮＨ３ガスの気流が形成されると共に、当該ＮＨ３ガスがプラズマ化される。そして、成膜装置１Ａのプラズマ形成領域Ｒ３では、成膜装置１のプラズマ形成領域Ｒ２と同様に、回転テーブル１２の回転方向の上流側から下流側へ向かうＨ２ガスの気流が形成されると共に当該Ｈ２ガスがプラズマ化される。
【００３９】
発明が解決しようとする課題の項目で説明したように成膜装置間において、反応ガスであるＮＨ３ガスのプラズマについて回転テーブル１２上で形成される気流が異なるものであれば、ウエハＷの面内で窒化反応の進行度が異なり、ウエハＷの面内各部に形成される膜厚が異なるものとなる。しかし、上記の成膜装置１のプラズマ形成領域Ｒ３、成膜装置１Ａのプラズマ形成領域Ｒ２では、上記のように同様のＮＨ３ガスのプラズマの気流が形成されるため、ウエハＷの面内各部における膜厚が同様ないしは概ね同様となるように成膜処理を行うことができる。つまり、成膜装置のユーザーはそのように同様ないしは概ね同様の膜厚となるように成膜処理を行うにあたり、ガス供給源５４、５５を設ける位置や、ガス供給源５４、５５と各ガスインジェクター５１〜５３とを接続する配管の長さなどの都合に応じて、成膜装置１の構成とするか、成膜装置１Ａの構成とするかを選択することができる。
【００４０】
さらに、ガスインジェクター５１、５２、５３からＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｈ２ガスが夫々吐出されるように成膜装置を構成する場合も、同様の理由で成膜装置１、１Ａと同様ないしは概ね同様の膜厚となるように成膜処理を行うことができる。つまり、ガスインジェクター５１〜５３、プラズマ形成ユニット３Ａ〜３Ｃ、排気口４７〜４９を上記のような配置とし、回転テーブル１２の回転方向に沿うようにプラズマ形成用ガスの気流を形成することで、プラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３に供給することができるガスの自由度を高くすることができる。
【００４１】
なお、プラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３において、各々上記の回転方向の下流側に向けてプラズマ形成用ガスの気流を形成することができればよく、互いに対応するプラズマ形成領域、排気口及びガスインジェクターからなる組の間で、これらプラズマ形成領域、排気口、ガスインジェクターの位置関係が同じとなるように構成することには限られない。つまり、各組の間で、例えばプラズマ形成領域Ｒとガスインジェクターとの位置関係が異なっていてもよいし、プラズマ形成領域Ｒと排気口との位置関係が異なっていてもよい。図８にはそのような構成例を示している。具体的に図８の成膜装置１では、平面で見て回転軸Ｘから見て、プラズマ形成領域Ｒ２とガスインジェクター５２の基端側との回転方向における距離が、プラズマ形成領域Ｒ１とガスインジェクター５１の基端側との回転方向における距離よりも大きい。また、プラズマ形成領域Ｒ１に対する排気口４７の位置と、プラズマ形成領域Ｒ２に対する排気口４８の位置とを比べると、排気口４８はより回転方向上流側に形成されている。ただし、各プラズマ形成領域間で、気流をより均一化するために、図２などで示したように各組について、プラズマ形成領域、排気口、ガスインジェクターの位置関係が同じとなるように構成することが好ましい。
【００４２】
また、反応ガスが供給されるプラズマ形成領域は１つに限られず、例えば２つであってもよい。つまりプラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３のうちの２つにＮＨ３ガスを供給し、残る１つにＨ２ガスを供給してもよい。その場合においても、上記のように各プラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３において同様のガスの流れを形成することができるため、どのプラズマ形成領域にＮＨ３ガス、Ｈ２ガスを夫々流すかを選択する自由度が高い。
【００４３】
また、ガスインジェクター５１〜５３をＮＨ３ガス供給源５５に接続し、各ガスインジェクター５１〜５３からＮＨ３ガスを吐出してもよい。また、ガスインジェクター５１〜５３については、ＮＨ３ガス及びＨ２ガスの混合ガスが供給され、１つのプラズマ形成領域で窒化と改質とが行われるように装置を構成してもよい。例えばプラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３のうち、一つ以上のプラズマ形成領域には上記の混合ガスが供給され、残りのプラズマ形成領域にはＮＨ３ガスが供給されるようにしてもよい。その場合においても、上記の各プラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３には同様の気流が形成されるため、混合ガスを供給するように選択するプラズマ形成領域が変わっても、ウエハＷに形成される膜厚の変動は抑えられることから、どのプラズマ形成領域から上記の混合ガスを供給するかを、装置のユーザーは自由に選択することができる。なお、上記の成膜装置１、１Ａにおいて分離領域５７については設けられていなくてもよいし、Ｒ０〜Ｒ４の領域間のうちの２つ以上を区画するように設けていてもよい。例えば領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を互いに区画するように４つ、回転テーブル１２の回転方向に離れて設けられていてもよい。
【００４４】
また、回転テーブル１２は平面視反時計回りに回転するようにしてもよい。図９は、そのように構成された成膜装置１Ｂを示している。成膜装置１Ｂについて、回転テーブル１２の回転方向以外の成膜装置１との差異点を中心に説明すると、成膜装置１Ｂについては、反時計回りに吸着領域Ｒ０、プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が、この順に設けられている。そして、これらプラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３について、回転テーブル１２の回転方向の上流側にはガスインジェクター５１、５２、５３が夫々設けられ、当該回転方向の下流側には、排気口４７、４８、４９が設けられている。ただし、上記のように回転テーブル１２の回転方向は成膜装置１とは逆であるため、排気口４７、４８、４９から反時計回りに見た位置に、対応するガスインジェクター５１、５２、５３が夫々設けられている。そして、ガスインジェクター５１〜５３のガス吐出口５０は、回転方向下流側に向けられている。ガスインジェクター５１、５２はＨ２ガス供給源５４に、ガスインジェクター５３はＮＨ３ガス供給源５５に夫々接続されている。従って、成膜装置１Ｂでは回転方向が異なることを除いて、成膜装置１と同様に処理を行うことができる。
【００４５】
このように構成される成膜装置１Ｂについても各プラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３に対応する排気口及びガスインジェクターが上記のように配置されることで、プラズマ形成領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３においては同様にプラズマ形成用ガスの気流が形成される。従って、図９に示した例とは異なり、例えばＮＨ３ガスをガスインジェクター５２に供給し、ガスインジェクター５１、５３にはＨ２ガスを供給してもよい。このように成膜装置の回転テーブル１２の回転方向については、平面視時計回り、反時計回りのいずれであってもよい。
【００４６】
また、ガスインジェクター５１〜５３は、回転テーブル１２の径方向に沿って多数開口した吐出口５０を備える代りに、当該径方向に沿って伸びるスリット状の吐出口５０を備えるようにしてもよい。つまり、吐出口５０は複数設けられなくてもよい。なお、ガスインジェクター５１〜５３を設ける代わりに、成膜装置１の天板１１Ｂにおいてプラズマ形成領域Ｒ１〜Ｒ３に対応する各位置に、回転下流側に向かって横方向に各々ガスを供給するノズルを設けてもよい。なお、プラズマ形成領域の数としては２個であってもよいし、４個以上であってもよい。ウエハＷに成膜する膜としてもＳｉＮ膜には限られず、例えば反応ガスとしてＮＨ３ガスの代わりに酸素やオゾンを供給し、酸化シリコン膜を形成してもよい。改質用ガスとしてはＨ２ガスに限られず、例えばＡｒガスであってもよい。また、本発明は上記した各実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した実施形態は適宜変更したり、互いに組み合わせたりすることが可能である。
【００４７】
評価試験
本発明に関連して行われた評価試験について説明する。ウエハＷの成膜処理時に回転テーブル１２を平面視時計回りに回転させたときにおけるＮＨ３ガスを吐出するガスインジェクター５３及び排気口４９の位置と、プラズマ形成領域Ｒ３の各部におけるＮＨ３ガスの濃度との関係を調べた。評価試験１−１として、ガスインジェクター５３をプラズマ形成領域Ｒ３に対して回転テーブル１２の回転方向下流側に配置し、排気口４９をプラズマ形成領域Ｒ３に対して回転テーブル１２の回転方向上流側に配置した場合におけるプラズマ形成領域Ｒ３の各部のＮＨ３ガスの濃度を調べた。
【００４８】
評価試験１−２として、ガスインジェクター５３をプラズマ形成領域Ｒ３に対して回転テーブル１２の回転方向上流側に配置し、排気口４９をプラズマ形成領域Ｒ３に対して回転テーブル１２の回転方向下流側に配置した場合におけるプラズマ形成領域Ｒ３の各部のＮＨ３ガスの濃度を調べた。つまり、評価試験１−２では、成膜装置１と同様にガスインジェクター５３及び排気口４９が配置されている。各評価試験１−１、１−２では、ガスインジェクター５３の吐出口５０の数は７８個に設定した。また、ガスインジェクター５３については、７８個のうち３９個の吐出口５０が開口した先端側と、残りの３９個の吐出口５０が開口した基端側とに独立してＮＨ３ガスを供給できるように構成し、先端側、基端側のガス供給量について、夫々５００ｓｃｃｍに設定した。
【００４９】
評価試験１−１の結果を図１０に、評価試験１−２の結果を図１１に夫々示している。実際の試験結果はプラズマ形成領域Ｒ３についてＮＨ３ガスの濃度に応じたカラーが付されたコンピューターグラフィクスとして得られている。図１０、図１１は、その試験結果について、所定の濃度範囲である領域毎に線で囲むことで互いに区画して示し、その濃度範囲に応じて模様を付して示したものである。斜線を付した領域、単位面積あたりに多数のドットを付した領域、単位面積あたりに少数のドットを付した領域、模様を付していない領域の順でガス濃度が低い。図１０、図１１でも回転テーブル１２の回転方向を矢印６０で示している。
【００５０】
図１０、図１１を比較して明らかなように、評価試験１−１では回転テーブル１２の周縁部でガスインジェクター５３付近における領域のガス濃度が、他の領域のガス濃度に比べて高くなっている。つまり、ガスインジェクター５３付近では回転テーブル１２の径方向に沿って見て、ガス濃度にばらつきが生じている。評価試験１−２では回転テーブル１２の回転方向に沿って見たときにガス濃度にばらつきが生じているが、回転テーブル１２の径方向に沿って見たときのガス濃度のばらつきは抑えられている。従って、回転テーブル１２の回転方向と、ガスインジェクター５３及び排気口４９の配置との関係が、プラズマ形成領域Ｒ３のＮＨ３ガスの濃度分布に影響を与えることが分かる。回転テーブル１２の回転方向に沿ってウエハＷが移動することから、回転テーブル１２の径方向に沿ってガス濃度のばらつきが抑えられている評価試験１−２の配置の方がウエハＷの面内に均一性高くＮＨ３ガスを吸着させることができると予想される。従って、既述の成膜装置１などでは、ウエハＷの面内における膜厚の均一性を高くするために、回転方向の上流側から下流側に向けてプラズマ形成用ガスを供給している。
【符号の説明】
【００５１】
Ｒ１〜Ｒ３      プラズマ形成領域
Ｗ              ウエハ
１              成膜装置
１１            真空容器
１２            回転テーブル
２              ガス給排気ユニット
２１            ガス吐出口
２２            排気口
３Ａ〜３Ｃ      プラズマ形成ユニット
４７〜４９      排気口
５１〜５３      ガスインジェクター
【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】
2019036630.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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