(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にて基板に薄膜を成膜するための成膜装置において、
前記真空容器内に設けられ、基板が載置される基板載置領域を公転中心周りに公転させるための回転テーブルと、
前記基板載置領域が通過する公転面を、当該基板載置領域の公転の方向と交差する方向に区画してなる第１の領域に、前記回転テーブルと対向するように設けられた吐出部から前記薄膜の原料ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記吐出部の周囲を囲む第１の閉路に沿って延在するように形成された排気口から排気を行う排気部と、
前記排気口の周囲を囲む第２の閉路に沿って延在するように形成された分離ガス供給口から、前記第２の閉路の内外を分離するための分離ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記基板載置領域の公転の方向と交差する方向に伸び、前記第２の閉路の外側に位置している前記回転テーブルの上方空間の一部の空間として設けられた第２の領域を挟んで、前記公転の方向に間隔を開けて配置されると共に、各々、前記原料ガスと反応する反応ガスを第２の領域側へ向けて吐出するためのガス吐出孔が形成された２本のガスインジェクターを備えた第３のガス供給部と、
前記第２の領域へ向けて吐出された反応ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成部と、を備え、
前記２本のガスインジェクターの成す角度が１８０度未満であることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記真空容器には、回転テーブルの周縁側から、前記第２の領域へ向けて前記反応ガスを吐出するガス吐出孔を備えた第４のガス供給部が設けられてい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】
前記第２の領域よりも回転テーブルの径方向外側の位置であって、前記真空容器と回転テーブルとの間に開口し、前記反応ガスの排気を行う排気口を備えた反応ガス排気部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記プラズマ形成部は、前記第２の領域の平面形状に対応する領域内に、マイクロ波を放射するための多数のスロットが形成されたスロット板と、前記回転テーブルとスロット板との間に設けられ、当該スロット板から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、を備え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】
前記第１の領域は、基板載置領域の公転の方向と交差する方向に伸び、間隔を開けて配置された２辺を有し、これら２辺の成す角度が１８０度未満であ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、基板の表面に対し、原料ガス、及び原料ガスと反応する反応ガスを供給して薄膜を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板である半導体ウエハ（以下、ウエハという）上に薄膜を形成する手法の一種として、プラズマ励起原子（分子）層堆積（ＰＥ−ＡＬＤ（ＭＬＤ）: Plasma Enhanced Atomic (Molecular) Layer Deposition）法が知られている（以下、ＡＬＤとＭＬＤをまとめて「ＡＬＤ」と記す）。ＰＥ−ＡＬＤ法においては、薄膜の前駆体を含む原料ガスにウエハを晒すことにより、薄膜の構成元素を含有する原料ガスをウエハ上に吸着させる。次いで、原料ガスを吸着させたウエハは、反応ガスのプラズマに晒される。反応ガスが、既述の前駆体を分解し、または前駆体中の構成元素と結合する他の構成元素を供給することにより、ウエハ上に所望の原子層や分子層が形成される。ＰＥ−ＡＬＤ法では、上述の工程を繰り返すことにより、前記原子層や分子層を堆積させた薄膜がウエハ上に形成される。
【０００３】
上述のＰＥ−ＡＬＤ法を実施する装置としては、真空容器内にウエハを１枚ずつ搬入し、真空容器内に原料ガスと反応ガスとを切り替えて供給する枚葉式成膜装置と、真空容器内の空間を原料ガスが供給される領域と、反応ガスが供給される領域とに区画し、これらの領域に順次、ウエハを通過させるセミバッチ式の成膜装置とが知られている。セミバッチ式の成膜装置は、異なる領域にて原料ガスや反応ガスの供給を行うので、複数枚のウエハを同時に処理することが可能であり、枚葉式の成膜装置に比べてスループットが高いという利点がある。
【０００４】
例えば特許文献１に示すように、出願人は、真空容器（処理容器：括弧内には先行技術文献にて用いている用語を示してある。以下の背景技術の記載において同じ）内に、軸線周りに回転可能な回転テーブル（載置台）を設けると共に、真空容器内を原料ガス（前駆体ガス）が供給される第１の領域と、プラズマ化した反応ガスが供給される第２の領域とに区画したセミバッチ式の成膜装置の開発を行っている。回転テーブル上には複数のウエハが周方向に並べて設けられ、当該回転テーブルを回転させることにより、各ウエハが第１、第２の領域を交互に繰り返し通過して成膜が行われる。
【０００５】
特許文献１に記載の成膜装置において、前記第１の領域は、回転テーブルの上方側の円形の空間の一部を周方向に区画した扇形の空間として構成されており、残りの空間が第２の領域となっている。第１の領域は、原料ガスを供給する吐出部（噴射部）の周囲を囲む排気口、及びこの排気口の周囲を囲み、分離ガス（パージガス）を供給する分離ガス供給口（噴射口）によって第２の領域から区画されている。
【０００６】
この成膜装置によれば、原料ガスの吸着に要する時間に比べて、より長い反応時間を要する反応ガスが供給される第２の領域を大きくすることにより、良好な膜質を有する薄膜を成膜することができる。  
一方で、成膜装置においては、ウエハに成膜される薄膜の面内均一性の向上が求められており、この要請は特許文献１に記載の成膜装置においても同様である。
【０００７】
なお特許文献２には、回転テーブル上に周方向に並べて配置されたウエハの移動方向と交差する方向に沿って、活性化ガスインジェクターを配置したセミバッチ式の成膜装置が記載されている。しかしながら、特許文献２に記載の成膜装置は、真空容器を構成する天井面の一部の領域を回転テーブルに近接させて狭隘な空間を形成することにより、異なるガスが供給される領域（処理領域）を互いに分離する構造であり、特許文献１に記載の成膜装置とはタイプが異なる。  
このため、特許文献２には、特許文献１に記載の第２の領域のように、広い領域内で反応ガスの供給を行うにあたって、薄膜の面内均一性を向上させることを可能とする構成の開示はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１６８４３７号公報：請求項１、段落００１０〜００１１、図１、３、５
【特許文献２】特開２０１０−２３９１０３号公報：請求項７、図２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、セミバッジ式であって、面内均一性が良好な薄膜を成膜することが可能な成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の成膜装置は、真空容器内にて基板に薄膜を成膜するための成膜装置において、
前記真空容器内に設けられ、基板が載置される基板載置領域を公転中心周りに公転させるための回転テーブルと、
前記基板載置領域が通過する公転面を、当該基板載置領域の公転の方向と交差する方向に区画してなる第１の領域に、前記回転テーブルと対向するように設けられた吐出部から前記薄膜の原料ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記吐出部の周囲を囲む第１の閉路に沿って延在するように形成された排気口から排気を行う排気部と、
前記排気口の周囲を囲む第２の閉路に沿って延在するように形成された分離ガス供給口から、前記第２の閉路の内外を分離するための分離ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記基板載置領域の公転の方向と交差する方向に伸び、前記第２の閉路の外側に位置している前記回転テーブルの上方空間の一部の空間として設けられた第２の領域を挟んで、前記公転の方向に間隔を開けて配置されると共に、各々、前記原料ガスと反応する反応ガスを第２の領域側へ向けて吐出するためのガス吐出孔が形成された２本のガスインジェクターを備えた第３のガス供給部と、
前記第２の領域へ向けて吐出された反応ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成部と、を備え、
前記２本のガスインジェクターの成す角度が１８０度未満であることを特徴とする。
【００１１】
前記成膜装置は、以下の構成を備えていてもよい。
（ａ）前記真空容器には、回転テーブルの周縁側から、前記第２の領域へ向けて前記反応ガスを吐出するガス吐出孔を備えた第４のガス供給部が設けられていること。
（ｂ）前記第２の領域よりも回転テーブルの径方向外側の位置であって、前記真空容器と回転テーブルとの間に開口し、前記反応ガスの排気を行う排気口を備えた反応ガス排気部を備えたこと。
（ｃ）前記プラズマ形成部は、前記第２の領域の平面形状に対応する領域内に、マイクロ波を放射するための多数のスロットが形成されたスロット板と、前記回転テーブルとスロット板との間に設けられ、当該スロット板から放射されるマイクロ波が透過する誘電体プレートと、を備えること。
（ｄ）前記第１の領域は、基板載置領域の公転の方向と交差する方向に伸び、間隔を開けて配置された２辺を有し、これら２辺の成す角度が１８０度未満であること。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、回転テーブル上に設けられた基板載置領域の公転の方向と交差する方向に伸びる２本のガスインジェクターを、原料ガスの供給が行われる第１の領域から区画された第２の領域を挟んで配置し、双方のガスインジェクターから第２の領域に向けて反応ガスを吐出、プラズマ化して、基板に吸着した原料ガスと反応させて薄膜を形成する。このとき、前記２本のガスインジェクターの成す角が１８０度未満となるように設定されているので、第１の領域以外の回転テーブル上の空間全体を第２の領域とする場合に比べて、プラズマ化した反応ガス濃度が高く、且つ、濃度分布が均一な領域を形成することが可能となり、基板上に面内均一性の高い薄膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】前記成膜装置を上面側から見た平面図である。
【図４】前記成膜装置に設けられている第１の領域の拡大縦断側面図である。
【図５】前記第１の領域に設けられている原料ガスユニットを下面側から見た平面図である。
【図６】前記成膜装置に設けられている第２の領域の拡大縦断側面図である。
【図７】前記第２の領域に設けられているガスインジェクターの配置状態を示す模式図である。
【図８】前記第２の領域に設けられているプラズマ形成部内のスロット板の平面図である。
【図９】前記成膜装置の作用を示す説明図である。
【図１０】変形例に係る成膜装置の説明図である。
【図１１】実施例に係る膜厚分布を示す説明図である。
【図１２】比較例に係る膜厚分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る成膜装置の構成について、図１〜８を参照しながら説明する。本例では、前駆体であるジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を含む原料ガスと、アンモニア（ＮＨ３）を含む反応ガスとを反応させ、基板に窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜の薄膜を形成する例について説明する。
【００１５】
図１、２に示すように、成膜装置は、成膜処理が行われる処理空間を成す真空容器１１と、この真空容器１１内に配置され、複数のウエハ載置領域２１が形成された回転テーブル２と、回転テーブル２の上方側の空間の第１の領域Ｒ１へ向けて原料ガスを供給するための原料ガスユニット３と、第１の領域Ｒ１から区画された第２の領域Ｒ２へ向けて反応ガスを供給するためのガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）と、ガスインジェクター７から供給された反応ガスのプラズマを形成するためのプラズマ形成部６と、を備えている。
【００１６】
真空容器１１は、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３と、この容器本体１３の上面側の開口を気密に塞ぐ天板１２とにより構成され、平面形状が概ね円形の扁平な容器である。真空容器１１（天板１２、容器本体１３）は、例えばアルミニウムなどの金属から構成され、真空容器１１の内面には、耐プラズマ処理（例えば、アルマイト処理やセラミクス材の溶射処理）が施される。
【００１７】
真空容器１１内には、例えば真空容器１１と同様の耐プラズマ処理が施された、セラミクス製の円板からなる回転テーブル２が設けられている。回転テーブル２の中心部には鉛直下方へ伸びる回転軸１４が設けられ、回転軸１４の下端部には、回転テーブル２を鉛直軸周りに回転させるためのモーターなどの回転駆動機構１５が設けられている。
【００１８】
回転テーブル２の上面には、少なくとも１つのウエハ載置領域２１が設けられている。本例では図１に示すように、回転テーブル２の回転中心の周りに、６つのウエハ載置領域２１が周方向に並べて設けられている。各ウエハ載置領域２１は、ウエハＷよりもやや大きな直径を有する円形の凹部として構成されている。  
なお、ウエハ載置領域２１の構成は、ウエハＷを収容するだけの単純な凹部を設ける場合（例えば図７の模式図参照）に限定されるものではない。例えば上述の凹部に加え、ウエハＷの周縁に沿って当該凹部より深い円環状の溝を設けることにより、原料ガスや反応ガスの滞留時間を調節する構成を採用してもよい。
【００１９】
図１、４、６に示すように、回転テーブル２の下方に位置する容器本体１３の底面には、前記回転テーブル２の周方向に沿って、扁平な円環状の環状溝部４５が形成されている。この環状溝部４５内には、ウエハ載置領域２１が並ぶ領域に対応させてヒーター４６が配置されている。ヒーター４６は、原料ガスと反応ガスのプラズマとの反応を進行させるのに好適な温度まで回転テーブル２上のウエハＷを加熱する。また、環状溝部４５の上面の開口は、円環状の板部材であるヒーターカバー４７によって塞がれている。例えばヒーターカバー４７は、ヒーター４６からの熱放射を回転テーブル２へ向けて供給できるように、ヒーター４６から放射される電磁波を透過する材料により構成される。
【００２０】
図２、３などに示すように、真空容器１１（容器本体１３）の側壁面には、不図示のゲートバルブにより開閉自在に構成された搬入出部１０１が設けられている。外部の搬送機構に保持されたウエハＷは、この搬入出部１０１を介して真空容器１１内に搬入される。搬送機構とウエハ載置領域２１との間のウエハＷの受け渡しは、各ウエハ載置領域２１に設けられた不図示の貫通口を介して回転テーブル２の上方位置と下方位置との間を昇降自在に構成された昇降ピンを用いて行われるが、昇降ピンの記載は省略してある。
【００２１】
上述の構成を備えた回転テーブル２において、回転軸１４により回転テーブル２を回転させると、図２に示す回転中心Ｃの周囲を各ウエハ載置領域２１が公転する。回転テーブル２を回転させたときにこれらウエハ載置領域２１が通過する領域を公転面ＲＡと呼ぶと、本例の公転面ＲＡは図２中に一点鎖線で囲んだ円環形状の領域となる。
【００２２】
図１、４に示すように、原料ガスユニット３は回転テーブル２の上面と対向する天板１２の下面側に設けられる。また図２、３に示すように原料ガスユニット３の平面形状は、ウエハ載置領域２１の公転面ＲＡを、ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に区画して形成される扇形の形状となっている。
【００２３】
図４の拡大縦断面図に示すように、例えば原料ガスユニット３は、凹部や開口が形成された複数枚の板材を積層した構造となっている。この結果、原料ガスユニット３の内部には原料ガスが拡散する原料ガス拡散空間３３と、原料ガスの排気が行われる排気空間３２と、原料ガスユニット３の下方側の領域と、原料ガスユニット３の外方側の領域とを分離する分離ガスが拡散する分離ガス拡散空間３１とが、下方側からこの順に積層された構造となっている。
【００２４】
最下層の原料ガス拡散空間３３は、原料ガス供給路１７、開閉弁Ｖ１、流量調節部５２１を介して原料ガス供給源５２に接続されている。原料ガス供給源５２からは、ジクロロシランを含む原料ガスが供給される。  
図４、及び原料ガスユニット３を下面側から見た平面図である図５に示すように、原料ガス拡散空間３３（原料ガスユニット３）の下面には、原料ガス拡散空間３３から回転テーブル２側へ向けて原料ガスを供給するための多数の吐出孔３３１が穿設されている。
【００２５】
図５に示すように、吐出孔３３１は同図中に破線で示した扇形の領域内に分散して設けられている。当該扇形の領域において、回転テーブル２の半径方向に伸びる２辺の長さは、ウエハ載置領域２１（ウエハＷ）の直径よりも長くなっている。この結果、ウエハ載置領域２１の公転面ＲＡ上に配置された原料ガスユニット３の下方側をウエハ載置領域２１が通過すると、ウエハ載置領域２１内に載置されたウエハＷの全面に対して吐出孔３３１から原料ガスが供給されることとなる。  
多数の吐出孔３３１が設けられた前記領域は、原料ガスの吐出部３３０に相当する。また、吐出部３３０、原料ガス拡散空間３３、原料ガス供給路１７、開閉弁Ｖ１、流量調節部５２１、原料ガス供給源５２は、本例の第１のガス供給部を構成している。
【００２６】
図４、図５に示すように、原料ガス拡散空間３３の上方側に形成された排気空間３２は、吐出部３３０の周囲を囲む閉路（第１の閉路）に沿って延在するように形成された排気口３２１に連通している。また排気空間３２は、排気路１９２を介して排気手段５１に接続され、原料ガス拡散空間３３から原料ガスユニット３の下方側に供給された原料ガスを排気手段５１側へと排気する独立した流路が形成されている。  
上述の排気口３２１、排気空間３２、排気路１９２、排気手段５１は、本例の排気部を構成している。
【００２７】
さらに図４、図５に示すように、上述の排気空間３２の上方側に形成された分離ガス拡散空間３１は、排気口３２１の周囲を囲む閉路（第２の閉路）に沿って延在するように形成された分離ガス供給口３１１に連通している。また分離ガス拡散空間３１は、分離ガス供給路１６、開閉弁Ｖ２、流量調節部５３１を介して分離ガス供給源５３に接続されている。分離ガス供給源５３からは、分離ガス供給口３１１の内側と外側の雰囲気を分離すると共に、ウエハＷに過剰に吸着した原料ガスを除去するためのパージガスの役割も果たす分離ガスが供給される。分離ガスとしては不活性ガスである例えば窒素ガスが用いられる。  
上述の分離ガス供給口３１１、分離ガス拡散空間３１、分離ガス供給路１６、開閉弁Ｖ２、流量調節部５３１、分離ガス供給源５３は、本例の第２のガス供給部を構成している。
【００２８】
以上に説明した構成の原料ガスユニット３によれば、吐出部３３０の各吐出孔３３１から供給された原料ガスは、回転テーブル２の上面を流れながら周囲に向けて広がり、やがて排気口３２１に到達して回転テーブル２の上面から排気される。従って、真空容器１１内において、原料ガスが存在する領域は、第１の閉路に沿って設けられた排気口３２１の内側に限られる（第１の領域Ｒ１）。
【００２９】
また既述のように、原料ガスユニット３はウエハ載置領域２１の公転面ＲＡの一部をウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に区画した形状となっている。このため、回転テーブル２を回転させると、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷは前記第１の領域Ｒ１を通過し、その全面に原料ガスを吸着させることができる。
【００３０】
一方で排気口３２１の周囲には、第２の閉路に沿って分離ガス供給口３１１が設けられ、この分離ガス供給口３１１から回転テーブル２の上面側へ向けて分離ガスの供給が行われる。従って、第１の領域Ｒ１の内外は、排気口３２１による排気、及び分離ガス供給口３１１から供給される分離ガスによって２重に分離され、第１の領域Ｒ１の外側への原料ガスの漏出、及び第１の領域Ｒ１の外側からの反応ガス成分の進入を抑える構成となっている。
【００３１】
第１の領域Ｒ１の設定範囲は、ウエハＷの全面に原料ガスを吸着させるのに十分な接触時間を確保でき、且つ、第１の領域Ｒ１の外側に設けられ、反応ガスの供給が行われる第２の領域Ｒ２と干渉しない範囲であれば特段の限定はない。例えば第１の領域Ｒ１の形状を扇形に設定する場合には、回転テーブル２の半径方向に伸びる２辺の成す角度θ１は、大きくとも１８０度未満、好適には１０〜１１０度の範囲に調節される。なお、図３が煩雑になることを避けるため、角度θ１は図９に記してある。
【００３２】
以上に説明した構成を備えた原料ガスユニット３を用い、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷに対して原料ガスを供給した後、第１の領域Ｒ１の外側にてプラズマ化した反応ガスを供給することにより、ウエハＷに吸着した原料ガスと反応ガスとが反応して窒化ケイ素の分子層が形成される。
【００３３】
発明者らは、前記分子層を堆積させて窒化ケイ素の薄膜を形成するにあたり、面内均一性の高い薄膜を形成するためには、プラズマ化した反応ガス濃度の高い領域を形成することが重要であることを見出した。この点、原料ガスユニット３（第１の領域Ｒ１）以外の回転テーブル２の上方空間全体に反応ガスを供給する手法では、反応ガスの高濃度領域を形成することが困難な場合もある。  
そこで、本実施の形態の成膜装置では、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）を用いて反応ガスの高濃度領域を形成している。以下、ガスインジェクター７を用いてプラズマ化した反応ガスを供給する機構の構成例について説明する。
【００３４】
図２、６などに示すように、回転テーブル２の回転方向（本例では上面側から見て時計回り）の下流側には、回転テーブル２の半径方向（ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向）に伸びる細長い直棒状のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）が、回転テーブル２の周方向に間隔を開けて２本、挿入されている。
【００３５】
ウエハ載置領域２１のウエハＷが第１の領域Ｒ１を通過した直後は、分離ガスにより過剰な原料ガスのパージをした後であっても、過剰吸着した原料ガス（本例ではジクロロシラン）が残っている可能性もある。そこでヒーター４６による加熱などにより過剰吸着した原料ガスを放出させる時間を確保するため、反応ガスの供給は第１の領域Ｒ１から下流側に離れた位置にて行うことが好ましい。
【００３６】
窒化ケイ素薄膜の成膜の場合は、各ガスインジェクター７は、例えばセラミクス製の細長い円柱により構成される。ガスインジェクター７の内部は空洞となっており、その長さ方向へ向けて原料ガスが流れる流路が形成されている。そして図６に示すように、ガスインジェクター７の側面には、ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷの全面に反応ガスを供給可能な範囲に亘って、複数の反応ガス吐出孔７０１が互いに間隔を開けて設けられている。
【００３７】
図２、６に示すように、ガスインジェクター７は真空容器１１（容器本体１３）の側壁面から回転テーブル２の回転中心へ向けてほぼ水平に挿入された２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）が、角度θ２を成すように配置されている。なお、角度θ１と同様に、角度θ２は図９に記してある。
【００３８】
各ガスインジェクター７は、開閉バルブＶ３、Ｖ４や流量調節部５４１、５４２を介して反応ガス供給源５４に接続されている。反応ガス供給源５４からは、アンモニア（ＮＨ３）を含む反応ガスが供給される。ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）、開閉バルブＶ３、Ｖ４、流量調節部５４１、５４２、及び反応ガス供給源５４は本例の第３のガス供給部を構成している。
【００３９】
図７に模式的に示すように、第１、第２のインジェクター７１、７２は、後述のアンテナ部６０により反応ガスのプラズマが形成されるプラズマ発生領域Ｐへ向けて反応ガスを供給することが可能なように、反応ガス吐出孔７０１を互いに対向する方向へ向けて配置される。プラズマ発生領域Ｐが形成される範囲は、真空容器１１内の圧力や原料ガスの種類、濃度、流量などの条件によって変化する。
【００４０】
これに対して第１、第２のインジェクター７１、７２の配置高さや、その長さ方向に沿って反応ガス吐出孔７０１を設ける範囲、反応ガス吐出孔７０１の向きなどについては、プラズマ発生領域Ｐが形成される範囲に係る各種条件が決定された前提下で、プラズマ発生領域Ｐ内へ向けて原料ガスを吐出することが可能な状態に設定される。プラズマ発生領域Ｐの形成範囲は、プラズマ発光エリアとして確認することができる。
【００４１】
また、プラズマ発生領域Ｐ内にガスインジェクター７を配置すると、ガスインジェクター７の内部で反応ガスのプラズマ化が始まってしまい、反応ガス吐出孔７０１から吐出された後の原料ガスのプラズマの活性が低下してしまうおそれがある。そこで、図７に示すようにガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）は、プラズマ発生領域Ｐの外方側の近傍位置に配置される。
【００４２】
以上に説明したように、原料ガスの供給が行われる第１の領域Ｒ１の外方側に設定された所定の領域を挟み、当該領域へ向けて反応ガス吐出孔７０１から反応ガスが吐出されるように配置された２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）を用いることにより、反応ガスの高濃度領域を形成することができる。  
反応ガスの高濃度領域を形成するという観点では、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）が成す角度θ２は、１８０度未満に設定される。前記角度θ２は、好適には１０〜１１０度の範囲内、さらに好適には４０〜８０度の範囲内の値となるように調節するとよい。
【００４３】
さらに図６に示すように、本例の成膜装置においては、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）に挟まれた領域へ、回転テーブル２の周縁側に対応する位置から反応ガスを供給するための周縁側反応ガス吐出孔７０２が設けられている。例えば周縁側反応ガス吐出孔７０２は、後述するプラズマ形成用のアンテナ部６０に設けられた誘電体窓６１の下方領域へ向けて反応ガスを供給できるように、誘電体窓６１を支持している天板１２に設けられた開口部の内周面に設けられている。
【００４４】
周縁側反応ガス吐出孔７０２は、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）に挟まれ、平面形状が三角形となっている第２の領域Ｒ２における回転テーブル２の周縁側の１辺に沿って、互いに間隔を開けて複数箇所に配置されている。この結果、周縁側反応ガス吐出孔７０２は、図１０に記載の第２の領域Ｒ２内に実線で模式的に示すように、前記周縁部側の１辺から、ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向へ向けて原料ガスを吐出することができる。
【００４５】
図６に示すように、各周縁側反応ガス吐出孔７０２は、第２の領域Ｒ２の前記周縁部側の１辺に沿って伸びるように設けられた反応ガス供給路１８３に連通している。反応ガス供給路１８３は、天板１２外部に設けられた開閉バルブＶ５、流量調節部５４３を介して反応ガス供給源５４に接続されている。これら周縁側反応ガス吐出孔７０２を設けたことにより、既述の２本のガスインジェクター７から反応ガスが供給される領域へ向けて、反応ガスを供給し、当該領域の反応ガス濃度をさらに高くすることができる。反応ガス供給路１８３、周縁側吐出孔７０２、開閉バルブＶ５、流量調節部５４３、反応ガス供給源５４は、本例の第４のガス供給部を構成している。ここで図示の便宜上、図１においては、周縁側反応ガス吐出孔７０２や反応ガス供給路１８３などの記載を省略してある。  
なお、第４のガス供給部から反応ガスを供給することは必須ではない。例えばガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）から回転テーブル２の周縁部側の領域に対しても十分に高濃度の反応ガスを供給できる場合などにおいては、第４のガス供給部の設置を省略してもよい。
【００４６】
次いで、上述のガスインジェクター７から供給された反応ガスをプラズマ化するプラズマ形成部６の構成について説明する。  
図３、６に示すようにプラズマ形成部６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部６０と、アンテナ部６０に向けてマクロ波を供給する同軸導波管６５、及びマイクロ波発生器６９を備える。アンテナ部６０は、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）から反応ガスが供給される領域の上方位置の天板１２に設けられ、前記領域に対応させた概略三角形の形状の開口を塞いでいる。
【００４７】
アンテナ部６０は、誘電体窓６１、スロット板６２、誘電体プレート６３、及び、冷却ジャケット６４を有するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ（東京エレクトロン株式会社の登録商標））として構成されている。  
誘電体窓６１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、天板１２側の開口を塞ぐことが可能な概略三角形の平面形状を有する。誘電体窓６１の周縁部は、天板１２に形成された開口の周囲の部材によって支持されている一方、当該周縁部よりも内側の領域は、真空容器１１内へ向けて露出している。誘電体窓６１の下面には、所定の領域にマイクロ波のエネルギーを集中させることにより、プラズマを安定して発生させるための、テーパー面を備えた環状の凹部６１１を設けてもよい。
【００４８】
スロット板６２は、多数のスロット孔６２１が形成された概略三角形の金属板である。図８の平面図に一例を示すように、スロット板６２に形成された多数のスロット孔６２１は、上述の三角形の形状の中心から周縁へ向けた径方向、及び周方向に所定の間隔で配置されている。また各スロット孔６２１は、隣り合うスロット孔６２１、６２１同士が互いに交差又は直交する方向へ向くように形成されている。
【００４９】
さらにスロット板６２上には誘電体プレート６３が設けられている。誘電体プレート６３は、例えば、アルミナセラミックから構成され、誘電体窓６１やスロット板６２に対応した概略三角形の平面形状を有する。誘電体プレート６３上には冷却ジャケット６４が設けられている。冷却ジャケット６４の内部には冷媒流路６４１が形成され、当該冷媒流路６４１に冷媒を通流させることによりアンテナ部６０を冷却することができる。
【００５０】
アンテナ部６０は、同軸導波管６５、モード変換器６６、導波管６７を介してマイクロ波発生器６９に接続されている。同軸導波管６５は、その下端部が誘電体プレート６３に接続され、上端部がモード変換器６６に接続された円柱形状の内側導体６５１と、下端部が、例えば金属製（導電性）の冷却ジャケット６４の上面に接続され、上端部がモード変換器６６に接続されると共に、その内部に前記内側導体６５１を収容した円筒形状の外側導体６５２とを備える。
【００５１】
マイクロ波発生器６９は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器６９にて発生したマイクロ波は、整合器であるチューナー６８、導波管６７、及び同軸導波管６５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６６を介して同軸導波管６５に導入される。  
以上に説明した構成により、プラズマ形成部６においては、マイクロ波発生器６９にて発生させたマイクロ波が、同軸導波管６５を通って、誘電体プレート６３に供給され、スロット板６２のスロット孔６２１を介して誘電体窓６１からその下方側の空間に供給される。
【００５２】
ここで既述のようにプラズマ形成部６は、アンテナ部６０の平面形状が、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）から反応ガスが供給される領域の扇形形状に対応させた概略三角形となっている。従って、反応ガスがプラズマ化する領域の形状についても、アンテナ部６０（真空容器１１内に露出する誘電体窓６１の平面形状）に対応した形状となる。
【００５３】
本例の成膜装置では、反応ガスのプラズマが形成される前述の領域が第２の領域Ｒ２に設定されている。  
従って、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）は、第２の領域Ｒ２を挟んで間隔を開けて配置されると言い替えることができる。またプラズマ形成部６についても当該第２の領域Ｒ２へ向けて吐出された反応ガスをプラズマ化する構成となっていると言える。そして既述のように、ガスインジェクター７はウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に伸びるように設けられ、また反応ガス吐出孔７０１はウエハＷの全面に反応ガスを供給可能な範囲に亘って形成されている。従って、回転テーブル２を回転させると、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷが第２の領域Ｒ２を通過し、原料ガスを吸着したウエハＷの全面に対してプラズマ化した反応ガスを供給することができる。
【００５４】
さらに図２、６に示すように、第２の領域Ｒ２が設けられている領域の外方側には、回転テーブル２と真空容器１１の内壁面との間の容器本体１３の底面側に、回転テーブル２の周方向に沿って、反応ガスを排出するための排気溝１９１が設けられている。排気溝１９１の底部には、排気口１９０が開口し、排気路１９を介して、真空容器１１内の真空排気を行うための排気手段５５が接続されている。  
排気溝１９１、排気口１９０、排気路１９、及び排気手段５５は、本例の反応ガス排気部に相当する。また第２の領域Ｒ２の外方側へ均等に排気が行われるように、排気溝１９１の上面に、例えば多数の開口が形成された整流板を設けてもよい。
【００５５】
図１に示すように、成膜装置には制御部８が設けられている。制御部８は不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶部とを備えたコンピュータからなり、この記憶部には上述した回転テーブル２や第１〜第４のガス供給部、プラズマ形成部６の各動作を実行させる制御信号を出力するためのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリカードなどの記憶媒体に格納され、そこから記憶部にインストールされる。
【００５６】
以下、上述の構成を備えた本例の成膜装置の作用について説明する。  
初めに、搬入出部１０１のゲートバルブを開き、外部の搬送機構によって真空容器１１内にウエハＷを搬入した後、不図示の昇降ピンを用いて回転テーブル２のウエハ載置領域２１に受け渡す。ウエハＷの受け渡しは、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、全てのウエハ載置領域２１にウエハＷを載置する。
【００５７】
続いて搬送機構を退出させ、搬入出部１０１のゲートバルブを閉じる。このとき真空容器１１内は各排気手段５１、５５によって予め所定の圧力に真空排気されている。また分離ガス供給口３１１からも分離ガスの供給が行われている。
しかる後、時計回りに回転テーブル２を回転させ、予め設定された回転速度を維持しながら、ヒーター４６によりウエハＷを加熱する。図示しない温度センサによりウエハＷの温度が所定の設定温度になったことを確認したら、吐出部３３０から原料ガスの供給を開始すると共に、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）、周縁側反応ガス吐出孔７０２から反応ガスの供給を開始する。また、反応ガスの供給開始と共に、プラズマ形成部６のアンテナ部６０からのマイクロ波の供給を行う。
【００５８】
この結果、図９に示すように真空容器１１内において、原料ガスユニット３の吐出部３３０から供給された原料ガスは、吐出部３３０の周囲を囲む排気口３２までの限定された領域である第１の領域Ｒ１内を流れる。また、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）、周縁側反応ガス吐出孔７０２から供給された後、マイクロ波によりプラズマ化され、排気溝１９１の排気口１９０へと排出される反応ガスについても、第２の領域Ｒ２内においてプラズマ化した反応ガスが高濃度となる流れを形成する。なお、図９、及び後述の図１０では、回転テーブル２上のウエハ載置領域２１、及びウエハＷの記載を省略してある。
【００５９】
第１の領域Ｒ１に原料ガスが供給され、また第２の領域Ｒ２にプラズマ化した反応ガスが供給されると、各ウエハ載置領域２１に載置されたウエハＷはこれら第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２とを交互に繰り返し通過する。この結果、ウエハＷの表面に原料ガス中のジクロロシランが吸着し、次いでプラズマ化した反応ガス中のアンモニアとの反応により窒化ケイ素の分子層が形成され、こうして窒化ケイ素の分子層が順次積層されて窒化ケイ素の薄膜が成膜される。
【００６０】
上述の作用において、第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給することにより、第１の領域Ｒ１以外の真空容器１１内全体に反応ガスを供給する場合に比べて、プラズマ化した反応ガスを高濃度でウエハＷに供給することが可能となる。この結果、後述の実施例に示すように、ウエハＷに形成される膜厚の面内均一性を向上させることができる。
【００６１】
ここで回転テーブル２の回転方向に対し、上流側に配置された第１のインジェクター７１、及び下流側に配置された第２のインジェクター７２から供給する反応ガスの流量は、等量であってもよいし、異なっていてもよい。  
例えば、成膜後のウエハＷの膜厚分布を測定したとき、回転テーブル２の回転方向に見て、先に第２の領域Ｒ２に進入するウエハＷの端部（上流端部）側の膜厚が相対的に薄く、後から第２の領域Ｒ２に進入するウエハＷの端部（下流端部）側の膜厚が相対的に厚くなる結果が得られたとする。この場合には、例えば上流側に配置された第１のインジェクター７１から供給する反応ガスの流量が、下流側に配置された第２のインジェクター７２から供給する反応ガスの流量よりも大きくなるように流量調節を行うことより、上述の膜厚分布を平坦化することが可能であることが分かっている。
【００６２】
上述の動作に基づき、予め設定した時間だけ成膜を実行し、所望の膜厚を有する窒化ケイ素の薄膜が形成されたら、原料ガス及び反応ガスの供給、ヒーター４６によるウエハＷの加熱を停止する。そして、ウエハＷの温度が予め設定した温度まで低下したら、搬入時とは逆の動作により、搬入出部１０１から順次、ウエハＷを搬出して成膜動作を終える。
【００６３】
本実施の形態の成膜装置によれば以下の効果がある。回転テーブル２上に設けられたウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に伸びる２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）を、原料ガスの供給が行われる第１の領域Ｒ１から区画された第２の領域Ｒ２を挟んで配置すると共に、双方のガスインジェクター７から第２の領域Ｒ２に向けて反応ガスを吐出し、さらにプラズマ化して、ウエハＷに吸着した原料ガスと反応させて薄膜を形成する。このとき、前記２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）の成す角が１８０度未満となるように設定されているので、第１の領域Ｒ１以外の回転テーブル２上の空間全体を第２の領域Ｒ２とする場合に比べて、プラズマ化した反応ガス濃度が高く、且つ、濃度分布が均一な領域を形成することが可能となり、面内均一性の高い薄膜を基板上に成膜することができる。
【００６４】
ここで反応ガスは、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）を用いて第２の領域Ｒ２のみに供給する場合に限定されるものではない。例えば図１０は第１の領域Ｒ１の外部において、第２の領域Ｒ２以外の領域においても容器本体１３の内壁部側、及び回転軸１４側から反応がガスを供給する例を示している。図１０においては、図１〜９を用いて説明した成膜装置と共通の構成要素には、これらの図で用いたものと共通の符号を付してある。
【００６５】
本例の成膜装置では、ガスインジェクター７を用いて第２の領域Ｒ２にプラズマ化した反応ガスを高濃度で供給することにより、ウエハＷに成膜される薄膜の膜厚の面内均一性の向上が図られる。従って、他の領域で第２の領域Ｒ２よりも低濃度の反応ガスを供給したとしても、第２の領域Ｒ２を形成しない場合に比べて面内均一性を向上させることができる。なお、第２の領域Ｒ２以外の他の領域にも反応ガスを供給する場合には、図１０中に破線で示すように、これら他の領域の上方にもプラズマ形成部６を設けてもよいし、これら他の領域ではプラズマ形成部６の設置を省略してもよい。
【００６６】
また、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）については図２などに示すように回転テーブル２の回転中心に向けて半径方向に沿って配置することも必須ではない。例えば２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）をウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に配置しつつ、上面側から見て第１のインジェクター７１と第２のインジェクター７２とが平行になるように配置してもよい。この場合における、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）の成す角度を定義しておくと、回転テーブル２の回転中心を基準として、当該回転中心からの半径方向の距離が等しい位置（同心円上）における第１、第２のインジェクター７１、７２を見たとき、上面側から見たこれらのガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）の成す角度が１８０度未満であればよい。この考え方は、第１、第２のインジェクター７１、７２が直棒状ではなく、湾曲している場合にも適用することができる。  
また、第１の領域Ｒ１の形状が扇形ではない場合についても、ウエハ載置領域２１の公転の方向と交差する方向に伸びる２辺の成す角度は、ガスインジェクター７の場合と同様に定義することができる。
【００６７】
さらには、第２の領域Ｒ２を形成するために用いるガスインジェクター７の本数も上流側の第１のインジェクター７１について１本のみ、下流側の第２のインジェクター７２について１本のみ設ける例に限定されることもない。例えば、第１、第２のインジェクター７１、７２を上下方向に並べて２本以上ずつ配置してもよい。このような場合においても、第２の領域Ｒ２を挟んで配置された複数の第１、第２のインジェクター７１、７２の組み合わせについて、各組の２本の第１、第２のインジェクター７１、７２の成す角度が１８０度未満となっていればよい。
【００６８】
この他、第１の領域Ｒ１内に原料ガスを供給する吐出部３３０の構成は、図５に示した多数の吐出孔３３１を備える多孔板の例に限定されない。例えば、排気口３２１の内側に、周縁部側から中央部側向けて次第に高くなるように、反転させたすり鉢状の凹部を形成し、凹部の上端位置に設けた１つのガスノズルから原料ガスを吐出する構成としてもよい。
【００６９】
そして反応ガスをプラズマ化する手法についても、ＲＬＳＡ以外の手法を採用することもできる。例えば天板１２の上面側にコイル状のアンテナを配置し、誘導結合によりプラズマを発生させてもよい。
【００７０】
これらに加え、本実施の形態の成膜装置により成膜される薄膜の種類も窒化ケイ素の例に限定されない。例えば原料ガスとしてＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガス、プラズマ化される反応ガスとして酸素（Ｏ２）ガスを供給し、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の薄膜を成膜してもよい。この場合には、ガスインジェクター７の材料として石英を用いることもできる。
【実施例】
【００７１】
（実験）
実施の形態に係る成膜装置を用いた場合と、ガスインジェクター７を用いない従来法にて反応ガスを供給する成膜装置を用いた場合とで、ウエハＷに成膜される窒化ケイ素膜の膜厚分布を測定した。  
Ａ．実験条件  
（実施例）図１〜図９を用いて説明した成膜装置を用いてシリコン窒化膜の成膜を行った。第１の領域Ｒ１に供給される原料ガス（ジクロロシラン濃度１００ｖｏｌ％）の供給流量は１０００ｃｃｍ、反応ガス（アンモニア濃度１００ｖｏｌ％）の供給流量は８００ｃｃｍであり、ウエハＷの加熱温度は４７５℃に設定した。回転テーブル２の回転速度は２０ｒｐｍに設定し、回転テーブル２が積算で８７回転する期間、成膜処理を行った。扇形の第１の領域Ｒ１において、回転テーブル２の半径方向に伸びる２辺の成す角度はθ１＝５０度であり、２本のガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）の成す角度はθ２＝７０度であった。成膜された窒化ケイ素膜の膜厚分布を膜厚計により計測した。  
（比較例）図１０を用いて説明した構成の成膜装置において、ガスインジェクター７（第１、第２のインジェクター７１、７２）を設けずに、回転テーブル２の周縁部側、及び回転軸１４側から第１の領域Ｒ１以外の領域全体に反応ガスを供給した。原料ガス（ジクロロシラン濃度１００ｖｏｌ％）の供給流量は８００ｃｃｍ、反応ガス（アンモニア濃度１００ｖｏｌ％）の供給流量は２００ｃｃｍであり、ウエハＷの加熱温度は４７５℃に設定した。回転テーブル２の回転速度は１０ｒｐｍに設定し、回転テーブル２が積算で８１回転する期間中、成膜処理を行った。成膜された窒化ケイ素膜の膜厚分布を膜厚計により計測した。
【００７２】
Ｂ．実験結果  
実施例に係る膜厚分布測定結果を図１１に示し、比較例に係る同様の結果を図１２に示す。実施例、及び比較例の結果によれば、実施例の方がウエハＷの面内でより均一な膜厚の窒化ケイ素膜が得られた一方、比較例ではウエハＷの周縁部側から中央部側へ向けて膜厚が薄くなる傾向が顕著であった。平均の膜厚（Å）に対する±３σ（Å）の値の割合で比較すると、実施例は１．６％であり、比較例は６．５％であった。  
従って、実施の形態に係る成膜装置はウエハＷに成膜される薄膜の面内均一性を向上させる効果があることを確認できた。
【符号の説明】
【００７３】
Ｒ１        第１の領域
Ｒ２        第２の領域
Ｗ          ウエハ
２          回転テーブル
２１        基板載置領域
３３０      吐出部
６          プラズマ形成部
７          ガスインジェクター
８          制御部
【図１】
0006569521.tif 000002
【図２】
0006569521.tif 000003
【図３】
0006569521.tif 000004
【図４】
0006569521.tif 000005
【図５】
0006569521.tif 000006
【図６】
0006569521.tif 000007
【図７】
0006569521.tif 000008
【図８】
0006569521.tif 000009
【図９】
0006569521.tif 000010
【図１０】
0006569521.tif 000011
【図１１】
0006569521.tif 000012
【図１２】
0006569521.tif 000013