(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を載置し、前記被処理基板が軸線の周囲を移動するよう前記軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、
前記載置台の回転により前記軸線に対して周方向に移動する前記被処理基板が順に通過する複数の領域の中の１つの領域に、下面が前記載置台に対向するように設けられ、内部に少なくとも第１のバッファ空間および第２のバッファ空間を有するシャワーヘッドと、
前記第１のバッファ空間および前記第２のバッファ空間に供給されるプロセスガスの流量を独立に制御する流量制御部と
を備え、
前記シャワーヘッドの下面には、
前記第１のバッファ空間に連通し、前記第１のバッファ空間に供給された前記プロセスガスを下方へ噴射する複数の第１の噴射口と、
前記第２のバッファ空間に連通し、前記第２のバッファ空間に供給された前記プロセスガスを下方へ噴射する複数の第２の噴射口と
が設けられ、
前記第１の噴射口は、いずれも、
前記第２の噴射口よりも、前記軸線に近い位置に設けられており、
それぞれの前記第１の噴射口およびそれぞれの前記第２の噴射口は、
前記シャワーヘッドの下面において、前記軸線からの距離が、前記第１の噴射口または前記第２の噴射口の直径分異なる位置に設けられることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
それぞれの前記第１の噴射口およびそれぞれの前記第２の噴射口は、
前記シャワーヘッドの下面において、隣接する前記第１の噴射口または前記第２の噴射口までの距離が、前記第１の噴射口または前記第２の噴射口の直径よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記シャワーヘッドは、第３のバッファ空間を内部に有し、
前記シャワーヘッドの下面には、
前記第３のバッファ空間に連通し、前記第３のバッファ空間に供給された前記プロセスガスを下方へ噴射する複数の第３の噴射口が設けられ、
それぞれの前記第３の噴射口は、いずれも、
前記軸線からの距離が、それぞれの前記第１の噴射口よりも長く、かつ、それぞれの前記第２の噴射口よりも長く、
前記流量制御部は、
前記第１のバッファ空間および前記第３のバッファ空間に供給される前記プロセスガスの流量を、前記第２のバッファ空間に供給される前記プロセスガスの流量よりも大きくなるように制御す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。
【請求項４】
前記複数の第１の噴射口の中で、前記軸線に最も近い第１の噴射口は、
前記軸線に沿う方向から見た場合に、前記載置台上の前記被処理基板が通過する領域の内周よりも内側に設けられ、
前記複数の第３の噴射口の中で、前記軸線から最も遠い第３の噴射口は、
前記軸線に沿う方向から見た場合に、前記載置台上の前記被処理基板が通過する領域の外周よりも外側に設けられることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第１のバッファ空間または前記第２のバッファ空間の少なくともいずれか一方には、前記プロセスガスに代えて、または、前記プロセスガスと共に不活性ガスが供給され、
前記流量制御部は、前記不活性ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記第１のバッファ空間または前記第２のバッファ空間の少なくともいずれか一方には、前記プロセスガスと共に不活性ガスが供給され、
前記流量制御部は、
前記プロセスガスに対する前記不活性ガスの流量比を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記軸線に沿う方向から見た場合に、前記第１のバッファ空間に対応する領域と、前記第２のバッファ空間に対応する領域とは、前記軸線からの距離が互いに等しい領域を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項８】
被処理基板を載置し、前記被処理基板が軸線の周囲を移動するよう前記軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、
前記載置台の回転により前記軸線に対して周方向に移動する前記被処理基板が順に通過する複数の領域の中の１つの領域に、下面が前記載置台に対向するように設けられ、内部に少なくとも第１のバッファ空間および第２のバッファ空間を有するシャワーヘッドと、
前記第１のバッファ空間および前記第２のバッファ空間に供給されるプロセスガスの流量を独立に制御する流量制御部と
を備える成膜装置に用いられるシャワーヘッドであって、
下面に、
前記第１のバッファ空間に連通し、前記第１のバッファ空間に供給された前記プロセスガスを下方へ噴射する複数の第１の噴射口と、
前記第２のバッファ空間に連通し、前記第２のバッファ空間に供給された前記プロセスガスを下方へ噴射する複数の第２の噴射口と
が設けられ、
前記第１の噴射口は、いずれも、
前記第２の噴射口よりも、前記軸線に近い位置に設けられており、
それぞれの前記第１の噴射口およびそれぞれの前記第２の噴射口は、
前記シャワーヘッドの下面において、前記軸線からの距離が、前記第１の噴射口または前記第２の噴射口の直径分異なる位置に設けられることを特徴とするシャワーヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、成膜装置およびシャワーヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上に成膜を行う手法の一種として、プラズマ励起原子層堆積（PE-ALD：Plasma  Enhanced  Atomic  Layer  Deposition）法が知られている。ＰＥ−ＡＬＤ法においては、基板を前駆体ガスに晒すことにより、薄膜の構成元素を含有する前駆体ガスを基板上に化学吸着させる。次いで、基板をパージガスに晒すことにより、当該基板に過剰に化学吸着した前駆体ガスを除去する。そして、薄膜の構成元素を含有する反応ガスのプラズマに基板を晒すことにより、基板上に所望の薄膜を形成する。ＰＥ−ＡＬＤ法では、このような工程が繰り返されることにより、前駆体ガスに含まれる原子又は分子を含有する膜が基板上に生成される。
【０００３】
ＰＥ−ＡＬＤ法を実現する装置の一つとして、セミバッチ式の成膜装置が知られている。セミバッチ式の成膜装置では、前駆体ガスを供給する領域と反応ガスのプラズマを生成する領域とが処理室内の別々の領域に設けられており、基板がこれらの領域を順に通過することで、所望の厚みの膜が基板上に生成される。
【０００４】
このような成膜装置は、載置台、シャワーヘッド、およびプラズマ生成部を備えている。載置台は、基板を支持するものであり、回転軸を中心に回転する。シャワーヘッドおよびプラズマ生成部は、載置台に対面配置されており、周方向に配列されている。シャワーヘッドは、略扇形の平面形状を有しており、下方を通過する被処理基板に前駆体ガスを供給する。プラズマ生成部は、反応ガスを供給し、導波管から供給されたマイクロ波を、略扇形のアンテナから放射することで、反応ガスのプラズマを生成する。シャワーヘッドの周囲およびプラズマ生成部の周囲には、排気口が設けられており、シャワーヘッドの周縁には、パージガスを供給する噴射口が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１２２０４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記文献に記載されたセミバッチ式の成膜装置では、載置台の回転中心から載置台の径方向における基板上の膜厚分布は、載置台の回転方向における膜厚分布よりも均一性が低い。そのため、セミバッチ式の成膜装置において、載置台の回転中心から載置台の径方向において、基板上の膜厚の均一性の向上が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示する成膜装置は、被処理基板を載置し、前記被処理基板が軸線の周囲を移動するよう前記軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、前記載置台の回転により前記軸線に対して周方向に移動する前記被処理基板が順に通過する複数の領域の中の１つの領域に、下面が前記載置台に対向するように設けられ、内部に少なくとも第１のバッファ空間および第２のバッファ空間を有するシャワーヘッドと、前記第１のバッファ空間および前記第２のバッファ空間に供給されるプロセスガスの流量を独立に制御する流量制御部とを備える。前記シャワーヘッドの下面には、前記第１のバッファ空間に連通し、前記第１のバッファ空間に供給された前記プロセスガスを下方へ噴射する複数の第１の噴射口と、前記第２のバッファ空間に連通し、前記第２のバッファ空間に供給された前記プロセスガスを下方へ噴射する複数の第２の噴射口とが設けられる。前記第１の噴射口は、いずれも、前記第２の噴射口よりも、前記軸線に近い位置に設けられる。
【発明の効果】
【０００８】
開示する成膜装置の１つの態様によれば、載置台の回転中心から載置台の径方向における被処理基板の膜厚の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、成膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、成膜装置の一例を示す上面図である。
【図３】図３は、図２に示す成膜装置から処理容器の上部を取り除いた状態の一例を示す平面図である。
【図４】図４は、図１における軸線Ｘの左側の部分の一例を示す拡大断面図である。
【図５】図５は、図１における軸線Ｘの左側の部分の一例を示す拡大断面図である。
【図６】図６は、ユニットＵの下面の一例を示す図である。
【図７】図７は、図１における軸線Ｘの右側の部分の一例を示す拡大断面図である。
【図８】図８は、内側噴射部、中間噴射部、および外側噴射部から噴射される前駆体ガスの流量をそれぞれ変えた場合の膜厚分布の一例を示す図である。
【図９】図９は、内側噴射部、中間噴射部、および外側噴射部から噴射される前駆体ガスの流量をそれぞれ変えた場合の膜厚分布の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、内側噴射部、中間噴射部、および外側噴射部口から噴射される前駆体ガスの流量をそれぞれ変えた場合の膜厚分布の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、内側噴射部、中間噴射部、および外側噴射部から噴射される前駆体ガスの流量をそれぞれ変えた場合の膜厚分布の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、内側噴射部、中間噴射部、および外側噴射部から噴射される前駆体ガスの流量をそれぞれ変えた場合の膜厚分布の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、中間噴射部から不活性ガスを供給した場合の膜厚分布の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、不活性ガスの割合を変えた場合の膜厚の変化の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、吸着量を飽和させるための前駆体ガスの流量の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、吸着量を飽和させることができる前駆体ガスの総流量と、内側噴射部および外側噴射部の長さとの関係の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、Ｙ軸方向における基板Ｗ上の膜厚分布の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、噴射口の配置の一例を示す模式図である。
【図１９】図１９は、噴射口の一例を示す拡大断面図である。
【図２０】図２０は、噴射口の配置の一例を説明する模式図である。
【図２１】図２１は、基板を通過する噴射口の位置の一例を説明する模式図である。
【図２２】図２２は、噴射口の配置の一例を説明する模式図である。
【図２３】図２３は、噴射口の配置の他の例を示す図である。
【図２４】図２４は、噴射口の配置の他の例を示す拡大図である。
【図２５】図２５は、噴射口の配置の他の例を示す図である。
【図２６】図２６は、噴射口の配置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
開示する成膜装置の１つの実施形態は、載置台と、シャワーヘッドと、ガス供給部とを備える。載置台は、被処理基板を載置し、被処理基板が軸線の周囲を移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられる。シャワーヘッドは、載置台の回転により軸線に対して周方向に移動する被処理基板が順に通過する複数の領域の中の１つの領域に、下面が載置台に対向するように設けられ、内部に少なくとも第１のバッファ空間および第２のバッファ空間を有する。流量制御部は、第１のバッファ空間および第２のバッファ空間に供給されるプロセスガスの流量を独立に制御する。シャワーヘッドの下面には、第１のバッファ空間に連通し、第１のバッファ空間に供給されたプロセスガスを下方へ噴射する複数の第１の噴射口と、第２のバッファ空間に連通し、第２のバッファ空間に供給されたプロセスガスを下方へ噴射する複数の第２の噴射口とが設けられる。第１の噴射口は、いずれも、第２の噴射口よりも、軸線に近い位置に設けられる。
【００１１】
また、開示する成膜装置の１つの実施形態において、それぞれの第１の噴射口およびそれぞれの第２の噴射口は、シャワーヘッドの下面において、軸線からの距離が、第１の噴射口または第２の噴射口の直径分異なる位置に設けられる。
【００１２】
また、開示する成膜装置の１つの実施形態において、それぞれの第１の噴射口およびそれぞれの第２の噴射口は、シャワーヘッドの下面において、隣接する第１の噴射口または第２の噴射口までの距離が、第１の噴射口または第２の噴射口の直径よりも長い。
【００１３】
また、開示する成膜装置の１つの実施形態において、シャワーヘッドは、第３のバッファ空間を内部に有する。また、シャワーヘッドの下面には、第３のバッファ空間に連通し、第３のバッファ空間に供給されたプロセスガスを下方へ噴射する複数の第３の噴射口が設けられる。また、それぞれの第３の噴射口は、いずれも、軸線からの距離が、それぞれの第１の噴射口よりも長く、かつ、それぞれの第２の噴射口よりも長い。また、流量制御部は、第１のバッファ空間および第３のバッファ空間に供給されるプロセスガスの流量を、第２のバッファ空間に供給されるプロセスガスの流量よりも大きくなるように制御する。
【００１４】
また、開示する成膜装置の１つの実施形態において、複数の第１の噴射口の中で、軸線に最も近い第１の噴射口は、軸線に沿う方向から見た場合に、載置台上の被処理基板が通過する領域の内周よりも内側に設けられ、複数の第３の噴射口の中で、軸線から最も遠い第３の噴射口は、軸線に沿う方向から見た場合に、載置台上の被処理基板が通過する領域の外周よりも外側に設けられる。
【００１５】
また、開示する成膜装置の１つの実施形態において、第１のバッファ空間または第２のバッファ空間の少なくともいずれか一方には、プロセスガスに代えて、または、プロセスガスと共に不活性ガスが供給され、流量制御部は、不活性ガスの流量を制御する。
【００１６】
また、開示する成膜装置の１つの実施形態において、第１のバッファ空間または第２のバッファ空間の少なくともいずれか一方には、プロセスガスと共に不活性ガスが供給され、流量制御部は、プロセスガスに対する不活性ガスの流量比を制御する。
【００１７】
また、開示する成膜装置の１つの実施形態において、軸線に沿う方向から見た場合に、第１のバッファ空間に対応する領域と、第２のバッファ空間に対応する領域とは、軸線からの距離が互いに等しい領域を含む。
【００１８】
また、開示する１つの実施形態におけるシャワーヘッドは、被処理基板を載置し、被処理基板が軸線の周囲を移動するよう軸線を中心に回転可能に設けられた載置台と、載置台の回転により軸線に対して周方向に移動する被処理基板が順に通過する複数の領域の中の１つの領域に、下面が載置台に対向するように設けられ、内部に少なくとも第１のバッファ空間および第２のバッファ空間を有するシャワーヘッドと、第１のバッファ空間および第２のバッファ空間に供給されるプロセスガスの流量を独立に制御する流量制御部とを備える成膜装置に用いられる。また、シャワーヘッドは、下面に、第１のバッファ空間に連通し、第１のバッファ空間に供給されたプロセスガスを下方へ噴射する複数の第１の噴射口と、第２のバッファ空間に連通し、第２のバッファ空間に供給されたプロセスガスを下方へ噴射する複数の第２の噴射口とが設けられる。また、第１の噴射口は、いずれも、第２の噴射口よりも、軸線に近い位置に設けられる。
【００１９】
以下に、開示する成膜装置およびシャワーヘッドの実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
（実施形態）
図１は、成膜装置１０の一例を示す断面図である。図２は、成膜装置１０の一例を示す上面図である。図３は、図２に示す成膜装置１０から処理容器１２の上部を取り除いた状態の一例を示す平面図である。図２および図３におけるＡ−Ａ断面が図１である。図４および図５は、図１における軸線Ｘの左側の部分の一例を示す拡大断面図である。図６は、ユニットＵの下面の一例を示す図である。図７は、図１における軸線Ｘの右側の部分の一例を示す拡大断面図である。図１〜図７に示す成膜装置１０は、主に、処理容器１２、載置台１４、第１のガス供給部１６、排気部１８、第２のガス供給部２０、およびプラズマ生成部２２を備える。
【００２１】
図１に示すように、処理容器１２は、下部部材１２ａおよび上部部材１２ｂを有する。下部部材１２ａは、上方が開口した略筒形状を有し、処理室Ｃを形成する側壁および底壁を含む凹部を形成する。上部部材１２ｂは、略筒形状を有する蓋体であり、下部部材１２ａの凹部の上部開口を閉蓋することにより処理室Ｃを形成する。下部部材１２ａと上部部材１２ｂとの間の外周部には、処理室Ｃを密閉するための弾性封止部材、例えばＯリングが設けられる。
【００２２】
成膜装置１０は、処理容器１２により形成される処理室Ｃの内部に、載置台１４を備える。載置台１４は、駆動機構２４によって軸線Ｘを中心に回転駆動される。駆動機構２４は、モータ等の駆動装置２４ａおよび回転軸２４ｂを有し、処理容器１２の下部部材１２ａに取り付けられる。
【００２３】
回転軸２４ｂは、軸線Ｘを中心軸線とし、処理室Ｃの内部まで延在する。回転軸２４ｂは、駆動装置２４ａから伝達される駆動力により軸線Ｘを中心に回転する。載置台１４は、中央部分が回転軸２４ｂにより支持される。よって、載置台１４は、軸線Ｘを中心に、回転軸２４ｂの回転に従って回転する。なお、処理容器１２の下部部材１２ａと駆動機構２４との間には、処理室Ｃを密閉するＯリング等の弾性封止部材が設けられる。
【００２４】
成膜装置１０は、処理室Ｃ内部の載置台１４の下方に、基板載置領域１４ａに載置された被処理基板である基板Ｗを加熱するためのヒータ２６を備える。具体的には、ヒータ２６は、載置台１４を加熱することにより基板Ｗを加熱する。
【００２５】
処理容器１２は、例えば図２および図３に示すように、軸線Ｘを中心軸とする略円筒状の容器であり、内部に処理室Ｃを備える。処理室Ｃには、噴射部１６ａを備えたユニットＵが設けられる。ユニットＵは、シャワーヘッドの一例である。処理容器１２は、例えば、アルマイト処理またはＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）の溶射処理等の耐プラズマ処理が内面に施されたＡｌ（アルミニウム）等の金属で形成される。成膜装置１０は、処理容器１２内に複数のプラズマ生成部２２を有する。それぞれのプラズマ生成部２２は、処理容器１２の上方に、マイクロ波を出力するアンテナ２２ａを備える。図２および図３において、処理容器１２の上方にはアンテナ２２ａが３個設けられているが、アンテナ２２ａの数はこれに限定されず、２個以下でもよく、４個以上であってもよい。
【００２６】
成膜装置１０は、例えば図３に示すように、上面に複数の基板載置領域１４ａを有する載置台１４を備える。載置台１４は、軸線Ｘを中心軸とする略円板状の部材である。載置台１４の上面には、基板Ｗを載置する基板載置領域１４ａが、軸線Ｘを中心として同心円状に複数（図３の例では５個）形成されている。基板Ｗは基板載置領域１４ａ内に配置され、基板載置領域１４ａは、載置台１４が回転した際、基板Ｗがズレないように基板Ｗを支持する。基板載置領域１４ａは、略円状の基板Ｗと略同形状の略円状の凹部である。基板載置領域１４ａの凹部の直径は、基板載置領域１４ａに載置される基板Ｗの直径Ｗ１と比べ、略同一である。すなわち、基板載置領域１４ａの凹部の直径は、載置される基板Ｗが凹部に嵌合し、載置台１４が回転しても、遠心力により基板Ｗが嵌合位置から移動しないように基板Ｗを固定する程度であればよい。
【００２７】
成膜装置１０は、処理容器１２の外縁に、ロボットアーム等の搬送装置を介して、基板Ｗを処理室Ｃへ搬入し、基板Ｗを処理室Ｃから搬出するゲートバルブＧを備える。また、成膜装置１０は、載置台１４の外縁の下方に、排気口２２ｈを備える。排気口２２ｈには、排気装置５２が接続される。成膜装置１０は、排気装置５２の動作を制御することにより、処理室Ｃ内の圧力を、目的とする圧力に維持する。
【００２８】
処理室Ｃは、例えば図３に示すように、軸線Ｘを中心とする円周上に配列された第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を含む。基板載置領域１４ａに載置された基板Ｗは、載置台１４の回転に伴い、第１の領域Ｒ１および第２の領域Ｒ２を順に通過する。
【００２９】
第１のガス供給部１６は、例えば図４および図５に示すように、内側ガス供給部１６１、中間ガス供給部１６２、および外側ガス供給部１６３を有する。また、第１の領域Ｒ１の上方には、例えば図４および図５に示すように、載置台１４の上面に対面するように、ガスの供給および排気を行うユニットＵが配置される。ユニットＵは、第１の部材Ｍ１、第２の部材Ｍ２、第３の部材Ｍ３、および第４の部材Ｍ４が順次積み重ねられた構造を有する。ユニットＵは、処理容器１２の上部部材１２ｂの下面に当接するように処理容器１２に取り付けられる。
【００３０】
ユニットＵには、例えば図４および図５に示すように、第２の部材Ｍ２〜第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路１６１ｐ、ガス供給路１６２ｐ、およびガス供給路１６３ｐが形成されている。ガス供給路１６１ｐは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２１ｐに接続される。ガス供給路１２１ｐには、弁１６１ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器１６１ｃを介して、前駆体ガスのガス供給源１６ｇが接続される。前駆体ガスは、プロセスガスの一例である。また、ガス供給路１６１ｐの下端は、第１の部材Ｍ１と、第２の部材Ｍ２との間に形成され、例えばＯリング等の弾性部材１６１ｂで囲まれたバッファ空間１６１ｄに接続される。バッファ空間１６１ｄには、第１の部材Ｍ１に設けられた内側噴射部１６１ａの噴射口１６ｈが接続される。
【００３１】
また、ガス供給路１６２ｐは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２２ｐに接続される。ガス供給路１２２ｐには、弁１６２ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器１６２ｃを介して、前駆体ガスのガス供給源１６ｇが接続される。また、ガス供給路１６２ｐの下端は、第１の部材Ｍ１と、第２の部材Ｍ２との間に形成され、例えばＯリング等の弾性部材１６２ｂで囲まれたバッファ空間１６２ｄに接続される。バッファ空間１６２ｄには、第１の部材Ｍ１に設けられた中間噴射部１６２ａの噴射口１６ｈが接続される。
【００３２】
また、ガス供給路１６３ｐは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２３ｐに接続される。ガス供給路１２３ｐには、弁１６３ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御器１６３ｃを介して、前駆体ガスのガス供給源１６ｇが接続される。また、ガス供給路１６３ｐの下端は、第１の部材Ｍ１と、第２の部材Ｍ２との間に形成され、例えばＯリング等の弾性部材１６３ｂで囲まれたバッファ空間１６３ｄに接続される。バッファ空間１６３ｄには、第１の部材Ｍ１に設けられた外側噴射部１６３ａの噴射口１６ｈが接続される。
【００３３】
内側ガス供給部１６１のバッファ空間１６１ｄ、中間ガス供給部１６２のバッファ空間１６２ｄ、および外側ガス供給部１６３のバッファ空間１６３ｄは、例えば図４および図５に示すように、独立した空間を形成する。そして、それぞれのバッファ空間を通る前駆体ガスの流量は、流量制御器１６１ｃ、流量制御器１６２ｃ、および流量制御器１６３ｃによって独立に制御される。
【００３４】
ユニットＵには、例えば図４および図５に示すように、第４の部材Ｍ４を貫通するガス供給路２０ｒが形成される。ガス供給路２０ｒは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられたガス供給路１２ｒに接続される。ガス供給路１２ｒには、弁２０ｖおよび流量制御器２０ｃを介して、パージガスのガス供給源２０ｇが接続される。
【００３５】
ガス供給路２０ｒの下端は、第４の部材Ｍ４の下面と第３の部材Ｍ３の上面との間に設けられた空間２０ｄに接続される。また、第４の部材Ｍ４は、第１の部材Ｍ１〜第３の部材Ｍ３を収容する凹部を形成する。凹部を形成する第４の部材Ｍ４の内側面と、第３の部材Ｍ３の外側面との間にはギャップ２０ｐが設けられる。ギャップ２０ｐは、空間２０ｄに接続される。ギャップ２０ｐの下端は、噴射口２０ａとして機能する。
【００３６】
ユニットＵには、例えば図４および図５に示すように、第３の部材Ｍ３および第４の部材Ｍ４を貫通する排気路１８ｑが形成される。排気路１８ｑは、上端が処理容器１２の上部部材１２ｂに設けられた排気路１２ｑと接続される。排気路１２ｑは、真空ポンプ等の排気装置３４に接続される。また、排気路１８ｑは、下端が第３の部材Ｍ３の下面と、第２の部材Ｍ２の上面との間に設けられた空間１８ｄに接続される。
【００３７】
第３の部材Ｍ３は、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２を収容する凹部を備える。第３の部材Ｍ３が備える凹部を構成する第３の部材Ｍ３の内側面と、第１の部材Ｍ１および第２の部材Ｍ２の外側面との間には、ギャップ１８ｇが設けられる。空間１８ｄは、ギャップ１８ｇに接続される。ギャップ１８ｇの下端は、排気口１８ａとして機能する。
【００３８】
ユニットＵの下面、即ち、載置台１４と対向する面には、例えば図６に示すように、軸線Ｘから離れる方向であるＹ軸方向に沿って、噴射部１６ａが設けられる。処理室Ｃに含まれる領域のうち噴射部１６ａに対面する領域が第１の領域Ｒ１である。第１の領域Ｒ１は、吸着処理領域の一例である。噴射部１６ａは、載置台１４上の基板Ｗへ前駆体ガスを噴射する。噴射部１６ａは、例えば図６に示すように、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａを有する。
【００３９】
内側噴射部１６１ａは、例えば図６に示すように、軸線Ｘからの距離がｒ１〜ｒ２の範囲にある環状の領域のうち、ユニットＵの下面に含まれる領域である内側環状領域Ａ１内に形成されている。また、中間噴射部１６２ａは、軸線Ｘからの距離がｒ２〜ｒ３の範囲にある環状の領域のうち、ユニットＵの下面に含まれる領域である中間環状領域Ａ２内に形成されている。また、外側噴射部１６３ａは、軸線Ｘからの距離がｒ３〜ｒ４の範囲にある環状の領域のうち、ユニットＵの下面に含まれる領域である外側環状領域Ａ３内に形成されている。
【００４０】
外側環状領域Ａ３の外周の半径ｒ４は、中間環状領域Ａ２の外周の半径ｒ３よりも長い。また、中間環状領域Ａ２の外周の半径ｒ３は、内側環状領域Ａ１の外周の半径ｒ２よりも長い。内側環状領域Ａ１、中間環状領域Ａ２、および外側環状領域Ａ３は、第１の環状領域の一例である。
【００４１】
ユニットＵの下面に形成された噴射部１６ａが、Ｙ軸方向に延在する範囲であるｒ１からｒ４までの長さＬは、例えば図６に示すように、直径Ｗ１の基板ＷがＹ軸を通過する長さよりも、軸線Ｘ側の方向に所定距離ΔＬ以上長く、軸線Ｘ側と反対の方向に所定距離ΔＬ以上長い。所定距離ΔＬは、軸線Ｘの方向における基板ＷとユニットＵと間の距離に応じて決められる。本実施形態において、所定距離ΔＬは、例えば数ｍｍである。所定距離ΔＬは、第２の距離の一例である。
【００４２】
内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａは、例えば図６に示すように、複数の噴射口１６ｈを備える。前駆体ガスは、それぞれの噴射口１６ｈから第１の領域Ｒ１へ噴射される。前駆体ガスが第１の領域Ｒ１に供給されることにより、第１の領域Ｒ１を通過した基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が化学的に吸着する。前駆体ガスは、例えば、ＤＣＳ（ジクロロシラン）やモノクロロシラン、トリクロロシラン、ヘキサクロロシラン等である。
【００４３】
また、本実施形態では、内側噴射部１６１ａおよび中間噴射部１６２ａから異なる流量の前駆体ガスの噴射を可能とするため、例えば図４および図５に示すように、内側ガス供給部１６１のバッファ空間１６１ｄと中間ガス供給部１６２のバッファ空間１６２ｄとの間には、弾性部材１６１ｂおよび弾性部材１６２ｂが配置される。同様に、中間ガス供給部１６２のバッファ空間１６２ｄと外側ガス供給部１６３のバッファ空間１６３ｄとの間にも、弾性部材１６２ｂおよび弾性部材１６３ｂが配置される。そのため、本実施形態におけるユニットＵでは、例えば図６に示すように、内側噴射部１６１ａに含まれる噴射口１６ｈと中間噴射部１６２ａに含まれる噴射口１６ｈとの間には、Ｙ軸方向において、弾性部材１６１ｂおよび弾性部材１６２ｂが配置される領域分の隙間（例えば数ミリ程度）が存在する。同様に、中間噴射部１６２ａに含まれる噴射口１６ｈと外側噴射部１６３ａに含まれる噴射口１６ｈとの間には、Ｙ軸方向において、弾性部材１６２ｂおよび弾性部材１６３ｂが配置される領域分の隙間（例えば数ミリ程度）が存在する。
【００４４】
第１の領域Ｒ１の上方には、例えば図４および図５に示すように、載置台１４の上面に対面するように、排気部１８の排気口１８ａが設けられている。排気口１８ａは、例えば図６に示すように、噴射部１６ａの周囲を囲むように、ユニットＵの下面に形成されている。排気口１８ａは、真空ポンプなどの排気装置３４の動作により、排気口１８ａを介して処理室Ｃ内のガスを排気する。
【００４５】
第１の領域Ｒ１の上方には、例えば図４および図５に示すように、載置台１４の上面に対面するように、第２のガス供給部２０の噴射口２０ａが設けられている。噴射口２０ａは、例えば図６に示すように、排気口１８ａの周囲を囲むように、ユニットＵの下面に形成されている。第２のガス供給部２０は、噴射口２０ａを介して第１の領域Ｒ１へパージガスを噴射する。第２のガス供給部２０によって噴射されるパージガスは、例えばＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスである。パージガスが基板Ｗの表面に噴射されることにより、基板Ｗに過剰に化学吸着した前駆体ガスの原子または分子（残留ガス成分）が基板Ｗから除去される。これにより、基板Ｗの表面に、前駆体ガスの原子または分子が化学吸着した原子層または分子層が形成される。
【００４６】
ユニットＵは、噴射口２０ａからパージガスを噴射し、排気口１８ａより載置台１４の表面に沿ってパージガスを排気する。これにより、ユニットＵは、第１の領域Ｒ１に供給された前駆体ガスが第１の領域Ｒ１外に漏れ出すことを抑制する。また、ユニットＵは、噴射口２０ａからパージガスを噴射して排気口１８ａより載置台１４の面に沿ってパージガスを排気するので、第２の領域Ｒ２に供給される反応ガスまたは反応ガスのラジカル等が第１の領域Ｒ１内に侵入することを抑制する。すなわち、ユニットＵは、第２のガス供給部２０からのパージガスの噴射および排気部１８からの排気により、第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２とを分離する。
【００４７】
成膜装置１０は、例えば図７に示すように、第２の領域Ｒ２の上方である上部部材１２ｂの開口ＡＰに、載置台１４の上面に対面するように設けられたプラズマ生成部２２を備える。プラズマ生成部２２は、アンテナ２２ａと、アンテナ２２ａにマイクロ波および反応ガスを供給する同軸導波管２２ｂとを有する。上部部材１２ｂには例えば３つの開口ＡＰが形成され、成膜装置１０は、例えば３つのプラズマ生成部２２を備える。
【００４８】
プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２へ、反応ガスおよびマイクロ波を供給し、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマを生成する。そして、プラズマ生成部２２は、基板Ｗに化学的に吸着した原子層または分子層に対してプラズマ処理を施す。反応ガスに窒素含有ガスを用いた場合、プラズマ生成部２２は、基板Ｗに化学的に吸着した原子層または分子層を窒化させる。反応ガスとしては、例えばＮ２（窒素）またはＮＨ３（アンモニア）等の窒素含有ガスを用いることができる。
【００４９】
プラズマ生成部２２は、例えば図７に示すように、開口ＡＰを閉塞するようにアンテナ２２ａを気密に配置する。アンテナ２２ａは、天板４０、スロット板４２、および遅波板４４を有する。天板４０は、誘電体で形成された略正三角形状の部材であり、例えばアルミナセラミックス等で形成される。天板４０は、その下面が処理容器１２の上部部材１２ｂに形成された開口ＡＰから第２の領域Ｒ２に露出するように上部部材１２ｂによって支持されている。天板４０の下面には、天板４０の厚み方向に貫通する噴射口４０ｄが形成される。
【００５０】
天板４０の上面には、スロット板４２が配置される。スロット板４２は、略正三角形状に形成された板状の金属製部材である。スロット板４２には、軸線Ｘの方向において天板４０の噴射口４０ｄと重なる位置に開口が設けられている。また、スロット板４２には、複数のスロット対が形成されている。各スロット対には、互いに直交または交差する二つのスロット穴が含まれている。
【００５１】
また、スロット板４２の上面には遅波板４４が設けられている。遅波板４４は、誘電体で形成された略正三角形状の部材であり、例えばアルミナセラミックス等により形成される。遅波板４４には、同軸導波管２２ｂの外側導体６２ｂを配置するための略円筒状の開口が設けられる。
【００５２】
遅波板４４の上面には金属製の冷却プレート４６が設けられる。冷却プレート４６は、その内部に形成された流路を流通する冷媒により、遅波板４４を介してアンテナ２２ａを冷却する。冷却プレート４６は、図示しないバネ等により遅波板４４の上面に押圧されており、冷却プレート４６の下面は、遅波板４４の上面に密着している。
【００５３】
同軸導波管２２ｂは、中空の略円筒状の内側導体６２ａおよび外側導体６２ｂを備える。内側導体６２ａは、アンテナ２２ａの上方から遅波板４４の開口およびスロット板４２の開口を貫通する。内側導体６２ａ内の空間６４は、天板４０の噴射口４０ｄに連通している。また、内側導体６２ａの上端には、弁６２ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御部６２ｃを介して、反応ガスのガス供給源６２ｇが接続される。弁６２ｖから同軸導波管２２ｂへ供給された反応ガスは、内側導体６２ａ内の空間６４を通って天板４０の噴射口４０ｄから第２の領域Ｒ２へ噴射される。
【００５４】
外側導体６２ｂは、内側導体６２ａの外周面と、外側導体６２ｂの内周面との間に隙間をあけて、内側導体６２ａを囲むように設けられる。外側導体６２ｂの下端は、冷却プレート４６の開口部に接続される。
【００５５】
成膜装置１０は、導波管６０およびマイクロ波発生器６８を有する。マイクロ波発生器６８が発生した、例えば約２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管６０を介して同軸導波管２２ｂに伝搬し、内側導体６２ａと外側導体６２ｂとの隙間を伝搬する。そして、遅波板４４内を伝搬したマイクロ波は、スロット板４２のスロット穴から天板４０へ伝搬し、天板４０から第２の領域Ｒ２へ放射される。
【００５６】
また、第２の領域Ｒ２には、反応ガス供給部２２ｃからも反応ガスが供給される。反応ガス供給部２２ｃは、噴射部５０ｂを有する。噴射部５０ｂは、例えば開口ＡＰの周囲に延在するように、処理容器１２の上部部材１２ｂ内側に複数設けられる。噴射部５０ｂは、ガス供給源５０ｇから供給された反応ガスを天板４０の下方の第２の領域Ｒ２に向けて噴射する。噴射部５０ｂには、弁５０ｖおよびマスフローコントローラ等の流量制御部５０ｃを介して、反応ガスのガス供給源５０ｇが接続される。
【００５７】
プラズマ生成部２２は、天板４０の噴射口４０ｄおよび反応ガス供給部２２ｃの噴射部５０ｂにより第２の領域Ｒ２に反応ガスを供給し、アンテナ２２ａにより第２の領域Ｒ２にマイクロ波を放射する。これにより、プラズマ生成部２２は、第２の領域Ｒ２において反応ガスのプラズマを生成する。
【００５８】
また、成膜装置１０は、例えば図１に示すように、成膜装置１０の各構成要素を制御するための制御部７０を備える。制御部７０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の制御装置、メモリ等の記憶装置、入出力装置等を備えるコンピュータであってもよい。制御部７０は、メモリに記憶された制御プログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、成膜装置１０の各構成要素を制御する。
【００５９】
制御部７０は、載置台１４の回転速度を制御する制御信号を駆動装置２４ａへ送信する。また、制御部７０は、基板Ｗの温度を制御する制御信号をヒータ２６に接続された電源へ送信する。また、制御部７０は、前駆体ガスの流量を制御する制御信号を弁１６１ｖ〜１６３ｖおよび流量制御器１６１ｃ〜１６３ｃへ送信する。また、制御部７０は、排気口１８ａに接続された排気装置３４の排気量を制御する制御信号を排気装置３４へ送信する。
【００６０】
また、制御部７０は、パージガスの流量を制御する制御信号を弁２０ｖおよび流量制御器２０ｃへ送信する。また、制御部７０は、マイクロ波の送信電力を制御する制御信号をマイクロ波発生器６８へ送信する。また、制御部７０は、反応ガスの流量を制御する制御信号を弁５０ｖ、弁６２ｖ、流量制御部５０ｃ、および流量制御部６２ｃへ送信する。また、制御部７０は、排気口２２ｈからの排気量を制御する制御信号を排気装置５２へ送信する。
【００６１】
上述のように構成された成膜装置１０により、第１のガス供給部１６から前駆体ガスが基板Ｗ上に噴射され、第２のガス供給部２０によって過剰に化学吸着した前駆体ガスが基板Ｗから除去される。そして、基板Ｗは、プラズマ生成部２２によって生成された反応ガスのプラズマに晒される。成膜装置１０は、基板Ｗに対して上記動作を繰り返すことにより、基板Ｗに所定の厚みの膜を形成する。
【００６２】
ここで、本実施形態のユニットＵには、前駆体ガスを供給する第１のガス供給部１６の噴射部１６ａが設けられる。噴射部１６ａは、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａを有する。第１のガス供給部１６は、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を、それぞれ独立に制御する。
【００６３】
図８〜図１２は、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量をそれぞれ変えた場合の膜厚分布の一例を示す図である。図８〜図１２では、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量の合計を４００ｓｃｃｍに固定して実験を行った。図８〜図１２において、横軸の０は、基板Ｗの中央の位置を示している。
【００６４】
図８は、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を、それぞれ、０ｓｃｃｍ、４００ｓｃｃｍ、および０ｓｃｃｍとした場合の膜厚分布の一例を示す。図９は、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を、それぞれ、７８ｓｃｃｍ、２４４ｓｃｃｍ、および７８ｓｃｃｍとした場合の膜厚分布の一例を示す。図１０は、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を、それぞれ、１３３ｓｃｃｍ、１３３ｓｃｃｍ、および１３３ｓｃｃｍとした場合の膜厚分布の一例を示す。図１１は、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を、それぞれ、１７３ｓｃｃｍ、５４ｓｃｃｍ、および１７３ｓｃｃｍとした場合の膜厚分布の一例を示す。図１２は、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を、それぞれ、２００ｓｃｃｍ、０ｓｃｃｍ、および２００ｓｃｃｍとした場合の膜厚分布の一例を示す。
【００６５】
図８〜図１２から明らかなように、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を上げると、基板Ｗのエッジ付近の膜厚が上がる。また、中間噴射部１６２ａから噴射される前駆体ガスの流量を下げても、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスが基板Ｗの中央へ拡散するため、基板Ｗの中央付近の膜厚はそれほど下がらない。そして、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を、中間噴射部１６２ａから噴射される前駆体ガスの流量よりも相対的に高く設定することにより、Ｙ軸方向における膜厚の均一性が高まっている。
【００６６】
また、Ｙ軸方向における基板Ｗのエッジ付近では、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量に応じて膜厚が変化している。そのため、Ｙ軸方向における基板Ｗのエッジ付近では、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を制御することにより、膜厚を制御することが可能となる。
【００６７】
しかし、Ｙ軸方向における基板Ｗの中央付近では、中間噴射部１６２ａから噴射される前駆体ガスの流量を下げても、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの拡散により、膜厚があまり下がらない。そのため、基板Ｗの中央付近では、中間噴射部１６２ａから噴射される前駆体ガスの流量を制御するだけでは、膜厚の制御は困難である。そこで、Ｙ軸方向における基板Ｗの中央付近では、中間噴射部１６２ａから不活性ガスを噴射することで、膜厚を下げる制御を行う。本実施形態において、不活性ガスは、例えばＡｒ（アルゴン）ガスである。
【００６８】
図１３は、中間噴射部１６２ａから不活性ガスを供給した場合の膜厚分布の一例を示す図である。図１３では、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから、３通りのパターンでガスを噴射させた場合のＹ軸方向における基板Ｗ上の膜厚分布を示している。パターン１は、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａから、それぞれ、２３３ｓｃｃｍの前駆体ガスを噴射させるパターンである。パターン２は、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａから、２３３ｓｃｃｍの前駆体ガスをそれぞれ噴射させ、中間噴射部１６２ａからは前駆体ガスを噴射させないパターンである。パターン３は、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａから、２３３ｓｃｃｍの前駆体ガスをそれぞれ噴射させ、中間噴射部１６２ａからは２３３ｓｃｃｍのＡｒガスを噴射させるパターンである。
【００６９】
図１３に示したパターン１とパターン２における膜厚分布から明らかなように、中間噴射部１６２ａから前駆体ガスを噴射させない場合であっても、基板Ｗの中央付近では膜厚が下がらない。これは、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａから噴射された前駆体ガスが基板Ｗの中央側へ拡散するためと考えられる。そのため、前駆体ガスのみの制御では、基板Ｗの中央付近の膜厚を下げることが困難である。これに対し、中間ガス供給部１６２から不活性ガスを噴射させたパターン３では、基板Ｗの中央付近の膜厚を下げることが可能となる。これは、中間噴射部１６２ａから噴射された不活性ガスにより基板Ｗの中央付近において前駆体ガスの基板Ｗへの吸着が妨げられるためと考えられる。
【００７０】
図１４は、不活性ガスの割合を変えた場合の膜厚の変化の一例を示す図である。図１４では、前駆体ガスと不活性ガスの流量の合計を２９７ｓｃｃｍとしている。図１４では、外側噴射部１６３ａのみを用い、軸線Ｘ側と反対側の基板Ｗのエッジ付近において実験を行った。パターン１は、前駆体ガスが１００％の流量パターンである。パターン２は、前駆体ガスが７５％、不活性ガスが２５％の流量パターンである。パターン３は、前駆体ガスと不活性ガスがそれぞれ５０％の流量パターンである。パターン４は、前駆体ガスが２５％、不活性ガスが７５％の流量パターンである。
【００７１】
図１４から明らかなように、前駆体ガスの流量に対して不活性ガス流量の割合を下げると膜厚が上がり、前駆体ガスの流量に対して不活性ガス流量の割合を上げると膜厚を下がることがわかる。このように、前駆体ガスの流量に対する不活性ガスの流量の割合を制御することにより、膜厚を制御することが可能となる。
【００７２】
ここまでは、膜厚分布の均一性および制御性について検討した。ここからは、基板Ｗ上に前駆体ガスの元素を十分に吸着させるための前駆体ガスの流量の最小値について検討する。本実施形態では、例えば図６に示したように、ユニットＵの下面において、内側噴射部１６１ａと中間噴射部１６２ａとの間、および、中間噴射部１６２ａと外側噴射部１６３ａとの間には、Ｙ軸方向において数ミリ程度の隙間が存在する。内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａからそれぞれ噴射された前駆体ガスは、内側噴射部１６１ａと中間噴射部１６２ａの間の隙間、および中間噴射部１６２ａと外側噴射部１６３ａとの間の隙間を拡散する。以下の実験では、隙間の影響を考慮するため、以下に示すLangmuirの式を用いた。
【数１】
0006305314.tif 000002
【００７３】
上記式において、Ｑoutは、外側ガス供給部１６３の外側噴射部１６３ａから噴射される前駆体ガスの流量を示し、Ｑinは、内側ガス供給部１６１の内側噴射部１６１ａから噴射される前駆体ガスの流量を示す。また、飽和膜厚Ｓ、最小膜厚Ｔmin、および係数Ａの値は、以下の表１に示す値を用いた。
【表１】
0006305314.tif 000003
【００７４】
基板Ｗ上のＹ軸方向において、前駆体ガスの元素の吸着量を飽和させる前駆体ガスの流量の計算結果は、例えば図１５のようになる。図１５に示すように、Ｙ軸方向における基板Ｗのエッジ付近で前駆体ガスの元素の吸着量を飽和させるには、基板Ｗの中央付近よりも、前駆体ガスの流量を多くする必要がある。また、載置台１４の外周側の基板Ｗのエッジ付近では、前駆体ガスの元素の吸着量を飽和させるためには、載置台１４の回転中心側の基板Ｗのエッジ付近より前駆体ガスの流量を多くする必要がある。
【００７５】
実験では、内側噴射部１６１ａのＹ軸方向における長さ、中間噴射部１６２ａのＹ軸方向における長さ、および外側噴射部１６３ａのＹ軸方向における長さを、それぞれ変えて、Ｙ軸方向における基板Ｗ上の各位置において、図１５に示した前駆体ガスの流量を満たすための、前駆体ガスの流量の合計を計算した。実験では、内側噴射部１６１ａ／中間噴射部１６２ａ／外側噴射部１６３ａのＹ軸方向の長さを、それぞれ、９０ｍｍ／９０ｍｍ／９０ｍｍ、４５ｍｍ／１７０ｍｍ／４５ｍｍ、３５ｍｍ／１９０ｍｍ／３５ｍｍの３種類に設定し、図１５に示した前駆体ガスの流量を満たすための、前駆体ガスの流量の合計を計算した。内側噴射部１６１ａのＹ軸方向の長さとは、内側噴射部１６１ａに含まれる噴射口１６ｈの中で、軸線Ｘに最も近い位置にある噴射口１６ｈから、軸線Ｘから最も遠い位置にある噴射口１６ｈまでのＹ軸方向における長さである。中間噴射部１６２ａおよび外側噴射部１６３ａのＹ軸方向の長さについても同様である。
【００７６】
図１６は、吸着量を飽和させることができる前駆体ガスの総流量と、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａの長さとの関係の一例を示す図である。図１６を参照すると、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａの長さを変えると、吸着量を飽和させることができる前駆体ガスの総流量が変化することが分かる。また、図１６を参照すると、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａの長さを変えると、吸着量を飽和させることができる前駆体ガスの総流量の最小値が存在することがわかる。実験では、内側噴射部１６１ａおよび外側噴射部１６３ａのＹ軸方向における長さが４５ｍｍの場合、吸着量を飽和させることができる前駆体ガスの総流量が最少となった。この場合、中間噴射部１６２ａのＹ軸方向における長さは、１７０ｍｍである。
【００７７】
内側噴射部１６１ａ／中間噴射部１６２ａ／外側噴射部１６３ａのＹ軸方向における長さが、それぞれ、４５ｍｍ／１７０ｍｍ／４５ｍｍである場合、それぞれから噴射される前駆体ガスの流量は、２９７ｓｃｃｍ／２９１ｓｃｃｍ／１９８ｓｃｃｍであった。この場合のＹ軸方向における基板Ｗ上の膜厚は、例えば図１７に示すような分布となった。図１７は、Ｙ軸方向における基板Ｗ上の膜厚分布の一例を示す図である。
【００７８】
図１７では、比較のため、Ｙ軸方向において噴射部１６ａが分割されていないユニットＵを用いた場合の膜厚分布を記載している。Ｙ軸方向において噴射部１６ａが分割されていないユニットＵでは、噴射部１６ａから噴射される前駆体ガスは、Ｙ軸方向において同一の流量で噴射される。図１７に示すように、噴射部１６ａが分割されていないユニットＵでは、噴射部１６ａから噴射される前駆体ガスの総流量を９０４ｓｃｃｍにすると、噴射部１６ａから噴射される前駆体ガスの総流量が６３３ｓｃｃｍである場合に比べて、Ｙ軸方向における基板Ｗ上の各位置の膜厚が、全体的に膜厚が高くなる方向へシフトしている。しかし、噴射部１６ａから噴射される前駆体ガスの総流量が９０４ｓｃｃｍの場合と、噴射部１６ａから噴射される前駆体ガスの総流量が６３３ｓｃｃｍの場合とでは、膜厚分布の変化は少ない。また、噴射部１６ａから噴射される前駆体ガスの総流量が６３３ｓｃｃｍの場合における膜厚分布の最大値と最小値の差は、約６．５であった。また、噴射部１６ａから噴射される前駆体ガスの総流量が９０４ｓｃｃｍの場合における膜厚分布の最大値と最小値の差は、約５．５であった。
【００７９】
一方、内側噴射部１６１ａ／中間噴射部１６２ａ／外側噴射部１６３ａから、それぞれ、２９７ｓｃｃｍ／２９１ｓｃｃｍ／１９８ｓｃｃｍの流量で前駆体ガスを噴射した場合における膜厚分布の最大値と最小値の差は、約４．５であり、上記のいずれよりも膜厚分布の均一性が高い。また、この場合の前駆体ガスの総流量は７８６ｓｃｃｍであり、噴射部１６ａが分割されていない場合における９０４ｓｃｃｍよりも前駆体ガスの流量が少ない。このように、内側噴射部１６１ａ／中間噴射部１６２ａ／外側噴射部１６３ａの長さが、それぞれ、４５ｍｍ／１７０ｍｍ／４５ｍｍである場合、Ｙ軸方向における基板Ｗ上の膜厚分布の均一性を向上させることができると共に、前駆体ガスの総流量を低減することができる。
【００８０】
ここで、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａに含まれる噴射口１６ｈは、理想的には、例えば図１８に示すように、ユニットＵの下面において、Ｙ軸方向の直線上に隙間なく並ぶように配置されることが好ましい。これにより、噴射口１６ｈの下方を基板Ｗが通過した場合、基板Ｗ上の全ての位置がいずれかの噴射口１６ｈの下方を通過することになり、前駆体ガスの基板Ｗ上への吸着確率を高めることができる。
【００８１】
しかし、噴射口１６ｈが形成される第１の部材Ｍ１は、機械的強度を保つため、ある程度の厚みが必要である。また、それぞれの噴射口１６ｈの開口の断面積は小さいため、噴射口１６ｈをそのままの直径で第１の部材Ｍ１を貫通するように第１の部材Ｍ１に形成することは難しい。そのため、第１の部材Ｍ１の裏面側には、例えば図１９に示すように、噴射口１６ｈよりも直径の大きい補助穴１６ｉが形成される。そして、第１の部材Ｍ１の機械的強度を保つためには、隣接する補助穴１６ｉ間の距離をある程度あける必要がある。そのため、隣接する噴射口１６ｈは、例えば図１９に示すように、Δｄ以上の間隔をあけてユニットＵの下面に配置される。
【００８２】
隣接する噴射口１６ｈをΔｄ以上の間隔で配置しつつ、Ｙ軸方向に隙間なく噴射口１６ｈが配置されるようにするには、例えば図２０に示すように、ユニットＵの下面において、Ｙ軸と直交する方向に噴射口１６ｈをずらして配置することが考えらえる。これにより、基板ＷがＹ軸と直交する方向に移動した場合、基板Ｗ上における噴射口１６ｈの軌跡は、基板Ｗ上のＹ軸と並行な線分上に隙間なく配置されることになる。
【００８３】
しかし、本実施形態において、載置台１４上に載置された基板Ｗは、軸線Ｘを中心に回転する。そのため、例えば図２１に示すように、複数の噴射口１６ｈ−１および１６ｈ−２を、それぞれＹ軸と直交する方向にずらして配置すると、軸線Ｘを中心に回転した基板Ｗ上において噴射口１６ｈ−１および１６ｈ−２の軌跡は、基板Ｗ上のＹ軸と並行な線分上において、それぞれ位置１６５ａおよび位置１６５ｂではなく、位置１６５ａ’および位置１６５ｂ’となる。そのため、基板Ｗ上において噴射口１６ｈの軌跡は、基板Ｗ上のＹ軸と並行な線分上では、位置が重なったり、隙間が空いたりすることになる。
【００８４】
そのため、本実施形態における噴射部１６ａでは、例えば図２２に示すように、軸線Ｘを中心とする円周に沿って、隣接する噴射口１６ｈがΔｄ以上の間隔で配置される。また、それぞれの噴射口１６ｈは、軸線Ｘを中心とする複数の環状領域１６６のそれぞれに１つずつ配置される。それぞれの環状領域１６６の外周の半径は、隣接する環状領域１６６の内周の半径と略同一である。また、それぞれの環状領域１６６の幅は、環状領域１６６内に配置される噴射口１６ｈの直径と略同一である。それぞれの環状領域１６６は、第２の環状領域の一例である。これにより、基板Ｗが軸線Ｘを中心に回転する方向へ移動した場合、基板Ｗ上において噴射口１６ｈの軌跡は、例えば図１８に示すように、基板Ｗ上のＹ軸と並行な線分上に隙間なく配置されることになる。
【００８５】
また、本実施形態におけるユニットＵでは、例えば図６に示したように、内側噴射部１６１ａと中間噴射部１６２ａとの間、および、中間噴射部１６２ａと外側噴射部１６３ａとの間に、Ｙ軸方向に数ミリ程度の隙間が存在する。そのため、基板Ｗが噴射部１６ａの下方を通過する場合、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、または外側噴射部１６３ａの下方を通過する基板Ｗ上の位置と、内側噴射部１６１ａと中間噴射部１６２ａとの間の下方、または、中間噴射部１６２ａと外側噴射部１６３ａとの間の下方を通過する基板Ｗ上の位置とでは、前駆体ガスの吸着確率が若干異なる可能性がある。そのため、内側噴射部１６１ａと中間噴射部１６２ａとの間、および、中間噴射部１６２ａと外側噴射部１６３ａとの間においても、基板Ｗが軸線Ｘを中心に回転する方向へ移動した場合、基板Ｗ上において噴射口１６ｈの軌跡が、基板Ｗ上のＹ軸と並行な線分上に隙間なく配置されることが好ましい。
【００８６】
そこで、例えば図２３に示すように、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａの配列方向を、Ｙ軸方向に対して傾けるようにすることが考えられる。この場合、例えば図２４に示すように、外側噴射部１６３ａに含まれる噴射口１６ｈの中で最も軸線Ｘに近い位置に配置された噴射口１６ｈ−３を含む環状領域１６６ａと、中間噴射部１６２ａに含まれる噴射口１６ｈの中で最も軸線Ｘから遠い位置に配置された噴射口１６ｈ−４を含む環状領域１６６ｂとは、隣接して配置される。また、環状領域１６６ａの内周の半径は、環状領域１６６ｂの外周の半径と同一である。中間噴射部１６２ａと内側噴射部１６１ａとの関係においても同様に、中間噴射部１６２ａに含まれる噴射口１６ｈの中で最も軸線Ｘに近い位置に配置された噴射口１６ｈを含む環状領域１６６と、内側噴射部１６１ａに含まれる噴射口１６ｈの中で最も軸線Ｘから遠い位置に配置された噴射口１６ｈを含む環状領域１６６とは、隣接して配置される。
【００８７】
これにより、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａを有する噴射部１６ａ全体で、基板Ｗが軸線Ｘを中心に回転する方向へ移動した場合、基板Ｗ上の全ての位置において、噴射口１６ｈの軌跡が、基板Ｗ上のＹ軸と並行な線分上に隙間なく配置されることとなる。これにより、噴射口１６ｈの下方を基板Ｗが通過した場合、基板Ｗ上の全ての位置がいずれかの噴射口１６ｈの下方を通過することになり、前駆体ガスの元素の基板Ｗ上への吸着確率を高めることができる。
【００８８】
図２３および図２４に示したユニットＵでは、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａの配列方向を、Ｙ軸方向に対して傾けることにより、ユニットＵの下面において、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａが配置される幅を、載置台１４の回転方向において狭くすることができる。なお、ユニットＵの下面の幅に余裕がある場合には、例えば図２５に示すように、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａを、載置台１４の回転方向にずらして配置するようにしてもよい。
【００８９】
また、例えば図２６に示すように、噴射部１６ａを、ユニットＵの下面において、扇形の領域に配置するようにしてもよい。図２６に示したユニットＵでは、噴射部１６ａを扇形の領域に配置することにより、図６のユニットＵに比べ噴射口１６ｈの総数を増加させている。これにより、前駆体ガスを基板Ｗ上に効率よく吸着させることができる。また、噴射部１６ａ全体から噴射される前駆体ガスの流量が同じ場合、図２６に示したユニットＵの各噴射口１６ｈから噴射される前駆体ガスの流速は、図６のユニットＵの各噴射口１６ｈから噴射される前駆体ガスの流速よりも低減される。なお、図２６の例では、軸線Ｘの中心からの距離が等しい位置に複数の噴射口があってもよい。また、外側噴射部１６３ａ、中間噴射部１６２ａ、および内側噴射部１６１ａを設けて噴射部毎に前駆体ガスの流量を独立に制御してもよい。
【００９０】
以上、一実施形態について説明した。本実施形態の成膜装置１０によれば、載置台１４の回転中心から載置台１４の径方向における基板Ｗの膜厚の均一性を向上させることができる。
【００９１】
なお、上記した実施形態において、ユニットＵの下面に設けられた噴射部１６ａは、内側噴射部１６１ａ、中間噴射部１６２ａ、および外側噴射部１６３ａの３つに分割されたが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、ユニットＵの下面に設けられた噴射部１６ａは、２つに分割されてもよく、４つ以上に分割されてもよい。そして、分割されたそれぞれの噴射部１６ａの噴射口１６ｈから噴射される前駆体ガスの流量がそれぞれ独立に制御されてもよく、分割された２つ以上の噴射部１６ａの噴射口１６ｈから噴射される前駆体ガスの流量が同じになるように制御されてもよい。また、この場合であっても、分割されたそれぞれの噴射部１６ａは、基板Ｗが軸線Ｘを中心に回転する方向へ移動した場合に、基板Ｗ上において噴射口１６ｈの軌跡が、基板Ｗ上のＹ軸と並行な線分上に隙間なく配置されるように、ユニットＵの下面に配置されることが好ましい。
【００９２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００９３】
Ａ１  内側環状領域
Ａ２  中間環状領域
Ａ３  外側環状領域
ＡＰ  開口
Ｍ１  第１の部材
Ｍ３  第３の部材
Ｍ４  第４の部材
Ｕ  ユニット
Ｘ  軸線
Ｗ  基板
Ｗ１  直径
１６１ａ  内側噴射部
１６２ａ  中間噴射部
１６３ａ  外側噴射部
１６ａ  噴射部
１６ｈ  噴射口
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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