(57)【要約】  処理容器と、基板を昇降可能に支持する支持機構と、前記支持機構に支持された基板の表面に第１ガスを供給する第１ガス供給部と、前記支持機構に支持された基板の裏面に第２ガスを供給する第２ガス供給部と、前記支持機構に支持された基板の表面又は裏面の少なくともいずれかに第３ガスを供給する第３ガス供給部と、を有する成膜装置が提供される。
2020031778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、
基板を昇降可能に支持する支持機構と、
前記支持機構に支持された基板の表面に第１ガスを供給する第１ガス供給部と、
前記支持機構に支持された基板の裏面に第２ガスを供給する第２ガス供給部と、
前記支持機構に支持された基板の表面又は裏面の少なくともいずれかに第３ガスを供給する第３ガス供給部と、
を有する成膜装置。
【請求項２】
前記第３ガス供給部は、前記支持機構に支持された基板の径方向に第３ガスを供給する、
請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記第１ガス供給部は、基板の裏面を成膜する際、加熱した不活性ガスを前記第１ガスとして供給し、
前記第２ガス供給部は、基板の表面を成膜する際、加熱した不活性ガスを前記第２ガスとして供給する、
請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記第１ガス、前記第２ガス及び前記第３ガスの供給を制御し、基板の表面と基板の裏面との成膜を制御する制御部を有する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記支持機構に支持された基板の径方向にプラズマを供給するリモートプラズマを有し、
前記制御部は、
前記第３ガス供給部からの前記第３ガスの供給と前記リモートプラズマからのプラズマの供給とを切り替える、
請求項４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記支持機構により基板を前記第２ガス供給部に接近させ、前記第２ガスと前記第３ガスを供給し、基板の表面を成膜する、
請求項４又は５に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１ガスを供給し、前記第３ガスを希釈する、
請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記支持機構により基板を前記第１ガス供給部に接近させ、前記第１ガスと前記第３ガスを供給し、基板の裏面を成膜する、
請求項４〜７のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第２ガスを供給し、前記第３ガスを希釈する、
請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
基板を昇降可能に支持する支持機構と、前記支持機構に支持された基板の表面に第１ガスを供給する第１ガス供給部と、前記支持機構に支持された基板の裏面に第２ガスを供給する第２ガス供給部と、前記支持機構に支持された基板の表面又は裏面の少なくともいずれかに第３ガスを供給する第３ガス供給部とを有する成膜装置を使用した成膜方法であって、
前記第１ガス〜前記第３ガスの供給を制御し、基板の表面と基板の裏面との成膜を制御する工程を有する、成膜方法。
【請求項１１】
前記成膜を制御する工程は、
前記支持機構の昇降により基板を前記第２ガス供給部に接近させ、前記第２ガスと前記第３ガスを供給し、基板の表面の成膜を制御する工程と、
前記支持機構の昇降により基板を前記第１ガス供給部に接近させ、前記第１ガスと前記第３ガスを供給し、基板の裏面の成膜を制御する工程と、
を有する、請求項１０に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に成膜すると、膜の応力によって基板が沿ってしまうことがある。そこで、例えば、特許文献１は、試料の表面側反応室と裏面側反応室とを形成し、試料の表裏両面に同質の膜を成膜することで、成膜後の試料に反りやクラックが生じることを防止できるプラズマＣＶＤ装置を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、基板の反りを補償することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一の態様によれば、処理容器と、基板を昇降可能に支持する支持機構と、前記支持機構に支持された基板の表面に第１ガスを供給する第１ガス供給部と、前記支持機構に支持された基板の裏面に第２ガスを供給する第２ガス供給部と、前記支持機構に支持された基板の表面又は裏面の少なくともいずれかに第３ガスを供給する第３ガス供給部と、を有する成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
一の側面によれば、基板の反りを補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態に係る成膜装置の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係る基板の支持機構の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係るリフターピンの操作の一例を示す図。
【図４】一実施形態に係る成膜の濃度分布を平面的に示す模式図。
【図５】一実施形態に係る基板の表面と裏面の成膜の一例を示す模式図。
【図６】一実施形態に係る裏面の成膜時のガスの供給について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【０００９】
［はじめに］
ウエハ上に幾層にも膜を成膜するプロセス等では、ウエハの表面に成膜していくと、膜の応力によってウエハが反ってしまうことがある。一例としては、３Ｄ  ＮＡＮＤプロセスにおいてＳｉＯ２膜及びＳｉＮ膜を成膜した後の工程で高温になったステージにウエハを配置すると、ウエハの裏面のＳｉ基板が熱により膨張し、ウエハの表面が凹状に反ってしまうことがある。ウエハの反りは、成膜の後工程においてプロセスを困難にする程の影響を与える場合がある。
【００１０】
ウエハの反りを改善する方法として従来からウエハの裏面に成膜する方法がある。しかし、ウエハの裏面に成膜するときに、ガスが表面にも回り込んでウエハの表面を成膜してしまうことがある。また、ウエハをヒータの輻射により加熱すると、ウエハの昇温速度が遅くなるということがある。特に、ウエハの裏面を成膜する際、表面にはデバイス構造が形成されているため、ウエハの表面側をステージ上に載置することはできず、ウエハの昇温に時間がかかる。
【００１１】
そこで、以下に説明する一実施形態にかかる成膜装置及び成膜方法では、ウエハの裏面に応力を調整した膜を成膜することによって、ウエハの反りを補償する。また、裏面への成膜時、ウエハの表面へのガスの回り込みによりウエハの表面が成膜されてしまうことと、ウエハの昇温速度が遅いことに対しては、加熱したＨｅのパージガスをウエハの成膜されない側の面に供給することにより解決する。また、単一の処理容器内でウエハの表面と裏面を切り替えながら成膜する機構を設ける。これにより、一実施形態にかかる成膜装置では、異種膜を交互に成膜するような複合プロセスが実行可能である。例えば、Ａ膜とＢ膜を成膜するプロセスにおいて、Ａ膜のストレスが高すぎると、Ｂ膜を成膜する際にウエハの反りがプロセスの結果に悪影響を及ぼすリスクがある。このとき、Ａ膜を成膜した後すぐに裏面にストレスを補償する膜を成膜できれば、Ｂ膜を安定して成膜できる。
【００１２】
［成膜装置の構成］
まず、本開示の一実施形態に係る成膜装置１の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る成膜装置１の構成の一例を示す縦断面図である。一実施形態では、成膜装置１は、原料ガスと反応ガスとを交互に基板に供給して原子層あるいは分子層を積層して成膜を行う所謂ＡＬＤ（Atomic  Layer  Deposition）法を一例として実施する。
【００１３】
成膜装置１は、ウエハＷに成膜処理が行われる真空容器である処理容器１１を有する。処理容器１１の側壁面には、ウエハＷを搬入及び搬出するための搬入出口１３と、搬入出口１３を開閉するゲートバルブ１４とが設けられている。
【００１４】
処理容器１１の天井部にはガスシャワーヘッドＳＨ１が形成されている。また、処理容器１１の底部に形成された凹部１２にはガスシャワーヘッドＳＨ１に対向してガスシャワーヘッドＳＨ２が形成されたステージ３ａが収容されている。支持機構３は、ステージ３ａを貫通し、ウエハＷを昇降可能に支持する複数のリフターピン２を有する。本実施形態では、図２に示すように、４本のリフターピン２によりウエハＷを昇降可能に支持するが、リフターピン２の数はこれに限られず、３本や５本以上であってもよい。
【００１５】
図３（ａ）にステージ３ａの上面Ｓ（表面）図を示し、図３（ｂ）にステージ３ａの斜視図を示す。ステージ３ａには、外周側に４つのピン穴２ａが形成され、ピン穴２ａをリフターピン２が貫通する。リフターピン２の上端部にはウエハＷが保持され（図２参照）、ステージ３ａが初期位置にきたときにリフターピン２がピンアップ用のジグ８０により下から押し上げられる。なお、図１に示すように、ジグ８０が処理容器１１の底部を貫通する部分は磁気シール８５でシールされ、ジグ８０は処理容器１１の底部に固定される。
【００１６】
図３（ｂ）に示す初期位置でリフターピン２がリフトアップされた後、図３（ｃ）に示すように、リフターピン２はリフターピン２から横方向に突出するロック部２ｂをステージ３ａのピン穴２ａから横方向に設けられた凹み部Ｌ２に差し入れる。これにより、ロックすることでリフトアップ位置でウエハＷを固定する。
【００１７】
リフターピン２の下部にはネジ穴２ｄが切られ、そのネジ穴２ｄにジグ８０の先端の突起部８０ａを差し込む。リフターピン２には、ジグ８０を介して図１に示す回転機構８２及び昇降機構８３が接続されている。回転機構８２によりジグ８０を回転させることでリフターピン２が回転し、これによりロック部２ｂを凹み部Ｌ２に挿入し、ロックすることができる。また。昇降機構８３により、リフターピン２を下降させて初期位置でロック部２ｂを凹み部Ｌ１に挿入し、ロックを解除する。なお、リフターピンを昇降させる際、ジグ８０を凹み部Ｌ２と反対側に横方向に移動させ、ロック部２ｂがピン穴２ａの側壁に干渉しないようにする。
【００１８】
ステージ３ａを支持する支持体８１には、図１に示す回転機構８２及び昇降機構８３が接続されている。モータの動力により回転機構８２はステージ３ａを回転させる。これにより、支持機構３に支持されたウエハＷは回転する。また、モータの動力により昇降機構８３はステージ３ａを昇降できる。
【００１９】
なお、支持体８１が処理容器１１の底部を貫通する部分は、磁気シール８６でシールされる。磁気シール８５，８６により、処理容器１１内を処理容器１１外から遮断し、処理容器１１内の真空状態を保つようになっている。
【００２０】
処理容器１１内には、長さ方向（紙面の左右方向）の一端側において横断面が角形の排気口である排気溝３１が設けられている。処理容器１１の長さ方向において、排気溝３１が配置された一端側を下流側ともいい、排気溝３１が配置された側と反対側を上流側ともいう。
【００２１】
排気溝３１は処理容器１１の底面に開口している。排気溝３１の開口部分には蓋部３２が設けられている。図４に示すように、蓋部３２は、処理容器１１の幅方向に各々伸び、処理容器１１の長さ方向に並ぶ複数のスリット３３が形成されている。図１に戻り、排気溝３１の底部には排気管３４が接続され、排気管３４には排気溝３１側から圧力調整部３５、排気バルブ３６が介設され、図示しない真空ポンプに接続されている。
【００２２】
処理容器１１内の上流側には、成膜ガス吐出部４が設けられている。成膜ガス吐出部４には、図４に示すように、前方に向けて開口するように成膜ガス吐出部４の長さ方向に伸びるスリット４１が設けられている。スリット４１は、平面で見てウエハＷの幅寸法より長く、成膜ガス吐出部４から吐出される成膜ガスがウエハＷの表面全体を通過するように形成されている。
【００２３】
図１に戻り、成膜ガス吐出部４にはガス供給管４０が接続されている。ガス供給管４０には、処理容器１１の側壁から第３ガスを供給する第３ガス供給源ＧＳ３が接続されている。第３ガス供給源ＧＳ３には、原料ガスを供給する原料ガス供給管４２、原料ガスと反応する反応ガスを供給する反応ガス供給管４６及び置換ガスを供給する置換ガス供給管６０が合流されている。
【００２４】
原料ガス供給管４２には、原料ガスの一例であるＤＣＳ（ジクロロシラン）（以下、「ＤＣＳ」と表記する。）を供給するＤＣＳ供給源４３が接続され、ＤＣＳガスの流量を調整する流量調整部４５とＳｉＨ４ガスの供給をオン・オフするバルブ４４とが設けられている。
【００２５】
反応ガス供給管４６には、反応ガスの一例であるＮＨ３を供給するＮＨ３供給源４７が接続され、ＮＨ３ガスの流量を調整する流量調整部４９とＮＨ３ガスの供給をオン・オフするバルブ４８とが設けられている。本例では、原料ガス及び反応ガスを「成膜ガス」ともいう。ＤＣＳ及びＮＨ３は、第３ガスの一例である。
【００２６】
置換ガス供給管６０には、置換ガス（パージガス）の一例であるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源６１が接続され、Ａｒガスの流量を調整する流量調整部６３とＡｒガスの供給をオン・オフするバルブ６２とが設けられている。
【００２７】
なお、第３ガス供給源ＧＳ３、成膜ガス吐出部４及びガス供給管４０は、支持機構３に支持されたウエハＷの表面又は裏面の少なくともいずれかに第３ガスを供給する第３ガス供給部の一例である。ここでは、第３ガス供給部は、支持機構３に支持されたウエハＷの径方向に第３ガスを供給する。
【００２８】
ガス供給管４０には、リモートプラズマ６５が接続されている。リモートプラズマ６５は、処理容器１１の側壁からプラズマを供給する。第３ガス供給源ＧＳ３からの第３ガスの供給と、リモートプラズマ６５からのプラズマの供給との切り替えは、第３ガス供給源ＧＳ３内のバルブ４４、４８とリモートプラズマ６５を制御することで行うことができる。
【００２９】
処理容器１１の天井部にはガスシャワーヘッドＳＨ１が設けられ、成膜ガスの濃度を調整する濃度調整用のガス、例えば希釈ガスであるＡｒガス又は加熱されたＨｅガスを供給する第１ガス供給源ＧＳ１がガス供給管５２を介して接続されている。
【００３０】
第１ガス供給源ＧＳ１は、２系統に別れてそれぞれに流量調整部５３とバルブ５４とが設けられている。流量調整部５３とバルブ５４とをガス調整部５５ともいう。一方のガス調整部５５には、Ｈｅガス供給源５７が接続され、他方のガス調整部５５には、Ａｒガス供給源５８が接続されている。加熱器５６は、Ｈｅガス供給源５７から供給されたＨｅガスを加熱する。加熱されたＨｅガス及びＡｒガス供給源５８から供給されるＡｒガスは、バルブ５４の制御により切り替えられて、ガスシャワーヘッドＳＨ１に供給され、バッファ室５１を経て複数のガス孔５０から処理容器１１内に導入される。Ｈｅガスは、ウエハＷの表面への成膜ガスの回り込みを防ぐパージガスとして機能する。また、Ａｒガスは、成膜ガスの希釈ガスとして機能する。
【００３１】
複数のガス孔５０は、処理容器１１の側壁から供給されるＤＣＳ等の成膜ガスのガス流の上流側から下流側に向かう長さ方向に設けられ、かつ、平面で見てウエハＷの全面をカバーするように幅方向に伸びるスリット状又はホール状に形成されている。これにより、各ガス孔５０から支持機構３に支持されたウエハＷの表面に向けて希釈ガスのＡｒガス又は加熱されたＨｅガスが、幅方向で流量が揃った状態で供給される。
【００３２】
Ｈｅガスは、第１ガスの一例である。第１ガス供給源ＧＳ１及びガスシャワーヘッドＳＨ１は、支持機構３に支持されたウエハＷの表面に第１ガスを供給する第１ガス供給部の一例である。なお、第１ガスはＨｅガスに限られず、不活性ガスを第１ガスとして加熱し、供給してもよい。また、ガスシャワーヘッドＳＨ１から供給される希釈ガスはＡｒガスに限られず、Ｎ２ガス等の不活性ガスであってもよい。
【００３３】
ウエハＷの裏面を成膜する際、支持機構３によりウエハＷを第１ガス供給部に接近させ（例えば、図１の位置ＰＡ）、第１ガスと第３ガスを供給する。第１ガス供給部は、ウエハＷの裏面を成膜する際、加熱したＨｅガス等の不活性ガスを第１ガスとして供給し、ウエハＷの表面が成膜することを防ぐ。
【００３４】
ガスシャワーヘッドＳＨ２は、成膜ガスの濃度を調整する濃度調整用のガス、例えば希釈ガスであるＡｒガス又は加熱されたＨｅガスを供給する。ガスシャワーヘッドＳＨ２には、ガス供給管７２が接続され、ガス供給管７２には、第２ガスを供給する第２ガス供給源ＧＳ２が接続されている。
【００３５】
第２ガス供給源ＧＳ２は、２系統に別れてそれぞれに流量調整部７３とバルブ７４とが設けられている。流量調整部７３とバルブ７４とをガス調整部７５ともいう。一方のガス調整部７５には、Ｈｅガス供給源７７が接続され、他方のガス調整部７５には、Ａｒガス供給源７８が接続されている。加熱器７６は、Ｈｅガス供給源７７から供給されたＨｅガスを加熱する。加熱されたＨｅガス及びＡｒガス供給源７８から供給されるＡｒガスは、バルブ７４の制御により切り替えられて、ガスシャワーヘッドＳＨ２に供給され、バッファ室７１を経て複数のガス孔７０から処理容器１１内に導入される。Ｈｅガスは、ウエハＷの裏面への成膜ガスの回り込みを防ぐパージガスとして機能する。また、Ａｒガスは、成膜ガスの希釈ガスとして機能する。
【００３６】
複数のガス孔７０は、処理容器１１の側壁から供給される成膜ガスのガス流の上流側から下流側に向かう長さ方向に設けられ、かつ、平面で見てウエハＷの全面をカバーするように幅方向に伸びるスリット状又はホール状に形成されている。これにより、各ガス孔７０から支持機構３に支持されたウエハＷの裏面に向けて希釈ガスのＡｒガス又は加熱されたＨｅガスが、幅方向で流量が揃った状態で供給される。
【００３７】
Ｈｅガスは、第２ガスの一例である。第２ガス供給源ＧＳ２及びガスシャワーヘッドＳＨ２は、支持機構３に支持されたウエハの裏面に第２ガスを供給する第２ガス供給部の一例である。なお、第２ガスはＨｅガスに限られず、不活性ガスを第２ガスとして加熱し、供給してもよい。また、ガスシャワーヘッドＳＨ２から供給される希釈ガスはＡｒガスに限られず、Ｎ２ガス等の不活性ガスであってもよい。
【００３８】
ウエハＷの表面を成膜する際、支持機構３によりウエハＷを第２ガス供給部に接近させ（例えば、図１の位置ＰＢ）、第２ガスと第３ガスを供給する。第２ガス供給部は、ウエハＷの表面を成膜する際、加熱したＨｅガス等の不活性ガスを第２ガスとして供給する。
【００３９】
つまり、支持機構３は、成膜ガスを供給してウエハＷの表面に成膜処理を行う際には、図２（ｂ）に示すようにウエハＷを下降させて、第２ガス供給部に接近させる。これにより、第２ガス供給源ＧＳ２から加熱したＨｅガスをウエハＷの裏面に噴き出すことで、ウエハＷの裏面が成膜されることを防ぐことができる。
【００４０】
一方、支持機構３は、ウエハＷの裏面に成膜処理を行う際には、図２（ａ）に示すようにウエハＷを上昇させて、第１ガス供給部に接近させる。これにより、第１ガス供給部Ｇ１から加熱したＨｅガスをウエハＷの表面に噴き出すことで、ウエハＷの表面が成膜されることを防ぐことができる。
【００４１】
かかる構成の成膜装置１における成膜処理について簡単に説明する。まず、ゲートバルブ１４が開き、搬送アームにより外部から搬入したウエハＷを支持機構３に保持する。ゲートバルブ１４が閉じ、処理容器１１が密閉にされた後、成膜ガス吐出部４からＡｒガスの供給を開始し、排気溝３１から排気を行い処理容器１１内の圧力を調整する。次いで支持機構３がウエハＷの表面の成膜の処理位置まで昇降する。
【００４２】
その後、成膜ガスとして、原料ガスであるＤＣＳ及び反応ガスであるＮＨ３を用いたＡＬＤ法によりウエハの表面への成膜処理が行われる。これら成膜ガスのウエハＷへの供給方法について説明する。排気溝３１から排気を行っている状態で支持機構３に把持されたウエハＷに向けて、成膜ガスの供給を開始すると共にガスシャワーヘッドＳＨ１からウエハＷの表面に向けて希釈ガスを供給する。成膜ガスは、ガス供給管４０から成膜ガス吐出部４に流れ込むと、成膜ガス吐出部４内にて均一に拡散する。その後、成膜ガス吐出部４のスリット４１から、ウエハＷの幅方向で揃った流量で供給され、ウエハＷの表面に沿って、全面に亘って流れる。その後平行な流れを保ったまま排気溝３１に流れ込み、排気管３４から排気される。
【００４３】
図４は、処理容器１１内の成膜ガスの濃度分布を模式的に示した図である。図４においては、ハッチングの密度が高いほど高い濃度の成膜ガスが分布する領域を示している。図４に示すように、成膜ガスは、成膜ガスの流れの上流側におけるウエハＷの周縁部である地点Ａにおいては、成膜ガス吐出部４から供給されたガス中の原料ガス及び反応ガスの濃度とほぼ同じ濃度である。成膜ガスはウエハＷへの成膜処理により消費されるため、下流側（すなわち、排気溝３１側）に向かうにつれて徐々にその濃度が減少していく。
【００４４】
また、ウエハＷの表面を流れる成膜ガスと希釈ガスとが合流する最も上流側の地点Ｂにおいて、成膜ガスの濃度が希釈される。希釈された成膜ガスは、次に希釈ガスと合流する地点Ｃにおいて、さらに希釈され、次いで地点Ｄ、Ｅ、Ｆの順に希釈されながら下流に流れていく。
【００４５】
そのため、成膜ガスは例えば図４に示すよう下流側に位置するほど濃度（原料ガスまたは反応ガスの濃度）が薄くなる。このとき成膜ガスを幅方向で流量を揃えて供給すると共に、成膜ガスの気流の幅方向に伸びるスリット状のガス孔５０から希釈ガスを、成膜ガスの気流の幅方向で流量を揃えて供給している。そして、図４に模式図で示すように成膜ガスの気流の幅方向においては、成膜ガスの濃度は揃う。
【００４６】
そして、回転機構８２を駆動し、ウエハＷを図２のステージ３ａを支持する支持体８１の軸周りに回転させる。図４に示すように成膜ガスの濃度が気流の幅方向で均一となり、一方向に向かって連続的に変化する雰囲気中においてウエハＷを回転させると、ウエハＷは支持体８１の回転中心以外の部位は、成膜ガスの濃度が高い領域と低い領域との間を繰り返し移動する。即ちウエハＷの各部位から見ると、雰囲気の成膜ガスの濃度が徐々に低くなり、次いで徐々に高くなるという状態が繰り返されることになる。ウエハＷが一回転したとき、中心からの距離が同じ部位では、同じ領域を通過しているので周方向で膜厚は揃っており、その膜厚は当該部位が１回転するときの時間推移に対する濃度変化パターンに応じて決まる。従って、ウエハＷの表面において成膜される薄膜は、同心円状の膜厚分布を持つことになり、その膜厚分布は、ウエハＷの表面近傍における成膜ガスの流れ方向における濃度分布により決まる。上述のように成膜ガスの濃度分布は、ガス孔５０から供給される希釈ガスによる希釈の程度により決まるので、ガス調整部５５によりガス孔５０から供給される希釈ガスの流量を変化させることで成膜ガスの濃度分布を調整することができる。以上の処理を、支持機構３によってウエハＷの位置を変えて実行することで、表面及び裏面の成膜が可能になる。
【００４７】
図１に戻り、成膜装置１は、装置全体の動作を制御する制御部１００を有する。制御部１００は、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）等のメモリに格納されたレシピに従って、成膜処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウエハＷ温度、静電チャック温度等）、チラーからの冷媒温度等が設定される。制御部１００は、レシピの手順に従い、第１ガス〜第３ガスの供給を制御し、ウエハＷの表面への成膜と、ウエハＷの裏面への成膜とを制御する。
【００４８】
なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
【００４９】
［ウエハの表面と裏面の成膜の切り替え］
図１の成膜装置１を簡略化して示した図５を参照して、ウエハＷの表面と裏面の成膜の切り替えについて説明する。本例では成膜装置１は、ＡＬＤによる成膜を行うが、これに限られない。例えば、成膜装置１は、ＰＥＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）による成膜を行ってもよい。
【００５０】
ウエハＷの表面を成膜する際には、図５（ａ）に示すように、ウエハＷを第２ガス供給部ＧＳ２に接近させて成膜する。このとき、ウエハＷの成膜面と反対面（ここでは裏面）へのガス及びプラズマの回り込みは、第２ガス供給部ＧＳ２からの、加熱されたＨｅパージガスがガスシャワーヘッドＳＨ２を介してシャワー状にウエハＷの裏面に供給されることで十分に抑制される。
【００５１】
また、ウエハＷの裏面を成膜する際には、図５（ｂ）に示すように、ウエハＷを第１ガス供給部ＧＳ１に接近させて成膜する。このとき、ウエハＷの成膜面と反対面（ここでは表面）へのガス及びプラズマの回り込みは、第１ガス供給部Ｇ１からの、加熱されたＨｅパージガスがガスシャワーヘッドＳＨ１を介してシャワー状にウエハＷの表面に供給されることで十分に抑制される。
【００５２】
［ウエハＷの表面を成膜する場合］
具体的には、ウエハＷの表面を成膜する場合、図５（ａ）に示すように、制御部１００は、支持機構３を下降させて第２ガス供給部ＧＳ２に近づけ、ウエハＷをガスシャワーヘッドＳＨ２に接近させた後、第２ガスと第３ガスを供給し、ウエハＷの表面を成膜する。第２ガスは、加熱したＨｅガスであり、第３ガスは成膜の原料ガスである。
【００５３】
この場合、制御部１００は、図１に示す第２ガス供給源ＧＳ２のＨｅガス供給源７７に接続されたバルブ７４を開け、Ａｒガス供給源７８に接続されたバルブ７４を閉める。また、制御部１００は、第３ガス供給源ＧＳ３のバルブ４４を開け、バルブ４８、６２を閉める。
【００５４】
プラズマプロセスでは、ウエハＷとシャワーヘッドＳＨ１の間の空間だけでなく、ウエハＷとシャワーヘッドＳＨ２の間の空間にもプラズマが生成され、ウエハＷの裏面の成膜原因となる。これに対して、本実施形態では、ウエハＷの表面を成膜中、シャワーヘッドＳＨ２から加熱されたＨｅガスを導入し、ウエハＷの裏面に吹き付ける。これにより、ウエハＷの裏面への成膜ガスの回り込みを抑制し、ウエハＷの裏面が成膜されることを防止する。
【００５５】
また、Ｈｅガスを導入することで、この空間におけるプラズマの電子密度が低下し、プラズマの着火を抑制する効果がある。これにより、シャワーヘッドＳＨ２から加熱したＨｅガスをパージする機構によってウエハＷとシャワーヘッドＳＨ２の間の空間におけるプラズマ生成を抑制し、ウエハＷの裏面への成膜をブロックすることができる。
【００５６】
成膜プロセスでは、供給された成膜の原料ガスによりウエハＷの表面に所定の成膜を行う。このとき、制御部１００は、図１に示す第１ガス供給源ＧＳ１のＨｅガス供給源５７に接続されたバルブ５４を閉じ、Ａｒガス供給源５８に接続されたバルブ５４を開ける。これにより、シャワーヘッドＳＨ１からＡｒガスが供給され、成膜の原料ガスが所定の濃度にまで希釈される。
【００５７】
次に、制御部１００は、バルブ４４を閉じて原料ガスの供給を停止し、リモートプラズマ６５からＮＨ３ガスのプラズマを出してウエハＷ表面の原料ガスを固着させる。ここでは、制御部１００は、原料ガスとプラズマとの切り替えを制御したが、これに限られず、原料ガスと反応ガスとプラズマとの切り替えを制御してもよい。また、原料ガスとプラズマとを切り替える間に、Ａｒガス供給源６１からＡｒガスを供給し、処理容器１１内をパージしてもよい。
【００５８】
［ウエハＷの裏面を成膜する場合］
また、ウエハＷの裏面を成膜する場合、図５（ｂ）に示すように、制御部１００は、支持機構３を上昇させて第１ガス供給部ＧＳ１に近づけ、ウエハＷをガスシャワーヘッドＳＨ１に接近させた後、第１ガスと第３ガスを供給し、ウエハＷの裏面を成膜する。第１ガスは、加熱したＨｅガスであり、第３ガスは成膜の原料ガスである。
【００５９】
この場合、制御部１００は、図１に示す第１ガス供給源ＧＳ１のＨｅガス供給源５７に接続されたバルブ５４を開け、Ａｒガス供給源５８に接続されたバルブ５４を閉める。また、制御部１００は、第３ガス供給源ＧＳ３のバルブ４４を開け、バルブ４８、６２を閉める。これにより、本実施形態では、ウエハＷの裏面を成膜中、シャワーヘッドＳＨ１から加熱されたＨｅガスを導入し、ウエハＷの表面に吹き付ける。これにより、ウエハＷの表面への成膜ガスの回り込みを抑制し、ウエハＷの表面が成膜されることを防止する。
【００６０】
また、ウエハＷとシャワーヘッドＳＨ１の間の空間にＨｅガスを導入することで、プラズマの着火を抑制し、ウエハＷとシャワーヘッドＳＨ１の間の空間におけるプラズマ生成を抑制し、ウエハＷの裏面への成膜をブロックすることができる。
【００６１】
供給された成膜の原料ガスによりウエハＷの裏面に所定の成膜を行うとき、制御部１００は、図１に示す第２ガス供給源ＧＳ２のＨｅガス供給源７７に接続されたバルブ７４を閉じ、Ａｒガス供給源７８に接続されたバルブ７４を開ける。これにより、シャワーヘッドＳＨ２からＡｒガスが供給され、成膜の原料ガスが所定の濃度にまで希釈される。
【００６２】
制御部１００は、バルブ４４を閉じて原料ガスの供給を停止し、リモートプラズマ６５からプラズマを出してウエハＷ表面の原料ガスを固着させてもよい。また、原料ガスと反応ガスとプラズマとの切り替えを制御してもよい。所定のタイミングにＡｒガス供給源６１からＡｒガスを供給し、処理容器１１内をパージしてもよい。
【００６３】
以上に説明したように、本実施形態にかかる成膜装置１では、シャワーヘッドＳＨ１、ＳＨ２から加熱したＨｅガスを供給することによりウエハＷの成膜しない側の面をパージしながら加熱する。これにより、ウエハＷの成膜しない側の面が成膜されることを防ぐとともに、ウエハＷがヒータに非接触な本構成においても、高速でウエハＷを昇温することができる。このとき、加熱したＨｅガスが真空空間に放出されるときに膨張により大きく熱損失することを考慮して、成膜温度は１００℃〜５００℃程度であるが、真空空間に放出される前のガスを８００°Ｃ程度まで昇温しておく必要がある。これについては、高温ガス加熱ヒータを用いることでガスを８００℃まで昇温させることが可能である。
【００６４】
ウエハＷの表面及び裏面を成膜する場合、ウエハＷとシャワーヘッドＳＨ１、ＳＨ２の距離は極力狭くする。これにより、Ｈｅガスが漏れる箇所はシャワーヘッドＳＨ１、ＳＨ２の外周のみになり、成膜ガスをウエハＷの成膜しない側の面により入り込み難くできる。
【００６５】
ウエハＷの裏面を成膜するとき、第３ガス供給部ＧＳ３は、図６に示すように、処理容器１１の側壁からサイドフローのプリカーサ（成膜の原料ガス）とリモートプラズマ６５から供給されるプラズマとを切り替えてプリカーサを供給する。また、シャワーヘッドＳＨ１から加熱したＨｅガスを供給し、ウエハＷを加熱する。また、シャワーヘッドＳＨ２からＡｒガス等の希釈ガスを導入し、成膜濃度を調整する。
【００６６】
ウエハＷの表面を成膜するとき、第３ガス供給部ＧＳ３は、支持機構３に支持されたウエハＷの径方向にサイドフローのプリカーサ（成膜の原料ガス）とリモートプラズマ６５から供給されるプラズマとを切り替えてプリカーサを供給した後にプラズマを供給する。また、シャワーヘッドＳＨ２から加熱したＨｅガスを供給し、ウエハＷを加熱する。また、シャワーヘッドＳＨ１からＡｒガス等の希釈ガスを導入し、成膜濃度を調整する。
【００６７】
かかる構成では、成膜装置1の側壁からサイドフローの原料ガスとプラズマの供給が可能になり、ウエハＷの表面と裏面の成膜の切り替えが可能になる。これにより、膜の応力によるウエハＷの反りを補償することができる。
【００６８】
［変形例］
一実施形態に係る成膜装置１では、第１ガス供給源ＧＳ１と第２ガス供給源ＧＳ２とを設けたが、共通化してもよい。例えば、第２ガス供給源ＧＳ２をなくした場合、第１ガス供給源ＧＳ１をガスシャワーヘッドＳＨ１、ＳＨ２の両方に接続する。そして、ウエハの表面を成膜する場合、ガスシャワーヘッドＳＨ１に希釈ガスを供給し、ガスシャワーヘッドＳＨ２に加熱したＨｅガスを供給するようにバルブ５４を制御する。ウエハの裏面を成膜する場合、ガスシャワーヘッドＳＨ２に希釈ガスを供給し、ガスシャワーヘッドＳＨ１に加熱したＨｅガスを供給するようにバルブ５４を制御する。もちろん、前提として成膜する面に応じて、ウエハＷの位置は支持機構３により第１ガス供給部ＧＳ１又は第２ガス供給部ＧＳ２に接近するように制御されている。これにより、第１ガス供給源ＧＳ１又は第２ガス供給源ＧＳ２を共通化し、成膜装置１の構成をシンプルにすることができる。
【００６９】
支持機構３に替えて又は支持機構３に加えて、ウエハＷの縁をグリップして保持するグリップ部を設け、グリップ部に回転搬送アームを利用することでグリップ部を回転可能にしてもよい。回転によりウエハＷの表面と裏面とを反転させることができるため、ウエハの表側と裏側とを成膜することが可能になる。これによれば、処理容器１１は既存の処理容器１１を大きく変更せずに利用することができる。
【００７０】
また、ウエハＷの反転は、処理容器１１外で行ってもよい。たとえば、ウエハＷの位置決めを行うアライナーにウエハＷを反転させる回転機構を設け、反転させた後に処理容器１１内にウエハＷを戻し、ウエハＷの裏面を成膜してもよい。この場合、処理容器１１外に回転機構を設けることで、処理容器１１内の構成を変更する必要がなくなるため、本成膜装置１の導入が容易になる。
【００７１】
原料ガス及び反応ガスをシャワーヘッドＳＨ１から供給してもよい。この場合、原料ガスの一例であるＤＣＳを供給するＤＣＳ供給源４３及び各部（バルブ４４、流量調整部４５）は、ガス供給管５２に接続されてもよい。同様に、反応ガスの一例であるＮＨ３を供給するＮＨ３供給源４７及び各部（バルブ４８、流量調整部４９）は、ガス供給管５２に接続されてもよい。この場合、ＤＣＳ供給源４３、バルブ４４及び流量調整部４５と、ＮＨ３供給源４７、バルブ４８及び流量調整部４９とは、支持機構３に支持されたウエハＷの表面又は裏面の少なくともいずれかに第３ガスを供給する第３ガス供給部の一例である。
【００７２】
原料ガス及び反応ガスをシャワーヘッドＳＨ１から供給しながらウエハＷの表面を成膜する場合、支持機構３によりウエハＷをシャワーヘッドＳＨ２に接近させる（例えば、図１の位置ＰＢ）。そして、ガスシャワーヘッドＳＨ１からウエハＷの表面に向けて成膜ガスである、第３ガスとしての原料ガス及び反応ガスを交互に供給する。また、ガスシャワーヘッドＳＨ１からウエハＷの表面に向けて希釈ガスである、第１ガスとしてのＡｒガスを供給する。成膜ガス及びは、ガスシャワーヘッドＳＨ１のバッファ室５１を経て複数のガス孔５０から処理容器１１内に導入される。この間、加熱したＨｅガス等の不活性ガスを第２ガスとしてガスシャワーヘッドＳＨ２から供給する。これにより、加熱したＨｅガスをウエハＷの裏面に噴き出すことで、ウエハＷの裏面が成膜されることを防ぐことができる。
【００７３】
一方、支持機構３は、ウエハＷの裏面に成膜処理を行う際には、ウエハＷを上昇させて第１ガス供給部に接近させる（例えば、図１の位置ＰＡ）。そして、第３ガス供給部から支持機構３に支持されたウエハＷの裏面に裏面用の成膜ガスを供給する。また、ガスシャワーヘッドＳＨ２からウエハＷの裏面に向けてＡｒガスを供給する。この間、加熱したＨｅガス等の不活性ガスをガスシャワーヘッドＳＨ１から供給する。これにより、加熱したＨｅガスをウエハＷの表面に噴き出すことで、ウエハＷの表面が成膜されることを防ぐことができる。なお、第３ガス供給部からの第３ガスの供給とリモートプラズマからのプラズマの供給との切り替えについては、第３ガスをガスシャワーヘッドＳＨ１から供給する場合にも、バルブ４４及びバルブ４４を用いて同じように切り替えることができる。
【００７４】
以上に説明したように、本実施形態の成膜装置１によれば、ウエハの表面と裏面を成膜することができ、膜によるウエハの反りを補償できる。
【００７５】
今回開示された一実施形態に係る成膜装置及び成膜方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００７６】
本開示の処理装置は、Capacitively  Coupled  Plasma(CCP)、Inductively  Coupled  Plasma(ICP)、Radial  Line  Slot  Antenna(RLSA)、Electron  Cyclotron  Resonance  Plasma(ECR)、Helicon  Wave  Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
【００７７】
本明細書では、基板の一例としてウエハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、プリント基板等であっても良い。
【００７８】
本国際出願は、２０１８年８月９日に出願された日本国特許出願２０１８−１５０５２５号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。
【符号の説明】
【００７９】
１    成膜装置
２    リフターピン
３    支持機構
３ａ  ステージ
１１  処理容器
５０  ガス孔
５１  バッファ室
６５  リモートプラズマ
７０  ガス孔
７１  バッファ室
８０  ジグ
８１  支持体
８２  回転機構
８３  昇降機構
８５、８６  磁気シール
１００  制御部
ＧＳ１  第１ガス供給源
ＧＳ２  第２ガス供給源
ＧＳ３  第３ガス供給源
ＳＨ１  ガスシャワーヘッド
ＳＨ２  ガスシャワーヘッド
【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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【国際調査報告】
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