特許 6557992 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6557992

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】成膜装置、成膜方法及び記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20190805BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20190805BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/455

   H01L21/205

   C23C16/44 G

【請求項の数】7

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2015-35548(P2015-35548)

(22)【出願日】2015年2月25日

(65)【公開番号】特開2016-156066(P2016-156066A)

(43)【公開日】2016年9月1日

【審査請求日】2017年8月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】特許業務法人弥生特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100091513

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 俊夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133776

【弁理士】

【氏名又は名称】三井田 友昭

(72)【発明者】

【氏名】本間 学

【審査官】 宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０８４７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５４１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０３３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２９４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３３３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８４７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２９４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｃ２３Ｃ １６／４４

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空容器内にて基板を加熱しながら基板の表面に原料ガスを供給し、原料ガスの反応により生成された反応生成物を基板の表面に堆積して薄膜を形成する成膜装置において、
前記基板を載置するために前記真空容器内に設けられた載置部と、
前記載置部に載置された基板を回転させるための回転機構と、
前記真空容器の壁部を上下方向に貫通し、その一端部に前記基板の表面に局所的に原料ガスを供給する原料ガス供給口が開口すると共に、その他端部は当該真空容器の外側に位置する原料ガス供給部と、
回転する前記基板の中心部と周縁部との間で前記原料ガスが供給される位置を移動させて当該基板の表面全体に前記反応生成物が堆積されるように、前記原料ガス供給部の他端部を自転させることによって前記原料ガス供給口を前記他端部の自転軸回りに公転させる移動機構と、
前記原料ガス供給部の他端部を囲み、当該他端部との間に隙間を形成する囲み部材と、
前記原料ガス供給部の他端部の自転中に前記隙間へ原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、
前記原料ガス供給部の他端部に開口し、前記隙間に供給された原料ガスを前記原料ガス供給口に導入する導入路と、
前記隙間における前記原料ガスの流れを規制するために、当該隙間において前記原料ガスが供給される位置とは異なる位置にパージガスを供給するパージガス供給機構と、
を備えることを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記原料ガス供給口による原料ガスが供給される位置が、回転する基板の中心部と、当該基板の外側領域との間を移動して当該基板の周縁部を通過することにより、前記基板の中心部と周縁部との間を移動するように、前記移動機構による前記原料ガス供給部の移動が行われることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。

【請求項3】

前記原料ガスと反応して前記反応生成物を生成する反応ガスの雰囲気を前記真空容器内に形成するための反応ガス供給部が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】

前記載置部に載置された基板に対する前記原料ガス供給部の高さを検出するための検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記原料ガス供給部に対して前記載置部を相対的に昇降させる昇降機構と、
を備えた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】

前記載置部を第１の載置部とすると、
前記真空容器内には、前記第１の載置部とは別個に基板を載置するための第２の載置部と、
前記原料ガスとは異なる基板を処理するための処理ガスを、前記第２の載置部に載置された基板に供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガスが供給される雰囲気を前記原料ガスが供給される雰囲気と区画するようにパージガスの供給と、排気とを行い、気流を形成する気流形成部と、
を備えた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。

【請求項6】

真空容器内にて基板を加熱しながら基板の表面に原料ガスを供給し、原料ガスの反応により生成された反応生成物を基板の表面に堆積して薄膜を形成する成膜装置を用いた成膜方法において、
前記真空容器内に設けられる載置部に基板を載置する工程と、
回転機構により前記載置部に載置された基板を回転させる工程と、
前記真空容器の壁部を上下方向に貫通し、その一端部に原料ガス供給口が開口すると共に、その他端部は当該真空容器の外側に位置する原料ガス供給部の前記原料ガス供給口により、前記基板の表面に局所的に原料ガスを供給する工程と、
回転する前記基板の中心部と周縁部との間で前記原料ガスが供給される位置を移動させて当該基板の表面全体に前記反応生成物が堆積されるように、前記原料ガス供給部の他端部を自転させることによって前記原料ガス供給口を当該他端部の自転軸回りに公転させる工程と、
前記原料ガス供給部の他端部を囲む囲み部材と当該他端部との間に形成された隙間に、原料ガス供給機構により当該他端部の自転中に前記原料ガスを供給する工程と、
前記隙間に供給されたガスを、前記原料ガス供給部の他端部に開口した導入路から前記原料ガス供給口に供給する工程と、
前記隙間における前記原料ガスの流れを規制するために、パージガス供給機構により当該隙間において前記原料ガスが供給される位置とは異なる位置にパージガスを供給する工程と、
を備えることを特徴とする成膜方法。

【請求項7】

成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記プログラムは請求項６に記載された成膜方法を実行するためにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原料ガスを基板に供給して薄膜を得る成膜装置、成膜方法及び前記成膜装置に用いられる記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハ（以下「ウエハ」と言う）などの基板にシリコン酸化物（ＳｉＯ2）やＴｉＮ（窒化チタン）などの薄膜を成膜する手法として、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を行う成膜装置が知られている。例えば特許文献１には、ボートと呼ばれる基板保持具に上下方向に保持されたウエハを、当該ボートごと縦型の真空容器内に搬入し、当該真空容器内に薄膜の原料となる原料ガスを供給してＣＶＤによる成膜を行う成膜装置について記載されている。各ガスは、真空容器内に固定されたノズルから供給される。

【0003】

しかし、この特許文献１の成膜装置においては、ウエハの面内における原料ガスの供給量の分布を調整すること、つまり形成される薄膜のウエハの面内各部における膜厚を制御することが困難であった。そのため、ウエハの面内で膜厚の均一性の向上を図るにあたり限界があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１９０９７７

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明はこのような事情の下になされたものであり、基板の面内各部における膜厚を精度高く制御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】

【0006】

本発明の成膜装置は、真空容器内にて基板を加熱しながら基板の表面に原料ガスを供給し、原料ガスの反応により生成された反応生成物を基板の表面に堆積して薄膜を形成する成膜装置において、
前記基板を載置するために前記真空容器内に設けられた載置部と、
前記載置部に載置された基板を回転させるための回転機構と、
前記基板の表面に局所的に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
回転する前記基板の中心部と周縁部との間で前記原料ガスが供給される位置を移動させて当該基板の表面全体に前記反応生成物が堆積されるように、前記基板に対して前記原料ガス供給部を相対的に移動させる移動機構と、
を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の成膜装置は、真空容器内にて基板を加熱しながら基板の表面に原料ガスを供給し、原料ガスの反応により生成された反応生成物を基板の表面に堆積して薄膜を形成する成膜装置において、
前記基板を載置するために前記真空容器内に設けられた載置部と、
前記載置部に載置された基板を回転させるための回転機構と、
前記真空容器の壁部を上下方向に貫通し、その一端部に前記基板の表面に局所的に原料ガスを供給する原料ガス供給口が開口すると共に、その他端部は当該真空容器の外側に位置する原料ガス供給部と、
回転する前記基板の中心部と周縁部との間で前記原料ガスが供給される位置を移動させて当該基板の表面全体に前記反応生成物が堆積されるように、前記原料ガス供給部の他端部を自転させることによって前記原料ガス供給口を前記他端部の自転軸回りに公転させる移動機構と、
前記原料ガス供給部の他端部を囲み、当該他端部との間に隙間を形成する囲み部材と、
前記原料ガス供給部の他端部の自転中に前記隙間へ原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、
前記原料ガス供給部の他端部に開口し、前記隙間に供給された原料ガスを前記原料ガス供給口に導入する導入路と、
前記隙間における前記原料ガスの流れを規制するために、当該隙間において前記原料ガスが供給される位置とは異なる位置にパージガスを供給するパージガス供給機構と、
を備えることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施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ホルダ載置用テーブル及びウエハホルダを示す斜視図である。

【図4】前記成膜装置の横断平面図である。

【図5】前記成膜装置に設けられる原料ガス供給部の縦断側面図である。

【図6】前記原料ガス供給部の下面側斜視図である。

【図7】前記原料ガス供給部の下面図である。

【図8】前記成膜装置へのウエハの受け渡し動作を示す説明図である。

【図9】前記成膜装置の動作を示す説明図である。

【図10】ウエハ表面の変化を示す模式図である。

【図11】第１の実施形態の第１の変形例に係る成膜装置の縦断側面図である。

【図12】第１の実施形態の第２の変形例に係る成膜装置の縦断側面図である。

【図13】前記成膜装置へのウエハの受け渡し動作を示す説明図である。

【図14】第１の実施形態の第３の変形例に係る成膜装置へのウエハの受け渡し動作を示す説明図である。

【図15】前記成膜装置を構成するホルダ保持部の下面図である。

【図16】他のホルダ保持部の下面図である。

【図17】前記ホルダ保持部と成膜装置を構成する昇降ピンとの位置関係を示す平面図である。

【図18】第２の実施形態に係る成膜装置の縦断側面図である。

【図19】前記成膜装置に設けられる原料ガス供給部の平面図である。

【図20】前記原料ガス供給部の動作を示す説明図である。

【図21】他の原料ガス供給部の動作を示す説明図である

【図22】第３の実施形態に係る成膜装置の縦断側面図である。

【図23】第４の実施形態に係る成膜装置の縦断側面図である。

【図24】前記成膜装置の横断平面図である。

【図25】前記成膜装置におけるガスの流れを示す縦断側面図である。

【図26】前記成膜装置におけるガスの流れを示す横断平面図である。

【図27】第４の実施形態の変形例の成膜装置の縦断側面図である。

【図28】第１の実施形態の第４の変形例に係る成膜装置の縦断側面図である。

【図29】前記成膜装置の変位センサとガス供給ヘッドとの位置関係を示す平面図である。

【図30】前記成膜装置によるウエハの高さの調整を示す説明図である。

【図31】ガス供給ヘッドの動作の一例を示すための説明図である。

【図32】ガス供給ヘッドの動作の一例を示すための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１の実施形態）
本発明の成膜装置の第１の実施形態であり、基板であるウエハＷにＣＶＤを行い、ＴｉＮ膜を形成する成膜装置１について説明する。この成膜装置１は、６枚のウエハＷに並行して成膜処理を行うことができるように構成されている。図１は成膜装置１の縦断側面図であり、図２は成膜装置１の横断平面図である。成膜装置１は概ね円形の扁平な真空容器１１を備えており、この真空容器１１は、当該真空容器１１の天井を形成する蓋体１２と、当該真空容器１１の側壁及び底部を形成する容器本体１３と、を備えている。図中、真空容器１１内のウエハＷの処理空間を１０として示している。図中１４はＯリングであり、蓋体１２と容器本体１３との隙間をシールする。図中１５は、前記側壁に設けられたウエハＷの搬送口であり、図中１６は搬送口１５を開閉自在なシャッタであり、図中１７はシャッタ１６と側壁との隙間をシールするＯリングである。

【0010】

図中１８は、真空容器１１の底部の中心部に設けられた開口部であり、垂直な回転軸２１が挿通されている。図中１９は回転軸２１の軸受けであり、開口部１８と回転軸２１との隙間をシールする役割も有する。回転軸２１の下端は真空容器１１の外部において、当該回転軸２１を軸周りに回転させる回転機構２２に接続されている。回転軸２１の上端は、水平な円板形のホルダ載置用テーブル２３の裏面の中心部に接続されており、ホルダ載置用テーブル２３は回転機構２２によりその周方向に回転することができる。ホルダ載置用テーブル２３は、搬送機構（図１，２では不図示）と後述のウエハホルダ２６との間でのウエハＷの移載時にはそのように回転し、ウエハＷの処理時には所定の位置で静止する。図２は、そのように静止した状態のホルダ載置用テーブル２３を示している。

【0011】

図３はホルダ載置用テーブル２３の斜視図である。この図３に示すように、ホルダ載置用テーブル２３には、周方向に間隔を置いて６つの円形の凹部２４が形成されており、凹部２４の底部の中央にはホルダ載置用テーブル２３の表裏を形成する貫通孔が設けられている。当該貫通孔の外側、即ち凹部２４の底部は、リング板状のホルダ載置部２５として構成されている。そして、凹部２４内には水平な円形のウエハホルダ２６が、当該凹部２４内を昇降自在に設けられている。このウエハホルダ２６は、その表面中央に円形のウエハ載置用凹部２７を備えている。このウエハ載置用凹部２７内にウエハＷが収められ、ウエハ載置用凹部２７の底面上に水平に載置される。ウエハ載置用凹部２７の底部には、ウエハホルダ２６の表裏を貫通する３つの貫通孔２８が設けられている。貫通孔２８はホルダ載置用テーブル２３の貫通孔に重なる位置に穿孔されており、後述の昇降ピン４２が、当該貫通孔２８を貫通して、ウエハ載置用凹部２７の底面上に突出し、ウエハＷの搬送機構とウエハホルダ２６との間でウエハＷの受け渡しを行うことができる。

【0012】

ウエハＷに処理が行われない成膜装置１の待機時には、ウエハホルダ２６の裏面周縁部がホルダ載置用テーブル２３のホルダ載置部２５上に載置される。ウエハＷの処理時には、ウエハホルダ２６の裏面周縁部は、ホルダ載置部２５から浮き上がるように後述のホルダ保持部３５に保持される。図１では、このようにホルダ載置部２５から浮き上がったウエハホルダ２６を示している。

【0013】

上記の真空容器１１における容器本体１３の構成について、図４も用いて、さらに説明する。図４は、図２とは異なる高さ位置の成膜装置１の断面を示している。容器本体１３の底部には、その表裏を貫通するように貫通孔３２が、真空容器１１の周方向に間隔を置いて、６つ設けられている。この貫通孔３２の位置は、ウエハＷの成膜処理時における上記のホルダ載置用テーブル２３の凹部２４の位置に対応する。

【0014】

各貫通孔３２には垂直な回転軸３３が挿通され、回転軸３３の下端は容器本体１３の下方側に設けられる回転機構である駆動部３４に支持されている。駆動部３４は、貫通孔３２と回転軸３３との間を塞ぐように設けられ、回転軸３３を軸周りに回転させ、且つ昇降させることができる。回転軸３３の上端部は拡径され、水平な円形のホルダ保持部３５として構成されている。ホルダ保持部３５は、図１に鎖線で示すように待機時にはホルダ載置用テーブル２３の下方に位置しており、ウエハＷの処理時には図１に実線で示すようにホルダ載置用テーブル２３のウエハ載置用凹部２７内に収まる高さに位置し、ウエハホルダ２６の裏面中央部を保持する。これによってウエハホルダ２６は既述のようにホルダ載置部２５から浮き上がり、さらに回転軸３３を介して当該ウエハホルダ２６の周方向に回転可能になる。これによってウエハＷが中心部まわりに回転することができる。

【0015】

また、容器本体１３の底面には貫通孔３２の外側にリング状のヒーター３６が４つ設けられており、各ヒーター３６は、容器本体１３の底面の中心を中心とした同心円状に構成されている。図４では図の把握を容易にするために、当該ヒーター３６には多数のドットを付して示している。ヒーター３６から後述の底面カバー４６を介して上方へ輻射される輻射熱によりウエハホルダ２６が加熱される。そして、ウエハホルダ２６からの伝熱により、ウエハホルダ２６に載置されたウエハＷが加熱される。容器本体１３の底面には、ヒーター３６よりも外側に排気口３７が開口している。排気口３７は、排気管３８を介してバルブや真空ポンプなどにより構成された排気機構３９に接続されており、任意の排気量で処理空間１０を排気することができる。

【0016】

容器本体１３の底部には３つの貫通孔４１が設けられている。図４に示すように、この３つの貫通孔４１は平面視１つのホルダ保持部３５の外側に、当該ホルダ保持部３５の周に沿って設けられている。この貫通孔４１には、各々昇降ピン４２が垂直に挿通されている。図１を用いて説明すると、図中４３は昇降ピン４２の基端を支持する支持板、４４は支持板４３を介して昇降ピン４２を昇降させる昇降機構、４５は外側カバーである。外側カバー４５は、容器本体１３の外側から貫通孔４１、昇降ピン４２、支持板４３、昇降機構４４及び前記ホルダ保持部３５が接続される駆動部３４を囲み、真空容器１１内の真空度を担保する。支持板４３は、当該駆動部３４と干渉せずに昇降できるように構成されている。

【0017】

また、図１中４６は、容器本体１３の底面の略全体を覆う底面カバーであり、そのように底面を覆うことで、当該底面上に互いに区画されたリング状の領域４７、４８を形成している。リング状領域４７は上記のヒーター３６を含んでいる。リング状領域４８はリング状領域４７の外側に形成され、排気口３７上に位置している。底面カバー４６の表面には、リング状領域４８に連通する開口部４９が設けられ、処理空間１０の雰囲気は、当該開口部４９を介して排気口３７から排気される。このように互いに区画されたリング状領域４７、４８を形成するのは、排気されるガスがヒーター３６に接触して当該ヒーター３６を劣化させることを防ぐためである。また、底面カバー４６には、上記の昇降ピン４２が昇降するために通過する貫通孔、及び既述の回転軸３３が挿通された貫通孔が設けられている。

【0018】

続いて、真空容器１１の蓋体１２について説明する。この蓋体１２には、例えば６つのガスシャワーヘッド５１と、６つの原料ガス供給機構６と、が設けられており、図２に示すようにウエハＷの成膜処理時には、１つのウエハＷ上に１つのガスシャワーヘッド５１及び１つの原料ガス供給機構６が位置する。反応ガス供給部をなすガスシャワーヘッド５１には、後述の成膜原料となる原料ガスと反応してＴｉＮを生成する窒化ガスであるアンモニア（ＮＨ_３）ガスの供給源５２が接続されており、当該ガス供給源５２に貯留された反応ガスであるＮＨ_３ガスが、ガスシャワーヘッド５１から処理空間１０に供給される。

【0019】

上記の原料ガス供給機構６について、図５の縦断側面図及び図６の下面側斜視図を参照しながら説明する。原料ガス供給機構６は、本体部６１と、外筒部７１と、を備えている。本体部６１は蓋体１２を貫通するように設けられており、本体部６１の上部側は垂直に伸びる円柱形状に構成され、本体部６１の下部側は蓋体１２の下方にて横方向に向かうように屈曲して、原料ガス供給部を構成するガス供給ヘッド６２を構成している。このように横方向に向かって伸びるガス供給ヘッド６２の先端部は、下方に突出する円形の対向部６３として構成されている。この対向部６３は平面視円形に構成されており、その下面は、ウエハホルダ２６に保持されるウエハＷの表面に対向する対向面として構成されている。

【0020】

対向部６３の下面の中心部には、Ｔｉ（チタン）を含む原料ガスであるＴｉＣｌ_４（四塩化チタン）ガスを吐出する供給口である原料ガス吐出口６４が開口しており、ウエハＷの面内のうち局所的な領域にＴｉＣｌ_４ガスを供給することができる。また、本体部６１には、その下流端が原料ガス吐出口６４に接続されるガス流路６４Ａが形成されており、ガス流路６４Ａの上流端は、本体部６１の外側面に、当該本体部６１の周に沿って形成された溝６４Ｂに接続されている。また、本体部６１の外側面には、本体部６１の周に沿って形成された溝６５Ｂ、６６Ｂが設けられている。溝６５Ｂ、６４Ｂ、６６Ｂは、本体部６１の上方側から下方側に向かってこの順に形成されており、これら溝６４Ｂ〜６６Ｂは、蓋体１２よりも上方に位置している。

【0021】

外筒部７１は本体部６１の側周と上部とを囲み、図中７２は、外筒部７１の下端と蓋体１２との隙間をシールするＯリングである。外筒部７１の上方には回転機構７３が当該外筒部７１に固定されて設けられ、この回転機構７３は、外筒部７１の内部に進入する回転軸７４を介して本体部６１に接続され、本体部６１を鉛直軸周りに回転させることができる。この回転機構７３及びウエハＷの載置部をなすウエハホルダ２６を回転させる上記の駆動部３４は、ウエハＷに対して原料ガス供給部を構成するガス供給ヘッド６２を相対的に移動させる移動機構を構成する。

【0022】

また、外筒部７１の内側面には、本体部６１の溝６５Ｂ、６６Ｂと夫々同じ高さに外筒部７１の周に沿って溝６５Ｃ、６６Ｃが形成されており、外筒部７１の外側からこれら溝６５Ｃ、６６Ｃに開口するように、ガス供給管６５Ｄ、６６Ｄの下流端が、各々当該外筒部７１に接続されている。ガス供給管６５Ｄ、６６Ｄの上流端は、Ｎ_２（窒素）ガス供給源７５に接続されている。また、外筒部７１の外側には、溝６４Ｂに夫々開口するようにガス供給管６４Ｄの一端が接続されており、ガス供給管６４Ｄの他端はＴｉＣｌ_４ガス供給源７６に接続されている。このような構成によって、ＴｉＣｌ_４ガス供給源７６に貯留されたＴｉＣｌ_４ガスが、溝６４Ｂに供給されて原料ガス吐出口６４から吐出される。

【0023】

外筒部７１と本体部６１との間には、ベアリング７７及びシール部材７８Ａ、７８Ｂが設けられている。シール部材７８Ａは、溝６５Ｂの上方に配置され、シール部材７８Ｂは溝６６Ｂの下方に配置されている。外筒部７１の溝６５Ｃ、６６Ｃから溝６５Ｂ、６６Ｂに供給されるＮ_２ガスは、外筒部７１と本体部６１との隙間を介して溝６４Ｂへと流れるように各溝が形成されている。溝６４Ｂに流れたＮ_２ガスは、当該溝６４Ｂに供給されるＴｉＣｌ_４ガスと共にガス流路６４Ａを介して原料ガス吐出口６４から吐出される。このように溝６５Ｂ、６６Ｂに供給されるＮ_２ガスにより、ＴｉＣｌ_４ガスが外筒部７１及び本体部６１との隙間をシール部材７８Ａ、７８Ｂに向かって流れることが防がれる。従って、当該ＴｉＣｌ_４ガスが、これらシール部材７８Ａ、７８Ｂに接触して吸着され、パーティクルとなってしまうことが防がれる。

【0024】

図７は、下方から見たガスシャワーヘッド５１と、ガス供給ヘッド６２とを示している。上記のようにガス供給ヘッド６２は回転することができ、それによって原料ガス吐出口６４は、ウエハＷの中心部上と周縁部上との間で移動することができる。ウエハＷの処理時には、このガス供給ヘッド６２の回転に並行してウエハＷの回転が行われることで、ウエハＷの表面全体に原料ガスを供給することができる。図中Ｐ１、Ｐ２は、夫々ガス供給ヘッド６２の回転中心、ウエハＷの回転中心を示している。従って、原料ガス吐出口６４は、このＰ１を中心として公転するように移動する。

【0025】

この成膜装置１には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられている（図１参照）。この制御部１００には、後述のように成膜処理を実行するプログラムが格納されている。前記プログラムは、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する。具体的には、ヒーター３６によるウエハＷの加熱、回転機構２２によるホルダ載置用テーブル２３の回転、昇降機構４４による昇降ピン４２の昇降、排気機構３９による排気量の調整、駆動部３４によるホルダ保持部３５の昇降及び回転、各ガス供給源からガス供給ヘッド６２及びガスシャワーヘッド５１へのガスの給断などの動作が、前記制御信号に従って制御される。上記のプログラムにおいてはこれらの制御を行い、後述の各処理が実行されるようにステップ群が組まれている。当該プログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体から制御部１００内にインストールされる。

【0026】

処理空間１０の外部からウエハホルダ２６にウエハＷが受け渡される際の成膜装置１の動作について、図８を参照しながら説明する。ホルダ保持部３５がホルダ載置用テーブル２３の下方に位置し、且つ各ウエハホルダ２６がホルダ載置用テーブル２３のホルダ載置部２５に載置された状態で、ホルダ載置用テーブル２３が回転し、ウエハホルダ２６の１つが所定の位置に移動する。そして、ウエハＷを保持した搬送機構２９が外部から処理空間１０に進入し、昇降ピン４２の先端がウエハホルダ２６の貫通孔２８を介してホルダ載置用テーブル２３の上方に突出して、搬送機構２９から昇降ピン４２にウエハＷが受け渡される（図８上段）。

【0027】

搬送機構２９が処理空間１０から退出すると、昇降ピン４２が下降し、ウエハホルダ２６のウエハ載置用凹部２７内にウエハＷが載置され、昇降ピン４２の先端は、ホルダ載置用テーブル２３の回転を妨げないように当該ホルダ載置用テーブル２３の下方へ移動する（図８中段）。以降、ホルダ載置用テーブル２３の回転と上記の昇降ピン４２の昇降とにより、他のウエハ載置用凹部２７にも順次ウエハＷが受け渡される。そして、全てのウエハ載置用凹部２７にウエハＷが受け渡されると、ホルダ載置用テーブル２３の回転が停止した状態でホルダ保持部３５が上昇して、ウエハホルダ２６の裏面中心部を保持し、ウエハホルダ２６がホルダ載置部２５から浮き上がる（図８下段）。

【0028】

続いて、上記のようにウエハホルダ２６に載置されたウエハＷの表面に成膜処理が行われる様子を説明する。先ず、各ウエハホルダ２６が回転してウエハＷがその中心周りに回転する。つまり、ホルダ載置用テーブル２３によるウエハＷの移動を公転と見ると、各ウエハＷは自転するように回転する。また、このウエハＷの回転に並行して、ヒーター３６の出力の増大、各ガスシャワーヘッド５１から処理空間１０へのＮＨ_３ガスの供給、排気口３７を介しての処理空間１０の排気が、夫々行われる。

【0029】

ウエハＷの回転により当該ウエハＷの各部がヒーター３６の上方を通過して、ウエハＷの面内全体が所定の温度に加熱される。それに並行して、処理空間１０のＮＨ_３ガスの濃度が所定の濃度になると共に、処理空間１０が所定の圧力の真空雰囲気となる。然る後、各ガス供給ヘッド６２が回転し、対向部６３の原料ガス吐出口６４が原料ガス供給機構６の本体部６１の中心軸まわりに公転する。そして、各ガス供給ヘッド６２の原料ガス吐出口６４からＴｉＣｌ_４ガスが吐出される。図９は、このときの処理空間１０のガスの流れを矢印で示している。

【0030】

ウエハＷの表面を示す模式図である図１０も参照して説明する。原料ガス吐出口６４から吐出されたＴｉＣｌ_４ガスは対向部６３の下方を広がり、ウエハＷ表面における吐出口６４の投影領域とその近傍の領域とに局所的に供給される（図１０上段）。このＴｉＣｌ_４ガスは、ウエハＷの表面の熱によって、周囲のＮＨ_３ガスと化学反応を起こし、反応生成物としてＴｉＮを生じ、ウエハＷの表面に堆積する。このようなＣＶＤによって、ウエハＷの面内のうち対向部６３の吐出口６４に重なる領域とその近傍の領域とにＴｉＮの層が限定的に形成される（図１０下段）。ガス供給ヘッド６２の回転によって、対向部６３は回転するウエハＷの中心部上と周縁部上との間で移動する。そして、このウエハＷの回転及びガス供給ヘッド６２の回転によって、ウエハＷの面内においてＴｉＣｌ_４ガスが供給される領域が移動する、即ちＣＶＤによってＴｉＮの層が形成される領域が移動する。

【0031】

ガス供給ヘッド６２の対向部６３はウエハＷの表面全体を通過し、各ウエハＷの表面全体にＴｉＮの分子層が形成される。その後も引き続き、ウエハＷの回転及びガス供給ヘッド６２の回転が行われ、対向部６３は繰り返し複数回、ウエハＷの表面全体を通過して、ＴｉＮの分子層が積層される。このように分子層が積層されることで、ウエハＷの表面全体において、当該ＴｉＮ膜の膜厚が増加する。ＴｉＮ膜の膜厚が所望の大きさになると、ガス供給ヘッド６２からのＴｉＣｌ_４ガスの供給が停止すると共に、ウエハＷの回転及びガス供給ヘッド６２の回転が停止する。そして、ウエハホルダ２６に受け渡すときとは逆の動作で搬送機構２９にウエハＷが受け渡され、処理空間１０から搬出される。なお、上記のウエハＷ表面全体とは、ウエハＷにおける半導体デバイスの形成領域の全体の意味であり、従って、形成領域の外側のウエハＷの周縁部においてはＴｉＮ膜が形成されなくてもよい。

【0032】

この成膜装置１によれば、ウエハＷが載置されるウエハホルダ２６が駆動部３４により回転して当該ウエハＷが回転すると共に、ガス供給ヘッド６２が回転機構７３により回転して、原料ガス吐出口６４が回転するウエハＷの周縁部上と中心部上との間を移動する。これによって、原料ガス吐出口６４から吐出されるＴｉＣｌ_４ガスがウエハＷに供給される領域、即ちウエハＷにおいてＴｉＮ膜が形成される領域が移動する。従って、ウエハＷの回転速度及びガス供給ヘッド６２の回転速度を調整することで、ウエハＷの各部におけるガス供給ヘッド６２からのＴｉＣｌ_４ガスの供給量を制御することができる。従って、ウエハＷの各部においてＴｉＮ膜の膜厚を制御することができるので、ウエハＷの面内でＴｉＮ膜の膜厚の均一性の向上を図ることができる。

【0033】

成膜装置１での成膜処理中には、遠心力がウエハＷの周の各部に均一性高く働くため、ウエハＷがウエハホルダ２６内を移動することが抑えられる。従って、ウエハＷの裏面がウエハホルダ２６の底面に擦れたり、ウエハＷの側面がウエハホルダ２６の側壁に衝突することが抑えられるので、パーティクルの発生を抑えることができる。さらに、当該遠心力によるウエハホルダ２６からのウエハＷの脱離が起きることも抑えられる。

【0034】

上記のように、ガス供給ヘッド６２、ウエハＷの回転数を夫々調整することで、膜厚分布の調整を行うことができる。即ち、ガス供給ヘッド６２、ウエハＷは夫々成膜処理中に等速で回転してもよいし、成膜処理中に回転速度が変化してもよい。具体的には、ウエハＷの周縁部よりも中心部の膜厚が大きい場合、ガス供給ヘッド６２について、ウエハＷの中心部側を移動するときの回転速度より、ウエハＷの周縁部側を移動するときの回転速度を小さくすることで、ウエハＷの周縁部へのＴｉＣｌ_４ガスの供給量を上昇させる。それによって、周縁部の膜厚を増加させ、ウエハＷの面内での成膜処理の均一性の向上を図ることができる。また、ガス供給ヘッド６２がウエハＷの周縁部上を通過するときに、ウエハＷの中心部上を通過するときに比べて、ウエハＷの回転速度が小さくなるようにすることで、ウエハＷの周縁部へのＴｉＣｌ_４ガスの供給量を上昇させて、周縁部の膜厚を大きくしてもよい。即ち、ガス供給ヘッド６２がウエハＷの周縁部上を通過するときのウエハＷに対する相対的な移動速度が、ガス供給ヘッド６２がウエハＷの中心部上を通過するときのウエハＷに対する相対的な移動速度よりも小さくなるように、ガス供給ヘッド６２及びウエハＷの回転を制御する。

【0035】

反対に、ウエハＷの中心部よりも周縁部の膜厚が大きい場合は、ガス供給ヘッド６２がウエハＷの中心部上を通過するときのウエハＷに対する相対的な移動速度が、ガス供給ヘッド６２がウエハＷの周縁部上を通過するときのウエハＷに対する相対的な移動速度よりも小さくなるように、ガス供給ヘッド６２及びウエハＷの回転を制御する。それによって、ウエハＷの面内の膜厚の均一性を高くすることができる。

【0036】

成膜装置１では、吐出口６４からＴｉＣｌ_４ガスを下方に局所的に供給しているため、例えば処理空間１０全体に亘ってＴｉＣｌ_４ガスを吐出するようにガスシャワーヘッドなどを設ける構成に比べてＴｉＣｌ_４ガスが供給される領域の縮小化を図ることができる。従って、処理コストの上昇を抑えることができる。また、成膜処理中にはウエハＷがその中心周りに回転しているため、上記の例で示すように、真空容器１１の底面を径方向に見て、ヒーター３６を回転軸３３よりも外側のみに配置することでウエハＷ全体を加熱することができる。そのようにヒーター３６を回転軸３３の外側のみに配置する代わりに、内側のみに配置してもよい。このようにヒーター３６を設けるために必要となる領域が比較的小さいため、ヒーター３６の配置の自由度を高くすることができる。上記の例ではヒーター３６を真空容器１１内の真空雰囲気に設けているが、例えば真空容器１１の外部の大気雰囲気に設けてもよい。

【0037】

上記の成膜装置１では、各ウエハホルダ２６のウエハＷには、同様の膜厚で成膜されるように処理が行われる。つまり、各ウエハホルダ２６が互いに同様の速度で回転すると共に各ウエハＷが同様の速度で回転する。ただし、例えば各ウエハホルダ２６の回転速度及び／または各ウエハＷの回転速度について互いに異なる速度に設定して、各ウエハホルダ２６のウエハＷに異なる膜厚のＴｉＮ膜が成膜されるようにしてもよい。なお、上記の例では、６つのガスシャワーヘッド５１を配置しているが、処理空間１０にＮＨ_３ガス雰囲気を形成できればよいため、ガスシャワーヘッド５１は１つのみ設けるようにしてもよい。

【0038】

（第１の実施形態の第１の変形例）
図１１には、第１の実施形態の第１の変形例に係る成膜装置８１を示している。成膜装置１との差異点を中心に説明すると、成膜装置８１では排気口３７がウエハＷの底面の周縁部に設けられる代りに、ホルダ載置用テーブル２３の表面の中心部に開口している。ホルダ載置用テーブル２３の裏面中心部には、回転軸２１の代わりに起立した回転筒８２が、ホルダ載置用テーブル２３を支持するように設けられ、上記の排気口３７は、この回転筒８２内に連通する。そして、回転筒８２内の下方側には起立した排気管８３の一端が設けられ、排気口３７を介して処理空間１０に開口している。排気管８３の他端は排気機構３９に接続されている。

【0039】

図中８４は、容器本体１３の底部の開口部１８の内周と回転筒８２の外周との隙間をシールするシール部材であり、図中８５は排気管８３の外周と回転筒８２の内周との隙間をシールするシール部材である。これらのシール部材８４、８５は、回転筒８２がその軸周りに回転可能であるように各隙間をシールしている。図中８６は、モーターとベルトとからなり、回転筒８２を中心軸周りに回転させるための回転機構である。

【0040】

（第１の実施形態の第２の変形例）
図１３には、第１の実施形態の第２の変形例に係る成膜装置８６を示している。ただし、成膜装置１と同様に構成されている部分に関して、図示を省いているものがある。成膜装置８６における成膜装置１との構成の差異点を説明すると、この成膜装置８６ではホルダ保持部３５が昇降せず、ホルダ載置用テーブル２３が昇降する。ホルダ載置用テーブル２３の回転軸２１は、上記の回転機構２２の代わりに駆動部８７に接続されており、当該駆動部８７によりホルダ載置用テーブル２３の昇降及び回転が行われる。

【0041】

この成膜装置８６においては、ウエハホルダ２６に対するウエハＷの受け渡しについて、成膜装置１における受け渡しと異なる。この差異点を説明すると、図１２に示すように、先ずホルダ載置用テーブル２３がホルダ保持部３５よりも高い位置に位置する状態で、当該ホルダ載置用テーブル２３の回転と昇降ピン４２の昇降とが行われ、搬送機構２９からウエハＷがウエハホルダ２６に受け渡される。全てのウエハホルダ２６にウエハＷが受け渡されると、ウエハホルダ２６の裏面の中心部下方にホルダ保持部３５が位置する状態となり（図１３上段）、然る後、ホルダ載置用テーブル２３が下降する。そして、ホルダ保持部３５によって、ウエハホルダ２６がホルダ載置用テーブル２３のホルダ載置部２５から浮き上がると共にホルダ保持部３５にウエハホルダ２６が保持され、ウエハホルダ２６がホルダ保持部３５により回転可能な状態となる（図１３下段）。

【0042】

ウエハホルダ２６から搬送機構２９にウエハＷを受け渡す際には、このような動作と逆の動作が行われる。なお、例えばウエハホルダ２６には係合部としてピン、ホルダ保持部３５には被係合部として凹部が夫々設けられ、当該ピンが凹部に差し込まれて係合することで、既述のようにウエハホルダ２６がホルダ保持部３５に保持されるようにすることができる。ホルダ保持部３５にピンが設けられ、ウエハホルダ２６に凹部が設けられていてもよい。

【0043】

（第１の実施形態の第３の変形例）
図１４の各段には、第１の実施形態の第３の変形例に係る成膜装置９１を示している。この成膜装置９１は、ホルダ保持部３５とは形状が異なるホルダ保持部９２を備えていることを除いて成膜装置１と同様に構成されており、ウエハＷの受け渡しについて関連性が低い部材についての図示を省略している。図１５は、下方から見たホルダ保持部９２を示しており、ホルダ保持部９２はホルダ保持部３５に相当する円形部９３と、円形部から放射状に３方向に伸びる羽根部９４と、を備えている。円形部９３は、ウエハホルダ２６の裏面中心部を保持する。

【0044】

成膜装置１と同様に、成膜装置９１においてはホルダ保持部９２がホルダ載置用テーブル２３の下方に位置する状態で、昇降ピン４２の昇降とホルダ載置用テーブル２３の回転とが行われ、各ウエハホルダ２６に順次ウエハＷが受け渡される。図１５の上段は、そのように昇降ピン４２が昇降している状態を示している。このように昇降ピン４２が昇降するとき、図１５の上段に示すように、ホルダ保持部９２の各羽根部９４の向きは、当該ウエハホルダ２６の貫通孔２８に重ならない向きとなっている。

【0045】

ウエハホルダ２６へのウエハＷの受け渡しが終わり、昇降ピン４２がホルダ保持部９２よりも下方に位置すると、各羽根部９４がウエハホルダ２６の貫通孔２８に重なるようにホルダ保持部９２が回転した後に上昇する。それによって、ホルダ保持部９２の円形部９３によりウエハホルダ２６が保持されると共に、羽根部９４により貫通孔２８が塞がれる。図１４の下段は、そのようにウエハホルダ２６が保持された状態を示しており、図１５の下段は、このときの貫通孔２８と羽根部９４との位置を示している。

【0046】

成膜装置９１においては、このように貫通孔２８がウエハホルダ２６の裏面側から塞がれた状態でウエハＷが回転して、成膜処理が行われる。このように貫通孔２８を塞ぐことで、ウエハホルダ２６の表面側と裏面側との間で圧力差が生じても、貫通孔２８を介してウエハホルダ２６の裏面からウエハＷの裏面へガスが流れることが防がれる。結果として、ウエハホルダ２６からのウエハＷの脱離を抑えることができる。

【0047】

図１６にはホルダ保持部の他の構成として、下方から見たホルダ保持部９６を示している。このホルダ保持部９６は、成膜装置１のホルダ保持部３５と同様に円形に構成されているが、その径はホルダ保持部３５の径よりも大きい。そして、ウエハホルダ２６の裏面中央部を保持すると共に、ウエハホルダ２６の貫通孔２８を塞ぐことができるように構成されている。図１７は、このホルダ保持部９６を備えるように成膜装置１を構成した場合の昇降ピン４２の位置の例を示している。この例では昇降ピン４２は、処理空間１０を周方向に見て、一のホルダ保持部９６と、当該一のホルダ保持部９６に隣接する他のホルダ保持部９６との間を昇降するように構成されている。このような配置によって昇降ピン４２がホルダ保持部９６に干渉せずに、ウエハＷをウエハホルダ２６に受け渡すことができる。

【0048】

（第２の実施形態）
続いて、図１８に示す第２の実施形態に係る成膜装置１０１について、第１の実施形態の第１の変形例として示した成膜装置８１との差異点を中心に説明する。成膜装置１０１では、ホルダ載置用テーブル２３の表面中心部には排気口８９が設けられておらず、成膜装置１と同様に、容器本体１３の底面の周縁に排気口３７が設けられている。ホルダ載置用テーブル２３には、ホルダ載置用テーブル２３の中心部を表裏方向に貫通する中心部貫通孔１０２が設けられており、回転筒８２内に連通している。回転筒８２の下端部は、容器本体１３の底面において開口部１８の外側を囲むように形成されたリング状の開口部１０３を介して真空容器１１の外部に延出されており、回転筒８２の外側、内側に夫々設けられるシール部材８４、８５は、夫々この開口部１０３と回転筒８２との隙間をシールする。

【0049】

そして成膜装置１０１には、原料ガス供給機構６が設けられる代りに、当該原料ガス供給機構６と概ね同様に構成された原料ガス供給部１１１が設けられている。原料ガス供給部１１１において、原料ガス供給機構６と同様に構成された部材については、当該部材と同じ符号を付している。原料ガス供給部１１１の原料ガス供給機構６との差異点としては、外筒部７１がＯリング７２を介して、容器本体１３の底部の開口部１８を、真空容器１１の外部の下方側から塞ぐように設けられていることが挙げられる。

【0050】

そして、原料ガス供給部１１１を構成する本体部６１は、この外筒部７１内から回転筒８２内及び中心部貫通孔１０２を介して、ホルダ載置用テーブル２３の上方へ向かって伸びる中心軸１１２と、中心軸１１２の上端部から６方向に放射状に広がるように伸びるアーム１１３を形成し、アーム１１３の先端部は各々平面視円形のガス供給ヘッド１１４を形成している。即ち、ガス供給ヘッド１１４内、アーム１１３内及び中心軸１１２内に、第１の実施形態で説明したガス流路６４Ａが設けられている。このように、ガス供給ヘッド１１４は６つ設けられるが、図１８では図示の複雑化を防ぐために、そのうちの１つのみ表示している。図１９では、各ガス供給ヘッド１１４の上面を示している。各ガス供給ヘッド１１４は回転機構７３によって、平面視、処理空間１０の中心周りに公転することができる。

【0051】

ガス供給ヘッド１１４はその形状が異なる他は、第１の実施形態のガス供給ヘッド６２と同様に構成されており、ガス供給ヘッド１１４の下部は、ガス供給ヘッド６２の対向部に相当する。即ち、ガス供給ヘッド１１４の下面はウエハＷに対向し、原料ガス吐出口６４が当該下面に開口している。

【0052】

図２０は、６つのうち１つのガス供給ヘッド１１４を例に挙げて、成膜処理中におけるガス供給ヘッド１１４の動作を示している。当該ガス供給ヘッド１１４は、平面視時計回りの移動と反時計回りとの移動とを交互に繰り返すことでウエハＷの周縁部上と中心部上との間を往復移動する。このような往復移動が行われるにあたり、移動領域の一端、他端に夫々位置するときのガス供給ヘッド１１４を、図中に実線、鎖線で夫々示している。当該一端に位置するときのガス供給ヘッド１１４の原料ガス吐出口６４の中心と、当該他端に位置するときのガス供給ヘッド１１４の原料ガス吐出口６４の中心と、ガス供給ヘッド１１４の公転の中心とのなす角θは、例えば３０°である。

【0053】

成膜処理中はこのようにガス供給ヘッド１１４が移動することに加えて、第１の実施形態のガス供給ヘッド６２と同様に、ガス供給ヘッド１１４からＴｉＣｌ_４ガスの吐出が行われる。また、第１の実施形態と同様にガスシャワーヘッド５１からガスが供給されると共に、ウエハＷが回転することで、ウエハＷの表面全体にＴｉＮ膜が形成される。従って、この第２の実施形態の成膜装置１０１も成膜装置１と同様の効果を奏する。また、上記の図２０に示した例では成膜処理時にガス供給ヘッド１１４は往復運動しているが、このように往復運動することには限られず、上記の平面視時計回りの移動及び反時計回りの移動のうちの一方のみを継続して行い、真空容器１１内を回転運動するようにしてもよい。即ち、１つのガス供給ヘッド１１４が６つのウエハＷ上を移動するようにしてもよい。

【0054】

（第２の実施形態の第１の変形例）
ところで、ガス供給ヘッド１１４は１つのウエハＷに対して１つ設けられることに限られず、複数のウエハＷに共用されるようにしてもよい。図２１に示す第２の実施形態の第１の変形例では上記の成膜装置１０１において、ガス供給ヘッド１１４を１つのみ設けている。このガス供給ヘッド１１４は、成膜処理中に処理空間１０を例えば平面視時計回りに繰り返し移動する。即ち、６つの回転するウエハＷ上を移動することで、各ウエハＷの表面全体にＴｉＣｌ４ガスを供給することができる。このような構成とすることで、装置の製造コストの低下を図ることができる。

【0055】

（第３の実施形態）
図２２は、第３の実施形態に係る成膜装置１２１の縦断斜視図である。この成膜装置１２１では、真空容器１１内で１枚のウエハＷに成膜処理が行われる。成膜装置１との差異点を説明すると、成膜装置１にはホルダ載置用テーブル２３及びホルダ保持部３５が設けられておらず、回転軸３３の上端は、ウエハホルダ２６に接続されている。図中１２２は、回転軸３３と容器本体１３との隙間をシールするシール部材である。図中１２３は、ウエハホルダ２６に載置されるウエハＷの側周を囲む水平なリング板である。リング板１２３の周縁部は下方へ向けて折り曲げられて筒状の屈曲部１２４をなし、屈曲部１２４は容器本体１３の側面から若干離れている。この屈曲部１２４と容器本体１３の内側面との間の隙間は、容器本体１３の底面の排気口３７に連通しており、処理空間１０を排気することができる。

【0056】

図中１２５はリング板１１２の裏面から下方に伸びる筒状部であり、１２６は容器本体１３の底面から上方に伸びる筒状部であり、筒状部１２６の上端は筒状部１２５の下端と屈曲部１２４の下端との間に進入している。筒状部１２５の内側には、同心円状に配置された３つのヒーター３６が、ウエハＷの周に沿って設けられており、筒状部１２５、１２６は、排気口３７へと排気されるガスがヒーター３６に向かうことを抑える役割を有する。

【0057】

この成膜装置１２１にも原料ガス供給機構６が設けられている。図２２中では、図６に示したベアリング７７、各シール部材７８Ａ、７８Ｂ及び回転機構７３などを省略して示している。また、この成膜装置１２１の真空容器１１の蓋体１２にはガスシャワーヘッド５１が設けられる代りに、処理空間１０にＮＨ３ガスを供給するための供給路１２７が設けられている。このような成膜装置１２１においても、ウエハＷの各部における膜厚分布を調整することができるので、第１の実施形態で説明した効果を得ることができる。

【0058】

（第４の実施形態）
図２３、図２４は、夫々第４の実施形態に係る成膜装置１３１の縦断側面図、横断平面図である。この成膜装置１３１について、成膜装置１との差異点を中心に説明する。この成膜装置１３１では３つのウエハホルダ２６に載置されたウエハＷには、成膜装置１と同様にＣＶＤによるＴｉＮ膜の成膜処理が行われる。そして、他の３つのウエハホルダ２６に載置されたウエハＷには、当該ウエハＷ表面に形成された例えばＴｉＮ膜のプラズマによる改質処理が、上記の成膜処理と並行して行われる。つまり成膜装置１３１は、改質装置として兼用される。便宜上、成膜を行うウエハホルダを２６Ａ、改質を行うウエハホルダを２６Ｂとして示しており、ホルダ載置用テーブル２３の周方向に、２６Ａ、２６Ｂが例えば交互に配列されている。

【0059】

ウエハホルダ２６Ｂを保持するホルダ保持部９６内には、例えば電極１３２が設けられている。この電極１３２に一端が接続される配線の他端は、例えば回転軸３３の中心を軸方向に貫いて真空容器１１の外部に引き出され、高周波電源１３３に接続されており、回転軸３３及びウエハホルダ２６の回転中に、電極１３２に高周波電力を供給できるように構成されている。

【0060】

ウエハホルダ２６Ａ、２６Ｂは、ホルダ載置用テーブル２３により所定の位置に配置されて処理が行われる。蓋体１２の下面において、このように所定の位置に配置されたウエハホルダ２６Ｂと対向する円形領域が下方に突出して、プラズマ発生用のガス供給部１３４を形成している。このガス供給部１３４には、ウエハＷと対向するように吐出口１３５が開口しており、蓋体１２に形成された流路を介して、プラズマ発生用ガスである例えばＨ_２（水素）ガス及びＡｒ（アルゴン）ガスの混合ガスを供給するガス供給源１３６に接続されている。

【0061】

プラズマ発生用のガス供給部１３４の周縁部は、さらに下方へ突出してウエハホルダ２６Ｂの周縁部に対向すると共に近接するリング部１３７を形成しており、このリング部１３７には、当該周方向に沿ってパージガスの吐出口１３８が形成されている。パージガス吐出口１３８は、蓋体１２に形成された流路を介してパージガスである例えばＮ_２ガスの供給源１３９に接続されている。

【0062】

また、蓋体１２にはガス供給部１３４を貫通する貫通孔１４０が形成されており、この貫通孔１４０は、前記ホルダ保持部９６の電極１３２に重なると共にウエハＷの半径上に開口している。そして、この貫通孔１４０にはプラズマ発生部１４１が設けられている。プラズマ発生部１４１は、カップ体１４２、ファラデーシールド１４３、コイル１４４及び高周波電源１４５を含んでいる。カップ体１４２は例えば石英からなり、上側が開口すると共に貫通孔１４０を塞ぐように形成されている。

【0063】

上記のファラデーシールド１４３は接地された導電性の板状体からなり、カップ体１４１の底面上に設けられている。コイル１４４は鉛直軸周りに巻回され、ファラデーシールド１４３上に設けられている。ファラデーシールド１４３と、コイル１４４との間には図示しない絶縁体が介在し、これらを絶縁している。高周波電源１４５は、コイル１４４に高周波電力を供給する。ファラデーシールド１４３においては、高周波電力の印加により、コイル１４４の周囲に発生した電磁界における電界成分が処理空間１０へ向かうことを阻止するために例えばコイル１４４と直交する方向に伸びるスリットが、コイルの伸びる方向に多数配列されるように形成されている。このような構成により、カップ体１４２の下方が、プラズマ発生用ガスによりプラズマが形成されるプラズマ形成領域とされている。このプラズマ形成領域は、処理中にウエハＷが回転するため、ウエハホルダ２６Ｂに保持されるウエハＷの半径をカバーする大きさであればよい。

【0064】

この成膜装置１３１では、成膜装置１と同様に、ウエハホルダ２６Ａ、２４Ｂに夫々近接するように６つの開口部４９が設けられて、各開口部４９からガスが排気される。開口部４９は、例えば成膜装置１と同様にホルダ載置用テーブル２３の周縁部の下方に設けられるが、後述する図２６では、図示が複雑化することを防ぐために、ホルダ載置用テーブル２３の外側に示している。

【0065】

図２５、図２６は、成膜装置１３１におけるウエハＷの処理時におけるガスの流れを矢印で示している。このウエハＷの処理時には、成膜装置１におけるウエハＷの処理時と同様に、ウエハホルダ２６Ａ、２６Ｂは回転する。ウエハホルダ２６Ａ上のウエハＷには、図９、図１０で説明したように回転するガス供給ヘッド６２からＴｉＣｌ_４ガスが供給され、当該ＴｉＣｌ_４ガスがガスシャワーヘッド５１から供給されたＮＨ_３ガスと反応して成膜される。供給されたＴｉＣｌ_４ガスは、ウエハホルダ２６Ａに近接する開口部４９からＮＨ_３ガスと共に排気される。

【0066】

ウエハホルダ２６Ｂでは、ガス供給源１３６、１３９からパージガス及びプラズマ発生用ガスが供給され、高周波電源１４５によりコイル１４４に高周波が印加されることにより、カップ体１４１の下方領域において、プラズマ発生用ガスがプラズマ化して、ウエハＷの改質が行われる。また、このようにコイル１４３への高周波の印加時は、高周波電源１３３から電極１３２へも高周波が印加される。ファラデーシールド１４２とホルダ保持部９６の電極１３２が対向電極となり、ウエハＷ上に形成されるプラズマは、容量結合型のプラズマとなる。このプラズマ中ではイオンが上下動し、ウエハＷに衝突するのでウエハＷに比較的深い凹部が形成されており、当該凹部内にＴｉＮ膜が成膜されても、当該ＴｉＮ膜の改質を確実に行うことができる。

【0067】

ウエハホルダ２６Ｂの周縁部に供給されたパージガスは、ウエハホルダ２６Ｂの外方へ流れ、ウエハホルダ２６Ｂに近接する開口部４９より排気される。このパージガスの流れによって、ＮＨ_３ガス及びＴｉＣｌ_４ガスがウエハホルダ２６Ｂに保持されるウエハＷ上に流入することが防がれる。プラズマ発生用ガスについては、当該プラズマ発生用ガスが供給されたウエハホルダ２６Ｂに近接する開口部４９より、パージガスと共に排気される。

【0068】

上記したようにパージガスの流れによって、ＮＨ_３ガス及びＴｉＣｌ_４ガスが供給される領域が限定され、成膜装置１３１では互いに異なるウエハホルダ２６に保持されるウエハＷに互いに異なる処理を行うことができる。成膜装置と改質装置とを個別に製造することに対して、排気機構３９など装置を構成する部品が共有化されることになるため、成膜装置１３１では装置の製造コストの低下を図ることができる。

【0069】

図２７には、成膜装置１３１の変形例である成膜装置１５１を示している。成膜装置１３１との差異点としては、図１１で示した成膜装置８１のようにホルダ載置用テーブル２３を支持する回転筒８２が設けられ、排気機構３９により回転筒８２内が排気される。成膜装置８１ではホルダ載置用テーブル２３の中央に回転筒８２内と連通する排気口３７が設けられているが、この成膜装置１５１では排気口３７がウエハホルダ２６Ａ、２６Ｂを夫々囲むようにホルダ載置用テーブル２３に多数形成されている。ウエハホルダ２６Ａ、２６Ｂから外方に流れた各ガスが排気口３７から排気されることで、ウエハホルダ２６Ａ上のウエハＷの雰囲気とウエハホルダ２６Ｂ上のウエハＷの雰囲気とが分離されて、成膜装置１３１と同様に成膜処理及び改質処理が行われる。

【0070】

（第１の実施形態の第４の変形例）
続いて、成膜装置１の第４の変形例に係る成膜装置１６１について、図２８を参照しながら成膜装置１との差異点を中心に説明する。この成膜装置１６１の蓋体１２には、成膜処理時における各ウエハＷ上に変位センサ１６２が設けられている。変位センサ１６２は下方に向けて光を照射すると共に、この光が照射された被照射物からの反射光を受光し、当該受光された反射光についてのデータ信号を制御部１００に送信する。そして、制御部１００は、このデータ信号から変位センサ１６２と被照射物との間の距離を算出できるように構成されている。

【0071】

図２９の平面図を参照して、変位センサ１６２が設けられる位置についてさらに説明すると、変位センサ１６２は、例えばウエハホルダ２６に保持されるウエハＷの周縁部上に設けられる。図２９では回転するガス供給ヘッド６２の各位置を、実線、一点鎖線、二点鎖線で示しており、二点鎖線で示すように変位センサ１６２の下方を、ガス供給ヘッド６２が通過することができる。また、実線及び一点鎖線で示すように、ガス供給ヘッド６２は変移センサ１６２の下方から退避することができる。つまり、ウエハＷの周縁部及びガス供給ヘッド６２が、既述の被照射物となる。

【0072】

成膜装置１６１の動作について、図３０を参照しながら説明する。成膜装置１と同様に６枚のウエハＷが各ウエハホルダ２６に載置された後、駆動部３４によってホルダ保持部３５が上昇してウエハホルダ２６を保持し、所定の高さ位置でホルダ保持部３５の上昇が停止する。そして、ウエハホルダ２６が回転し、ヒーター３６によりウエハＷ全体が加熱される。然る後、変位センサ１６２の下方に位置した状態のガス供給ヘッド６２と変位センサ１６２とのなす距離Ｄ１（図３０上段参照）が算出される。続いて、ガス供給ヘッド６２が回転して変位センサ１６２の下方から退避した後に静止し、回転するウエハＷの周縁部と変位センサ１６２とのなす距離Ｄ２（図３０中段参照）が例えば所定の間隔をおいて、複数回取得される。その後、Ｄ２の平均が算出され、さらにＤ２の平均とＤ１との差分が算出される。

【0073】

然る後、算出されたＤ２の平均とＤ１との差分が、予め設定された基準値になるように、駆動部３４によってウエハホルダ２６が上記の所定の位置から上昇または下降し、ウエハＷの高さの位置合わせが行われる。図３０の下段では、ウエハホルダ２６が上昇する例を示している。高さの位置合わせ後、成膜装置１と同様に、ガス供給ヘッド６２の回転とガス供給ヘッド６２からのＴｉＣｌ_４ガスの供給とが行われて、成膜装置１と同様にウエハＷにＴｉＮ膜が成膜される。

【0074】

このようにウエハＷの高さの位置合わせを行う理由を説明する。例えばウエハＷの反りや、ガス供給ヘッド６２及びウエハホルダ２６の熱膨張や、装置の組み立て誤差などにより、成膜処理を行うためにホルダ保持部３５がウエハホルダ２６を保持して所定の高さ位置に移動したときのウエハＷの表面とガス供給ヘッド６２との距離が、設計値からずれてしまう場合がある。この場合、ガス供給ヘッド６２の対向部６３とウエハＷ表面との間の隙間におけるＴｉＣｌ_４ガスの濃度が、所望の膜厚を得るための濃度から乖離するおそれがある。しかし成膜装置１６１によれば、上記のウエハＷの高さ調整が行われることで、そのようなＴｉＣｌ_４ガスの濃度の乖離が抑えられ、ウエハＷに形成されるＴｉＮ膜の膜厚を、より精度高く制御することができる。

【0075】

対向部６３とウエハＷ表面との間の空間におけるＴｉＣｌ_４ガスの濃度を高くして成膜処理に要する時間を短縮する観点からは、ＴｉＣｌ_４ガス吐出時におけるウエハＷの表面と対向部６３の下面との距離Ｄ３（図３０下段参照）が小さいほど好ましい。上記のウエハＷの高さ調整は、そのようにガスの濃度を高くし、且つウエハＷと対向部６３との接触を防ぐ目的から、例えば距離Ｄ３が０．５ｍｍ〜３ｍｍになるように行われる。なお、この成膜装置１６１では駆動部３４を介してウエハＷが昇降して距離Ｄ３が調整されるが、ガス供給機構６２を昇降させる昇降機構を設けてガス供給ヘッド６２をウエハＷに対して昇降させ、上記のＤ３が調整されるようにしてもよい。

【0076】

図３１では成膜装置１において、５つの原料ガス吐出口６４を備えるようにガス供給ヘッド６２の対向部６３を形成した例を示している。移動する軌跡が最も大きい原料ガス吐出口６４について見ると、図３１の上段に示すガス供給ヘッド６２は回転することにより、横方向に見てウエハＷの一端部上、中心部上にて上記の原料ガス吐出口６４の移動方向が切り返される。図中の一点鎖線は、ウエハＷの中心軸（回転軸）を示している。このようにウエハＷの一端部上、中心部上で移動方向の切り返しが行われると、ウエハＷ及びガス供給ヘッド６２が等速で回転する場合、回転するウエハＷの一端部上及び中心部上に原料ガス吐出口６４が配置される時間が、他の領域上に配置される時間に比べて短くなる。ウエハＷの端部は、中心部に比べて面積が大きいことから、そのようにウエハＷの一端部上に原料ガス吐出口６４が配置される時間が短いと、ウエハＷの端部にてガスの供給量が少なくなり、ウエハＷの面内で膜厚がばらつくことになる。

【0077】

そこで、図３１の下段のガス供給ヘッド６２では、横方向に見て、回転するウエハＷの一端の外側で原料ガス吐出口６４の移動方向が切り返されるように、ガス供給ヘッド６２が回転する。つまり、原料ガス吐出口６４によるガスの吐出位置が、回転するウエハＷの中心部と、当該ウエハＷの外側領域との間を移動している。この吐出位置は、具体的には例えば吐出口６４のガスの吐出方向に向かう投影領域である。なお、この図３１の下段のガス供給ヘッド６２では、ウエハＷの中心部の成膜量も多くするために、ウエハＷの中心部上よりも他端側で原料ガス吐出口６４の移動方向が切り返されるようにしている。図３２も用いて、図３１の下段のガス供給ヘッド６２ウエハＷの周縁部の成膜について説明すると、図３２は、当該ガス供給ヘッド６２が移動し得る横方向の領域を複数に分割して数値を付した表を示している。表中に縦方向に並んだ数値は、ウエハＷの回転した回数を示しており、従って処理開始からの経過時間に対応する。

【0078】

この表は、原料ガス吐出口６４の位置とウエハＷの回転した回数とを対応付けて示すものであり、表中の原料ガス吐出口６４の位置に対応する表のマス目には１を付している。ここではガス供給ヘッド６２及びウエハＷが等速で回転し、表のマス目に付した１はガスの供給量、即ち成膜量に対応するものとする。図中の上段側の表、下段側の表が、夫々原料ガス供給ヘッド６２がウエハＷの中心部側、周縁部側に向かうときの成膜量を表す。上記のように原料ガス吐出口６４によるガスの吐出位置が、回転するウエハＷの中心部と、当該ウエハＷの外側領域との間を移動しているため、各表において、ウエハＷの領域に対応する各領域０〜５の成膜量の合計は、ウエハＷの外側の領域に対応する各領域−４〜−１の成膜量の合計よりも多く、領域０〜領域５間では成膜量の合計は揃っており、ウエハＷの面内におけるウエハＷの膜厚のばらつきが抑えられている。

【0079】

既述の各例ではガス供給ヘッド６２は連続的に回転させているが、ウエハＷの径方向におけるガスの供給位置を変移させることができればよいため、間欠的に回転させてもよい。また、原料ガス吐出口６４が公転するようにガス供給ヘッド６２が回転する構成とする代わりに、原料ガス吐出口６４がウエハＷの中心部上と周縁部上との間を移動するようにガス供給ヘッド６２が直線移動する構成としてもよい。また、ガス供給ヘッド６２の位置が固定され、回転するウエハホルダ２６が横方向に移動することで、原料ガスの供給位置が回転するウエハＷの周縁部と中心部との間で移動する装置構成としてもよい。

【0080】

上記の例ではＣＶＤとして、原料ガスであるＴｉＣｌ_４を反応ガスであるＮＨ_３ガスにより窒化する例について示したが、ＣＶＤによる成膜が可能な膜種であれば、上記以外のものにも適用可能である。具体的には例えば原料ガスとしてＴＭＡ（トリメチルアルミ（Ａｌ（ＣＨ_３）_３））あるいはＴＥＡ（トリエチルアルミ（Ａｌ（Ｃ_２Ｈ_５）_３））をガス供給ヘッド６２から供給し、ガスシャワーヘッド５１から反応ガスとしてＯ_３ガスまたはＯ_２ガスを供給することで、ウエハＷ表面に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜を形成することができる。

【0081】

ＳｉＨ_４（モノシラン）ガスをウエハＷ表面で熱により分解してＳｉ膜を成膜する場合、即ち、原料ガスと反応ガスとの化学反応を行わず、原料ガスのみにて成膜を行う場合は、ガスシャワーヘッド５１を設けなくてよい。つまり、本発明は反応ガスを用いなくてもよい。また、そのようにＳｉＨ４ガスによりＳｉ膜を形成する場合、ガスシャワーヘッド５１の代わりにプラズマ発生部１４１を設け、ウエハＷにおいてＳｉＨ_４ガスが供給されない領域にはプラズマが形成されるようにし、Ｓｉ膜の形成と、当該Ｓｉ膜のプラズマによる改質処理とを並行して行ってもよい。また、上記の各実施形態及び各実施形態の変形例で示した構成は、互いに組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0082】

Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１０ 処理空間
１１ 真空容器
２３ ホルダ載置用テーブル
２６ ウエハホルダ
３４ 駆動部
３５ ホルダ保持部
５１ ガスシャワーヘッド
６ 原料ガス供給部
６２ ガス供給ヘッド
６３ 対向部
６４ 原料ガス吐出口
７３ 回転機構
１００ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】