特許 6767844 成膜装置及び成膜方法

(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】6767844

(24)【登録日】2020年9月24日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】成膜装置及び成膜方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20201005BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20201005BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20201005BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/31 C

   H01L21/316 X

   C23C16/455

【請求項の数】12

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2016-220589(P2016-220589)

(22)【出願日】2016年11月11日

(65)【公開番号】特開2018-78233(P2018-78233A)

(43)【公開日】2018年5月17日

【審査請求日】2019年5月20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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】三浦 繁博

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 潤

【審査官】 綿引 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２５４１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０３９７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／３１４−２１／３１８

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理室と、
該処理室内に設けられ、基板を上面に周方向に沿って載置可能な基板載置領域を有する回転テーブルと、
前記基板の全体を覆うことができるように該回転テーブルの半径方向に延在し、該回転テーブルの上方に該回転テーブルと第１の間隔を有して設けられた原料ガス供給手段と、
前記回転テーブルの前記半径方向の軸側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第１の間隔よりも広い第２の間隔を有して設けられた軸側補助ガス供給手段と、
前記回転テーブルの前記半径方向の外周側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第２の間隔と等しいかそれよりも広い第３の間隔を有して設けられた外周側補助ガス供給手段と、を有し、
前記原料ガス供給手段、前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段は、シャワーヘッドとして一体的に構成されており、
前記シャワーヘッドは、前記回転テーブルの前記周方向の一部を扇形に覆う形状を有する成膜装置。

【請求項2】

前記原料ガス供給手段、前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段は、前記シャワーヘッドの底面に、前記回転テーブルの前記半径方向に沿って直線状に配列された複数のガス吐出孔を各々有する請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記複数のガス吐出孔は、前記シャワーヘッドの前記底面内で、前記回転テーブルの回転方向の上流側の所定位置に配置された請求項２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記原料ガス供給手段、前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段は、各々独立して流量及びガス組成を変更可能なように、個別の供給ラインとして構成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記原料ガス供給手段は少なくとも原料ガス供給源に接続され、
前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段は少なくとも不活性ガス供給源に接続された請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記原料ガス供給手段、前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段は、前記扇形の左右対称の中心よりも前記回転テーブルの回転方向の上流側寄りに設けられている請求項1乃至５のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項7】

処理室と、
該処理室内に設けられ、基板を上面に周方向に沿って載置可能な基板載置領域を有する回転テーブルと、
前記回転テーブルの周方向の一部に設けられた原料ガス供給領域において、該回転テーブルの半径方向に延在し、該回転テーブルの半径全体を覆うように該回転テーブルの上方に該回転テーブルと第１の間隔を有して設けられた原料ガス供給手段と、
前記原料ガス供給領域において、前記回転テーブルの前記半径方向の軸側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第１の間隔よりも広い第２の間隔を有して設けられた軸側補助ガス供給手段と、
前記原料ガス供給領域において、前記回転テーブルの前記半径方向の外周側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第２の間隔と等しいかそれよりも広い第３の間隔を有して設けられた外周側補助ガス供給手段と、を有し、
前記原料ガス供給手段から供給される原料ガスはシリコン含有ガスであり、
前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段から供給される補助ガスは、膜厚を調整するための膜厚調整用ガスである成膜装置。

【請求項8】

処理室内に設けられた回転テーブル上に載置された基板に、前記回転テーブルの周方向の一部に設けられた原料ガス供給領域において、前記回転テーブルの上方で前記回転テーブルの半径全体を覆うように、前記回転テーブルと第１の間隔を有して設けられた原料ガス供給手段から、前記回転テーブルを回転させながら原料ガスを供給する工程と、
前記原料ガス供給領域において、前記回転テーブルの軸側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第１の間隔よりも広い第２の間隔を有して設けられた軸側補助ガス供給手段から、前記回転テーブルを回転させながら膜厚を調整するための所定の軸側補助ガスを供給する工程と、
前記原料ガス供給領域において、前記回転テーブルの外周側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第２の間隔と等しいかそれよりも広い第３の間隔を有して設けられた外周側補助ガス供給手段から、前記回転テーブルを回転させながら膜厚を調整するための所定の外周側補助ガスを供給する工程と、を有し、
前記原料ガスを供給する工程、前記軸側補助ガスを供給する工程及び前記外周側補助ガスを供給する工程は、同時に継続的に行われ、
前記原料ガス供給手段から供給される原料ガスはシリコン含有ガスであり、
前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段から供給される前記軸側補助ガス及び前記外周側補助ガスは、不活性ガスを含むガスである成膜方法。

【請求項9】

処理室内に設けられた回転テーブル上に載置された基板に、前記回転テーブルの周方向の一部に設けられた原料ガス供給領域において、前記回転テーブルの上方で前記回転テーブルの半径全体を覆うように、前記回転テーブルと第１の間隔を有して設けられた原料ガス供給手段から、前記回転テーブルを回転させながら原料ガスを供給する工程と、
前記原料ガス供給領域において、前記回転テーブルの軸側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第１の間隔よりも広い第２の間隔を有して設けられた軸側補助ガス供給手段から、前記回転テーブルを回転させながら膜厚を調整するための所定の軸側補助ガスを供給する工程と、
前記原料ガス供給領域において、前記回転テーブルの外周側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第２の間隔と等しいかそれよりも広い第３の間隔を有して設けられた外周側補助ガス供給手段から、前記回転テーブルを回転させながら膜厚を調整するための所定の外周側補助ガスを供給する工程と、を有し、
前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段は、前記原料ガスの濃度を低下させるように前記軸側補助ガス及び前記外周側補助ガスを供給する成膜方法。

【請求項10】

前記原料ガス供給手段、前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段は、シャワーヘッドとして一体的に構成され、前記原料ガス、前記軸側補助ガス及び前記外周側補助ガスは、前記シャワーヘッドの底面から供給される請求項８又は９に記載の成膜方法。

【請求項11】

前記原料ガスは、３０ｓｃｃｍ以下の流量で供給される請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の成膜方法。

【請求項12】

前記シャワーヘッドは、前記回転テーブルの前記周方向の一部を扇形に覆う形状を有し、
前記原料ガス供給手段、前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段は、前記扇形の左右対称の中心よりも前記回転テーブルの回転方向の上流側寄りに設けられている請求項1０に記載の成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体ウェハ等の基板上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等の薄膜の成膜を行う方法の一つとして、互いに反応する複数種類の処理ガス（反応ガス）をウェハの表面に順番に供給し、反応生成物を堆積させるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法が知られている。ＡＬＤ成膜装置の一つに、サセプターを回転させてＡＬＤ成膜を行う回転テーブル式ＡＬＤ装置がある（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載のＡＬＤ成膜装置では、回転テーブル上に５枚又は６枚のウェハを周方向に沿って配置し、回転テーブルの回転により移動するウェハの軌道上に原料ガス供給部やガスをプラズマ化するためのアンテナを順次配置している。

【0003】

かかる特許文献１に記載のＡＬＤ成膜装置を用いて高品質ＳｉＯ_２成膜を実施する場合、例えば、原料ガス供給領域で３ＤＭＡＳ（Tris(dimethylamino)silane）、有機アミノシランガス等のＳｉ含有ガス、酸化ガス供給領域でＯ_３等の酸化ガス、改質領域でアルゴンと酸素と水素の混合ガスプラズマをそれぞれ供給し、回転テーブルを高速回させてウェハに３つのガス供給領域を高速で通過させ、高品質ＳｉＯ_２膜を成膜する方法がある。かかる方法によれば、原料ガス供給領域でウェハに吸着したＳｉソースは酸化ガス供給領域で１層分酸化された後に改質領域でプラズマにより改質され、その後に再び原料ガス供給領域でＳｉ吸着というように、連続的に成膜と改質のステップが繰り返されるため、容易に面内均一性の高い成膜を行うことができる場合が多い。

【0004】

しかしながら、回路パターンの微細化に伴って、例えばトレンチ素子分離構造におけるトレンチや、ライン・スペース・パターンにおけるスペースのアスペクト比が大きくなるにつれて、分子層成膜法においても、トレンチやスペースを埋め込むことが困難な場合がある。

【0005】

例えば、約３０ｎｍの幅を有するスペースを酸化シリコン膜で埋め込もうとすると、狭いスペースの底部に反応ガスが進入し難いため、スペースを画成するライン側壁の上端部近傍での膜厚が厚くなり、底部側で膜厚が薄くなる傾向がある。そのため、スペースに埋め込まれた酸化シリコン膜にはボイドが生じる場合がある。そのような酸化シリコン膜が、例えば後続のエッチング工程においてエッチングされると、酸化シリコン膜の上面に、ボイドと連通する開口が形成される場合がある。そうすると、そのような開口からボイドにエッチングガス（又はエッチング液）が進入して汚染が生じたり、又は、後のメタライゼーションの際にボイド中に金属が入り込み、欠陥が生じたりするおそれがある。

【0006】

このような問題は、分子層成膜法に限らず、化学的気相堆積（ＣＶＤ、Chemical Vapor Deposition）法においても生じ得る。例えば、半導体基板に形成される接続孔を導電性物質の膜で埋め込んで導電性の接続孔（いわゆるプラグ）を形成する際に、プラグ中にボイドが形成されてしまう場合がある。そこで、かかるボイドの発生を抑制するため、有機アミノシランガスの酸化により生成された酸化シリコン膜上にＯＨ基を吸着させ、更に酸素プラズマに曝すことにより、トレンチの開口部付近のＯＨ基を減少させるとともに底部付近のＯＨ基を多く残留させてＳｉＯ_２成膜を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。ＯＨ基は、有機アミノシランガスの吸着サイトとして働き、ＯＨ基の分布に応じて有機アミノシランガスが吸着するため、有機アミノシランガスも底部付近に多く吸着し、開口部付近に少なく吸着する。よって、酸化シリコン膜は、トレンチの底部付近において厚くなり、開口に向かって薄くなるように成膜される。例えば、このような成膜技術を用いて、高アスペクト比のトレンチを有する回路パターンへのボトムアップ的な埋め込みをボイドレスで行うことができる。

【0007】

しかしながら、このようなプラズマによりＯＨ基分布を制御し、有機アミノシランガスの吸着量を制御する成膜方法は、１層分原料ガスを吸着させて酸化、改質を行う成膜方法と比較して、良好な面内均一性を得ることが困難な場合が多い。即ち、回転テーブル式のＡＬＤ成膜装置において、プラズマソースによりＯＨ基分布を制御する方法は、回転テーブルの軸側と外周部とで角速度が異なるため、軸側に酸化プラズマが多く供給され、外周部には酸化プラズマが少なく供給されてしまう。そうすると、軸側のＯＨ基が相対的に少なくなり、外周部のＯＨ基が相対的に多くなるため、外周部の有機アミノシランガスの吸着量が軸側よりも多くなり、外周部の膜厚が軸側よりも厚くなる事態が発生する。

【0008】

かかる回転テーブルの軸側と外周部のプラズマ供給の不均衡を是正すべく、通常の回転テーブルの半径全体にプラズマガスを供給するノズルの他、軸側、外周部にプラズマガスを供給するノズルを個別に設けたＡＬＤ装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。かかる特許文献３に記載のＡＬＤ装置によれば、外周部のプラズマガスの供給量を局所的に増加させることができるので、プラズマ処理量の面内均一性を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１３−４５９０３号公報

【特許文献2】特開２０１３−１６２１５４号公報

【特許文献3】特開２０１５−２２０２９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、プラズマを用いた改質領域における面内均一性の向上のみでは、不十分な場合がある。例えば、原料ガスの流量が大きく変化した場合、例えば、量産化に向けて低流量でのプロセスが要求された場合、回転テーブルの軸付近に供給されているパージガスの影響を受け、原料ガス供給の面内均一性を十分に確保できない場合もあり得る。

【0011】

そこで、本発明は、原料ガス供給の面内均一性を向上させることができる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る成膜装置は、処理室と、
該処理室内に設けられ、基板を上面に周方向に沿って載置可能な基板載置領域を有する回転テーブルと、
前記基板の全体を覆うことができるように該回転テーブルの半径方向に延在し、該回転テーブルの上方に該回転テーブルと第１の間隔を有して設けられた原料ガス供給手段と、
前記回転テーブルの前記半径方向の軸側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第１の間隔よりも広い第２の間隔を有して設けられた軸側補助ガス供給手段と、
前記回転テーブルの前記半径方向の外周側の所定領域を覆うように、前記回転テーブルと前記第２の間隔と等しいかそれよりも広い第３の間隔を有して設けられた外周側補助ガス供給手段と、を有し、
前記原料ガス供給手段、前記軸側補助ガス供給手段及び前記外周側補助ガス供給手段は、シャワーヘッドとして一体的に構成されており、
前記シャワーヘッドは、前記回転テーブルの前記周方向の一部を扇形に覆う形状を有する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、原料ガス供給の面内均一性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る成膜装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。

【図3】本発明の実施形態に係る成膜装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る成膜装置の回転テーブルの同心円に沿った真空容器の概略断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る成膜装置の別の概略断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドの底面板の下面の構成の一例を示した図である。

【図7】本発明の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドの底面板の上面の構成の一例を示した図である。

【図8】本発明の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドの全体構成の一例を示した斜視図である。

【図9】本発明の実施形態に係る成膜装置のシャワーヘッドの原料ガス供給部に沿って切断した斜視断面図である。

【図10】本発明の実施形態に係る成膜装置に設置したシャワーヘッドを原料ガス供給部を通るラインで切断した斜視断面図である。

【図11】本発明の実施形態に係る成膜装置に設置したシャワーヘッドを軸側補助ガス供給部及び外周側補助ガス供給部を通るラインで切断した斜視断面図である。

【図12】本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の縦断面図である。

【図13】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ発生部の一例の分解斜視図である。

【図14】本発明の実施形態に係る成膜装置のプラズマ処理装置のプラズマ発生部に設けられる筐体の一例の斜視図である。

【図15】本発明の実施形態に係る成膜装置の回転テーブルの回転方向に沿って真空容器を切断した縦断面図である。

【図16】本発明の実施形態に係る成膜装置のプラズマ処理領域に設けられた処理ガスノズルを拡大して示した斜視図である。

【図17】本実施形態に係る成膜装置のプラズマ発生部の一例の平面図である。

【図18】本実施形態に係る成膜装置のプラズマ発生部に設けられるファラデーシールドの一部を示した斜視図である。

【図19】シミュレーション実験１に係る成膜結果を示した図である。

【図20】シミュレーション実験２の解析結果を示した図である。

【図21】シミュレーション実験３の解析結果を示した図である。

【図22】シミュレーション実験４に用いる成膜装置のシャワーヘッドの底面板の下面の構成を示した図である。

【図23】シミュレーション実験４の解析結果を示した図である。

【図24】本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜処理を実施した実施例１の実施結果を示した図である。

【図25】本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜処理を実施した実施例２の実施結果を示した図である。

【図26】本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜処理を実施した実施例３の実施結果を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

【0016】

［成膜装置］
まず、本発明の実施形態に係る成膜装置について説明する。図１から図３までを参照すると、成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は、内部に収容したウェハの表面上に成膜処理を行うための処理室である。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。

【0017】

回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底部１４を貫通し、下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。ケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。

【0018】

回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板である半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお、図３には便宜上１個の凹部２４だけにウェハＷを示す。この凹部２４は、ウェハＷの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウェハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウェハＷが凹部２４に収容されると、ウェハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウェハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。凹部２４の底面には、ウェハＷの裏面を支えてウェハＷを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成されている。

【0019】

図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明するための図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、原料ガス供給領域Ｐ１を構成するシャワーヘッド３０の底面板３１、各々例えば石英からなる処理ガスノズル６０、処理ガスノズル６１、及び分離ガスノズル４１、４２が真空容器１の周方向（回転テーブル２の回転方向（図３の矢印Ａ））に互いに間隔をおいて配置されている。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、処理ガスノズル６１、分離ガスノズル４１、底面板３１、分離ガスノズル４２、処理ガスノズル６０がこの順番で配列されている。シャワーヘッド３０の底面板３１には、原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３、外周側補助ガス供給部３４が形成されている。原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３、外周側補助ガス供給部３４は、各々、原料ガス、軸側補助ガス、外周側補助ガス（以下、「軸側補助ガス」及び「外周側補助ガス」をまとめて「補助ガス」と呼んでもよいこととする。）を供給するためのガス供給手段であり、各々の底面には、図示しない複数のガス吐出孔が形成され、回転テーブル２の径方向に沿って原料ガス、補助ガスを供給する。原料ガス供給部３２は、ウェハＷの全体を覆うことができるように回転テーブル２の半径方向に沿って半径全体に亘り延在している。一方、軸側補助ガス供給部３３は、回転テーブル２の軸側の原料ガス供給部３２の１／３程度の所定領域にのみ延在しており、外周側補助ガス供給部３４は、回転テーブル２の外周側の原料ガス供給部３２の１／３程度の所定領域にのみ延在している。いずれのガス供給部３２〜３４も、回転テーブル２の半径方向に沿って配置されている。後に詳細に説明するが、原料ガス供給部３２と回転テーブル２との間隔よりも、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４と回転テーブル２との間隔は広く形成されている。これは、補助ガス供給部３３、３４が、原料ガス供給部３２から供給される原料ガスの流れを妨げることなく面内均一性を高める膜厚調整用の補助ガスを供給するためであるが、その点については後述する。

【0020】

ガスノズル６０、６１、４１、４２は、各ノズル６０、６１、４１、４２の基端部であるガス導入ポート６０ａ、６１ａ、４１ａ、４２ａ（図３）を容器本体１２の外周壁に固定することにより、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して水平に伸びるように取り付けられている。

【0021】

一方、原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４は、図示しないシャワーヘッド３０の底面板３１に設けられているので、シャワーヘッド３０に導入された原料ガス及び補助ガスが原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４を介して真空容器１内に導入されることになる。

【0022】

本実施形態においては、図３に示されるように、原料ガス供給部３２は、配管１１０及び流量制御器１２０などを介して、原料ガスの供給源１３０に接続されている。軸側補助ガス供給部３３は、配管１１１及び流量制御器１２１などを介して、軸側補助ガスの供給源１３１に接続されている。更に、外周側補助ガス供給部３４は、配管１１２及び流量制御器１２２などを介して、外周側補助ガスの供給源１３２に接続されている。なお、原料ガスは、例えば、有機アミノシランガス等のシリコン含有ガスや、ＴｉＣｌ_４等のチタン含有ガス等である。また、軸側補助ガス及び外周側補助ガスは、例えば、Ａｒ等の希ガスや窒素ガス等の不活性ガスであったり、原料ガスと同じガスであったり、これらの混合ガスであったり、それとも異なる他の種類のガスであったりしてもよい。補助ガスは、用途及びプロセスに応じて、膜厚の調整等、面内均一性を高めるのに好ましいガスが適宜選択されて用いられる。

【0023】

なお、各供給源１３０〜１３２は、原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４に個別に１対１で接続された構成が示されているが、混合ガスを供給する場合には、更に配管を増加させて供給路同士を接続し、適切な混合比で原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４に最終的に個別にガスを供給する構成としてもよい。つまり、原料ガス供給部３２及び軸側補助ガス供給部３３の双方に同一のガスを含んだ混合ガスを供給する場合には、共通のガス供給源１３０〜１３２から、同一種類のガスを導入し、各々に最終的な混合ガスを個別に供給する構成としてもよい。即ち、最終的に原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４の各々に個別にガスを供給できる構成であれば、途中のガス供給路の接続構成は問わない。

【0024】

処理ガスノズル６０は、配管１１３及び流量制御器１２３等を介して、反応ガスの供給源１３３に接続されている。反応ガスは、原料ガスと反応して反応生成物を生成するガスであり、例えば、シリコン含有ガスに対してはＯ_３等の酸化ガス、チタン含有ガスに対してはＮＨ_３等の窒化ガス等が該当する。

【0025】

処理ガスノズル６１は、配管１１４及び流量制御器１２４等を介して、改質ガスの供給源１３４に接続されている。改質ガスは、生成した反応生成物の膜質を高めるため、プラズマを生成し得るガスであり、多くの場合、反応ガスと同様の性質を有するガスが用いられる。例えば、シリコン含有ガスに対してはＯ_２、Ｏ_３等の酸化ガス、チタン含有ガスに対してはＮＨ_３、Ｎ_２等の窒化ガス等が用いられる。

【0026】

なお、必要に応じて、処理ガスノズル６１の他、軸側に局所的に改質ガスを供給する軸側ノズルや、害種側に局所的に改質ガスを供給する外周側ノズルを更に備えていてもよい。図３においては、プラズマガス供給用のノズルとして、処理ガスノズル６１が１本のみ設けられた例を挙げているが、後の説明においては、３本のプラズマガス供給用のノズルを用いた例についても説明する。

【0027】

分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブなどを介して、分離ガスの供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスや窒素（Ｎ_２）ガスなどの不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、Ａｒガスを用いる例を挙げて説明する。

【0028】

処理ガスノズル６０、６１には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔６４（図４参照）が、処理ガスノズル６０、６１の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。シャワーヘッド３０の底面板３１の下方領域は、第１の反応ガスをウェハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。処理ガスノズル６０の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウェハＷに吸着した第１の反応ガスと反応する反応ガスを供給し、反応生成物の分子層を生成する第２の処理領域Ｐ２となる。なお、反応生成物の分子層が、成膜される膜を構成する。処理ガスノズル６１の下方領域は、第２の処理領域Ｐ２において生成した反応生成物（膜）に改質用のプラズマガスを供給し、膜を改質する第３の処理領域Ｐ３となる。ここで、第１の処理領域Ｐ１は、原料ガスを供給する領域であるので、原料ガス供給領域Ｐ１と呼んでもよいこととする。同様に、第２の処理領域Ｐ２は、原料ガスと反応して反応生成物を生成可能な反応ガスを供給する領域であるので、反応ガス供給領域Ｐ２と呼んでもよいこととする。また、第３の処理領域Ｐ３は、第３の反応ガス、つまり改質用のプラズマガスを用いてプラズマ処理を行う領域であるので、改質領域Ｐ３又はプラズマ処理領域Ｐ３と呼んでもよいこととする。

【0029】

なお、第３の処理領域Ｐ３の上方には、プラズマ発生部８１が設けられる。図３において、プラズマ発生部８１は、破線で簡略化して示されている。プラズマ発生部８１の詳細については後述する。

【0030】

再び図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２つの凸状部４が設けられている。立体形状の詳細は後述するが、凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２とともに分離領域Ｄを構成するため、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられている。また、凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。

【0031】

図４は、シャワーヘッド３０の底面板３１から処理ガスノズル６０まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示している。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられているため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有している。また、図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。また、高い天井面４５の下方の空間に、シャワーヘッド３０の底面板３１及び処理ガスノズル６０がそれぞれ設けられている。処理ガスノズル６０は、天井面４５から離間したウェハＷの近傍に設けられている。なお、図４に示すように、高い天井面４５の下方の右側の空間４８１に底面板３１が設けられ、高い天井面４５の下方の左側の空間４８２に処理ガスノズル６０が設けられる。

【0032】

また、凸状部４の溝部４３に収容される分離ガスノズル４１、４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４２ｈ（図４参照）が、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。

【0033】

シャワーヘッド３０の底面板３１に設けられた原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４は、ガス吐出孔３２ａ、３３ａ（図４には図示せず）、３４ａを各々有する。図４に示されるように、原料ガス供給部３２のガス吐出孔３２ａは、他の処理ガスノズル６０、分離ガスノズル４２のガス吐出孔６４、４３ｈとほぼ同じ高さに設けられているが、外周側補助ガス供給部３４のガス吐出孔３４ａは、それよりも高い位置に設けられている。つまり、底面板３１は、低底面領域３１ａと高底面領域３１ｂとを有し、ガス吐出孔３２ａは低底面領域３１ａに設けられ、ガス吐出孔３４ａは高底面領域３１ｂに設けられている。なお、図４には示されていないが、軸側補助ガス供給部３３も、外周側補助ガス供給部３４と同様、高底面領域３１ｂに設けられている。かかる構成の技術的意義については、後に実施例を示して説明するが、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４は、飽くまで補助であり、調整用であるので、原料ガス供給部３２から供給される原料ガスの流れを阻害するようだと、原料ガスの吸着の面内均一性を良好にするという役割を果たせない。つまり、原料ガスの流れを阻害しない範囲での影響に留める必要があり、ウェハＷの表面への距離が原料ガス供給部３２よりも遠い方が好ましい。よって、本実施形態に係る成膜装置においては、原料ガス供給部３２と回転テーブル２との間隔ｄ１よりも、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４と回転テーブル２との間隔ｄ２が広く設定してある。なお、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４と回転テーブル２との間隔ｄ２は、原料ガス供給部３２と回転テーブル２との間隔ｄ１よりも広ければ、種々の値に設定してよいが、例えば、間隔ｄ２を間隔ｄ１の１．１〜３倍の範囲に設定してもよく、好ましくは１．５〜２．５倍の範囲、更に好ましくは略２倍に設定してもよい。実際の幅としては、例えば、間隔ｄ１を１．５ｍｍに設定したら、間隔ｄ２をその２倍の３ｍｍに設定するようにしてもよい。

【0034】

また、軸側補助ガス供給部３３と外周側補助ガス供給部３４の高さは必ずしも同一とする必要は無く、原料ガス供給部３２よりも高い位置に設定される限り、両者を異ならせてもよい。例えば、軸側補助ガス供給部３３と回転テーブル２との間の間隔をｄ３としたときに、ｄ１＜ｄ３＜ｄ２となるように設定し、外周側補助ガス供給部３４と回転テーブル２との間隔ｄ２が、軸側補助ガス供給部ｄ３よりも広くなるように設定してもよい。

【0035】

天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２の吐出孔４２ｈからＡｒガスが供給されると、このＡｒガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ａｒガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＡｒガスが、第１の処理領域Ｐ１からの原料ガスと、第２の領域Ｐ２からの反応ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の領域Ｐ１からの原料ガスと、第２の領域Ｐ２からの反応ガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内において原料ガスと反応ガスとが混合し、反応することが抑制される。

【0036】

なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ａｒガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。

【0037】

一方、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、その下面が天井面４４と同じ高さに形成されている。

【0038】

図５は、天井面４４が設けられている領域を示す断面図である。図５に示すように、扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成されている。この屈曲部４６は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制して、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定されている。

【0039】

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては図４に示すように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示すように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域と記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。これらの第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示すように、それぞれ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０が形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１及び図３に示すように各々排気管６３０、６３１を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０、６４１に接続されている。また、第１の排気口６１０と真空ポンプ６４０との間の排気管６３０には圧力調整手段である自動圧力制御機器（ＡＰＣ、Auto Pressure Controller）６５０が設けられている。同様に、第２の排気口６２０と真空ポンプ６４１との間の排気管６３１には圧力調整手段である自動圧力制御器６５１が設けられ、第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０の排気圧力が、各々独立して制御可能に構成されている。

【0040】

回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図５に示すように加熱手段であるヒータユニット７が設けられ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウェハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば４５０℃）に加熱される。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている（図５）。このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａと真空容器１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えている。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。

【0041】

ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通穴の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＡｒガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。また真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図５には一つのパージガス供給管７３を示す）。また、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。

【0042】

また、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＡｒガスを供給するように構成されている。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０を介して回転テーブル２のウェハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給されるＳｉ含有ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される酸化ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。

【0043】

このように、回転テーブル２の軸側には、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２からＡｒ等の希ガス又はＮ_２等の不活性ガス（以下、まとめて「パージガス」と呼んでもよいこととする。）が上下から供給され、原料ガスの流量を小流量、例えば３０ｓｃｃｍ以下に設定すると、軸側のＡｒガスの影響を受けてしまい、原料ガスの濃度が回転テーブル２の軸側で薄くなり、膜厚の面内均一性が低下する場合がある。本実施形態に係る成膜装置では、軸側に軸側補助ガス供給部３２を設け、補助ガスを供給することにより、軸側から制御されずに流出するパージガスの影響を低下させ、原料ガスの濃度を適切に制御することができる。かかる観点から、軸側補助ガス供給部３３と外周側補助ガス供給部３４では、軸側補助ガス供給部３３の果たす役割の方が大きいため、本実施形態に係る成膜装置のガスシャワーヘッド３０の底面板３１は、原料ガス供給部３２及び軸側補助ガス供給部３３のみを有する構成とされてもよい。かかる構成でも、回転テーブル２の軸側の膜厚低下を防ぐことができ、十分な効果を得ることができる。但し、より多様なプロセスに対応し、より正確な膜厚調整を行うためには、軸側補助ガス供給部３３のみでなく、阿木周側補助ガス供給部３４も備えていることが好ましい。

【0044】

真空容器１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウェハＷの受け渡しを行うための搬送口１５が形成されている。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉される。また回転テーブル２におけるウェハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウェハＷの受け渡しが行われることから、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウェハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられている。

【0045】

また、本実施形態による基板処理装置には、図１に示すように、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が設けられており、この制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する基板処理方法を基板処理装置に実施させるプログラムが格納されている。このプログラムは後述の基板処理方法を実行するようにステップ群が組まれており、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録媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。

【0046】

次に、本発明の実施形態に係る成膜装置の底面板３１を含むシャワーヘッド３０の構成についてより詳細に説明する。

【0047】

図６は、シャワーヘッド３０の底面板３１の底面（下面）の構成の一例を示した図である。図６に示されるように、底面板３１の下面には、高底面領域３１ａと低底面領域３１ｂが形成され、高底面領域３１ａに原料ガス供給部３２が形成され、低底面領域３１ｂに軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４が形成されている。底面板３１は、全体として、軸側を中心として全体として略扇形の平面形状を有する。高底面領域３１ａは、低底面領域３１ｂに比較して１／５〜１／４程度の狭い領域となっている。高底面領域３１ａは、回転テーブル２の回転方向の上流側に設けられ、原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４は総て、扇形の左右対称の中心よりも回転テーブル２の回転方向の上流側寄りに設けられている。軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４は、原料ガス供給部３２の近傍に設けられ、原料ガス供給部３２から供給される原料ガスの濃度調整を行うことが可能な位置に設けられている。

【0048】

なお、高底面領域３１ａの原料ガス供給部３２よりも更に上流側には、クリーニングガス供給部３５が設けられている。クリーニングガス供給部３５は、真空容器１内をクリーニングする際にクリーニング用のガスを供給するガス供給手段であり、メインテナンスの際に必要に応じて用いられる。クリーニングガス供給部３５は、必須ではなく、必要に応じて設けるようにしてよい。

【0049】

図７は、シャワーヘッド３０の底面板３１の上面の構成の一例を示した図である。図７に示されるように、図６と対応する位置に原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３、外周側補助ガス供給部３４及びクリーニングガス供給部３５が設けられる。また、図７において、原料ガス供給部３２の底面に設けられた原料ガス吐出孔３２ａと、原料ガス供給部３２に接続された原料ガス供給路３２ｂが示されている。同様に、軸側補助ガス供給部３３の底面には軸側補助ガス吐出孔３３ａが設けられ、軸側補助ガス供給部３３に接続された軸側補助ガス供給路３３ｂが設けられている。更に、外周側補助ガス供給部３４の底面には外周側補助ガス吐出孔３４ａが設けられ、外周側補助ガス供給部３４に接続された外周側補助ガス供給路３４ｂが設けられている。また、クリーニングガス供給部３５の底面にも、クリーニングガス吐出孔３５ａが設けられている。なお、クリーニングガス供給部３５には、ガス供給路が接続されていないが、クリーニングガスの供給路は異なる高さに設けられており、底面板３１には設けられていないためである。

【0050】

なお、各ガス吐出孔３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａは、直線状に形成されたガス供給部３２、３３、３４、３５の底面に、やはり直線状に配列されて設けられている。また、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４は、図２、３、６に示した形状よりも長い形状を有するが、図７に示した軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４の中央部の不要な部分を埋め込むことにより、図６と同様の形状に構成することができる。このように、用途に応じて、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４の長さを調整することができる。

【0051】

図８は、シャワーヘッド３０の全体構成の一例を示した斜視図である。図８に示されるように、シャワーヘッド３０は、底面板３１と、中段部３６と、上段部３７と、中央部３８と、ガス導入部３９とを有する。なお、シャワーヘッド３０は、底面板３１を含めて、例えば、アルミニウム等の金属材料で構成されてもよい。

【0052】

ガス導入部３９は、外部から原料ガス及び補助ガス、更に必要に応じてクリーニングガスを導入するための導入口であり、例えば、継手として構成される。ガス導入部３９は、４つのガス供給路３２〜３５に対応して４個設けられており、個別にガスの供給が可能な構成となっている。なお、ガス導入部３９の下方には、ガス導入路３９ａが形成され、図７で説明したガス供給路３２ａ、３３ａ、３４ａに直接的に接続が可能な構成となっている。

【0053】

中央部３８は、ガス導入部３９及びガス導入路３９ａを有するとともに、回転可能に構成されている。これにより、シャワーヘッド３０の角度を調整することができ、プロセスに応じて原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４の位置を微調整することができる。

【0054】

上段部３７は、上部のフレームとして機能し、天板１１に設置可能な構造を有する。また、中段部３６は、上段部３７と底面板３１とを接続する役割を果たすとともに、クリーニングガス供給部３５のクリーニングガス供給路が内部に形成されており、クリーニングガスの供給路としても機能する。

【0055】

図９は、シャワーヘッド３０の原料ガス供給部３２に沿って切断した斜視断面図である。図９に示されるように、ガス導入部３９の１つから供給された原料ガスが、原料ガス供給路３２ｂを経由してガス供給部３２に供給され、原料ガス吐出孔３２ａから原料ガスがシャワー状に供給される構成となっている。

【0056】

図１０は、成膜装置に設置した状態におけるシャワーヘッド３０を、原料ガス供給部３２を通るラインで切断した斜視断面図である。図１８に示されるように、回転テーブル２の半径方向に沿って、少なくともウェハＷの直径をカバーできる長さで直線的に原料ガス供給部３２及びガス吐出孔３２ａが配置される。なお、中段部３６には、クリーニングガス供給部３５に接続されるクリーニングガス供給路３５ｂ、３５ｃが形成されている。

【0057】

図１１は、成膜装置に設置した状態におけるシャワーヘッド３０を軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４を通るラインで切断した斜視断面図である。図１１に示されるように、回転テーブル２の半径方向に沿って、ウェハＷの軸側及び外周側の所定範囲をカバーできる長さで直線的に軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４が配置されている。なお、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４の長さが埋め込みにより調整可能である点は、図７において説明した通りである。軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４の底面に補助ガス吐出孔３３ａ、３４ａが直線的に配列されている点も、図７で説明した通りである。また、図１８と同様に、中段部３６には、クリーニングガス供給部３５に接続されるクリーニングガス供給路３５ｂ、３５ｃが設けられている。

【0058】

かかる構成により、本実施形態に係る成膜装置は、原料ガス供給部３２に加えて、原料ガス供給部３２と回転テーブル２との間隔ｄ１よりも回転テーブル２との間の間隔ｄ３が広い軸側補助ガス供給部３３を有することにより、膜厚の面内均一性を高めつつ小流量の原料ガスの供給で成膜を行うことができる。更に、必要に応じて、回転テーブル２との間隔ｄ２が軸側補助ガス供給部３３と回転テーブル２との間隔ｄ３と等しいかそれよりも広い外周側補助ガス供給部３４を備えることにより、更に膜厚の面内均一性を高めつつ小流量の原料ガスの供給で成膜を行うことができる。

【0059】

なお、図６〜１１においては、ガス導入口３９から、ガス導入路３９ａ及び原料ガス供給路３２ｂ、補助ガス供給路３３ｂ、３４ｂを経由して原料ガス及び補助ガスを導入する例を挙げて説明したが、ガス導入口３９の配置によっては、原料ガス供給路３２ｂ、補助ガス供給路３３ｂ、３４ｂを経由せずに、ガス導入口３９及びガス導入路３９ａのみを経て原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４に原料ガス及び補助ガスを供給することも可能である。その場合には、底面板３１は、図２、３に示した構成となる。

【0060】

更に、本実施形態においては、原料ガス供給手段及び補助ガス供給手段を、一体的に構成したシャワーヘッドを用いて構成する例を挙げて説明したが、回転テーブル２との間隔ｄ１、ｄ２、ｄ３との関係を満たすようにすれば、処理ガスノズル６０、６１と同様に、ガスノズルを用いた構成とすることも可能である。ガスの供給方法が異なるだけであり、実質的な差異は無いため、原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４を各々独立した処理ガスノズルとして構成しても何ら問題は無い。

【0061】

次に、本実施形態に係る成膜装置に必要に応じて搭載されるプラズマ発生部８１について説明する。

【0062】

図１２に、本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の縦断面図を示す。また、図１３に、本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の分解斜視図を示す。

【0063】

プラズマ発生部８１は、金属線等から形成されるアンテナ８３をコイル状に例えば鉛直軸回りに３重に巻回して構成されている。また、プラズマ発生部８１は、平面視で回転テーブル２の径方向に伸びる帯状体領域を囲むように、且つ回転テーブル２上のウエハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。

【0064】

アンテナ８３は、整合器８４を介して周波数が例えば１３．５６ＭＨｚ及び出力電力が例えば５０００Ｗの高周波電源８５に接続されている。そして、このアンテナ８３は、真空容器１の内部領域から気密に区画されるように設けられている。なお、図１及び図３などおける参照符号８６は、アンテナ８３と整合器８４及び高周波電源８５とを電気的に接続するための接続電極である。

【0065】

図１２及び図１３に示すように、処理ガスノズル６１〜６３の上方側における天板１１には、平面視で概略扇形に開口する開口部１１ａが形成されている。

【0066】

開口部１１ａには、図１２に示すように、開口部１１ａの開口縁部に沿って、この開口部１１ａに気密に設けられる環状部材８２を有する。後述する筐体９０は、この環状部材８２の内周面側に気密に設けられる。即ち、環状部材８２は、外周側が天板１１の開口部１１ａに臨む内周面１１ｂに対向すると共に、内周側が後述する筐体９０のフランジ部９０ａに対向する位置に、気密に設けられる。そして、この環状部材８２を介して、開口部１１ａには、アンテナ８３を天板１１よりも下方側に位置させるために、例えば石英等の誘導体により構成された筐体９０が設けられる。筐体９０の底面は、プラズマ処理領域Ｐ３の天井面４６を構成する。

【0067】

また、図１２に示されるように、回転テーブル２の外周側において、回転テーブル２よりも僅かに下位置には、カバー体であるサイドリング１００が配置されている。サイドリング１００の上面には、互いに周方向に離間するように例えば２箇所に排気口６１０、６２０が形成されている。別の言い方をすると、真空容器１の床面には、２つの排気口が形成され、これら排気口に対応する位置におけるサイドリング１００には、排気口６１０、６２０が形成されている。

【0068】

図１４は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ発生部に設けられる筐体の一例の斜視図である。筐体９０は、図１４に示すように、上方側の周縁部が周方向に亘ってフランジ状に水平に伸び出してフランジ部９０ａをなすと共に、平面視において、中央部が下方側の真空容器１の内部領域に向かって窪むように形成されている。

【0069】

筐体９０は、この筐体９０の下方にウェハＷが位置した場合に、回転テーブル２の径方向におけるウェハＷの直径部分を跨ぐように配置されている。なお、環状部材８２と天板１１との間には、Ｏ−リング等のシール部材１１ｃが設けられる。

【0070】

真空容器１の内部雰囲気は、環状部材８２及び筐体９０を介して気密に設定されている。具体的には、環状部材８２及び筐体９０を開口部１１ａ内に落とし込み、次いで環状部材８２及び筐体９０の上面であって、環状部材８２及び筐体９０の接触部に沿うように枠状に形成された押圧部材９１によって筐体９０を下方側に向かって周方向に亘って押圧する。さらに、この押圧部材９１を図示しないボルト等により天板１１に固定する。これにより、真空容器１の内部雰囲気は気密に設定される。なお、図１３においては、簡単のため、環状部材８２を省略して示している。

【0071】

図１４に示すように、筐体９０の下面には、当該筐体９０の下方側の処理領域Ｐ２を周方向に沿って囲むように、回転テーブル２に向かって垂直に伸び出す突起部９２が形成されている。そして、この突起部９２の内周面、筐体９０の下面及び回転テーブル２の上面により囲まれた領域には、前述した処理ガスノズル６１〜６３が収納されている。なお、処理ガスノズル６１〜６３の基端部（真空容器１の内壁側）における突起部９２は、処理ガスノズル６１〜６３の外形に沿うように概略円弧状に切り欠かれている。

【0072】

筐体９０の下方（第２の処理領域Ｐ３）側には、図１２に示すように、突起部９２が周方向に亘って形成されている。シール部材１１ｃは、この突起部９２によって、プラズマに直接曝されず、即ち、第２の処理領域Ｐ２から隔離されている。そのため、第２の処理領域Ｐ２からプラズマが例えばシール部材１１ｃ側に拡散しようとしても、突起部９２の下方を経由して行くことになるので、シール部材１１ｃに到達する前にプラズマが失活することとなる。

【0073】

図１５は、回転テーブル２の回転方向に沿って真空容器１を切断した縦断面図である。図１５に示されるように、プラズマ処理中には回転テーブル２が時計周りに回転するので、Ｎ_２ガスがこの回転テーブル２の回転に連れられて回転テーブル２と突起部９２との間の隙間から筐体９０の下方側に侵入しようとする。そのため、隙間を介して筐体９０の下方側へのＮ_２ガスの侵入を阻止するために、隙間に対して筐体９０の下方側からガスを吐出させている。具体的には、処理ガスノズル６１のガス吐出孔６４について、図１２及び図１５に示すように、この隙間を向くように、即ち回転テーブル２の回転方向上流側且つ下方を向くように配置している。鉛直軸に対する処理ガスノズル６１のガス吐出孔６４の向く角度θは、図１５に示すように例えば４５°程度であってもよいし、突起部９２の内側面に対向するように、９０°程度であってもよい。つまり、ガス吐出孔３６の向く角度θは、Ａｒガスの侵入を適切に防ぐことができる４５°〜９０°程度の範囲内で用途に応じて設定することができる。

【0074】

図１６は、プラズマ処理領域Ｐ３に設けられた処理ガスノズル６１〜６３を拡大して示した斜視図である。図１６に示されるように、処理ガスノズル６１は、ウェハＷが配置される凹部２４の全体をカバーでき、ウェハＷの全面にプラズマ処理用ガスを供給可能なノズルである。一方、処理ガスノズル６３は、プラズマ発生用ガスノズル６１よりもやや上方に、回転テーブル２の外周部を覆うとともに、プラズマ発生用ガスノズル６１と略重なるように設けられた、処理ガスノズル６１の半分程度の長さを有するノズルである。また、処理ガスノズル６２は、真空容器１の外周壁から扇型のプラズマ処理領域Ｐ３の回転テーブル２の回転方向下流側の半径に沿うように延び、中心領域Ｃ付近に到達したら中心領域Ｃに沿うように直線的に屈曲した形状を有している。以後、区別の容易のため、全体をカバーする処理ガスノズル６１をベースノズル６１、外側のみカバーする処理ガスノズル６３を外側ノズル６３、内側まで延びた処理ガスノズル６２を軸側ノズル６２と呼んでもよいこととする。

【0075】

ベースノズル６１は、プラズマ処理用ガスをウェハＷの全面に供給するためのガスであり、図１５で説明したように、プラズマ処理領域Ｐ３を区画する側面を構成する突起部９２の方に向かってプラズマ処理用ガスを吐出する。

【0076】

一方、外側ノズル６３は、ウェハＷの外側領域に重点的にプラズマ処理用ガスを供給するためのノズルである。プラズマ処理領域Ｐ３内に供給されるプラズマ処理用ガスは、プラズマ発生部８１に近いプラズマ処理領域の最上部を通過することによりプラズマ化される。つまり、プラズマ発生部８１は、プラズマ処理領域Ｐ３の上方に設けられているため、プラズマ処理領域Ｐ３の天井面４６付近を沿うように流れたプラズマ処理用ガスがプラズマ化し、プラズマ処理に寄与する。換言すれば、プラズマ処理領域Ｐ３の天井面４６付近がプラズマ発生領域を形成しており、この領域を通過したプラズマ処理用ガスが適切にプラズマ化される。外側ノズル６３は、プラズマ処理後のウェハＷ上に形成された膜のプラズマ処理の処理量を取得し、外側の処理量が少ない傾向があるという結果であったときに、外側ノズル６３から供給されるプラズマ処理用ガスの流量を増加させ、外側のプラズマ処理用ガスの流速を高めるような処理を行う。プラズマ処理用ガスの流速が高くなれば、時間当たりのプラズマ化するプラズマ処理用ガスの量が増加するので、プラズマ処理が促進されることになる。よって、かかる観点から、外側ノズル６３のガス吐出孔３６（図示せず）は上側を向いてプラズマ処理領域Ｐ３の天井面４６と対向するように設けられ、供給されるプラズマ処理用ガスはプラズマ処理領域Ｐ３の天井面４６に向かうように構成されている。

【0077】

軸側ノズル６２は、ウェハＷの回転テーブル２の軸側に近い領域にプラズマ処理用ガスを重点的に供給するためのノズルである。よって、軸側ノズル６２の先端の中心領域Ｃに沿った部分のみガス吐出孔３６（図示せず）が形成されており、ウェハＷの中心側の領域にプラズマ処理用ガスを供給する構成となっている。軸側ノズル６２においても、ガス吐出孔３６は上側を向き、プラズマ処理領域Ｐ３の天井面４６と対向する位置に設けられている。これにより、軸側ノズル６２から供給されたプラズマ処理用ガスは直ちにプラズマ発生領域に向かい、効率的にプラズマ化されることになる。プラズマ処理後のウェハＷ上の膜の面内処理分布を取得し、ウェハＷの軸側の領域のプラズマ処理が不足している場合には、軸側ノズル６２から供給されるプラズマ処理用ガスの流量を増加させ、プラズマ処理用ガスの流速を高めることにより、ウェハＷの軸側の領域のプラズマ処理を促進することができる。

【0078】

このように、ベースノズル６１の他、外側ノズル６３及び軸側ノズル６２を設けたことにより、プラズマ処理用ガスの流速を領域毎に調整することができ、これによりウェハＷ上の膜の面内処理量を調整することができる。

【0079】

なお、面内処理量の調整は、プラズマ処理の面内均一性を向上させるために行われるのが一般的であるが、領域毎に処理量に差を付けたい場合には、処理量を多くしたい領域のノズル６３、６２から供給されるプラズマ処理用ガスの流量を増加させ、その流速を高めればよいので、面内均一性の向上のみならず、種々の処理量の調整が可能である。

【0080】

また、外側ノズル６３及び軸側ノズル６２の流量は相対的なものであるので、処理量を低下させたい方の領域に対応する処理ガスノズル６３、６２からの流量を低減させる調整も当然に可能である。

【0081】

このように、領域別の流速調整用の処理ガスノズル６３、６２を設けたことにより、プラズマ処理の面内処理量の調整を容易かつ正確に行うことができる。また、図１６においては、３本の処理ガスノズル６１〜６３を設けた例が示されているが、更に多くのプラズマ処理用ノズルを設置し、面内処理量の調整をもっときめ細かく、かつ正確に行うようにしてもよい。処理ガスノズル６１〜６３の数、形状、設置場所等は、用途に応じて種々変更することができる。

【0082】

次に、プラズマ発生部８１のファラデーシールド９５について、より詳細に説明する。
図１３は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ発生部の一例の分解斜視図である。
図１２及び図１３に示すように、筐体９０の上方側には、当該筐体９０の内部形状に概略沿うように形成された導電性の板状体である金属板例えば銅などからなる、接地されたファラデーシールド９５が収納されている。このファラデーシールド９５は、筐体９０の底面に沿うように水平に係止された水平面９５ａと、この水平面９５ａの外終端から周方向に亘って上方側に伸びる垂直面９５ｂと、を備えており、平面視で例えば概略六角形となるように構成されていても良い。

【0083】

図１７に本実施形態に係るプラズマ発生部の一例の平面図を示し、図１８に本実施形態に係るプラズマ発生部に設けられるファラデーシールドの一部を示す斜視図を示す。

【0084】

回転テーブル２の回転中心からファラデーシールド９５を見た場合の右側及び左側におけるファラデーシールド９５の上端縁は、各々、右側及び左側に水平に伸び出して支持部９６を為している。そして、ファラデーシールド９５と筐体９０との間には、支持部９６を下方側から支持すると共に筐体９０の中心部領域Ｃ側及び回転テーブル２の外縁部側のフランジ部９０ａに各々支持される枠状体９９が設けられている。

【0085】

電界がウェハＷに到達する場合、ウェハＷの内部に形成されている電気配線等が電気的にダメージを受けてしまう場合がある。そのため、図１８に示すように、水平面９５ａには、アンテナ８３において発生する電界及び磁界（電磁界）のうち電界成分が下方のウェハＷに向かうことを阻止すると共に、磁界をウェハＷに到達させるために、多数のスリット９７が形成されている。

【0086】

スリット９７は、図１７及び図１８に示すように、アンテナ８３の巻回方向に対して直交する方向に伸びるように、周方向に亘ってアンテナ８３の下方位置に形成されている。ここで、スリット９７は、アンテナ８３に供給される高周波に対応する波長の１／１００００以下程度の幅寸法となるように形成されている。また、各々のスリット９７の長さ方向における一端側及び他端側には、これらスリット９７の開口端を塞ぐように、接地された導電体等から形成される導電路９７ａが周方向に亘って配置されている。ファラデーシールド９５においてこれらスリット９７の形成領域から外れた領域、即ち、アンテナ８３の巻回された領域の中央側には、当該領域を介してプラズマの発光状態を確認するための開口部９８が形成されている。なお、図２においては、簡単のために、スリット９７を省略しており、スリット９７の形成領域例を、一点鎖線で示している。

【0087】

図１３に示すように、ファラデーシールド９５の水平面９５ａ上には、ファラデーシールド９５の上方に載置されるプラズマ発生部８１との間の絶縁性を確保するために、厚み寸法が例えば２ｍｍ程度の石英等から形成される絶縁板９４が積層されている。即ち、プラズマ発生部８１は、筐体９０、ファラデーシールド９５及び絶縁板９４を介して真空容器１の内部（回転テーブル２上のウェハＷ）を覆うように配置されている。

【0088】

なお、本実施形態において、プラズマ発生部８１を設けることは必須では無く、必要に応じて設けるようにしてよい。また、プラズマ発生部８１を設ける場合であっても、３本の処理ガスノズル６１〜６３を設ける構成の他、図２、３で示したような１本の処理ガスノズル６１のみを設ける構成としてもよい。

【0089】

［成膜方法］
次に、本発明の実施形態に係る成膜方法について、上述の成膜装置を用いて実施される場合を例に挙げ説明する。このため、これまでに参照した図面を適宜参照する。

【0090】

先ず、回転テーブル２を下降済みの状態で、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５（図３）を介してウェハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。回転テーブル２の下降は、制御部１００が、昇降機構１７を制御することにより行ってよい。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウェハＷの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウェハＷを載置する。その際、ウェハＷに反りが生じ得るが、回転テーブル２が下降しており、上方に空間が形成されているため、ウェハＷの反りが収束するのを待つ前に、次々と回転テーブル２を間欠的に回転させ、凹部２４上に複数枚のウェハＷを載置する。ウェハＷの載置が終了し、ウェハＷの反りが十分に低減したら、制御部１００は、昇降機構１７を制御して回転テーブル２を上昇させ、基板処理を行うのに適切な位置で停止させる。

【0091】

続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により真空容器１を最低到達真空度まで排気した後、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＡｒガス又はＮ_２ガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７３からもＡｒガス又はＮ_２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、自動圧力制御器６５０、６５１により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整するとともに、第１の排気口６１０と第２の排気口６２０とが適切な差圧となるように排気圧力を設定する。上述のように、真空容器１内の設定圧力に応じて、適切な圧力差を設定する。

【0092】

次いで、回転テーブル２を時計回りに例えば５ｒｐｍの回転速度で回転させながらヒータユニット７によりウェハＷを例えば４００℃に加熱する。

【0093】

この後、シャワーヘッド３０及び処理ガスノズル６０から夫々、Ｓｉ含有ガス等の原料ガス及びＯ_３ガス等の反応ガス（酸化ガス）を吐出する。ここで、シャワーヘッド３０の原料ガス供給部３２からはＳｉ含有ガスがＡｒ等のキャリアガスとともに供給されるが、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４からは、Ａｒガス等のキャリアガスのみが供給されてもよいし、原料ガス供給部３２から供給される原料ガスとは異なる混合比のＳｉ含有ガスとＡｒガスの混合ガスが供給されてもよい。これにより、原料ガスの軸側及び外周側の濃度を調整することができ、面内均一性を高めることができる。また、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４は、原料ガス供給部３３よりも回転テーブル２との間隔が広いので、原料ガス供給部３２から供給される原料ガスの流れを妨げることなく供給される。なお、原料ガスの流量は、３０ｓｃｃｍ以下、例えば１０ｓｃｃｍ程度に設定されてもよい。また、軸側補助ガス供給部３３のみを設け、軸側補助ガスのみを補助ガスとして供給しても良い点も、上述の通りである。

【0094】

必要に応じて、処理ガスノズル６１〜６３から、所定の流量比で混合されたＡｒガス、Ｏ_２ガス、及びＨ_２ガスの混合ガスを真空容器１内に供給し、高周波電源からプラズマ発生器８０のアンテナに高周波電力を例えば７００Ｗの電力で供給する。これにより、プラズマが生成され、成膜された膜の改質が行われる。

【0095】

ここで、回転テーブル２が一回転する間、以下のようにしてウェハＷにシリコン酸化膜が成膜される。すなわち、ウェハＷが、先ず、反応ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１を通過する際、ウェハＷの表面にはＳｉ含有ガスが吸着する。Ｓｉ含有ガスは、例えば、有機アミノシランガスであってもよい。次に、ウェハＷが、反応ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２を通過する際、反応ガスノズル３２からのＯ_３ガスによりウェハＷ上のＳｉ含有ガスが酸化され、酸化シリコンの一分子層（又は数分子層）が形成される。次いで、ウェハＷが、プラズマ発生部８１の下方を通過する場合には、ウェハＷ上の酸化シリコン層は酸素ラジカルを含む活性化されたガスに晒される。酸素ラジカルなどの活性酸素種は、例えばＳｉ含有ガスに含まれ酸化シリコン層中に残留した有機物を酸化することによって酸化シリコン層から離脱させるように働く。これにより、酸化シリコン層を高純度化することができる。

【0096】

所望の膜厚を有する酸化シリコン膜が形成される回数だけ回転テーブル２を回転した後、Ｓｉ含有ガスと、補助ガスと、Ｏ_３ガスと、必要に応じて供給するＡｒガス、Ｏ_２ガスを含むプラズマ処理用の混合ガスとの供給を停止することにより成膜処理を終了する。続けて、分離ガスノズル４１、４２、分離ガス供給管５１、及びパージガス供給管７２、７３からのＡｒガスの供給も停止し、回転テーブル２の回転を停止する。この後、真空容器１内にウェハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、真空容器１内からウェハＷが搬出される。

【0097】

なお、本実施形態においては、原料ガスとしてシリコン含有ガス、反応ガスとして酸化ガスを用いた例を挙げて説明したが、原料ガスと反応ガスの組み合わせは、種々の組み合わせとすることができる。例えば、原料ガスとしてシリコン含有ガス、反応ガスとしてアンモニア等の窒化ガスを用い、シリコン窒化膜を成膜するようにしてもよい。また、原料ガスをチタン含有ガス、反応ガスを窒化ガスとし、窒化チタン膜を成膜してもよい。このように、原料ガスは有機金属ガス等の種々のガスから選択可能であるし、反応ガスも、酸化ガス、窒化ガス等の原料ガスと反応して反応生成物を生成可能な種々の反応ガスを用いることができる。

【0098】

［シミュレーション結果］
次に、本発明の実施形態に係る成膜装置及び成膜方法を実施したシミュレーション実験の結果について説明する。なお、理解の容易のため、上述の実施形態で説明した構成要素に対応する構成要素には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。実施例に用いた成膜装置は、上述の実施形態で説明した成膜装置と同様の構成を有し、原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４の総てを備えたシャワーヘッド３０を有する成膜装置である。原料ガス供給部３２と回転テーブル２との間の間隔ｄ１は１．５ｍｍ、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４と回転テーブル２との間の間隔ｄ３、ｄ２は３ｍｍに設定されている。また、シャワーヘッド３０の底面板３１も高底面領域３１ｂと回転テーブル２との間隔も３ｍｍに設定されている。

【0099】

図１９は、シミュレーション実験１に係る成膜結果を示した図である。シミュレーション実験１においては、真空容器１内の圧力を２Ｔｏｒｒに設定し、排気口６１０、６２０の排気圧力を５０Ｔｏｒｒに設定した。ウェハＷの温度は４００℃に設定している。回転テーブルの回転速度は５ｒｐｍとしている。原料ガス供給部３２からは、有機アミノシランガス１０１０ｓｃｃｍの流量で供給している。また、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４からは、Ａｒガスを各々５ｓｃｃｍの流量で供給している。処理ガスノズル６０からは、Ｏ_３ガスを５００ｓｃｃｍの流量で供給している。また、分離ガスノズル４１、４２からはＡｒガスを５ｓｌｍの流量で供給している。軸側上方の分離ガス供給管５１からはＡｒガスを１ｓｌｍの流量で供給し、軸側下方のパージガス供給管７２からは、Ａｒガスを３ｓｌｍの流量で供給している。また、プラズマ処理領域Ｐ３においては、ベースノズル６１からはＡｒガス１を１４．８ｓｌｍ、Ｏ_２ガスを７５ｓｃｃｍの流量で供給した。また、軸側ノズル６２からＡｒガスを０．１ｓｌｍの流量で供給し、外側ノズル６３からＡｒガスを０．１ｓｌｍの流量で供給している。

【0100】

図１９（ａ）は、シミュレーション実験１の原料ガスの濃度分布の解析結果を示した図である。図１９（ａ）においては、原料ガスの濃度が供給濃度の５０％以上の領域を飽和基準領域（フルスケール領域）とし、それよりも濃度の低い領域を、所定の濃度幅でランク分けして分布を示している。ランクは、濃度の高い順にＪ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏの６段階で示されている。

【0101】

図１９（ａ）において、濃度は原料ガス供給部３２から周方向に沿って略均一に分布しており、良好な濃度分布特性を示している。

【0102】

図１９（ｂ）は、シミュレーション実験１の原料ガスの流れの軌跡の解析結果を示した図である。図１９（ｂ）に示されるように、原料ガスは、周方向に沿って流れており、回転テーブル２の半径方向において略均一に供給されていることが示されている。

【0103】

このように、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜を行った場合には、原料ガスの分布を均一にし、膜厚の面内均一性を高めることが可能な解析結果が得られた。

【0104】

図２０は、シミュレーション実験２の解析結果を示した図である。シミュレーション実験２においては、シミュレーション実験１と同じ成膜装置を用いて、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４からのＡｒガスの流量を１０ｓｃｃｍに増加させた。原料ガス供給部３２からの有機シランガスの流量は１０ｓｃｃｍでシミュレーション実験１と同様である。また、他の条件もシミュレーション実験１と同様である。

【0105】

図２０（ａ）は、シミュレーション実験２の原料ガスの濃度分布の解析結果を示した図である。図２０（ａ）においても、濃度分布の表示方法は図１９（ａ）と同様であり、濃度分布が周方向に沿って分布する略均一で良好な原料ガス濃度分布が示されている。

【0106】

図２０（ｂ）は、シミュレーション実験２の原料ガスの流れの軌跡の解析結果を示した図である。図２０（ｂ）において、外周側の原料ガスが原料ガス供給部３２よりも左側、つまり回転テーブル２の回転方向の上流側に向かって移動しており、若干の逆流が生じていることが示されている。全体としては良好であるが、図１９（ｂ）よりは、原料ガスの流れが不均一になったことが示されている。このように、軸側補助ガス供給部３３及び外周部補助ガス供給部３４の補助ガスの流量を変化させることにより、原料ガスの流れの方向や分布に影響を与えることができることが分かる。

【0107】

図２１は、シミュレーション実験３の解析結果を示した図である。シミュレーション実験３においては、シミュレーション実験１、２と同じ成膜装置を用いて、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４からのＡｒガスの流量を２０ｓｃｃｍに増加させた。原料ガス供給部３２からの有機シランガスの流量は１０ｓｃｃｍでシミュレーション実験１、２と同様である。また、他の条件もシミュレーション実験１、２と同様である。

【0108】

図２１（ａ）は、シミュレーション実験２の原料ガスの濃度分布の解析結果を示した図である。図２１（ａ）において、必ずしも周方向に沿って濃度が均一に分布しておらず、濃度分布に不均衡が生じていることが分かる。

【0109】

図２１（ｂ）は、シミュレーション実験３の原料ガスの流れの軌跡の解析結果を示した図である。図２１（ｂ）において、外周側の原料ガスが原料ガス供給部３２よりも左側、つまり回転テーブル２の回転方向の上流側に向かって相当量移動しており、図２０（ｂ）よりも多く逆流が生じていることが示されている。つまり、図２０（ｂ）よりも更に原料ガスの流れが不均一になったことが示されている。このように、軸側補助ガス供給部３３及び外周部補助ガス供給部３４の補助ガスの流量を変化させることにより、原料ガスの流れの方向や分布に影響を与えることができることが分かる。

【0110】

図２２は、シミュレーション実験４に用いる成膜装置のシャワーヘッドの底面板２３１の底面（下面）の構成を示した図である。シミュレーション実験４に係る成膜装置では、原料ガス供給部３２、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４の高さを同一とし、回転テーブル２との間隔を総て原料ガス供給部２２と同じ１．５ｍｍに設定した。

【0111】

図２３は、シミュレーション実験４の解析結果を示した図である。シミュレーション実験４においては、図２２に示した底面板２３１を有するシャワーヘッドを備えた成膜装置を用いて、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４からのＡｒガスの流量を１０ｓｃｃｍに設定し、シミュレーション実験２と同じ設定とした。原料ガス供給部３２からの有機シランガスの流量は１０ｓｃｃｍでシミュレーション実験１〜３と同様である。また、他の条件もシミュレーション実験１〜３と同様である。

【0112】

図２３（ａ）は、シミュレーション実験４の原料ガスの濃度分布の解析結果を示した図である。図２３（ａ）において、必ずしも周方向に沿って濃度が均一に分布しておらず、濃度分布に不均衡が生じていることが分かる。

【0113】

図２３（ｂ）は、シミュレーション実験３の原料ガスの流れの軌跡の解析結果を示した図である。図２３（ｂ）において、外周側の原料ガスが原料ガス供給部３２よりも左側、つまり回転テーブル２の回転方向の上流側に向かって相当量移動しており、同じ条件の図２０（ｂ）よりも更に多く逆流が生じていることが示されている。つまり、図２０（ｂ）よりも更に原料ガスの流れが不均一になったことが示されている。このように、軸側補助ガス供給部３３及び外周側補助ガス供給部３４の高さを原料ガス供給部３２と同一とし、回転テーブル２との間隔を同一とすると、原料ガス供給の面内均一性が悪化することが示された。

【0114】

［実施例］
図２４は、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜処理を実施した実施例１の実施結果を示した図である。実施例１においては、原料ガス供給部３２からの原料ガスである有機シランガスの流量を１０ｓｃｃｍで一定とし、軸側補助ガス供給部３３からのＡｒガスの流量を種々変化させた。また、外周側補助ガス供給部３４からは、ガスの供給を行わなかった。

【0115】

実施例１においては、ウェハＷの温度は４００℃、真空容器１内の圧力は２．０Ｔｏｒｒに設定した。また、回転テーブル２の回転速度は５ｒｐｍに設定した。プラズマ用の高周波電源８５の出力は４ｋＷに設定した。処理ガスノズル６０からの酸化ガスは、Ｏ_３ガスの流量を３００ｇ／ｍ^３とし、Ｏ_２ガスの流量を６０００ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_３／Ｏ_２混合ガスを供給した。

【0116】

実施例１において、軸側補助ガス供給部３３からのＡｒガスの流量を、０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍと変化させた。なお、軸側補助ガス供給部３３からのＡｒガスの流量を０ｓｃｃｍに設定した場合には、原料ガスのみを供給する場合と、原料ガスとキャリアＡｒガス４０ｓｃｃｍを併せて供給する場合の２つの場合を実施した。

【0117】

図２４において、横軸はＹ座標（回転テーブル２の半径方向に沿った方向における座標）であり、縦軸は膜厚（Å）である。図２４に示される通り、軸側補助ガス供給部３３からＡｒガスの流量を増加させるにつれて、軸側の膜厚が低下していることが分かる。これは、軸側にＡｒガスが供給された結果、軸側の原料ガスの濃度が低下し、膜厚が薄くなったことを意味する。このように、軸側補助ガス供給部３３からＡｒガスを供給することにより、軸側の膜厚を低下させる制御が可能であることが示された。

【0118】

図２５は、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜処理を実施した実施例２の実施結果を示した図である。実施例２においては、原料ガス供給部３２からの原料ガスである有機シランガスの流量を２５ｓｃｃｍで一定とし、外周側補助ガス供給部３４からのＡｒガスの流量を種々変化させた。また、軸側補助ガス供給部３３からは、ガスの供給を行わなかった。その他の条件は、実施例１と同一である。

【0119】

実施例２においては、外周側補助ガス供給部３４からのＡｒガスの流量を、０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍと変化させた。

【0120】

図２５に示される通り、外周側補助ガス供給部３４からＡｒガスの流量を増加させるにつれて、外周側の膜厚が低下していることが分かる。これは、外周側にＡｒガスが供給された結果、外周側の原料ガスの濃度が低下し、膜厚が薄くなったことを意味する。このように、外周側補助ガス供給部３４からＡｒガスを供給することにより、軸側の膜厚を低下させる制御が可能であることが示された。

【0121】

図２６は、本実施形態に係る成膜装置を用いて成膜処理を実施した実施例３の実施結果を示した図である。実施例３においては、原料ガス供給部３２からの原料ガスの流量を５ｓｃｃｍで一定とし、軸側補助ガス供給部３３から原料ガスである有機アミノシランガスを供給するとともに、その流量を０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍと変化させた。また、外周側補助ガス供給部３４からの補助ガスの供給は行わなかった。また、軸側補助ガス供給部３３からの原料ガスの流量が０ｓｃｃｍの場合に、原料ガス供給部３２からの原料ガスの流量を１０倍の５０ｓｃｃｍとした場合も併せて実施した。

【0122】

図２６（ａ）は、Ｙ軸における膜厚分布を示した図である。図２６（ａ）に示される通り、軸側補助ガス供給部３３から供給される原料ガスの流量を増加させるにつれて、軸側の膜厚が増加していることが分かる。そして、軸側補助ガス供給部３３からの原料ガスの流量を１０ｓｃｃｍとした場合には、原料ガス供給部３２からの原料ガスの流量を１０倍の５０ｓｃｃｍとした場合と同じである。つまり、原料ガス供給部３２から５ｓｃｃｍの流量、軸側補助ガス供給部３３から１０ｓｃｃｍの合計１５ｓｃｃｍの原料ガスを供給した膜厚は、この３倍以上の５０ｓｃｃｍの流量で原料ガス供給部３２のみから原料ガスを供給した場合とほぼ同一であり、原料ガスの供給量が大幅に低減できていることが分かる。

【0123】

図２６（ｂ）は、実施例３の平均膜厚と面内均一性を示した図である。図２６（ｂ）において、棒グラフの上側の数字が平均膜厚を示しており、棒グラフ内の数字が面内均一性を示している。図２６（ｂ）に示される通り、原料ガス供給部３２からの原料ガスの流量が１０ｓｃｃｍ、軸側補助ガス供給部３３からの原料ガスの流量が５ｓｃｃｍの場合が、面内均一性が５．５と最も良好であり、単に原料ガス供給部３２から５０ｓｃｃｍの原料ガスを供給した場合の７．６よりも良好である。このように、本実施形態に係る成膜装置によれば、軸側補助ガス供給部３３から供給される補助ガスの種類及び流量を適切に設定することにより、少ない原料ガスの供給で良好な面内均一性を得ることができることが示された。

【0124】

また、図２４に示した実施例１の結果と相俟って、軸側補助ガス供給部３３からＡｒガスを供給すれば軸側の膜厚を低減させることができ、原料ガスを供給すれば軸側の膜厚を増加させることができることが分かる。つまり、軸側補助ガス供給部３３からの用途に応じた補助ガスの供給により、成膜プロセスにおける膜厚を制御することができることが示された。

【0125】

更に、軸側補助ガス供給部３３のみからの補助ガスの供給で、膜厚の大幅な制御が可能であることから、軸側補助ガス供給部３３のみ設けるようにしても、十分な効果を得ることができることも示された。

【0126】

更に、外周側補助ガス供給部３４では、原料ガスのみを供給する実施例を実施していないが、図２６（ａ）、（ｂ）の結果から、外周側補助ガス供給部３４から原料ガスを供給した場合には、外周側の膜厚を増加させることが可能であると言える。

【0127】

このように、本実施形態に係る成膜装置及び成膜方法によれば、小流量の原料ガスの供給で、面内均一性に優れた成膜を実現することができる。

【0128】

なお、本実施形態に係る成膜装置及び成膜方法が、シリコン含有ガスを用いた酸化膜の成膜プロセスに限定されず、シリコン含有ガスを用いた窒化膜の成膜プロセス、チタン含有ガスを用いた窒化膜の成膜プロセスにも適用可能であることは、上述の通りである。

【0129】

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0130】

１ 真空容器
２ 回転テーブル
２４ 凹部
３０ シャワーヘッド
３１ 底面板
３２ 原料ガス供給部
３３ 軸側補助ガス供給部
３４ 外周側補助ガス供給部
３２ａ〜３４ａ ガス供給路
３９ ガス導入口
３９ａ ガス導入路
８１ プラズマ発生部
１２０〜１２３ 流量制御器
１３０〜１３３ ガス供給源
Ｐ１〜Ｐ３ 処理領域
Ｗ ウェハ

【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】