特開 2024-40776 成膜装置、および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024040776

(43)【公開日】2024-03-26

(54)【発明の名称】成膜装置、および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20240318BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C23C16/458

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022145351

(22)【出願日】2022-09-13

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(72)【発明者】

【氏名】上遠野 一広

(72)【発明者】

【氏名】松尾 和展

(72)【発明者】

【氏名】三鬼 悠輔

(72)【発明者】

【氏名】虎谷 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】側瀬 聡文

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030BA08

4K030BA11

4K030BA21

4K030BA42

4K030BA47

4K030EA04

4K030GA02

4K030KA36

4K030KA39

4K030KA41

5F045AA06

5F045AB22

5F045AC00

5F045AD01

5F045AE01

5F045DP03

5F045DP28

5F045DQ10

5F045EE17

5F045EF05

5F045EF20

5F045EM10

5F045GB06

(57)【要約】

【課題】基板を収容するチャンバ内の状態を精度よく検出可能な成膜装置、および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】一の実施形態によれば、成膜装置は、基板を収容するチャンバと、前記基板を支持するステージと、前記チャンバ内にガスを供給して、前記基板上に膜を形成するガス供給部とを備える。前記装置はさらに、前記チャンバ内の前記ステージの上方の第１箇所の圧力に応じて変化する第１値を検出する第１検出部と、前記第１値に基づいて、前記基板上に前記膜を形成する処理を制御する制御部とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を収容するチャンバと、
前記基板を支持するステージと、
前記チャンバ内にガスを供給して、前記基板上に膜を形成するガス供給部と、
前記チャンバ内の前記ステージの上方の第１箇所の圧力に応じて変化する第１値を検出する第１検出部と、
前記第１値に基づいて、前記基板上に前記膜を形成する処理を制御する制御部と、
を備える成膜装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１値に基づいて、前記ステージの高さを制御する、請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記第１箇所は、前記ステージと、前記ガス供給部から供給されたガスを前記チャンバ内に供給するシャワーヘッドとの間に位置する、請求項１に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記第１値は、前記第１箇所の圧力と、前記チャンバ内の前記第１箇所と異なる第２箇所の圧力とに応じて変化する、請求項１に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記第２箇所は、前記チャンバ内の前記ステージの下方に位置する、請求項４に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記第２箇所の圧力に応じて変化する第２値を検出する第２検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１値および前記第２値に基づいて、前記基板上に前記膜を形成する処理を制御する、請求項４に記載の成膜装置。

【請求項7】

前記第１値は、前記第１箇所の圧力と前記第２箇所の圧力との圧力差である、請求項４に記載の成膜装置。

【請求項8】

前記第２値は、前記第２箇所の圧力である、請求項６に記載の成膜装置。

【請求項9】

前記第１検出部は、前記圧力差を検出して、前記圧力差に応じて変化する電気信号を出力する少なくとも１つのピエゾ素子を含む、請求項７に記載の成膜装置。

【請求項10】

前記ステージは、第１部材と、前記第１部材上に設けられた前記ピエゾ素子と、前記ピエゾ素子上に設けられ、前記基板を支持する第２部材とを含む、請求項９に記載の成膜装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記第１検出部の複数のピエゾ素子により複数の第１箇所で検出された複数の第１値に基づいて、前記基板上に前記膜を形成する処理を制御する、請求項９に記載の成膜装置。

【請求項12】

半導体基板をチャンバ内に収容し、
前記半導体基板をステージにより支持し、
前記チャンバ内の前記ステージの上方の第１箇所の圧力に応じて変化する第１値を第１検出部により検出し、
前記チャンバ内にガス供給部からガスを供給して、前記第１値に基づいて、前記半導体基板上に膜を形成する処理を制御部により制御する、
ことを含む半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、成膜装置、および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等の成膜装置により基板上に膜を形成する場合、基板を収容するチャンバ内の状態を精度よく検出できることが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１４５００７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

基板を収容するチャンバ内の状態を精度よく検出可能な成膜装置、および半導体装置の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一の実施形態によれば、成膜装置は、基板を収容するチャンバと、前記基板を支持するステージと、前記チャンバ内にガスを供給して、前記基板上に膜を形成するガス供給部とを備える。前記装置はさらに、前記チャンバ内の前記ステージの上方の第１箇所の圧力に応じて変化する第１値を検出する第１検出部と、前記第１値に基づいて、前記基板上に前記膜を形成する処理を制御する制御部とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態のＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。

【図2】第１実施形態のＣＶＤ装置の動作を説明するためのグラフである。

【図3】第１実施形態のＣＶＤ装置の構成を説明するための平面図である。

【図4】第１実施形態のＣＶＤ装置の動作を説明するためのシーケンス図である。

【図5】第１実施形態のＣＶＤ装置の動作を説明するための別のシーケンス図である。

【図6】第２および第３実施形態のＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１～図６において、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。図１のＣＶＤ装置は、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置である。図１のＣＶＤ装置は、成膜装置の例である。

【0009】

本実施形態のＣＶＤ装置は、チャンバ１１と、ステージ１２と、回転シャフト１３と、ガス供給部１４と、ガス配管１５と、シャワーヘッド１６と、排気リング１７と、バルブ１８と、ポンプ１９と、圧力計２１と、制御部２２と、高さ調整部２３とを備えている。ステージ１２は、下板１２ａと、上板１２ｂと、１つ以上のピエゾ素子１２ｃとを含んでいる。ガス供給部１４は、複数のＭＦＣ（Mass Flow Controller）１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを含んでいる。下板１２ａは第１部材の例であり、上板１２ｂは第２部材の例である。ピエゾ素子１２ｃは第１検出部の例であり、圧力計２１は第２検出部の例である。

【0010】

図１は、互いに垂直なＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を示している。この明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、－Ｚ方向を下方向として取り扱う。－Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。

【0011】

チャンバ１１は、ウェハ１を収容する。図１に示すウェハ１は、基板１ａと膜１ｂとを含んでいる。基板１ａは例えば、Ｓｉ（シリコン）基板などの半導体基板である。膜１ｂは例えば、本実施形態のＣＶＤ装置により基板１ａ上に形成されたＣＶＤ膜である。本実施形態の膜１ｂは、金属元素と酸素とを含む金属膜であり、例えば、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｚｎ（亜鉛）、およびＯ（酸素）を含むＩＧＺＯ膜である。本実施形態では、基板１ａを含むウェハ１がチャンバ１１内に搬入され、チャンバ１１内でＣＶＤにより基板１ａ上に膜１ｂが形成され、基板１ａと膜１ｂとを含むウェハ１がチャンバ１１から搬出される。本実施形態では、基板１ａ上に膜１ｂを形成するなどの種々の処理を行い、その後にウェハ１を複数のチップに分割（ダイシング）することで、ウェハ１から複数の半導体装置を製造する。

【0012】

ステージ１２は、チャンバ１１内のウェハ１を支持する。ステージ１２は、下板１２ａと、下板１２ａ上に設けられた１つ以上のピエゾ素子１２ｃと、これらのピエゾ素子１２ｃ上に設けられ、ウェハ１を支持する上板１２ｂとを含んでいる。図１では、上板１２ｂの上面にウェハ１が載置されている。各ピエゾ素子１２ｃは、各ピエゾ素子１２ｃにかかる圧力を検出して、当該圧力に応じて変化する電気信号を出力する。本実施形態の各ピエゾ素子１２ｃは、チャンバ１１内のステージ１２の上方の箇所の圧力と、チャンバ１１内のステージ１２の下方の箇所の圧力との圧力差を検出する。前者の箇所は第１箇所の例であり、後者の箇所は第２箇所の例であり、上記の圧力差は第１値の例である。ピエゾ素子１２ｃのさらなる詳細については、後述する。

【0013】

回転シャフト１３は、ステージ１２の下板１２ａに取り付けられており、ステージ１２を支持している。回転シャフト１３は、ステージ１２を矢印Ａ２のように回転させることで、ステージ１２上のウェハ１を回転させることができる。

【0014】

ガス供給部１４は、チャンバ１１内にガスを供給する。これにより、基板１ａ上にこのガスにより膜１ｂを形成することができる。本実施形態のガス供給部１４は、Ｉｎを含むＩｎガスと、Ｇａを含むＧａガスと、Ｚｎを含むＺｎガスと、Ｏを含むＯガスと、希釈ガスとを供給する。これにより、膜１ｂとしてＩＧＺＯ膜を形成することができる。Ｉｎガス、Ｇａガス、およびＺｎガスは第１ガスの例であり、Ｏガスは第２ガスの例である。Ｏガスは、例えばＯ_３（オゾン）ガスである。希釈ガスは、例えば希ガスである。ガス供給部１４内のＭＦＣ１４ａ～１４ｅはそれぞれ、Ｉｎガス、Ｇａガス、Ｚｎガス、Ｏガス、および希釈ガスの流量を計測および制御する。

【0015】

ガス配管１５は、ガス供給部１４とシャワーヘッド１６とを連結しており、ガス供給部１４から供給されたガスをシャワーヘッド１６に供給する。

【0016】

シャワーヘッド１６は、ガス配管１５からのガスをチャンバ１１内に供給する。図１に示すように、シャワーヘッド１６は、チャンバ１１内のステージ１２の上方に配置されている。よって、シャワーヘッド１６から噴射されたガスは、ステージ１２上の基板１ａの上面に到達する。その結果、基板１ａの上面に膜１ｂが形成される。

【0017】

排気リング１７は、チャンバ１１の側壁に取り付けられており、チャンバ１１内のガスを排出する。排気リング１７は、バルブ１８を介してポンプ１９と連結されている。バルブ１８が開いた状態でポンプ１９が動作すると、チャンバ１１内のガスが排気リング１７へと排出される。

【0018】

圧力計２１は、チャンバ１１内の圧力を検出する。本実施形態の圧力計２１は、チャンバ１１内のステージ１２の下方の箇所の圧力を検出して、当該圧力の検出結果を示す信号を出力する。上述のように、この箇所は第２箇所の例である。また、上記の圧力は第２値の例である。

【0019】

制御部２２は、本実施形態のＣＶＤ装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部２２は、各ピエゾ素子１２ｃから上記の電気信号を受信し、ステージ１２の上方の箇所の圧力Ｐａと、ステージ１２の下方の箇所の圧力Ｐｂとの圧力差ΔＰを、この電気信号から取得する。また、制御部２２は、圧力計２１から上記の信号を受信し、ステージ１２の下方の箇所の圧力Ｐｂを、この信号から取得する。本実施形態の制御部２２は、取得した圧力差ΔＰおよび圧力Ｐｂに基づいて、ステージ１２の上方の箇所の圧力Ｐａを算出し、算出した圧力Ｐａに基づいて、基板１ａ上に膜１ｂを形成する処理（成膜処理）を制御する。例えば、制御部２２は、算出した圧力Ｐａに基づいて、基板１ａ上に膜１ｂを形成する際のステージ１２の高さを好適な高さに制御する。これにより、基板１ａ上に好適な膜１ｂを形成することが可能となる。なお、制御部２２は、圧力Ｐａを算出せずに、取得した圧力差ΔＰおよび圧力Ｐｂに基づいて、成膜処理を制御してもよい。

【0020】

高さ調整部２３は、ステージ１２の下板１２ａに取り付けられており、ステージ１２の高さを調整する。高さ調整部２３は、ステージ１２の高さを矢印Ａ１のように変化させることで、ステージ１２上のウェハ１の高さを変化させることができる。ステージ１２の高さは、高さ調整部２３の代わりに回転シャフト１３により調整可能でもよいし、高さ調整部２３および回転シャフト１３により調整可能でもよい。制御部２２は、高さ調整部２３および／または回転シャフト１３を動作させることで、ステージ１２の高さを制御することができる。

【0021】

次に、引き続き図１を参照し、本実施形態のＣＶＤ装置のさらなる詳細を説明する。

【0022】

図１は、チャンバ１１内の領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を示している。領域Ｒ１、Ｒ２はおおむね、ステージ１２の上面とシャワーヘッド１６の下面との間に位置している。領域Ｒ３は、チャンバ１１内のその他の領域である。具体的には、領域Ｒ１は、平面視でステージ１２の中心付近に位置しており、領域Ｒ２は、平面視でステージ１２の外周付近に位置している。領域Ｒ１、Ｒ２は、ステージ１２の上方に位置している。一方、領域Ｒ３は例えば、ステージ１２の下方の領域を含んでいる。

【0023】

ガス供給部１４からのガスにより基板１ａ上に膜１ｂを形成する際、このガスは主に、シャワーヘッド１６とステージ１２との間の領域に供給される。よって、領域Ｒ１、Ｒ２内の圧力は、一般に領域Ｒ３内の圧力よりも高くなる。さらには、領域Ｒ１内の圧力が、一般に領域Ｒ２内の圧力よりも高くなる。その結果、ウェハ１の上面にかかる圧力が、ウェハ１の下面にかかる圧力よりも高くなる。本実施形態の各ピエゾ素子１２ｃは、前者の圧力と後者の圧力との間の圧力差を検出する。具体的には、各ピエゾ素子１２ｃは、領域Ｒ１（またはＲ２）と領域Ｒ３との圧力差を検出する。一方、圧力計２１は、領域Ｒ３内の圧力を検出する。

【0024】

領域Ｒ１、Ｒ２内の圧力は、膜１ｂの膜質や形成過程に影響を与える。そのため、領域Ｒ１、Ｒ２内の圧力を精度よく検出することが望ましい。しかしながら、チャンバ１１内の圧力を圧力計２１により領域Ｒ３内で検出すると、Ｒ１、Ｒ２内の圧力より低い圧力が検出されてしまう。また、領域Ｒ１、Ｒ２内の圧力を圧力計２１により検出しようとしても、圧力計２１を領域Ｒ１、Ｒ２内に配置することは難しい。例えば、圧力計２１を領域Ｒ１、Ｒ２内に配置すると、圧力計２１付近の基板１ａ上に膜１ｂが形成され難くなってしまう。

【0025】

そこで、本実施形態のＣＶＤ装置は、領域Ｒ１と領域Ｒ３との圧力差を、各ピエゾ素子１２ｃにより検出する。これにより、領域Ｒ１内の圧力に関する情報を、各ピエゾ素子１２ｃの検出結果から取得することが可能となる。例えば、領域Ｒ１と領域Ｒ３との圧力差の検出結果と、領域Ｒ３内の圧力の検出結果とに基づいて、領域Ｒ１内の圧力を算出することが可能となる。各ピエゾ素子１２ｃは、領域Ｒ１内の圧力の代わりに、領域Ｒ２内の圧力を検出してもよい。

【0026】

本実施形態の制御部２２は、算出された領域Ｒ１内の圧力に基づいて、ステージ１２の高さを制御する。ステージ１２の高さは例えば、ウェハ１の上面の圧力を一定に維持するように制御される。これにより、一定の圧力下で基板１ａ上に膜１ｂを形成することが可能となる。ステージ１２の高さは、ステージ１２のどの箇所を基準に定めてもよい。本実施形態の制御部２２は、算出された領域Ｒ１内の圧力に基づいて、ステージ１２の上面の高さ（Ｚ座標）を制御する。

【0027】

本実施形態の膜１ｂは、金属元素と酸素とを含む金属膜であり、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含むＩＧＺＯ膜である。この場合、金属元素を含むガスから金属膜を形成する際の吸着効率が、領域Ｒ１、Ｒ２内の圧力の影響を受けることや、この影響の大きさが金属元素の種類により異なることが問題となる。本実施形態によれば、ウェハ１の上面の圧力を一定に維持することで、このような問題を抑制することが可能となる。

【0028】

ＡＬＤなどのＣＶＤにより膜１ｂが形成される際には、ガスの流量が大きく変化することが多いため、領域Ｒ１、Ｒ２内の圧力が大きく変化することが多い。本実施形態によれば、ウェハ１の上面の圧力を一定に維持することで、ＣＶＤを好適に実施することが可能となる。また、ＣＶＤを実施する際には、チャンバ１１の入口付近の箇所にＣＶＤ膜が形成されてしまう場合がある（ローディング効果）。本実施形態では、ウェハ１の上面の圧力を好適な圧力に維持することで、このようなＣＶＤ膜の形成を低減させてもよい。

【0029】

制御部２２の制御対象は、ステージ１２の高さ以外でもよい。例えば、制御部２２は、算出された領域Ｒ１内の圧力に基づいて、ガス供給部１４から供給されるガスの流量を制御してもよい。これにより、ステージ１２の高さを制御する場合と同様に、ウェハ１の上面の圧力を一定に維持することが可能となる。ただし、ウェハ１の上面の圧力は、ステージ１２の高さにより制御した方が、ガスの流量により制御するよりも容易である。また、ガスの流量によりウェハ１の上面の圧力を高くすると、高価なガスの消費量が増加してしまう。よって、ウェハ１の上面の圧力は一般に、ステージ１２の高さにより制御する方が好ましい。

【0030】

各ピエゾ素子１２ｃによる圧力差の検出は、基板１ａ上に膜１ｂを形成している間に行われてもよいし、基板１ａ上に膜１ｂを形成する前に事前に行われてもよい。後者の場合には、実際の処理として基板１ａ上に膜１ｂを形成する前に、事前処理として基板１ａ上に膜１ｂを形成する。事前処理の際には、各ピエゾ素子１２ｃが、個々の工程で圧力差を検出する。実際の処理の際には、制御部２２が、事前処理の際に検出された圧力差に基づいて、個々の工程でステージ１２の高さを制御する。例えば、実際の処理の工程Ａ、工程Ｂ、工程Ｃにおけるステージ１２の高さはそれぞれ、事前処理の工程Ａ、工程Ｂ、工程Ｃにおける圧力差の検出結果に基づいて制御される。事前処理における圧力差の検出結果は例えば、実際の処理の際に利用するために、制御部２２のストレージ内に保存される。

【0031】

このような事前処理を採用する場合、事前処理は、シミュレーションで行うことも考えられる。しかしながら、チャンバ１１内の圧力の変化をシミュレーションで計算することは難しい。そこで、本実施形態の事前処理は、本実施形態のＣＶＤ装置を用いて実際に行うことが望ましい。

【0032】

図２は、第１実施形態のＣＶＤ装置の動作を説明するためのグラフである。

【0033】

図２の横軸は、ＭＦＣ１４ｅにより計測される希釈ガスの流量を示す。図２の縦軸は、希釈ガスの圧力を示す。図２は、ガス供給部１４からチャンバ１１内に希釈ガスが供給される際の、配管１５内での希釈ガスの圧力と、チャンバ１１（領域Ｒ１）内での希釈ガスの圧力とを示している。

【0034】

図２によれば、希釈ガスの流量が高くなると、配管１５内での希釈ガスの圧力と、チャンバ１１内での希釈ガスの圧力との差が大きくなることが分かる。これは、配管１５に設けた圧力計での計測値を、チャンバ１１内の圧力とみなすと、チャンバ１１内の実際の圧力とこの計測値との誤差が大きくなることを示している。よって、チャンバ１１内の圧力を、配管１５に設けた圧力計で精度よく計測することは難しい。この誤差は、希釈ガスの流量が高くなるほど大きくなり、例えば希釈ガスの流量が５００ｓｃｃｍ以上になると顕著となる。これは、希釈ガス以外のガスを供給する場合でも同様である。

【0035】

よって、本実施形態のＣＶＤ装置は、チャンバ１１（領域Ｒ１）内の圧力を、チャンバ１１内のピエゾ素子１２ｃを利用して計測する。これにより、精度のよい圧力計測を実現することが可能となる。

【0036】

図３は、第１実施形態のＣＶＤ装置の構成を説明するための平面図である。

【0037】

図３(ａ)は、本実施形態のステージ１２の第１の例を示している。本例のステージ１２は、下板１２ａと上板１２ｂとの間に１つのピエゾ素子１２ｃを含んでいる。このピエゾ素子１２ｃは、ステージ１２の中心Ｃと重なる位置に配置されている。この場合の制御部２２は、このピエゾ素子１２ｃにより検出された圧力差に基づいて、ステージ１２の高さを制御する。

【0038】

図３(ｂ)は、本実施形態のステージ１２の第２の例を示している。本例のステージ１２は、下板１２ａと上板１２ｂとの間に複数のピエゾ素子１２ｃを含んでいる。これらのピエゾ素子１２ｃは、互いに離間されて配置されており、互いに異なる箇所の圧力差を検出する。この場合の制御部２２は、これらのピエゾ素子１２ｃにより検出された圧力差に基づいて、ステージ１２の高さを制御する。例えば、ステージ１２の高さが、これらのピエゾ素子１２ｃにより検出された圧力差の平均または分布に基づいて制御される。圧力差の平均は、度数平均でも加重平均でもよい。

【0039】

図３(ｂ)のピエゾ素子１２ｃは、中心Ｃ上に配置された１つのピエゾ素子Ｐ１と、中心Ｃの近くに配置された４つのピエゾ素子Ｐ２と、中心Ｃから遠くに配置された８つのピエゾ素子Ｐ３とを含んでいる。例えば、４つのピエゾ素子Ｐ２が中心Ｃに対して同心円状に設けられ、８つのピエゾ素子Ｐ３が中心Ｃに対して同心円状に設けられている。制御部２２は例えば、ピエゾ素子Ｐ１により検出された圧力差と、ピエゾ素子Ｐ２により検出された圧力差の平均と、ピエゾ素子Ｐ３により検出された圧力差の平均とに基づいて、ステージ１２の高さを制御してもよい。

【0040】

図４は、第１実施形態のＣＶＤ装置の動作を説明するためのシーケンス図である。図４は、ステージ１２の高さの時間変化を示している。

【0041】

期間Ｔ１には、制御部２２が、ＣＶＤ装置の立ち上げ動作を行う。立ち上げ動作を行う際には、ステージ１２の高さは、一定の高さに保たれる（待機状態）。図４は、待機状態におけるステージ１２の高さを、破線で示している。

【0042】

期間Ｔ２には、制御部２２が、ピエゾ素子１２ｃにより検出される圧力差と、ステージ１２の高さとの対応関係を調査する事前シーケンスを行う。事前シーケンスは、ガスを供給して基板１ａ上に膜１ｂを形成することで行われてもよいし、単にガスを供給することで行われてもよい。後者の場合、事前シーケンスは、希釈ガスのみを供給することで行われてもよい。図４は、希釈ガスのみを供給することで行われる事前シーケンスの例を示している。

【0043】

期間Ｔ３には、制御部２２が、基板１ａ上に膜１ｂを形成するシーケンスを行う。図４に示す期間Ｔ３は、Ｉｎガスを供給する期間と、希釈ガスを供給する期間と、Ｏガスを供給する期間と、希釈ガスを供給する期間とを順に含んでいる。これにより、膜１ｂの一部として、ＩｎおよびＯを含む層が形成される。同様に、Ｇａガスを供給する期間と、希釈ガスを供給する期間と、Ｏガスを供給する期間と、希釈ガスを供給する期間とを順に含むように、期間Ｔ３の処理がさらに行われる。これにより、膜１ｂの一部として、ＧａおよびＯを含む層が形成される。同様に、Ｚｎガスを供給する期間と、希釈ガスを供給する期間と、Ｏガスを供給する期間と、希釈ガスを供給する期間とを順に含むように、期間Ｔ３の処理がさらに行われる。これにより、膜１ｂの一部として、ＺｎおよびＯを含む層が形成される。これらの層を交互に繰り返し形成することで、膜１ｂとしてＩＧＺＯ膜が形成される。

【0044】

期間Ｔ３には、制御部２２が、期間Ｔ２に取得された対応関係を用いて、ステージ１２の高さを制御する。これにより、基板１ａ上に膜１ｂを形成する際のステージ１２の高さを好適な高さに制御することが可能となり、基板１ａ上に好適な膜１ｂを形成することが可能となる。なお、期間Ｔ３において希釈ガスを供給する際（パージ期間）には、ステージ１２の高さは、待機状態の高さに戻される。

【0045】

図５は、第１実施形態のＣＶＤ装置の動作を説明するための別のシーケンス図である。

【0046】

図５は、図４の期間Ｔ２の事前シーケンスを行わずに、期間Ｔ３の膜１ｂの形成を行う場合を示している。Ｉｎガスの供給は、時間Ｔａに開始されている。制御部２２は、Ｉｎガスの供給が開始されると、ステージ１２の高さを徐々に低下させる。図５では、ステージ１２の高さが、時間Ｔａから時間Ｔｂまで低下し、時間Ｔｂから時間Ｔｃまで上昇し、その後に最適な高さに維持されている。図５に示す時間Ｔｄには、ステージ１２の高さがすでに最適な高さに達している。なお、ステージ１２の高さは、時間Ｔｂ、Ｔｃのような変化を経由せずに、時間Ｔａの高さから時間Ｔｄの高さに変化してもよい。

【0047】

Ｉｎガスの供給開始後に、制御部２２は、ピエゾ素子１２ｃにより検出される圧力差に基づいて、ステージ１２の最適な高さを決定し、ステージ１２を最適な高さに維持する。Ｉｎガスの供給と、ステージ高さの調整は、並行して行われる。

【0048】

図５に示す動作は、Ｇａガス、Ｚｎガス、およびＯガスを供給する際にも同様に行われる。図５は、Ｏガスを供給する際のステージ１２の高さの変化を示している。

【0049】

また、図５のシーケンスは、図４の期間Ｔ３に行われてもよい。つまり、期間Ｔ２の事前シーケンスの後に、図５の期間Ｔ３のシーケンスを行ってもよい。事前シーケンスに加えて、例えばＩｎガスの供給と並行してステージ１２の高さを調整してもよい。これにより、ステージ１２の高さを、より正確に調整することができる。

【0050】

以上のように、本実施形態のＣＶＤ装置は、ステージ１２の上方の箇所の圧力と、ステージ１２の下方の箇所の圧力との圧力差を、各ピエゾ素子１２ｃにより検出し、検出された圧力差に基づいて、基板１ａ上に膜１ｂを形成する処理（成膜処理）を制御する。よって、本実施形態によれば、チャンバ１１内の状態を精度よく検出することが可能となり、これにより基板１ａ上に好適な膜１ｂを形成することが可能となる。

【0051】

（第２および第３実施形態）
図６は、第２および第３実施形態のＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。

【0052】

図６(ａ)は、第２実施形態のＣＶＤ装置内のステージ１２を示している。本実施形態のＣＶＤ装置の構成は、第１実施形態のＣＶＤ装置の構成と同様である。ただし、本実施形態のステージ１２は、下板１２ａと上板１２ｂとの間に、１つ以上のピエゾ素子１２ｃの代わりに、１つ以上の弾性部材１２ｄを含んでいる。また、本実施形態のＣＶＤ装置は、光学式センサ３１を備えている。光学式センサ３１は、発光部３１ａと、受光部３１ｂと、演算部３１ｃとを含んでいる。光学式センサ３１は、第１検出部の例である。

【0053】

第１実施形態では、領域Ｒ１内の圧力が領域Ｒ３内の圧力より高くなると（図１）、各ピエゾ素子１２ｃにかかる圧力が変化する。第１実施形態の制御部２２は、領域Ｒ１内の圧力と領域Ｒ３内の圧力との圧力差を、各ピエゾ素子１２ｃから受信した電気信号から取得することができる。第１実施形態の制御部２２は、取得した圧力差に基づいて、ステージ１２の高さを制御する。

【0054】

一方、本実施形態では、領域Ｒ１内の圧力が領域Ｒ３内の圧力より高くなると、ステージ１２の高さが変化する。理由は、下板１２ａと上板１２ｂとの間の幅が、弾性部材１２ｄの作用により変化するからである。光学式センサ３１は、ステージ１２の高さを光学的に検出し、ステージ１２の高さの検出結果を示す信号を出力する。本実施形態の制御部２２は、現在のステージ１２の高さを、光学式センサ３１から受信した信号から取得することができる。本実施形態の制御部２２は、取得した高さに基づいて、ステージ１２の高さを制御する。なお、光学式センサ３１または制御部２２は、光学式センサ３１により検出された高さから上記の圧力差を算出し、制御部２２は、この圧力差を用いて第１実施形態と同様の制御を行ってもよい。

【0055】

光学式センサ３１では、発光部３１ａが、上板１２ｂにレーザ光を発光する。レーザ光は、上板１２ｂの上面で反射する。受光部３１ｂは、上板１２ｂで反射したレーザ光を受光する。演算部３１ｃは、レーザ光の受光結果に基づいて、ステージ１２の高さを算出する。なお、本実施形態のＣＶＤ装置は、ステージ１２の高さを複数箇所で検出する複数の光学式センサ３１を備えていてもよい。また、本実施形態のＣＶＤ装置は、ステージ１２の高さを非光学式に検知する１つ以上のセンサを備えていてもよい。

【0056】

図６(ｂ)は、第３実施形態のＣＶＤ装置内のステージ１２を示している。本実施形態のＣＶＤ装置の構成は、第２実施形態のＣＶＤ装置の構成と同様である。ただし、本実施形態のステージ１２は、下板１２ａと上板１２ｂとの間に、１つ以上の弾性部材１２ｄの代わりに、支持部材１２ｅを含んでいる。

【0057】

本実施形態では、上板１２ｂが、支持部材１２ｅ上にカンチレバー（片持ち梁）状態で設けられている。よって、領域Ｒ１内の圧力が領域Ｒ３内の圧力より高くなると、カンチレバーの弾性作用により、ステージ１２の高さが局所的に変化する。本実施形態の光学式センサ３１は、第２実施形態と同様に、ステージ１２の高さを光学的に検出し、ステージ１２の高さの検出結果を示す信号を出力する。その後の処理は、第２実施形態の場合と同様である。

【0058】

第２または第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、チャンバ１１内の状態を精度よく検出することが可能となり、これにより基板１ａ上に好適な膜１ｂを形成することが可能となる。

【0059】

なお、本発明の実施形態は、次のような態様で実施してもよい。

【0060】

（付記１）
基板を収容するチャンバと、
前記基板を支持するステージと、
前記チャンバ内にガスを供給して、前記基板上に膜を形成するガス供給部と、
前記チャンバ内の前記ステージの上方の第１箇所の圧力に応じて変化する第１値を検出する第１検出部と、
前記第１値に基づいて、前記基板上に前記膜を形成する処理を制御する制御部と、
を備える成膜装置。

【0061】

（付記２）
前記制御部は、前記第１値に基づいて、前記ステージの高さを制御する、付記１に記載の成膜装置。

【0062】

（付記３）
前記第１箇所は、前記ステージと、前記ガス供給部から供給されたガスを前記チャンバ内に供給するシャワーヘッドとの間に位置する、付記１に記載の成膜装置。

【0063】

（付記４）
前記第１値は、前記第１箇所の圧力と、前記チャンバ内の前記第１箇所と異なる第２箇所の圧力とに応じて変化する、付記１に記載の成膜装置。

【0064】

（付記５）
前記第２箇所は、前記チャンバ内の前記ステージの下方に位置する、付記４に記載の成膜装置。

【0065】

（付記６）
前記第２箇所の圧力に応じて変化する第２値を検出する第２検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１値および前記第２値に基づいて、前記基板上に前記膜を形成する処理を制御する、付記４に記載の成膜装置。

【0066】

（付記７）
前記第１値は、前記第１箇所の圧力と前記第２箇所の圧力との圧力差である、付記４に記載の成膜装置。

【0067】

（付記８）
前記第２値は、前記第２箇所の圧力である、付記６に記載の成膜装置。

【0068】

（付記９）
前記第１検出部は、前記圧力差を検出して、前記圧力差に応じて変化する電気信号を出力する少なくとも１つのピエゾ素子を含む、付記７に記載の成膜装置。

【0069】

（付記１０）
前記ステージは、第１部材と、前記第１部材上に設けられた前記ピエゾ素子と、前記ピエゾ素子上に設けられ、前記基板を支持する第２部材とを含む、付記９に記載の成膜装置。

【0070】

（付記１１）
前記制御部は、前記第１検出部の複数のピエゾ素子により複数の第１箇所で検出された複数の第１値に基づいて、前記基板上に前記膜を形成する処理を制御する、付記９に記載の成膜装置。

【0071】

（付記１２）
前記第１検出部は、前記ステージの高さを光学的に検出する、付記１に記載の成膜装置。

【0072】

（付記１３）
前記ステージは、第１部材と、前記第１部材上に設けられた弾性部材と、前記弾性部材上に設けられ、前記基板を支持する第２部材とを含む、付記１に記載の成膜装置。

【0073】

（付記１４）
前記ステージは、第１部材と、前記第１部材上に設けられた支持部材と、前記支持部材上にカンチレバーの状態で設けられ、前記基板を支持する第２部材とを含む、付記１に記載の成膜装置。

【0074】

（付記１５）
前記ガス供給部は、金属元素を含む第１ガスと、酸素を含む第２ガスとを供給することで、前記金属元素と酸素とを含む前記膜を形成する、付記１に記載の成膜装置。

【0075】

（付記１６）
半導体基板をチャンバ内に収容し、
前記半導体基板をステージにより支持し、
前記チャンバ内の前記ステージの上方の第１箇所の圧力に応じて変化する第１値を第１検出部により検出し、
前記チャンバ内にガス供給部からガスを供給して、前記第１値に基づいて、前記半導体基板上に膜を形成する処理を制御部により制御する、
ことを含む半導体装置の製造方法。

【0076】

（付記１７）
前記第１値は、前記第１箇所の圧力と、前記チャンバ内の前記第１箇所と異なる第２箇所の圧力とに応じて変化する、付記１６に記載の半導体装置の製造方法。

【0077】

（付記１８）
前記第１値は、前記第１箇所の圧力と前記第２箇所の圧力との圧力差である、付記１７に記載の半導体装置の製造方法。

【0078】

（付記１９）
前記第１検出部は、前記圧力差を検出して、前記圧力差に応じて変化する電気信号を出力する少なくとも１つのピエゾ素子を含む、付記１８に記載の半導体装置の製造方法。

【0079】

（付記２０）
前記ステージは、第１部材と、前記第１部材上に設けられた前記ピエゾ素子と、前記ピエゾ素子上に設けられ、前記半導体基板を支持する第２部材とを含む、付記１９に記載の半導体装置の製造方法。

【0080】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

【符号の説明】

【0081】

１：ウェハ、１ａ：基板、１ｂ：膜、
１１：チャンバ、１２：ステージ、１２ａ：下板、１２ｂ：上板、
１２ｃ：ピエゾ素子、１２ｄ：弾性部材、１２ｅ：支持部材、
１３：回転シャフト、１４：ガス供給部、１４ａ：ＭＦＣ、１４ｂ：ＭＦＣ、
１４ｃ：ＭＦＣ、１４ｄ：ＭＦＣ、１４ｅ：ＭＦＣ、１５：ガス配管、
１６：シャワーヘッド、１７：排気リング、１８：バルブ、１９：ポンプ、
２１：圧力計、２２：制御部、２３：高さ調整部、
３１：光学式センサ、３１ａ：発光部、３１ｂ：受光部、３１ｃ：演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】