JP2023032743A - 基板に成膜処理を行う装置、及び基板に成膜処理を行う装置から処理ガスを排気する方法 - Google Patents

基板に成膜処理を行う装置、及び基板に成膜処理を行う装置から処理ガスを排気する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 回転テーブルの回転中心近傍から、第１の処理ガスと第２の処理ガスとを夫々異なる排気路を介して排気するにあたり、ガスの分離性能の低下、及び排気速度の低下を抑制する技術を提供する。【解決手段】複数の基板を載置して回転テーブルを回転させることにより、第１の処理ガスの供給領域と、第２の処理ガスの供給領域とに、交互に基板を通過させて、基板に薄膜を形成するにあたり、回転テーブルを回転させるために接続され、その内部に排気路が形成された回転軸排気路と、真空容器の天板の中央領域を構成する部材を上下に貫通するように形成された天井面側排気路と、を備える。第１の処理ガスは第１の排気口を介して回転軸排気路へ排気され、第２の処理ガスは第２の排気口を介して天井面側排気路に排気される。【選択図】 図１

Description

本開示は、基板に成膜処理を行う装置、及び基板に成膜処理を行う装置から処理ガスを排気する方法に関する。
基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と称する）に対して薄膜の成膜を行う手法の一つとして、原料ガスと反応ガスとをウエハの表面に順番に供給して反応生成物を積層するＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が知られている。このＡＬＤ法を用いて成膜処理を行う成膜装置としては、例えば特許文献１に、複数枚のウエハを周方向に並べて公転させるための回転テーブルを真空容器内に設ける構成が記載されている。この構成では、回転テーブルの回転により、ウエハが原料ガスの供給領域と反応ガスの供給領域とを交互に繰り返し通過し、こうしてウエハに対する薄膜の形成が行われる。
特開２０１８－５６３００号公報
本開示は、回転テーブルの回転中心近傍から、第１の処理ガスと第２の処理ガスとを夫々異なる排気路を介して排気するにあたり、ガスの分離性能の低下、及び排気速度の低下を抑制する技術を提供する。
本開示は、基板に成膜処理を行う装置であって、
真空容器内に設けられ、その一面側に複数の前記基板が載置されると共に、回転中心の周りに回転することにより、当該回転中心の周りで前記複数の基板を公転させるための回転テーブルと、
前記基板に吸着する第１の処理ガスが供給される第１の処理領域と、前記第１の処理ガスと反応して前記基板の表面に薄膜を形成するための第２の処理ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために、前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置するように設けられ、分離ガスを供給するための分離ガス供給部と、前記分離ガス供給部の前記回転方向両側に位置し、前記分離ガスが流れるための分離ガス用隙間を回転テーブルとの間に形成するための主天井面と、を備えた分離領域と、
前記第１の処理領域と第２の処理領域との雰囲気を分離するために、前記回転中心の周囲に、前記分離ガス用隙間と連通する中央隙間を前記回転テーブルとの間に形成する中央天井面を備えた中央領域と、
前記回転テーブルを前記回転中心の周りに回転させるために前記回転テーブルに接続されると共に、その内部に排気路が形成された筒状体からなる回転軸排気路と、
前記中央領域を構成する部材を上下に貫通するように形成された天井面側排気路と、
前記第１の処理領域から排出された前記第１の処理ガスを前記回転軸排気路又は前記天井面側排気路である一方側の排気路へ排気する第１の排気口と、前記第２の処理領域から排出された前記第２の処理ガスを前記回転軸排気路又は前記天井面側排気路であって、前記一方側の排気路とは異なる他方側の排気路へ排気する第２の排気口と、を備えたことを特徴とする。
本開示によれば、回転テーブルの回転中心近傍から、第１の処理ガスと第２の処理ガスとを夫々異なる排気路を介して排気するにあたり、ガスの分離性能の低下、及び排気速度の低下を抑制することができる。
本開示の成膜装置の第１の実施形態を示す縦断側面図である。 前記成膜装置を示す平面図である。 前記成膜装置の一部を拡大して示す縦断側面図である。 前記成膜装置に設けられた回転軸排気路と天井面側排気路の一例を示す概略斜視図である。 回転軸排気路と天井面側排気路の作用を示す縦断側面図である。 回転軸排気路と天井面側排気路の作用を示す概略拡大斜視図である。 本開示の成膜装置の第２の実施形態を示す縦断側面図である。 本開示の成膜装置の第３の実施形態の一部を示す縦断側面図である。
＜成膜装置の第１の実施形態＞
本開示の基板に成膜処理を行う装置（以下、「成膜装置」と称する）の一実施の形態について、図１～図４を参照して説明する。図１は、図２におけるＡ―Ａ｀位置に沿って切断した縦断側面図を示し、図３は、同図におけるＢ―Ｂ｀位置に沿って切断した縦断側面図を示す。この成膜装置１は、図１及び図２に示すように、平面形状が概ね円形である真空容器１０を備えている。この真空容器１０は、天板１１及び容器本体１２を備え、その内部には、当該真空容器１０の中心に回転中心を有すると共にウエハＷを公転させるための例えば石英製の回転テーブル２が設けられている。
真空容器１０の側壁には、図２に示すように、図示しない外部の搬送アームと回転テーブル２との間においてウエハＷの受け渡しを行うための搬入出口１３が形成され、この搬入出口１３は開閉自在なゲートバルブ１４により気密に閉止される。回転テーブル２に対しては、搬入出口１３を介して外部の搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しが行われる。このため、ウエハＷの受け渡しが行われる位置における回転テーブル２の下方側には、回転テーブル２を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し機構（図示せず）が設けられている。
＜回転テーブル＞
回転テーブル２は、中心部にてコア部２１に固定されており、このコア部２１に設けられた鉛直方向に伸びる回転軸排気路３を介して公転用駆動機構２３に接続されている。公転用駆動機構２３は、例えば中空モータ又は中空軸モータにより構成され、回転軸排気路３を介して回転テーブル２を前記回転中心の周りに回転させる。回転軸排気路３は回転テーブル２の回転軸と排気路とを兼用するものであるが、当該回転軸排気路３を含む排気構造については後述する。図１中、符号２４は回転軸排気路３及び公転用駆動機構２３を収納するケース体を示している。このケース体２４には、回転テーブル２の下方領域にＮ２ガスをパージガスとして供給するためのパージガス供給管１５が接続されている。
回転テーブル２の一面側には、直径寸法が例えば３００ｍｍのウエハＷを載置するための凹部２２が形成されている。この凹部２２は、図２に示すように円形状をなし、回転テーブル２の回転方向（周方向）に沿って複数箇所例えば６箇所に設けられている。この例の凹部２２は、回転テーブル２の周方向に互いに等間隔で形成され、ウエハＷを当該凹部２２に収納すると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面とが揃うように、直径寸法及び深さ寸法が設定されている。こうして、回転軸排気路３を介して公転用駆動機構２３により回転テーブル２を回転中心の周りに回転させると、凹部２２に載置されたウエハＷが回転軸３の周りを公転するように構成される。ここでは、図２に回転テーブル２の回転方向を矢印にて示すように、回転テーブル２が時計回りに回転する例について説明し、回転テーブル２の回転方向を「回転方向」と記載する場合がある。
＜第１の処理領域及び第２の処理領域＞
図２に示すように、真空容器１０には、回転テーブル２と各々対向するように、第１の処理ガスを供給する第１のガスノズル３１と、第２の処理ガスを供給する第２のガスノズル３２とが、真空容器１０の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。第１の処理ガスは、ウエハＷに吸着するガスであり、第２の処理ガスは第１の処理ガスと反応して、ウエハＷの表面に薄膜を形成するためのガスである。ここでは、第１の処理ガスとして原料ガスであるジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２：ＤＣＳ）ガス、第２の処理ガスとして酸化ガス（反応ガス）であるオゾン（Ｏ３）ガスを用いている。以下、これらＤＣＳガスとＯ３ガスとの反応により、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する場合を例にして説明する。
第１及び第２のガスノズル３１、３２は、真空容器１０の外周壁から中心に向かって、回転テーブル２の半径方向に沿って水平方向に伸びるように配置され、回転テーブル２を回転させた時にウエハＷが通過する領域を跨ぐように夫々設けられている。これら第１及び第２のガスノズル３１、３２は、先端が封止された管体により夫々構成され、それらの側面には、図１に示すように複数のガス吐出孔３１１、３２１が夫々形成されている。
図２に示すように、第１のガスノズル３１の基端は、バルブＶ１及び流量調整部Ｍ１を備えたガス供給路３１２を介してＤＣＳガス供給源３１３に接続されている。また、第２のガスノズル３２の基端は、バルブＶ２及び流量調整部Ｍ２を備えたガス供給路３２２を介してＯ３ガス供給源３２３に接続されている。第１のガスノズル３１から吐出孔３１１を介して第１の処理ガスが供給される領域は第１の処理領域Ｓ１を形成し、第２ガス供給ノズル３２から吐出孔３２１を介して第２の処理ガスが供給される領域は第２の処理領域Ｓ２を形成する。また、例えば第２の処理領域Ｓ２の天板１１には、Ｏ３ガスをプラズマ化して活性化する誘導結合アンテナやマイクロ波アンテナなどの活性化機構を設けてもよい。
＜分離領域＞
図２及び図３に示すように、第１の処理領域Ｓ１と第２の処理領域Ｓ２との間には、これら処理領域Ｓ１、Ｓ２の雰囲気を分離するために、２つの分離領域Ｄ１、Ｄ２が設けられている。これら分離領域Ｄ１、Ｄ２における真空容器１０の天板１１には、平面形状が概略扇形の凸状部４１、４２が各々取り付けられている。凸状部４１、４２の下面は、回転テーブル２に載置されたウエハＷの上方に、分離ガスが流れるための分離ガス用隙間４４を形成するための主天井面４３を構成する。
この例においては、凸状部４１、４２の主天井面４３は、回転テーブル２の上面と対向するように、回転テーブル２と接近して設けられ、こうして、回転テーブル２の上面との間に、前記分離ガス用隙間４４を形成している。なお、図３では、図示の便宜上、分離ガス用隙間４４を大きく描いている。例えば凸状部４１、４２における回転テーブル２の回転中心寄りの部位は、後述する真空容器１０の中央領域Ｃに接続されている。また、凸状部４１、４２における周縁（回転テーブル２の外縁寄りの部位）は、回転テーブル２の外端面に対向するとともに容器本体１２に対して僅かに離間するように、Ｌ字型に屈曲している。
これら分離領域Ｄ１、Ｄ２には、分離ガスを供給するための分離ガス供給部をなす分離ガスノズル３３、３４が設けられている。これら分離ガスノズル３３、３４は、各々第１及び第２のガスノズル３１、３２と同様の管体よりなり、真空容器１０の外周壁から中心に向かって、回転テーブル２の半径方向に沿って水平方向に伸びるように配置されている。例えば分離ガスノズル３３、３４は、凸状部４１、４２の下面に形成された溝部内に収納されており、これらノズル３３、３４の前記回転方向の両側に主天井面４３が形成されるように構成されている。これら分離ガスノズル３３、３４の基端は、夫々バルブＶ３、Ｖ４及び流量調整部Ｍ３、Ｍ４を備えたガス供給路３３１、３４１を介して、分離ガスである例えばＮ２ガスの供給源３３２、３４２に接続されている。
分離ガスノズル３３、３４は、その側面に形成された図示しない吐出孔を介して、回転テーブル２に向けて分離ガスを吐出する。分離ガスノズル３３から吐出されたＮ２ガスは、凸状部４１の下方側の分離ガス用隙間４４を介して当該ノズル３３から真空容器１０の周方向両側に広がっていく。そして、第１のガスノズル３１の回転方向上流側にて、第１の処理領域Ｓ１と第２の処理領域Ｓ２とを分離する。
また、分離ガスノズル３４から吐出されたＮ２ガスは、凸状部４２の下方側の分離ガス用隙間４４を介して当該ノズル３４から真空容器１０の周方向両側に広がっていく。そして、第１のガスノズル３１の回転方向下流側にて、第１の処理領域Ｓ１と第２の処理領域Ｓ２とを分離する。こうして、第１の処理領域Ｓ１と第２の処理領域Ｓ２との雰囲気は、分離ガスノズル３３、３４及び凸状部４１、４２を備えた分離領域Ｄ１、Ｄ２により分離される。
＜中央領域＞
さらに、真空容器１０の天板１１における前記回転中心近傍は中央領域Ｃとして形成されている。この例では、中央領域Ｃは、凸状部４１、４２と連続して、例えば周方向に亘って概略リング状に形成されている。図３に示すように、例えば中央領域Ｃにおける凸状部４１、４２寄りの領域の天井面５１は、凸状部４１、４２の下面（主天井面）４と同じ高さに形成され、この天井面５１と回転テーブル２との間には、分離ガス用隙間４４と連通する隙間５２が形成されている。
また、中央領域Ｃは、回転テーブル２の回転中心の周囲に、中央隙間５３を回転テーブル２との間に形成する中央天井面５４を備え、中央隙間５３は、隙間５２を介して分離ガス用隙間４４と連通している。この例の中央天井面５４は、前記回転中心に向けて、上方に向かうに連れて内側に傾斜する傾斜面として構成されている。図３に分離ガスの流れを破線にて示すように、中央領域Ｃにおいては、分離領域Ｄ１、Ｄ２から分離ガス用隙間４４及び隙間５２を介して中央隙間５３に分離ガスが供給される。こうして、当該領域において第１の処理領域Ｓ１と第２の処理領域Ｓ２との雰囲気を分離するように構成される。
＜排気構造＞
続いて、成膜装置１の排気構造について説明する。成膜装置１は、回転テーブル２に設けられた回転軸排気路３と、中央領域Ｃを構成する部材である天板１１を上下に貫通するように形成された天井面側排気路６と、を備えている。
回転軸排気路３は、上端が開口し、鉛直に伸びる筒状体により構成されている。また、天井面側排気路６は、図４に示すように、下端が連通口６２として開口し、鉛直に伸びる筒状体により構成され、その下端寄りには突出部６１が接続されている。この突出部６１は、天板１１の中央天井面５４から下方へ向けて突出した部位であり、この例では、天板１１内に設けられた天井面側排気路６と同じ筒状体により構成されている。
突出部６１の下端は、図３及び図４に示すように、回転軸排気路３の開口内に挿入され、連通口６２を介して回転軸排気路３内に連通するように構成されている。この例では、連通口６２は突出部６１の下端に形成されているが、突出部６１の下端を塞ぎ、その側面に連通口６２を形成する構成でもよい。
回転軸排気路３は、既述のように、公転用駆動機構２３により回転自在に構成される一方、天井面側排気路６は天板１１に取り付けられ、固定されている。こうして、回転軸排気路３は、天井面側排気路６の突出部６１の周りを回転自在に構成される。このため、回転軸排気路３の内周面と突出部６１の外周面との間には、僅かな隙間３３が形成されている。
図４に示すように、突出部６１を構成する筒状体の側面には、突出部６１の下端よりも上方側に、第１の排気口７１及び第２の排気口７２が形成されている。本例において、第１の排気口７１は、第１の処理領域Ｓ１から排出された第１の処理ガスを回転軸排気路３へ排気する排気口であり、第２の排気口７２は、第２の処理領域Ｓ２から排出された第２の処理ガスを天井面側排気路６へ排気する排気口である。
この例においては、図２に示すように、第１の排気口７１は、平面的に見ると、分離領域Ｄ１と、その回転方向下流側の分離領域Ｄ２とに囲まれた第１の処理領域Ｓ１に対応する領域に向けて開口するように形成される。一方、第２の排気口７２は、平面的に見ると、分離領域Ｄ１と、その回転方向上流側の分離領域Ｄ２とに囲まれた第２の処理領域Ｓ２に対応する領域に向けて開口するように形成される。また、図３に示すように、第１の排気口７１及び第２の排気口７２は、中央領域Ｃに形成された中央隙間５３に向けて開口する高さ位置に夫々形成される。
さらに、突出部６１には、その内部空間を仕切る仕切板６３が設けられている。この仕切板６３は、第１の排気口７１から排気された第１の処理ガスを回転軸排気路３へ案内し、第２の排気口７２から排気された第２の処理ガスを天井面側排気路６へ案内するものである。例えば仕切板６３は、図３及び図４に示すように、突出部６１の内部を上下に区画するように形成され、第１の排気口７１は仕切板６３の下方にて突出部６１の側面に形成され、第２の排気口７２は仕切板６３の上方において突出部６１の側面に形成されている。
この例における仕切板６３は、図３及び図４に示すように、階段状に屈曲するように形成されている。例えば仕切板６３は、平面的に見たときに、第１の排気口７１と第２の排気口７２が形成された領域を区画する位置において上下方向に伸びる壁部６３１を備えている。また、壁部６３１の上端と天井面側排気路６の内周面との間、及び壁部６３１の下端と天井面側排気路６の内周面との間が夫々板状体６３２、６３３により接続され、突出部６１の内部空間を区画するように構成されている。
図１、図２に示すように、回転軸排気路３の下端は、圧力調整部７３１を介して第１の真空排気機構７３に接続されると共に、天井面側排気路６の上端は、圧力調整部７４１を介して第２の真空排気機構７４に接続されている。真空排気機構は例えば真空ポンプにより構成され、圧力調整部は例えばバタフライバルブなどにより構成される。これにより、第１の真空排気機構７３を作動させると、回転軸排気路３内の雰囲気は下方に向かって排気され、第２の真空排気機構７４を作動させると、天井面側排気路６内の雰囲気は、上方に向かって排気される。
図１に戻って成膜装置１の説明を続けると、回転テーブル２と真空容器１０の底面との間の空間には、石英製の覆い部材１６を介して加熱部１７が全周に亘って設けられている。そして、加熱部１７から放射される熱及び加熱部１７により加熱された回転テーブル２からの伝熱により、ウエハＷが加熱される。また加熱部１７の下方側には、真空容器１０の底面部を貫通するパージガス供給管１８が周方向に亘って複数箇所に設けられ、パージガスであるＮ２ガスが供給される。
さらに、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８が設けられている。制御部８のメモリ内には後述の成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。このプログラムは、後述の回転軸排気路３や天井面側排気路６を介しての処理ガスの排気を含む、装置の動作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憶媒体によりインストールされる。
＜成膜装置の作用＞
続いて、成膜装置から処理ガスを排気する方法を含む、上述の成膜装置１の作用について説明する。先ず、ゲートバルブ１４を開放し、搬入出口１３を介して外部と回転テーブル２との間で受け渡されるウエハＷの搬入出を行う。例えば回転テーブル２の各凹部２２に配置されている処理済みのウエハＷを搬出した後、次に処理されるウエハＷを搬入する、ウエハＷの入れ替え動作を実施する。この入れ替え動作では、図示しない外部の搬送機構と、上述の図示しない受け渡し機構とを用いてウエハＷの搬入及び搬出が行われる。こうして、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、６個の凹部２２を搬入出位置に順次、移動させて、夫々の凹部２２についてのウエハＷの搬入出動作を実施する。
全ての凹部２２について、次の処理対象のウエハＷが載置されたら、ゲートバルブ１４を閉じ、第１及び第２の真空排気機構７３、７４及び圧力調整部７３１、７４１により真空容器１０内を引き切りとすると共に、回転テーブル２を回転させながら加熱部１７によりウエハＷを例えば４００℃に加熱する。続いて、回転テーブル２を回転させながら、第１のガスノズル３１から、第１の処理ガスであるＤＣＳガスを供給する。さらに、第２のガスノズル３２から第２の処理ガスであるＯ３ガスを供給し、成膜処理を実行する。
真空容器１０内は、第１の真空排気機構７３により回転軸排気路３を介して排気されると共に、第２の真空排気機構７４により天井面側排気路６を介して排気されている。従って、第１の処理領域Ｓ１では、第１のガスノズル３１から供給された第１の処理ガス（ＤＣＳガス）は、第１の処理領域Ｓ１内に広がりながら、回転テーブル２の回転中心近傍に設けられた第１の排気口７１に向けて通流していく。
図５及び図６に第１の処理ガスであるＤＣＳガスの流れを実線にて示す。図６は、図５におけるＥ－Ｅ｀の位置で切断した概略拡大斜視図である。このようにＤＣＳガスは、中央領域Ｃにおいて、隙間５２及び中央隙間５３を通って、第１の排気口７１に流れ込む。こうして、第１の排気口７１には、第１の処理領域Ｓ１側から中央隙間５３に流れ込んだＤＣＳガスが排出される。このＤＣＳガスは、仕切板６３の板状体６３２と壁部６３１とにより形成された空間内において下方に向かうように案内されて回転軸排気路３に向けて通流し、当該回転軸排気路３を介して排気される。
一方、第２の処理領域Ｓ２では、第２のガスノズル３２から供給された第２の処理ガス（Ｏ３ガス）は、第２の処理領域Ｓ２内に広がりながら、回転テーブル２の回転中心近傍に設けられた第２の排気口７２に向けて通流していく。そして、図５及び図６に、第２の処理ガスであるＯ３ガスの流れを一点鎖線にて示すように、Ｏ３ガスは、中央領域Ｃにおいて、隙間５２及び中央隙間５３を通って、第２の排気口７２に流れ込む。こうして、第２の排気口７２には、第２の処理領域Ｓ２側から中央隙間５３に流れ込んだＯ３ガスが排出される。このＯ３ガスは、仕切板６３の板状体６３３と壁部６３１とにより形成された空間内において上方に向かうように案内されて天井面側排気路６に向けて通流し、当該天井面側排気路６を介して排気される。
また、分離領域Ｄ１、Ｄ２では、分離ガスノズル３３、３４から供給された分離ガス（Ｎ２ガス）は、分離ガス用隙間４４内を広がりながら、第１の排気口７１及び第２の排気口７２に向けて通流していく。図５及び図６において、分離ガスであるＮ２ガスの流れを破線にて示すように、Ｎ２ガスは、分離ガス用隙間４４から隙間５２を介して中央隙間５３に流入する。そして、Ｎ２ガスは、図６に示すように、中央隙間５３において、その一部が回転軸排気路３と天井面側排気路６との間の隙間３３に入り込む。また、残るＮ２ガスは、第１の排気口７１及び第２の排気口７２に向けても流れていく。こうして、第１の排気口７１に排出されたＮ２ガスは、ＤＣＳガスと同様に、回転軸排気路３に向けて流れ、第２の排気口７２に排出されたＮ２ガスは、Ｏ３ガスと同様に、天井面側排気路６に向けて流れていく。
分離領域Ｄ１、Ｄ２は、既述のように、第１の処理領域Ｓ１及び第２の処理領域Ｓ２の間に、これら処理領域Ｓ１、Ｓ２の雰囲気を分離するように設けられている。従って、ＤＣＳガスが中央隙間５３を介して第２の排気口７２に向けて流れようとしても、この流れがＮ２ガスの流れにより妨げられ、第２の排気口７２へのＤＣＳガスの進入が抑制される。一方、Ｏ３ガスが中央隙間５３を介して第１の排気口７１に向けて流れようとしても、この流れがＮ２ガスの流れにより妨げられ、第１の排気口７１へのＯ３ガスの進入が抑制される。
ウエハＷの成膜処理の説明に戻ると、ウエハＷは、第１の処理領域Ｓ１を通過し、当該第１の処理領域Ｓ１にて、第１の処理ガスであるＤＣＳガスは、回転テーブル２上を径方向に広がりながら、ウエハＷに吸着する。そして、ＤＣＳガスが吸着したウエハＷは、回転テーブル２の回転により、第２の処理領域Ｓ２を通過する。当該第２の処理領域Ｓ２にて第２の処理ガスであるＯ３ガスが供給されることにより、ウエハＷ上に吸着したＤＣＳガスがＯ３ガスにより酸化され、ウエハＷの表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）の薄膜が形成される。またこのとき、必要に応じて既述の活性化機構を用い、Ｏ３ガスを活性化させてもよい。
こうして回転テーブル２の回転を続けることにより、公転する６枚のウエハＷが第１の処理領域Ｓ１と第２の処理領域Ｓ２とを交互に繰り返し通過する。そして、ウエハＷ表面へのＤＣＳガスの吸着、当該吸着したＤＣＳガスの成分の酸化がこの順番で多数回に亘って行われて反応生成物が積層され、設定された膜厚のＳｉＯ２膜が形成される。
設定された膜厚のＳｉＯ２膜が形成され、成膜処理期間が終了すると、搬入出口１３を介してウエハＷの搬入出を行う。ウエハＷの搬出を行う際には、回転テーブル２の回転により、受け渡しが行われる凹部２２が、搬入出口１３に対向する搬入出位置に順次、移動する。そして、既述のように、外部の搬送アームと受け渡し機構との間でウエハＷを受け渡して、搬入出口１３から搬出し、次に処理されるウエハＷの搬入を行う。
本開示は、真空容器１０の排気構造を工夫したものであるが、ここで、従来における排気構造の課題について簡単に説明する。回転テーブルの回転によりウエハＷを公転させて、第１の処理ガスと第２の処理ガスとを用いてＡＬＤ法により成膜する装置では、パーティクルの低減を目的として、排気口をウエハの配置領域の外部に形成することが行われる。排気口のレイアウトとしては、回転テーブルの外方に配置する構成や、回転テーブルの中心に配置する構成が用いられる。
しかしながら、排気口を回転テーブルの外方に配置する構成では、未反応の処理ガスが回転テーブルの裏面に回り込むリスクや、熱分解により生成された成分が回転テーブルや真空容器の内壁に吸着する懸念がある。一方、排気口を回転テーブルの中心に配置する構成では、回転テーブルの中心は排気路の設置スペースが限られている。このため第１の処理ガス及び第２の処理ガスの分離性能が低下するおそれがあった。また回転テーブルの中心に２種類の処理ガスの排気路を設けることに伴い、排気路の断面積が小さくなる。この結果、圧力損失が大きくなって排気速度が低下する懸念も生じる。
これに対して上述の実施形態では、回転テーブル２の回転中心近傍から、第１の処理ガスと第２の処理ガスとを夫々異なる排気路を介して排気するにあたり、ガスの分離性能の低下、及び排気速度の低下を抑制することができる。上述の実施形態では、回転テーブル２の回転中心に回転軸排気路３を設けると共に、真空容器１０の天板１１の中央領域Ｃに天井面側排気路６を設けることにより、真空容器１０内の雰囲気を、前記回転中心近傍から排気するように構成している。そして、第１の排気口７１及び第２の排気口７２を前記回転中心近傍に設け、第１の処理ガスを第１の排気口７１を介して回転軸排気路３へ排気し、第２の処理ガスを第２の排気口７２を介して天井面側排気路６へ排気している。
このように、本開示の構成は、回転テーブル２の中心近傍に排気口７１、７２を配置する構成であるので、回転テーブル２の外方に排気口を設置する場合の課題の解決を図ることができる。また、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの夫々に対して、専用の排気口７１、７２と回転軸排気路３、天井面側排気路６とを設け、これら回転軸排気路３、天井面側排気路６を上下方向に並ぶように配置している。このため、回転テーブル２の中心に排気口を設置する場合の課題の解決を図ることができる。
つまり、２つの排気路を上下方向に並べているので、２つの排気路を隣り合って並べて配置する場合に比べて、シール長を十分に確保することができる。このため、ガスの分離性能の低下を抑制することができ、第１の処理ガスと第２の処理ガスに対して、高い分離性能を確保した状態で夫々排気することができる。
また、回転軸排気路３と天井面側排気路６とを上下に配置することにより、これらは平面的に見ると、両排気路３、６が重なる状態となる。このため、排気路の設置面積の省スペース化を図ることができるので、２つの排気路を左右方向に並べる場合に比べて、排気路の流路断面積を大きく設計でき、大きな排気速度を確保することができる。
さらに、上述の実施形態は、回転テーブル２の回転軸を排気路として利用し、真空容器１０の天板１１に固定された天井面側排気路６の周囲を回転するように構成されている。このため、回転テーブル２の回転軸と別個に排気路を設ける場合に比べて装置の大型化や複雑化を抑えることができる。
さらにまた、上述の実施形態では、天井面側排気路６に突出部６１を接続し、この突出部６１内の仕切板６３により、第１の処理ガスを回転軸排気路３に案内すると共に、第２の処理ガスを天井面側排気路６に案内している。従って、突出部６１内において仕切板６３の作用により、第１の処理ガスと第２の処理ガスとは、夫々回転軸排気路３と天井面側排気路６とに分かれて速やかに通流していく。このため、突出部６１や中央隙間５３内において、第１処理ガスと第２の処理ガスとが滞留し、これらの一部が混合することが抑制される。
さらにまた、第１の排気口７１と第２の排気口７２が夫々開口する中央隙間５３に、分離ガス用隙間４４から分離ガスを流入させることにより、第１の排気口７１への第２の処理ガスの進入及び第２の排気口７２への第１の処理ガスの進入を抑制している。このため、第１の処理ガスと第２の処理ガスとを互いに分離した状態で回転軸排気路３や天井面側排気路６を介して排気でき、これらの排気路３、６の内部において、第１の処理ガスと第２の処理ガスの一部が混合することが抑えられる。この結果、各流路３、６に両処理ガスの反応生成物が付着することを抑制できる。
＜成膜装置の第２の実施形態＞
以上において、本開示の構成は、図７に示す成膜装置にも適用可能である。図７は、第２の実施形態の成膜装置１Ａを示す平面図である。この成膜装置１Ａが図２等に示す成膜装置１と異なる点は、第１のガスノズル８１及び第２のガスノズル８２の配置方向である。この例では、管体により構成された第１及び第２のガスノズル８１、８２は、回転テーブル２の回転中心を含む扇形の弦の方向に沿って水平方向に伸びるように夫々配置されている。例えば第１のガスノズル８１は、分離領域Ｄ１、Ｄ２の回転テーブル回転方向の下流側の間において、扇形の弦の方向に沿って水平方向に伸びるように配置されている。また、第２のガスノズル８２は、分離領域Ｄ１、Ｄ２の前記回転方向の上流側の間において、例えば第１のガスノズル８１と前記回転中心を挟んで対向するように、扇形の弦の方向に沿って水平方向に伸びるように配置されている。
第１及び第２のガスノズル８１、８２は、管体の側面に複数のガス吐出口８１１、８１２を備えている。例えばガス吐出口８１１、８１２は、夫々第１の排気口７１及び第２の排気口７２に向かって第１の処理ガス及び第２の処理ガスを吐出するように設けられる。第１のガスノズル８１及び第２のガスノズル８２の配置が異なる以外は、分離領域Ｄ１、Ｄ２や、回転軸排気路３及び天井面側排気路６などの構成部材は第１の実施形態の成膜装置１と同様に構成されている。ここでは、成膜装置１Ａについて成膜装置１と同じ構成部材については同符号を付し、説明を省略する。
この成膜装置１Ａにおいても、第１のガスノズル８１から吐出された第１の処理ガスは、第１の処理領域Ｓ１内に広がりながら、第１の排気口７１に向かって通流し、第１の排気口７１を介して回転軸排気路３から排気される。また、第２のガスノズル８２から吐出された第２の処理ガスは、第２の処理領域Ｓ２内に広がりながら、第２の排気口７２に向かって通流し、第２の排気口７２を介して天井面側排気路６から排気される。
第１の処理ガスによる第２の処理領域Ｓ２や第２の排気口７２への進入を分離ガスの通流により抑制すること、及び第２の処理ガスによる第１の処理領域Ｓ１や第１の排気口７１への進入を分離ガスの通流により抑制する点は、第１の実施形態と同様である。回転軸排気路３や天井面側排気路６を含む排気構造に関しても第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
＜第３の実施形態＞
また、本開示の成膜装置は、図８に示すように構成してもよい。図８は、第３の実施形態の成膜装置１Ｂの一部を示す縦断側面図である。回転軸排気路９１は、上端が閉じられた筒状体よりなり、その上端部は、コア部２１の上面から上方側に突出するように設けられている。この回転軸排気路９１の上端部の側面には、周方向に沿って複数の第1の排気口９２が互いに間隔を開けて形成されている。また、この例の天井面側排気路９３は、下端が閉じられた筒状体よりなり、回転軸排気路９１に対して、中心を揃えた状態で上下に配列されている。天井面側排気路９３の下端は、回転軸排気路９１の上端よりも上方位置に配置され、これらの間には、中央隙間９４が形成されている。従って、天井面側排気路９３の下端は、中央天井面９５の一部を形成している。
天板１１Ａの中央領域Ｃ１には、第１の処理領域Ｓ１と対応する位置に、当該処理領域Ｓ１内を通過した第１の処理ガスを回転軸排気路９１へ向けて案内する第１の連通路９６が形成されている。この第１の連通路９６は、回転軸排気路９１の第１の排気口９２と連通するように、例えば高さ位置を揃えて形成されている。第１の処理ガスは、第１の連通路９６内を通流し、第１の排気口９２を介して回転軸排気路９１へ排気される。
また、中央領域Ｃ１には、第２の処理領域Ｓ２と対応する位置に、当該処理領域Ｓ２内を通過した第２の処理ガスを天井面側排気路９３へ向けて案内する第２の連通路９７が形成されている。さらに、天井面側排気路９３には、この第２の連通路９７と連通する第２の排気口９８が形成されている。第２の処理ガスは、第２の連通路９７を介して、第２の排気口９８に通流し、天井面側排気路９３へ排気される。
回転テーブル２や分離領域Ｄ１、Ｄ２については、第１の実施形態と同様に構成され、第１のガスノズル、第２のガスノズルは、第１の実施形態の構成であっても第２の実施形態の構成であってもよい。成膜装置１Ｂのその他の構成部材については、第１の実施形態と同様に構成されている。この実施形態においても、第１の処理ガスを排気するための回転軸排気路９１と、第２の処理ガスを排気するための天井面側排気路９３とを上下に並ぶように配列しているので、高いガスの分離性能と、大きな排気速度を確保することができる。
上述の第１～第３の実施形態では、第１の処理ガスを回転軸排気路により排気し、第２の処理ガスを天井面側排気路により排気する構成とした。この例に限らず、第１の排気口を介して第１の処理ガスを天井面側排気路により排気し、第２の排気口を介して第２の処理ガスを回転軸排気路により排気する構成としてもよい。
本開示の成膜装置では、第１の処理ガスは、ＤＣＳガスを用いることには限られず、例えばビスターシャルブチルアミノシラン（ＢＴＢＡＳ）ガスなどのシリコンを含むガスを用いることができる。また、第２の処理ガスは、Ｏ３ガスを用いることには限らず、他の酸化ガスを用いることができる。さらに、本開示は、第１の処理ガスとしてＤＣＳガス等のシリコンを含むガスと、第２の処理ガスとして、アンモニア（ＮＨ３）ガス等の窒化ガスを用いて、ウエハＷにシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を形成する成膜装置に適用してもよい。その他、上述の例に限定されない第１の処理ガスと第２の処理ガスとの反応により各種の膜の成膜を行う成膜装置に対して、本開示の回転軸排気路と天井面側排気路を用いた排気構造を適用することができる。
以上において、第１の処理領域への第１の処理ガスの供給、及び第２の処理領域への第２の処理ガスの供給は、管体よりなるガスノズルを用いて行う例には限らない。例えば真空容器１０の天板１１における、第１の処理領域Ｓ１及び第２の処理領域Ｓ２に対応する領域に、その下面に複数のガス吐出口を備えたガス供給部を設け、第１及び第２の処理ガスを夫々シャワー状に供給する構成であってもよい。
また、分離領域は上述の構成に限らず、分離ガスを供給するための分離ガス供給部と、分離ガス供給部の回転方向の両側に位置し、分離ガス用隙間を回転テーブルとの間に形成するための主天井面と、を備えた構造であればよい。従って、凸状部４１、４２により分離領域を形成する構成に限らず、例えば分離ガス供給用の吐出口を備えた分離ガス供給室を天板の下面に設けて、当該分離ガス供給室の下面を主天井面としてもよい。
さらに、第３の実施形態において、回転軸排気路、天井面側排気路、中央天井面を備えた中央領域の他の例を示したが、これらの構成は上述の実施形態には限定されない。また、第１及び第２の実施形態において、天井面側排気路に設けられる突出部は、天井面側排気路を構成する筒状体の一部であってもよいし、他の筒状体により構成し、天井面側排気路に接続するようにしてもよい。さらに、突出部や仕切板の形状は、仕切板により、第１の処理ガスを回転軸排気路及び天井面側排気路の一方に案内し、第２の処理ガスを回転軸排気路及び天井面側排気路の他方に案内する構成であれば、上述の構成には限定されない。
また、第１の処理ガス及び第２の処理ガスの種別や、排気速度や成膜速度の設定などの成膜処理の条件、第１及び第２の処理領域の配置位置や大きさ、第１及び第２の排気口の配置によっては、回転軸排気路や天井面側排気路に、意図しない他方の処理ガスが進入する懸念もある。こうして、一部混合したガスの流れ込みにより、膜形成などが問題になる場合には、回転軸排気路や天井面側排気路の排気路の構成部材を加熱し、これら排気路の内部への反応生成物の付着を抑制してもよい。
今回開示された実施形態は全ての点で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、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１０ 真空容器
２ 回転テーブル
３ 回転軸排気路
３３、３４ 分離ガスノズル
４３ 主天井面
４４ 分離ガス用隙間
５３ 中央隙間
５４ 中央天井面
６ 天井面側排気路
７１ 第１の排気口
７２ 第２の排気口
Ｃ 中央領域
Ｄ１、Ｄ２ 分離領域
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (7)

  1. 基板に成膜処理を行う装置であって、
    真空容器内に設けられ、その一面側に複数の前記基板が載置されると共に、回転中心の周りに回転することにより、当該回転中心の周りで前記複数の基板を公転させるための回転テーブルと、
    前記基板に吸着する第１の処理ガスが供給される第１の処理領域と、前記第１の処理ガスと反応して前記基板の表面に薄膜を形成するための第２の処理ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために、前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置するように設けられ、分離ガスを供給するための分離ガス供給部と、前記分離ガス供給部の前記回転方向両側に位置し、前記分離ガスが流れるための分離ガス用隙間を回転テーブルとの間に形成するための主天井面と、を備えた分離領域と、
    前記第１の処理領域と第２の処理領域との雰囲気を分離するために、前記回転中心の周囲に、前記分離ガス用隙間と連通する中央隙間を前記回転テーブルとの間に形成する中央天井面を備えた中央領域と、
    前記回転テーブルを前記回転中心の周りに回転させるために前記回転テーブルに接続されると共に、その内部に排気路が形成された筒状体からなる回転軸排気路と、
    前記中央領域を構成する部材を上下に貫通するように形成された天井面側排気路と、
    前記第１の処理領域から排出された前記第１の処理ガスを前記回転軸排気路又は前記天井面側排気路である一方側の排気路へ排気する第１の排気口と、前記第２の処理領域から排出された前記第２の処理ガスを前記回転軸排気路又は前記天井面側排気路であって、前記一方側の排気路とは異なる他方側の排気路へ排気する第２の排気口と、を備えた装置。
  2. 前記回転軸排気路の上端には開口が形成されていることと、
    前記天井面側排気路には、前記中央天井面から下方側へ向けて突出し、その下端部が前記回転軸排気路の開口内に挿入されると共に、前記回転軸排気路内に連通する連通口が形成された筒状体からなる突出部が接続されていることと、
    前記第１の排気口及び前記第２の排気口は、前記開口内に挿入された前記下端部よりも上方側に位置する前記突出部の側面に形成され、前記突出部には、前記第１の排気口から排気された前記第１の処理ガスを前記一方側の排気路へ案内し、前記第２の排気口から排気された前記第２の処理ガスを前記他方側の排気路へ案内するように、前記突出部の内部空間を仕切る仕切板が設けられていることと、を備える、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第１の排気口には、前記第１の処理領域側から前記中央隙間に流れ込んだ前記第１の処理ガスが排出され、前記第２の排気口には、前記第２の処理領域側から前記中央隙間に流れ込んだ前記第２の処理ガスが排出される、請求項２に記載の装置。
  4. 前記分離ガス用隙間から前記中央隙間に前記分離ガスを流入させることにより、前記第１の排気口への前記第２の処理ガスの進入、及び前記第２の排気口への前記第１の処理ガスの進入を抑える、請求項３に記載の装置。
  5. 前記第１の処理領域に前記第１の処理ガスを供給する第１のガスノズルと、前記第２の処理領域に前記第２の処理ガスを供給する第２のガスノズルと、を備え、これらのガスノズルは、前記回転テーブルの半径方向に沿って水平方向に伸びるように配置されると共に、側面に複数のガス吐出口が形成された管体により構成される、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の装置。
  6. 前記第１の処理領域に前記第１の処理ガスを供給する第１のガスノズルと、前記第２の処理領域に前記第２の処理ガスを供給する第２のガスノズルと、を備え、これらのガスノズルは、前記回転テーブルの前記回転中心を含む扇形の弦の方向に沿って水平方向に伸びるように配置されると共に、側面に複数のガス吐出口が形成された管体により構成される、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の装置。
  7. 基板に成膜処理を行う装置から処理ガスを排気する方法であって、
    前記成膜処理を行う装置は、
    真空容器内に設けられ、その一面側に複数の前記基板が載置されると共に、回転中心の周りに回転することにより、当該回転中心の周りで前記複数の基板を公転させるための回転テーブルと、
    前記基板に吸着する第１の処理ガスが供給される第１の処理領域と、前記第１の処理ガスと反応して前記基板の表面に薄膜を形成するための第２の処理ガスが供給される第２の処理領域との雰囲気を分離するために、前記回転方向においてこれら処理領域の間に位置するように設けられ、分離ガスを供給するための分離ガス供給部と、前記分離ガス供給部の前記回転方向両側に位置し、前記分離ガスが流れるための分離ガス用隙間を回転テーブルとの間に形成するための主天井面と、を備えた分離領域と、
    前記第１の処理領域と第２の処理領域との雰囲気を分離するために、前記回転中心の周囲に、前記分離ガス用隙間と連通する中央隙間を前記回転テーブルとの間に形成する中央天井面を備えた中央領域と、
    前記回転テーブルを前記回転中心の周りに回転させるために前記回転テーブルに接続されると共に、その内部に排気路が形成された筒状体からなる回転軸排気路と、
    前記中央領域を構成する部材を上下に貫通するように形成された天井面側排気路と、を備え、
    前記第１の処理領域から排出された前記第１の処理ガスを前記回転軸排気路又は前記天井面側排気路である一方側の排気路へ排気する工程と、前記第２の処理領域から排出された前記第２の処理ガスを前記回転軸排気路又は前記天井面側排気路であって、前記一方側の排気路とは異なる他方側の排気路へ排気する工程と、を含む方法。
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