JP7249744B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Description

本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。
従来から、基板に酸化膜を成膜するにあたり、基板を加熱する加熱機構を用いずに良好な性質の酸化膜を得ることを目的とした成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる特許文献１に記載の成膜装置では、第１の領域及び第２の領域に対してテーブルが相対的に回転することで、基板が第１の領域と第２の領域とに交互に繰り返し位置されるように装置を構成し、第１の領域には原料ガスを供給し、第２の領域においてはテーブルに対して相対的に処理空間形成部材を昇降させる。処理空間形成部により構成される処理空間には、オゾンを含む雰囲気ガスとＮＯガスが供給され、ＮＯとオゾンとが化学反応を起こしてオゾンにエネルギーが供給され、オゾンが強制的に分解されてこのオゾンの分解により原料の酸化を行う。さらに、処理空間を不活性ガスが供給されるバッファ領域に連通した状態と、バッファ領域から区画された状態とで切り替える区画機構が設けられ、分解時の処理空間の圧力上昇を抑える。
特開２０１６－４８６６号公報
本開示は、ウェーハの温度を上げずにオゾンの分解効率を上げて酸化力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。
本開示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、基板を周方向に沿って載置可能な回転テーブルと、
該回転テーブル上にオゾンガスを供給可能なオゾンガス供給部と、
該オゾンガス供給部の直上を含めて覆うように設けられた板状部材と、
該板状部材の上面に設けられたオゾン活性化手段と、を有し、
前記板状部材は、
該板状部材の上面を構成する上面板と、
前記上面板を前記処理室の天井面に固定し、かつ前記上面板と前記天井面との間にスペースを形成する上部固定部と、
を有し、
前記オゾン活性化手段は、前記スペースにおいて前記上面板の上面に載置される。
本発明によれば、オゾンの分解効率を向上させて酸化力を向上させることができる。
本開示の実施形態に係る成膜装置を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る成膜装置の真空容器内の構造を示す斜視図である。 本開示の実施形態に係る成膜装置の真空容器内の構造を示す概略上面である。 本開示の実施形態に係る成膜装置の一部断面である。 本開示の実施形態に係る成膜装置の他の一部断面である。 成膜装置の真空容器内におけるオゾンが分解する温度を調べる実験の結果を示した図である。 本実施形態に係る成膜装置の活性化プレート及びヒータの一例を示した図である。 第２の実施形態に係る成膜装置の一例を示した図である。 第３の実施形態に係る成膜装置の一例を示した図である。
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。
［成膜装置］
まず、本開示の第１の実施形態に係る成膜装置について説明する。
図１は、本開示の実施形態に係る成膜装置の縦断面図である。図２は、本開示の実施形態に係る成膜装置の真空容器の容器本体の斜視図である。図２は、本開示の実施形態に係る成膜装置の真空容器の容器本体の平面図である。
図１から図３までを参照すると、本発明の実施形態による成膜装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、この真空容器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、基板を内部に収容して成膜処理を施す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。
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、その下端が回転軸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。このケース体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の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離される。
回転テーブル２の表面には、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）半導体ウェーハ（以下「ウェーハ」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だけにウェーハＷを示す。この凹部２４は、ウェーハＷの直径（例えば３００ｍｍ）よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウェーハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウェーハＷを凹部２４に載置すると、ウェーハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウェーハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。
図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明する図であり、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、各々例えば石英からなる反応ガスノズル３１、反応ガスノズル３２、及び分離ガスノズル４１，４２が配置されている。図示の例では、真空容器１の周方向に間隔をおいて、搬送口１５（後述）から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び反応ガスノズル３２の順に配列されている。これらのノズル３１、３２、４１、及び４２は、それぞれの基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、及び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に対して平行に伸びるように取り付けられている。
反応ガスノズル３１には、第１の反応ガスが貯留される第１の反応ガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続され、反応ガスノズル３２には、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスが貯留される第２の反応ガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。
ここで、第１の反応ガスは、金属元素（又は半導体元素）を含むガスが選択される。具体的には、第１の反応ガスは、Ｈｉｇｈ－ｋ（高誘電体）膜を成膜する原料ガスが選択され、金属元素（又は半導体元素）を含む有機金属（又は半導体）ガスであってもよい。また、第１の反応ガスは、ウェーハＷの表面に対して吸着性を有するガスであることが好ましい。
第２の反応ガスは、ウェーハＷの表面に吸着する第１の反応ガスと反応して酸化物を生成する酸化ガスであり、具体的には、オゾンガスが選択される。よって、第２の反応ガスノズル３２は、真空容器１の外部に設けられたオゾナイザ６０に接続される。オゾナイザ６０で生成されたオゾンガスが、第２の反応ガスノズル３２から供給される。
第２の反応ガスノズル３２の上方には、活性化プレート８０が設けられる。活性化プレートは、第２の反応ガスノズル３２から供給されるオゾンガスの分解を促進し、オゾンガスを活性化させるための板状部材である。具体的には、活性化プレート８０には、オゾンガスを活性化させるオゾン活性化手段（図示せず）が搭載され、第２の反応ガスノズル３２から供給されるオゾンガスを活性化する。オゾン活性化手段は、オゾンを活性化できる種々の手段を用いることができ、光触媒、レーザ、ヒータ等を用いることができる。オゾン活性化手段の詳細については後述する。
活性化プレート８０は、第２の反応ガスノズル３２から供給されたオゾンを活性化すべく、第２の反応ガスノズル３２の下流側の広い範囲を覆う。活性化プレート８０は、図２、３に示される通り、例えば、略扇形の形状を有してもよい。活性化プレート８０は、例えば、石英で構成されてもよい。なお、活性化プレート８０の詳細についても後述する。
また、分離ガスノズル４１、４２には、ＡｒやＨｅなどの希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスの供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。本実施形態においては、不活性ガスとしてＮ２ガスが使用される。
反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって下方に開口する複数のガス吐出孔３３（図４参照）が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、第１の反応ガスをウェーハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１においてウェーハＷに吸着された第１の反応ガスを酸化させる第２の処理領域Ｐ２となる。
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。凸状部４は、頂部が円弧状に切断された略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。図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２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、凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられている。このため、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）とが存在している。
また、図４に示すとおり、凸状部４には周方向中央において溝部４３が形成されており、溝部４３は、回転テーブル２の半径方向に沿って延びている。溝部４３には、分離ガスノズル４２が収容されている。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。なお、図４において、分離ガスノズル４２の下面にはガス吐出孔４２ｈが設けられている。ガス吐出孔４２ｈは、分離ガスノズル４２の長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）をあけて複数個形成されている。また、ガス吐出孔の開口径は例えば０．３から１．０ｍｍである。図示を省略するが、分離ガスノズル４１にも同様にガス吐出孔が形成されている。
高い天井面４５の下方の空間には、反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられている。これらの反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウェーハＷの近傍に設けられている。なお、説明の便宜上、図４に示すように、高い天井面４５の下方の空間４８１に反応ガスノズル３１が設けられ、高い天井面４５の下方の空間４８２に反応ガスノズル３２が設けられる。
反応ガスノズル３２の上方には、活性化プレート８０が設けられている。活性化プレート８０は、反応ガスノズル３２を覆うように設けられる。活性化プレート８０は、反応ガスノズル３２の直上に接近して設けられるので、オゾンガスに直接的に分解及び活性化を働きかけることができる。また、活性化プレート８０は、高い天井面４５と回転テーブル２との間の距離を狭くすることができるので、活性化プレート８０の下方の空間を高圧にすることができ、オゾンガスとウェーハＷとの接触を促進することができる。かかる観点からも、活性化プレート８０はオゾンガスの酸化力を向上させる機能を有する。
低い天井面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からＮ２ガスが供給されると、このＮ２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、Ｎ２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の間において、分離空間Ｈは圧力障壁を提供する。しかも、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスは、第１の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２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の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２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内において第１の反応ガスと第２の反応ガスとが混合して反応することが抑制される。
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（Ｎ２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。
再び図２及び図３を参照すると、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲むように突出部５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。
先に参照した図１は、図３のＩ－Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している一方、図５は、天井面４４が設けられている領域を示す一部断面図である。図５に示すように、略扇型の凸状部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、回転テーブル２と容器本体１２の内周面との間の空間を通して、空間４８１及び空間４８２の間でガスが流通するのを抑制する。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。
再び図３を参照すると、回転テーブル２と容器本体の内周面との間において、空間４８１と連通する第１の排気口６１０と、空間４８２と連通する第２の排気口６２０とが形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１に示すように各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。なお図１中、参照符号６５０は圧力調整器である。
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上のウェーハＷが、プロセスレシピで決められた温度（例えば３００℃）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の下方の空間へガスが侵入するのを抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている。図５に示すように、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、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。
図１に示すように、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いる。また、底部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸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Ｎ２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。さらに、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）。さらにまた、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。
パージガス供給管７２からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間と、突出部１２ａとコア部２１との間の隙間とを通して、回転テーブル２と蓋部材７ａとの間の空間を流れ、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。また、パージガス供給管７３からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、ヒータユニット７が収容される空間から、蓋部材７ａと内側部材７１ａとの間の隙間（不図示）を通して流出し、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。これらＮ２ガスの流れにより、真空容器１の中央下方の空間と、回転テーブル２の下方の空間とを通して、空間４８１及び空間４８２内のガスが混合するのを抑制することができる。
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Ｎ２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との狭い空間５０を介して回転テーブル２のウェー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に供給される第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２に供給される第２の反応ガスとが、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。
さらに、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ーハ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におけるウェーハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に対向する位置にて搬送アーム１０との間でウェーハ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を貫通してウェーハ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。
また、本実施形態による成膜装置には、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、後述する成膜方法を成膜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成膜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。
次に、活性化プレート８０及びオゾン活性手段をヒータとした場合について説明する。
図６は、図１乃至図５において説明した成膜装置において、真空容器１内の温度が何度のときにオゾンが分解するかの実験を行った結果を示した図である。
オゾンは、下記（１）式のように加熱分解する。
２Ｏ３→３Ｏ２＋２８６ｋＪ （１）
（１）式に示されるように、オゾンが酸素に分解すると、２８６ｋＬもの発熱反応をし、これにより、強いエネルギーが発生し、オゾンの酸化力が高まる。よって、オゾンを分解すると、強い酸化力が得られる。
そこで、酸化の観点からは、オゾンが熱分解するような温度設定が好ましいが、有機金属ガスを原料ガスとするＨｉｇｈ－ｋ（高誘電体）膜の成膜の場合、成膜条件として、ヒータユニット７の温度は３００℃前後に設定される場合が多い。ヒータユニット７の設定温度が３００℃前後であると、第２の反応ガスノズル３２から供給されたオゾンガスが必ずしも熱分解していないおそれもある。
そこで、真空容器１内の温度を何度にすればオゾンガスが分解するかについて、実験を行った。その結果を図６に示す。
図６において、真空容器１内の温度が２５０℃以上３００℃未満のとき（約５０～６０秒の期間）には、僅かしか分解反応は起こっていないが、３００℃以上では（約７０～８０秒の期間）、分解反応が多く発生し、３５０℃以上では（約９０～１００秒の期間）、非常に短い期間にオゾンの熱分解が発生していることが分かる。
なお、オゾンは２７５℃以上で分解が進み、酸化力が増す。回転テーブル２内のヒータユニット７を３００℃に設定しても、石英の回転テーブル２を経ての加熱であるため、真空容器１内は必ずしも２７５℃以上とはなっていない場合がある。しかしながら、オゾンを供給する箇所で直接的にオゾンを加熱すれば、オゾンを２７５℃以上とする条件は確実に満たすことができる。
また、ウェーハＷの温度設定は、プロセス上の制約があるが、オゾンガスの方には、特にこのような制約は無い。そこで、本実施形態では、活性化プレート８０にヒータユニット７とは別個のヒータを設け、ヒータユニット７と独立して温度を制御できる構成を採用することとする。
図７は、本実施形態に係る成膜装置の活性化プレート８０及びヒータ９０の一例を示した図である。図７において、活性化プレート８０の上面の斜視図が示されており、活性化プレート８０の上面の略全体をヒータ９０が覆うように設けられている。
図７に示されるように、活性化プレート８０は、底面板８１と、上面板８２と、側面板８３と、切り欠き部８４と、上部固定部８５と、下部固定部８６とを有する。
底面板８１は、活性化プレート８０の最下面を構成し、回転テーブル２と対向する部分である。上面板８２は、活性化プレート８０の上面を構成し、ヒータ９０を載置するための載置面を構成する。側面板８３は、底面板８１と上面板８２との段差を繋ぐ部分であり、底面板８１及び上面板８２の双方に交わるように設けられ、例えば、底面板８１及び上面板８２に垂直に設けられる。なお、底面板８１と上面板８２とを設けて段差を形成しているのは、反応ガスノズル３２を収納するスペースを確保するためである。なお、反応ガスノズル３２を収容する上面板８２及び側面板８３で形成されたスペースを収容部８７と呼ぶこととする。図７に示されるように、収容部８４は広い領域を有し、複数本の反応ガスノズル３２が収容可能に構成されている。
切り欠き部８４は、反応ガスノズル３２を通過させるために設けられた貫通穴である。なお、図７においては、切り欠き部８４が３個設けられた活性化プレート８０が示されている。このように、酸化力を強化したい場合には、活性化プレート８０内に複数本の反応ガスノズル３２を設ける構成としてもよい。なお、図７においては、３本の反応ガスノズル３２を設けることが可能な構成を示しているが、用途に応じて反応ガスノズル３２の本数は適宜変更することができる。また、図２、３に示したように、反応ガスノズル３２を１本だけ設ける構成としてもよい。
上部固定部８５は、活性化プレート８０の上面板８２を天井面４５に固定するための部分であり、ヒータ９０を載置するスペースを確保するためのスペーサとしての役割も果たす。下部固定部８６は、活性化プレート８０の底面板８１を固定するための部分である。
ヒータ９０は、反応ガスノズル３２内及び反応ガスノズル３２外のオゾンガスを加熱分解し、活性化するための加熱手段である。反応ガスノズル３２の近傍にヒータ９０を設けることにより、ウェーハＷ付近の温度には影響を与えず、オゾンガスのみを効率的に加熱することを意図している。かかるヒータ９０を設けることにより、オゾンガスを供給時に加熱分解し、活性化させた状態で供給することができ、オゾンの酸化力を向上させることができる。
ヒータ９０は、必要に応じて、内部に温度検出器９１を備える。温度検出器９１を設けることにより、活性化プレート８０内の温度をリアルタイムで検出し、オゾンガスが確実に分解するようにヒータ９０の温度を設定することができる。
このように、フィードバック制御を取り入れ、オゾンガスが確実に分解するようにヒータ９０の温度を制御してもよい。制御は、例えば、制御部１００が行う。予めヒータ９０の目標温度を、反応ガスノズル３２から供給されるオゾンガスが確実に分解するような温度に設定しておき、制御部１００は、温度検出器９１からの検出温度を取得し、それに応じてヒータ９０の温度を制御し、目標温度に近付くように制御すれば、確実にオゾンガスを分解し、酸化力を向上させることができる。
なお、温度検出器９１は、例えば、回転テーブル２の半径方向の中心側の温度検出器９１ａ、外周側の温度検出器９１ｂ、その間の半径方向の真中付近の温度検出器９１ｃというように、回転テーブル２の半径方向に沿って異なる位置に複数の温度検出器９１ａ～９１ｃを設けてもよい。これにより、半径方向における複数の位置について各々フィードバック制御を行うことができ、より正確な温度制御を行うことができる。また、図７においては、３個の温度検出器９１ａ～９１ｃを設けている例を挙げているが、それらの個数及び配置は、用途に応じて種々変更することができる。
また、温度検出器９１は、活性化プレート８０内の温度を適切に検出できれば、種々の温度検出器９１を用いてよいが、例えば、熱電対を用いるようにしてもよい。
また、温度検出器９１は、必ずしも活性化プレート８０内に設ける必要は無く、活性化プレート８０の表面や、活性化プレート付近の空間に設けるようにしてもよい。温度検出器９１は、温度調整の対象に応じて、種々の位置に設置することができる。
このとき、制御部１００は、回転テーブル２内に設けられたヒータユニット７の温度を独立して制御することができ、ヒータユニット７とヒータ９０とを別個独立して制御することができる。
以上説明したように、第１の実施形態に係る成膜装置によれば、活性化プレート８０を設け、活性化プレート８０の下方に高圧領域を形成しつつ、上面にオゾンガスを加熱分解するヒータ９０を設けることにより、オゾンの酸化力を著しく向上させることができる。更に、活性化プレート８０内又は活性化プレート８０付近に温度検出器９１を設けることにより、種々の状況下でも適切に温度制御を行い、確実にオゾンの酸化力を向上させることができる。
図８は、第２の実施形態に係る成膜装置の一例を示した図である。第２の実施形態に係る成膜装置においては、活性化プレート８０ａの底面板８１ａ、上面板８２ａ及び側面板８３ａで囲む領域が第２の反応ガスノズル３２の１本分の大きさとなっている点で、第１の実施形態に係る成膜装置と異なっている。このように、活性化プレート８０ａの回転テーブル２の回転方向における上流側の位置に１本分の反応ガスノズル３２の収容部８７ａ形成する構成としてもよい。
ヒータ９０ａは、反応ガスノズル３２の収容部８７ａの下流側の略全面を覆うように設けられている。ヒータ９０よりもやや幅が小さいが、構成自体はヒータ９０と同様である。
このように、反応ガスノズル３２の収容部８７ａを小さくして底面板８１ａの面積を増加させ、活性化プレート８０ａの下方の高圧領域を広く設ける構成としてもよい。高圧領域を広く形成することができる。
なお、必要に応じて、第１の実施形態に係る成膜装置と同様に、活性化プレート８０ａ内又は活性化プレート８０ａの近傍に温度検出器９１を設け、制御部１００によるフィードバック制御を実行してもよく、その詳細は第１の実施形態で説明したのと同様である。
また、他の構成要素は、第１の実施形態に係る成膜装置と同様であるので、その説明を省略する。
図９は、第３の実施形態に係る成膜装置の一例を示した図である。第３の実施形態に係る成膜装置においては、活性化プレート８０ａの底面板８１ｂ、上面板８２ｂ及び側面板８３ｂで囲む領域が第２の反応ガスノズル３２の１本分の大きさとなっている点は、第２の実施形態に係る成膜装置と同様であるが、収容部８７ｂが活性化プレート８０ｂの略中央部に設けられている点で、第２の実施形態に係る成膜装置と異なっている。これにより、収容部８７ｂの上流側にヒータ９０ｂ、下流側にヒータ９０ｃが各々設けられ、ヒータ９０ｂ、９０ｃが２個に分割された構成となっている。このように、反応ガスノズル３２を活性化プレート８０ｂの中央部に設け、回転テーブル２の回転方向における両側にヒータ９０ｂ、９０ｃを各々配置する構成としてもよい。
ヒータ９０ｂは、反応ガスノズル３２の収容部８７ｂの上流側の略全面を覆うように設けられており、ヒータ９０ｃは、反応ガスノズル３２の収容部８７ｂの下流側の略全面を覆うように設けられている。そして、２個のヒータ９０ｂ、９０ｃで活性化プレート８０ｂの略全面を覆う構成となっている。
このように、反応ガスノズル３２の収容部８７ｂを活性化プレート８０ｂの中心付近に設け、両側にヒータ９０ｂ、９０ｃを配置する構成としてもよい。
なお、必要に応じて、第１の実施形態に係る成膜装置と同様に、活性化プレート８０ａ内又は活性化プレート８０ａの近傍に温度検出器９１を設け、制御部１００によるフィードバック制御を実行してもよく、その詳細は第１の実施形態で説明したのと同様である。
また、他の構成要素は、第１及び第２の実施形態に係る成膜装置と同様であるので、その説明を省略する。
［成膜方法］
次に、本開示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とり説明する。なお、成膜装置は、第１の実施形態に係る成膜装置を用い、反応ガスノズル３２は１本のみ設けられている例を挙げて説明する。
まず、図示しないゲートバルブを開き、搬送アーム１０により搬送口１５（図３）を介してウェーハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。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。このようなウェーハ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内に夫々ウェーハＷを載置する。
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Ｎ２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からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力調整器６５０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。次いで、回転テーブル２を時計回りに例えば最大で２４０ｒｐｍの回転速度で回転させながら、ヒータユニット７によりウェーハＷを例えば２５０℃から３００℃までの範囲の温度に加熱する。
この後、真空容器１に対し、反応ガスノズル３１から原料ガスを供給するとともに、反応ガスノズル３２からオゾンガスを供給する。すなわち、原料ガスとオゾンガスとが同時に供給される。ただし、これらのガスは、分離空間Ｈ（図４）により分離され、真空容器１内で互いに混合することは殆ど無い。原料ガスは、例えば、Ｈｉｇｈ－ｋ膜を成膜するのに用いられる有機金属ガスを用いてもよい。
原料ガスとオゾンガスとが同時に供給されるときに、回転テーブル２の回転によりウェーハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過すると、ウェーハＷの表面に原料ガスが吸着し、第２の処理領域Ｐを通過すると、ウェーハＷの表面に吸着した原料ガスをオゾンガスが酸化し、ウェーハＷの表面に反応生成物、即ち原料ガスの酸化物による薄膜が成膜される。
この時、オゾンガスは、活性化プレート８０のヒータ９０により加熱され、熱分解が発生し、酸化力が増加した状態で原料ガスを酸化する。よって、非常に高い酸化力で原料ガスが酸化され、高品質の成膜を行うことができる。
回転テーブル２の回転を繰り返すことにより、回転テーブル２上のウェーハＷは、第１の処理領域Ｐ１、分離領域Ｄ、第２の処理領域Ｐ２、分離領域Ｄを通過するサイクルを繰り返す。分離領域Ｄでは、Ｎ２ガス等のパージガスが供給され、ウェーハＷの表面がパージされる。
即ち、回転テーブル２の回転により、ウェーハＷ上には、原料ガスの吸着、パージ、オゾンによる酸化、パージのサイクルが繰り返される。そして、オゾンによる酸化のときに、酸化膜の分子層がウェーハＷの表面上に堆積し、徐々に酸化膜が堆積する。
かかる成膜プロセス中、必要に応じて、温度検出器９１の検出した温度に応じて、制御部１００がヒータ９０の温度を制御し、活性化プレート８０の温度がオゾンガスを分解して活性化するのに適切な温度となるようにフィードバック制御を行ってもよい。その際、温度検出器９１が複数の位置に設置されている場合には、局所的な温度制御を行うようにしてもよい。
このような成膜プロセスを継続し、所定の膜厚に到達したら、真空容器１へのガスの供給を停止し、回転テーブル２の回転を停止し、真空容器１内にウェーハＷを搬入したときの手順と逆の手順により、真空容器１内からウェーハＷを搬出する。これにより成膜工程が終了する。
以上のとおり、本実施形態に係る成膜方法によれば、ウェーハＷの温度を高くすることなく、オゾンガスを加熱分解して酸化力を向上させることにより、薄膜の高品質化を図ることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態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、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ 真空容器
２ 回転テーブル
７ ヒータユニット
３１、３２ 反応ガスノズル
４１、４２ 分離ガスノズル
６０ オゾナイザ
８０ 活性化プレート
９０ ヒータ
９１、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ 温度検出器

Claims (19)

  1. 処理室と、
    該処理室内に設けられ、基板を周方向に沿って載置可能な回転テーブルと、
    該回転テーブル上にオゾンガスを供給可能なオゾンガス供給部と、
    該オゾンガス供給部の直上を含めて覆うように設けられた板状部材と、
    該板状部材の上面に設けられたオゾン活性化手段と、を有し、
    前記板状部材は、
    該板状部材の上面を構成する上面板と、
    前記上面板を前記処理室の天井面に固定し、かつ前記上面板と前記天井面との間にスペースを形成する上部固定部と、
    を有し、
    前記オゾン活性化手段は、前記スペースにおいて前記上面板の上面に載置される、
    成膜装置。
  2. 前記オゾン活性化手段は、前記オゾンガスを加熱可能な第１のヒータであり、
    前記回転テーブル内に設けられ、前記基板を加熱可能な第２のヒータと、
    前記第１のヒータの加熱温度と前記第２のヒータの加熱温度とを独立して制御可能な制御部と、を更に有する請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記制御部は、前記第１のヒータの加熱温度が前記第２のヒータの加熱温度よりも高くなるように制御する請求項２に記載の成膜装置。
  4. 前記制御部は、前記第１のヒータの加熱温度を前記オゾンガスの分解温度よりも高い温度に制御する請求項３に記載の成膜装置。
  5. 前記板状部材は、前記処理室の天井面と前記回転テーブルとの間の空間に略水平に設けられ、前記板状部材と前記回転テーブルとの間の圧力を前記天井面と前記回転テーブルとの間の空間よりも高くするように設けられる請求項２乃至４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  6. 前記第１のヒータは、前記板状部材の略全面を覆うように設けられている請求項２乃至５のいずれか一項に記載の成膜装置。
  7. 前記板状部材は石英からなる請求項２乃至６のいずれか一項に記載の成膜装置。
  8. 前記オゾンガス供給部は、前記回転テーブルの半径方向に沿って延びる形状を有しており、
    前記板状部材は、前記回転テーブルの外周に沿った円弧形状を有する略扇形の形状を有する請求項２乃至７のいずれか一項に記載も成膜装置。
  9. 前記オゾンガス供給部は、前記板状部材における前記回転テーブルの回転方向の上流側に設けられ、
    前記第１のヒータは、前記オゾンガス供給部よりも下流側に設けられる請求項２乃至８のいずれか一項に記載の成膜装置。
  10. 前記板状部材内に設けられた温度検出器を更に有し、
    前記制御部は、前記温度検出器で検出された温度に基づいて前記第１のヒータの加熱温度を制御する請求項２乃至９のいずれか一項に記載の成膜装置。
  11. 前記温度検出器は、前記回転テーブルの半径方向において複数個設けられている請求項１０に記載の成膜装置。
  12. 前記温度検出器は、熱電対である請求項１０又は１１に記載の成膜装置。
  13. 前記回転テーブルの回転方向における前記オゾンガス供給部の上流側に設けられた原料ガスを前記回転テーブルに供給可能な原料ガス供給部と、
    該原料ガス供給部よりも前記回転テーブルの回転方向における下流側であって前記オゾンガス供給部よりも上流側に設けられた第１のパージガス供給部と、
    前記オゾンガス供給部よりも前記回転テーブルの回転方向における下流側であって前記原料ガス供給部よりも上流側に設けられた第２のパージガス供給部と、を更に有する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
  14. 前記原料ガス供給部は、Ｈｉｇｈ－ｋ膜の成膜に用いられる原料ガスを供給する請求項１３に記載の成膜装置。
  15. 前記オゾンガス供給部は、１つの前記板状部材に対して複数個設けられている請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  16. 基板を載置した回転テーブル内に設けられた第１のヒータで前記基板を第１の加熱温度で加熱する工程と、
    前記回転テーブル上にオゾンガスを供給可能なオゾンガス供給部の直上を含めて覆う板状部材の上面に設けた第２のヒータで、前記オゾンガスを第２の加熱温度で加熱する工程と、
    前記基板を前記第１の加熱温度で加熱した状態で前記回転テーブルを回転させ、前記オゾンガス供給部より前記回転テーブルの回転方向における上流側に設けられた原料ガス供給部から前記基板上に原料ガスを吸着させる工程と、
    前記基板を前記第１の加熱温度で加熱した状態で前記回転テーブルを回転させ、前記オゾンガス供給部から前記第２の加熱温度で加熱された前記オゾンガスを前記基板に供給し、前記基板上に吸着した前記原料ガスを酸化して酸化膜を前記基板上に堆積させる工程と、を有し、
    前記回転テーブルは、処理室内に設けられ、
    前記板状部材は、
    該板状部材の上面を構成する上面板と、
    前記上面板を前記処理室の天井面に固定し、かつ前記上面板と前記天井面との間にスペースを形成する上部固定部と、
    を有し、
    前記第２のヒータは、前記スペースにおいて前記上面板の上面に載置される、
    成膜方法。
  17. 前記第２の加熱温度を前記第１の加熱温度よりも高く設定して前記オゾンガスを加熱する請求項１６に記載の成膜方法。
  18. 前記第２の加熱温度を前記オゾンガスの分解温度よりも高く設定して前記オゾンガスを加熱分解する請求項１７に記載の成膜方法。
  19. 前記オゾンガスの温度を検出する工程と、
    検出した前記オゾンガスの温度に基づいて前記第２の加熱温度を制御する工程と、を更に有する請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の成膜方法。
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