JP7257941B2 - 自転駆動機構及び自転駆動方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

自転駆動機構及び自転駆動方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法 Download PDF

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Description

本開示は、自転駆動機構及び自転駆動方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法に関する。
従来から、真空容器内の回転テーブルの基板載置領域上に基板を載置し、回転テーブルを回転させるとともに基板載置領域も自転させ、回転テーブルの回転方向に沿って設けられた複数の処理ガス供給領域を基板が順次通過し、異なる処理ガスを基板に順次供給することによりＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）成膜を行う成膜装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
かかる成膜装置は、基板載置領域を自転させるため、回転テーブルの他面側に回転テーブルの回転方向に沿って回転自在な第１の歯車を設けるとともに、第１の歯車に噛合し、自転することによって基板が自転するように基板載置領域を回転させる遊星歯車からなる第２の歯車を設け、回転駆動部により第１の歯車を回転させて、基板の自転速度を調整する。かかる構成により、基板を自転させるための回転駆動部を設ける数を抑制することができる。
特開２０１６－９６２２０号公報
本開示は、パーティクルを低減させることができる自転駆動機構及び自転駆動方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る自転駆動機構は、回転テーブルと、
前記回転テーブルの周方向に沿って配置され、前記回転テーブルの回転と独立して自転が可能な自転板と、
前記回転テーブルと同軸であって、前記回転テーブルの回転と方向及び速度が異なる回転動作が可能な駆動板と、
前記駆動板に固定されるとともに前記自転板の自転軸近傍に配置され、水平回転部材が転がり移動可能な転がり軌跡溝を有する軌跡板と、
前記自転板に固定されるとともに、前記転がり軌跡溝と係合し、前記転がり軌跡溝内を転がり移動することにより前記自転板を自転させる水平回転部材と、を有する。
本開示によれば、パーティクルの発生を抑制することができるとともに、伝達摩擦力を低減させることができる自転駆動機構及び自転駆動方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。
本開示の一実施形態による成膜装置の断面図である。 本実施形態に係る成膜装置の回転テーブル及び容器本体の平面図である。 本実施形態に係る成膜装置の分離領域の周方向に沿った断面図である。 本実施形態に係る自転機構の回転テーブル及び自転板の一例の構成を示した図である。 本実施形態に係る自転機構の自転板の断面図である。 本実施形態に係る自転機構の回転テーブル全体及び中心軸付近の断面構成を示した図である。 本実施形態に係る自転機構の自転板の一例の連結構造を示した図である。 本実施形態に係る自転機構の駆動方法の一例を説明するための図である。 本実施形態に係る自転機構の自転運動の回転方向の反転を許容する駆動方法の一例を示した図である。 本実施形態に係る自転機構の水平回転部材を反転させない駆動方法の一例を示した図である。
以下、図面を参照して、本開示を実施するための形態の説明を行う。
図１は、本開示の一実施形態による成膜装置の断面図である。図示のとおり、この成膜装置は、扁平な円筒形状を有する真空容器１と、この真空容器１内に配置され回転可能な回転テーブル２とを含む。真空容器１は、容器本体１２と、容器本体１２から取り外し可能な天井板１１とを有している。天井板１１は、真空容器１内を真空排気できるように、たとえばＯリングなどのシール部材１３を介して容器本体１２上に配置される一方で、真空容器１２から取り外すべきときには、駆動機構（図示せず）により持ち上げられる。
また、容器本体１２の底部１４には、中央付近で環状に２段状に***する***部１４ａと、扁平な円筒形状を有するカバー部材７１とが設けられている。***部１４ａと、カバー部材７１と、これらの上方に所定の間隔をおいて配置される回転テーブル２とで囲まれる空間は、ヒータ格納部として利用され、ヒータユニット７が格納されている。
回転テーブル２は、本実施形態においては石英で作製され、円盤形状に形成されている。回転テーブル２は、中央に円形の開口部を有しており、開口部の周りで円筒形状のコア部２１により上下から挟まれて保持されている。コア部２１は、鉛直方向に伸びる第１回転軸２２の上端に固定されている。第１回転軸２２は容器本体１２の底面部１４を貫通し、その下端が当該第１回転軸２２ａを鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる第１駆動部２３ａに取り付けられている。この構成により、回転テーブル２はその中心を軸に回転することができる。
更に、第１回転軸２２ａを囲むように、第２回転軸２２ｂが設けられている。第２回転軸２２ｂは、駆動板８０を回転させるための回転軸である。第２回転軸２２ｂは、第１回転軸２２ａと同軸に設けられるが、回転対象が異なり、かつ、回転対象である駆動板８０を、第１回転軸２２ａと異なる回転方向に、異なる回転速度で回転させることができる。即ち、第２回転軸２２ｂは、第１回転軸２２ａと同軸ではあるが、第１回転軸２２ａと独立した回転が可能に構成されている。駆動板８０は、基板載置領域である自転板２４を自転させるための回転伝達手段であり、第２の回転軸２２ｂにより回転する。
なお、第１及び第２回転軸２２ａ、２２ｂおよび第１及び第２駆動部２３ａ、２３ｂ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２０ａを介して真空容器１の底面部１４の下面に気密に取り付けられており、これにより、ケース体２０の内部雰囲気が外部雰囲気から隔離されている。
図２は、本実施形態に係る成膜装置の回転テーブル及び容器本体の平面図である。図２を参照すると、回転テーブル２の上面に、複数（図示の例では５つ）の自転板２４が設けられている。自転板２４の上面には、ウエハＷを収容する円形凹部２４ａが形成されている。即ち、円形凹部２４ａが基板載置領域として機能する。ただし、図２では１枚のウエハＷのみを示している。自転板２４は、回転テーブル２に等間隔で配置されている。
図３は、本実施形態に係る成膜装置の分離領域の周方向に沿った断面図である。図３（ａ）は、図２に示す第１の反応ガスノズル３１から第２の反応ガスノズル３２まで延びる円弧に沿った投影断面図である。図３（ａ）に示すように、凹部２４ａは、ウエハＷの直径よりも僅かに大きい、たとえば、４ｍｍ大きい直径と、ウエハＷの厚さに等しい深さとを有している。したがって、ウエハＷが凹部２４ａに載置されたとき、ウエハＷの表面は、回転テーブル２の凹部２４ａを除く領域の表面と同じ高さにある。仮に、ウエハＷとその領域との間に比較的大きい段差があると、その段差によりガスの流れに乱流が生じ、ウエハＷ上での膜厚均一性が影響を受ける。このため、２つの表面が同じ高さにある。「同じ高さ」は、ここでは高さの差が約５ｍｍ以下であることを意味するが、その差は、加工精度が許す範囲でできるだけゼロに近くすべきである。凹部２４ａの底には、３つの貫通孔（図示せず）が形成されており、これらを通して３つの昇降ピン（図示せず）が昇降する。昇降ピンは、ウエハＷの裏面を支え、ウエハＷを昇降させる。
凹部２４ａは、ウエハを位置決めしてウエハＷが回転テーブル２の回転により生じる遠心力により飛び出すのを防止するウエハＷの収容領域である。しかし、ウエハＷの収容領域は、凹部２４ａに限定されることなく、回転テーブル２上に所定の角度間隔で配置されウエハＷの端部を保持するガイド部材によって実現することもできる。
図２を参照すると、回転テーブル２の上方に第１の反応ガスノズル３１、第２の反応ガスノズル３２、および分離ガスノズル４１，４２が設けられ、これらは、所定の角度間隔で半径方向に延在している。この構成により、凹部２４ａは、ノズル３１，３２，４１，および４２の下を通過することができる。図示の例では、第２の反応ガスノズル３２、分離ガスノズル４１、第１の反応ガスノズル３１、および分離ガスノズル４２がこの順に時計回りに配置されている。これらのガスノズル３１，３２，４１，４２は、容器本体１２の周壁部を貫通し、ガス導入ポート３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａである端部を壁の外周壁に取り付けることにより、支持されている。ガスノズル３１，３２，４１，４２は、図示の例では、容器１の周壁部から容器１内へ導入されているが、環状の突出部５（後述）から導入しても良い。この場合、突出部５の外周面と天板１１の外表面とに開口するＬ字型の導管を設け、容器１内でＬ字型の導管の一方の開口にガスノズル３１（３２，４１，４２）を接続し、容器１の外部でＬ字型の導管の他方の開口にガス導入ポート３１ａ（３２ａ、４１ａ、４２ａ）を接続することができる。
図示していないが、反応ガスノズル３１は、ガス導入ポート３１ａを介して第１の反応ガスであるビスターシャルブチルアモノシラン（ＢＴＢＡＳ）のガス供給源に接続され、反応ガスノズル３２は、ガス導入ポート３２ａを介して第２の反応ガスであるオゾン（Ｏ３）のガス供給源に接続されている。
反応ガスノズル３１、３２には、下方側に反応ガスを吐出するための吐出孔３３がノズルの長さ方向に間隔を置いて配列されている。本実施形態においては、吐出孔３３は、約０．５ｍｍの口径を有し、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１、３２は夫々第１の反応ガス供給手段および第２の反応ガス供給部である。また、反応ガスノズル３１の下方領域はＢＴＢＡＳガスをウエハに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１であり、反応ガスノズル３２の下方領域はＯ３ガスをウエハに吸着させるための第２の処理領域Ｐ２である。
一方、分離ガスノズル４１，４２は、チッ素ガス（Ｎ２）のガス供給源（図示せず）に接続されている。分離ガスノズル４１、４２は、下方側に分離ガスを吐出するための吐出孔４０を有している。吐出孔４０は、長さ方向に所定の間隔で配置されている。本実施形態においては、吐出孔４０は、約０．５ｍｍの口径を有し、分離ガスノズル４１、４２の長さ方向に沿って約１０ｍｍの間隔で配列されている。
分離ガスノズル４１、４２は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するよう構成される分離領域Ｄに設けられている。各分離領域Ｄにおいては、真空容器１の天板１１に、図２及び図３に示すように、凸状部４が設けられている。凸状部４は、扇形の上面形状を有しており、その頂部は容器１の中心に位置し、円弧は容器本体１２の内周壁の近傍に沿って位置している。また、凸状部４は、凸状部４が二分割されるように半径方向に伸びる溝部４３を有している。溝部４３には分離ガスノズル４１（４２）が収容されている。分離ガスノズル４１（４２）の中心軸と扇形の凸状部４の一方の辺との間の距離は、分離ガスノズル４１（４２）の中心軸と扇形の凸状部４の他方の辺との間の距離とほぼ等しい。なお、溝部４３は、本実施形態では、凸状部４を二等分するように形成されるが、他の実施形態においては、例えば、凸状部４における回転テーブル２の回転方向上流側が広くなるように、溝部４３を形成しても良い。
上記の構成によれば、図３（ａ）に示すように、分離ガスノズル４１（４２）の両側には平坦な低い天井面４４（第１の天井面）があり、低い天井面４４の両側方には高い天井面４５（第２の天井面）がある。凸状部４（天井面４４）は、第１および第２の反応ガスが凸状部４と回転テーブル２との間に侵入するのを阻止して混合するのを阻止するための狭隘な空間である分離空間を形成する。
図３（ｂ）を参照すると、回転テーブル２の回転方向に沿って反応ガスノズル３２から凸状部４に向かって流れるＯ３ガスが当該空間へ侵入するのが阻止され、また回転テーブル２の回転方向と反対方向に沿って反応ガスノズル３１から凸状部４に向かって流れるＢＴＢＡＳガスが当該空間へ侵入するのが阻止される。「ガスが侵入するのが阻止する」とは、分離ガスノズル４１から吐出した分離ガスであるＮ２ガスが第１の天井面４４と回転テーブル２の表面との間に拡散して、この例では当該第１の天井面４４に隣接する第２の天井面４５の下方側の空間に吹き出し、これにより第２の天井面４５の下方側空間からのガスが侵入できなくなることを意味する。そして「ガスが侵入できなくなる」とは、第２の天井面４５の下方側空間から凸状部４の下方側空間に全く入り込むことができない場合のみを意味するのではなく、反応ガスの一部が侵入しても、その反応ガスが分離ガスノズル４１に向かって更に進むことができず、よって、混ざり合うことができないことも意味する。すなわち、このような作用が得られる限り、分離領域Ｄは、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離することとなる。また、ウエハに吸着したガスについては当然に分離領域Ｄ内を通過することができる。したがって、ガスの侵入阻止は、気相中のガスを意味している。
図１および図２を参照すると、天板１１の下面には、内周縁がコア部２１の外周面に面するように配置された環状の突出部５が設けられている。突出部５は、コア部２１よりも外側の領域において回転テーブル２と対向している。また、突出部５は、凸状部４と一体に形成され、凸状部４の下面と突出部５の下面とは一の平面を形成している。すなわち、突出部５の下面の回転テーブル２からの高さは、凸状部４の下面（天井面４４）と高さと等しい。この高さは、以降、高さｈと記す。なお、突出部５と凸状部４は、必ずしも一体でなくても良く、別体であっても良い。また、図２は、凸状部４を容器１内に残したまま天板１１を取り外した容器１の内部構成を示している。
本実施形態においては、分離領域Ｄは、凸状部４となるべき扇型プレートに溝部４３を形成して、分離ガスノズル４１（４２）を溝部４３に配置することにより形成される。しかし、２つの扇型プレートが分離ガスノズル４１（４２）の両側に配置されるように、これら２つの扇型プレートを天板１１の下面にネジで取り付けるようにしても良い。
また、凸状部４の下面、即ち、天井面４４の、回転テーブル２の表面から測った高さｈ（図３（ａ））は、例えば約０．５ｍｍから約１０ｍｍであって良く、約４ｍｍであると好適である。また、回転テーブル２の回転数は例えは１ｒｐｍ～５００ｒｐｍに設定されている。分離領域Ｄの分離機能を確保するためには、処理容器１内の圧力や回転テーブル２の回転数などに応じて、凸状部４の大きさや凸状部４の下面（第１の天井面４４）と回転テーブル２の表面との高さｈを例えば実験などを通して設定してよい。なお分離ガスとしては、本実施形態ではＮ２ガスだが、分離ガスが酸化シリコンの成膜に影響を与えない限りにおいて、ＨｅやＡｒガスなどの不活性ガスや水素ガスなどであってもよい。
図１を再び参照すると、容器本体１２は、回転テーブル２の外周面に対向する容器本体１２の内周部に凹み部を有している。これ以降、この凹み部を排気領域６と称する。排気領域６の下方には、排気口６１（他の排気口６２については図２参照）が設けられ、これらには他の排気口６２についても使用され得る排気管６３を介して真空ポンプ６４が接続されている。また、排気管６３には圧力調整器６５が設けられている。複数の圧力調整器６５を、対応する排気口６１，６２に対して設けてもよい。
図２を再び参照すると、排気口６１は、上方から見て、第１の反応ガスノズル３１と、第１の反応ガスノズル３１に対して回転テーブル２の時計回転方向の下流に位置する凸状部４との間に配置されている。この構成により、排気口６１は、実質的に、第１の反応ガスノズル３１からのＢＴＢＡＳガスを専ら排気することができる。一方、排気口６２は、上方から見て、第２の反応ガスノズル３２と、第２の反応ガスノズル３２に対して回転テーブル２の時計回転方向の下流に位置する凸状部４との間に配置されている。この構成により、排気口６２は、実質的に、第２の反応ガスノズル３２からのＯ３ガスを専ら排気することができる。したがって、このように構成される排気口６１、６２は、分離領域ＤがＢＴＢＡＳガスとＯ３ガスとが混合するのを防止するのを補助することができる。
図１に示すように、回転テーブル２と容器本体１２の底部１４との間の空間には、加熱部としての環状のヒータユニット７が設けられ、これにより、回転テーブル２上のウエハＷが回転テーブル２を介してプロセスレシピで決められた温度に加熱される。また、カバー部材７１が、回転テーブル２の下方において回転テーブル２の外周の近くに、ヒータユニット７を取り囲むように設けられ、ヒータユニット７が置かれている空間が、ヒータユニット７の外側の領域から区画されている。カバー部材７１は上端にフランジ部７１ａを有し、フランジ部７１ａは、カバー部材７１内にガスが流入することを防止するため、回転テーブル２の下面とフランジ部との間に僅かな間隙が維持されるように配置される。
再び図１を参照すると、底部１４は、環状のヒータユニット７の内側に***部１４ａを有している。***部１４ａの上面は、回転テーブル２と***部１４ａとの間および***部１４ａとコア部２１とに接近しており、***部の上面と回転テーブル２との間、および***部１４ａの上面とコア部２１の裏面との間に僅かな隙間を残している。また、底部１４は、回転軸２２が通り抜ける中心孔を有している。この中心孔の内径は、回転軸２２の直径よりも僅かに大きく、フランジ部２０ａを通してケース体２０と連通する隙間を残している。パージガス供給管７２がフランジ部２０ａの上部に接続されている。また、ヒータユニット７が収容される領域をパージするため、複数のパージガス供給管７３が所定の角度間隔でヒータユニット７の下方の領域に接続されている。
このような構成により、回転軸２２と底部１４の中心孔との間の隙間、コア部２１と底部１４の***部との間の隙間、および底部１４の***部と回転テーブル２の裏面との間の隙間を通して、パージガス供給管７２からヒータ空間へＮ２パージガスが流れる。また、パージガス供給管７３からヒータユニット７の下の空間へＮ２ガスが流れる。そして、これらのＮ２パージガスは、カバー部材７１のフランジ部７１ａと回転テーブル２の裏面との間の隙間を通して排気口６１へ流れ込む。Ｎ２パージガスは、第１（第２）の反応ガスが回転テーブル２の下方の空間を回流して第２（第１）の反応ガスと混合するのを防止する分離ガスとして働く。
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、これにより、天板１１とコア部２１との間の空間に分離ガスであるＮ２ガスが供給される。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を通して、回転テーブル２の表面に沿って流れ、排気領域６に到達する。この空間５３と隙間５０は分離ガスが満たされているので、回転テーブル２の中心部を介して反応ガス（ＢＴＢＡＳ、Ｏ３）が混合することがない。即ち、本実施形態の成膜装置は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離するために回転テーブル２の回転中心部と容器１とにより画成され、分離ガスを回転テーブル２の上面に向けて吐出する吐出口を有するように構成される中心部領域Ｃが設けられている。なお、図示の例では、吐出口は突出部５と回転テーブル２との狭い隙間５０に相当する。
また、フランジ部２０ａにパージガス供給管７２が接続され、これを通してフランジ部２０ａおよびケース体２０の内部にパージガス（Ｎ２ガス）が供給される。このパージガスは、回転軸２２と底部１４の***部１４ａとの間の隙間と、コア部２１と***部１４ａとの間の隙間と、***部１４ａと回転テーブル２との間の隙間とを通って、ヒータユニット７が格納されるヒータ格納部へと流れる。一方、ヒータ格納部には、サセプタ本体１２の底部１４を貫通する複数のパージガス供給管７３が所定の角度間隔をおいて接続され、これらを通して所定のガス供給源（図示せず）からパージガス（Ｎ２ガスなど）が供給される。このパージガスは、フランジ部２０ａに接続されたパージガス供給管７２から供給されてヒータ格納部に到達するパージガス（Ｎ２ガスなど）とともに、カバー部材７１と回転テーブル２との隙間から排気領域６へ至り、排気口６１（６２）から排気装置６４へと排気される。なお、カバー部材７１の上端には、カバー部７１の外側方向に回転テーブル２の裏面に沿って延びるフランジ部７１ａが設けられており、これにより、排気領域６からヒータ格納部へのガスの流入が防止される。このような構成により、コア部２１や回転軸２２の周辺の空間やヒータ格納部を通して、第１の反応ガスと第２の反応ガスとが混合するのが防止される。
また、容器本体１２の側壁には、図２に示すように、搬送口１５が形成されている。ウエハＷは、搬送口１５を通して外部の搬送アーム１０により真空容器１の中へまたは外へと搬送される。この搬送口１５にはゲートバルブ（図示せず）が設けられ、これにより搬送口１５が開閉される。回転テーブル２のウエハ収容領域である凹部２４ａが搬送口１５に整列し、ゲートバルブが開くと、ウエハＷは、搬送アーム１０により真空容器１内へ搬送され、搬送アーム１０から凹部２４ａに置かれる。ウエハＷを搬送アーム１０から凹部２４ａへ降ろすため、また、凹部２４ａから持ち上げるために、昇降ピン（図示せず）が設けられており、昇降ピンは昇降機構（図示せず）によって、回転テーブル２の凹部２４ａに形成された貫通孔を通して昇降される。
また、この実施形態による成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うための制御部１００が設けられている。この制御部１００は、例えばコンピュータで構成されるプロセスコントローラ１００ａと、ユーザインタフェース部１００ｂと、メモリ装置１００ｃとを有する。ユーザインタフェース部１００ｂは、成膜装置の動作状況を表示するディスプレイや、成膜装置の操作者がプロセスレシピを選択したり、プロセス管理者がプロセスレシピのパラメータを変更したりするためのキーボードやタッチパネル（図示せず）などを有する。
メモリ装置１００ｃは、プロセスコントローラ１００ａに種々のプロセスを実施させる制御プログラム、プロセスレシピ、および各種プロセスにおけるパラメータなどを記憶している。また、これらのプログラムは、例えば後述する動作を行わせるためのステップ群を有している。これらの制御プログラムやプロセスレシピは、ユーザインタフェース部１００ｂからの指示に従って、プロセスコントローラ１００ａにより読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体１００ｄに格納され、これらに対応した入出力装置（図示せず）を通してメモリ装置１００ｃにインストールしてよい。コンピュータ可読記憶媒体１００ｄは、ハードディスク、ＣＤ、ＣＤ－Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ－Ｒ／ＲＷ、フレキシブルディスク、半導体メモリなどであってよい。また、プログラムは通信回線を通してメモリ装置１００ｃへダウンロードしてもよい。
かかる構成を有する成膜装置において、回転テーブル２の凹部２４ａ上にウエハＷを載置し、処理ガスノズル３１、３２から処理ガス、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスを供給しながら回転テーブル２を回転させることにより、ウエハＷ上に成膜を行うことができる。即ち、例えば、処理ガスノズル３１からシリコン含有ガスを供給し、処理ガスノズル３２から酸化ガスを供給することにより、シリコン酸化膜をウエハＷ上にＡＬＤ法により成膜することができる。
ここで、回転テーブル２の回転速度を例えばωに設定すると、回転テーブル２の回転速度ｖはｖ＝ｒωであるため（ｒは半径方向における中心からの距離）、凹部２４ａ内の外周側の位置と、回転軸２２ａに近い位置では、移動速度が異なり、膜厚が異なる場合が考えられる。
そのような、凹部２４ａ内での回転テーブル２の半径方向における位置の速度差を低減させるため、本実施形態に係る成膜装置では、自転板２４を自転させ、凹部２４ａ内のウエハＷを自転させた状態で成膜を行う。
自転板２４を自転させる機構は、ギアを用いると、パーティクルを発生させたり、伝達摩擦力が大きくなったりし、熱応力により破損するおそれもある。そこで、本実施形態に係る成膜装置では、転がり接触を利用した自転機構を搭載する。
図４は、本実施形態に係る自転機構の回転テーブル２及び自転板２４の一例の構成を示した図である。図４（ａ）は、自転板２４全体を示した図であり、図４（ｂ）は、自転板２４の自転軸２４ｂ付近を拡大して示した図である。
図４（ａ）に示される通り、回転テーブル２上に、周方向に沿って自転板２４が配置される。自転板２４の上面は、今まで説明した通り、凹部２４ａを有し、基板載置領域として機能する。
自転板２４は、用途に応じて種々の材料で構成してよい。例えば、ＳｉＮ膜を成膜する場合には、ＳｉＮ膜に近い膨張係数を有する材料を用いてもよい。例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＳｉＮ膜を成膜する場合には、熱膨張係数は２．８となる。この場合、例えば、ＡｌＮの熱膨張係数が４．６で比較的ＳｉＮ膜の熱膨張係数に近いので、ＡｌＮを用いて自転板２４を構成してもよい。同様に、ＳｉＯ２膜を成膜する場合には、組成的にはＳｉＯ２膜と同じである石英を用いるようにしてもよい。
自転板２４は、自転軸２４ｂを有する。自転軸２４ｂは、自転板２４の中心において、下面から下方に延びるように設けられる。自転軸２４ｂの周囲には、軸受８３が設けられる。即ち、自転軸２４ｂは、軸受８３で受けられるような鉛直方向の長さを有するように設けられる。軸受８３は、自転軸２４ｂの周囲を水平方向において囲むように設けられ、自転軸２４ｂの水平方向における回転（回転軸は鉛直方向）を支承する。
自転板２４の下方には、第２回転軸２２ｂから延びてくる駆動板８０が設けられる。駆動板８０は、自転板２４を自転駆動するための板であり、第２回転軸２２ｂの回転駆動力を自転板２４に伝達するための伝達媒体である。駆動板８０は、円盤状の形状を有し、第２回転軸２２ｂに連結固定され、第２回転軸２２ｂと供回りする。
駆動板８０は、熱膨張による変形及びこれに起因するガタつきを防止するため、回転テーブル２と同材質であることが好ましく、例えば、石英で構成される。
図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、軌跡板８１は、自転軸２４ｂと重なるように設けられた自転駆動機構の一部である。図４（ｂ）に示されるように、軌跡板８１の表面には、転がり軌跡溝８１ａが設けられている。
軌跡板８１の転がり軌跡溝８１ａには、自転板２４の自転軸２４ｂに固定された水平回転部材８２が嵌合する。水平回転部材８２は、水平回転して転がり軌跡溝８１ａの中を転がり移動することが可能な部材である。
例えば、水平回転部材８２は、軸受で構成されてもよい。滑らかに水平回転して軌跡板８１の転がり軌跡溝８１ａに沿って転がり移動することができる。
軌跡板８１は、ある程度の強度が必要であり、パーティクルを発生させ難い材質であることが好ましいので、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で構成されてもよい。
水平回転部材８２には、例えば、Ｓｉ３Ｎ４からなる軸受を用いるようにしてもよい。
なお、軌跡板８１の転がり軌跡溝８１ａは、サインカーブを長くしたＳ字形状となっているが、この軌跡板８１を回転テーブル２の回転に対して前後に相対移動させることにより、水平回転部材８２が転がり軌跡溝８１ａ内を転がり移動する。転がり移動は、水平回転部材８２の回転移動であるから、水平回転部材８２に固定された自転軸２４ｂは回転し、自転することになる。
図５は、本実施形態に係る自転機構の自転板２４の断面図である。図５（ａ）は、自転板２４の全体の断面図であり、図５（ｂ）は、自転板２４の自転軸２４ｂ付近の拡大断面図である。
図５（ａ）に示されるように、駆動板８０が回転テーブル２の中心から自転板２４の中心付近まで延び、自転板２４の自転軸２４ｂの下方を覆うように軌跡板８１が駆動板８０に固定される。即ち、軌跡板８１は駆動板８０と同じ運動をする。
自転板２４の下方において、自転板２４の下面から下方に向かって自転軸２４ｂが延び、自転軸２４ｂの周囲を軸受８３が支承している。
また、自転軸２４ｂの下面から、更に突出軸２４ｃが下方に延び、突出軸２４ｃの周囲に軸受として構成された水平回転部材８２が設けられ、突出軸２４ｃを支承している。水平回転部材８２は、軌跡板８１に設けられた転がり軌跡溝８１ａ内に設けられ、水平方向に回転して転がり軌跡溝８１内を転がり移動する。その際、自転軸２４ｂから延びる突出軸２４ｃが回転し、自転軸８１ｂが回転して自転板２４が自転する。
かかる転がり移動により、摩擦力は低減し、ギアを用いた自転駆動と比較して、パーティクルの発生や伝達摩擦力の発生を大幅に抑制することができる。
なお、軌跡板８１は、着脱可能に構成し、回転速度やプロセスに応じて、転がり軌跡溝８１ａの最適な溝形状を試すようにしてもよい。
また、自転板２４は、ヒータ７からの輻射熱を吸収する材料とし、ウエハエッジの温度勾配による膜厚低下を低減させる構成としてもよい。
図６は、回転テーブル全体及び中心軸付近の断面構成を示した図である。図６（ａ）は、回転テーブルの中心軸付近の拡大図である。
図６（ａ）に示されるように、第１回転軸２２ａの周囲を覆うように第２回転軸２２ｂが設けられており、第１回転軸２２ａと第２回転軸２２ｂとは同軸で、かつ独立して回転を制御可能に構成されている。
第１回転軸２２ａは回転テーブル２の中心軸をなすが、第２回転軸２２ｂは駆動板８０の中心軸をなす。自転においては、駆動板８０を回転させ、駆動板８０の回転を軌跡板８１の転がり軌跡溝８１ａの移動に変換し、転がり軌跡溝８１ａと係合する突出軸２４ｃの回転に変換し、自転軸２４ｂを回転させる。
図６（ｂ）に示されるように、第２回転軸２２ｂは外周方向に広がる駆動板８０に連結固定され、駆動板８０を回転させる構成となっていることが示されている。
図７は、自転板２４の一例の連結構造を示した図である。図７に示されるように、自転板２４の下面から突出軸２４ｃが下方に突出している。このように、自転軸２４ｂの下面ではなく、自転板２４の下面から突出軸２４ｃが下方に延びる構成であってもよい。この場合にも、自転軸２４ｂの近傍に突出軸２４ｃがあるので、自転軸２４ｂを回転させることができる。
なお、ここで言う回転は、１回転ではなく、時計回りと反時計回りを転がり軌跡溝８１ａ内で周期的に繰り返す単振動のような回転である。転がり軌跡溝８１ａは、サインカーブを延ばしたＳ字形状であるから、この形状に沿って水平回転部材８２を転がり移動させる動作を駆動板８０に行わせる。
なお、動作の詳細については後述する。
図８は、自転機構の駆動方法の一例を説明するための図である。図８（ａ）は、自転板全体の動作を説明するための図であり、図８（ｂ）は、自転軸付近の動作を説明するための図である。
図８（ａ）に示されるように、駆動板８０を前進させると、水平回転部材８２は転がり軌跡溝８１ａ内を後退するため、自転方向は、駆動板８０と反対方向となる。
また、図８（ｂ）に示されるように、軌跡板８１は、自転回転中心２４ｄを覆うように設けられる。水平回転部材８２が転がり軌跡溝８１ａに沿って転がり移動することにより、自転軸２４ｃが回転する。水平回転部材８２がサインカーブをなす転がり軌跡溝８１ａの端から端を往復する運動を行うことにより、自転板２４が自転する。なお、駆動板８０を回転テーブル２よりもやや遅い回転速度とすれば駆動板８０は後退し、回転テーブル２よりもやや速い回転速度とすれば駆動板８０は前進する。
図９は、自転運動の回転方向の反転を許容する駆動方法の一例を示した図である。図９において、直線矢印は転がり軌跡溝８１ａの接触面に働く力、太い曲線矢印は駆動板８０の回転方向、細い曲線矢印は水平回転部材８２の転がり方向を示す。
図９（ａ）から図９（ｂ）は、駆動版８０が後退して、相対的に水平回転部材８２が前進する運動を示す。この時、水平回転部材８２と転がり軌跡溝８１ａとの接触点は図９（ａ）、図９（ｂ）とも上側であり、反時計回りの同じ回転である。
図９（ｃ）においても、同じ運動が継続されるが、図９（ｄ）において、左側の壁がなくなるため、右側の壁に水平回転部材８２が移動する。そうすると、回転方向が反転する。これは、水平回転部材８２と転がり軌跡溝８１ａとの間に隙間が存在し、転がり軌跡溝８１ａがサインカーブの形状を有しており、接触方向が変わるためである。また、回転方向は、壁と接触し、水平回転部材８２が壁の移動により力を受けて回転する方向であるから、転がり軌跡溝８１ｃが後退すると、水平回転部材８２の右側が時計回りに回転する力を受けることになる。よって、回転方向は時計回りに反転する。
図９（ｅ）では、駆動板８０が時計回り状態が維持される。水平回転部材８２は、右側の壁に接触している。図９（ｆ）でも同様の状態が維持される。図９（ｇ）でも同様の状態が維持されるが、ここで、右側の壁が無くなり、左側に放り出されるような状態となる。
図９（ｈ）では、水平回転部材８２は、転がり軌跡溝８１ａの左側の壁と接触する。これにより、また回転方向が反転し、駆動板８０は反時計回りとなる。
このように、単純に駆動板５０を相対移動させ、水平回転部材８２を制限無く移動させると、自転の反転が生じる。
図１０は、水平回転部材８２を反転させない駆動方法の一例を示した図である。
図１０（ａ）－（ｃ）においては、水平回転部材８２は、転がり軌跡溝８１ａの左側の壁と接触し、反時計回りの回転状態を維持する。
図１０（ｄ）において、そのまま駆動板８０を後退させると、図９で説明したように反転が生じるが、図１０（ｃ）の左側の壁の制約が無くなった状態で、駆動板８０を反転させ、相対的に前進させる。そうすると、水平回転部材８２は右側の壁に接触するが、今度は右側の壁が前進し、水平回転部材８２は後退する転がり運動となるから、回転方向自体は反時計回りが維持される。
図１０（ｅ）－（ｇ）においては、図１０（ｄ）の状態が維持され、水平回転部材８２は右側の壁に接触し、反時計回りを維持する。
図１０（ｇ）において、右側の壁の制約が無くなる。ここでもう一度、図１０（ｈ）に示されるように、駆動板８０の移動方向を後退方向に反転させる。そうすると、水平回転部材８２は左側の壁と接触するが、今度は左側の壁は後退し、水平回転部材８２自身は前進する方向であるから、反時計回りが維持される。
このように、左右の壁の制約が無くなるタイミングで駆動板８０の回転方向を反転させれば、水平回転部材８２は、接触する転がり軌跡溝８１ｃの壁が左右で切り替わっても、壁から受ける転がり方向は逆になるので、水平回転部材８２の回転方向を一定にすることができる。
一般に、成膜等の基板処理に本実施形態に係る自転機構を適用する場合、自邸方向を一方向にする方が、運転条件を正確に制御でき、品質の均一性を担保する上で好ましい。
よって、成膜等の基板処理に本実施形態に係る自転機構を適用して基板処理装置を構成する場合には、このような自転方法を１方向とする駆動方法を用いてもよい。
このような駆動方法は、制御部１００で行えばよい。
［成膜方法］
次に、本実施形態に係る自転機構及び成膜装置を用いた成膜方法について説明する。
最初に、凹部２４が搬送口１５に整列するように回転テーブル２を回転して、ゲートバルブ（図示せず）を開く。第二に、搬送アーム１０により搬送口１５を介してウエハＷを容器１へ搬送する。ウエハＷは、昇降ピン１６により受け取られ、搬送アーム１０が容器１から引き抜かれた後に、昇降機構（図示せず）により駆動される昇降ピン１６によって凹部２４へと下げられる。上記一連の動作が５回繰り返されて、５枚のウエハＷが回転テーブル２に搭載される。続いて、真空ポンプ６４により真空容器１内が予め設定した圧力に真空引きされる。回転テーブル２が上から見て時計回りに回転し始める。この時、駆動板８０の回転を開始させ、ウエハＷも自転させる。
次に、ヒータユニット７への電力供給を開始し、回転テーブル２の凹部２４に載置されるウエハＷを回転テーブル２の裏面から加熱する。ウエハＷの温度が所定の設定温度で安定したことが確認された後、第１の反応ガス（ＢＴＢＡＳ）が第１の反応ガスノズル３１を通して第１の処理領域へ供給され、第２の反応ガス（Ｏ３）が第２の反応ガスノズル３２を通して第２の処理領域Ｐ２へ供給される。加えて、分離ガスノズル４１，４２から分離ガス（Ｎ２）が供給され、天井面４４と回転テーブル２の上面との間の空間を回転テーブル２の回転方向の両方向に流れる。
ウエハＷが第１の反応ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１を通過するときに、ウエハＷの表面にＢＴＢＡＳ分子が吸着し、第２の反応ガスノズル３２の下方の第２の処理領域Ｐ２と通過するときに、ウエハＷの表面にＯ３分子が吸着され、Ｏ３によりＢＴＢＡＳ分子が酸化される。したがって、ウエハＷが回転テーブル２の回転により、領域Ｐ１、Ｐ２の両方を一回通過すると、ウエハＷの表面に酸化シリコンの一分子層が形成される。次いで、ウエハＷが領域Ｐ１、Ｐ２を交互に複数回通過し、所定の膜厚を有する酸化シリコン膜がウエハＷの表面に堆積される。所定の膜厚を有する酸化シリコン膜が堆積された後、ＢＴＢＡＳガスとオゾンガスを停止し、回転テーブル２の回転を停止する。そして、ウエハＷは搬入動作と逆の動作により順次搬送アーム１０により容器１から搬出される。
ウエハＷ（機械的には自転板２４及び凹部２４ａ）を自転させながら回転テーブル２を回転（公転）させるため、内周部と外周部の速度差が解消され、均一な成膜が可能となる。
なお、本実施形態においては、自転機構を成膜装置及び成膜方法に適用する例を挙げて説明したが、回転テーブル式の総ての基板処理装置に適用可能であり、エッチング装置や他の種類の成膜装置、他の基板処理装置及びそれらを用いた処理方法にも適用可能である。
また、本実施形態に係る自転機構及び自転方法は、基板処理に限らず、自転及び公転が必要な種々の分野の装置及び方法にも適用可能である。また、自転板の上に処理対象を載置する構成にも限定されず、自転板の下方に対象物を収容する場合には、自転板の上側に自転機構を設ける構成であってもよい。
以上、本開示の好ましい実施形態について詳説したが、本開示は、上述した実施形態に制限されることはなく、本開示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 容器
２ 回転テーブル
４ 凸状部
５ 突出部
６ 排気領域
７ ヒータユニット
１１ 天板
１２ 容器本体
１４ 底部
１４ａ ***部
１５ 搬送口
２１ コア部
２２ 回転軸
３１ 第１の反応ガスノズル
３２ 第２の反応ガスノズル
４１，４２ 分離ガスノズル
５１ 分離ガス供給管
７２，７３ パージガス供給管
８１ 支柱
８２ 回転スリーブ
Ｗ ウエハ
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｃ 中心領域

Claims (19)

  1. 回転テーブルと、
    前記回転テーブルの周方向に沿って配置され、前記回転テーブルの回転と独立して自転が可能な自転板と、
    前記回転テーブルと同軸であって、前記回転テーブルの回転と方向及び速度が異なる回転動作が可能な駆動板と、
    前記駆動板に固定されるとともに前記自転板の自転軸近傍に配置され、表面に曲線的な平面形状を有する転がり軌跡溝を有する軌跡板と、
    前記自転板に連結固定されるとともに、前記転がり軌跡溝と係合し、前記転がり軌跡溝内を転がり移動することにより前記自転板を自転させる水平回転部材と、を有する自転駆動機構。
  2. 前記水平回転部材は、前記自転板から突出した突出軸に固定されており、
    前記水平回転部材は、前記突出軸を支承する軸受からなる請求項１に記載の自転駆動機構。
  3. 前記転がり軌跡溝は、サインカーブの１周期を長くしたＳ字形状である請求項１又は２に記載した自転駆動機構。
  4. 前記回転テーブルを第１の回転速度で回転させるとともに、
    前記駆動板を前記第１の回転速度よりも速い第２の回転速度と、前記第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度とで交互に切り替えて回転させることにより、前記水平回転部材を前記転がり軌跡溝に沿って往復運動させ、前記自転板を自転させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自転駆動機構。
  5. 前記転がり軌跡溝は、前記回転テーブルの回転軸と前記自転板の自転軸とを結んだ直線と交わる位置に配置されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の自転駆動機構。
  6. 前記駆動板及び前記軌跡板は前記自転板の下方に設けられ、前記水平回転部材は前記自転板の下面に設けられた請求項１乃至５のいずれか一項に記載の自転駆動機構。
  7. 前記自転板の上面又は前記自転板の上方には、基板が載置可能な基板載置領域が設けられた請求項６に記載の自転駆動機構。
  8. 前記基板載置領域は、前記回転テーブルの周方向に沿って複数設けられた請求項７に記載の自転駆動機構。
  9. 請求項８に記載の自転駆動機構と、
    前記回転テーブル、前記駆動板、前記軌跡板及び前記水平回転部材を収容する処理室と、
    前記回転テーブルに処理ガスを供給可能な処理ガス供給部と、を有する基板処理装置。
  10. 前記処理ガス供給部は、前記回転テーブルの周方向に沿って離間して複数設けられ、
    複数の前記処理ガス供給部の間にパージガスを供給するパージガス供給部が更に設けられ、
    前記自転駆動機構を動作させながら前記回転テーブルと回転させ、前記処理ガス供給部から処理ガス、前記パージガス供給部からパージガスを供給することにより、ＡＬＤ成膜を行う請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 周方向に沿って配置された自転板を有する回転テーブルを第１の回転速度で回転させる工程と、
    前記回転テーブルと同軸であり、前記自転板の自転軸近傍に設けられ、前記自転板に固定された水平回転部材と係合する転がり軌跡溝を有する軌跡板が固定された駆動板を回転させる工程とを有し、
    前記駆動板の回転は、前記第１の回転速度よりも速い第２の回転速度と、前記第１の回転速度よりも遅い第２の回転速度とを交互に切り替えることにより、前記水平回転部材に前記転がり軌跡溝を往復運動させ、前記自転板を自転させる回転である自転駆動方法。
  12. 前記水平回転部材は、軸受からなる請求項１１に記載の自転駆動方法。
  13. 前記転がり軌跡溝は、サインカーブの１周期を長くしたＳ字形状である請求項１１又は１２に記載した自転駆動方法。
  14. 前記転がり軌跡溝は、前記回転テーブルの回転軸と前記自転板の自転軸とを結んだ直線と交わる位置に配置されている請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の自転駆動方法。
  15. 前記駆動板及び前記軌跡板は前記自転板の下方に設けられ、前記水平回転部材は前記自転板の下面に設けられた請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の自転駆動方法。
  16. 前記自転板の上面又は前記自転板の上方には、基板が載置可能な基板載置領域が設けられ、前記基板載置領域に基板を載置した状態で前記自転板を自転させる請求項１５に記載の自転駆動方法。
  17. 前記基板載置領域は、前記回転テーブルの周方向に沿って複数設けられた請求項１６に記載の自転駆動方法。
  18. 前記回転テーブル、前記駆動板、前記軌跡板及び前記水平回転部材を収容する処理室と、
    前記回転テーブルに処理ガスを供給可能な処理ガス供給部と、を有し、
    前記処理ガス供給部から処理ガスを供給しながら請求項１７に記載の前記自転駆動方法を実施する基板処理方法。
  19. 前記処理ガス供給部は、前記回転テーブルの周方向に沿って離間して複数設けられ、
    複数の前記処理ガス供給部の間にパージガスを供給するパージガス供給部が更に設けられ、
    前記自転駆動方法を実施しながら前記回転テーブルと回転させ、前記処理ガス供給部から処理ガス、前記パージガス供給部からパージガスを供給することにより、ＡＬＤ成膜を行う請求項１８に記載の基板処理方法。
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